Влияние защитных лесных насаждений на микроклимат
Колебания урожайности сельскохозяйственных культур в разные годы обусловлены в основном неодинаково складывающимися метеорологическому условиями. В России только ⅓ площадей, используемых в сельском хозяйстве, ежегодно получает достаточное количество осадков. Остальная территория не имеет гарантированного увлажнения и периодически страдает от засухи. Даже после осуществления намеченного плана мелиоративных работ площади с гарантированным увлажнением в стране составят не более 50 % всех посевных площадей. В связи с этим все мероприятия, направленные на улучшение водного баланса, создание благоприятного микроклимата на полях, расположенных в зоне неустойчивого увлажнения, в конечном счете будут положительно отражаться на состоянии и урожайности выращиваемых культур. Одним из широко проверенных на практике методов улучшения условий выращивания сельскохозяйственных культур является создание систем полезащитных лесных насаждений. Как составной элемент лесоаграрного ландшафта они уменьшают энергетические и изменяют структурные характеристики ветра, что, в свою очередь, влияет на температуру воздуха и почвы и их влажность непосредственно в зоне произрастания растений.
Особенно вредны для растений суховейные ветры, имеющую температуру более 300С и относительную влажность воздуха ниже 20%. В этих условиях корневая система растений не успевает компенсировать потерю влаги надземной частью. При длительном действии суховеев, а также при сочетании их с почвенной засухой происходит отмирание листьев и может наступить полная гибель растения. Системы защитных лесных насаждений, естественные лесные массивы на полях значительно снижают скорость ветра в приземном слое, оказывая таким образом влияние на все элементы микроклимата в зоне роста сельскохозяйственных культур.
Многочисленные наблюдения показали, что степень и характер влияния лесных насаждений на ветровой поток определяются их ветропроницаемостью по вертикальному профилю.
Плотные густые насаждения, задерживая ветровой поток, создают перед собой зону затишья с несколько более повышенным давлением воздуха. С заветренной стороны лесных полос плотной конструкции, наоборот, формируется область пониженного давления. Воздушный поток, проходя над полосой, изменяет траекторию движения, отклоняясь в сторону области пониженного давления, и на расстоянии, кратном 3-5 высотам насаждения, достигает поверхности почвы. В этой зоне при большой скорости ветра могут образовываться очаги выдувания. Если считать эффективным ветрозащитное действие лесных полос в пределах снижения скорости ветра на 10 %, то дальность защитного влияния лесных полос плотной конструкции с заветренной стороны составляет 15-20 Н, с наветренной – 5Н. В этой зоне суммарная скорость ветра снижается в среднем на 30-37%.
Лесные полосы ажурной конструкции, имеющие просветы по всему вертикальному профилю, пропускают часть ветрового потока через тело полосы. При этом перед полосой и за ней не образуются области повышенного и пониженного давления. Часть воздушного потока, проходящего над полосой ажурной конструкции, плавно обтекает ее, не создает турбулентных вихрей и снижается за полосой по пологой траектории, смешиваясь с потоком воздуха, прошедшего через полосу. Максимальное снижение скорости ветра под действием лесных полос ажурной конструкции наблюдается в зоне, кратной 3-5Н. Общая дальность влияния полос составляет 35-40Н (5-7Н с наветренной и 30-35Н с заветренной сторон). В этой зоне скорость ветра снижается в среднем на 35-40%. Наибольший эффект дают полосы с ветропроницаемостью 40-50%.
Лесные полосы продуваемой конструкции значительную часть ветрового потока пропускают в нижней своей части под кронами деревьев. Они действуют на ветровой поток по типу аэродинамического диффузора. При прохождении под полосой скорость ветрового потока возрастает, а за ее пределами снижается. Часть воздушного потока, прошедшего над лесной полосой по пологой траектории, соединяется с воздушным потоком, прошедшим под кронами деревьев. Зона минимальных скоростей ветра формируется на расстоянии, равном 3-8Н. В этой зоне скорость снижается на 40-50 %. Дальность ветрозащитного влияния лесных полос продуваемой конструкции достигает 50-55Н.
Дальность влияния лесных полос на протяженность ветрозащитной зоны зависит от их высоты. При этом не существует пропорциональной зависимости между абсолютной протяженностью ветрозащитной зоны и ее выражением в величинах, кратных ее высотам. Дальность влияния лесной полосы на скорость ветра при высоте ее 2 м достигает 80Н, 4 м – 60Н, 7 м – 50Н, 16м – 35Н.
На величину снижения скорости ветра в системе лесных полос влияют также агрофон поверхности полей, наличие стерни. Наиболее высокий суммарный ветрозащитный эффект на полях обеспечивает сочетание стерневого фона с лесными полосами ажурной конструкции.
Эффективность и дальность ветрозащитного действия лесных полос меняются в зависимости от степени их облиствления и угла встречи ветрового потока с лесной полосой, что связано с изменением аэродинамических характеристик ветропроницаемости насаждений. Так, лесные полосы, имевшие в облиственном состоянии продуваемость 30-47%, снижали скорость ветра в зоне эффективного влияния на 37-48%; в безлистном состоянии продуваемость их составила 72-84%, а ветрозащитная эффективность - 20-25%.
В совхозах при размещении лесных полос из тополя бальзамического, березы бородавчатой и клена ясенелистного на каштановых почвах через 250-300 м, на черноземах- - через 300-400 м при высоте полос 5-7 и 12-14 м уменьшение скорости ветра на защищаемых полях в зависимости от времени года колебалось от 16 до 70%.
В совхозе вели наблюдения над 3-5-рядными лесными полосами высотой 10-12 м продуваемой и ажурно-продуваемой конструкции. Расстояние между основными лесными полосами составляло 160, 250, 500 и 1000 м. Установлено, что при подходе воздушного потока к лесным полосам под углом 0-30° скорость ветра на защищаемых полях снижалась в среднем на 29%, 21, 6 и 3%, под углом 30-60° - соответственно на 50%, 38, 27 и 8%, а при встрече под углом 60-90° - на 70%, 54,27 и 11%.
Для получения максимального ветрозащитного эффекта инструктивными указаниями по проектированию и выращиванию защитных лесных насаждений на землях сельскохозяйственных предприятий рекомендуется на ровных местоположениях и пологих склонах со слабым проявлением водной эрозии располагать основные лесные полосы поперек направления вредоносных ветров с отклонениями от этого направления не более 30°, вспомогательные – перпендикулярно направлению основных полос.
Расстояние между основными полезащитными лесными полосами не должно превышать на серых лесных почвах, оподзоленных и выщелоченных черноземах – 600 м, на типичных и обыкновенных черноземах – 500 м, на южных черноземах – 400 м, на темно-каштановых и каштановых почвах – 350 м, на светло-каштановых почвах с комплексом солонцов до 25% - 250 м, на песчаных почвах лесостепи – 400, степи – 300, полупустыни – 200 м, в районах сильной ветровой эрозии на малосвязных каштановых почвах и южных черноземах Западной Сибири – 250 м. Расстояние между вспомогательными полосами должно быть не более 2000 м, а на песчаных почвах – 1000 м.
Изменение характера движения воздушных потоков под действием защитных лесных насаждений влияет на температурный режим полей. В зонах затишья создаются условия, способствующие образованию большей амплитуды перепада температур. Днем в ясную жаркую погоду температура воздуха на полях в системе защитных лесных полос на 1-2° С выше, чем в открытом поле. В зонах полного затишья, создаваемых лесными полосами плотной конструкции, эта разница может достигать 6° С. В вечерние и ночные часы температура воздуха на полях под защитой полос может опускаться ниже, чем в открытом поле. Весной и осенью в зонах затишья увеличивается вероятность возникновения напочвенных заморозков. При ажурной конструкции обеспечивается циркуляция воздуха через профиль полосы и создаются условия, при которых воздушные потоки исключают застой воздуха перед лесными полосами. При этом разница в температуре воздуха на открытых полях и под защитой лесных полос, как правило, не превышает 1-2° С.
Лесные полосы продуваемой конструкции обеспечивают свободное прохождение воздуха под кронами деревьев, в связи с чем температурный режим на защищаемых полях не имеет больших отклонений от режима в открытом поле. При расположении таких полос на склоновых землях они не создают перед собой скопления масс холодного воздуха и не способствуют образованию морозобойных гнезд.
Отепляющее влияние защитных лесных насаждений способствует более дружному прорастанию семян, улучшает условия роста теплолюбивых культур. Дальность влияния лесных полос на температуру воздуха не превышает 10-15Н.
На полях, защищенных лесными полосами, создаются условия, при которых происходит более высокое насыщение влагой приземных слоев воздуха. Ослабляя отток воздушных масс, обогащенных влагой, из зоны надземной части растений, лесные полосы способствуют меньшему обострению дефицита водного баланса в период действия суховеев. Относительная влажность воздуха на защищенных полях бывает выше в среднем на 2-3%, абсолютная – на 0,5-1 мм. Во время суховеев это увеличение по сравнению с открытыми полями может достигать соответственно 8-10% и 1,5-2 мм.
В совхозах при прохождении растениями основных фаз развития превышение относительной влажности воздуха на полях, защищенных лесными полосами, по сравнению с открытой степью колебалось от 2-5 до 7-18% в дни с наиболее низкой относительной влажностью воздуха. В степи при относительной влажности воздуха в открытой степи 42% этот же показатель на высоте 1 м над поверхностью почвы в 7 ч утра под защитой лесных полос ажурной конструкции составлял 53%, плотной – 52%, продуваемой – 43%, в 13 ч – соответственно 40%, 31, 26, 21%, в 19 ч – 40%, 31, 20, 20%. Полосы ажурной конструкции в условиях степи оказались наиболее эффективными для поддержания более высокой относительной влажности воздуха на полях.
Большие перепады температур и более высокая относительная влажность воздуха на полях, защищенных лесными полосами, способствуют обильному и длительному образованию росы, что улучшает водообеспечение растений.
Дальность влияния лесных полос на влажность воздуха охватывает зону, равную 10-15Н. В условиях лесостепи в засушливую погоду в этой зоне относительная влажность воздуха, как правило, не опускается ниже 50%. В пасмурную погоду разница между влажностью воздуха на защищенных полях и в открытой степи выравнивается.
Ветровой режим, температура воздуха, его влажность формируют в зоне роста растений микроклимат, влияющий на интенсивность протекания физиологических процессов и продуктивность транспирации растений. Под защитой лесных полос растения более экономно расходуют воду. В условиях степи транспирационный коэффициент овса на полях, защищенных лесными полосами, на 10-24% меньше, чем в открытой степи. На различном расстоянии от лесных полос для образования единицы сухого вещества посевы овса расходуют 405,5-481,8 единицы, а в степи – 530,1 единицы воды.
Аналогичные данные получены на опорном пункте в опытах со свеклой, выращиваемой в вегетационных сосудах.
Таким образом, путем подбора необходимых конструкций полос, их размещения с учетом рельефа местности, сочетания с передовыми приемами агротехники можно целенаправленно регулировать отдельные элементы микроклимата, изменяя его в сторону, благоприятную для роста и развития сельскохозяйственных культур.
