ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 10, с. 1179-1187
УДК 631.425.2 : 630.265
ФИЗИКА ПОЧВ
ВЛИЯНИЕ ПОЛЕЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС НА ВОДНЫЙ РЕЖИМ ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ЧЕРНОЗЕМА
© 2004 г. В. И. Каргин1, Н. Д. Чегодаева2, И. Ф. Каргин3
1Мордовский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, 430904, Саранск, п/о Ялга 2Мордовский государственный педагогический институт им. М.Е. Евсевьева 3Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, 430000, Саранск
Поступила в редакцию 23.12.2002 г.
В результате проведенного исследования получены новые данные о влиянии 50-летней лесной полосы на содержание гумуса, структуру, наименьшую влагоемкость, скорость впитывания, испарение и влагозапасы выщелоченного чернозема. Весенние влагозапасы слоя почвы 0-300 см под лесной полосой на 29-57 мм превосходят соответствующий показатель в почвах открытого поля. В течение мая-июля эвапотранспирация из почвы под лесной растительностью в засушливые годы достигала 241-389 мм, а в открытом поле - 17-169 мм. Посевы сельскохозяйственных растений расходовали влагу в основном из слоя 0-80 см, а лесная растительность из всей 3-метровой толщи. Выявлено достоверное повышение влагозапасов на полях, прилегающих к лесным полосам.
ВВЕДЕНИЕ
Почвенная влага является одним из лимитирующих факторов среды, которая определяет географическое распространение и продуктивность растений. Водный режим среды обитания оказывает существенное влияние на интенсивность и направленность физиологических и биохимических процессов, рост и продуктивность растений.
В условиях неустойчивого увлажнения система лесных полос позволяет в течение весенне-летнего периода изменять режим влажности почв и улучшать влагообеспеченность территорий за счет равномерного снегозадержания, изменения характера промерзания и оттаивания почвы, уменьшения поверхностного стока и интенсивности эрозионных процессов, улучшения микроклимата прилегающих полей, ослабления силы ветра и повышения относительной влажности воздуха [1-5, 16-18].
Высоцкий [1] считал, что иссушение почвы связано с особенностями ее использования: верхние слои наиболее сильно иссушаются под черным паром, несколько меньше - на рано и низко скашиваемой целине и меньше всего - под лесом. Анализируя влияние лесной растительности (в том числе и лесных полос) на водный режим лесостепных почв, Роде [16] отмечал, что под лесной растительностью происходит увеличение прихода и расхода влаги, то есть наблюдается увеличение влагооборота почвы. Продолжительность вегетационного периода у леса больше, чем у однолетних сельскохозяйственных культур, поэтому расход влаги из почвы под лесом продолжается дольше и достигает большей величины.
Роде [16] пришел к выводу, что "в северной части лесостепной зоны, где выпадает большое количество осадков, в результате увеличения влагооборота под лесными массивами, под степными участками и сельскохозяйственными угодьями водный режим складывается по типу периодически промывного. Под лесом в этом случае сквозное промачивание наблюдается реже. В южной части зоны выпадающих осадков недостаточно для покрытия расхода влаги под лесом. Водный режим почвы под лесом в этом случае складывается по типу непромывного, в то время как под полями и сельскохозяйственными культурами он остается периодически промывным" (с. 89). Полезащитные лесные полосы гасят поверхностный сток, способствуют сохранности снега на межполосных полях. Кроме этого, снежный покров, как теплоизолирующий слой, предохраняет почву от сильного охлаждения и глубокого промерзания [13].
На выщелоченных черноземах Мордовии [7, 8, 15] продуваемые лесные полосы увеличивали высоту снежного покрова в зоне своего влияния (2025 м) в 2.5-3 раза. Они обеспечивали равномерное распределение его в межполосном пространстве. Запасы воды в снеге [15] в лесной полосе увеличивались в 2.5-3 раза по сравнению с открытым полем. Режим влажности почв в центральной лесостепи России в большей степени определяется характером промерзания и оттаивания почвы. В исследованиях Захарова [7] на выщелоченных черноземах Мордовии глубина промерзания почвы 10 марта 1966-1967 гг. в лесной полосе составила 10 см; на расстоянии 250 м от лесной полосы, т.е. в открытом поле - 76 см. В начале третьей де-
кады марта эти показатели соответственно составили 0 и 70 см. В 1959-1960 гг. максимальная глубина промерзания почвы в центре лесной полосы составила 60-70 см, в открытом поле - 110-118 см, что изменяло характер впитывания талых вод.
По наблюдениям Никитина [12] в Куйбышевской обл. (н. Самарской) запас влаги в 5-метровом слое почвы под лесными полосами составил 830 мм, на расстоянии 15 м от полосы - 845, 35 м -687, 60 м - 650 и в открытой степи - 350 мм.
Изменяя режим влажности почв прилегающих полей, лесные полосы служат элементом долгосрочной регуляции соотношения различных видов почвенной фауны, восстановления биоразнообразия, гомеостаза в саморегуляции природной биоты [6, 17, 20]. Более благоприятные условия увлажнения в агроландшафтах с лесными полосами позволяют почвенной фауне мигрировать по всей его территории. Этим обеспечивается биоце-нотическая целостность и взаимовлияние природных экосистем и агробиоценозов [9, 11]. Распределение беспозвоночных и микроорганизмов в почвенном профиле также обусловлено его температурным режимом, основными особенностями которого является глубина промерзания [20].
В центральной лесостепи России особую актуальность приобретает изучение режима влажности выщелоченных черноземов под лесными полосами и на прилегающих полях, что послужило основанием для постановки данного исследования.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводились в ТОО "Свердловское" Октябрьского р-на г. Саранска в 1991-2002 гг., на полях, защищенных параллельными лесополосами. Лесные полосы 15-рядные, шириной 23 м (высота древостоя 12 м) заложены в 1949г. Расстояние между ними 500 м. Видовой состав древесного яруса представлен дубом че-решчатым (Ouercus robur L.), ясенем американским (Fraxinus americana L.), ясенем обыкновенным (Fraxinus excelsior L.). Изредка встречается вяз гладкий (Ulmus laevus Pall.), караганник древовидный (Caragana arborescens Lam.), рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.). Задернение слабое, в основном злаковыми травами. Местами встречается ландыш майский (Convallaria majalis L.) и сныть обыкновенная (Aegopodium podagraria L.).
Полевой участок имел ровный рельеф, был однороден в отношении почвенного покрова и условий увлажнения.
С учетом скорости ветра, мощности снежного покрова, влажности воздуха положительная роль лесных полос простирается на расстояние 20 высот от нее (240 м) в подветренную сторону [5]. Наблюдения велись на подветренной стороне лес-
ной полосы на расстоянии 10, 50, 150, 250 м от полосы. Контролем служила середина межполосного пространства (открытое поле 250 м), где влияние лесной полосы отсутствовало.
Между двумя лесными полосами поле шириной 500 м было занято в 1990-1994 гг. кострецом безостым (Bromopsis inermis Holub.), в 1995 г. - ячменем (Hordeum sativum Jessen), 1996-2002 - кукурузой (Zea mays L.).
Глубина залегания грунтовых вод - 12 м. Глубина промерзания почвы, высота снежного покрова, количество осадков и температура воздуха на расстоянии 250 м от лесной полосы (открытое поле) в годы исследований менялись (рис. 1), что сказывалось на влажности почвы. По количеству осадков за год 1991-1992 и 1993-1994, 1997-1998 и 2000-2001 гг. характеризовались как среднеза-сушливые, 1992-1993 и 1997-2000 и 2001-2002 гг. -приближались к средним многолетним, 19961997 гг. - был увлажненным.
Почва - выщелоченный чернозем тяжелосуглинистый с содержанием физической глины в пахотном слое 36.0-44.6%.
Наблюдения и анализы проводились в соответствии с общепринятыми методиками в 3-5-кратной повторности. Содержание гумуса определяли по Тюрину (ГОСТ 26213-91), реакцию почвенного раствора (pHKCl) - ионометрическим методом (ГОСТ 26483-85), гидролитическую кислотность - по Каппену (ГОСТ 26212-91), сумму поглощенных оснований - по Каппену-Гилькови-цу (ГОСТ 27821-88), подвижный фосфор - калориметрически, обменный калий - на пламенном фотометре из одной вытяжки по Кирсанову в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26207-91), плотность почвы (г/см3) - объемно-весовым методом. Образцы отбирали с помощью цилиндра объемом 341 см3 из слоев 0-10 см, 10-20, 20-30 см, влажность почвы путем высушивания почвенных проб при температуре 105°C до постоянной массы. Пробы отбирали послойно через каждые 10 см до глубины 100 см. Максимальную гигроскопичность почвы определяли по Николаеву. Влажность устойчивого завядания рассчитывали умножением величины максимальной гигроскопичности почвы на коэффициент 1.5. Структурно-агрегатный состав почвы в слоях 0-10 и 10-20 см определяли в местах отбора образцов для объемной массы, два раза: после посадки картофеля и перед уборкой урожая - по методу Саввинова. Изучение водопроницаемости отдельных слоев почвенного профиля проводилось методом трубок (по Качинскому).
Фенологические наблюдения за ростом и развитием растений проводили по методике Госсорт-сети. Густоту стояния растений определяли в фазу полных всходов и перед уборкой урожая. Высоту растений измеряли при помощи мерной
я
о л ш о ш м и м
я
S
м
о
ho о о
III
IV
2001-02 2000-01 1999-00 1998-99 1997-98
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1
ь Ноябрь Декабрь Январь Февраль Март Апрель
1996-97 1993-94 1992-93 1991-92
1 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1
Октябрь Декабрь Февраль Апрель
Ноябрь Январь Март
Месяц, дата
И й К й X К И
Я
о й и
со >
В
К
ч
X
№ нч
X
Й И О X № чч
X
я
о й о
о
X
>
И
о
X №
чч
»
ч
И *
К
Рис. 1. Сумма атмосферных осадков (I), среднемесячная температура воздуха (II), высота снежного покрова (III) и глубина промерзания почвы (на последний день декады, см) (IV) в годы проведения исследований.
1996-97
1993-94
Ноябрь Январь Март Мая Июль Сентябрь
Декабрь Февраль Апрель Июнь Август Октябрь
°с
25 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20
Ноябрь Январь Март Май Июль Сентябрь
Декабрь Февраль Апрель Июнь Август Октябрь
Таблица 1. Влияние полезащитных лесных полос на сод
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.