Наукові основи оптимізації лісоаграрних ландшафтів рівнинної частини України

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наукові основи оптимізації лісоаграрних ландшафтів рівнинної частини України

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Раціональне використання, охорона і поліпшення природного середовища - актуальна й практична проблема сучасності. Підвищення продуктивності сільського господарства значною мірою залежить від оптимального співвідношення, взаємодії та взаємовпливу компонентів лісоаграрних ландшафтів. Оптимізація ландшафтів за допомогою захисних лісових насаджень з метою підвищення родючості ґрунтів і продуктивності сільськогосподарських угідь, раціонального використання біокліматичних ресурсів виступає головним завданням агролісомеліоративної науки на сучасному етапі розвитку суспільства.

За останнє десятиріччя лісова компонента лісоаграрного ландшафту зазнала різких змін внаслідок антропогенних впливів і призупинення фінансування на агролісомеліоративні програми. Середня розораність території України складає 55,2%, а в степових районах - 80-90%, що виходить далеко за межі допустимих норм високої культури землеробства. Майже 40% земель України охоплені ерозійними процесами.

За таких умов особливого значення набувають завдання вивчення закономірностей змін лісоаграрних ландшафтів внаслідок антропогенної діяльності, дослідження стійкості ландшафтів, встановлення оптимальних параметрів полезахисної та загальної лісистості, визначення місця і ролі лісової компоненти у підвищенні продуктивності ландшафтів та екологічній стабілізації довкілля, оптимізації структури земельного фонду ландшафтів. На вирішення цих завдань і пов'язаних з ними аспектів спрямована дисертаційна робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи є складовою основного напрямку досліджень кафедри лісової меліорації НАУ. Робота виконана під час навчання у докторантурі НАУ (2000-2003), а також у період 1989-2003 рр. у рамках державних програм і держбюджетних тем:

1. Державна тема №110/27 «Розробити заходи по підвищенню ефективності лісомеліоративних насаджень для Лісостепу України» (1991-1995).

2. Тема НДР №110/54 «Розробити наукові і технологічні основи оптимізації лісоаграрних ландшафтів в посушливих регіонах України» (1996-2000). Номер державної реєстрації - 0196 U 013084.

3. Тема НДР №110/34-пр «Розробити теоретичні і технологічні основи оптимізації структури захисних лісонасаджень для зональних лісоаграрних екосистем України» (2001-2005). Номер державної реєстрації - 0111 U 011001.

Окремі розділи дисертаційної роботи, які пов'язані з екологічними аспектами лісоаграрних ландшафтів та застосуванням географічних інформаційних систем, виконані в рамках проекту лісових ресурсів «Forest Resources Project» Міжнародного інституту прикладного системного аналізу (Австрія, 1996) - http://www.iiasa.ac.at; участі у міжнародному проекті №1018 (зареєстрований в Айовському державному університеті США, 1999); під час стажування в Айовському державному університеті США (15.08-15.11.2001) у рамках міжнародної програми I-HELP (http://www.ihelp.iastate.edu) і за власною ініціативою автора.

Мета і завдання дослідження. Основною метою дисертаційної роботи є розробка наукових основ оптимізації лісоаграрних ландшафтів рівнинної частини України для підвищення їх біологічної продуктивності й екологічної стійкості. Досягнення поставленої мети зумовило до необхідності вирішення таких основних завдань:

· узагальнити проблематику оптимізації лісоаграрних ландшафтів, методологію ландшафтних досліджень та обґрунтувати методичні підходи з досліджень просторових об'єктів, до яких відносяться лісоаграрні ландшафти;

· вивчити сучасну структуру земельного фонду лісоаграрних ландшафтів, причини і наслідки нераціональної структури та шляхи її оптимізації;

· дослідити антропогенні фактори, які зумовлюють погіршення екологічної ситуації, посилення ерозійних процесів, деградацію лісоаграрних ландшафтів і місце серед них лісомеліоративних заходів;

· оцінити ступінь антропогенної трансформації лісоаграрних ландшафтів, розробити рекомендації щодо нормування антропогенних навантажень у межах територій з різною гостротою екологічної ситуації;

· дослідити стійкість лісоаграрних ландшафтів до антропогенних впливів, обґрунтувати кількісні методи визначення стійкості ландшафтів;

· розробити основні принципи, організаційну, територіальну і функціональну структуру агролісомеліоративного моніторингу для стеження і контролювання процесу оптимізації лісоаграрних ландшафтів;

· обґрунтувати метод та алгоритм розрахунку оптимальної полезахисної лісистості у розрізі грунтово-кліматичних зон, скласти нормативи оптимальної лісистості;

· розробити моделі залежностей між головними агролісомеліоративними параметрами лісоаграрного ландшафту, змоделювати лісистість залежно від екостабілізуючих факторів (багаторічні насадження, луки, пасовища, водні об'єкти тощо), встановити норми оптимального співвідношення основних компонентів ландшафту (ріллі, лісів та лук);

· визначити кількісні показники біологічної продуктивності за компонентами фітомаси захисних лісових насаджень типового лісоаграрного ландшафту лісостепової зони;

· оптимізувати естетичну сторону лісової компоненти ландшафту через підбір асортименту цінних у декоративному відношенні деревно-кущових порід;

· розробити систему нормативно-довідкових даних для лісотаксаційної оцінки основної лісової компоненти лісоаграрного ландшафту - полезахисних лісових смуг із найпоширеніших деревних порід: дуба звичайного та акації білої;

· сформулювати основні принципи оптимальних ландшафтів, розробити еколого-економічну модель оптимізації структури земельного фонду лісоаграрних ландшафтів, розкрити місце ГІС у реалізації оптимізаційних моделей і проектуванні агролісомеліоративних заходів.

Об'єкт дослідження - лісоаграрні ландшафти та земельні ресурси рівнинної України, захисні лісові насадженні, полезахисні лісові смуги.

Предмет дослідження - стан, структура, динаміка земельного фонду та складових лісоаграрних ландшафтів, антропогенні впливи, стійкість ландшафтів, агролісомеліоративний моніторинг, полезахисна лісистість і захищеність полів, біологічна продуктивність і фіторізноманіття лісової компоненти, критерії оптимізації лісоаграрних ландшафтів.

Методи дослідження. Розроблена комплексна методика, особливістю якої є географо-меліоративний підхід з проблем вивчення антропогенних впливів, стійкості лісоаграрного ландшафту, перетворювального впливу лісової рослинності, фіторізноманіття рослинного покриву, біологічної продуктивності тощо.

Для вивчення впливів на лісоаграрні ландшафти застосовувалася методика сумарного бального оцінювання антропогенного навантаження; дослідження росту, продуктивності, складання нормативів смугових насаджень проведено за лісівничо-таксаційними методами (за даними 132 пробних площ); обробка експериментальних даних - за допомогою методів математичної статистики. Дослідження впливу лісової компоненти на стан земельних ресурсів проведено із застосуванням методів варіаційної статистики та математичного моделювання. Під час розробки еколого-економічної моделі оптимізації лісоаграрного ландшафту використаний симплекс-метод.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше, з використанням сучасного методологічного інструментарію та методичних підходів з проблематики досліджень просторових об'єктів, розроблені наукові основи оптимізації лісоаграрних ландшафтів, в основу яких покладено еколого-економічний підхід встановлення оптимального співвідношення між основними компонентами лісоаграрної екологічної системи - лісових і сільськогосподарських угідь.

Основними результатами і новизною наукових досліджень є:

· еколого-економічна модель оптимізації структури земельного фонду лісоаграрного ландшафту;

· методика визначення оптимальної полезахисної лісистості у розрізі грунтово-кліматичних зон, математичні (графічні та аналітичні) моделі залежностей між головними агролісомеліоративними параметрами лісоаграрного ландшафту, нормативи оптимального співвідношення основних компонентів ландшафту (ріллі, лісів та лук);

· норми антропогенних навантажень на лісоаграрні ландшафти, виділені зони екологічної ситуації з рекомендаціями щодо ведення регіональної екологічної політики в них, обґрунтована доцільність запровадження агролісомеліоративного моніторингу для стеження, контролю і направлення процесу оптимізації лісоаграрних ландшафтів;

· кількісні показники біологічної продуктивності за компонентами фітомаси захисних лісових насаджень типового лісоаграрного ландшафту лісостепової зони. Обґрунтований та доповнений асортимент декоративних деревно-кущових порід для лісової компоненти ландшафту;

· система нормативно-довідкових даних для лісотаксаційної оцінки основної лісової компоненти лісоаграрного ландшафту - полезахисних лісових смуг;

· обґрунтовано місце географічних інформаційних систем у реалізації моделей оптимізації елементів лісоаграрного ландшафту та проектуванні агролісомеліоративних заходів.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень впроваджено ВО «Укрдержліспроект» для виконання лісоінвентаризаційних робіт у лісомеліоративних насадженнях на землях колективних сільськогосподарських підприємств, селянських спілок і фермерських господарств Вінницької, Донецької, Житомирської, Запорізької, Кіровоградської, Київської, Луганської, Миколаївської, Полтавської, Сумської, Черкаської та Херсонської областей на площі більше 30 тис. га.

Інститут землеустрою УААН проводить впровадження наукових дисертаційних розробок, які пов'язані з питаннями оптимізації структури земельного фонду лісоаграрних ландшафтів у частині обґрунтування оптимальної полезахисної лісистості та застосування контурно-меліоративних систем землеробства у сільськогосподарських підприємствах України.

Одержані результати досліджень мають теоретичне та практичне значення і застосовуються в навчальних дисциплінах вищих навчальних закладів освіти ІІІ-ІУ рівнів акредитації зі спеціальності 7.130401 - лісове господарство: «Лісова меліорація», «Лісоаграрні ландшафти», «Системи захисту ґрунтів від ерозії», «Агролісомеліорація та основи лісовпорядкування» та ін.

Результати досліджень реалізовані в розробці «Інструктивні вимоги з лісомеліоративного впорядкування захисних лісових насаджень. - К.: Держкомлісгосп, 2000. - 74 с.», а також підтверджуються документами про їх впровадження.

Особистий внесок здобувача полягає в одержанні наукових результатів, викладених у дисертації, що є основою у визначенні напряму, методології, методів і обсягів дослідження; у виконанні основного об'єму експериментальної частини; в аналізі та узагальненні результатів; математико-статистичній обробці матеріалу; моделюванні взаємозалежностей між основними параметрами ландшафтів і розробці оптимізаційної моделі структури земельного фонду лісоаграрного ландшафту; апробації одержаних результатів.

Комплекс експериментальних та теоретичних досліджень виконаний під науковим керівництвом відмінника народної освіти України, доктора сільськогосподарських наук, професора, академіка лісівничої академії наук України О.І. Пилипенка протягом 1992-2003 рр. і під час навчання у докторантурі Національного аграрного університету (2000-2003), через що вважаю своїм приємним обов'язком висловити щиру подяку.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційних досліджень доповідались, обговорювались і були схвалені на міжнародних конференціях: IUFRO «Моделювання росту швидкорослих деревних порід» у Валдівії, Чілі (3-5.09.1997 р.); «Лісовий комплекс України на зламі тисячоліть: освіта, наука, виробництво», (м. Київ, НАУ, 25-28.10.2000); «Проблеми сучасної екології природи», (м. Запоріжжя, ЗДУ, 21-23.10.2002); «Сертифікація лісових ресурсів України в контексті розвитку сучасної лісової політики» (м. Київ, НАУ, 24-26.10.2002); семінарах Міжнародного інституту системних прикладних аналізів (IIASA) у Лаксенбурзі, Австрія (26.09.1996) і Айовського державного університету, США (1.11.2001); семінар-нараді «Дні IIASA в Україні» (18-19.03.1999). Доповідь «Особливості росту дубових лісосмуг в Україні» включена в програму другого міжнародного симпозіуму «Інтегровані засоби для інвентаризації природних ресурсів у ХХІ столітті», м. Бойз, шт. Айдаго, США (16-20.08.1998), а стендова доповідь «Оптимізаційна модель лісоаграрного ландшафту» винесена на міжнародну конференцію «Шоста конференція по агролісомеліорації у північній Америці», м. Арлінгтон, шт. Арканзас, США (12-16.06.1999).

Дисертант взяв участь у парламентських слуханнях на засіданні Верховної Ради України (третя сесія четвертого скликання) 19.02.2003 року і його рекомендації ввійшли у Постанову ВР України №31-06 від 6.03.2003 р. «Про заходи щодо підтоплення земель в Україні».

Зміст дисертаційної роботи апробовано на конференціях науково-педагогічних працівників, наукових співробітників, аспірантів і докторантів Навчально-наукового інституту лісового і садово-паркового господарства Національного аграрного університету, які проводилися протягом 1992-2003 років.

У повному обсязі результати дисертації обговорені на об'єднаному засіданні кафедр лісової меліорації, лісової таксації, лісових культур, дендрології та лісової селекції Навчально-наукового інституту лісового та садово-паркового господарства НАУ та на проблемній раді Науково-дослідного інституту лісівництва та декоративного садівництва Національного аграрного університету.

Публікації. За темою дисертації протягом 1989-2003 рр. одержано авторське свідоцтво на винахід, опубліковано монографію (14,9 д.а.) та 37 наукових статей, 26 із них - у наукових провідних фахових виданнях, які внесені у перелік, затверджений ВАК України. Загальний обсяг публікацій становить 35,2 д.а.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, 7 розділів, загальних висновків та рекомендацій виробництву, списку використаних джерел із 576 найменувань (з них 67 латиницею, включаючи 17 Інтернет-сайтів). Матеріали дисертаційної роботи представлено на 363 сторінках комп'ютерного тексту, у т.ч. основний текст - на 287 сторінках, ілюстрований 41 таблицями і 47 рисунками. Додатки до роботи, які включають основну частину комп'ютерного банку даних (структура земельних угідь України в межах адміністративно-територіальних одиниць, картосхеми розподілу структурних елементів земельних угідь, експериментальні лісівничо-таксаційні дані пробних площ, таксаційні нормативи тощо), результати проміжних розрахунків антропогенних навантажень на ландшафти, текст програми оптимізації структури земельного фонду, акти впроваджень результатів НДР у виробництво винесені в окремий том обсягом 346 сторінок.

Основний зміст роботи

лісоаграрний ландшафт антропогенний екологічний

Програма, умови, методологія, методика досліджень і теоретичне обгрунтування проблеми

Програмою дисертаційної роботи передбачалося проведення досліджень за такими напрямками: аналіз сучасної структури земельного фонду лісоаграрних ландшафтів; дослідження антропогенних факторів, які зумовлюють погіршення екологічної ситуації, посилення ерозійних процесів, деградацію ландшафтів і місце серед них лісомеліоративних заходів; дослідження стійкості ландшафтів до антропогенних впливів; встановлення оптимального співвідношення основних компонентів лісоаграрного ландшафту (ріллі, лісів і лук), залежностей між головними агролісомеліоративними параметрами та моделювання лісистості; визначення кількісних показників біологічної продуктивності захисних лісових насаджень за компонентами фітомаси; розробка системи нормативно-довідкових даних для лісотаксаційної оцінки полезахисних лісових смуг; розробка наукових основ еколого-економічної оптимізації лісоаграрних ландшафтів.

Вирішенню програмних завдань передувало проведення аналітичного аналізу наукових праць вітчизняних і зарубіжних авторів з проблем оптимізації просторових об'єктів, лісистості, моделювання екосистем тощо. Теоретичною основою дисертаційної роботи є розробки А.Г. Ісаченка (1980, 1991) з питань оптимізації природного середовища, праці М.Й. Долгілевича (1981, 1988, 1999), Г.Б. Паулюкявичуса (1989), Е.С. Павловского (1983, 1990, 1999), М.А. Голубця (2000, 2001), С.А. Генсірука (1982, 1995, 1998) про роль лісу та аспектів, пов'язаних з екологічною оптимізацією екосистем, вчення Г.М. Висоцького (1950, 1983) про трансконтинентальний вплив лісової рослинності та М.Д. Гродзинського (1993, 1990) щодо стійкості ландшафтів до антропогенних впливів, концепцій О.І. Пилипенка (1994, 1996) про роль і місце агролісомеліорації в екологічній оптимізації лісоаграрних екосистем, капітальних праць В.П. Кучерявого (1991, 1999, 2001) з проблем фітомеліорації - науки про використання природної перетворювальної функції рослинності в оптимізації ноосфери.

Експериментальними дослідженнями, які проводилися протягом 1988-2002 рр., охоплені лісоаграрні ландшафти усіх природно-кліматичних зон рівнинної частини України. Сформований банк даних, який включає наступні блоки: агрокліматичні характеристики регіонів досліджень (дані запозичені в Департаменті гідрометеорологічної служби і моніторингу Міністерства екології та природних ресурсів); лісівничо-таксаційні показники лісомеліоративних насаджень за даними 132 пробних площ; структура земельного фонду у розрізі адміністративних одиниць України станом на 1.12.2000 р. (дані Інституту землеустрою УААН); агролісомеліоративні показники сільськогосподарських підприємств Могилів-Подільського району Вінницької області та Великоолександрівського району Херсонської області; нормативно-довідкові дані (картографічні, рекогносцировочні обстеження, геодезичні зйомки тощо).

Дослідження з виявлення ролі лісових насаджень в лісоаграрних ландшафтах проводилися за розробленою комплексною методикою. В її основу покладені рекомендації Російського НДІ агролісомеліорації (1975, 1980, 1989, 1983), УкрНДІЛГА (1988, 1989), УкрДЛТУ (1991, 1999, 2001), НАУ (1979, 1986, 1992, 1996) та ін. Особливістю запропонованої методики є комплексний географо-меліоративний підхід з вивчення лісової компоненти лісоаграрного ландшафту: ролі захисних лісових насаджень у пом'якшенні антропогенних впливів, стійкості ландшафту, фіторізноманіття рослинного покриву, продуктивності та інших форм екологічного впливу.

Експериментальний матеріал опрацьований за стандартними методиками, які прийняті в лісовій меліорації, лісовій таксації, ландшафтознавстві і математичній статистиці: К.Є. Нікітін і А.З. Швиденко, 1978; М.І. Гордієнко, 1979; Н.П. Анучин, 1982; А.З. Швиденко і Я.А. Юдицький, 1983; Б.А. Доспехов, 1985; Е.С. Павловский, 1985, 1991; А.А. Строчинський, 1992; Г.І. Швебс і П.Г. Шищенко, 1990; А. Buule & P. Tsefel, 2001 та ін.

З основних принципів теоретичного ландшафтознавства і досвіду їх застосування на практиці виходить, що під час оптимізації природокористування у центрі уваги повинен знаходитися власне ландшафт як вузлова ступінь в ієрархії геосистем, як найменша регіональна геосистема, яка об'єднує типовий ряд локальних комплексів (фацій, урочищ).

Оптимізація ландшафту (рис. 1) є складовою у загальному процесі оптимізації природокористування, включає у себе як оптимізацію окремих об'єктів нижчих рангів, так і в комплексі - вищих структурних підрозділів. Оптимізація варта тільки тоді, коли вона контролюється і спрямовується у змодельованому руслі. Питання стеження і контролю за ходом оптимізації лісоаграрного ландшафту реалізується в процесі агролісомеліоративного моніторингу.

Структура, агролісомеліоративні параметри і трансформація лісоаграрних ландшафтів

Одним із основних напрямів еколого-економічної оптимізації ландшафтів є формування та підтримка оптимальної структури ландшафтно-земельного фонду. Сучасні ідеї про ландшафтні системи висвітлені в працях ряду вчених-географів: А.С. Ісаченка (1980, 1991), Ф.Н. Милькова (1978, 1984), В.А. Николаева (1987, 2000), В.М. Чупахина (1987), Г.І. Швебса (1985, 1987), П.Г. Шищенка (1982, 1988) та ін. З їх досліджень виходить, що поняття про лісоаграрні системи повинні опиратися на аналіз і оцінку структури та динаміки територіальних комплексів. Це підкреслюється здатністю вивчення сучасних процесів, які відбуваються у результаті впливу сільськогосподарського виробництва на довкілля.

Лісоаграрні ландшафти - природно-господарські територіальні системи сільськогосподарського призначення, які є складними утвореннями географічної оболонки з цілісним поєднанням природних елементів (рельєфу, ґрунтів, вод, лісової рослинності та ін.) й антропогенних умов їх використання у сільськогосподарських цілях та забезпечення природоохоронної інфраструктури. Автором розроблена і проаналізована структура лісоаграрного ландшафту (рис. 2), у якій земельний фонд і захисні лісові насадження знаходяться на одному рівні з природними компонентами. Впливовим рівнем другого порядку на земельний фонд і побічно на природні компоненти виступає система захисних лісових насаджень, яка складається із різних підрівнів, розглянутих у класифікаціях Д.Л. Арманда (1961), А.Е. Дьяченко (1979), П.С. Пастернака і В.І. Коптєва (1986), Е.С. Павловського (1986) та ін.

Для оцінки й оптимізації лісоаграрних ландшафтів слід керуватися певними агролісомеліоративними параметрами, які випливають із суті структурних елементів самого ландшафту. До таких відносяться параметри земельного фонду (освоєнність території, розораність, еродованість ріллі, середньозважений ухил, заяруженість території та ін.) та параметри системи захисних лісових насаджень (полезахисна лісистість, меліоративна площа смуг, обрамленість полів, конструкції лісосмуг, захищеність полів, захисна висота та ін.). Оскільки оптимальну полезахисну лісистість можна досягти не за рахунок раціонального розміщення лісових смуг, а за рахунок не обґрунтованого збільшення їх ширини, то ми пропонуємо новий показник - коефіцієнт залісення оранки, який характеризується протяжністю лісосмуг на 1 кмІ (100 га) території й обчислюється у км/кмІ, що дає значно об'єктивнішу характеристику розміщення полезахисних лісових смуг. Встановлено, що оптимальне значення цього показника коливається в межах 1,9 - 7,7 км/кмІ залежно від грунтово-кліматичної зони (Полісся - Степ) та механічного складу ґрунту (глинясті й суглинкові - піщані й супіщані).

Проведено структурно-функціональний аналіз земельних угідь у динаміці за останніх 50 років. Виявлено, що за останні десятиріччя, з початком інтенсивної сільськогосподарської освоєнності агроландшафтів, погіршився загальний стан земель, стали частіше проявлятися посухи, пилові бурі, суховії, дефляція, ерозія. Це призвело до збіднення ґрунтів, зменшення їх родючості, порушенню агрофізичних і агрохімічних властивостей. У зональному аспекті розораність сільськогосподарських угідь становить: Полісся - 72,5%; Лісостеп - 80,4%; Північний Степ - 81,1% і Південний Степ - 82,1%. Установлено, що сучасна структура земельного фонду лісоаграрних ландшафтів характеризується надмірно високою розораністю, низькою часткою природних лук та пасовищ, лісових масивів і лісомеліоративних насаджень. Для збереження земельних ресурсів і відновлення родючості ґрунтів необхідно проводити комплекс ґрунтозахисних заходів, серед яких чільне місце відведено фітомеліорації. Саме тому лісомеліоративні заходи повинні бути чітко ув'язані з територіальною організацією зем-лекористування.

Знаходження інтегральної оцінки антропогенної трансформації лісоаграрних ландшафтів проведено на глобальному рівні. Антропогенну трансформацію територій вивчали за основними видами господарської діяльності, харак-терними для лісоаграрних ландшафтів лісостепової і степової зон. Зокрема було виділено п'ять видів антропогенних впливів, здатних суттєво впливати на стійкість ландшафтів: аграрний, промисловий, транспортний, селитебний і рекреаційний.

Для кожної адміністративно-господарської території досліджені впливи окремих видів антропогенних навантажень за п'ятибальною шкалою від 1 балу - найменший вплив, що не призводить до суттєвого порушення в ландшафті, до 5 балів - навантаження, які спричиняють незворотні трансформації і створюють катастрофічну екологічну ситуацію в ландшафтах. Усього враховано 13 критеріїв інтенсивності антропогенного впливу, за допомогою яких визначений середній бал для всіх навантажень кожного регіону. Залежно від величини сумарного навантаження визначений певний рівень антропогенної трансформації територій. На основі даних про інтегральне антропогенне навантаження методом ізоліній побудована картосхема гостроти екологічної ситуації з одночасною ілюстрацією навантажень на лісоаграрні ландшафти (рис. 3). Для територій певної гостроти екологічної ситуації розроблені рекомендації щодо оптимізації структури природокористування рівнинної частини України залежно від екологічного стану.

Сприятлива екологічна ситуація збереглася на даний час лише на 11% площі, а саме на територіях Волинської, північної частини Рівненської, Житомирської, Київської, південної частини Миколаївської та Херсонської областей. Сюди відносяться і ландшафти центральної частини Кримського півострову. Лісоаграрні ландшафти цієї групи мають острівний характер у Черкаській, Кіровоградській, Сумській і Чернігівській областях. Що стосується останньої, то у даному випадку враховані тільки досліджувані навантаження, коли відомо, що значна територія області віднесена до зони, яка забруднена радіонуклідами.

Задовільна екологічна ситуація з мало порушеними ландшафтними системами займає південні частини Волинської, Рівненської та Житомирської областей. Ця ситуація також виявлена у Львівській, Черкаській, Кіровоградській, Одеській, Запорізькій областях і рівнинному Криму. Наведений регіон займає площу 18% території.

Конфліктна екологічна ситуація з порушеними ландшафтами в результаті великих навантажень склалася на територіях, що займають площу 22% і простягається від заходу (Хмельницька, частина Тернопільської і Вінницької областей) до південно-східних кордонів України, які включають Черкаську, Кіровоградську, Одеську, Миколаївську і частково Запорізьку області. Тут відчутний сільськогосподарський вплив, транспортні та селитебні навантаження, а також і промисловий вплив.

Території із передкризовою екологічною ситуацією займають 25% території України. Це ландшафтні системи Тернопільської, Хмельницької, Вінницької областей, півдня Київської і півночі Полтавської, Харківської, Луганської, а також частково Черкаської, Кіровоградської, Миколаївської і Херсонської областей. Як правило, ці ландшафти прилягають до промислових міст з високорозвинутою інфраструктурою, сільським господарством і транспортним сполученням.

Території з кризовою екологічною ситуацією з дуже порушеними ландшафтами займають 24% України і включають ландшафти Дніпропетровської, Донецької, Харківської та Запорізької областей, де найбільш у повному обсязі проявляється промисловий, селитебний, транспортний та аграрний впливи на ландшафти. У цю категорію відносяться також ландшафти Тернопільської й Вінницької і частково Київської, Полтавської, Кіровоградської та Луганської областей.

Загальна закономірність загострення екологічної ситуації в Україні простежується із північного заходу на південний схід і пов'язана із природними закономірностями, історією розвитку сільського господарства та лісорозведення. Виявлена загальна закономірність загострення екологічної ситуації з північного заходу через центр до східних регіонів України.

Аналіз коефіцієнта антропогенної трансформації ландшафтів свідчить про високу перетвореність лісоаграрних ландшафтів Вінницької, Дніпропетровської, Донецької, Запорізької. Кіровоградської, Миколаївської, Одеської, Полтавської, Тернопільської, Харківської, Херсонської і Черкаської областей. У цих регіонах треба збільшувати заповідні території, оптимізувати структуру земельного фонду і впроваджувати природоохоронні програми.

Стійкість лісоаграрних ландшафтів до антропогенних впливів

У розділі наведено результати досліджень стійкості ландшафтів до антропогенних впливів. Поняття стійкості є фундаментальною властивістю ландшафтів. Тільки після проведення комплексної оцінки стійкості ландшафту до антропогенних втручань можливе обґрунтування останніх, вибір напряму розробки оптимізаційних моделей, забезпечення оптимального функціонування ландшафтів.

Стійкість - це властивість ландшафту активно підтримувати значення своїх параметрів у межах, що не перевищують деяких критичних величин і зберігають певний характер функціонування при дії на нього збурюючих факторів. Беручи до уваги роботи ландшафтознавців М.А. Глазовської (1988), П.Г. Шищенко (1988), А.Д. Арманда (1989) і, особливо, розробки М.Д. Гродзинського (1989, 1993, 1995) з питань стійкості ландшафтів до антропогенних впливів визначені три загальні форми стійкості лісоаграрних ландшафтів - інертність, відновлювальність і пластичність.

Інертність визначається як здатність ландшафту при дії на нього зовнішнього фактора зберігати свій стан у межах заданої області протягом усього заданого інтервалу часу. Відновлювальність - це здатність ландшафту повертатися до початкової області станів після виходу з неї. Пластичність є наявністю у ландшафту кількох областей станів, перебуваючи у яких він має здатність до інертності та/або відновлювальності і його здатність до дії зовнішнього фактору переходити з однієї такої області до інших, зберігаючи за рахунок цього свої інваріантні ознаки протягом заданого інтервалу часу.

Визначення виду стійкості ландшафту ґрунтуються на події виходу ландшафту з деякої заданої (нормальної або допустимої) області станів. Настання такої події свідчить про суттєві зміни ландшафту, є критерієм їх нестабільності і тому аналіз їх частоти, характеру наслідків та інших особливостей важливий при розробці багатьох проблем дослідження ландшафтів та особливо їх стійкості. Подія виходу ландшафту з області нормальних або допустимих станів називається відмовою ландшафту.

Існує багато емпірично встановлених граничних значень змінних ландшафту, при виході за межі яких відбувається комплекс його суттєвих змін. За даними М.Й. Долгілевича (1978, 1981), надмірна розораність сільськогосподарських угідь під час пилових бур може призвести до втрати верхнього гумусового шару ґрунту, що становить від 0,2 до 5,4 т/га за 30 хв у діапазоні швидкостей вітру від критичних (6-12 м/с) до дуже сильних (20-24 м/с). Як результат - зменшення запасів гумусу, посилення процесу дегуміфікації. Суттєве зниження врожайності і погіршення росту озимої пшениці та інших культур на ділянках видування ґрунту виявлено у дослідженнях Я.А. Смалька (1963), В.Є. Свириденка (1966), М.М. Милосердова (1971, 1975), М.О. Штофеля (1973), О.І. Пилипенка (1988, 1992), А.А. Сірика (1996) та ін.

Залежно від змінної ландшафту, що вийшов з діапазону його нормальних або допустимих значень, виділяють відповідні види відмов ландшафту. Наприклад, дефляційна відмова (винесено понад 5 см шару ґрунту), площинно-ерозійна відмова (змито ґрунту більше граничнодопустимої величини), дегуміфікаційна (зменшення запасів гумусу до критичної величини, за якої продуктивність земель падає нижче потенційної), детрофікаційна (зменшення поживних речовин у ґрунті) т.д. Відмови виникають внаслідок інтенсифікації певних процесів і відповідно до них і названі. Залежно від інтенсивності антропогенних навантажень і частоти їх прояву, кожному лісоаграрному ландшафту притаманний певний набір ймовірних видів відмов. Між видами відмов існують певні зв'язки, а виникнення однієї відмови у ландшафті зумовлює одночасну, або через деякий час появу іншого виду відмови, яка у свою чергу викликає третю і т.д. Наприклад, дефляційна відмова сприяє розвитку дегуміфікаційної, а у разі не втручання людини призводить і до ущільнення ґрунту. Таким чином утворюється ланцюг відмов лісоаграрного ландшафту, що характеризує його деградацію і втрату стійкості.

Об'єктом дослідження стійкості стали лісоаграрні ландшафти локального (на прикладі агрогосподарств Могилів-Подільського району Вінницької області) рівня. Для оцінки стійкості лісоаграрних ландшафтів у зв'язку зі зменшенням внесенням органічних і мінеральних добрив протягом 15 років застосований частотний статистичний метод М.Д. Гродзинського (1995), який показав часткову втрату стійкості. Імовірність виникнення у 33-х ландшафтах хоча б однієї відмови з чотирьох досліджуваних при зменшенні внесення добрив протягом 15 років становить 0,68. Застосований метод є зручним для оцінці стійкості ландшафтів за даними статистичної звітності, режимних спостережень (періодичних обстежень ґрунтового і рослинного покриву ландшафтів) тощо.

Для визначення стійкості лісоаграрних ландшафтів слід широко залучати дані моніторингових досліджень. Саме тому в роботі обґрунтовано запровадження агролісомеліоративного моніторингу. Водночас ефективне управління повинно базуватися на моделюванні і прогнозуванні процесів, основою для яких є також моніторингова інформація. У цьому контексті систему моніторингу треба розглядати як фундаментальне питання в проблемі оптимізації лісоаграрних ландшафтів. На основі опрацювання праць з моніторингових досліджень І.М. Волошина (1988), М.А. Голубця (1994, 1997), Л.Л. Малишевої (1998), М.Д. Балджі (1997), І.Ф. Букші (1997, 1998, 2000), С.В. Зібцева (2003) розроблена організаційна, територіальна та функціональна структура агролісомеліоративного моніторингу. Організаційна структура визначає послідовність змін та цільову спрямованість моніторингових досліджень; територіальна - просторову взаємоузгодженість полігонів і пунктів спостережень; функціональна - систему збирання, обробки, узагальнення, зберігання, моделювання та надання керівним органам різних рівнів необхідної інформації щодо екологічного стану лісоаграрних ландшафтів.

Програму агролісомеліоративних моніторингових досліджень виконують у взаємозв'язку з усіма видами режимних спостережень, бо саме вони дають вихідну інформацію щодо антропогенних навантажень, яка необхідна для моделювання, оцінки, прогнозу та оптимізації екологічного стану територій. Запропоновані об'єкти першої і другої черги агролісомеліоративного моніторингу, які охоплюють всі природнокліматичні зони (Юхновський В.Ю., Малюга В.М., 2002). Це об'єкти із закінченою системою полезахисних лісових смуг, у яких проводяться дослідження науковцями УкрНДІЛГА і НАУ.

Оптимізація лісистості лісоаграрних ландшафтів

Ключовою ланкою у проблематиці оптимізації природокористування виступає питання оптимізації лісистості антропогенних територіальних систем. Проведено літературний огляд з проблематики лісистості. Дослідженнями оптимальної лісистості водозборів присвячені численні публікації вчених: А.А. Молчанова (1966, 1973), А.Д. Дубаха (1951), М.І. Львовича (1963), Ю.Б. Бялловича (1972), А.І. Миховича (1972, 1981), А.А. Чернишова (1972), Н.І. Костюкевича (1975), Б.Ф. Остапенка (1995, 1996), Г.Б. Паулюкявічюса (1989), Н.Ф. Куприни (1987), І.Е. Кульчицького-Жигайло (1989), П.С. Пастернака, Н.Н. Приходька і В.П. Ландина (1988), В.В. Осипова і Н.Е. Гаврилової (1983), С.А. Генсірука (1982, 1995), О.І. Пилипенка (1996, 1998), І.П. Соловія (1992), В.П. Ткача (2000), В.П. Ткача і Г.Б. Гладуна (2000, 2001), Л.І. Копія (1999, 2001) та ін.

Виділяють кілька видів оптимальної лісистості - водоохоронну, мінімальну водоохоронну, гідрологічну, протиерозійну та ін. За нормативами, розробленими Ю.Б. Бялловичем (1972), оптимальна лісистість на Поліссі становить 37,1%, у Лісостету 16,8%, Степу на звичайних, південних чорноземах і темно-каштанових ґрунтах - 10,6%, 7,4% і 5,3% відповідно, а загальна оптимальна лісистість для рівнинної частини України має бути 17,2%. Звичайно, жоден із запропонованих критеріїв і нормативів лісистості не може враховувати всієї специфіки ситуації в тому чи іншому ландшафті.

За визначенням А.А. Строчинського (2002) оптимальна лісистість - це ступінь заліснення території, при якому найефективніше використовуються земельні ресурси, формується екологічно стабільне середовище та найповніше проявляється весь комплекс корисних властивостей лісу. Сформулювати єдиний критерій оптимальності лісистості для кожного регіону з точки зору формалізованих (класичних) підходів до вирішення цієї оптимізаційної задачі досить складно. Тому, як правило, рівні оптимальної лісистості встановлюють, виходячи з водоохоронної лісистості, яку визначають для водозбірних басейнів. Теоретичною основою такого підходу є загальновідоме рівняння водного балансу території. Останнім часом для визначення оптимальної лісистості є спроби застосувати принципи системно-екологічного моделювання антропогенного навантаження на басейни малих рік, виходячи з їх структурно-функціонального стану (Яцик А.В., 1997).

У дисертації проведено теоретичне обґрунтування оптимальної полезахисної лісистості (ОПЛ). Метод визначення полезахисної лісистості та її оптимальної величини залежно від кількості рядів у зональному аспекті та механічного складу ґрунту були розроблені О.І. Пилипенком і автором (1998). Основою методу стали наукові розробки ряду авторів з розміщення полезахисних лісових смуг на території, які базуються на вивченні їх впливу на мікроклімат прилягаючих полів і підвищення врожайності сільськогосподарських культур, а також з оптимальної ширини лісових смуг залежно від породного складу.

Проведено моделювання ОПЛ з урахуванням природної зони, ґрунтових умов, кількості рядів та ширини лісових смуг. Моделі зв'язку між ОПЛ та величиною клітини поля й кількістю рядів лісосмуг встановлювалися шляхом апроксимації попарно заданих вихідних значень монотонними рівняннями регресії за програмою АМУР, яка розроблена кафедрою лісової таксації НАУ. Результати моделювання оптимальної полезахисної лісистість наведено в табл. 1.

Порівняння одержаних результатів з нормативними даними, розробленими УкрНДІЛГА (Коптєв В.І., 1972) показали суттєву різницю у випадках встановлення ОПЛ для ґрунтів легкого механічного складу, ґрунтів важкого механічного складу степової зони (чорноземи звичайні) і зони Лісостепу. Так, для піщаних ґрунтів Лісостепу і Степу ОПЛ становить відповідно 6,7% і 11,8%, що на 17,5% і 20,4% перевищує існуючі нормативи. Водночас для зони Лісостепу і Степу (чорноземи звичайні) на глинястих і суглинкових ґрунтах ОПЛ перевищує нормативну на 12,8% і 22,6% відповідно. Беззаперечною перевагою змодельованих величин ОПЛ є те, що її можна встановлювати не тільки за фіксованою шириною лісосмуг у 12,5 м і 15,0 м, як це враховано в існуючих нормативах, а й для інших діапазонів ширини лісосмуг (7,5 - 15,0) відповідно до певної кількості рядів. Це важливо під час аналізу просторового розміщення полезахисних лісових смуг, їх упорядкування та протяжності на території землекористування. Полезахисна лісистість коливається в межах 1,5-11,8% при коефіцієнтах залісення орних земель від 1,9 до 7,5 км/кмІ.

Розроблені моделі урожайності озимої пшениці залежно від полезахисної лісистості та захищеності полів. Виявлено стійкий зв'язок урожайності із захищеністю полів (R=0,512) у лісоаграрних ландшафтах локального рівня. Водночас моделювання урожайності ландшафтів південно-степового регіону показало тенденцію збільшення зв'язку урожайності з полезахисною лісистістю. Зв'язок у несприятливий рік був у двічі більший ніж у високоврожайний рік, що свідчить про зростання ефективності лісоаграрних систем з ускладненням кліматичних умов.

Проведено моделювання структури земельного фонду лісоаграрних ландшафтів. Аналіз земельних ресурсів лісостепової і степової зон показав, що найбільшу площу серед них становлять сільськогосподарські угіддя - 71,1% і 75,9% відповідно. У структурі сільськогосподарських угідь відповідні частки припадають на ріллю (80,4% і 81,5%), сінокоси (7,4% і 1,8%), багаторічні насадження та пасовища (10,4% і 14,1%), що створює сприятливі умови для виникнення ерозійних процесів. Виявлено тісний зв'язок між захищеністю полів і полезахисною лісистістю (R=0,906), а також із середньою висотою лісосмуг (R=0,521). Під час моделювання залежностей відгуком було вибрано еродованість земель - провідний показник деградації ґрунтів.

На початковому етапі провели парний регресійний аналіз між еродованістю ріллі y та кожним із суттєво впливових факторів. Такими виявилися: середньозважений ухил x1, загальна лісистість лісоаграрних ландшафтів x2, полезахисна лісистість x3. Результатом моделювання стали відповідні рівняння:

; R2 = 0,540 (1)

; R2 = 0,247 (2)

. R2 = 0,234 (3)

Cеред факторів, які найістотніше впливають на прояв ерозійних процесів, були використані лісистість загальна, лісистість полезахисна та система екостабілізуючих факторів - луки й багаторічні насадження. Найвідчутніше зростання відсотка еродованих земель спостерігається під час зменшення лісистості регіону і полезахисної лісистості. Меншою мірою на зміну ерозійних процесів впливає зміна площ лук і багаторічних насаджень. Для виявлення форми зв'язку між еродованістю і вищенаведеними залежностями аналізували різні типи рівнянь, проте найбільш вдалою є модель 4, графічна інтерпретація якої проілюстрована рис. 4. У вибраній моделі параметрами рівняння є: а0, а1, а2, а3.

. (4)

На підставі проведеного табулювання трифакторної моделі і представлених залежностей відсотка еродованих земель від наведених вище факторів, можна визначити показники загальної і полезахисної лісистості та відсотка лук і багаторічних насаджень, які дозволять зменшити площу еродованих земель до бажаного рівня. Наприклад, для зниження еродованості земель менше 10% для зони Південного Лісостепу цілком достатньо досягнути такої структури земельного фонду: лісистість загальна - 12%, лісистість полезахисна - 3% і відсоток лук та багаторічних насаджень - 28%.

Результати досліджень свідчать, що виходячи з вимог зменшення інтенсивності ерозійних процесів та поліпшення екологічної ситуації, для конкретного лісоаграрного ландшафту або агролісомеліоративного регіону реальна розробка нормативів, за дотримання яких можливе повне припинення ерозійних процесів та екологічна стабілізація довкілля. Зазначимо, що за неуможливлення збільшення однієї категорії площ (наприклад, луків), кінцевий результат досягається за рахунок збільшення величин інших екостабілізуючих угідь.

Біологічна продуктивність і фіторізноманіття лісової компоненти лісоаграрного ландшафту

Біологічна продуктивність виражає сукупний результат природних й антропогенних впливів на екосистеми і виступає вагомим інтегральним показником оптимізації лісоаграрних ландшафтів. Водночас збільшення продуктивності лісової компоненти ландшафтів посилює фітомеліоративний вплив на агроценози. Досліджено біологічну продуктивність за компонентами фітомаси захисних лісових насаджень типового ландшафту лісостепової зони. При цьому використані методичні розробки вітчизняних вчених з питань досліджень біологічної продуктивності масивних насаджень: М.А. Голубця (1975), В.К. М'якушка (1978), С.А. Генсірука (1979), М.І. Гордієнка (1997, 1979); П.С. Пастернака (1988), М.М. Гузя (1995, 1996), А.Ф. Гойчука (1993, 1998); П.І. Лакиди (1996, 1997, 2002) та ін.

Результати досліджень показали, що найвищою продуктивністю характеризуються тополеві лісосмуги, які досягають найбільшого запасу деревини в V класі віку, де об'єм середнього стовбура у 45 років становить 1,004 мі. Найнижча продуктивність у лісосмуг з плодових порід (яблуня, горобина), у яких об'єм середнього стовбура - 0,152 мі. У чистих дубових насадженнях на стовбурну частину припадає 65,4%, сучки 20,2% і листя 6,1% від загальної надземної фітомаси, у білоакацієвих лісосмугах - 71,5; 17,2 і 4,3% відповідно. Одержані результати свідчать, що нагромадження стовбурної деревини залежить від стану і розвитку крон дерев.

Залежно від біологічних особливостей деревних порід, віку та інших факторів визначено фракційний склад фітомаси захисних насаджень, який за даними пробних площ коливається у широких межах, особливо у співвідношенні стовбурної деревини до загальної надземної біомаси у сухому вигляді. Ці співвідношення коливаються від 38,4% у змішаній дубово-в'язовій лісосмузі до 85,0% у придорожніх тополевих лісосмугах. Вказані відмінності зумовлені ступенем розвитку крони - масою сучків, яка значно перевищує аналогічний показник масивних насаджень.

За фактичними даними визначення всіх компонентів фітомаси захисних насаджень на пробних площах, визначені у наближеному вигляді сумарні запаси фітомаси в переведенні на всю територію лісоаграрного ландшафту. Встановлено, що максимальні запаси фітомаси сконцентровані у стовбурній деревині та кореневій системі (відповідно 57,1% і 18,3%). Надземна фітомаса в цілому від сумарних запасів складає 81,7%. У переведенні на 1 га захисних лісонасаджень кількість сухої фітомаси досягає 335,8 т, а на 1 га земельних угідь - 10,1 т. Із збільшенням віку і ростом насаджень, особливо за участю дуба, ясена, відбувається нагромадження загальних запасів біологічної маси, всі компоненти якої при відповідній переробці можуть бути успішно використані у народному господарстві.

Важливим етапом оптимізації естетичної структури лісової компоненти лісоаграрного ландшафту є введення декоративних деревно-кущових порід у захисні лісонасадження. Саме тому під час оптимізації лісоаграрних ландшафтів необхідно передбачити максимальне збереження ділянок із природним середовищем, створених лісомеліоративних насаджень, фіторізноманіття і мальовничість пейзажів.

Водночас за рахунок науково-обгрунтованого добору деревних видів для культурних ценозів продуктивність лісів можна підвищити на чверть (Калініченко О.А., 1997, 1998). Дослідженнями виявлено декоративні види порід, при-датні для використання у захисних лісових насадженнях. Польові дослідження рослинного покриву агроландшафтів проводили з 7 по 26 вересня 1999 року під час участі автора у міжнародному американо-українському проекті. Усього було зібрано 85 колекцій насіння та гербарних зразків, які віднесені до 26 родин і 45 видів дерев, чагарників та багаторічних трав.

Гербарні зразки й насіння були розподілені між НАУ і Північно-центральною регіональною станцією інтродукції рослин у Айові, США. Ці частини насіння пророщували для довгострокової оцінки як в Україні, так і в США. Спостереження за декоративними рослинами, вирощеними з відібраних зразків насіння у розсаднику північно-центральної регіональної насіннєвої станції інтродукції рослин у США, ботанічному саду НАУ, а також зростаючих у природних умовах України, дали підстави доповнити асортимент деревно-кущових порід для захисних лісонасаджень лісоаграрних ландшафтів України таксонами: Acer tegmentosum Maxim., Chamaecytisus spp., Crataegus sanguinea Pall., Crataegus meyeri A. Pojark., Crataegus rhipidophylla L., Crataegus monogyna var. kyrtostyla Lge., Daphne mezereum L., Genista tinctoria L., Laburnum anagyroides Medik., Rubus caesius L., Sambucus racemosa L., Sorbus torminalis [L.] Crantz., Staphylea pinnata L., Tilia tomentosa Moench.

Размещено на Allbest.ru