Улучшение микроклимата полей.
На полях, прилегающих к лесным полосам, изменяется не только режим ветра, но и связанные с ним элементы микроклимата, т. е. климата данного поля: температура и влажность воздуха и почвы, испарение, распределение снега, промерзание и оттаивание почвы и др. Рассмотрим, в каком направлении происходят эти изменения в зоне эффективного влияния лесных полос (30 Н) и какое значение они имеют для возделывания сельскохозяйственных культур.
Температура воздуха связана с температурой поверхности земли и скоростью теплообмена. Последняя, в свою очередь, определяется скоростью ветра и интенсивностью турбулентности. С уменьшением скорости ветра в зоне влияния лесных полос уменьшается турбулентность и скорость теплообмена. Это накладывает отпечаток на изменения температуры воздуха. Причем эти изменения, в свою очередь, зависят от состояния поверхности почвы, в частности находятся на ней растения или нет. На полях, где нет культурных растений (пар), в первой половине дня вместе с нарастанием температуры поверхности почвы возрастает и температура воздуха; во второй половине дня и ночью происходит охлаждение воздуха. Изменение температуры воздуха на паровом поле среди лесных полос находится в пределах ±1°: днем теплее, после полудня и ночью холоднее. Более резкие колебания до ±6° наблюдаются вблизи опушек плотных лесных полос.
На полях, занятых культурными растениями, наблюдается другая картина. В дневные часы воздух на поле среди лесных полос примерно на 1° прохладнее, а ночью теплее, чем на открытом поле. Это объясняется защитным влиянием сельскохозяйственных культур, травостой которых на полях среди лесных полос обычно более густой, чем в открытом поле.
Влажность воздуха приземного слоя находится в большой зависимости от скорости перемешивания его с вышележащими слоями, а следовательно, от скорости ветра и его турбулентности. Основную массу водяных паров атмосфера получает в результате испарения воды с поверхности океанов и морей. Однако состояние микроклимата в значительной степени определяется местным поступлением водяных паров (испарение воды с поверхности почвы и транспирация растений). При этом влагой насыщаются приземные слои воздуха. Поскольку скорость ветра и турбулентный обмен под влиянием лесных полос уменьшаются, то пары воды дольше удерживаются в приземном слое, и поэтому влажность воздуха на таких полях будет выше, чем воткрытой степи. Разница влажности воздуха достигает здесь в абсолютном значении примерно +5%, а в относительном — до +30%. При суховеях такое превышение возрастает в 1,5-2 раза, что имеет большое значение для жизнедеятельности растений. Вредное действие суховея в этом случае значительно ослабляется.
Испаряемость характеризует максимально возможное испарение, т. е. испарение с открытой водной поверхности. Это очень важный показатель микроклимата, если учесть, что увлажненность местности по Г. Н. Высоцкому определяется отношением осадков к испаряемости. Чем меньше испаряемость, тем больше увлажненность. Испаряемость, как известно, зависит от дефицита влажности воздуха искорости ветра. Эта зависимость выражена следующей эмпирической формулой:
где К – слой испарившейся воды в миллиметрах за 30 дней;
А – а —среднемесячный дефицит влажности воздуха (в миллибарах);
υ – средняя за месяц скорость ветра (в м/сек)на высоте флюгера (10-12 м).
Эта формула, несмотря на некоторые ее недостатки, дает возможность предвидеть, в каком направлении будет изменяться испаряемость на полях, защищенных лесными полосами. На этих полях скорость ветра уменьшается в среднем на 40-45%, а влажность воздуха повышается на 5%, поэтому следует ожидать значительного уменьшения испаряемости (в среднем на 25%).
В снижении испаряемости проявляется очень важное увлажняющее влияние лесных полос. Если в степи отношение осадков к испаряемости равно примерно 0,6, то под действием лесных полос оно увеличивается до 0,9. Иначе говоря, условия увлажнения в степи становятся такими же, как в лесостепи. Следовательно, лесные полосы превращают степь в лесостепь не только по внешнему виду, но и по микроклимату полей. Условия, влияющие на величину испаряемости, аналогично действуют на испарение воды почвой и интенсивность транспирации растений, которые также понижаются на полях, защищенных лесными полосами, на 10-15%. Вследствие этого влага в почве полнее и экономнее расходуется на формирование урожая. При этом общая величина расхода воды на транспирацию возрастает в связи с увеличением урожая растительной массы.
Может возникнуть недоуменный вопрос, почему при пониженной испаряемости влажность воздуха на защищенных полях оказывается выше, чем в открытом поле. Это объясняется тем, что даже при меньшем поступлении паров воды в приземный слой воздуха вследствие более длительного их задержания они будут накапливаться здесь в большем количестве, чем в открытом поле; кроме того, следует учесть, что в результате задержания снега и лучшего увлажнения почвы абсолютная величина количества паров воды, поступающих в воздух, будет не меньше, чем в открытом поле.
Отложение снега. Величина и характер отложения снега на полях в значительной степени определяют глубину промерзания и скорость оттаивания почвы, количество впитывания и стока воды. Поэтому изучение закономерностей отложения снега на открытых полях и среди лесных полос имеет важное значение.
На открытых полях снег распределяется по элементам рельефа неравномерно. На ветроударных склонах его мало, на заветренных — больше; до 50% снега сносится с полей в балки и овраги. На полях среди лесных полос снег остается весь, но распределяется он неравномерно. Профиль снежных отложений является как бы зеркальным отражением графика изменения скорости ветра под влиянием лесной полосы: где меньше скорость ветра, там больше накапливается снега. Наиболее резко выражена неравномерность отложения снега у плотных лесных полос и менее — у продуваемых. Эти различия сглаживаются при создании системы лесных полос.
По исследованиям Института сельского хозяйства центрально-черноземной полосы им. В. В. Докучаева (И. К. Винокурова), отношение количества воды, содержащейся в снеге лесных полос и их шлейфах, к запасу воды в виде снега на прилегающих к ним полях составляет: для лесных полос в центре оазиса 1,4, в то время как для опушечных полос на ветроударной (южной) части оазиса это отношение достигает 4,6. Центр поля, окруженного лесными полосами, при любом направлении ветра бывает защищен меньше, чем другие части поля, поэтому высота снежного покрова здесь всегда наименьшая. Разница эта составляет в среднем 20% на полях, расположенных в центре оазиса, и 40% на полях его окраин. Большая равномерность отложения снега на полях в центре оазиса — результат действия системы лесных полос. В целом же количество воды в виде снега на полях среди лесных полос в 1,3-1,4 раза больше, чем на полях незащищенных, с которых снег сносится в балки и овраги.
Наблюдения за промерзанием почвы на полях того же института показывают, что в холодные зимы почва промерзала на незащищенных полях до глубины 135 см, а среди лесных полос до 111 см. В среднем же почва на открытых полях промерзает на глубину до 71 см, а среди лесных полос — до 57 см. Поэтому почва на защищенных полях быстрее оттаивает и больше впитывает воды при снеготаянии: среди лесных полос величина впитывания составляет 72 мм слоя воды, а на открытых полях — 48 мм.
Если же учесть накопление и сохранение влаги в почве за осенне-зимний период, то разница будет еще больше. Так, в среднем за 1944-1958 гг. весенний запас воды в однометровом слое почвы в том же хозяйстве составил на поле среди лесных полос 347 мм, а в открытой степи 300 мм. Иными словами, почва 1 га поля в результате полезного влияния лесных полос к началу вегетационного периода имеет запас влаги на 470 м3 больше, чем в открытой степи, что создает условия для повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
Защита почвы от эрозии. Вследствие уменьшения скорости ветра, лучшего распределения снега и повышения влажности почвы на полях, защищенных лесными полосами, почти полностью прекращается ветровая эрозия.
Во время бесснежной зимы начала 1969 г. Поволжье, Северный Кавказ и юг Украины были подвержены черным бурям, во время которых скорость ветра достигала 20-25 м/сек, а временами 40 м/сек. В этих условиях одни лесные полосы не могли полностью предотвратить возникновение ветровой эрозии, хотя в значительной степени ослабили ее проявление. Особенно большое влияние оказала сеть лесных полос, взаимосвязанных своим ветрозащитным влиянием. Одиночные лесные полосы, особенно плотной конструкции, оказались неэффективными. Они плохо защищали поля и накапливали в себе огромные массы мелкозема.
Это показало также, что только комплекс противоэрозионных мер — агротехнических и лесомелиоративных — способен противостоять черной буре. Там, где на полях среди лесных полос хорошо были развиты озимые хлеба, ветровой эрозии не наблюдалось. Агротехнические меры основаны на создании хорошо развитого растительного покрова или сохранении на полях растительных остатков (стерни и др.). Обработка почвы в этом случае должна быть безотвальной и проводиться плоскорезами. Рекомендуется также полосное размещение посевов сельскохозяйственных культур.
Итоговую оценку защитному влиянию лесных полос дают сельскохозяйственные растения. Вследствие уменьшения скорости ветра на полях улучшается микроклимат, ослабляется вредное действие суховеев, черных бурь, засух, повышается плодородие почв и урожайность культур. Эффективность многих агротехнических приемов значительно возрастает на полях, защищенных лесными полосами, что можно видеть из следующих данных Института сельского хозяйства центрально-черноземной полосы им. В. В. Докучаева по эффективности применения удобрений на полях среди лесных полос и открытойстепи (табл. 26).
Из данных таблицы 26 видно, что во всех случаях не только урожайность, но и абсолютные прибавки урожая от внесения удобрений у всех культур оказались выше на полях среди лесных полос. Это очень важная особенность влияния лесных полос, она свидетельствует о необходимости разработки особой агротехники возделывания сельскохозяйственных культур на полях, защищенных лесными полосами.
