Роль полезащитных насаждений в изменении микроклимата агролесоландшафтов Тамбовской области

В статье приведена абиотическая роль полезащитных лесных насаждений, где отражено влияние лесополос на ветровой режим, температуру приземного слоя воздуха и поверхности почвы, влажность воздуха и распределение снежного покрова Ключевые слова: ПОЛЕЗАЩИТНЫЕ ЛЕСНЫЕ ПОЛОСЫ, КОНСТРУКЦИЯ НАСАЖДЕНИЙ, ЗОНА ВЛИЯНИЯ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ Защитные лесные насаждения в лесоаграрном ландшафте являются своеобразными биологическими рубежами и границами фиторастительности сельхозтерриторий. Среди них формируется особый микроклимат, отличающийся от открытых участков ландшафтов [2,3]. Поэтому, важно иметь оценку экологической ситуации, что позволит разработать пути решения по оптимизации лесомелиоративных комплексов с учётом имеющихся экспериментальных и теоретических положений. При этом, в основу всех изменений микроклимата ландшафтов положены принципы и закономерности кинематики и динамики воздушного потока, обтекающего лесные полосы и проходящего через них [4,5].

Конструкция защитных лесных насаждений (ЗЛН) — важнейший аэродинамический параметр, характеризующий степень, условия и распределение ветропроницаемости по вертикальному профилю насаждений, от которой зависит изменение скорости ветра в ландшафте. Е. С. Павловский [5] выделил основные конструкции лесных полос: продуваемая, ажурная и плотная (непродуваемая). Кроме того, имеются переходные: ажурно-продуваемая, ажурно-плотная.

Теорией и практикой лесомелиоративных работ доказано, что ветрозащитное влияние лесных полос увеличивается вместе с их высотой. Максимальное снижение скорости ветра в зоне влияния наблюдается при угле подхода воздушного потока к лесным полосам 90є [6].

Продуваемые насаждения действуют как аэродинамические диффузоры, в которых образуется два потока, где разделителями служат кроны, которые направляют одну часть потока вверх, а другую — в просветы между нижними частями стволов. На расстоянии 2 Н (высоты насаждения) на заветренной стороне скорость ветра составляет 63,2% от скорости ветра контроля, на расстоянии 5Н — 50,0%. На участке 10 — 30 Н она плавно возрастает и изменяется от 68,4 до 89,5%. Насаждение продуваемой конструкции обладает наилучшими ветрозащитными свойствами и оказывает наибольшее эффективное влияние на расстоянии до 30 Н в заветренную сторону. Общая эффективность влияния лесополос равна около 40 Н. Лесные полосы других конструкций менее эффективны и их дальность влияния ограничивается 20 — 30 Н (высот) [3].

С изменением ветрового режима тесно связаны изменения экологических параметров ландшафтов.

Исследования агромелиоративной роли защитных насаждений проведены в 4-х районах Тамбовской области по «Методике системных исследований лесоаграрных ландшафтов…"[1].

Полезащитные насаждения изменяют режим относительной и абсолютной влажности воздуха. Влияние зависит от конструкции и от времени суток (табл. 1).

полезащитный лесной насаждение лесополоса Таблица 1.

Влияние полезащитных лесных полос на относительную (%) и абсолютную (мм) влажность воздуха.

Влажность воздуха изучалась на тех же объектах и в одно и тоже время с изучением ветрового режима. Лесные полосы продуваемой конструкции в дневное время суток в среднем повышают относительную влажность воздуха в зоне 5Н_н-О-Н-30Н на 8,7%, ажурно-продуваемые на 3,1%, ажурные — на 2,7%, плотные — на 2,0%. Наибольшее изменение отмечается на заветренной стороне на расстоянии 5 — 15Н от лесополос.

В исследуемых лесополосах в дневное время относительная влажность воздуха меньше на 1,5 — 6,6%, чем на межполосном пространстве, за исключением насаждений ажурно-продуваемой конструкции.

Аналогичная закономерность получена по влиянию полезащитных лесополос на абсолютную влажность воздуха. Продуваемые, ажурно-продуваемые, ажурные и плотные по конструкции насаждения в дневное время суток в среднем в зоне влияния увеличивают абсолютную влажность воздуха на 0,4 — 3,4 мм. При этом, наибольшее влияние отмечается от лесополос продуваемой и ажурно-продуваемой конструкции. Различия в показателях контрольных участков и межполосных зон математически достоверны (t=2,87 — 4,18>t_0,05=2,08 — 2,14).).

Полезащитные лесные полосы также и изменяют температуру приземного слоя воздуха на защищённых полях в результате уменьшения скорости ветра и ослабления вертикального его обмена. При этом, изменение температуры зависит, главным образом, от конструкции лесных полос (табл. 2).

Исследования проведены в период жаркой сухой погоды (июнь, июль) при угле подхода ветра к лесным полосам 60 — 80є.

Лесные полосы продуваемой конструкции в зоне 5Н_н-О-Н-30Н в первой половине дня, полдень и второй половине дня уменьшают температуру приземного слоя воздуха на 0,9 — 1,8 єС (3,9 — 5,8%).

Таблица 2.

Влияние полезащитных лесных полос на температуру приземного слоя воздуха, єС.

Полезащитные насаждения ажурно-продуваемой конструкции в первой половине дня повышают температуру воздуха на 0,4 єС (1,1%) и снижают температуру в полдень на 0,8єС (2,7%), второй половине дня до 0,6 єС (1,9%). От ажурных лесополос в зоне 5Н_н-0−30Н_з в первой половине дня и полуденное время в среднем температура воздуха ниже на 0,2 — 0,8 єС (2,4 — 3,0%), а затем существенных изменений не происходит. Лесные полосы плотной конструкции на межполосном поле в первой половине дня понижают температуру приземного слоя воздуха по сравнению с контролем на 0,2єС, а затем способствуют повышению к вечернему времени на 0,7 — 0,8єС.

Лесные полосы полезащитного назначения в дневное время суток продуваемой конструкции в зоне 5Н_н— 0- 30Н снижают температуру приземного слоя воздуха по сравнению с незащищёнными участками полей на 1,3 єС (4,3%), ажурно-продуваемой конструкции — 0,4 єС (1,3%), ажурной — 1,1 єС (3,9%). Лесные полосы плотной конструкции повышают температуру воздуха на 0,6 єС (2,1%). В самих защитных насаждениях температура воздуха ниже их зон воздействия на 0,8 — 1,2 єС (2,7 — 4,5%). Различия в показателях контрольных участков и приполосных зон статистически достоверны (t= 3,03 — 4,22 > t_0,05 = 2,08 — 2,14).

Изменение температурного режима приземного слоя воздуха под влиянием лесных полос способствует перераспределению температуры поверхностного слоя почвы. Одним из основных факторов, от которого зависит температурный режим почвы в агролесоландшафтах, является конструкция лесных полос и агрофон межполосного пространства.

Исследования проводились в летний период (июнь, июль) полях, занятых озимой пшеницей. Основные результаты приводятся в таблице 3.

Таблица 3.

Влияние полезащитных лесных полос на температуру почвы, єС (агрофон — озимая пшеница)

Установлено, что лесные полосы продуваемой, ажурно-продуваемой и ажурной конструкции в дневное время суток способствуют снижению температуры поверхностного слоя почвы в приполосных зонах, а плотной конструкции — повышению.

Так, лесные полосы продуваемой конструкции в течение дня в зоне 5Н_н-0−30Н в слое почвы от 0 до 5 см снижают температуру в среднем на 2,2єС. Зона эффективного влияния наблюдается до 25 Н в заветренную сторону. Линейные насаждения ажурно-продуваемой конструкции в полуденные часы и во второй половине дня также понижают температуру почвы в слое 0 — 5 см на 1,5 — 1,6 єС. Однако, в первой половине дня различия в показателях не отмечается.

Лесные полосы ажурной конструкции в течение дневного времени также понижают температуру почвы в слое 0 — 5 см в среднем на 2,0єС. Полезащитные насаждения плотной конструкции в первой половине дня способствуют снижению поверхностного слоя почвы (0 — 5 см) на 1,2єС, а в полуденное время и второй половине дня — повышению на 0,9 — 1,2єС. Лесные полосы наиболее эффективно влияют на расстояние до 5Н (высот).

В самих полезащитных насаждениях различных конструкций температура до глубины 0 — 5 см в течение дня дневного времени ниже на 6,3 — 13,5єС, чем в приполосных зонах. Различия в показателях контрольных участков и межполосных пространств достоверны (t= 4,11 — 5,28 > t_0,05 = 2,08 — 2,14).

В зимний период лесные полосы в лесоаграрных ландшафтах перераспределяют снежный покров. Особенности перераспределения зависят от конструктивных особенностей насаждений (табл. 4).

Выявлено, что снежный шлейф с наветренной стороны от лесных полос продуваемой конструкции распространяется на расстояние до 75 м или 5,6 Н, ажурной- 81 м или 6,0 Н, плотной — 46 м или 3,4 Н. С заветренной стороны дальность шлейфов распространяется соответственно на 198 м, 112 и 74 м или 14,7 Н, 8,3 и 5,5 Н.

Таблица 4.

Снегоотложение и запас снеговой воды перед таянием на межполосных полях.

Примечание: Ппродуваемая конструкция; Аж — ажурная; Н — непродуваемая (плотная) При этом, протяжённость общего шлейфа от лесополос продуваемой конструкции больше в 1,41 раза, чем у ажурных и в 2,28 — плотных. Максимальная высота снежного покрова от полезащитных насаждений продуваемой конструкции находится на заветренной стороне на расстоянии 20 м, ажурной — 25 м, плотной — на заветренной опушке. Запас снеговой воды в наветренном шлейфе от воздействия продуваемых лесных полос равен 49,3 мм или 493 м³/га, что больше в 1,2 — 1,3 раза, чем у других по конструкции насаждений. С заветренной стороны максимальный запас воды в снеге отмечается также в шлейфе продуваемых лесополос (52,2 мм или 552 м³/га), который больше лишь на 6,5 — 11,0% по сравнению с другими защитными насаждениями. Различия в средней высоте снежного покрова в наветренных шлейфах от лесополос различных конструкций существенны (t=3,21 — 8,49>t_0,05=2,14 — 2,18). Аналогичные достоверные различия отмечаются и в показателях заветренных шлейфов (t=2,82 — 3,00>t_0,05=2,14 — 2,18).

Вне зоны влияния полезащитных насаждений средняя высота снежного покрова составляет 11,5 — 12,2 см с запасами снеговой воды 34,8 — 37,7 мм или 348 — 377 м³/га. Различия высоты снежного покрова шлейфовых и межшлейфовых зон среди лесополос продуваемой конструкции составили 34,0%, ажурных насаждений — 27,9 и плотных — 25,3%; в запасе снеговой воды соответственно 22,5%, 19,1 и 18,1%. В самих лесополосах плотной конструкции средняя глубина снежного покрова больше 1,25 — 1,4 раза, чем в защитных насаждениях других конструкций. Коэффициент варьирования мощности снежного покрова по снегомерным маршрутам составил 10,7 — 16,8%.

На основании вышеизложенного представляется возможным сделать следующие выводы:

• 1. Системы полезащитных лесных насаждений в лесоаграрных ландшафтах являются биологическими рубежами по формированию особого микроклимата в пространственно-временном аспекте лес — поле.
• 2. Лесные полосы в основном в сухую жаркую погоду в дневное время суток в зоне влияния снижают температуру приземного слоя воздуха, поверхностного слоя почвы и увеличивают относительную и абсолютную влажность воздуха. Различия в микроклиматических показателях приполосных зон и незащищённых участков зависят от конструктивных особенностей линейных насаждений и времени суток.
• 3. Наиболее существенное влияния в вегатационный период отмечается от воздействия защитных насаждений продуваемой и ажурно-продуваемой конструкции. В зимний период также лучшими по снегораспределению снежного покрова являются лесополосы продуваемой конструкции, у которых протяжённость снежного шлейфа достигает в среднем 20,3 Н (высот), что больше в 1,4 раза, чем у ажурных насаждений и в 2,3 раза — плотных.
• 4. Полученные определённые закономерности по формированию микроклимата среди лесополос различных параметров в условиях Тамбовской области подтверждаются данными, полученные другими авторами в различных регионах нашей страны, но при этом они имеют свой отличительных зональный характер, что является научной новизной в теории и практике лесомелиорации ландшафтов.
• 5. Особый микроклимат в лесоаграрных ландшафтах среди лесных полос способствует созданию экологического каркаса, что в конечном итоге предопределяет биопродуктивность фиторастительности.

• 1. Методика системных исследований лесоаграрных ландшафтов. М.: ВАСХНИЛ, 1985. 112 с.
• 2. Михина Е. А., Михин В. И. Агроэкологические условия формирования лесоаграрных ландшафтов // Оптимизация ландшафтов зональных и нарушенных земель. Воронеж: ВГУ, 2005. С. 38−39.
• 3. Михин В. И. Лесомелиорация ландшафтов: Монография. Воронеж, 2006. 127 с.
• 4. Михин В. И., Михина Е. А., Михин Д. В. Роль защитных насаждений в изменении агроэкологических условий ландшафтов ЦЧР // Актуальные проблемы почвоведения, экологии и земледелия. Курск: ГНУ ВНИИЗ, 2010. С. 117−121.
• 5. Павловский Е. С. Экологические и социальные проблемы агролесомелиорации. М.: Агропромиздат, 1988. 181 с.
• 6. Родин А. Р., Родин С. А. Лесомелиорация ландшафтов: Учебн. пособие. М.: МГУЛ, 2007. 127 с.