Интенсивным эрозионным процессам положили начало чрезмерные вырубка лесов, распашка склоновых земель и выпас скота. Эти причины наложили свой отпечаток на дальнейшее формирование структуры современных агро-ландшафтов, которая в свою очередь определяется уровнем хозяйственного использования земель.
По данным Государственного земельного кадастра в Украине при общей лесистости 17.2% сельскохозяйственные угодья занимают 69.3% территории, из них 79.0% - пашня. Эродированность сельскохозяйственных угодий составляет 33.1%. Ежегодно количество эродированных земель увеличивается на 100 120 тыс. га, а более 68 тыс. га угодий полностью утратили плодородие /37/. Свыше 2.5 млн. га занимают сильно эродированные присетевые и овражно-балочные земли, малопригодные для выращивания сельскохозяйственных культур /157/. Около 75% твердого стока смывается с полей вместе с остатками минеральных удобрений и пестицидов. Через овраги и балки они сносятся в пруды, водохранилища и речки.
На долю Донбасса приходится 20% эродированных земель страны, в результате чего сельскохозяйственные предприятия ежегодно не добирают от 10 до 60% урожая /178/. Эрозионные процессы в этом регионе характеризуются высокой интенсивностью, обусловленной пересеченным рельефом, значительной крутизной склонов, сложными геологическими условиями, большой пестротой почвенного покрова, видовым составом и характером размещения растительности, ливневым характером осадков, сильными и частыми ветрами и резкими перепадами температур.
С начала 80-х до середины 90-х годов в данном регионе внедрялась почвозащитная система земледелия с контурной организацией территории как наиболее соответствующая требованиям сохранения плодородия земель и повышению их продуктивности. Однако в настоящее время ее внедрение сдерживается кризисным состоянием экономики вообще и сельского хозяйства в частности.
Кроме того, процессы реформирования земельных отношений и сельскохозяйственного производства на современном этапе привели к реструктуризации сельскохозяйственных предприятий. При становлении многоукладного сельского хозяйства очень важно сохранить потенциал плодородия и продуктивности земель, что невозможно осуществить в полной мере без правильного размещения защитных лесных насаждений (ЗЛН) на землях сельскохозяйственного назначения.
В условиях Донбасса почвозащитная эффективность лесонасаждений изучена недостаточно. Отсутствует комплексный анализ и количественная характеристика факторов, обуславливающих интенсивность развития эрозионных процессов и их снижение в системе ЗЛН, в существующих рекомендациях по проектированию и созданию лесонасаждений не учтены особенности их влияния на предупреждение эрозионных процессов в конкретных условиях. Не способствует углублению таких исследований и сужение сети научно-исследовательских учреждений лесомелиоративного профиля. Так в декабре 1996 года был ликвидирован Институт охраны почв УААН, в котором изучением данного вопроса занимались лаборатории лесомелиорации, противоэрози-онных комплексов, моделирования эрозионных процессов и другие. Именно поэтому исследования в этом направлении остаются актуальными в научном плане и целесообразными с точки зрения практического использования их результатов.
Целью исследований были разработка методов количественной оценки и прогноза влияния факторов, обуславливающих развитие эрозионных процессов и продуктивность пахотных земельвыявление среди этих факторов роли лесомелиоративных мероприятийсоздание оценочных и прогнозных моделей поглощения жидкого и твердого стока в насаждениях разнообразного породного состава, возраста и категорий при их разном размещении на элементах рельефа.
Для достижения поставленной цели в задачи исследований входили анализ факторов, обуславливающих эродированность почв и продуктивность пашни в условиях интенсивного развития эрозионных процессов, а также выявление среди них роли лесомелиоративных приемов в разрезе административных районов и бассейнов малых рекизучение стокорегулирующей роли защитных лесонасаждений в зависимости от интенсивности и мутности склонового стока, категорий насаждений, их возраста, породного состава и других факторовизучение роли факторов, которые обуславливают кольматаж смытого мелкозема в защитных лесонасаждениях.
Научная новизна полученных результатов состоит в применении системного анализа с построением многофакторных математических моделей как для глобальной оценки состояния эродированности почв и их продуктивности, так и для определения количественных взаимосвязей поглощения жидкого и твердого стока в насаждениях разных категорий, возраста и породного состава. При этом разработана классификация древесных пород в насаждениях по их влиянию на склоновый сток, решена задача оптимизации стокорегулирующего влияния лесонасаждений.
Практическое значение имеют математические модели эродированности пашни и сельскохозяйственных угодий в разрезе административных районов и бассейнов малых рек с учетом природно-географического деления области, которые позволяют при реформировании земельных отношений и сельскохозяйственного производства рекомендовать оптимальное соотношение категорий земель для землепользования разного уровняматематические модели продуктивности пашни и урожайности зерновых культур в разрезе административных районов и бассейнов малых рек с учетом природно-географического деления области, позволяющие оценивать и прогнозировать эффективность использования земельных ресурсов области для землепользования разного уровняматематические модели поглощения жидкого и твердого стока в насаждениях, которые дают возможность, используя лесотаксационные материалы, почвенные и гипсометрические карты, проектировать биологически стойкие, высокоэффективные в противоэрозионном отношении защитные лесонасаждения на землях сельскохозяйственного назначения.
Результаты исследований использовались для почвозащитного обоснования лесомелиоративных мероприятий при выполнении проектов внутрихозяйственного землеустройства в КСП им. Ленина, а также при разработке Концепции и Программы освоения эколого-ландшафтной системы земледелия в Луганской области.
Автором лично разработана программа и методика исследований, выполнен сбор, обработка и анализ экспериментального материала, получены основные научные результаты и сформулированы выводы.
Результаты исследований докладывались на Всесоюзной научно-практической конференции «Почвозащитное земледелие с контурно-мелиоративной организацией территории в степной зоне» (Луганск, 1990), научно-практической конференции «Земельная реформа в Донецкой области» (Киев, 1997), международных научно-практических конференциях — по проблемам управления земельными ресурсами и создания системы регистрации земли (Трускавец, 1998), «Проблемы землеустройства, земельного кадастра и экологии окружающей среды в условиях осуществления земельной реформы» (Харьков, 1999) и «Проблемы землеустройства и охраны земель в условиях реформирования земельных отношений» (Сумы, 1999), международной научной конференции «Собственностный статус и проблемы рационального использования земель» (Киев, 2000), научно-технических совещаниях Донецкого и Луганского управлений земельных ресурсов.
Основные положения диссертации опубликованы в 11 научных работах.
ВЫВОДЫ.
1. Для Луганской области характерна наиболее высокая эродированность сельскохозяйственных угодий в Украине — 66.1%, что обусловлено техногенно-экстенсивным направлением развития сельскохозяйственного производства за последние 30−35 лет на фоне неблагоприятных природных условий (пересеченный рельеф со значительной крутизной склонов, сложные геологические условия, большая пятнистость почв, особенности растительного покрова, ливневый характер осадков, сильные и частые ветры, резкие перепады температур).
2. Возвращение современных агроландшафтов к эрозионно стойкому, экологически сбалансированному состоянию в условиях реформирования земельных отношений и перехода к многоукладное&tradeсельскохозяйственного производства невозможно без комплексного анализа и количественной характеристики факторов, которые обуславливают интенсивность эрозионных процессов и их снижение с помощью лесомелиоративных мероприятий.
Такой анализ должен включать как территориально-административный (для разработки стратегии противоэрозионных мероприятий и соответствующих генеральных схем для области или района), так и бассейновый, или водосборный (для проектирования противоэрозионных, в том числе и лесомелиоративных работ) подходы к делению территории.
3. Для рационального использования земельных ресурсов, повышения экологической стабильности современных агроландшафтов необходимо иметь оптимизационные модели для оценки и прогноза влияния факторов, обуславливающих развитие эрозионных процессов и продуктивность пахотных земель, а также стокорегулирующую и кольматирующую эффективность защитных лесонасаждений.
4. Анализ такого влияния факторов для данного региона позволил определить что:
— эродированность пашни зависит прежде всего от сельскохозяйственной освоенности и общей лесистости территории, средних уклона и длины склона, заовраженности пашни и доли эрозионноопасных культур в севообороте (а для бассейна Северского Донца еще и от общей густоты гидрографической сети);
— продуктивность пашни в первую очередь зависит от. ее эродированности и защищенности лесными полосами, среднего бонитета почв и количества вносимых минеральных удобрений.
В результате проведенного анализа построены многофакторные оптимизационные математические модели как по территориально-административному, так и по бассейновому принципу.
5. Установлено, что для двух природно-сельскохозяйственных районов области — Донецкого и Оскольско-Айдарского, характерны свои особенности проявления эрозионных процессов в зависимости от указанных выше факторов, поэтому упомянутые выше модели построены в отдельности для каждого при-родно-сельскохозяйственного района (или соответствующих им правых и левых притоков С. Донца). Эти модели оказались более точными и имеют более высокие коэффициенты множественной корреляции по сравнению с областными или для бассейна С. Донца в целом.
Коэффициенты множественной корреляции (не ниже 0.80, в основном 0.950.98) и относительные ошибки моделей (не ниже б %, в основном 2−4%) свидетельствуют, что модели адекватны объектам исследований и пригодны для оценки и прогнозирования состояния эродированности и продуктивности пашни в условиях Донбасса.
Методика построения моделей может быть применена для углубленных исследований — на уровне хозяйств или овражных водосборов, который даст возможность получить более точные модели, пригодные для проектировочных работ.
6. Скорость поглощения склонового стока и интенсивность отложения смытого мелкозема являются основными показателями противоэрозионной эффективности лесных насаждений. Так, стокорегулирующие лесные полосы шириной 10 м при их контурном размещении в 15−20 — летнем возрасте могут задерживать практически весь мелкозем, принесенный с размещенного выше склона крутизной 2−4 градуса, длиной до 400 м.
7. Согласно полученным экспериментальным данным* на овражных водосборах исследуемого региона защитные лесонасаждения поглощают на 25% меньше жидкого стока, чем твердого. Таким образом, при поглощении 75% жидкого стока (коэффициент стока 0.25) весь принесенный с ним мелкозем откладывается в насаждениях, при коэффициенте стока равном 0.5, часть мелкозема (25%) транзитом проходит через насаждение, а при коэффициенте стока равном 0.75, в насаждении откладывается только половина принесенного мелкозема.
8. Лесные насаждения разного породного состава и категорий характеризуются разной способностью относительно скорости поглощения стока. Древес-но-кустарниковые породы, которые изучены в защитных лесонасаждениях, в порядке уменьшения их влияния на данный показатель разместились таким образом: тополь черный, сосна обыкновенная, дуб черешчатый, ясень зеленый, клен полевой, клен остролистный, вяз приземистый, клен ясенелистный, липа мелколистная, терн, береза повисшая, акация белая. Относительно оценки сто-корегулирующей способности категорий насаждений, то наибольшей величины она достигает в приовражно-прибалочных лесных полосах, поскольку основная часть стока проходит через них наиболее равномерно.
Предложения производству.
1. Для создания биологически стойких, высокоэффективных в противоэро-зионном отношении лесных насаждений разных категорий, подбор древесных пород в них должен вестись с учетом их соответствия лесорастительным условиям и способности влиять на поглощение поверхностного стока (табл. 5.2).
2. Для оптимального размещения насаждений на территории землепользования сельскохозяйственных предприятий при проведении внутрихозяйственного землеустройства предлагается проводить прогнозные и оценочные расчеты поглощения склонового стока в насаждениях, для облегчения которых предлагаются номограммы (рис. 1) и соответствующие математические модели. При этом значения интенсивности и мутности склонового стока должны отвечать ливневым осадкам 10% обеспеченности продолжительностью 30 минут. Расчет их проводят согласно инструкции СН-435−71 [164].
3. После определения скорости поглощения склонового стока в насаждении, дается оценка его противоэрозионной эффективности (по величине отложения мелкозема в насаждении). Для этого используется соответствующая гиперповерхность (рис. 5.4), которая имеет три уровня оптимизации. При сочетании факторов, которые попадают в первый оптимизационный уровень, насаждения откладывают весь мелкозем, принесенный из размещенного выше склона. На втором уровне оптимизации насаждения нужно совмещать с простейшими гидротехническими сооружениями (валами, валами-террасами или валами-канавами) по нижней опушке лесной полосы. Третий уровень требует внедрения комплекса противоэрозионных мероприятий (организация территории + агротехника + лесомелиорация + гидротехника).
4. Для установления оптимального соотношения разных категорий земель и их размещения относительно рельефа с целью уменьшения интенсивности эрозионных процессов и повышения продуктивности земель предлагается пользоваться номограммами (рис. 2 и 3) и соответствующими математическими моделями (формулы 4.1 и 4.4).
Средняя длина склона, м | 590,560 520 480 440 400 360. 320 280.
Рис. 2. Номограмма для расчета эродированности пашни в Луганской области.
Минеральные удобрения, кг д.в./га.
Рис. 3. Номограмма для расчета продуктивности пашни в Луганской области.
