Мелиоративное влияние защитных насаждений
На компоненты ландшафтов
Защитные лесные насаждения выполняют многофункциональную роль в сохранении, преобразовании и восстановлении ландшафтов. Они создают благоприятные условия для сельскохозяйственного производства, повышают энергетический потенциал защищенных полей. Они преобразуют простые аграрные ландшафты в более сложные, а, следовательно, и более устойчивые – лесоаграрные, или агролесоландшафты. На защищенных территориях значительно улучшается гидротермический режим, сокращается (или вовсе прекращается) поверхностный сток, активизируются процессы почвообразования, снижается вредоносность засух и суховеев, чище и полноводнее становятся реки и водоемы, богаче и разнообразнее флора и фауна. Защитные насаждения являются важнейшим средством обеспечения экологической безопасности агросферы.
В настоящее время в России, признанной родиной защитного лесоразведения, имеющей большой опыт и высокие темпы этих работ в 1948-1955 гг., созданию защитных насаждений в настоящее время уделяется мало внимания. Между тем в России свыше 2 тысяч хозяйств имеют завершенные системы защитных лесных насаждений. Среди них знаменитые «Докучаевские бастионы» в каменной степи (Воронежская область), системы защитных лесных насаждений в опытной сети ВНИАЛМИ (Всероссийского научно-исследовательского института агролесомелиорации) – Новосильская ЗАГЛОС Орловской области, Поволжская АГЛОС Самарской области, Обливское ОПХ Ростовской области и другие. Общая площадь созданных полезащитных полос в России – 1,2 млн. га, обеспечивающих получение около 12 млн. т дополнительной сельскохозяйственной продукции (Маттис, 2000).
Защитные насаждения могут быть полосными, куртинными, колковыми и массивными. Максимальный эффект достигается в том случае, когда разные виды защитных насаждений образуют взаимосвязанную систему с оптимальной лесистостью.
Конструкции лесных полос характеризуются их формой и внутренним строением, от которых зависит характер и степень ветропроницаемости полос, т. е. аэродинамические свойства. Ажурность лесной полосы – это отношение площади просветов в продольном (фронтальном) профиле лесной полосы в облиственном состоянии к ее общей площади. Ветропроницаемость лесных полос связана с их ажурностью и определяется отношением скорости ветра на заветренной стороне лесной полосы на расстоянии ее высоты к скорости ветра в открытом поле.
Различают три основные конструкции лесных полос: плотную, продуваемую и ажурную. Полосы плотной конструкции – это сложные многоярусные насаждения с подлеском, которые в облиственном состоянии в пределах всего вертикального профиля (сверху донизу) не имеют просветов. Ветропроницаемость плотных полос в кронах и между стволами не превышает 25…30 %.
Продуваемые лесные полосы в облиственном состоянии характеризуются плотным строением верхней части вертикального профиля (в кронах) и крупными просветами между стволами в приземной части высотой от 2 до 3,5 м. по форме – это простые 1–2-ярусные насаждения без кустарника или с кустарником высотой не более 1 м, у которых ветропроницаемость в кронах не превышает 25…30 %, а между стволами составляет 70…75 %.
Ажурные лесные полосы – это сложные 2…3-ярусные насаждения с подлеском, которые в облиственном состоянии в пределах всего вертикального профиля имеют более или менее равномерно расположенные просветы. Степень ветропроницаемости ажурных лесных полос может колебаться от 25…30 до 70…75 %. В отличие от непродуваемых лесных полос ажурные имеют меньшую ширину или меньшую густоту посадки и другой состав пород.
От трех основных конструкций может быть получен ряд производных, основными из которых являются ажурно-продуваемые (ажурные в кронах и продуваемые в приземной части), ажурно-плотные (ажурные в кронах и плотные в приземной части), комбинированные (ажурные в кронах, продуваемые в нижней части и плотнее с кустарником высотой 0,5…0,6 м в приземной части).
Влияние лесных полос на ветровой поток. Аэродинамическая эффективность лесных полос зависит от конструкции, степени ветропроницаемости, поперечного профиля, скорости ветра, угла подхода ветрового потока к лесной полосе, высоты насаждения, густоты размещения лесных полос на территории и их расположения по элементам рельефа. Эффективность лесных полос определяется дальностью влияния, которая измеряется в высотах насаждения (Н).
Плотные лесные полосы действуют по типу непроницаемых экранов. Воздушный поток начинает снижать свою скорость на расстоянии 7…10 высот от лесной полосы, затем, благодаря возникшей воздушной подушке переваливается через полосу и в результате образовавшегося за полосой разреженного пространства быстро восстанавливает свою скорость. Дальность эффективного влияния непродуваемых лесных полос на заветренной опушке составляет 15…20Н (рис. 4.1), а общая не превышает 25Н.
Продуваемые лесные полосы действуют по типу аэродинамических диффузоров, разделяющих ветровой поток на две части: одна часть, направляемая кронами, переваливает через полосу, другая проходит между стволами в приземной части полосы. В результате встречи двух потоков за полосой минимальная скорость ветра наблюдается на расстоянии 5…7Н от полосы, и нарастание скорости происходит постепенно. Дальность эффективного влияния этих полос составляет 35…40Н. Большой эффект дают продуваемые лесные полосы при высоте просветов между стволами от 2,5 до 3…3,5 м при высоте полос 15…18 м.
Эффективное влияние на ветер оказывают ажурные лесные полосы, которые действуют на ветровой поток по типу решетчатых экранов. Общая дальность эффективного влияния этих полос составляет 35…40Н (5…7Н с наветренной стороны и 30…35Н за полосой). Самый высокий эффект дают полосы с ветропроницаемостью 40…50 %. Ажурно-продуваемые лесные полосы по влиянию на ветровой поток наименее эффективны. Их дальность не превышает 12…15Н.
Наиболее эффективно снижают скорость ветра лесные полосы прямоугольной формы поперечного сечения, наименее эффективны – треугольной формы, а полосы с эллиптической формой поперечного сечения занимают промежуточное положение.
Эффективность влияния лесных полос на ветровой поток снижается по мере уменьшения угла его подхода к полосе от 90º до 0º и возрастает при увеличении скорости ветра и густоты размещения лесных полос на территории.
Положительное влияние на ветровой режим оказывают не только лесные полосы, но и массивные насаждения, эффективность влияния которых соответствует влиянию лесных полос непродуваемой конструкции.
Влияние лесных полос на снегораспределение. В открытой местности снег сдувается в микропонижения и в гидрографическую сеть, перемещаясь на расстояние до 2…3 км от места выпадения. В системе лесных полос большая часть снега остается в границах полей севооборота и в лесных полосах; 1 п. м лесной полосы задерживает дополнительно к объему снега в открытой степи от 50 до 80 м3, что имеет большое значение для защиты сельскохозяйственных культур от вымерзания и увлажнения почвы на межполосных участках.
Лесные полосы разных конструкций оказывают разное влияние на снегораспределение. Наиболее эффективны ажурно-продуваемые лесные полосы, которые в отличие от полос других конструкций меньше задерживают снега внутри полосы и более равномерно распределяют его на межполосных участках. Даже в районах с сильными метелями и большими снегопадами (Заволжье, Западная Сибирь, Алтайский край) высота снежного покрова в этих полосах обычно не превышает 1…1,2 м. длина снежного шлейфа на заветренной стороне достигает 12…15Н (рис. 4.2).
В непродуваемых лесных полосах образуются сугробы высотой до 3…4 м с короткими шлейфами в сторону поля (не более 5…6Н). За шлейфами здесь возникают бесснежные или малоснежные зоны выдувания. Снегозадерживающее влияние непродуваемых лесных полос может быть использовано для тех видов насаждений, которые предназначены для защиты определенных объектов от снежных заносов. Для того чтобы обеспечить равномерное снегораспределение на сельскохозяйственных угодьях, такие полосы нужно размещать на близком расстоянии, что экономически невыгодно. Ажурные лесные полосы по влиянию на снегораспределение приближаются к непродуваемым, а продуваемые – к ажурно-продуваемым.
Влияние лесных полос на температуру и влажность приземного слоя воздуха. Эти метеорологические показатели изменяются главным образом в связи с изменением ветрового режима и турбулентного обмена. Днем в теплый период года температура в системе лесных полос бывает выше на 1…2 ºС, чем в открытой степи. По мере повышения плотности лесных полос эти различия увеличиваются и на заветренной опушке непродуваемых полос в жаркую погоду достигают 5…6 ºС.
Влияние лесных полос на тепловой режим неоднозначно. В целом за период вегетации сумма активных температур среди лесных полос и в открытой степи остается примерно одинаковой (с варьированием 3…5 %). Но важно другое: системы лесонасаждений оказывают терморегулирующее влияние на защищаемые поля. Весной при недостатке тепла среди лесных полос возрастают суммы положительных температур. В последующие периоды они уменьшаются, становится несколько прохладнее.
На влажность приземного слоя воздуха лесные полосы всех конструкций и массивные насаждения оказывают положительное влияние. На межполосных участках относительная влажность воздуха в среднем повышается на 2…3 %, а абсолютная на 0,5…1 мм. В суховейные дни возможно увеличение относительной влажности на 8…10 %, а абсолютной до 1,5…3 мм. В пасмурную погоду различий во влажности воздуха открытой степи и межполосных участков не наблюдается. В местах повышенного турбулентного обмена возможно незначительное понижение влажности воздуха.
Влияние лесных полос на испаряемость. В системе лесных полос интенсивность испарения всегда бывает меньше, чем в открытой степи. Это связано со снижением скорости ветра, повышением влажности воздуха и пониженным турбулентным обменом. В приопушечной зоне на расстоянии 2…3 Н с заветренной стороны в суховейные дни испаряемость снижается в 2…3 раза, а в зоне 25 Н в среднем на 30 % (табл. 4.1). Эффективность влияния лесных полос разных конструкций на испаряемость соответствует эффективности их влияния на скорость ветра.
Таблица 4.1