CC BY
26
УДК 631.48
Укенов Б.С.
Оренбургский государственный университет, г Оренбург, Россия E-mail: [email protected]
МЕЗОКЛИМАТ МНОГОРЯДНОЙ ЛЕСНОЙ ПОЛОСЫ И СОПРЕДЕЛЬНОЙ С НЕЙ ТЕРРИТОРИИ
После окончания Великой Отечественной войны, в связи с острой необходимостью в обеспечении населения продуктами питания, в Советском Союзе в 1948 году был принят ряд законов, направленных на восстановление народного хозяйства и увеличение объемов сельскохозяйственной продукции. В основе разработанных мер находился масштабный проект, который позднее стали называть Сталинским планом преобразования природы, задачей которого было предотвращение пыльных бурь и засух путем посадки лесозащитных насаждений и строительства водоемов в южных (степных) районах Европейской части страны. Важным вкладом в теорию и практику степного лесоразведения на больших площадях явились работы, которые организовал основоположник мирового почвоведения В. В. Докучаев на участке Каменная степь, расположенного в Воронежской области, на фундаментальности которых базировался государственный план по борьбе с засухой. Для этого на территории 120 млн. га намечалась посадка восьми лесополос общей протяженностью 5300 км и площадью 2,3 млн. га. Самой протяженной из лесополос (1018 км) являлась лесополоса гора Вишневая - Каспийское море. Она приурочена к реке Урал по три полосы по каждой из ее сторон шириной 60 м и межполосным расстоянием 180-200 метров. Реализация этого плана прекратилась в 1954 году, на момент прекращения работ посадка этой лесополосы в пределах Оренбургской области была близка к завершению.
В современных условиях часть лесополосы утрачена под влиянием выпаса скота, степных пожаров и неконтролируемой вырубки. Однако значительные ее участки сохранились до настоящего времени. С целью изучения влияния лесополосы на степные ландшафты на ее фрагменте, ограниченном координатами: СШ 57° 79,318'; ВД 55° 51,881', в 2016-2017 гг. были проведены исследования основных почвенно-климатических показателей. Наблюдения велись как на территории самой лесополосы, так и на примыкающих к ней пространствах. Исследования показали, как лесополоса изменяет показатели (температуру атмосферного воздуха и внутрипочвенную, а также относительную влажность воздуха, высоту снежного покрова) не только под кронами деревьев, но и на прилегающей территории (100 м), а на расстоянии 600-700 м влияние ослабевает.
Таким образом, экспериментально определена ширина экотона, судя по сформированным на границе степь - многорядная лесополоса метеорологическим показателям воздуха и верхних слоев почв, значительно отличающихся от сопредельных пространств, и составила около 600 метров.
Ключевые слова: лесополоса, температура, относительная влажность.
Защитное лесоразведение начали применять на территории России примерно 200 лет назад. Русские ученые-лесоводы внедряли и пропагандировали посадку древесной и кустарниковой растительности для защиты сельскохозяйственных угодий от засух, суховеев, пыльных бурь и водной эрозии [1]. Ими отмечено благоприятное воздействие защитных лесонасаждений на свойств а почв, а так же на рост, состояние и урожайность сельскохозяйственных культур [2]. Государственная защитная лесная полоса «гора Вишневая - Каспийское море» как составная часть плана преобразования природы в Оренбургской области проходит в пределах степной зоны с северо-восточной части до юго-западной границы [3], [4]. Протяженность лесополосы по территории области составляет 750 км, общей площадью около 20 тыс. га. В связи с тем, что на пути лесополосы попадаются многочисленные овраги, водоёмы и населённые пункты, она представляет собой
ломаную линию с разрывами. Гослесополоса состоит из 6 полос (по три на каждом берегу Урала) шириной 60 м, расстояние между полосами 180-200 м представляет собой одно из звеньев в общей системе защитных лесных насаждений области. Ранее было установлено, что древесная растительность положительно влияет на структуру почвы, снижает уровень залегания солевых горизонтов, способствует увеличению гумусового горизонта. Тем самым лес выступает в качестве составной части экологического каркаса и, кроме того, обладает высокой рекреационной привлекательностью [5], [6].
Объект исследования
На участке государственной защитной лесной полосы гора Вишневая - Каспийское море, вблизи села Каменоозерное в 2014 году было заложено 10 постоянных пробных площадей, в которых проводилось наблюдение основных почвенных и климатических показателей
в соответствии с общепринятыми методиками. Ориентированная с юга на север и приуроченная к настоящей степи в подзоне обыкновенных черноземов Предуралья катена послужила объектом изучения многолетнего влияния лесонасаждения на мезоклимат сопредельных территорий и определения зоны ее воздействия (ширины экотона) [7]-[9]. Климат Оренбургской области резкоконтинентальный: холодная зима, жаркое лето, недостаток увлажнения и др. Осадков выпадает от 300 до 400 мм в год. Зимой погоду определяет Азиатский антициклон, вторгающийся из Сибири, а летом приходят арктические воздушные массы с Баренцева и Карского морей, а также тропические ветры из Казахстана и Средней Азии. Континентальность климата возрастает с северо-запада на юго-восток. Средняя температура января -15 -18 °С, с июля +16 +27 °С. Годовая амплитуда может достигать 50-70 °С. Очевидно, что метеоусловия степной зоны Предуралья не являются оптимальными для роста и развития большинства сельскохозяйственных культур, выращиваемых в регионе [10].
Результаты и обсуждение
Один из этапов метеорологических наблюдения за температурой атмосферного воздуха и почвы проводился датчиками-регистраторами Eclerk и Testo 174H в течение 12 дней, с 7 сентября по 18 сентября 2017 года. Температура почв регистрировалась каждый час времени в слое 0-20 см и 20-40 см, температура приземного
слоя воздуха фиксировалась на высоте 20 см от поверхности почв. Среднесуточные результаты температур показаны на рисунках 1, 2 и 3.
Из рисунка видно, как лесополоса оказывают влияние на температуру не только под кронами деревьев, но и на прилегающей территории. Так, температура воздуха на расстоянии 100 м от леса в среднем на 1,0-1,5 °С ниже, чем на более удаленных от лесного массива участках вследствие усиления циркуляции воздуха вблизи зеленых насаждений, так как воздухообмен между полем и лесом сглаживает резкие колебания температуры. На значительном расстоянии от лесополосы (700 м) температура становится более амплитудной и неустойчивой [11]. Максимальная температура атмосферного воздуха за данный период зафиксирована 13 сентября и составила 20,4 °С. Температура воздуха в лесополосе отличается большей устойчивостью, чем в открытых местах; минимумы и максимумы ее в лесу менее выражены, так как под древесным пологом воздух днем нагревается меньше, а ночью охлаждается медленнее, чем на открытом пространстве, что связано с транспирацией древесной растительностью значительного количества влаги, которая, в свою очередь, обладает высокой теплоемкостью [12], [13].
Относительная влажность воздуха в некоторые дни повышалась под влиянием леса на 30% по сравнению с влажностью открытых территорий в зоне до 700 м от стены лесополосы. Повышение относительной влажности воздуха на 15% воспринимается как понижение его
влесополосе —■—100 м от лесополосы —700 м отлесопоосы
Рисунок 1 - Температура атмосферного воздуха, 20 см над почвой, °С
Укенов Б.С.
Мезоклимат многорядной лесной полосы...
температуры на 3,5° С. Приведенные данные свидетельствуют о том, что лесополоса влияет на относительную влажность воздуха не только внутри насаждений, по и на близлежащих территориях.
Из рисунка 3 видно, что почва в лесу имеет более низкие показатели температуры, чем на участках открытых мест. По направлению лесополоса - степь температура повышается и заметно увеличивается ее колебание. Аналогичная ситуация складывается и в слое 20-40 см. Участки, которые находятся в непосредственной близости от лесополосы, имеют небольшую амплитуду температур, так как лес уменьшает приток солнечных лучей к почве, предохраняя ее от радиационного излучения [14], т. к. значительная часть солнечной энергии расходуется на повышение температуры и испарения воздушной влаги. Кроме того, лес уменьшает отдачу
тепла почвой, поскольку под пологом древостоя меньше конвекция приземного слоя воздуха [15], [16]. Благодаря защитной роли древесного полога и образования относительно стабильных температурных условий на территории лесополосы заморозки прекращаются весной раньше, а осенью наступают позже; при этом температура под лесополосой на 1,5-2,5 градуса выше [17]-[19].
Анализ результатов измерений высоты снежного покрова зимой показал, что под лесом она составила 52 см, на двух соседних площадках оказалась равной 47 и 45 см, а далее, постепенно снижаясь, на последних двух контрольных точках составила 36-37 см. Выполненные исследования по определению запасов продуктивной влаги в метром слое почв зоны работ на начало и конец периода активной вегетации растений (весна-осень) показали,
-в лесополосе —■—100 м от лесополосы 700 м от лесополосы
Рисунок 2 - Относительная влажность воздуха,%
V V V
-подлесополосой —■—на 100 метров —А—на 600метров —•—на 700метров
Рисунок 3 - Температура в слое 0-20 см, °С
что под лесополосой они составили 365 и 189 мм соответственно, в ста метрах от границы лесополосы почвенной влаги оказалось 323 и 172 мм, а на крайней площадке катены - 284 весной и 136 мм.
Заключение
В ходе наблюдения основных климатических показателей прилегающего к лесополосе гора Вишневая - Каспийское море ландшафта было выявлено, что на их средние показатели значительный отпечаток накладывает древесная растительность. На участках, расположенных под лесополосой и на незначительном расстоянии от нее уменьшается колебание суточ-
ных температур, что снижает степень конти-нентальности климата и вероятность осенних ранних заморозков, относительно повышается влажность воздуха и высота снежного покрова. Таким образом, в границах этого пространства складываются мезоклиматические условия, более характерные для южной лесостепи. На расстоянии 600-700 метров влияние лесополосы на степные ландшафты не отмечается. Таким образом, ширина экотона, судя по сформированным на границе степь - многорядная лесополоса метеорологическим показателям воздуха и верхних слоев почв, значительно отличающихся от сопредельных пространств, составила около 600 метров.
14.06.2017
Список литературы:
1. Блохин Е.В. Характеристика эколого-геохимического состояния территории Оренбургской области / Е.В. Блохин, А.М. Русанов, Н.Н. Зенина // Гигиена и санитария. - 2002. - №5. - С. 15 - 17.
2. Русанов А.М. Экология прилегающих к лесу степных экосистем / А.М. Русанов, Е.В. Шеин, Н.В. Прохорова, Г.П. Алехина // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2013. - №10 (159). - С. 326-330.
3. Русанов А.М. Влияние Бузулукского бора на биоразнообразие Высокого Заволжья / А.М Русанов, А.В. Русаков // Вестник Российской академии естественных наук. - 2007. - №2. - С.70-73.
4. Русанов А.М. Изменение свойств степных черноземов как результат их постагрогенной трансформации / А.М. Русанов, А.В. Тесля // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2012. - №6 (142). - С.98 - 102.
5. Овсянникова С.В. Современные тенденции изменения климата и лес / С.В Овсянникова // Сборник трудов Международной научно-практической конференции, посвященной 95-летию ФГБОУ ВПО Самарской ГСХА. - 2014. - С. 35-39.
6. Костин С.И. Влияние леса на климат в условиях Воронежской области / С.И. Костин // Научные труды Воронежского лесо-хозяйственного института. - 1948. - С. 5-26.
7. Левыкин С.В. Эколого-географические и политические проблемы охраны степей на примере Оренбургской области / С.В. Левыкин, Г.В. Казачков // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2011. - №12 (131). - С.190-192.
8. Rusanov A.M. Influence of erosion оп the humus state of сhеrпаzеms in the ural region / A.M. Rusanov // Russian Journal of Ecology. - 1995. - №2. С. 132-135
9. Abaimov A.P. Subarctic forests of Krasnoyarsk region / A.P. Abaimov, A.I. Bondarev, O.A. Zyryanova, S.A. Shitova // Novosibirsk, Nauka. - 1997. - 206 p.
10. Antanaitis V.V. The forest growth / V.V. Antanaitis, V.V. Zagreev // Lesnaya promyshlennost. - Moscow. - 1981. - 200 p.
11. Tchebakova N.M. Climate change and climate-induced hot spots in forest shifts in central Siberia from observed data / N.M. Tchebakova, E.I. Parfenova // Reg Environ Change. - 2011. - Vol. 11. - P. 817-827.
12. Zeller B. Micheline Colin-Belgrand Fate of nitrogen released from 15N-labeled litter in European beech, forests / B. Zeller // Tree Phystology. - 2001. - Vol. 21. - P. 153-162.
13. Gallagher T.M. A new paleothermometer for forest paleosols and its implications for Cenozoic climate / T.M. Gallagher, N.D. Sheldon // Geology, 41(6). - 2013. - P. 647-650.
14. Baskan O. Spatial and temporal variation of moisture content in the soil profiles of two different agricultural fields of semi-arid region / O. Baskan, Y. Kosker, G. Erpul. // Environmental monitoring and assessment. - 2013. - Vol. 185. - №12. - P. 10441-10458.
15. Hawley M.E. Volume accuracy relationship in soil moisture sampling / M.E. Hawley, R.H. McCuen, T.J. Jackson // J. Irr. Drain. Div., Proc. ASCE, 1982. - Vol. 108. - P. 1-11.
16. Yen T.C. Stochastic analysis of unsaturated flow in heterogeneous soils: 2. Statistically ani sotropic media / T.C. Yen, L.W. Gehar, A.J. Gutjahr // Water Resour. Res. - 1985. - Vol. 21. - P. 457-464.
17. Shcheglov A.I. Biogeochemical migration of technogenic radionuclides in forest ecosystems / A.I. Shcheglov, O.B. Tsvetnova, A.L. Klyashtorin. - M.: Nauka. 2001. - 235 p.
18. MacMillan R.A. Automated predictive ecological mapping in a Forest Region of B.C., Canada, 2001-2005 / R.A. MacMillan, D.E. Moon, R.A. Coupй // Geoderma. - 2008. - Vol. 140. - Issue 4. - P. 353-373.
19. Tisdall J.M. Organic matter and water-stable aggregates in soils / J.M. Tisdall, J.M. Oades// J. Soil Science. - 1982. - №33. - Р. 141-163.
Сведения об авторе:
Укенов Булат Сирикбаевич, аспирант кафедры биологии и почвоведения Оренбургского государственного университета 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, e-mail: [email protected]
