Сучасний стан ерозійних процесів та ґрунтозахисна ефективність лісових насаджень в агроландшафтах південного сходу України

Размещено на http://www.allbest.ru/

Український науково-дослідний інститут лісового господарства та агролісомеліорації ім. Г.М.Висоцького

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

СУЧАСНИЙ СТАН ЕРОЗІЙНИХ ПРОЦЕСІВ ТА ГРУНТОЗАХИСНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ЛІСОВИХ НАСАДЖЕНЬ В АГРОЛАНДШАФТАХ ПІВДЕННОГО СХОДУ УКРАЇНИ

06.03.04 - агролісомеліорація і захисне лісорозведення

Мілєхін Петро Опанасович

Харків - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському науково-дослідному інституті лісового господарства та агролісомеліорації ім. Г.М.Висоцького

Науковий керівник: кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Телешек Юрій Кирилович, не працює

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор, заслужений діяч науки Російської Федерації Зиков Іван Григорович, Всеросійський інститут агролісомеліорації РАСГН, завідувач відділом охорони грунтів, кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Зубов Олексій Ремович, Луганський інститут агропромислового виробництва УААН, завідувач лабораторії оптимізації агроландшафтів і грунтозахисної меліорації

Провідна установа: Український науково-дослідний інститут гірського лісівництва ім. П.С.Пастернака Державного комітету лісового господарства України, м. Івано-Франківськ

Захист відбудеться “ 17 ” жовтня 2000 р. о 13⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К.64.828.01 в Українському науково-дослідному інституті лісового господарства та агролісомеліорації ім. Г.М.Висоцького за адресою: 61024, м. Харків, вул. Пушкінська, 86

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського науково-дослідного інституту лісового господарства та агролісомеліорації ім. Г.М.Висоцького: 61024, м. Харків, вул. Пушкінська, 86

Автореферат розісланий “ 5 ” вересня 2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Гавриленко А.П.

АНОТАЦІЇ

лісонасадження еродованість ерозійний процес

Мілєхін П.О. Сучасний стан ерозійних процесів та грунтозахисна ефективність лісових насаджень в агроландшафтах південного сходу України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.03.04 - агролісомеліорація та захисне лісорозведення. - Український науково-дослідний інститут лісового господарства та агролісомеліорації ім. Г.М.Висоцького. - Харків, 2000.

В роботі подано результати досліджень інтенсивності ерозійних процесів та грунтозахисної ролі лісонасаджень на еродованих землях. Встановлено залежність еродованості та продуктивності ріллі в агроландшафтах Донбасу від ряду природних та антропогенних факторів, побудовані відповідні математичні моделі в розрізі адміністративних районів та водозборів малих річок басейну Сіверського Дінця для Оскольсько-Айдарського та Донецького природно-сільськогосподарських округів. В результаті математико-статистичної обробки отриманих експериментальних даних побудовані математичні моделі залежності швидкості поглинання поверхневого стоку в ЗЛН від швидкості підтоку в насадження, об'ємної маси верхнього шару грунту, віку насадження, мутності поверхневого стоку, породного складу та категорії насадження, а також залежності інтенсивності відкладення змитого дрібнозему в насадженні від інтенсивності його надходження з розміщеного вище схилу. За результатами математичних моделей побудовані номограми для полегшення розрахунків та відповідні оптимізаційні поверхні.

Ключові слова: лісомеліорація, ерозія, захисні лісонасадження, лісосмуга, інтенсивність поглинання поверхневого стоку, кольматаж, еродованість та продуктивність ріллі, математична модель.

Милехин П.А. Современное состояние эрозионных процессов и почвозащитная эффективность лесных насаждений в агроландшафтах Юго-Востока Украины. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.03.04 - агролесомелиорация и защитное лесоразведение. - Украинский научно-исследовательский институт лесного хозяйства и агролесомелиорации им. Г.Н.Высоцкого. - Харьков, 2000.

В работе представлены результаты исследований интенсивности эрозионных процессов и почвозащитной роли лесонасаждений в агроландшафтах Донбасса - региона, наиболее подверженного действию эрозионных процессов. Предпосылками их интенсивного развития являются сильно пересеченный рельеф с большими перепадами высот и крутизной склонов, своеобразные погодно-климатические условия, большая пестрота почвенного покрова при сложных геологических условиях, а причиной - интенсивная хозяйственная деятельность повлекшая за собой вырубку лесов и чрезмерную распашку степной растительности.

В результате анализа расчетно-статистических и литературных данных установлены основные природно-антропогенные факторы, определяющие эродированности пашни (сельскохозяйственная освоенность территории, общая лесистость, овражность пашни, процент эрозионно-опасных культур в севообороте, средние уклон и длина склона пашни, общая расчлененность территории) и ее продуктивность (количество вносимых минеральных удобрений, эродированность пашни, защищенность ее лесными полосами и средний балл бонитета). В ходе исследований построены соответствующие математические модели в разрезе административных районов и водосборов малых рек бассейна Северского Донца для Оскольско-Айдарского и Донецкого природно-сельскохозяйственных округов. Установлена более высокая точность моделей для бассейнового варианта по сравнению с административно-территориальным и для зональных по сравнению с регионом в целом. Коэффициенты множественной корреляции (не ниже 0,80, в основном 0,95-0,98) и относительные ошибки моделей (не ниже 6%, в основном 2-4%) свидетельствуют о том, что они адекватны объектам исследований и пригодны для оценочно-прогностических расчетов.

Изучение почвозащитной роли лесных насаждений проводилось методом активного эксперимента на стоковых микроплощадках. Суть эксперимента заключалась в имитации ливневого стока с вышележащего склона и определения количественных показателей его поглощения и кольматажа твердой фазы стока в лесонасаждении.

В результате математико-статистической обработки полученных экспериментальных данных построены математические модели зависимости интенсивности поглощения поверхностного стока в ЗЛН от ряда факторов (скорость подтока в насаждение, объемная масса поверхностного слоя почвы, возраст насаждения, мутность поверхностного стока, породный состав и категория насаждения), а также зависимости интенсивности отложения в насаждении смытого мелкозема от интенсивности его поступления с расположенного выше склона. В ходе вычислений расчетным путем построена шкала степени влияния изучаемых древесно-кустарниковых пород на скорость впитывания стока. В порядке уменьшения такого влияния породы расположились в следующем порядке: тополь, сосна обыкновенная, дуб черешчатый, ясень зеленый, клен полевой, клен остролистный, вяз приземистый, клен ясенелистный, липа мелколистная, терн, береза бородавчатая, акация белая.

Для облегчения расчетов по модели построена соответствующая номограмма и оптимизационная поверхность с тремя уровнями оптимизации, сочетание факторов при которых определяет различные значения интенсивности поглощения поверхностного стока и отложения смытого мелкозема. Каждому уровню оптимизации соответствует свое сочетание противоэрозионных лесо-, луго- и гидромелиоративных мероприятий.

Ключевые слова: лесомелиорация, эрозия, защитные лесонасаждения, лесополоса, интенсивность поглощения поверхностного стока, кольматаж, эродированность и продуктивность пашни, математическая модель.

Milehin P.A. Modern condition of erosion processes and soil conservation efficiency of forest stands in agrolandscapes of the south-east part of the Ukraine.- Manuscript.

Thesis for Candidate of Agricultural Sciences degree submission for 06.03.04 speciality - agroforest amelioration and protective sylviculture. - Ukraine research institute of forestry and agroforest amelioration named after G.M. Vysotskyi. - Harkov, 2000.

Results of the intensity of soil erosion processes and soil conservation role of forest plantations on eroded lands are represented in the work. Dependence of the soil erodibility and plough lands productivity upon the range of natural and anthropogenic factors had been established, correspondent mathematical models had been built in the frameworks of administrative regions and little rivers watersheds in the basin of Seversky Donets river for Oscolsky-Aidarsky and Donetsky natural and agricultural districts. As a result of mathematical and statistical processing of the received data, mathematical models of the dependence of runoff absorption intensity in protective forest plantations upon runoff velocity from the above situated slope, density of the upper layer of the soil, forest plantations age, runoff muddiness, species composition of the forest plantations and its category and dependence of the soil sedimentation intensity in the forest plantations upon its bringing from the above situated slope had been built. Nomograms for facilitating of calculations and corresponding optimisation surfaces had been built on the base of the mathematical models.

Key words: agroforest amelioration, erosion, protective forest stands, forest shelterbelts, intensity of runoff absorption, sedimentation, erodibility and productivity of the plough land, mathematical model.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Інтенсивність ерозійних процесів в умовах Донбасу є однією з найвищих в Україні. Тільки в Луганській області еродовано 67,7% ріллі. Передумовою такого стану земельних ресурсів є поєднання несприятливих природних факторів, а причиною - інтенсивна господарська діяльність без врахування віддалених наслідків екстенсивного господарювання, спрямованого на одержання максимальної вигоди при мінімальних відтворювальних витратах. Світовий досвід свідчить, що збереження якісного стану і родючості грунтів, розширене відтворення продуктивності земель неможливе без екологічної оптимізації структури агроландшафтів, диференційованого використання земель в залежності від рельєфу та грунтово-екологічних умов. На сучасному етапі цим вимогам відповідає грунтозахисна система землеробства з контурною організацією території, яка впроваджується в Донбасі в останнє десятиліття. Одним із головних елементів цієї системи є захисні лісові насадження (ЗЛН), які крім інфраструктурних та меліоративних функцій виконують ще й середовищеутворюючу, природоохоронну та агроландшафтно-екологічну роль. В умовах Донбасу недостатньо вивчена грунтозахисна ефективність лісонасаджень, немає комплексного аналізу та кількісної характеристики факторів, які обумовлюють інтенсивність розвитку ерозійних процесів та їх зниження в системі ЗЛН. В існуючих рекомендаціях по проектуванню та створенню лісонасаджень не враховані особливості їх впливу на попередження ерозійних процесів в конкретних умовах. Саме тому вивчення даних питань є актуальним в науковому плані та доцільним з точки зору практичного використання.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Питання, що висвітлені в дисертації, є складовою частиною держбюджетних наукових тем № 51 “Разработать новые способы мелиорации каменистых площадей Донбасса” (1986-1990 р.р., номер держреєстрації 01860093533, м/ф 02910042965), № 10 “Разработать высокоэффективные системы защитных лесных насаждений для контурно-мелиоративного земледелия в основных регионах УССР с высоким эрозионным потенциалом” (1991-1995 р.р., номер держреєстрації 01910025229) та госпрозрахункової теми № 75 “Разработать программу расчетов размещения и параметров защитных лесных полос при контурной организации территории в УССР с применением ЭВМ” (госпдоговір з Держагропромом України, 1989-1990 р.р., номер держреєстрації 01890071627, м/ф 02910020823).

Мета і задачі досліджень. Метою досліджень є розробка методів кількісної оцінки та прогнозу взаємовпливу факторів, що спричинюють розвиток ерозійних процесів і продуктивність орних земель; місце серед них лісомеліоративних заходів в розрізі адміністративного та басейнового поділу; створення оціночних та прогнозних моделей поглинання рідкого та твердого стоку в насадженнях різних категорій, віку та породного складу в залежності від їх розміщення на елементах рельєфу.

Для досягнення зазначеної мети в завдання досліджень входив аналіз факторів, які обумовлюють стан еродованості грунтів та місце серед них лісомеліоративних заходів; факторів, які обумовлюють продуктивність орних земель та місце серед них лісомеліоративних заходів; факторів, які обумовлюють стокорегулюючу роль та кольматаж змитого дрібнозему в захисних лісонасадженнях.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в застосуванні системного аналізу з побудовою багатофакторних математичних моделей як для глобальної оцінки стану еродованості грунтів та їх продуктивності, так і для визначення кількісних взаємозв'язків поглинання рідкого та твердого стоку в насадженнях різних категорій, віку та породного складу. При цьому розроблена класифікація деревних порід в насадженнях за їх впливом на схиловий стік, вирішене завдання оптимізації стокорегулюючого впливу лісонасаджень.

Практичне значення одержаних результатів. Практичне значення мають: математичні моделі еродованості ріллі, які дозволяють при реформуванні земельних відносин враховувати інтенсивність ерозійних процесів для протиерозійної організації території; математичні моделі продуктивності ріллі та врожайності зернових культур, які дозволяють оцінювати та прогнозувати ефективність використання земельних ресурсів області; математичні моделі поглинання рідкого та твердого стоку в насадженнях, які дозволяють, використовуючи лісотаксаційні матеріали, грунтові та гіпсометричні карти, проектувати біологічно стійкі, високоефективні в протиерозійному відношенні захисні лісонасадження на землях сільськогосподарського призначення.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто розроблена програма і методика досліджень, виконано збір, обробку та аналіз експериментального матеріалу, одержані основні наукові результати та сформульовані висновки.

Апробація результатів досліджень. Результати досліджень було оприлюднено на Всесоюзній науково-практичній конференції “Грунтозахисне землеробство з контурно-меліоративною організацією території в степовій зоні” (Луганськ, 1990), науково-практичній конференції “Земельна реформа в Донецькій області” (Київ, 1997), міжнародній науково-практичній конференції з проблем управління земельними ресурсами і створення системи реєстрації землі (Трускавець, 1998), міжнародній науково-виробничій конференції “Проблеми землеустрою, земельного кадастру та екології навколишнього середовища в умовах здійснення земельної реформи”(Харків, 1999) та “Шляхи вдосконалення приватизації та оцінки земель в Україні” (Суми, 1999), міжнародній науковій конференції “Власнісний статус і проблеми раціонального використання земель” (Київ, 2000).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 16 робіт, з них 11 статей, 4 з яких - авторські.

Структура і обсяг дисертації. Матеріал дисертації викладено на 156 сторінках. Вона складається з вступу, основної частини з п'яти розділів, висновків і рекомендацій виробництву, списку використаних джерел (189 найменувань, в тому числі 6 іноземною мовою), 19 додатків. Дисертація включає 21 таблицю та 48 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД

Оцінка стану вивчення проблеми залежності інтенсивності ерозійних процесів від різних факторів і грунтозахисної ролі ЗЛН викладена в дисертації в аналітичному огляді. В ньому показані природні передумови виникнення ерозії та антропогенний характер її прояву, наведений історичний огляд розвитку ерозійних процесів в країні, їх вивчення та розвиток лісомеліоративних заходів боротьби з ерозією грунтів. Зазначено, що загальні закономірності єдиного ерозійно-гідрологічного процесу, а також основні положення боротьби з ерозією грунтів добре висвітлені в працях А.С.Козменко [1954,1963], Г.П.Сурмача [1976, 1987, 1992], С.С.Соболєва [1948], М.Н.Заславського [1983, 1987], Є.О.Гаршиньова [1995] та інших дослідників. Протиерозійну та грунтозахисну роль ЗЛН в різних грунтово-кліматичних зонах вивчали А.С.Козменко [1954, 1963], Г.П.Сурмач [1971, 1982], І.П.Сухарєв [1966], І.Г.Зиков [1979, 1982], А.Т.Барабанов [1993], Є.О.Гаршиньова [1991, 1995], Ю.К.Телешек [1985, 1991], О.Б.Величко [1986, 1991] та інші. Вона зумовлена сумісною дією ряду факторів (значним покращанням під наметом ЗЛН водно-фізичних властивостей грунтів, що обумовлює їх високу інфільтраційну здатність; протиерозійними властивостями лісової підстилки; регулюванням вітрового режиму і зв'язаного з ним снігорозподілу, промерзанням та відтаванням грунту; грунтоскріплюючою дією кореневих систем). Відмічається важливість суміщення ЗЛН з найпростішими гідротехнічними спорудами (ГТС), при якому водопоглинання збільшується в 3-12,5 разів і досягає в середньому 2100, а в окремі роки - понад 5000 мм [А.Т.Барабанов, 1993], а також характеру розміщення лісосмуги відносно рельєфу (контурне або контурно-паралельне).

Важливим є і те, що в агроландшафтах захисні лісові насадження збільшують їх екологічну різноманітність, збагачують флору і фауну, покращують розвиток всіх життєвих процесів, сприяють розширенню енергетичних зв'язків між біотопами [В.Н.Виноградов, 1983].

Аналіз літературних джерел показав, що для степової зони України і, особливо схилових земель Донбасу характерні фрагментарні дані про грунтозахисну роль ЗЛН, які отримані для конкретних умов, або такі, що характеризують в основному якісну сторону питання. Крім того, в умовах реформування земельних відносин важливо проаналізувати сьогоднішній стан розвитку ерозійних процесів та їх вплив на продуктивність земель, визначити основні фактори, які їх обумовлюють і серед них роль та місце захисних лісових насаджень. Важливого значення набуває збереження існуючих та впровадження нових протиерозійних заходів взагалі і лісомеліоративних в тому числі. Крім того, потрібно як на державному рівні, так і на рівні місцевих органів влади відпрацювати систему підходів і показників для регулювання в процесі реструктуризації оптимального складу, співвідношення, та розміщення земельних угідь, враховуючи їх сучасний стан (еродованість, продуктивність, забрудненість та ін.), геоморфологічні, грунтово-кліматичні та соціально-економічні умови, з тим щоб максимально запобігти руйнуванню систем протиерозійних заходів (особливо довгострокової дії - захисних лісонасаджень та гідротехнічних споруд) та зменшити передумови інтенсивного розвитку ерозійних процесів в реформованих господарствах в майбутньому.

ПРИРОДНО-КЛІМАТИЧНІ УМОВИ РАЙОНУ ДОСЛІДЖЕНЬ

Клімат району досліджень характеризується як помірно-континентальний з досить жарким, посушливим літом і порівняно холодною зимою з нестійким сніговим покривом. Середньорічна температура повітря складає 8°, а кількість опадів - 400-450 мм. В літній період опади мають переважно зливовий характер, а сильні вітри часто викликають вітрову ерозію.

Рельєф області складний, він формується Донецьким кряжем, південними схилами Воронезького кристалічного масиву та древніми пліоценовими терасами вздовж долини Сіверського Дінця. Поверхня сильно розчленована густою гідрографічною мережею, що при великих базисах ерозії обумовлює високу інтенсивність ерозійних процесів внаслідок нераціональної господарської діяльності людини.

Грунтовий покрив області характеризується надзвичайною строкатістю, складністю та різноманітністю. Переважно він представлений чорноземами звичайними неглибокими та середньо глибокими на лесовидних суглинках (64,3%).

ПРОГРАМА, МЕТОДИКА ТА ОБ'ЄКТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Програмою досліджень передбачалось:

1. Провести аналіз сучасного стану ерозійних процесів в Луганській області.

2. Визначити основні фактори, що обумовлюють стан еродованості грунтів.

3. Вивчити вплив ерозії на продуктивність орних земель.

4. Визначити протиерозійну роль захисних лісонасаджень в системі сучасного землеробства.

Методика досліджень

При проведенні аналізу сучасного стану ерозійних процесів в Луганській області, вивченні факторів, що їх обумовлюють та вивченні впливу ерозії на продуктивність орних земель основним був збір довідково-статистичної інформації, її обробка та визначення розрахункових показників для подальшого аналізу взаємовпливу факторів. Вихідними матеріалами стали дані обласного управління земельних ресурсів, обласного земельно-кадастрового бюро, Луганської філії Інституту землеустрою УААН, обласного управління сільського господарства та ліквідованого в 1996 році Інституту охорони грунтів УААН. Спочатку було зібрано матеріали в розрізі адміністративних районів області, які потім були перераховані на водозбори рік басейну Сіверського Дінця (в межах області).

Протиерозійну роль лісових насаджень на водозборі визначали через поглинання в них поверхневого стоку за допомогою активного експерименту - імітації поверхневого стоку з розміщеного вище схилу і визначення кількісних показників його поглинання лісовими насадженнями, користуючись методом підтоку, або штучного напуску води, що імітує схиловий стік за допомогою переносних мікроплощадок [В.І.Тарасов 1991, 1993]. Тривалість напуску води, який імітував поверхневий стік, складала 30-40 хвилин, а його інтенсивність коливалась від 6 до 43 мм/хв. При плануванні експериментів малось на увазі те, що ряд факторів запланувати наперед дуже важко. Тому досліди проводились таким чином, щоб мати достатню варіацію факторів, які б відображали характерні умови регіону досліджень. Експериментальні дані отримані на 46 ділянках. Стік при цьому враховувався за допомогою водозливів Томпсона та об'ємним методом, а змив та кольматаж - через об'єм та мутність стоку.

Математико-статистична обробка результатів досліджень включала різні методи. Парна регресія при оцінці тісноти взаємозв'язку факторів проводилась за загальноприйнятою методикою [Б.А.Доспехов, 1979]. Для цих же цілей застосовували кореляційний аналіз, а для кількісної оцінки деяких якісних факторів - ранговий аналіз (ранжирування показника). Для побудови багатофакторних математичних моделей використано остаточний метод з послідовним виключенням факторів [Brandon, 1959], який дозволяє виділити вплив окремого із впливаючих факторів на результуючий при виключенні дії решти факторів. Зазначений метод дав змогу встановити взаємозв'язки, які не помітні при парній чи множинній лінійній регресії.

Об'єкти досліджень

Об'єктами експериментальних досліджень були захисні лісові насадження різних категорій, породного складу та віку. Досліди проводились в господарствах Оскольсько-Айдарського та Донецького природно-сільськогосподарських округів Луганської області. Насадження відносились до різних категорій, породного складу та віку. Вони відрізнялись між собою грунтовими умовами, рельєфом та таксаційними показниками. Стан насаджень був хорошим та задовільним. Лісорослинні умови представлені едатопами В₁, В₂, С₁, С₂, D₁ та D₂.

АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ РОЗВИТКУ ЕРОЗІЙНИХ ПРОЦЕСІВ

1. Характеристика земельного фонду

Кількісна характеристика земельного фонду Луганської області свідчить про високу сільськогосподарську освоєність території (72%), незначну лісистість (загальна - 12,5%, полезахисна - 1,9%) та явну диспропорцію між землями, що знаходяться в інтенсивному сільськогосподарському використанні та стабільними природними угіддями (розораність с.-г. угідь - 73,7%, а на схилах, крутіших 2 градусів - 63,7%, відношення ріллі до стабільних земельних угідь - 2,43). Основним фактором прояву деградації земель є ерозія грунтів. Площа еродованої ріллі за останні 35 років в області зросла з 54,7 до 66,5%. Крім того 14,5% земель сільськогосподарського призначення засолені, заболочені, кам'янисті або нетехнологічні з інших причин. За вмістом гумусу грунти області мають середню та низьку родючість. Середні бали бонітету становить: для угідь в цілому - 38, ріллі - 40, пасовищ - 30, сіножатей - 34.

2. фактори, які впливають на еродованість та біопродуктивність земель

Для того, щоб в ході реформування земельних відносин можна було закласти основу стабільності агроекосистем нових землекористувань, треба мати математичні моделі, які дозволять розробляти різні “сценарії” регулювання процесів ерозії і деградації грунтів, передбачати різні рівні оптимізації вказаних процесів. Для можливого використання одержаних моделей зацікавленими органами (управління сільського господарства, земельних ресурсів, екологічної безпеки), до них повинні входити фактори, легкодоступні із статистичної звітності та літературних джерел. Агроландшафтний підхід до розробки протиерозійних заходів передбачає водозбірний (басейновий) принцип проектування захисних лісових насаджень. Саме тому всі показники, які характеризують еродованість та продуктивність ріллі, були розраховані також і для водозборів річок - приток Сіверського Дінця 1-2 порядку (таблиця 1).

Аналіз зібраних даних показав, що Оскольсько-Айдарський та Донецький природно-сільськогосподарські округи (вони відповідають лівим та правим притокам С.Дінця) мають свої особливості як по впливових, так і по результуючих факторах, а тому математико-статистичний аналіз проводився як в цілому для області, так і окремо по фізико-географічних районах. За результатами аналізу цих даних побудовані відповідні математичні моделі.

3. Математична модель еродованості ріллі

Після попереднього аналізу в якості впливових факторів для моделі в розрізі адміністративних районів були відібрані: сільськогосподарська освоєність території (О), загальна лісистість (Л), заяруженість ріллі (Я), процент ерозійно-небезпечних культур в сівозміні (Е), середні ухил (У) та довжина схилу ріллі (Д). Останній фактор характеризують дані ІГА [С.Ю.Булигін, 1988]. Математична модель еродованості ріллі (Ер), для області в цілому, має вигляд (тут і на далі рівняння впливу факторів приводяться в порядку зменшення тісноти зв'язку):

Ер_а = f(У)*f(Д)*f(Е)*f(Я)*f(О)*f(Л (1)

де: f(У) = 1/(0,014+1207*e^-8,299*У), У = 1,47 ё 2,41

f(Д) = 1/(2,282-0,0068*Д+0,0000085*Д²), Д = 280 ё 590

f(Е) = Е /(14,43+0,648*Е), Е = 34,2 ё 45,6

f(Я) = 1/(1,08-0,052*Я), Я = 0,8 ё 2,7

f(О) = 1,133*О/(9,528+О), О = 53,9 ё 91,0

f(Л) = 1,008+0,0018*Л-0,00013*Л² , Л = 4,8 ё 27,5

Аналогічна модель побудована і для річкових водозборів басейну С.Дінця. До неї увійшли ті ж фактори, що і до попередньої моделі. Вплив їх на результуючий фактор теж аналогічний. Крім того до розрахунків було включено густоту гідрографічної мережі (Гз), зі збільшенням якої еродованість ріллі зростає. Математична модель еродованості ріллі (Ер) для басейну Сіверського Дінця в цілому має вигляд:

Ер_б = f(Л)*f(Д)*f(Е)*f(Я)*f(У)*f(О)*f(Гз) (2)

де: f(Л) = 67.56 - 0.199*Л +359/Л² , Л = 7,7 ё 17,6

f(Д) = 1/(2.86-0.01*Д+0.000013*Д²), Д = 290 ё 520

f(Е) = 1/(0.98+1158000*e^-0.454*Е), Е = 36,0 ё 44,1

f(Я) = 1/(1.406-0.613*Я+0.212*Я²), Я = 0,87 ё 1,83

f(У) = 1/(1.115-0.0609*У), У = 1,64 ё 2,12

f(О) = 1/(1.056-0.0008*О), О = 55,4 ё 83,9

f(Гз) = 1.041*Гз/(0.112+Гз), Гз = 1,83 ё 5,84

4. Математична модель продуктивності ріллі

В дисертації проаналізований сумісний вплив на продуктивність ріллі таких факторів, як еродованість ріллі, захищеність ріллі лісовими смугами, середньорічні дози внесення органічних та мінеральних добрив, середній бонітет ріллі, середньорічна кількість опадів.

Продуктивність визначена в зернових одиницях. За основу взята методика М.І.Долгілевича [1983] та дослідження ВНДАЛМІ [В.И.Щербакова, 1989, 1991; Г.Д.Фомичева, Т.М.Савинкова, 1991]. Кількісні показники продуктивності ріллі та фактори, що її обумовлюють, наведено в таблиці 1.

Хід розрахунків показав, що продуктивність ріллі в цілому по області (Пр_т) підвищується при збільшенні внесення мінеральних добрив (Дм), бонітету ріллі (Бр) та її захищеності лісовими смугами (Зр). Зі збільшенням еродованості ріллі (Ер), продуктивність ріллі зменшується. Математична модель цієї залежності має вигляд:



Пр_а = f(Дм)*f(Ер)*f(Бр)*f(Зр) (3)

де: f(Д_м) = 24,05+0,0774*Дм-1608/Д_м², Д_м = 16 ё 77

f(Ер) = 1/(1,021-16430*е^-0,24*Ер), Ер = 47,4 ё 83,1

f(Бр) = Бр/(11,98+0,693*Бр), Бр = 32 ё 44

f(Зр) = Зр/(3,022+0,9082*Зр), Зр = 24 ё 47

Для басейну Сіверського Дінця математична модель продуктивності ріллі (Пр_б) включає ті ж фактори в тій же послідовності, що й для області в цілому і має вигляд:

Пр_б = f(Дм)*f(Ер)*f(Бр)*f(Зр) (4)

де: f(Д_м) = 26,36+0,0647*Дм-6244/Д_м², Д_м = 31 ё 77

f(Ер) = Ер/(-19,53+1,295*Ер), Ер = 57,0 ё 75,4

f(Бр) = 1/(1,336-0,0088*Бр), Бр = 33 ё 43

f(Зр) = 2,163-0,014*Зр-23/Зр, Зр = 29 ё 43

ВИВЧЕННЯ Грунтозахисної ролі лісових насаджень на балкових водозборах

Для успішного попередження та зупинення ерозійних процесів необхідний комплекс грунтозахисних заходів на водозборі. Одним з головних елементів цього комплексу є захисні лісові насадження різних категорій, які обумовлюють поглинання поверхневого стоку та кольматаж змитого дрібнозему.

Вивчення грунтозахисної ролі захисних лісонасаджень на балкових водозборах проводилось шляхом активних експериментів - імітації поверхневого стоку з розміщеного вище схилу і визначення кількісних показників його поглинання за допомогою стокових мікроділянок, які закладались в насадженнях різних категорій, породного складу та віку (таблиця 3).

В процесі експерименту виявлені основні фактори, які впливають на швидкість поглинання поверхневого стоку (П) в ЗЛН. В порядку зменшення тісноти зв'язку з результуючим фактором вони розмістились в такому порядку: швидкість підтоку в лісове насадження (Іп), об'ємна маса верх нього шару грунту (Ом), вік насадження (В), мутність поверхневого стоку (М), породний склад (С) та категорія насадження (К). Зі збільшенням Іп та В швидкість поглинання поверхневого стоку в насадженні підвищується, а при зростанні Ом та М - зменшується. Кількісну характеристику впливу породного складу визначено за допомогою рангового аналізу, який дозволив встановити відповідний показник (С), який характеризує вплив деревних та чагарникових порід на фільтраційні властивості верхнього шару грунту під наметом насаджень. Ранжування проводилось в порядку зменшення тісноти зв'язку, тому деревні та чагарникові породи, які мають найбільший вплив на швидкість поглинання стоку, характеризуються найменшим ранговим критерієм: тополя -1,30, сосна звичайна - 1,40, дуб черешчатий - 1,64, ясен зелений - 2,17, клен польовий - 2,19, клен гостролистий - 2,19, в'яз приземкуватий - 2,36, клен ясенелистий - 2,85, липа дрібнолиста - 2,90, терен - 4,00, береза повисла - 4,60, акація біла - 5,05. Щодо категорії насадження, то найбільшою швидкість водопоглинання була в прияружно-прибалкових лісосмугах (К=1), дещо меншою - в стокорегулюючих лісосмугах (К=2) та насадженнях на гідрографічній мережі (К=3).

Математична модель швидкості поглинання поверхневого стоку в цілому має вигляд:

П = F(Іп)*F(Ом)*F(В)*F(М)*F(С)*F(К) (5)

де: F(Іп) = 1,383+0,437*Іп, Іп = 4,60 ё 43,11

F(Ом) = 1,506-0,543*Ом, Ом = 0,75 ё 1,49

F(В) = 1,78-0,0109*В-11,28/В, В = 11 ё 37

F(М) = 1,022*0,997М, М = 0 ё 74,4

F(С) = 6,727/(4,348+С), С = 1,30 ё 5,05

F(К) = -0,324+1,713*К-0,423*К2, К = 1 ё 3

Коефіцієнт множинної кореляції R=0.96 та критерій достовірності Стьюдента T=140 свідчать про високу достовірність моделі.

Зі швидкістю поглинання стоку в захисних лісонасадженнях тісно пов'язана і інтенсивність відкладення в них змитого дрібнозему (Ік). В ході аналізу експериментальних даних встановлена залежність цього показника від інтенсивності його надходження з розміщеного вище схилу (Іп). Аналітична форма цього зв'язку має вигляд:

Ік = 0,81*Іп - 0,036; де Іп = 0 ё 0,49 (6)

Характер впливу цього фактора є прямолінійним, коефіцієнт кореляції R=0,984, що свідчить про високу достовірність моделі і її адекватність експериментальним даним. За результатами рішення рівняння (5) побудована оптимізаційна поверхня, яка показує в ізолініях швидкість поглинання зливового стоку в лісових насадженнях при різному поєднанні значущих факторів. Перший оптимізаційний рівень обмежує поле поверхні, в якому поєднання впливаючих факторів забезпечує повне відкладення змитого дрібнозему, при цьому 25% поверхневого стоку, очищеного від змитих наносів, проходить транзитом через насадження. Другий оптимізаційний рівень - поле поверхні, в якому забезпечується поглинання 50-75% поверхневого стоку. При цьому до 25% змитого дрібнозему проходить транзитом через насадження. При такому поєднанні факторів необхідно лісові насадження в місці їх перетину улоговинами суміщати з найпростішими гідротехнічними спорудами (вал, вал-канава та інші), а залишковий поверхневий стік спрямовувати в залужені улоговини. Третій оптимізаційний рівень відповідає поєднанню факторів, що забезпечує поглинання 25-50% рідкого та відкладення 50-75% твердого стоку. В цьому випадку на території землекористування, необхідно поряд з системою захисних лісонасаджень проектувати комплекс протиерозійних заходів, які повинні включати найпростіші ГТС (як суміщені з лісосмугами, так і в міжсмуговому просторі), лукомеліоративні та агротехнічні прийоми.

ВИСНОВКИ

1. Повернення сучасних агроландшафтів до ерозійно стійкого, екологічно збалансованого стану в умовах реформування земельних відносин неможливе без комплексного аналізу та кількісної характеристики факторів, які обумовлюють інтенсивність ерозійних процесів та їх зниження за допомогою лісомеліоративних заходів.

2. Для раціонального використання земельних ресурсів, підвищення екологічної стабільності сучасних агроландшафтів необхідно мати оптимізаційні моделі для оцінки та прогнозу взаємовпливу факторів, що спричинюють розвиток ерозійних процесів та продуктивність орних земель, а також стокорегулюючу та кольматуючу ефективність захисних лісонасаджень.

3. Аналіз взаємовпливу факторів дозволив визначити, що:

еродованість ріллі залежить насамперед від сільськогосподарської освоєнності та загальної лісистості території, середніх ухилу та довжини схилу, заяруженості ріллі та долі ерозійно небезпечних культур в сівозміні (а для басейну Сіверського Дінця ще й від загальної густоти гідрографічної мережі);

продуктивність ріллі в першу чергу залежить від її еродованості та захищеності лісосмугами, внесення мінеральних добрив та балу бонітету грунтів.

В результаті проведеного аналізу побудовані багатофакторні оптимізаційні математичні моделі як за територіальним, так і за басейновим принципами.

4. Встановлено, що для Донецького та Оскольсько-Айдарського природно-сільсько-господарських округів області характерні свої особливості прояву ерозійних процесів в залежності від вказаних вище факторів, тому згадані вище моделі побудовані для них окремо. Ці моделі виявились більш точнішими і мають вищі коефіцієнти множинної кореляції порівняно з загальними для регіону.

Коефіцієнти множинної кореляції (не нижче 0,80, в основному 0,95-0,98) та відносні помилки моделей (не нижче 6%, в основному 2-4%) свідчать, що моделі адекватні об'єктам досліджень і придатні для оцінки та прогнозування стану еродованості та продуктивності ріллі в умовах Донбасу.

5. Швидкість поглинання схилового стоку та інтенсивність відкладення змитого дрібнозему є основними показниками протиерозійної ефективності лісових насаджень. Так стокорегулюючі лісосмуги шириною 10 м при їх контурному розміщенні в 15-20 - річному віці можуть затримувати весь дрібнозем, принесений з розміщеного вище схилу крутизною 2-4 градуси, довжиною до 400 м.

6. На балкових водозборах досліджуваного регіону захисні лісонасадження поглинають на 25% менше рідкого стоку, ніж твердого. При поглинанні 75% рідкого стоку (коефіцієнт стоку 0,25) весь принесений з ним дрібнозем відкладається в насадженнях, при коефіцієнті стоку рівному 0,5, частина дрібнозему (25%) транзитом проходить через насадження, а при коефіцієнті стоку рівному 0,75, в насадженні відкладається половина змитого дрібнозему.

7. Лісові насадження різного породного складу та категорій характеризуються різною здатністю відносно швидкості поглинання стоку. Деревні та чагарникові породи, які вивчались, в порядку зменшення їх впливу на даний показник розмістилися таким чином: тополя чорна, сосна звичайна, дуб черешчатий, ясен зелений, клен польовий, клен гостролистий, в'яз приземкуватий, клен ясенелистий, липа дрібнолиста, терен, береза повисла, акація біла. Найбільшою швидкістю поглинання стоку характеризуються прияружно-прибалкові лісосмуги, оскільки основна частина стоку проходить через них найбільш рівномірно.

Пропозиції виробництву

1. Для створення біологічно стійких та високоефективних у протиерозійному відношенні лісових насаджень різних категорій, підбір деревних порід в них повинен виконуватись з врахуванням їх відповідності лісорослинним умовам та здатності впливати на поглинання поверхневого стоку.

2. Для оптимального розміщення насаджень на території землекористування сільськогосподарських підприємств при проведенні внутрішньогосподарського землеустрою пропонується виконувати прогнозні та оціночні розрахунки поглинання схилового стоку в насадженнях за допомогою побудованих номограм та відповідної комп'ютерної програми. При цьому значення інтенсивності та мутності схилового стоку повинні відповідати зливовим опадам 10% забезпеченості тривалістю 30 хвилин. Розрахунок їх проводять згідно інструкції СН-435-71.

3. Після визначення швидкості поглинання схилового стоку в насадженні, дається оцінка його протиерозійної ефективності (за величиною відкладення дрібнозему в насадженні). Для цього використовується відповідна поверхня, яка має три рівні оптимізації.

4. Для встановлення оптимального співвідношення різних категорій земель та їх розміщення відносно рельєфу з метою зменшення інтенсивності ерозійних процесів та підвищення продуктивності земель пропонується користуватись номограмами та комп'ютерними програмами, які створені на базі відповідних математичних моделей (формули 1-4).

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Милехин П.А. Устранять не следствия, а причины эрозии // Земледелие. - 1989. - № 10. - С. 34.

2. Мілєхін П.О. Експериментальне вивчення протиерозійної ролі захисних лісонасаджень в агроландшафтах Південного Сходу України // Вісник Сумського державного аграрного університету. - Вип 4. - Суми, 1999. - С. 189-191.

3. Мілєхін П.О., Джос А.М. Ерозійні процеси та шляхи їх подолання в Луганській області // Зб. наук. праць Луганського державного аграрного університету. - № 6 (15). - Луганськ, 2000. - С. 17-19. (збір та аналіз даних, побудова математичних моделей).

4. Мілєхін П.О., Джос А.М. Протиерозійна оптимізація агроландшафтів - екологічне оздоровлення басейну Сіверського Дінця // Лісовий і мисливський журнал.- № 3. - 2000. - С. 48. (вступ, структура заходів екологічного оздоровлення).

5. Шабуров Л.Л., Милехин П.А., Тарасов В.И. Особенности размещения лесополос при создании экологически сбалансированных агроландшафтов в степи Украины // Охрана почв и оптимизация агроландшафтов / Сб. науч. тр. Института охраны почв. - Луганск, 1998. - С. 120-126 (збір та аналіз даних).

6. Джос А.Н., Белолипский В.А., Милехин П.А., Плотников В.Т. и др. Программа освоения эколого-ландшафтной системы земледелия в Луганской области на период до 2010 года. - Луганськ, 2000. - 56 с. (вступ, розділи 3, 5).

7. Мілєхін П.О. Розвиток ерозійних процесів та шляхи їх подолання в Луганській області // Землевпорядний вісник. - № 3. - 1999. - С. 16-17.

8. Мілєхін П.О. Грунтозахисна роль лісових насаджень на балкових водозборах // Землевпорядний вісник. - № 4. - 1999. - С. 43-47.

9. Мілєхін П.О., Джос А.М. Розвиток ерозійних процесів в Луганській області та шляхи їх подолання // Проблеми землеустрою, земельного кадастру та екології навколишнього середовища в умовах здійснення земельної реформи. - Вісник ХДАУ. - № 5. -Харків, 1999. - С. 109-112. (збір та аналіз даних, побудова математичних моделей).

10. Белолипский В.А., Джос А.Н., Милехин П.А. Эколого-ландшафтная организация территории - основа эффективного использования земель // Проблеми землеустрою, земельного кадастру та екології навколишнього середовища в умовах здійснення земельної реформи. - Вісник ХДАУ. - № 5. -Харків, 1999. - С. 182-187. (збір та аналіз даних).

11. Джос А.М., Мілєхін П.О., Плотніков В.Т. Еколого-ландшафтне обгрунтування раціонального скорочення ріллі в агроландшафтах // Землевпорядний вісник. - № 2.- 2000.- С. 22-24. (вступ, заключна частина).

12. Мілєхін П.О., Джос А.М. Проблеми землеустрою та охорони земель в ході реформування земельних відносин // Актуальні питання приватизації та оцінки земель. - Мат. міжнар. наук.-практ. конф. “Шляхи приватизації та оцінки земель”. - Зб. наук. праць. - Суми, 1999. - С. 62-65. (вступ, рекомендації з охорони земель).

13. Милехин П.А. Соотношение земельных угодий при контурно-мелиоративной организации территории в хозяйствах бассейна реки Деркул // Основы построения контурно-мелиоративного земледелия на ландшафтно-экологической основе в степной зоне / Тез. докл. Всесоюз. науч.-практ. конф. “Почвозащитное земледелие с контурно-мелиоративной организацией территории в степной зоне”. - Луганск, 1991. - Том 1. - С. 134-136.

14. Олейник В.Ф., Милехин П.А. Улучшение кормовых угодий на склонах / Инф. Листок Ворошиловградского МЦНТЭИ.- № 89-102.- Ворошиловград, 1989. - 4 с. (збір та аналіз даних, написання інформаційного листка).

15. Милехин П.А. Земли водоохранных зон использовать по-хозяйски / Буклет. - Беловодск, 1989.

16. Милехин П.А., Кошелев Г.Н. Противоэрозионный комплекс в действии / Буклет. - Беловодск, 1989 (збір та аналіз даних, написання буклету).

Размещено на Allbest.ru