Способ оценки влагообеспеченности полезащитных лесных полос Советский патент 1992 года по МПК A01G23/00 

Изобретение относится к лесному хозяйству и защитному лесоразведению, в частности к способам оценки влагообеспе- ченности полезащитных полос на обыкновенных черноземах.

Известен способ оценки влагообеспе- ченности путем определения относительной влагообеспеченности по наименьшей влагоемкости почвы. Недостатком известного способа является то, что он позволяет оценить влагообеспеченность насаждений только на определенную дату и не пригоден для оценки влагообеспеченности насаждения на весь вегетационный период. Он применим только в условиях орошаемого лесоразведения.

Известен также способ оценки влагообеспеченности растений, включающий определение количества воды, израсходованной растениями при влажности почвы, равной наименьшей влагоемкости. Этот

способ очень трудоемкий и в производственных условиях не осуществим, так как поддержание оптимального увлажнения во взрослых лесных полосах и точный учет расхода влаги ими невозможны без изолирова- .ния растений от факторов, влияющих на баланс влаги.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ оценки влагообеспеченности лесных полос, включающий измерение осадков и влажности почвы в течение вегетационного периода и определение общего расхода влаги лесополосой. Однако известный способ недостаточно точен, так как общий расход влаги лесополосой определяют по оптимальному показателю транспирации растений, за который принята испаряемость, и по общему расходу влаги лесополосой оценивают ее влагообеспеченность. Испаряемость же не может служить показателем

Ч

о

о сл о

оптимальной транспирации растений, так как в отдельные (засушливые) годы транспирации лесной полосы превышает показатель испаряемости, а общий расход влаги лесополосой без увязки его с ростом и физиологическим состоянием насаждения также не дает точной оценки по влаго- обеспеченности.

Целью настоящего изобретения является повышение точности оценки влагообес- печенности полезащитной лесной полосы. Поставленная цель достигается тем, что в способе оценки влагообеспеченности полезащитных лесных полос, включающем изме- рение осадков, температуры воздуха, относительной влажности воздуха, влажности почвогрунта в начале и в конце вегетационного периода, определение общего расхода влаги лесополосой и расчет показателя влагообеспеченности, ежегодно определяют дополнительно прирост ствола деревьев в высоту и их физиологическое состояние в лесополосах с различной вла- гообеспеченностью. На основании получен- ных данных устанавливают шкалу зависимости роста и физиологического состояния деревьев в лесополосах с различным накоплением влаги за вегетационный период и в различные по увлажнению годы, при этом в насаждениях на обыкновенных черноземах при показателе влагообеспеченности ниже 45% обеспеченность влагой оценивают как критическую, при 46-60% - как недостаточную, при 61-76% - как допустимую, при 47-90% - как минимально необходимую и при более 90% - как хорошую.

Проведение в предлагаемом способе замеров ствола деревьев по высоте и учета их физиологического состояния дают возможность определить предел минимально допустимого накопления влаги лесополосой, ниже которого она не может долго существовать и предел минимально необходимого накопления влаги, обеспечивающего не только достаточно высокую устойчивость лесополосы, но и удовлетворительный прирост деревьев по высоте, что позволяет более точно оценить влагообес- печенность лесополосы и создать условия для ее долголетия.

Способ осуществляется следующим образом: для оценки влагообеспеченности полезащитных лесополос выбраны объекты посадки 1937 г с главной древесной породой березой бородавчатой 3-5 рядов (число стволов на 1 км 1-1,2 тыс.) и акацией желтой. Ширина полос 10,5 м, высота указана в табл. 2, полнота 0,8-1,0. Лесоводственными мерами ухода были созданы конструкции в лесополосе № 1 в 1959 г. и в № 12 в 1970 г,

С этой целью были подчищены стволы у деревьев до высоты 1,5 м. Кроме того, у продуваемой и ажурно-продуваемой лесополос убирались все кустарники, а у

ажурных лесополос кустарники подстригались на заданную высоту ежегодно. Здесь представлены только ажурные лесополосы с кустарником 0,5 м, как полосы, обеспечивающие накопление минимально

допустимого количества влаги по полосе, без которого невозможно создать долголетнее и устойчивое насаждение и с кустарником 0,7 м, обеспечивающие задержание твердых осадков в минимально необходимом количестве, способствующем не только повышению устойчивости насаждений, ной удовлетворительному приросту ствола главной древесной породы в высоту для повышения агроэкономической эффективности

полосы.

Весной (период начала набухания почек) в полезащитной лесной полосе на глубине распространения корневой системы деревьев берут пробы почвогрунта и измеряют его влажность термовесовым методом. Осадки, температуру и относительную влажность воздуха измеряют регулярно в течение вегетационного периода. Измерение влажности почвы повторяют осенью по

окончании вегетации деревьев. Затем по расходу влаги из почвы и количеству осадков, поступивших под полог деревьев (70% от выпавших), определяют общий расход влаги лесополосой. В результате исследований нами установлено, что на кронах деревьев лесных полос задерживается 30% выпадающих осадков, поэтому при определении общего расхода влаги лесополосой это количество осадков не учитывают и показатель влагообеспеченности лесополосы определяют в процентах (%) от испаряемости по формуле

45

ПВ (Р/И) -100,

где Пв - показатель влагообеспеченности лесополосы, %;

Р - расход влаги лесополосой из почвогрунта и в виде осадков за вегетационный период, мм;

И - испаряемость с водной поверхности на открытом поле, вычисленная по формуле, мм; И 0,0018(25 + t)2-(100 - А), - формула Н.Н. Иванова,

где t - среднемесячная температура воздуха, °С;

А - среднемесячная относительная влажность воздуха, %.

Пример. Расчет общего расхода влаги лесополосами различной конструкции и определение показателя их влагообеспеченности за 1978 г. Для этого определяют испаряемость за вегетационный период с 30 апреля до 25 сентября в лесополосе № 12 и до 3 октября в лесополосе № 1:

№ 12 № 1

май: И - 0,0018(25 + 10.3)2 -(100 - 44} - 126 ... 126 июнь: И - 0,0018(25 + 18.4)2 -(100 - 59) - 139 ... 139 июль: И - 0,0018(25 + 19,3)2 (100 - 71) - 102 ... 102 август: И - 0,0018(25 -I- 13,3)2 (100 - 74) - 68 ... 68 сентябрь: И - 0,0006(25 + 12.4)2 -(100 - 69) - 26 ... 26

Iдек.

IIдек.: И - 0.0006(25 + 12,8) (ЮО - 59) - 35 ... 35

IIIдек.: И - 0,0006(25 + 8,6)2 (100 - 67) 3 дн. 7 10 дн. 22 октябрь

дек.: И - 0,0006(25 + З)2 (100 - 63) 3 дн; 5 Итого 503 523 Расчет общего расхода влаги по конструкциям полос.

Продуваемая лесополоса: расход из почвы 96 мм + + осадки 172 мм - 268 мм.

Ажурная с кустарником 0.5 м: расход из почвы 141 мм+ + осадки 172 мм - 313 мм.

Ажурная с кустарником 0,7 м: расход из почвы 292 мм-г + осадки 176 мм - 471 мм.

Плотная лесополоса: расход из почвы 439 мм + + осадки 172 мм - 611 мм.

Расчет показателя влагообеспеченности. Продуваемая лесополоса (268 : 503)х100 - 53 Ажурная с кустарн. 0,5 м (313 : 503)х100 - 62 0,7 м (471 : 523)хЮО 90 Плотная лесополоса (611 : 503)х100 - 121

Аналогичные расчеты по определению показателя влагообеспеченности проведены во все годы исследований и представлены в табл. 1. В процессе исследований замеряют прирост ствола в высоту и учитывают физиологическое состояние деревьев в лесополосах с различной влагообеспечен- ностью (табл. 2). Затем на основании полученных данных устанавливают шкалу зависимости роста и физиологического состояния деревьев в лесополосах с различным накоплением влаги за вегетационный период и в различные по увлажнению годы (табл. 3). В результате этой зависимости более точно оценивают влагообеспеченность лесной полосы. Из табл, 1 и 2 видно, что наихудшее обеспечение влагой наблюдалось в ажурно-продуваемой и продуваемой лесополосах. Ажурно-продуваемая лесополоса погибла после засухи 1975 г. при показателе влагообеспеченности 41%. В продуваемой лесополосе после засушливых лет 1975 и 1977 гг. древостой значительно изредился, главная древесная порода на 50% стала суховершинить, прирост ствола в высоту практичес -- превратился (за 19 лет деревья прирости только на 0,98

м), в августе наблюдалось преждевременное пожелтение и сброс листвы, Такие отрицательные последствия отмечены при показателе влагообеспеченности 43% (1975 и 1977 гг), что дало основания считать критической влагообеспеченностью полезащитных полос показатель ниже 45%. В среднем же за 9 лет наблюдений Пв равнялся 54% и мы назвали эту группу показателей недостаточной влагообеспеченностью.

Ажурная лесополоса с кустарником 0,5 м имела Пв в среднем 66%, а минимальную 48%. При такой влагообеспеченности не наблюдалось гибели деревьев, но прирост их в высоту был значительно замедлен (за 19

лет прирост 2,4 мм), после засушливых лет отмечалась слабая суховешинность, ранее пожелтение и сброс листвы. Такую группу влагообеспеченности мы назвали минимально допустимой, при которой наблюдается достаточно высокая устойчивость насаждений (по сравнению с ажурно-продуваемой и продуваемой полосами), но замедленный прирост деревьев в высоту.

Ажурная лесополоса с кустарником 0,7 м при среднем Пв, равном 87%, и самым низким 58% не имела отрицательных последствий после засушливых лет, а прирост деревьев по высоте

за 19 лет наблюдений отличался от плотной лесополосы, т. е. в наилучшей степени обеспеченной влагой, всего на 16%. Такую влагообеспеченность назвали минимально необходимой, т. е. способствующей не только высокой устойчивости деревьев, а, следовательно, и долголетию лесополосы, но и удовлетворительному ее росту.

Границы предела между группами устанавливали следующим образом. Как уже

говорилось выше, показатель влагообеспеченности в 45% служит предельным рубежом для сохранения устойчивости лесополосы. Ниже этой отметки влагообеспеченность будет критической. Выше 45%

она относится к группе недостаточной. Верхний предел ее мы считаем в промежутке между средними показателями двух групп: 54% (недостаточная) и 66% (минимально- допустимая), т. е. до 60% первая и с 61% и

выше - вторая грань; разделяющая группы влагообеспеченности минимально допустимую (66%) и минимально необходимую (87%) будет 76% для первой и 77% и выше для второй. Верхний предел группы минимально необходимый 90%, т. е. половина

величины до следующей группы, т. е. хорошей влагообеспеченности.

Таким образом, группы влагообеспеченности будут ограничены показателями, (%): 45 и ниже - критическая; 45-60 - недо- статочная; 61-76 - минимально допустимая; 77-90 - минимально необходимая; более 90 - хорошая.

Использование предлагаемого способа позволяет точно оценить влагообеспечен- ность полезащитной лесной полосы по годам, прогнозировать срок ее службы, регулировать уже существующие конструкции лесных полос, рекомендовать соответственно эффективные конструкции вновь создаваемых полезащитных лесных полос на обыкновенных черноземах. Например, если существующая полезащитная лесная полоса по показателю влагообеспеченности находится на уровне недостаточной или критической влагообеспеченности, то нужно рассчитать требующееся для нее накопление влаги до минимально необходимого и минимально допустимого расхода в самые влагодефицитные годы; разработать и применить мероприятия по формированию соответствующей конструкции лесной полосы, которая сможет обеспечить необходимое в ней снегонакопление для поддержания устойчивости и продолжительности срока службы с учетом накопления и равномерного распределения снега на поле.

Для наглядного примера на основании показателя влагообеспеченности и погод- ных условий приводим расчет необходимого накопления влаги в полосах для проведения конкретных мероприятий по повышению их долголетия и эффективности действия на прилегающие поля. Для этого по выбранному показателю влагообеспеченности рассчитывают минимум снеговой воды, который необходимо накопить в по- чвогрунте лесополосы на обыкновенных черноземах. Расчет ведут по формуле:

Р /(ПвхИ):100/-Ов,

где Р - суммарный расход влаги лесополосой из почвогрунта и в виде осадков за ве- гетационный период, мм;

Пв - общий расход влаги лесополосой, в % от испаряемости;

И - испаряемость с водной поверхности на открытом поле, мм (рассчитанная по фор- муле Н.Н. Иванова);

Ов - осадки за вегетационный период (70% от выпавших), мм.

Экспериментальные исследования проводились в течение 30 лет.

При расчете по средним многолетним данным (испаряемость за вегетационный период 512 мм, осадки 156 мм, плотность снежного покрова 0,32) влагообеспечен- ность лесополос будет достигнута при следующей мощности снежного покрова:

На грани критического:

Р - /(45x512): 100/ - 156 - 74 мм; слой снега 23 см. Недостаточная влагообеспеченность:

Р - /(54 х512):100/ - 156 - 120 мм; см. На грани минимально допустимой:

Р - /(61х512):100/ - 156 156 мм; см. Минимально допустимая влагообеспеченность:

Р - /(66 х512):100/ - 156 - 182 мм: см. На грани минимально необходимой:

Р - /(77x512): 100/ - 156 - 239 мм; см. Минимально необходимая влагообеспеченность:

Р - /(87х512):100/ - 156 - 289 мм; см.

Эти данные коррелируютс приведенными многолетники данными в табл. 3. Но средние многолетние данные позволяют объективно судить о слабой устойчивости полезащитной полосы, т. к. изреживание и гибель ее происходят в экстремальных условиях, т. е. в засушливые годы. Поэтому приводим расчет влагообеспеченности по засушливому 1975 году (испаряемость за вегетационный период 569 мм, осадки 110 мм, плотность снежного покрова 0.32):

На грани критического:

Р-/(45x569): 100/- 110- 156мм; слой снега 49 см Недостаточная влагообеспеченность:

Р - /(54x569): 100/ - 110 197 мм; см. На грани минимально допустимой:

Р - /(61х569):100/ - 110 - 237 мм; см. Минимально допустимая влагообеспеченносгь:

Р - /(66x569): 100/ - 110 265 мм; см. На грани минимально необходимой:

Р - /(77x569): 100/ - 110 - 328 мм: см. Минимально необходимая влагообеспеченность:

Р - /(87x569): 100/ - 110 385 мм; см.

Из анализа табл. 3 и приведенных расчетов по средним многолетним видно, что в ажурно-продуваемой полосе влаги накоплено достаточно только для ее существования в средний по основным метеопоказателям год. Но даже в таких условиях не обеспечивается удовлетворительный прирост главной древесной породы по высоте, полоса отстает в росте и поэтому уменьшается дальность ее положительного влияния на прилегающие поля по сравнению с другими, лучше обеспеченными влагой лесополосами. В засушливый же 1975 год такая полоса оказалась на уровне ниже критической влагообеспеченности (Пв 41) и в 1976 году она погибла.

Из таблицы 3 и вышеприведенных расчетов также видно, что для хорошей устойчивости лесополос в засушливый год необходимо накопление снега слоем 74-83 см (минимально-допустимая влаго- обеспеченность), в средние по увлажнению годы этот объем влаги обеспечит кроме этого и вполне удовлетворительный прирост главной древесной породы по высоте, т. е. минимально необходимую влагообес- печенность. Такой объем твердых осадков накапливает ажурная лесная полоса с кустарником высотой 0,7 мм. Ажурная с таким кустарником эффективно действует на прилегающие поля, так как накапливает твер- дые осадки в объеме всего 4,2% от накопления их на поле, способствует равномерному распределению осадков при высокой дальности действия.

Для полезащитных лесных полос суще- ствующих конструкций с целью регулирования влаги твердых осадков до минимально необходимого расхода требуется проведение таких мероприятий, как посадка кустарника или подстрижка его опушечных рядов на заданную высоту, или же определение интенсивности удаления боковых ветвей в нижней части ствола древесной породы.

Формула изобретения Способ оценки влагообеспеченности полезащитных лесных полос, включающий измерение осадков, температуры воздуха, относительной влажности воздуха, влажности почвогрунта в начале и в конце вегетационного периода, определение общего расхода влаги лесополосой и расчет показателя влагообеспеченности, отличающийся тем, что, с целью более точной оценки влагообеспеченности, ежегодно дополнительно определяют прирост ствола деревьев в высоту и их физиологическое состояние в лесополосах с различной влагообеспеченностью, на основании полученных данных устанавливают шкалу зависимости роста и физиологического состояния деревьев в лесополосах с различным накоплением влаги за вегетационный период и в различные по увлажнению годы, при этом в насаждениях на обыкновенных черноземах при показателе влагообеспеченности ниже 45% обеспеченность влагой оценивают как критическую, при 46-60% - как недостаточную, при 61-76% - как допустимую, при 77- 90% - как минимально необходимую и при более 90% - как хорошую.

Таблица 1

Сущность изобретения: измеряют осадки, температуру воздуха и его относительную влажность, влажность почвсгрунта в начале и в конце вегетационного периода, общий расход влаги лесополосой, ежегодный прирост стволов деревьев в высоту и их физиологическое состояние в лесополосах с различной влагообеспеченностью. На основании полученных данных составляют шкалу зависимости роста и физиологического состояния деревьев в лесополосах. Влаго- обеспеченность оценивают как критическую при показателе ниже 45%, как недостаточную - при 46-60%, как допустимую - при 61-76%, как минимально необходимую-при 77-90%, как хорошую при 90% и более. 3 табл.

Ажурно-продуваемая Продуваемая

9,57rO,2i ,3D 2,10 II ,87iO,l8 7,1 1,50 12,S5tO,3it 10,19 2,65

11,70:0,197,95 1,60 I4,10t0,30 9,152,13 2,1.0

10,87:0,2815,06 2,60 15,2UO,2i 6,051,33 4,35

И,43ГО,12 14,21 1,00 16,620,15 4,160,90 5,19

I г О г и ц а 2

Погибла в 1976 г

5,2 He апогме удовлетворительное .малая обгиствен- ность, рост практически пречгзтнлся. После засухи - суховершинноеть и гибель части деоевьев

12,6 Удовлетворительное Снимем прирост

22,5 Вполне удовлетворительное 27,3 Хорошее

Продуваемая f.° I 2

Ажурная с кустарником 0,5 м № 12

Ажурная с кустарником 0,7 м N1 1

Плотная (контроль) № 12

ных побегов,начало гибели деревьев после засухи 1967-68 гг.Полная гибель после засухи 1974-1975 гг

371115443Погибло 17% деревьев 1970

суховершинных 501, раннее пожелтение листьев после засухи 1975 и 1S77rr. Слабая облиствен- ность в последующие годы

581846640Слабая суховериин- 1970

ность.Раннее пожел - тение листьев,снижение прироста высоты ствола в 1977 г.

762478758Состояние удовлетво- 1958

рительное.Небольшое снижение прироста ствола в высоту в

1977 и 1978 гг

0,93 5,2 Не вполне Недостаточ- 45-60 удозлетво- ная рительное, малая облист- венность. .Рост практически прекратился. После засухи -сухо- вершинность и гибель части деревьев

2,40 12,6 Удовлетвори- Минимально 61-76 тельное. допустимая Снижен прирост

4,35 22,9 ВполнеМинимально 77-90

удовлетво- необходимая рительное

vj

о

О

сл о

м

124472

98

75

Высокий прирост стволе в высоту в 1Э75 п 1977 г

1970

5,19 27,3 Хорошее

Повышенная

Более 92