НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

СИТНИК ОЛЕКСАНДР СЕРГІЙОВИЧ

УДК 630*26(477.4)

ЛІСІВНИЧІ ОСОБЛИВОСТІ ТА ПОЛЕЗАХИСНА РОЛЬ

ЛІСОВИХ СМУГ РІЗНИХ КОНСТРУКЦІЙ В УМОВАХ ПРАВОБЕРЕЖНОГО ЛІСОСТЕПУ

06.03.01 – лісові культури та фітомеліорація

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

КИЇВ–2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України

Науковий керівник – доктор сільськогосподарських наук, професор

Пилипенко Олексій Іванович,

Національний аграрний університет, професор

кафедри лісової меліорації

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор

Ониськів Микола Ількович,

Національний аграрний університет,

Науково-дослідний інститут лісівництва і декоративного садівництва, головний науковий співробітник

кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник

Гладун Григорій Борисович,

Український науково-дослідний інститут лісового

господарства та агролісомеліорації ім. Г.М. Висоцького,

провідний науковий співробітник лабораторії

лісових культур і агролісомеліорації

Провідна установа – Національний лісотехнічний університет України

Міністерства освіти і науки України,

кафедра лісових культур і лісової селекції, м. Львів

Захист відбудеться “2” листопада 2000 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.09 у Національному аграрному університеті?за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, ауд. 65

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус 4, ауд. 41

Автореферат розісланий “28” жовтня 2005 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Кравець П.В.ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Площа еродованих і дефляційних земель в Україні становить 18,5 млн га (31% території держави), у т. ч. сильно еродованих – 6,23 млн га, які необхідно вивести з ріллі і половину з них заліснити. Водна і вітрова ерозія ґрунтів ускладнюється посухами й суховіями та іншими несприятливими факторами. За останні десятиліття 2-3 роки з п’яти посушливі. Внаслідок ерозії ґрунтів Україна втрачає щорічно понад 10-12 млн т зерна.

Ураховуючи різноманітність видів і форм ерозійних процесів та шкідливих природно-кліматичних (посухи, суховії, пилові бурі тощо) і антропогенних явищ, необхідна система захисту ґрунтів від ерозії.

Основним елементом лісоаграрних ландшафтів є лісомеліоративні насадження, в т. ч. полезахисні лісові смуги (ПЛС). В Україні створено близько 1,4 млн га захисних лісових насаджень (ЗЛН), у т. ч. ПЛС – 440 тис. га, а необхідно (оптимальна величина) відповідно 5,0 млн га і 900 тис. га. Площа ЗЛН (у т. ч. ПЛС) має бути в 2-3 рази збільшена.

У переважній кількості господарств України відсутня система полезахисних лісових смуг. Існуючі лісові смуги часто не досягають проектної висоти (від якої значною мірою залежить їх полезахисна ефективність) через недоліки створення лісових насаджень.

Згідно із Законами України „Про меліорацію земель” (14.01.2000 р.; № 1389  XIV) і „Про Загальнодержавну програму формування національної екологічної мережі України на 2000-2015 роки” (21.09.2000 р.; № 1989 – ІІІ) та Державною програмою „Ліси України” (29.04.2002 р.; № 581), до 2015 р. на еродованих сільськогосподарських землях необхідно створити лісомеліоративні насадження першої черги на площі 1,7 млн га, в т. ч. ПЛС – 174 тис. га.

Вивчення лісівничо-таксаційних особливостей і впливу на польові угіддя лісових смуг та обґрунтування їх оптимальної структури і конструкції являє собою складову частину оптимізації полезахисного лісорозведення.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження в дисертаційній роботі здійснені в рамках наукової тематики кафедри лісової меліорації Національного аграрного університету „Розробити теоретичні і технологічні основи оптимізації структури захисних лісових насаджень для зональних лісоаграрних екосистем України” (номер державної реєстрації 0101U001707).

Мета і задачі дослідження: обґрунтування оптимальних конструкцій полезахисних лісових смуг та визначення їх полезахисної ролі в умовах Правобережного Лісостепу.

Об’єкт дослідження – полезахисна роль лісових смуг різних конструкцій як складової частини протиерозійної системи в умовах Правобережного Лісостепу.

Предмет дослідження – лісівничо-таксаційна будова лісових смуг різних конструкцій; вплив лісових смуг на зниження швидкості вітру на прилеглих полях, снігозатримання, властивості ґрунту та врожайність сільськогосподарських культур.

Методи дослідження. Лісівничо-таксаційні дослідження проводили за типовими в лісовій таксації та лісівництві методиками. Вплив полезахисних лісових смуг на польові угіддя – за методиками, розробленими в лісовій меліорації, ґрунтознавстві й агрономії. За виявленими основними закономірностями впливу лісових смуг на польові угіддя розроблено математичні моделі за стандартними програмами із застосуванням комп’ютерної технології. Для порівняння одержаних результатів застосовано графічні та аналітичні способи.

Наукова новизна одержаних результатів. Уперше для умов Правобережного Лісостепу проведено комплексні (системні) дослідження полезахисної ролі лісових смуг різних конструкцій. Дані досліджень включають: особливості лісівничо-таксаційної будови і ріст лісових смуг, аеродинаміку (вплив на зниження швидкості вітру), снігозатримання й снігорозподілення та запаси вологи в снігу, властивості ґрунту та врожайність зернових культур (у т. ч. озимої пшениці).

Удосконалено методику польового експерименту щодо системного вивчення полезахисного лісорозведення.

У дисертаційній роботі здійснено подальший розвиток нових положень в агролісомеліорації – інтегрального ґрунтопокращення та коефіцієнта рівномірності меліоративного впливу полезахисних лісових смуг.

Розроблено математичні моделі позитивного впливу лісових смуг на польові угіддя з метою виявлення їх оптимальної конструкції.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень за темою дисертаційної роботи використані у таких напрямах:

- враховані при розробці „Методичних рекомендацій щодо створення системи захисних лісових насаджень (Оптимізація лісоаграрних екосистем рівнинної території України)”, опрацьованих кафедрою лісової меліорації НАУ (К.: ВЦ НАУ, 2005. – 20 с.);

- застосовуються у навчальному процесі при вивченні дисциплін „Лісова меліорація” і „Системи захисту ґрунтів від ерозії” по темі: „Полезахисне лісорозведення”;

- впровадження здійснено у 2003-2004 роках на площі 64 га (посадка захисних лісових насаджень), у т. ч. у Володимирівському лісництві ДП „Смілянське лісове господарство” – 14,0 га та у ДП „Канівське лісове господарство” Черкаського обласного управління лісового господарства (ОУЛГ) – 50,0 га.

Особистий внесок здобувача. Полягає у самостійному опрацюванні літератури, оволодінні необхідними методологією й методами досліджень, безпосередній участі у плануванні та самостійному проведенні польових досліджень і їх обробці та аналізі, обґрунтуванні й обробці результатів досліджень, математичному моделюванні, підготовці матеріалів до опублікування і написання дисертаційної роботи.

Апробація результатів дисертації. Результати наукових досліджень, висновки та практичні рекомендації викладено на науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу лісогосподарського факультету Національного аграрного університету (м. Київ, 2002-2004 рр.), засіданнях кафедри лісової меліорації НАУ та технічних радах і виробничих нарадах ДП „Смілянське лісове господарство” Черкаського ОУЛГ.

Публікації. Результати наукових досліджень за темою дисертаційної роботи опубліковані в шістьох наукових працях у фахових виданнях ВАК України.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, шести розділів, висновків і рекомендацій виробництву, списку використаних джерел і 14 додатків. Результати досліджень викладено на 115 сторінках основного комп’ютерного тексту. Фактичний матеріал систематизовано у 20 таблицях, графічні дані ілюстровано 27 рисунками, розроблено 14 математичних моделей (формул). Список використаних джерел містить 266 найменувань, із них 17 іноземних, у т. ч. 4 Internet-сайти. Додатки складаються з 50 таблиць і 17 рисунків, розміщених на 95 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ 1. Природні умови і стан полезахисного лісорозведення регіону дослідження. Регіон досліджень відноситься до Х агролісомеліоративного району (за даними Логгінова Б.Й., 1961), який займає Правобережний Лісостеп в межах Київської, Черкаської, північної частини Одеської і Кіровоградської, східної половини Вінницької та південних районів Житомирської областей. Площа Правобережного Лісостепу становить 6,6 млн га (10,9% території України) і знаходиться в помірно-кліматичній зоні лісового атлантико-континентального клімату. За рівнем зволоження належить до центральної зони несталого зволоження (коефіцієнт зволоження 0,76-1,0; Бучинський І.О., 1963). Середньорічна кількість опадів теплого періоду знаходиться в межах 450-550 мм, холодного періоду – 125-150 мм. Висота снігового покриву в середньому досягає 20-30 см, кількість днів зі сніговим покривом становить 75-105.

Переважаючі за напрямком вітри північних і південних, а суховійні та вітри, які спричиняють пилові бурі, східних і південних румбів.

Механічний склад ґрунтів незалежно від їх генетичної природи – переважно суглинковий. У структурі ґрунтового покриву значні площі припадають на сірі, темно-сірі і рідше світло-сірі лісові ґрунти, чорноземи опідзолені, чорноземи вилугувані, чорноземи типові та ін; у досліджуваних господарствах переважають чорноземи. Тип умов місцезростання (ТУМ), в основному, D2.

Досліджувані полезахисні лісові смуги розташовані в Київській і Черкаській областях, площа лісосмуг відповідно становить 11,9 і 15,5 тис. га; середня полезахисна лісистість в межах 0,7-1,0%, а оптимальна (необхідна) – 1,6-3,2% (за даними проф. Пилипенка О.І., проф. Юхновського В.Ю., 1998).

Розділ 2. Теоретичне обґрунтування лісівничих особливостей та полезахисної ролі лісових смуг (аналітичний огляд літератури). У цьому розділі з метою вирішення основних проблемних питань (стосовно лісівничої будови і полезахисної ролі лісових смуг різних конструкцій у досліджуваному регіоні) ми вивчили, проаналізували й узагальнили наукові праці попередніх дослідників (насамперед вчених УкрНДІЛГА, м. Харків; Всеросійського НДІ агролісомеліорації, м. Волгоград; кафедри лісової меліорації НАУ та ін.). За основу наших теоретичних досліджень слугували праці класиків і визначних вчених з лісової меліорації та лісівництва: В.В. Докучаєва, Г.Ф. Морозова, Г.М. Висоцького, В.О. Бодрова, А.В. Альбенського, М.П. Анучина, Г.Г. Данілова, Б.В. Карузіна, В.І. Коптєва, Б.Й. Логгінова, М.М. Милосердова, Є.С. Павловського, П.С. Пастернака, О.І. Пилипенка, М.М. Свалова, Я.А. Смалька, В.Ю. Юхновського та ін.

Як засвідчують численні дослідження в галузі полезахисного лісорозведення, лісові смуги оптимальних конструкцій повинні володіти основними рисами і елементами лісового біоценозу: займати певну площу (бути допустимо вузькими), мати високозімкнений головний намет і розвинутий другий ярус, підлісок та лісову підстилку. Основною лісо-утворюючою породою для полезахисного лісорозведення в умовах Лісостепу та чорноземного Степу є дуб звичайний з його типовими супутниками.

Згадані дослідники встановили, що оптимальними (у загальних рисах) є вузькі лісові смуги (ширина до 10-15 м) з помірною середньою ажурністю (10-20%) і вітропроникливістю (30-50%). Серед основних вимог до захисних насаджень – біологічна стійкість та висока полезахисна ефективність у будь-яку пору року, що залежить від їх конструкції.

Полезахисні лісові смуги є елементом високої культури землеробства та складовою частиною зональних протиерозійних систем у цілому. Системних досліджень та обґрунтувань оптимальної будови й конструкції лісових смуг для умов Правобережного Лісостепу на даний час немає. Вирішення цієї проблеми стало метою нашої роботи.

Розділ 3. Методологічні основи, методика, план і програма досліджень. Методологія – вчення про структуру, логічну організацію, методи і засоби діяльності, що використовуються в наукових дослідженнях. Це система пізнавальних і загальнотеоретичних принципів.

Основу методології досліджень в агролісомеліорації становлять: а) закони розвитку природи як цілісної саморегулюючої системи (природа – єдина, цілісна й нероздільна);?б) захисні лісові насадження як лісовий біоценоз, що постійно розвивається, взаємодіє та саморегулюється;?в) ліс і поле – єдина екологічна система; г) полезахисні лісові смуги повинні відповідати лісівничим та агрономічним вимогам, які взаємопов’язані між собою, тощо.

При розробці конкретних методик польових досліджень лісових смуг та їх впливу на прилеглі поля були використані наукові праці вчених-дослідників (див. розділ 2).

Методика досліджень. Польові дослідження лісівничих особливостей і полезахисної ролі лісових смуг різних конструкцій проводились за типовими й удосконаленими методиками, які застосовуються у лісівництві, лісовій таксації, лісовій меліорації, ґрунтознавстві та агрохімії. За виявленими закономірностями побудовані математичні моделі.

План і програма досліджень. Лісівничі особливості полезахисних смуг різних конструкцій аналізували на 17 пробних площах; при цьому ріст лісонасаджень основних конструкцій вивчався за верхівками облікових дерев.

Аеродинамічні дослідження (зниження швидкості вітру на прилеглих полях на висоті 1 м) проводили на всіх основних конструкціях по 13 маршрутних ходах на різних відстанях від лісових смуг (при цьому здійснено близько 300 10-хвилинних вимірів).

Вплив захисних насаджень на снігозатримання та снігонакопичення вивчали у більшості лісових смугах, де досліджували їх аеродинаміку; при цьому здійснено понад 1 тис. замірів снігу.

Ґрунтові дослідження проведено під захистом трьох основних конструкцій (щільна, ажурна, продувна); виконано аналіз основних властивостей ґрунту на 18 середніх зразках (гумус, питома вага, N, P, K).

Вивчалась залежність урожайності зернових культур (у т. ч. озимої пшениці) від полезахисної лісистості у звичайні та посушливі роки на прикладі 15 сільськогосподарських підприємств за 28 років (1976 – 2003 рр.).

За виявленими закономірностями позитивного впливу лісових смуг побудовані математично моделі з метою їх оптимізації.

Розділ 4. Лісівничо-таксаційна характеристика полезахисних лісових смуг. Для вивчення особливостей лісівничо-таксаційної будови було закладено з урахуванням усіх вимог методів лісової таксації, 17 пробних площ (табл. 1), на трьох пробах вивчався ріст лісових смуг.

Переважна більшість лісонасаджень, як правило, складні за формою (мають перший (головна порода) і другий яруси та підлісок або підріст).

Досліджувані лісові смуги малорядні: кількість рядів 2-7 (в основному 3-4). Ширина лісових смуг становить: по крайніх рядах – 5,0-19,5 м; по крайніх рядах плюс одне міжряддя – 6,0-22,0 м; по проекціях крон – 11,5-27,0 м. Ширина по проекціях крон у 1,2-1,9 раза більша, ніж ширина по крайніх рядах плюс одне міжряддя. Ширина міжрядь знаходиться в межах 1,5-5,0 м.

Вік полезахисних насаджень становить 45-60 років; середня висота – 15,3-20,2 м. Сума площ перерізів лісових смуг перебуває в межах 16,0-49,3 м2/га; повнота – 0,5-1,3. Повнота, встановлена залежно від ширини лісової смуги з урахуванням ширини смуги по крайніх рядах плюс одне міжряддя, знаходиться в межах 0,5-1,3, а по проекціях крон 0,3-0,9 (тобто в 1,5 раза менша).

Досліджувані лісові смуги мають Іа-ІІІ бонітет. Високоповнотні й зімкнуті насадження з розвинутим другим ярусом і підліском (зімкнутість 0,2-0,4) та кількістю рядів, як правило, 4-7 (рідше – 3) мають І-Іа бонітет. Малорядні лісосмуги (2-3 ряди) при високій повноті й зімкнутості (проба 16 і 17) мають ІІ-ІІІ бонітет. Зріджені смуги (проба 14), малорядні (проби 16 і 17) та загущені

Таблиця 1

Лісівничо-таксаційна характеристика полезахисних лісових смуг

Номер пробних площ | Показник | кількість рядів | величина проби | перший ярус | другий ярус | підлісок (підріст) | ажурність % | конструкція | ширина, м | довжина, м | площа, га | склад | А, років | Нср., м | Dср., см | G, м2/га | к-ть дерев, шт./га | Р, (1,0) | зімкненість (1,0) | М, м3/га | бонітет | склад | Нср., м | зімкненість (1,0) | Нср., м | зімкненість (1,0) | між стовбурами | у кронах | 1 | 3 | 15,0 | 180 | 0,27 | 10Д | 55 | 18,3 | 25,2 | 37,2 | 741 | 0,85 | 0,7-0,8 | 288 | ІІ | - | -  | -  | 1,5-3,0 | 0,2-0,4 | 45-50 | 0-15 | Продувна | 2 | 3 | 15,0 | 180 | 0,27 | 10Д | 55 | 18,8 | 28,7 | 36,0 | 556 | 0,75 | 0,8 | 320 | І | 9Д1Кг | 14,5 | 0,3 | 2,5-3,0 | 0,3-0,4 | 15-30 | 10-25 | Ажурна | 3 | 7 | 22,0 | 80 | 0,18 | 10Д | 55 | 18,2 | 22,8 | 25,4 | 852 | 0,61 | 0,7-0,8 | 122 | ІІ | 10Вз | 15,2 | 0,5 | 1,0-3,5 | 0,7-0,8 | 0-5 | 0-10 | Щільна | 4 | 3 | 15,0 | 150 | 0,23 | 10Д | 50 | 18,4 | 22,1 | 25,7 | 667 | 0,55 | 0,6-0,8 | 218 | І | -  | -  | -  | 2,0 | 0,3-0,4 | 20-30 | 20-30 | Ажурна | 5 | 4 | 12,0 | 85 | 0,10 | 10Д | 55 | 19,0 | 19,0 | 42,3 | 1510 | 0,90 | 0,8-0,9 | 380 | І | 10Д | 13,5 | 0,3 | 1,5 | 0,4 | 10-20 | 15-25 | Ажурна | 6 | 3 | 15,0 | 170 | 0,26 | 10Д | 55 | 18,9 | 21,5 | 22,6 | 624 | 0,47 | 0,5-0,6 | 200 | І | -  | -  | 1,5 | 0,2 | 25-30 | 35-55 | Ажурна | 7 | 4 | 12,0 | 150 | 0,18 | 10Д | 55 | 19 | 23,6 | 40,5 | 928 | 0,85 | 0,8 | 360 | І | - | - | - | - | - | 20-50 | 35-50 | Ажурна | 8 | 7 | 10,5 | 180 | 0,19 | 10Д | 50 | 18,6 | 22,4 | 49,3 | 1249 | 1,06 | 0,9 | 419 | І | 10Д | 14,0 | 0,3 | 1,0-2,0 | 0,2-0,4 | 15-25 | 15-25 | Ажурна | 9 | 2 | 6,0 | 300 | 0,18 | 5Д5Яс | 50 | 18,1 | 19,0 | 42,3 | 717 | 0,90 | 0,7-0,8 | 173 | І | -  | -  | 2,0 | 0,1 | 30-50 | 30-40 | Ажурно-продувна | 10 | 3 | 12,0 | 180 | 0,22 | 10Д | 45 | 21,3 | 25,9 | 36,6 | 694 | 0,81 | 0,8 | 296 | І | 7Д3Вз | 13,0 | 0,2 | 1,5-2,0 | 0,1 | 40-60 | 15-25 | Ажурно-продувна | 11 | 3 | 12,0 | 150 | 0,18 | 10Д | 50 | 20,2 | 28,3 | 52,4 | 833 | 1,05 | 0,9 | 508 | Іа | -  | -  | 2,5 | 0,3 | 20-30 | 25-30 | Ажурна | 12 | 3 | 15,0 | 180 | 0,27 | 10Д | 55 | 18,9 | 25,8 | 31,9 | 611 | 0,67 | 0,7-0,8 | 283 | І | -  | -  | -  | 1,5-2,5 | 0,4 | 25-30 | 25-35 | Ажурна | 13 | 7 | 10,5 | 90 | 0,09 | 10Д | 50 | 18,5 | 21,6 | 37,2 | 1016 | 0,82 | 0,7-0,8 | 301 | І | 6К 4Л | 15,5 | 0,3 | 1,5-3,0 | 0,2-0,6 | 5-15 | 5-15 | Щільна | 14 | 3 | 15,0 | 170 | 0,26 | 10Д | 55 | 16,8 | 23,1 | 23,6 | 561 | 0,54 | 0,5-0,7 | 179 | ІІ | -  | - | -  | 2,5 | 0,1 | 45-60 | 10-30 | Ажурно-продувна | 15 | 3 | 12,0 | 120 | 0,14 | 10Д | 55 | 17,0 | 26,4 | 57,0 | 1042 | 1,30 | 0,8-1,0 | 433 | ІІ | -  | -  | 1,0-2,5 | 0,6 | 10-20 | 15-25 | Ажурна | 16 | 3 | 15,0 | 130 | 0,20 | 10Д | 55 | 15,3 | 28,8 | 48,1 | 738 | 1,26 | 0,9-1,0 | 303 | ІІІ | - | - | - | - | - | 40-60 | 30-40 | Ажурно-продувна | 17 | 2 | 10,0 | 260 | 0,26 | 10Д | 60 | 16,5 | 28,9 | 37,9 | 577 | 0,96 | 0,8-1,0 | 248 | ІІІ | -  | 1,5-3,5 | 0,1-0,4 | 40-50 | 30-50 | Ажурно-продувна |

(за рахунок чагарнику зімкнутістю 0,6-0,8 (проби 3 і 15)) знижують свою продуктивність?(як правило, мають?ІІІ бонітет). Таким чином, у лісових смуг, близьких до лісового фітоценозу, продуктивність (бонітет) на 1-2 класи вища.

Особливе значення для формування конструкції і біологічної стійкості лісових насаджень має підлісок, висота якого сягає 1,0-3,5 м, та зімкненість – 0,1-0,8. На пробних площах 7, 9, 10, 14, 16 підлісок відсутній або його зімкненість не перевищує 0,1; такі насадження мають високу ажурність (між стовбурами) та низьку продуктивність (ІІ-ІІІ бонітети).

Захисна і верхня висоти подібні (різниця 0,1-0,4 м); середня висота (за графіком висот) на 0,7-1,0 м менша, ніж перші дві. З урахуванням простоти визначення, захисну висоту можна рекомендувати для практичного використання.

Величина діаметра і висоти дерев у лісових смугах залежить від їх розташування. Так, висота дуба у крайніх рядах складає 19,3-18,6 м, а у середніх – 19,5 м; різниця – 0,6 (до 1) м. Величина діаметра має протилежне значення: у середніх рядах становить 22,2 см, а у крайніх – 25,0-28,0 см; різниця – 4,3 см. Крім того, виявлено й іншу закономірність: на завітряному узліссі (північне та західне узлісся) показники висоти й діаметра дерев (дуба звичайного) більші, ніж на навітряному. Причина: різні мікрокліматичні умови (на завітряному узліссі спостерігається менша швидкість вітру та більша кількість снігу тощо).

Досліджуваним лісовим смугам притаманний увесь спектр конструкцій: щільна широка (ширина по крайніх рядах – 19,5 м, по проекціях крон – 27,0 м); щільна вузька (відповідно – 9,0-14,5 м); ажурна (ажурність – від 10 до 35%); продувна та ажурно-продувна.

Особливості росту лісових смуг вивчались на трьох пробних площах (за верхівками 9 облікових дерев). Приріст по висоті за останні п’ять років (вік насаджень 50-55 років, висота 18-21 м) становив 9,8-17,0 см/рік (27,7-43,6%); перевагу мала (верхні показники) щільна лісова смуга, яка за будовою подібна до лісового фітоценозу.

Розділ 5. Аеродинамічні та снігорозподільчі властивості полезахисних лісових смуг. З метою дослідження аеродинамічних властивостей лісових смуг було встановлено 13 анемометричних “ланцюгів”: 7 – у смугах в облисненому стані (варіанти – І-VII), 6 – у безлистому (варіанти – Іа-VІIа); ними охоплено основні та проміжні конструкції лісових смуг. Характер зниження швидкості вітру на захищуваних полях в зоні 0-25 висот (Н) залежно від конструкції лісової смуги наведено в табл. 2.

Ажурність досліджуваних полезахисних смуг в облисненому стані сягає: щільна смуга (варіант І) – між стовбурами 0-5, у кронах 0-10%; ажурна (сильно; варіант ІІ) смуга відповідно – 25-30(50) та 35-55%; ажурна (середньо; варіант IV, VI) – 20-30 і 20-30%; продувна (сильно; варіант V) – 50-75 і 0-10;%; продувна (помірно; варіант VII) – 45-50 і 0-10(15)%; ажурно- продувна (варіант IIІ) – 40-60 і 30-40%. У безлистому – щільна смуга (варіант Іа) має ажурність 30-40 і 30-40%; ажурна (сильно; варіант ІІа) – 55-60 і 60-65%; ажурна (середньо; варіант IVа, VIа) – 50-55 і 50-55%; продувна (помірно; варіант VIIа) – 60-70 і 45-55%; ажурно-продувна (варіант IIІа) – 65-75 і 50-55%.

Таблиця 2

Зниження швидкості вітру під захистом лісових смуг різних конструкцій

(кут підходу 80-90°; висота замірів – 1 м)

Ва-ріант | Швидкість вітру на контролі, м/с

(100%) | Середня швидкість вітру на відстані від лісової смуги, кратна її висоті (Н), % від контролю | СВ,

% | Кр,

1,0 | навітряна сторона | завітряна сторона | 5Н | лісосмуга | 2,5Н | 5Н | 10Н | 25Н | 0Н | 0Н | Облиснений стан | І | 2,73 | 111 | 74 | 26 | 74 | 67 | 78 | 126 | 22 | 4,54 | ІІ | 2,90 | 97 | 97 | 93 | 48 | 59 | 86 | 100 | 27 | 1,93 | ІІІ | 2,40 | 96 | 71 | 63 | 54 | 56 | 71 | 75 | 41 | 0,51 | IV | 2,50 | 96 | 68 | 52 | 40 | 56 | 56 | 80 | 47 | 0,85 | V | 2,57 | 88 | 77 | 81 | 50 | 58 | 69 | 81 | 39 | 0,80 | VI | 4,67 | 98 | 89 | 74 | 66 | 68 | 87 | 98 | 25 | 1,28 | VII | 3,63 | 97 | 92 | 92 | 78 | 67 | 72 | 78 | 35 | 0,31 | Безлистий стан | Іа | 3,17 | 91 | 87 | 84 | 73 | 69 | 70 | 91 | 32 | 0,69 | ІІа | 3,20 | 95 | 94 | 88 | 83 | 78 | 82 | 94 | 24 | 0,67 | ІІІа | 2,90 | 98 | 96 | 96 | 93 | 86 | 85 | 100 | 19 | 0,80 | IVа | 3,20 | 95 | 92 | 88 | 74 | 73 | 73 | 96 | 29 | 0,80 | VІа | 3,33 | 96 | 93 | 82 | 79 | 78 | 78 | 95 | 26 | 0,65 | VIІа | 3,03 | 96 | 95 | 92 | 83 | 76 | 76 | 97 | 26 | 0,82 | Примітка. 1. СВ – сумарний вітрозахист?(середнє?зниження швидкості?вітру в зоні 0-25Н,

2. Кр – коефіцієнт рівномірності меліоративного впливу (зменшення швидкості вітру, снігозатримання, ґрунтопокращення тощо) лісових смуг на прилеглі поля в зоні 0-25(30)Н – це відношення різниці максимального і мінімального впливів у вказаній зоні до його середнього значення. Чим менший Кр (ближче до нуля), тим лісові смуги рівномірніше впливають на прилегле поле (Пилипенко О.І., 1992).

Швидкість вітру максимально збільшується (на 26%) за смугою щільної конструкції (варіант І) і становить на відстані 25Н – 126% від контролю. За смугами інших конструкцій (ІІІ, IV, V, VI, VIІ) на даній відстані (пункт 25Н) спостерігається швидкість вітру в межах 75-98% (зменшення 25-2%). Мінімальна швидкість вітру в безлистому стані лісових смуг відзначається на відстані 5-10Н, тоді як в облиснених смугах – на відстані 0-5Н. Величина даного мінімуму у першому випадку становить 69-85%, у другому – 26-67%, тобто амплітуди зниження швидкості вітру під захистом смуг різних конструкцій без листя знижується майже у 2 рази. Це свідчить, що їх аеродинамічні криві взимку стали більш пологими.

Середнє зниження швидкості вітру в зоні 0-30Н лісових смуг (сумарний вітрозахист, СВ) становить 22-47% (облиснений стан лісонасаджень), а рівномірність даного зменшення Кр0,31-4,54, що вказує на контрастність їх аеродинаміки. Рівномірність зниження швидкості вітру (у; Кр) у зоні 0-30Н залежно від?середньої ажурності (х; Аср, %) лісових смуг показана?формулою 1:

у = 0,0065х2 - 0,342х + 4,81. (1)

Залежність сумарного вітрозахисту (у; СВ, %) від середньої ажурності лісових смуг в облисненому стані (х; Аср,представлена на рис. 1.

Найефективніші в боротьбі з суховіями є вузькі лісові смуги із середньою ажурністю 15-20%: СВ становить 39-47% з відносно рівномірним впливом на польові угіддя (Кр = 0,7).

У безлистому стані ефективність лісових смуг щільної конструкції зростає порівняно з облисненими майже в 1,5 раза. Причина даного явища – збільшення їх продувності: СВ відповідно становить 32 і 22%. Найбільшим сумарним вітрозахистом (СВ %) при рівномірності меліоративного впливу Кр=0,8 відзначаються лісові смуги ажурної конструкції з середньою ажурністю близько %.

Рівномірність меліоративного впливу (зниження швидкості вітру) в зоні?0-30Н (у; Кр) залежно від середньої ажурності лісових смуг у безлистому стані (х; Аср,показана формулою 2:

у = - 0,0008 х 2 + 0,079 х - 1,10. (2)

Залежність середнього зниження швидкості вітру (у; СВ, %) в зоні 0-30Н від середньої ажурності лісових смуг у безлистому стані (х; Аср,така (формула ):

у = 0,0125 х 2 - 1,52 х + 70,7. (3)

З метою дослідження характеру снігозатримання і снігорозподілення на прилеглих полях під впливом полезахисних лісових смуг було проведено снігомірні спостереження на землях СТОВ „Україна” Смілянського району Черкаської області та “Совки” Київської області. Об’єктом дослідження стали 10 лісових смуг різних за конструкцією, в яких було прокладено 14 маршрутних ходівМХ). Середня ажурність лісових смуг у безлистому стані знаходиться в межах від 30-60% (табл. ).

Таблиця 3

Вплив лісових смуг різних конструкцій на снігозатримання і снігорозподілення

Номер МХ | Конструкція лісової смуги | Ажурність у безлистому стані, % | Кр, 1,0 | Об’єм затриманого снігу у зоні

0-30Н, м3·м-1 | між стовбурами | у кронах | I | Продувна | 40-50 | 50-55 | 1,35 | 25,5 | II | Щільна | 30-40 | 40-55 | 3,36 | 35,5 | III | Продувна | 40-50 | 45-50 | 1,83 | 24,9

IV | Продувна | 50-65 | 45-50 | 4,75 | 11,4 | V | Щільна | 20-30 | 40-50 | 4,96 | 16,6 | VI | Ажурна | 40-50 | 45-55 | 3,07 | 41,2 | VII | Ажурна | 40-50 | 50-60 | 4,31 | 14,9 | VIII | Щільна | 35-45 | 35-45 | 3,84 | 55,0 | IX | Ажурна | 45-50 | 40-50 | 1,62 | 104,7 | X | Ажурна | 50-60 | 55-60 | 2,02 | 79,5 | XI | Продувна | 55-65 | 35-45 | 1,29 | 90,4 | XII | Ажурно-продувна | 65-75 | 45-55 | 1,16 | 54,0 | XIII | Продувна | 55-65 | 35-45 | 0,98 | 99,4 | XIV | Ажурна | 40-50 | 50-60 | 1,00 | 49,9 |

Простежується тісний взаємозв’язок між аеродинамікою (зниження швидкості вітру) та об’ємом (V м3·м-1) затриманого снігу: чим більший сумарний вітрозахист, тим більший об’єм затриманого снігу. Характер затримання снігу – це дзеркальне відображення зниження швидкості вітру. Сніг затримувався на обох прилеглих до лісової смуги полях, що вказує на позитивний вплив лісових смуг незалежно від просторової орієнтації. Товщина снігових шлейфів на міжсмугових полях із завітряної сторони лісової смуги приблизно в 1,5 раза більша, ніж з навітряної.

За результатами наших досліджень встановлена залежність об’єму затриманого снігу (у; V, м3·м-1) від середньої ажурності лісових смуг (х; Аср,(рис. 2).

Об’єм затриманого снігу лісовими смугами в зоні 0-30Н у середньому становить 50 м3·м-1. Дальність захисного впливу у лісових смуг щільних конструкцій (МХ – II, V, VIII) досягає 5Н, ажурних (МХ – VI, VII, IX, X, XIV) – 10-15Н, продувних (МХ – I, III, IV, XI, XIII) – 15-25Н, ажурно-продувних (МХ – ХІІ) – 5-10Н.

Оптимальна ажурність полезахисних лісових смуг в облисненому стані – 15-25%, в безлистому – 45-50% (МХ – X, XII, XIII, XIV; проби – 1, 4, 5, 10). Смуги таких оптимальних конструкцій мають сумарний вітрозахист (в облисненому стані) близько 40% і максимально затримують сніг. Об’єм затриманого снігу під їх захистом сягає в середньому 70 м3·м-1, а характер його розподілу на міжсмугових полях порівняно рівномірний.

Подальше збільшення ажурності (МХ VII; проба 6) призводить до зниження снігозатримання (14,9 м3·м-1) та погіршення рівномірності його розподілу (Кр=4,3). Залежність рівномірності розподілу снігу (у; Кр) від середньої ажурності (х; Аср, %) подана формулою 4:

у = 0,0145х2 - 1,37х + 33,8. (4)

Залежність запасу води в сніговому покриві (у, мм) на полях, захищених лісовими смугами, від середньої ажурності (х; Аср, %) наступна (формула 5):

у = - 0,521х2 + 46,8х – 877. (5)

Зважаючи на наведену формулу, найбільші запаси води у снігу спостерігаються під смугами продувної (МХ – XI, XIII) та ажурної (МХ – VI, IX, X) конструкцій. Їх середня ажурність в безлистому стані 40-50%. Подальше збільшення або зменшення цього показника призводить до зниження запасів води.

Розділ 6. Вплив полезахисних лісових смуг на властивості ґрунту та врожайність сільськогосподарських культур. Вплив лісових смуг на властивості ґрунту вивчали на території Смілянського району на землях СТОВ „Україна”. Дослідження охопили три основні конструкції захисних лісових насаджень: щільну, ажурну та продувну. Ажурність досліджуваних лісових смуг в облисненому стані становить: а) щільна смуга – між стовбурами????5-10(15)%, у кронах 5-10(15)%; б) ажурна смуга відповідно 15-20 та 10-20%; в) продувна – 25-55 і 5-10(15)%.

Залежність збільшення вмісту гумусу в орному шарі міжсмугових полів (у1,на різній відстані від полезахисних смуг (х; Н, висот) подана формулою :

y1 = – 0,227х2 – 2,01х + 15,6. (6)

Із зміною ажурності спостерігається зміна частки гумусу в шарі ґрунту??0-25 см. Максимальне збільшення вмісту гумусу та найкращу рівномірність меліоративного впливу (Кр=1,91) виявили під захистом смуги ажурної конструкції, що в середньому становить 4,7% від контролю, далі – смуги продувної конструкції – 4,5%, і дещо нижче – у смуги щільної конструкції – 4,1%.

Найменше значення питомої ваги (81,4-85,2% від контролю) припадає на лісову смугу. З віддаленням від лісосмуги вона збільшується і на відстані 25Н становить 94,3-99,6%. Залежність зміни питомої ваги в орному шарі (0-25 см) міжсмугових полів (у2,на різній відстані від лісових смуг (х; Н, висот) представлена формулою 7:

y2 = – 0,649х2 + 7,51х + 76,4. (7)

Інтегральне ґрунтопокращення (у; Кг, %) під захистом лісових смуг оптимальних конструкцій залежно від віддалі від них (х; Н, висот) наведено формулою 8:

у=72,9е–0,451х. (8)

Інтегральне (сумарне) ґрунтопокращення (Кг, %) становить під наметом лісових смуг – 50,6%, у зоні 0-25Н (середнє) – 14%.

Зумовлюючи поліпшення мікрокліматичних та ґрунтових умов на прилеглих полях, лісові смуги сприяють підвищенню врожайності сільськогосподарських культур. Встановлено залежність урожайності зернових культур (у т. ч. озимої пшениці як основної продовольчої культури) від полезахисної лісистості у звичайні роки (формули 9, 10):

у1 = 27,927е0,0837х, (9)

у2 = 32,509е0,0947х. (10)

де у1 – урожайність зернових культур (ц/га);

у2 – урожайність озимої пшениці (ц/га);

х – полезахисна лісистість (%).

За формулою 9, при лісистості 0,3-0,5% (поодинокі лісові смуги) урожайність зернових культур становить 28-30 ц/га, а при 2,5% (лісові смуги близькі до системи) – 34 ц/га. Отже, у системі врожай на 5 ц/га (18%) вища. Така залежність спостерігається і стосовно озимої пшениці (формула 10). Урожайність цієї культури у перших господарствах (лісистість 0,3-0,5%) становить 34 ц/га, а в господарствах із системою лісових смуг – 42 ц/га; тобто врожайність пшениці у 1,2 раза вища (20%).

Як зазначають деякі вчені, меліоративний ефект від лісових смуг зростає у міру погіршення погодних умов. Залежність урожайності зернових культур (формула 11) та озимої пшениці (рис. ) від полезахисної лісистості у посушливі й несприятливі роки наведена на прикладі 2003 року (для України він був гостро посушливим).

у1 = 14,6е0,2784х. (11)

За лісистості 0,3-0,5% урожайність зернових становить приблизно 16 ц/га, а при лісистості 2,6% (система лісових смуг) – 30 ц/га; тобто урожайність в системі лісосмуг в 1,9 раза вища (формула 11). Урожайність озимої пшениці із збільшенням лісистості з 0,5 по 1,4% зростає від 2,2 до 16,7 ц/га (рис. 3).

ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

За результатами дисертаційних досліджень можна зробити такі висновки:

1. Зважаючи на проведені дослідження і аналітичний огляд літератури для забезпечення біологічної стійкості та високої полезахисної ефективності з урахуванням раціонального використання цінних орних земель рекомендуються 4-5 – рядні лісові смуги. Схеми змішування (приклад): у середніх рядах дуб звичайний (Quercus robur L), у крайніх – супутня і плодова (як друга супутня) породи, розділені чагарником.

2. Досліджувані лісові смуги у віці 50-55 років мають висоту 18-21 м (бонітет Іа-ІІІ). Високоповнотні й зімкнуті насадження з розвинутим другим ярусом і підліском (зімкнутість 0,2-0,4) та кількістю рядів, як правило, 4-7 (рідше – 3), мають І-Іа бонітет. Малорядні лісосмуги (2-3 ряди) при високій повноті та зімкнутості ростуть за ІІ-ІІІ бонітетом. Зріджені смуги, малорядні й загущені (за рахунок чагарнику зімкнутістю 0,6-0,8) знижують свою продуктивність (зазвичай, мають ІІІ бонітет).

3. Із збільшенням віку приріст по висоті у лісових смугах знижується, що зумовлюється біологією лісових порід та лісорослинними умовами. Простежується чітка закономірність: чим щільніше лісове насадження (ближче до лісового фітоценозу), тим більший приріст по висоті за останні роки.

4. Найефективніші в боротьбі з суховіями у літній період є лісосмуги (кіль-кість рядів – 3-5) з помірною середньою ажурністю (до 20%), при цьому їх сумарний вітрозахист (середнє зниження швидкості вітру в зоні 30Н) досягає 40-50% і його зниження відносно рівномірне (Кр в межах 0,5-1,0).

5. Оптимальна ажурність лісових смуг в облисненому стані складає – 15-25%, в безлистому стані – 45-50%. Смуги таких оптимальних конструкцій мають сумарний вітрозахист у безлистому стані 25-30% і максимально затримують сніг. Об’єм затриманого снігу під їх захистом сягає 50-100 м3·м-1; Кр=0,8.

6.