ІНСТИТУТ АГРОЕКОЛОГІЇ

УКРАЇНСЬКОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК

УДК 631.95:630.266:630.116.4

СТАДНИК Анатолій Петрович

ЛАНДШАФТНО-ЕКОЛОГІЧНА ОПТИМІЗАЦІЯ

СИСТЕМ ЗАХИСНИХ ЛІСОВИХ НАСАДЖЕНЬ

УКРАЇНИ

03.00.16 – екологія

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора сільськогосподарських наук

Київ – 2008

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Українському ордена “Знак Пошани” науково-дослідному інституті лісового господарства та агролісомеліорації

ім. Г.М.Висоцького Державного комітету лісового господарства України

та Національної академії наук України

Науковий консультант: | доктор економічних наук, професор,

академік УААН Фурдичко Орест Іванович,

Інститут агроекології УААН, директор

Офіційні опоненти: | доктор сільськогосподарських наук, професор

Копій Леонід Іванович,

Національний лісотехнічний університет України, професор кафедри лісівництва

доктор біологічних наук, професор,

член-кореспондент УААН

Цилюрик Анатолій Васильович,

Національний аграрний університет, професор кафедри захисту лісу

доктор сільськогосподарських наук,

старший науковий співробітник

Юрчак Лариса Дем'янівна,

Національний ботанічний сад

ім. М.М.Гришка НАН України, головний науковий співробітник відділу алелопатії

Захист дисертації відбудеться “ 12 ” березня 2008 р. об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.371.01 Інституту агроекології УААН за адресою: 03143 м. Київ-143, вул. Метрологічна, 12.

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Інституту агроекології за адресою: м. Київ, вул. Метрологічна, 12

Автореферат розіслано “8” лютого 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат сільськогосподарських наук Я.В.Чабанюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Агроландшафт – природно-сільськогосподарська геосистема регіональної розмірності або модифікований людиною природний ландшафт для цілей землеробського використання. Лісові меліорації в системі агроландшафтів сприяють покращанню екологічних, агролісомеліоративних та природоохоронних умов і забезпечують стійке функціонування аграрного виробництва. Однак, лісомеліоративна інфраструктура захисних лісових насаджень (ЗЛН), яка склалася в Україні, є недостатньо ефективною. Щорічні еколого-економічні збитки внаслідок ерозії ґрунтів перевищують 9 млрд. грн. Свідченням цього є також низька продуктивність сільськогосподарських культур у несприятливі за кліматичними умовами роки. Тому поки не буде сформовано стабільної лісомеліоративної інфраструктури, країна систематично матиме великі збитки в галузі сільськогосподарського виробництва, які позначаться на переробній і харчовій промисловості, добробуту громадян.

ЗЛН є основним компонентом агро- і лісоаграрних ландшафтів, тому для забезпечення їх екологічної стабілізації, створення оптимальних умов функціонування сільськогосподарського виробництва першочерговим завданням є розробка ландшафтно-екологічних основ оптимізації систем ЗЛН (Стадник, 2000; 2001). Це сприятиме збалансованому використанню, збереженню та відтворенню ландшафтів, впровадженню положень Європейської ландшафтної конвенції (2000 р.).

Екологічна оптимізація – загалом це досягнення екологічної рівноваги, що забезпечує стабільність певної екосистеми; збереження сприятливих умов життя людей завдяки раціональному поєднанню (Реймерс, 1990) екологічних компонентів і екосистем з різним ступенем перетворення їх людиною (Энциклопедия агролесомелиорации, 2004).

Оптимізована система ЗЛН, створена на ландшафтно-екологічних принципах, має передбачати найбільш раціональне розміщення на місцевості, оптимальне співвідношення ЗЛН в агролісових екосистемах і розробку їх нормативів в агроландшафтах. При оптимізації агроландшафтів, слід розглядати системи ЗЛН, як основний їх складник. У зв’язку з цим особливого значення набуває розробка ландшафтно-екологічних основ оптимізації систем ЗЛН в агроландшафтах України.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи є складником основного напряму досліджень Українського науково-дослідного інституту лісового господарства та агролісомеліорації ім.Г.М.Висоцького. Роботу виконано у період з 1982 по 2007 рр. у рамках державних програм і окремих тем, зокрема: державна тема №40 (02.01.04) № ГР 81085095 “Разработать научно-обоснованные методы и приемы ухода за древостоем и лесовосстановлением в защитных лесных насаждениях с применением новой техники для районов Украинской ССР (в полезащитных лесных полосах)”, (1981-1985); державна тема №3 (№ГР 01890078141 “Усовершенствовать агролесомелиоративное районирование Украинской ССР и республики Молдова на основе современных данных о почвенно-климатических и лесорастительных условиях” (1986-1990); державна тема №1 (№ГР 01890027767) “Разработать и внедрить технологии выращивания и создания полезащитных лесных полос на неполивных и орошаемых землях по зонам страны, обеспечивающие экономию материально-технических ресурсов на 20%” (1986-1990); державна тема №11 (№ДР 0197U003194) “Розробити еколого-економічні основи використання систем полезахисних лісових смуг в умовах високопродуктивного землеробства по природним зонам України” (1991-1995); державна тема №6 (№ДР 010196U018786) “Розробити науково-практичні основи створення на природно-територіальних принципах загальнодержавної оптимізованої системи захисних лісових насаджень” (1996-1999 – керівник теми); державна тема №14 (№ДР 0113U001839) “Розробити ландшафтно-екологічні принципи і моделі оптимальних лісомеліоративних комплексів для основних природно-кліматичних зон” (2003-2005) та ін. У всіх темах автор був відповідальним виконавцем.

Мета і завдання дослідження. Основною метою дисертаційної роботи є розробка ландшафтно-екологічних основ оптимізації систем ЗЛН в агроландшафтах України.

Для досягнення поставленої мети передбачалося вирішення таких завдань:

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Об’єкт дослідження – динаміка агроландшафтів України, полезахисних і захисних лісових насаджень різного цільового призначення та їх систем.

Предмет дослідження – стан і структура земельного фонду, полезахисних і захисних лісових насаджень різного цільового призначення та їх систем, сільськогосподарських культур під впливом екологічних факторів.

Методи дослідження. Методологія дослідження базувалася на системному та комплексному підходах при вивченні ЗЛН та їх систем як багатофункціональних просторово-цільових форм в агроландшафтах. Для цього було розроблено комплексну методику, особливістю якої є ландшафтно-екологічний підхід до вивчення проблеми оптимізації систем ЗЛН в агроландшафтах, антропогенного впливу на функціонування і стійкість агроландшафтів, на перетворювальний вплив агролісомеліорації на антропогенні ландшафти, їх стабілізацію, фіторізноманіття деревних та чагарникових порід, продуктивність сільськогосподарських культур тощо.

Для визначення антропогенного впливу на агроландшафти застосовували розроблену оригінальну методику оцінки стану земельного фонду України за проявами несприятливих природних факторів, зокрема, за інтенсивністю вітрової і водної ерозії. Проведено обробку експериментальних даних за низкою показників на рівні кожного адміністративного району країни.

Наукова новизна одержаних результатів. Отримані результати розв’язують проблему ландшафтно-екологічної оптимізації систем захисних лісових насаджень в агроландшафтах України. Теоретично обґрунтовано і практично доведено, що полезахисні і захисні лісові насадження різного цільового призначення є основним компонентом агроландшафтів.

Наукова новизна теоретичних, методологічних та експериментальних результатів дисертаційного дослідження така:

вперше одержано:

- з використанням сучасних та методологічних підходів в агролісомеліорації розроблено ландшафтно-екологічні основи оптимізації систем ЗЛН в агроландшафтах;

- для умов України обґрунтовано положення системної агролісомеліорації на ландшафтно-екологічній основі, в контексті створення загальнодержавної оптимізованої системи захисних лісових насаджень і лісів;

- наукові основи і стратегію лісомеліоративних заходів в агроландшафтах України з урахуванням ландшафтно-типологічної структури території та виділених лісомеліоративних районів; теоретичні основи створення загальнодержавної оптимізованої системи ЗЛН на ландшафтно-екологічній основі; методологію та методику ландшафтно-екологічних досліджень оптимізованих систем ЗЛН в агроландшафтах; критерії оптимізації агроландшафтів; методологію та методику нового лісомеліоративного районування України; концептуальні основи оптимізованих систем ЗЛН в агроландшафтах України для створення стійкого екологічного простору;

- на новому теоретичному, методологічному і методичному рівні розроблено теорію систем в агролісомеліорації в контексті розвитку агролісомеліорації (лісомеліорації) як науки;

- розроблено концепції: створення стабільного екологічно стійкого простору; цілісного підходу до створення ефективних систем захисних лісових насаджень в агроландшафтах в умовах промислового середовища; інтенсивного екологічного впливу ЗЛН; екологічного землеробства в антропогенних ландшафтах;

- лісомеліоративне районування України на фізико-географічній основі з урахуванням ландшафтно-типологічної структури території і прояву вітрової та водної ерозії; теоретичне обґрунтування структури (конструкції) полезахисних лісових смуг; класифікацію систем загальнодержавної оптимізованої системи ЗЛН в агроландшафтах;

- оцінку сучасного стану земельного та меліоративного фонду агроландшафтів; процесів їх деградації і спустелення в контексті розробки нового лісомеліоративного районування України; науково-практичні основи створення на природно-територіальних принципах загальнодержавної оптимізованої системи ЗЛН в Україні;

- засади оптимізації систем ЗЛН Бузько-Дніпровського лісомеліоративного району;

удосконалено:

- методи лісомеліорації і господарського використання еродованих і кам’янистих земель у Донецькому і Кримському регіонах та створення ЗЛН різного цільового призначення;

дістало подальший розвиток:

- наукові положення щодо екологічної ролі лісів і розробки корифеїв агролісомеліоративної науки;

- типологічний підхід підбору площ для створення полезахисних лісових насаджень (за О.Л.Бельгардом, Є.В.Алексєєвим, П.С.Погребняком, О.С.Мігуновою) та обґрунтування асортименту порід для систем ЗЛН;

- обґрунтування екологічної та економічної ефективності систем ЗЛН у лісомеліоративних районах.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані результати досліджень мають теоретичне і практичне значення для подальшого розвитку агролісомеліорації як науки і практики. Комплексне лісомеліоративне районування України використовується проектно-вишукувальним інститутом “Харківдіпроагроліс” при створенні ЗЛН та їх систем на землях сільськогосподарських та лісогосподарських підприємств України. Методичні рекомендації з догляду за деревостаном і порослевим поновленням у полезахисних лісових смугах використовують у с.-г. підприємствах України різної форми власності. Рекомендації зі створення ресурсозберігаючих технологій використано у господарствах Лозівського району Харківської області при створенні систем полезахисних лісових смуг на площі 11 га.

Рекомендації щодо науково-практичних основ створення загальнодержавної оптимізованої системи ЗЛН, удосконалення методів лісомеліорації і господарського використання еродованих і кам’янистих земель, підвищення меліоративних властивостей ЗЛН, що постраждали внаслідок ожеледі та льодоламу, є науково-методичною основою для реалізації на ландшафтно-екологічній основі завдань, визначених у Законі України “Про меліорацію земель” (2000 р.), Постановою Кабінету Міністрів України “Про першочергові заходи щодо створення захисних лісових насаджень на неугіддях та в басейнах річок” (2001 р.), Постановою Кабінету Міністрів України “Про державну програму “Ліси України” на 2002-2015 роки” (2002 р.), Постановою Президії УААН, спільним наказом Мінагрополітики України, Мінекоресурсів України щодо “Концепції сталого розвитку агроекосистем в Україні на період до 2025 року” (2003 р.).

Результати дослідження використовують у лекційному курсі на факультеті лісового господарства Харківського національного аграрного університету ім. В.В.Докучаєва за спеціальністю 7.130401 “лісове господарство”, у лекційному курсі “лісові меліорації”.

Особистий внесок здобувача. Полягає в одержанні наукових результатів, викладених у дисертації, що є основою у визначенні напряму, розробці методології, програми і методів дослідження; у підборі об’єктів, зборі польових матеріалів, їх обробці, аналізі та узагальненні результатів дослідження; у виконанні основного обсягу експериментальної частини, статистичній обробці матеріалу; в опублікуванні та апробації результатів дослідження; в опрацюванні практичних рекомендацій, написанні дисертаційної роботи.

Комплекс теоретичних та експериментальних досліджень виконано під час науково-дослідної роботи в Українському науково-дослідному інституті лісового господарства та агролісомеліорації ім. Г.М.Висоцького (1982–2007 рр.).

Дисертація є завершеною науковою працею автора.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації та результати досліджень доповідались, обговорювались і схвалені на 52 республіканських, всесоюзних та міжнародних семінарах, нарадах, наукових, науково-технічних, науково-практичних, науково-виробничих конференціях, симпозіумах, на ВДНГ СРСР, Москва (1984) – бронзова медаль (свідоцтво № 35089), в т.ч. на міжнародному рівні: “The 3 Internacional Simposium on Windbreaks and Agroforestry” (Канада, 1991), “Экологические проблемы аграрного производства” (Днепропетровск, 1992), “The 4 Internacional Simposium on Windbreaks and Agroforestry” (Данія, 1993), “Лісівнича наука та освіта: стан і перспективи розвитку” (Київ, 1997), “Интеграция фундаментальной науки и высшего лесотехнического образования по проблемам ускоренного воспроизводства, использования и модификации древесины” (Воронеж, 2000), “Агролесомелиорация: проблемы, пути их решения, перспективы” (Волгоград: ВНИАЛМИ, 2001), “Раціональне використання рекультивованих та еродованих земель” (Дніпропетровськ–Орджонікідзе, 2001), “Оптимизация агроландшафтов: рациональное использование, рекультивация, охрана” (Днепропетровск–Орджоникидзе, 2003), “Защитные лесные насаждения и сельскохозяйственное производство. Проблемы опустынивания” (Барнаул, 2003), “Агроэкологическая оптимизация земледелия” (Курск, 2004), “Ліс, наука, суспільство“ (Харків, 2005), “Промышленная ботаника: состояние и перспективы развития” (Кривой Рог–Донецк, 1993), “Проблеми сучасного стану та розвитку земельних відносин в Україні” (Київ, 1997), “Основные причины обезлесения и деградации лесов” (Алушта, 1999), “Біоетика на порозі III тисячоліття” (Харків, 2000), “Лісова типологія в Україні: сучасний стан, перспективи розвитку” (Харків, 2007).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 120 наукових праць, у тому числі 35 статей з них у наукових провідних фахових виданнях, 56 матеріалів і тез доповідей конференцій, семінарів, симпозіумів.

Структура та обсяг роботи. Матеріал дисертації викладено на 589 сторінках комп’ютерного тексту, у тому числі основний текст – на 271 стор. Дисертація складається з 7 розділів, висновків, рекомендацій виробництву, списку використаних джерел та додатків. Дисертація ілюстрована 49 таблицями і 15 рисунками. Список використаних джерел налічує 579 найменувань. Додатки викладені на 223 сторінках і включають 33 таблиці, 4 рисунки і матеріали впровадження результатів дослідження.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Сучасний стан проблеми оптимізації систем захисних лісових насаджень в агроландшафтах України

Проаналізовано історію розвитку вчення про категорії захисних лісових насаджень. Розглянуто категорії ЗЛН на сучасному етапі, їх функціональне призначення, розміщення на місцевості (пов’язаність їх видів з елементами рельєфу), параметри різних видів ЗЛН та їх структурні особливості. Зроблено аналіз ступеня повноти і завершеності систем ЗЛН на сучасному етапі та необхідність їх оптимізації.

ЗЛН на сільськогосподарських землях, які входять в єдину систему захисних лісових насаджень в країні мають у своєму складі полезахисні лісові смуги на незрошуваних землях; лісові смуги уздовж зрошуваних і скидних каналів та на інших ділянках зрошуваних земель; стокорегулюючі (снігорозподільні) лісові смуги і чагарникові куліси на схилах; захисні лісові смуги, алейні і однорядні вітроломні посадки в розсадниках, садах тощо.

В Україні створено близько 1,4 млн. га ЗЛН різного цільового призначення, в т.ч. площа полезахисних лісових смуг (ПЗЛС) становить 442 тис. га. Вони захищають близько 30% орних земель. Разом з іншими видами ЗЛН (придорожніми, прибалковими, прияружними та ін.), які межують з орними землями, захищеність їх становить близько 40%. Для захисту іншої частини ріллі потрібно створення додаткових полезахисних лісових смуг. Кількість їх орієнтовно слід збільшити в 2-3 рази порівняно з існуючою, залежно від конкретних регіональних умов. І це за умови виконання повного обсягу створення всіх інших видів ЗЛН і збереження існуючих. Аналіз обсягів створення полезахисних і захисних лісонасаджень в Україні свідчить, що площа створених ЗЛН кожного року зменшується (рис. 1). Зараз в областях не тільки немає показового району з полезахисного лісорозведення, важко знайти господарства, з повністю завершеною системою ПЗЛС, тобто систему, в якій смуги були розміщені на відстанях, що забезпечують повний захист полів при досягненні ними проектної висоти.

Рис. 1. Площа створених полезахисних та інших захисних лісових насаджень

в Україні (1975-2006 рр.)

Історія розвитку вчення про категорії та види ЗЛН свідчить, що воно бере початок з XVIII ст., коли А.Т.Болотов, один із основоположників вітчизняної агрономічної науки в Росії створив перший в Росії порадник з розділення полів, введення сівозмін, …. боротьби з ерозією ґрунтів тощо.

Основоположники лісорозведення та агролісомеліорації (Ломіковський, Данилевський, Скаржинський, Шатилов, Де-Карієр, Генко, Докучаєв, Висоцький) зробили вагомий внесок у розвиток вчення про категорії та види ЗЛН. Роботи В.В.Ломіковського були прообразом ландшафтної агролісомеліорації і раціонального природокористування в окремо взятому господарстві. А.Де-Карієром в Херсонській губернії (тепер Вознесенський район Миколаївської обл.) до 1892 р. було створено першу в світовій практиці систему ЗЛН у Степу. Їхню справу гідно продовжили і примножили інші вчені (Матякін, Козменко, Ткаченко, Соболєв, Павловський, Долгілевич, Зиков, Касьянов, Степанов, Івонін та ін.). Найбільш повну і узагальнену класифікацію ЗЛН з меліоративного призначення розробив Є.С.Павловський (2004).

На основі опрацьованих матеріалів і власних досліджень, нами розроблено класифікацію ЗЛН за лісомеліоративними ознаками. За основу взято класифікацію Є.С.Павловського, але перелік ЗЛН визначено з урахуванням специфіки функціонування агроландшафтів України.

Основним критерієм встановлення відстані між ПЗЛС є захисна висота насаджень, на яку ведеться розрахунок при їх створенні і яка може бути досягнута при додержані вимог щодо добору порід і технологій створення лісових насаджень. Оптимальною відстанню між поздовжніми ПЗЛС є 35-кратна розрахункова висота дерев у ПЗЛС. Параметри різних видів ЗЛН, що наведено в існуючих нормативних документах, в основному забезпечують створення ефективних систем ЗЛН в агроландшафтах.

Аналіз сучасного ступеня повноти і завершеності систем ЗЛН і необхідності їх оптимізації показав, що полезахисна лісистість у країні становить лише 1,5%, зокрема у зоні Степу – 2,2%, у Лісостепу – 1,0 і в Поліссі – 0,4%. Як видно з наведених даних площа ЗЛН різного цільового призначення, а також лісів, які в свою чергу виконують захисні функції є недостатньою, щоб стабілізувати довкілля і створити умови для нормального господарювання. Загальна та полезахисна лісистість значна нижча за встановлені нормативи.

На підставі аналізу літературних джерел, проведених власних досліджень щодо створення оптимізованих систем ЗЛН в агроландшафтах встановлено, що їх ефективність залежить від багатьох чинників, які впливають на ріст, формування та експлуатаційні характеристики. Особливо від науково обґрунтованих принципів застосування лісових меліорацій, зокрема на ландшафтно-екологічній основі. Сформульовано основні принципи конструювання оптимальних агро- та лісоаграрних ландшафтів: відповідність фітоценозу умовам місцезростання, агролісомеліоративне районування, добір порід, взаємодія порід у заново створених фітоценозах тощо. Тільки з їх врахуванням можливо одержати від ЗЛН та їх систем максимальну агролісомеліоративну ефективність.

Теоретичною основою дисертаційної роботи є розробки В.В.Докучаєва (1882), Г.М.Висоцького (1940, 1950, 1983), В.Б.Сочави (1974, 1978), А.Г.Ісаченка (1980, 1991), А.В.Альбенського (1977, 1982), М.Й.Долгілевича (1981, 1988, 1999), Є.С.Павловського (1982, 1993), К.М.Кулика (1989, 1996), М.Г.Петрова (1983, 1996), В.І.Петрова (2001), І.Г.Зикова (1982, 1986, 2002), В.М.Івоніна (1983, 1993, 1998), Ю.І.Васильєва (1981, 2003), А.Т.Барабанова (1992), Є.О.Гаршиньова (1993, 1995), О.А.Жученка (1994), М.І.Лопирева (1985), М.А.Голубця (1997, 2000, 2001), С.А.Генсірука (1982, 1998), Ю.П.Бялловича (1972, 1973), М.Д.Гродзинського (1990, 1993), А.П.Травлеєва (1972), О.І.Фурдичка (1995, 2000, 2001, 2003, 2006), О.Г.Тараріко (1997, 1998, 2001), В.П.Кучерявого (1991, 1999, 2001), О.С.Мігунової (1993, 2001), В.П.Ткача (1999), М.А.Лохматова (1999), О.І.Пилипенка (1994, 1996), В.Ю.Юхновського (2003, 2004), О.В.Мішеніна (1998, 2000), С.Ю.Булигіна (2000, 2001), О.С.Рульова (2002).

умови, програма, методологія і методика досліджень

Розглянуто фізико-географічні умови регіону дослідження, геологічну будову, рельєф, клімат, гідрографію, ґрунтовий покрив, рослинність. Територія України характеризується неоднорідністю геолого-геоморфологічної будови і зміною клімату, що істотно впливає на розподіл вод, ґрунтів, рослинності тощо.

Дослідження здійснювали на основі системного та комплексного підходів до вивчення ЗЛН та їх систем як багатофункціональних просторово-цільових форм в агроландшафтах. Розроблено комплексну методику ландшафтно-екологічного вивчення проблеми оптимізації систем ЗЛН в агроландшафтах, антропогенного впливу на функціонування і стійкість агроландшафтів, перетворювальний вплив агролісомеліорації на антропогенні ландшафти, їх стабілізацію, фіторізноманіття деревних та чагарникових порід, продуктивність сільськогосподарських культур. Це дало змогу обґрунтувати положення системної агролісомеліорації на ландшафтно-екологічній основі, в контексті створення загальнодержавної оптимізованої системи ЗЛН і лісів.

Дослідження проводили впродовж 1982-2007 рр. в агролісових ландшафтах України за природнокліматичними зонами із закладанням стаціонарних дослідних об’єктів та тимчасових пробних площ. Для розробки лісомеліоративного районування використано повну кадастрову оцінку земельного фонду України у розрізі всіх адміністративних районів (1986-1996 рр.). Антропогенний вплив на агроландшафти досліджували згідно з розробленою оригінальною методикою оцінки стану земельного фонду України за інтенсивністю прояву вітрової і водної ерозії. Проведено обробку експериментальних даних за цілою низкою показників на рівні кожного адміністративного району країни. При розробці ландшафтно-екологічних основ оптимізації систем ЗЛН в агроландшафтах застосовано ландшафтно-генетичний принцип аналізу структури території (Попов, Маринич, Ланько, 1968). Для вивчення ландшафтно-типологічної характеристики агроландшафтів широко застосовували картографічний метод. Детальні дослідження стану, росту, взаємодії деревних і чагарникових порід у ЗЛН різного цільового призначення та їх ефективності в агро- та сформованих ними лісомеліоративних системах й самих систем, проводили за загальноприйнятими в агролісомеліорації, лісовій таксації, апробованими методиками розробленими ВНІАЛМІ (1973, 1975, 1978, 1980, 1985), УкрНДІЛГА (1975, 1982, 1985, 1986, 1988), НАУ (1979, 1986, 1992), УкрНЛТУ (1991, 1999, 2001) та інших установ і авторів. Окремі методики, розроблені нами в процесі проведених досліджень, зокрема вивчення стану і пошкоджень ЗЛН, які постраждали від ожеледі та льодоламу, шкала стійкості дерев та ЗЛН до пошкоджень від льодоламу, сніголаму (А.П.Стадник, 2006), методики вивчення ефективності ПЗЛС та їх систем від втрати частини урожаю сільськогосподарських культур у несприятливі за кліматичними умовами роки. Визначення урожайності сільськогосподарських культур проведено на рівні деяких господарств, адміністративних районів, областей з різною полезахисною лісистістю як ландшафтно-екологічних систем різної величини.

Дані щодо втрати частини урожаю сільськогосподарських культур і продукції рослинництва у цілому в розрізі господарств, районів, областей у різні роки, за погодними умовами проаналізовано на прикладі Харківської, Кіровоградської, Одеської, Запорізької, Херсонської, Луганської, Волинської, Рівненської, Дніпропетровської, Миколаївської, Черкаської, Полтавської областей та АР Крим. Розробки нових ресурсозберігаючих технологій вирощування ефективних полезахисних лісових насаджень та їх систем, із закладанням стаціонарних об’єктів у 1986 р. проводили в господарствах Лозівського району Харківської області. Стаціонарні об’єкти з розробки науково обґрунтованих методів і заходів догляду за полезахисними лісовими насадженнями було закладено у господарствах Карлівського району Полтавської області та Харківського району Харківської області. Дослідження з удосконалення методів лісомеліорації і господарського використання еродованих і кам’янистих земель в антропогенних ландшафтах здійснено в господарствах Луганської та Миколаївської областей. Сучасний стан ЗЛН та їх систем і питань оптимізації в Бузько-Дніпровському лісомеліоративному районі досліджували в районах Миколаївської, Кіровоградської, Дніпропетровської та Запорізької областей. Дослідження з підвищення меліоративних властивостей ЗЛН, що постраждали від ожеледі та льодоламу 2000 р., виконано у господарствах Красноокнянського, Котовського, Балтського районів Одеської області, Врадіївського району Миколаївської області, Піщанського та Крижопільського районів Вінницької області.

Статистичну обробку експериментальних даних виконано за загальноприйнятими в лісовій меліорації, лісовій таксації і математичній статистиці методиками (Доспехов, 1985; Поляков, Юдицкий, 1986) із застосуванням програми Microsoft Excel.

У концептуальному плані, оптимізована система ЗЛН різного цільового призначення має забезпечити формування стійкого агролісового ландшафту, в якому стабілізується екологічна обстановка, збережеться природно-ресурсний потенціал території, створяться оптимальні умови для росту, розвитку і продуктивності сільськогосподарських культур.

Теоретико-методологічні основи ландшафтно-екологічної оптимізації систем захисних лісових насаджень в агроландшафтах

Розробка теорії систем і методології системних досліджень багато в чому пов’язана з поняттям “система”. Однак трактування його залишаються дуже суперечними. Деякі автори вважають системою будь-яку сукупність елементів, виділяючи в якості критерію наявність взаємозв’язку, взаємодії компонентів об’єкта (Акоф, 1969; Короткова, 1968; Андерсон, 1985; Судаков, 1984; Уемов, 1978). Інші, що наявності взаємозв’язків ще недостатньо для зарахування їх до класу системних об’єктів (Кедров, 1985; Кремянский, 1977; Кузьмин, 1980).

Системи – це ціле, яке складається з частин з’єднання безлічі елементів, які перебувають у відносинах одне з одним і утворюють певну цілісність, єдність (Садовський, 1974). У цьому визначенні виділено одну загальну та істотну властивість – цілісність, єдність будь-яких об’єктів, складених з елементарних частин (Сидякин, Сотников, Сташков, 1987).

Основний об’єкт дослідження в екології – екосистеми. В результаті взаємодії між собою та навколишнім природним середовищем в екосистемі формуються потоки речовин, енергії та інформації. Саме ця взаємодія забезпечує стабільність функціонування екосистеми в часі і в конкретних умовах (Ситник, 2003).

Системний підхід у теорії захисного лісорозведення вперше чітко сформувався у Росії під впливом ідей В.В.Докучаєва про єдність перетворювальної природи. Винятково велике значення для розвитку систем лісів (СЛ) мають роботи Г.М.Висоцького (1940). По суті, встановлюються два основних класи СЛ – лісові покриви і лісові сітки. Висуваються проблеми “виправлення старої планіровки” і визначених компромісів, тобто оптимізації (Бяллович, 1973). Істотний вклад в теорію систем ЗЛН внесли А.С.Козменко (1949, 1954), Ю.П.Бяллович (1947, 1973), С.І.Сильвестров (1972), Г.І.Матякін (1971), А.В.Альбенський (1971), М.Й.Долгілевич (1972, 1978), П.С.Захаров (1978, 1981), М.Г.Петров (1982, 1984, 1996), Є.С.Павловський (1982, 1983, 1988, 2004), І.Г.Зиков (1982, 2002), В.М.Івонін (1984, 2001), О.І.Пилипенко, В.Ю.Юхновський, М.М.Ведмідь (2004) та ін.

Згідно з ГОСТ 24462–85, система лісових смуг – це сукупність лісових смуг для забезпечення захисту всієї площі, обрамленої від несприятливого впливу природних і антропогенних факторів. На наш погляд таке визначення хоча і відповідає своїй суті, але деякою мірою є недостатнім, оскільки крім захисту система лісових смуг сприяє підсиленню ландшафтно-екологічних функцій, налагодженню і підтримуванню зв’язків між компонентами системи, збереженню ресурсного потенціалу, біорізноманіття тощо.

Є.С.Павловським (1990, 1992) розроблено новий науковий напрям в агролісомеліорації – ландшафтна агролісомеліорація. Ландшафтна система як єдине ціле характеризується новими якостями, відсутніми у складниках її елементів, і новим рівнем взаємовідносин між ними. Компоненти лісоаграрного ландшафту мають різне значення для функціонування одного відносно іншого, але майже однакове для функціонування системи у цілому, не зважаючи на різні площі, що займають (величина біологічної маси). Саме в цьому і проявляється стабілізуюча властивість саморегуляції ландшафтної системи.

При розгляданні поняття систем потребує пояснення термін “комплекс”, оскільки спрощене тлумачення про тотожність протиерозійних комплексів і систем не можна вважати обґрунтованими. Основна властивість комплексу –цілісність як жорстка незмінність – у системі конкретизується принципами емерджентності, внутрішньої організованості, просторової зв’язаності компонентів потоками речовин та енергії; інваріантності. Особливою характеристикою системи слугує гомеостаз та її властивість повертатися у вихідний стан після порушення структури. Широко розповсюджена концепція протиерозійного комплексу як сукупність гідротехнічних, лісомеліоративних, лукомеліоративних, агротехнічних та організаційно-господарських заходів потребує переосмислення з позицій загальної теорії систем, завданням якої є формування законів, загальних для будь-яких систем (Ивонин, 2003). Автор поділяє думку проф. В.М.Івоніна.

Агролісомеліоративний вплив лісосмуг на прилеглі території (завдяки вітроломній дії) 25 висот у завітряний бік і 5 – у навітряний, прийнято за основний системоутворюючий зв’язок. Захисні лісові насадження в системі агроландшафтів справляють позитивний вплив на покращання екологічної обстановки і залежно від рівня їх досконалості забезпечують певні рівні стійкості систем землеробства (рис. 2).

Рис. 2. Рівні стійкості систем землеробства (основні вузли схеми за В.М.Івоніним, 2001):

ССР – система сталого розвитку; ТРС – травопільна система; ПСС – просапна система; ЗНС – зональна система; ІНС – інтенсивна система; ГЗС – ґрунтозахисна система; КМС – контурно-меліоративна система; АЛС – адаптивно-ландшафтна система; ПЗЛС – полезахисні лісові смуги; ЗЛН – захисні лісові насадження; ОС ЗЛН – оптимізована система ЗЛН; ЗС ЗЛН – збалансована система ЗЛН

В умовах інтенсивного сільськогосподарського виробництва основною умовою підвищення його ефективності є стабілізація компонентів агроекосистеми, шляхом встановлення раціонального їх співвідношення (на першому етапі становлення) і наступної оптимізації, в результаті якої забезпечується стійке їх функціонування, а також одержання найбільшої продуктивності. В окремих випадках ця умова може бути порушена оскільки пріоритетним у системах має бути максимальний прояв екологічних властивостей для збереження природно-ресурсного потенціалу.

В умовах Степу, особливо південного, без участі ЗЛН не можна отримати сприятливої екологічної обстановки, для забезпечення високої урожайності сільськогосподарських культур у роки за несприятливих кліматичних умов. Щоб уникнути подібних непорозумінь, раціонально розпорядитися вкладеними капітальними витратами на виробництві для одержання нормальної кількості (за біокліматичними параметрами) урожаю та сільськогосподарської продукції необхідно створити ефективні системи ЗЛН, здатні забезпечити стабільне екологічне середовище в агроландшафтах.

Залежно від цільових функцій та розміщення в системах, ЗЛН повинні мати широкий асортимент супутніх і чагарникових порід, які приваблюватимуть ентомо- і орнітофауну, здатну запилювати сільськогосподарські культури та знищувати шкідників, а отже виключить проведення хімічних заходів.

Запропонована теорія систем в агролісомеліорації при адаптивно-ландшафтному землекористуванні передбачає реалізацію низки концептуальних положень (рис. 3). Так, концепція створення стабільного екологічно стійкого простору (ЕСП), зокрема в агроекосистемах, передбачає введення в їх інфраструктуру необхідної кількості ЗЛН як основних компонентів і оптимальне їх розміщення. І якщо дотепер ЗЛН вважають допоміжними елементами для забезпечення ефективності агролісових систем, то стабільність ЕСП має виходити з їх необхідної кількості (як основного елементу) для конкретного типу місцевості. І вже в ЕСП слід розробляти відповідні технології і вирішувати питання землекористування. Конструктивні параметри системи ЗЛН, яка забез-

Рис. 3. Блок-схема теорії систем в агролісомеліорації для адаптивно-ландшафтного землекористування:

К1 – концепція створення стабільного екологічно стійкого простору (ЕСП) в агроландшафтах; К2 – концепція цілісного підходу створення ефективних систем ЗЛН в агроландшафтах в умовах промислового середовища; К3 – концепція інтенсивного екологічного впливу ЗЛН;

К4 – концепція екологічного землеробства в антропогенних ландшафтах; КР – концепція сталого розвитку агроекосистем в Україні на період до 2025 року; Ліси України 2002-2015 рр. – Державна програма “Ліси України” на 2002-2015 роки; ЛМР – лісомеліоративне районування України за інтенсивністю вітрової та водної ерозії; МЕНТ – меліоративно-екологічна напруженість території; ЛТХТ – ландшафтно-типологічна характеристика території; ФГР – фізико-географічне районування України; ЗЛН – захисні лісові насадження

печує формування ЕСП, повинні враховувати меліоративно-екологічну напруженість території за інтенсивністю вітрової та водної ерозії, а також фізико-географічну характеристику території і тип місцевості. Вибір головних деревних порід (ГДП), типів ЗЛН має виходити з цільового призначення створюваних насаджень, їх комплексного використання в процесі експлуатації та ефективності (стійкість, довговічність, біологічні параметри). Розміщення ЗЛН, насамперед основних, має бути спрямовано на запобігання дій суховійних і заметільних вітрів, але які мають не переважний, як вважалося досі, а шкідливий вплив, який змінює екологію міжсмугових просторів. Створювані ЗЛН повинні характеризуватися максимальним проявом екологічних властивостей, мати відповідний рекреаційний потенціал і фітодизайн, стійкість щодо різного роду промислових емісій, а також здатність регенерації повітряного потоку, насиченого шкідливими інгредієнтами.

Концепція цілісного підходу створення ефективних систем ЗЛН в агроландшафтах в умовах промислового середовища передбачає обов’язкове врахування екологічної обстановки в зоні їх створення і забезпечує ефективність створюваних екосистем. Підбір деревних порід, схем змішування повинен ґрунтуватися на рівні існуючого і можливого антропогенного впливу і мати відповідний “запас міцності”, який забезпечив би їх стійкість. При створенні систем ЗЛН вибір деревних та чагарникових порід повинен виходити з типологічної характеристики умов місцезростання.

Концепція інтенсивного екологічного впливу ЗЛН передбачає створення їх систем, основу яких (каркас системи) мають становити довговічніші деревні породи (це межі землекористування, великих сівозмін). А допоміжні насадження, на відміну від основних ЗЛН, які характеризуються найбільшим захисним впливом, повинні бути ширшими. Системи мають складатися з вужчих насаджень (1-5 рядів) швидкорослих порід. Це дасть можливість формувати систему ЗЛН, яка характеризується інтенсивним екологічним впливом, здатним прискорити біологічний колообіг в агрофітоценозах.

Концепція екологічного землеробства в антропогенних ландшафтах передбачає захист сільськогосподарських угідь і вирощуваних сільськогосподарських культур від забруднення важкими металами та іншими несприятливими інгредієнтами за допомогою ЗЛН та їх систем. Створення систем ЗЛН повинно ґрунтуватися на новому лісомеліоративному районуванні країни. Розроблено окремі питання термінології в агролісомеліорації, зокрема: меліоративно-екологічна напруженість території; загальнодержавна оптимізована система ЗЛН і лісів; агролісомеліоративна ємність території; агролісомеліоративний ресурс ЗЛН; рекреаційні ресурси ЗЛН; фітодизайн ЗЛН.

Меліоративно-екологічна напруженість території – це показник, який характеризує стан території (у тому числі меліорованої), сільськогосподарської, орних земель тощо за проявом несприятливих природних факторів і антропогенних змін та їх інтенсивності, зокрема дефляційно-загрозливі: слабо, середньо, сильно еродовані, піддані сумісно водній і вітровій ерозії. Виражена вона в абсолютних або відносних величинах як відношення площі, підданої впливу несприятливого фактора (ерозії), до загальної площі сільськогосподарських угідь або орних земель. Використання його в якості критерію при оптимізації агроландшафтів дає змогу реально визначити необхідність і першочерговість агролісомеліоративних заходів та характеризувати територію, агролісомеліоративний район.

Загальнодержавна оптимізована система ЗЛН і лісів. Це сукупність ЗЛН різного цільового призначення всіх фондоутримувачів, які мають оптимальні захисні параметри і розміщені з врахуванням повного захисту конкретних об’єктів, територій і створення стабільної екологічної обстановки, яка забезпечує збереження і відновлення їх природно-ресурсного потенціалу, максимальну біопродуктивність, охорону природи і рекреацію (рис. 4). Вона включає шість рівнів:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Рис. 4. Схема створення загальнодержавної оптимізованої системи ЗЛН і лісів України (ЗД ОС ЗЛН і лісів України)

Оптимізована система ЗЛН різного цільового призначення має забезпечувати формування стійкого агролісового ландшафту, в якому стабілізується екологічна обстановка, створюються оптимальні умови для росту, розвитку і продуктивності сільськогосподарських культур. Система ЗЛН і лісів створюється на основі існуючих ЗЛН і лісів, які слід охороняти і використовувати на основі результатів інвентаризації і лісомеліоративного упорядкування, як це прийнято в лісовому господарстві, а також включати до існуючих ЗЛН і лісів у межах агроландшафтів усю сукупність насаджень, яких не вистачає. На плато і орних схилах створюється система полезахисних, вітро- і стокорегулюючих лісових смуг, на елементах гідрографічної сітки – система прибережних і прируслових, балкових, улоговинних, заплавних і терасових ЗЛН.

Існуючі ЗЛН, якщо їх створено з відповідними порушеннями, мають виробити свій агролісомеліоративний ресурс, а нові – створюватися з врахуванням нових теоретичних положень. Реалізація запропонованих підходів створення систем ЗЛН різного цільового призначення в агроландшафтах дасть можливість істотно підвищити їх ефективність і сприятиме якіснішому відтворенню державних екологічних програм.

Техніко-економічне обґрунтування, проектування та контроль за розробкою та створенням єдиної системи лісів і лісонасаджень повинно бути одним із пріоритетів стратегії просторового розвитку України. Окремі види робіт зі створення, ведення господарства в ЗЛН, їх захисту від шкідників, охорони можуть виконувати недержавні структури (підприємства), згідно з ліцензіями, виданими відповідними міністерствами та державними комітетами на проведення певних робіт. У зв’язку з цим необхідна розробка Державної програми розвитку лісових меліорацій в Україні до 2025 року та забезпечення її реалізації. Необхідно також розробити Генеральну схему створення систем ЗЛН різного цільового призначення в контексті єдиної загальнодержавної оптимізованої системи ЗЛН і лісів на період до 2025 року. Це стане важливим складником реалізації завдань національної стратегії сталого розвитку держави (рис. 5).

Наявна лісистість у всіх формах прояву, виходячи із цільового її визначення до відповідних категорій ЗЛН є значно меншою від її визначених оптимальних параметрів. Тому необхідне послідовне, науково обґрунтоване проведення лісомеліоративних робіт з її збільшення, що у подальшому дасть стабілізувати і покращити ландшафтно-екологічну інфраструктуру агроландшафтів. Аналіз методів розрахунків полезахисної лісистості та полезахисної захищеності свідчить про необхідність уточнення методології їх розрахунків. Об’єктивніше визначення цих показників сприятиме її фактичній оцінці, що в свою чергу відбиватиметься на економічному складнику цього процесу, зокрема нормативних характеристиках, їх матеріально-технічному забезпеченню.

Лісомеліоративне районування України як ландшафтно-екологічна основа оптимізації систем захисних лісових насаджень

Проведено аналіз і зроблено оцінку районувань України в лісомеліоративних цілях (геологічне, агрокліматичне, ґрунтове, гідрологічне, лісотипологічне, геоботанічне, грунтово-меліоративне, фізико-географічне, природно-сільськогосподарське та ін.). Вивчення всіх видів районувань території України показало, що за складом та інформативністю для розробки лісомеліоративного районування ближчим є фізико-географічне районування України. Виділення районів базувалось на геологічних, геоморфологічних, ґрунтових, кліматичних і геоботанічних даних. При цьому враховувалася антропогенна діяльність.

Рис. 5. Оптимізована система ЗЛН агроландшафта у блок-схемі саморегульованої геосоціосистеми акад. М.А.Голубця (2005):

КС – керована система; Р – регулятор; ЕС – еталонна система; ЗЗД – зовнішнє збурювальне діяння; СЗЗ – система зворотного зв’язку (моніторингу, моделювання, прогнозування геосоціосистемних процесів і наукового опрацювання управлінських рішень); СКМ – система комплексного моніторингу, ЦНА – центр наукового аналізу, моделювання, прогнозування геосоціосистемних процесів і наукового опрацювання управлінських рішень; ЦНЕ – центр наукової експертизи; 1 – прямий зв’язок; 2 – зв’язок між регулятором та еталонною системою; 3 – зворотний зв’язок; 4 – канал факторів, що зумовлюють відхилення від програми; 5 – вихід інформації з керованої системи

Основним завданням лісомеліоративного районування є науково обґрунтований поділ території з урахуванням природних факторів і антропогенної діяльності для створення ефективних лісомеліоративних систем різного цільового призначення. Існуюче агролісомеліоративне районування України (Логгінов, 1961), ґрунтується на поділі країни за природними умовами (клімат, ґрунти, частково гідрологічні умови і гідроморфологія) та здебільшого використовується для полезахисного лісорозведення. Однак, в умовах інтенсивного ведення сільського господарства, більш активній антропогенній діяльності, яка призводить до негативних наслідків, виникла необхідність перегляду існуючого і розробки нового районування. При цьому нове районування має враховувати інтереси не тільки полезахисного лісорозведення, а й протиерозійної меліорації. Попередній аналіз