МОНИТОРИНГ ПОЧВОЗАЩИТНОЙ РОЛИ ПРИБАЛОЧНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС НА ЮГЕ РФ

МОНИТОРИНГ ПОЧВОЗАЩИТНОЙ РОЛИ ПРИБАЛОЧНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС НА ЮГЕ РФ

Научная статья

Полуэктов Е.В.¹, Скрыпанёв С.Ф.², Петрова И.А.^3, *

² ORCID: 0000-0003-0199-4492;

^{1, 2, 3} Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им. А.К. Кортунова ФГБОУ ВО Донской государственный аграрный университет (НИМИ ФГБУ ВО Донской ГАУ), Новочеркасск, Россия

* Корреспондирующий автор (petroffa_i[at]mail.ru)

Аннотация

Процессы линейной эрозии сопровождаются разрушением земельных угодий и их изъятием из сельскохозяйственного оборота. Таких земель только в Ростовской области насчитывается порядка 180 тыс. га. В качестве одной из эффективных мер борьбы с данным видом деградации почвенного покрова предлагается лесогидротехнический комплекс, представленный прибалочной лесной полосой, усиленной валами, канавами, запрудами.

Многолетними исследованиями установлена высокая почвозащитная эффективность по предотвращению смыва и размыва почвы в местах его наибольшей концентрации (ложбины, лощины) при совмещении прибалочной лесной полосы с запрудами, валами и канавами. Продолжительность их действия во многом зависит от системного применения элементов почвозащитного комплекса на водосборе.

Ключевые слова: прибалочная лесная полоса, вал, канава, запруда, сток талых и ливневых вод, смыв почвы, высота и диаметр стволов деревьев.

MONITORING THE SOIL PROTECTION ROLE OF RAVINE FOREST BELT IN THE SOUTH OF THE RUSSIAN FEDERATION

Research article

Poluektov E.V.¹, Skrypanev S.F.², Petrova I.A.^3, *

² ORCID: 0000-0003-0199-4492;

^{1, 2, 3} Novocherkassk Engineering and Reclamation Institute named after A.K. Kortunova FSBEI HE Don State Agrarian University, Novocherkassk, Russia

* Correspondent author (petroffa_i[at]mail.ru)

Abstract

The processes of linear erosion are accompanied by the destruction of land and its removal from agricultural circulation. There are about 180 thousand ha of such lands in the Rostov region alone. As one of the effective measures to combat this type of soil cover degradation, a forestry and hydroscheme complex is proposed, which is represented by a ravine forest belt reinforced with ramparts, ditches, dams.

Long-term studies confirm high soil-protective effectiveness of preventing soil washout and erosion in places of its highest concentration (ravines, hollows) when combining a ravine forest belt with dams, ramparts and ditches. The duration of their action depends largely on the systemic application of elements of the soil protection complex on the water-collecting header.

Keywords: ravine forest belt, shaft, ditch, dam, drain of ice and storm water, soil erosion, height and diameter of tree trunks.

Введение

Значительные площади земель под оврагами и балками в Ростовской области являются резервом для их вовлечения в сельскохозяйственный оборот. Данное мероприятие невозможно без применения системы почвозащитных средств, приёмов, технологий, т.к. овражно-балочная сеть является наиболее уязвимым звеном водосбора в части смыва и размыва почв и грунтов. Именно здесь плоскостной смыв почвы переходит в линейный с изъятием земель из сельскохозяйственного оборота. Среди мер борьбы с эрозией важное место занимают прибалочные лесные полосы в сочетании с другими противоэрозионными приёмами [1], [2], [3]

Прибалочные лесные полосы, усиленные простейшими гидротехническими сооружениями, являются одним из важнейших звеньев почвозащитной системы в местах, где поверхностный смыв почвы переходит в линейный. В данной работе анализируются многолетние исследования по противоэрозионной роли прибалочных лесных полос, усиленных по ложбинам валами, канавами, запрудами.

Материалы и методы

При исследовании использовались материалы полевых исследований, таксационный анализ деревьев.

Обсуждение результатов

Стационарный опыт по изучению эффективности сочетания лесных полос с простейшими гидротехническими сооружениями в виде валов-канав по ложбинам, был заложен в 1978 г на склоне западной экспозиции, крутизной 5-7^°, в прибалочной лесной полосе из робинии лжеакации. Возраст лесной полосы (1965 г. посадки) на год закладки опыта составлял 13 лет. Число рядов – 6. Размещение посадочных мест в лесополосе – 3×1 м. Высота древостоя в среднем равнялась 8,0 м, а средний диаметр достигал 9,1 см. Данная лесополоса расположена на берегу балки Большой Лог. Непосредственно к опыту прилегает поле полевого севооборота, на котором в отдельные годы (1978-1983) и (1997-2003) сельскохозяйственные культуры располагались контурно-полосно, с шириной полос в пределах 55-60 м.

Нижняя часть склона изрезана ложбинами и потяжинами, по которым концентрировалась основная часть стока талых и дождевых вод. По классификации А.С. Козменко, склон относится к 4 классу расчленённости ложбинами [4].

Почва под опытом на поле представлена чернозёмом обыкновенным легкоглинистым, карбонатным, среднеэродированным, переходящим в зоне лесной полосы в сильноэродированный на лессовидных породах.

Схема опыта включала четыре варианта:

1. Водосбор элементарной ложбины + лесная полоса (контроль).
2. То же самое + вал-канава, заполненные соломой.
3. То же самое + вал-канава, заполненные стеблями подсолнечника.
4. То же самое + вал по нижней опушке и мелиоративные канавы, заполненные соломой, в нижнем междурядье (в зоне прудка) (рисунок 1).

 

Рис. 1 – Поперечный профиль лесной полосы, усиленный валом и канавами (1978 г.)

 

Наблюдения за стоком талых и ливневых вод системно проводились с 1979 по 1988 гг. Исследования позволили объективно оценить почвозащитную роль лесной полосы в годы с различной интенсивностью и объёмом стока [5], [6]. Как показали исследования при слабой и средней интенсивности стока лучшими показателями характеризовались варианты сочетания лесной полосы с валами-канавами (табл.1).

 

Таблица 1 – Противоэрозионная эффективность прибалочной лесной полосы и гидротехнических сооружений

 

Наблюдения за руслами по ложбинам, по которым формировались временные водные потоки, показали, что на контрольном варианте в среднем за три года (1979-1981 гг.) глубина их под пологом лесной полосы увеличилась до 15-19 см, а ширина водотока составила 30-35 см. На вариантах с гидросооружениями размыв русла наблюдался только лишь при входе в лесную полосу (на 2 и 3 вариантах опыта). Глубина его составляла 5-8 см, ширина 12-17см. Вал по нижней опушке, создавал подпор талым водам, практически сводил на нет его размывающую скорость, поэтому на данном варианте опыта русло старых водотоков осталось таким же, как и до закладки опыта.

Подобные исследования проводились в Ростовской области и ранее [8]. Схема опыта включала поле, обработанное под зябь поперёк склона, то же самое плюс прерывистое бороздование зяби и эти же варианты в сочетании с прибалочной лесной полосой.

Как показали результаты исследований в годы с умеренной интенсивностью стока (1970, 1971), совместное влияние прерывистого бороздования зяби и прибалочной лесной полосы на склоне без ложбин, привело к тому, что поверхностный сток резко снизился или полностью отсутствовал. На склоне с выраженной ложбинностью прерывистое бороздование зяби в сочетании с лесной полосой по берегу балки незначительно уменьшало эрозионные процессы. Противостоять разрушительному действию водных потоков по ложбинам могли лишь простейшие гидротехничсекие сооружения в виде насыпных валов.

Дальнейшие наши исследования выявили следующее: осенью 1983 г. на поле, перед прибалочной лесной полосой, была посеяна озимая пшеница. Однако недостаток влаги в почве и сухая осень привели к изреживанию посевов. Количество взошедших растений на 1 м² не превышало 40-60 штук.

Холодная и ветреная зима 1984 г. способствовала возникновению пыльных бурь. Поле перед лесной полосой, лишённое растительного покрова, подверглось интенсивной дефляции. Несмотря на то, что стационарный опыт находился на заветренном склоне западной экспозиции, посевы озимой пшеницы перед ним были подвержены процессам дефляции. Наблюдениями установлено, что за весь период пыльных бурь (с января по март включительно) вынос мелкозёма составил в среднем 143 т/га.

Ложбины и лощины, расчленившие часть склона, явились как бы руслами, в которых скорость ветра, по сравнению с ровным пространством, увеличивалась в 1,3-1,4 раза. Так, замеры, проведённые 3 марта в 13.00 часов показали, что скорость ветра на ровных участках склона (расстояние от поверхности почвы 0,5 м) составляла 8 м/с, а в ложбинах она достигала 10,4-11,2 м/с. В связи с чем, основная часть мелкозёма переносилась по тальвегу ложбин и лощин и задерживалась прибалочной лесной полосой. Мощность наносов в лесной полосе составляла 90-120 см. Шлейфы из снега и пыли, выходили за пределы лесной полосы, в сторону поля на 5-10 м. На вариантах опыта с гидросооружениями, вся эта масса из пыли и снега задерживалась валами, и к концу пыльных бурь практически все прудки перед гидросооружениями были погребены слоем 40-140 см мелкозёма, перемешанного со снегом. К середине апреля после таяния снега мощность наносов уменьшилась наполовину до 25-75 см.

Дальнейший мониторинг эрозионных процессов на стационарном опыте выявил следующее: весной 1984 г. погибшие посевы озимой пшеницы на поле перед лесной полосой были пересеяны кукурузой. Когда она была в фазе двух листьев, 29 и 30 мая, с промежутком в 10 часов выпали два ливневых дождя, общим слоем осадков 44,8 мм. Интенсивность ливневой части составила 1,48 мм/мин. Величина смыва почвы, определённая по объёму водороин, составила на расстоянии 250 м от прибалочной лесной полосы 13,2 т/га, 150 м – 31,7 т/га, 50 м – 52,4 т/га. При входе в прибалочную лесную полосу, ширина одной из водороин, по тальвегу ложбины, составила 397 см, а глубина – 11 см. Уже в конце третьего междурядья она рассредоточилась, так как поток воды, встречая на своём пути подпор в виде наносов и водозадерживающего вала, который выступал над поверхностью мелкозёма на 15-25 см, резко гасил скорость. Перед валом образовался прудок, где оседала снесённая с полей почва. Но ёмкость его была не достаточной для того, чтобы удержать весь объём попавшей туда воды, и она перетекала через хорошо задернованный вал, не причиняя ему разрушений. После окончания ливней мощность наносов в запруде перед валом, увеличилась на 4-7 см за счёт принесённой с поля почвы и перераспределения имеющегося в насаждении мелкозёма после пыльных бурь (рисунок 2).

 

Рис. 2 – Отложение мелкозёма в лесополосе перед валом (2018 г.).

 

В контрольном варианте мощность наносов в ложбине в результате пыльных бурь составила 45-50 см. Ливневые потоки промыли в теле наносов русло шириной 100 и глубиной 55 см через всю лесную полосу.

Негативные последствия пыльных бурь сказались в дальнейшем. При весеннем снеготаянии в 1988 г. с посевов многолетних трав, примыкающих к прибалочной лесной полосе, в насаждение поступило от 29,3 до 34,5 мм талой воды. На контрольном варианте поглотилось и задержалось лесной полосой всего лишь около 5 мм талой воды. Остальная часть беспрепятственно проходила по ранее проложенному руслу и поступала в балку. На вариантах с валами-канавами, заполненных когда-то органическими наполнителями, мелкозём к этому времени немного осел. Канавы были обозначены впадинами, а вал выступал над поверхностью на 12-15 см. Величина задержанного стока составила 15-17 мм. Почти столько же талой воды уходило со стоком за пределы этих сооружений. По сравнению с контролем коэффициент стока снизился вдвое.

Лучшие показатели были в 4 варианте, где ёмкость запруды была больше, чем в вышерассмотренных вариантах. Величина задержанного стока составила 20,1 мм. За пределы сооружения ушло 14,4 мм талой воды (см. табл. 2).

 

Таблица 2 – Сток талых вод на опыте в 1988 г.

Заметную роль в снижении объёмов задержанного стока сыграла резкое сокращение водопроницаемости водопоглощающих канав, занесённых мелкозёмом. Если до пыльных бурь и ливневых дождей водопроницаемость на дне канав составляла 3,10-4,95 мм/мин, то после вышеупомянутых событий уменьшилась до 0,75-0,91 мм/мин.

В последующие годы вплоть до 2017 г эрозионные процессы, сопровождающиеся стоком талых и ливневых вод, были зафиксированы на контрольном варианте в 1991, 1994, 1995, 1997, 1998, 2003, 2006, 2014 и 2017 гг. Наиболее интенсивный сток талых вод наблюдался: 1998 г - 33,6 мм, 2003 г - 65,9 мм, 2006 г - 24,6 мм, 2014 г - 13,4 мм и 2017 г - 19,3 мм. На вариантах с гидросооружениями он был на 5-12 мм меньше, чем на контроле.

Обследование вариантов опыта в лесной полосе в 2018 г. позволили установить следующее: на контроле при входе в лесную полосу чётко прослеживается водоток шириной 135 см, глубиной до 23 см. Он проходит через всю лесную полосу с параметрами на выходе (ширина – 140 см, глубина – 53 см). Сразу же за лесной полосой сформировался линейный размыв (овраг) шириной до 270 см и глубиной 220 см.

Во втором варианте в лесной полосе так же прослеживается водоток, шириной 63 и глубиной до 10-12 см. Ёмкость перед валом практически полностью заилена. В отдельных местах вал выступает над поверхностью на 10-12 см (рис. 3). В центре вала образовался размыв шириной до 140 см и глубиной 20-23 см. На склоне вала со стороны балки размывов нет, что вероятно связано с высокой степенью его задернованности злаковыми и другими видами растений.

В третьем варианте со стороны поля в лесную полосу входит водороина, шириной 60-76 см и глубиной 5-6 см. Вал и прудок перед ним полностью занесены мелкозёмом. На валу имеется промоина, шириной 70-80 см и глубиной до 5 см. Так же, как и во 2-ом варианте вал со стороны балки (сухой откос) хорошо задернован и размывов на нём не зафиксировано.

В четвёртом варианте со стороны поля при входе в лесную полосу сформировалась куртина из сливы колючей, площадью около 30 м², полностью перекрывая водоток. Она в значительной мере аккумулировала твёрдый сток с поля и резко гасила скорость временных водных потоков. Следы водороины в лесной полосе практически не прослеживаются, тем не менее прудок перед валом полностью заполнен мелкозёмом, а сам вал выступает над поверхностью на 4-6 см. Слабый размыв вала наблюдается ближе к левой стороне ложбины шириной 40-48 см глубиной 4-5 см (рисунок 2).

Это соответствует концепции, предложенной В. М. Ивониным, об аккумуляции твёрдого стока системой почвозащитных мероприятий в балках [9].

Значительный интерес представляет состояние деревьев в лесной полосе. Наблюдения за ходом роста и сохранностью робинии ложноакациевой с 1979 по 2018 г.г. позволили установить следующее. Лучшее увлажнение почвы на вариантах с гидросооружениями (дополнительно задерживалось от 10 до 80 мм талых и дождевых вод) обеспечивало более благоприятные условия роста деревьев (табл. 3).

Высокие показатели прироста деревьев в высоту и диаметру наблюдались в 2, 3 и 4 вариантах, т.е. там, где воды поверхностного стока задерживались валами и поглощались канавами. По сравнению с началом проведения опыта к 2018 г. высота деревьев увеличилась на контроле на 11,4 м, во 2-ом варианте – на 12,7 м, 3-ем – на 13,6 м, 4-ом – 14,2 м. Аналогичные данные получены и по диаметру деревьев. Для сравнения приведём данные по состоянию деревьев межложбинного пространства. В 1979 г их высота составляла 7,1 м, диаметр ствола 8,2 см. В 2018 г. соответственно 15,0 м и 17,6 см, т.е. они значительно уступали деревьям на вариантах опыта с гидросооружениями. Что касается сохранности деревьев, то в 1979 г. она была на всех вариантах опыта практически одинакова – 91-96 %. Снижение сохранности деревьев через пятьдесят лет (50-70%) можно объяснить следующими обстоятельствами. Это –  прежде всего несанкционированные рубки древостоя. Кроме того, в данной лесной полосе никогда не проводились уходные работы и в последние 18-20 лет в междурядья лесной полосы широко внедрились сорные и другие виды растений, которые оказались мощными конкурентами по отношению к древесным культурам в борьбе за влагу (табл. 3).

 

Таблица 3 – Динамика хода роста робинии ложноакациевой за период исследований

Вариант	Диаметр по годам, см				Высота деревьев, м			Сохранность деревьев на 2018 г, %
	1979	1981	1988	2018	1979	1988	2018
1	9,9	10,5	14,0	21,2	8,1	11,0	19,5	50
2	9,6	10,3	14,7	21,8	8,3	11,5	21,0	56
3	9,7	10,3	13,3	23,2	8,2	11,8	21,8	60
4	10,7	11,8	16,2	26,5	8,4	13,0	22,6	70

  Выводы

Лесогидротехнический комплекс, представленный прибалочной лесной полосой в сочетании с канавами и валом, по ложбинам эффективно функционирует только лишь в системе почвозащитных мероприятий на всём водосборе. Отсутствие таковых на прилегающем поле севооборота в целый ряд лет способствовал постепенному заносу прудков перед валом мелкозёмом и сокращением объёма задержанного стока талых и дождевых вод. Кроме того, в ситуацию вмешались аномальные явления природы в виде пыльных бурь, которые так же оказали негативное воздействие на полезный объём прудка перед гидросооружением и резко снизили водопроницаемость почвы в канавах. Тем не менее, даже по прошествии почти сорока лет после закладки опыта лесная полоса в сочетании с валами-канавами по ложбинам выполнила почвозащитные функции по предотвращению линейного размыва о чём наглядно свидетельствует сформировавшийся овраг в контрольном варианте.

Гидротехнические сооружения в лесной полосе дополнительно задерживали под её пологом от 10 до 80 мм стока талых и дождевых вод. Это положительно отразилось на росте деревьев. Их высота на 1,3-2,8 метра была выше по отношению к контрольному варианту. То же самое касается прироста деревьев по диаметру ствола. На вариантах с гидросооружениями он был больше в 1,10-1,25 раза, чем на контроле.

Конфликт интересов Не указан

Conflict of Interest None declared

Список литературы / References

1. Ивонин В.М. Адаптивная лесомелиорация степных ландшафтов: монография. / Ивонин В.М., Танюкевич В.В., Лобов Н.В. // Под ред. В.М. Ивонина – Новочеркасск, 2009. – 284 с.
2. Ивонин В.М. Эрозиоведение: учебник для вузов, обучающихся по специальности 250201- «Лесное хозяйство» бакалавров по направлению 250100.62-"Лесное дело" / В.М. Ивонин, А.В. Тертерьян. – Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ ЮФУ, 2014. - 215 с.
3. ЗыковИ.Г. Леснаямелиорация оврагов и балок / Зыков И.Г., Васенко Г.И.  // Обзорная информация. М.: ЦБНТИ Гослесхоза СССР, 1985. -32 с.
4. Козьменко А.С. Борьба с эрозией почв./ Козьменко А.С. – 2-е изд. – М.: Сельхозгиз, 1957. – 207 с.
5. Полуэктов Е.В. Комплексная мелиорация в районах эрозии и дефляции / Полуэктов Е.В., Скрипанёв С.Ф. // Лесное хозяйство – 1990. – №6. – С. 38-41.
6. Полуэктов Е.В. Противоэрозионные мелиорации земель: монография. / Е.В. Полуэктов – Новочеркасск; Лик, 2011. – 250 с.
7. Полуэктов Е.В. Почвозащитные системы на овражно-балочных землях / Полуэктов Е.В. // Мелиорация и водное хозяйство – 2017. – №5. – С. 16-19.
8. Ивонин В.М. Раздельное и совместное применение элементов противоэрозионного комплекса на почвах склонов в Ростовской области / Ивонин В.М., Миронченко Ф.А. // Почвоведение – 1973. – №3. – С. 86-90.
9. Ивонин В.М. Лесные насаждения и аккумулятивные процессы в балках / Ивонин В.М. // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации –2017. – №1. – С.117-130.
10. Шабаев А.И. Адаптивно-экологические системы земледелия в агроландшафтах Поволжья. /А. И. Шабаев. - Саратов: Сарат. гос. аграр. ун-т им. Н. И. Вавилова,  – 296 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Ivonin V.M. Adaptivnaya lesomelioratsiya stepnykh landshaftov: monografiya [Adaptive Forest Land Reclamation of Steppe Landscapes: Monograph]. / Ivonin V.M., Tanyukevich V.V., Lobov N.V – Novocherkassk, 2009. – 284 p. [in Russian]
2. Ivonin V.M. Eroziovedenie: uchebnik dlya vuzov, obuchayushchikhsya po spetsialnosti 250201 – “Lesnoe khozyaistvo” bakalavrov po napravleniyu 250100.62 – “Lesnoe delo” [Erosology: Textbook for Universities Enrolled in the Specialty 250201 – “Forestry” of Bachelors in the Direction 250100.62 – “Forestry”] / V.M. Ivonin, A.V. Terterian. – Rostov-on-Don: Publishing House of the North Caucasian Scientific Centre of Higher Education, 2014. – 215 p. [in Russian]
3. Zykov I.G. Lesnaya melioratsiya ovragov i balok [Forest Reclamation of Ravines and Beams] / Zykov I.G., Vasenko G.I. // Overview. – M.: Central Office for Scientific and Technical Information, Gosleskhoz USSR, 1985. – 32 p. [in Russian]
4. Kozmenko A.S. Borba s eroziey pochv [Soil Erosion Control]. – 2^nd – M.: Selkhozgiz, 1957. – 207 p. [in Russian]
5. Poluektov E.V. Kompleksnaya melioratsiya v rayonakh erozii i deflyatsii [Integrated Land Reclamation in Areas of Erosion and Deflation] / Poluektov E.V., Skripanev S.F. // Lesnoye khoziaystvo [Forestry] – 1990. – No. 6. – P. 38-41.
6. Poluektov E.V. Protivoerozionnye melioratsii zemel: monografiya [Anti-erosion Land Reclamation: Monograph]. / E.V. Poluektov – Novocherkassk; Lick, 2011. – 250 p. [in Russian]
7. Poluektov E.V. Pochvozashchitnye sistemy na ovrazhno-balochnykh zemlyakh [Soil Protection Systems on Ravine-Girder Lands] / Poluektov E.V. // Land Melioratsiya i vodnoye khozyaystvo [Reclamation and Water Management] – 2017. – No. 5. – P. 16-19. [in Russian]
8. Ivonin V.M. Razdelnoe i sovmestnoe primenenie elementov protivoerozionnogo kompleksa na pochvakh sklonov v Rostovskoi oblasti [Separate and Combined Use of Anti-Erosion Complex Elements on Slope Soils in the Rostov Region] / Ivonin V.M., Mironchenko F.A. // Pochvovedeniye [Soil Science] – 1973. – No.3. – P. 86-90. [in Russian]
9. Ivonin V.M. Lesnye nasazhdeniya i akkumulyativnye protsessy v balkakh [Forest Vegetation and Accumulative Processes in Beams] / Ivonin V.M. // Nauchnyy zhurnal Rossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta melioratsii [Scientific Journal of the Russian Research Institute of Land Reclamation] – 2017. – No.1. – P.117-130. [in Russian]
10. Shabaev A.I. Adaptivno-ekologicheskie sistemy zemledeliya v agro-landshaftakh Povolzhya.  [Adaptive Ecological Farming Systems in Agro-Landscapes of the Volga Region] / I. Shabaev. – Saratov: Sarat. State Agrarian Un. named after N.I. Vavilov, 2003. – 296 p. [in Russian]