Сущность воздействия защитных лесных насаждений на неблагоприятные природные процессы

Для творческого подхода к проектированию сети насаждений проектировщику необходимо знать не только то, какое полезное действие оказывают те или иные насаждения, но и механизм их воздействия. Приведем его краткое объяснение.

Ветроломное действие. При суховеях запасы влаги в почве и растениях быстро истощаются вследствие того, что воздушные струи при ветре движутся не параллельно земной поверхности, а по волнистым или винтообразным кривым. Сухой и горячий воздух, подходя к подстилающей поверхности, отнимает у нее влагу и тотчас уносит ее в более высокие слои атмосферы, а на его место приходят новые массы ненасыщенного парами воздуха.

Встречая на своем пути продуваемую или ажурную лесную полосу, ветер как бы процеживается сквозь нее. При этом уменьшается не только его горизонтальная скорость, но и амплитуда воздушных волн. Это значит, что замедляется перемешивание слоев воздуха и приземные его слои, однажды насытившись парами, не уносятся тотчас вверх, но продолжают двигаться параллельно земной поверхности, уже в меньшей мере отнимая у нее влагу.

Плотные полосы не производят такого действия. Ветер не процеживается, а переваливает через них, причем позади лесных полос образуется завихрение. Поэтому плотные полосы создают лишь короткую зону затишья, а на некотором расстоянии от них скорость ветра и перемешивание слоев восстанавливаются и даже усиливаются.

При значительных скоростях и сильном перемешивании воздушных масс ветер может переносить на большие расстояния твердые частицы —снег, пыль и др. При уменьшении скорости и интенсивности перемешивания взвешенные частицы выпадают на землю. На этом основано снегозадерживающее действие лесных полос.

Позади продуваемых лесных полос снег отлагается тонким и длинным шлейфом, а позади плотных — коротким и высоким сугробом. Первая форма накопления снега выгодна для увлажнения межполосных полей, вторая — для защиты дорог от заносов (когда нужно задержать снег в узкой полосе отчуждения), а также для защиты от снеголома молодых насаждений на склонах балок.

Задержание снега лесными полосами не только увеличивает количество талых вод, но и помогает их продуктивному использованию: почва, покрытая толстым слоем снега, менее промерзает, сохраняет к весне большую водопроницаемость и впитывает больше талых вод. Одновременно обеспечивается зашита озимых посевов от вымерзания.

Полной равномерности распределения снега нельзя достигнуть даже при продуваемых лесных полосах. Поэтому, хотя в результате их воздействия ветер и ослабевает, на межполосных клетках следует проводить мероприятия по снегозадержанию.

Лесные полосы борются с пыльными бурями двояким путем. Во-первых, способствуя накоплению снега, они увеличивают влажность почвы и, следовательно, ее сопротивляемость развеванию. Во-вторых, поскольку они ослабляют ветер, то он уже не может взмучивать и переносить частицы почвы. Поэтому местности, защищенные лесными полосами, не могут стать очагами выдувания почв.

Если пыльная буря возникает на незащищенном пространстве и надвигается на лесные полосы, они перехватывают и осаждают комочки почвы и крупные частицы, которые перекатываются ветром или переносятся в приземном слое воздуха. Этим они защищают посевы на межполосных клетках от засекания и засыпания. Но они, конечно, не могут остановить движение мелкой пыли, которая переносится на большой высоте. Однако перенос и выпадение такой пыли редко создают угрозу урожаю.

Дальность действия ветроломных полос ограниченна. На некотором расстоянии от лесных полос первоначальная скорость ветра и интенсивность перемешивания воздуха восстанавливаются. Поэтому весьма важно выдерживать правильное расстояние между лесными полосами: не слишком малое, чтобы не мешать без надобности работе сельскохозяйственных машин, но и не слишком большое, чтобы защитное действие лесных полос распространялось на всю межполосную клетку.

Работу сети лесных полос можно считать удовлетворительной, если наибольшая скорость ветра, наблюдаемая в наиболее удаленных от лесных полос точках межполосных клеток, равна 90% его скорости на открытых пространствах.

Дальность ветроломного действия лесных полос тем больше, чем они выше. Расчет, разумеется, надо вести на предельный рост деревьев, достигаемый ими в период спелости. Пока лесные полосы низки, их защитное действие является неполным. Предельная высота деревьев зависит от лесорастительных условий: чем последние лучше, тем она больше. Поэтому предельная высота в общем уменьшается от зоны обеспеченного увлажнения к засушливым зонам.

Наиболее сильное влияние лесные полосы оказывают на ветры, дующие приблизительно под прямым углом к ним. Однако отклонение ветра от этого направления до 30 не сопровождается существенным ослаблением воздействия на него даже одиночной лесной полосы. Если сеть достаточно густа и клетки не слишком вытянуты, а деревья высоки (более 15 м), направление ветра вообще не играет существенной роли.

Ветроломные полосы, создаваемые по берегам прудов, уменьшают испарение с водной поверхности, предохраняют водоем от заноса пылью и сорняками (перекати-поле) и защищают берега от волнобоя.

Водопоглощающее действие. Суммарное количество осадков, выпадающее за год в лесостепи и степи, как правило, достаточно для получения хорошего урожая сельскохозяйственных культур. Случающиеся недороды большей частью происходят не из-за недостатка осадков, а из-за того, что преобладающая доля их важнейшей части - зимних осадков - полями не усваивается: талые воды, не напитав их, поступают в гидрографическую сеть.

Бесполезно пропадают и ливневые осадки, которые почва не успевает впитывать. Лучшим средством сохранения влаги зимних и ливневых осадков является водозадержание на полях. Та часть стока, которая не впитывается непосредственно в пашню, должна перехватываться водопоглощающими лесными полосами.

Водопроницаемость лесных почв при прочих равных условиях всегда выше, чем полевых; глубокие и разветвленные корневые системы деревьев и кустарников улучшают структуру почвы и создают множество крупных каналов, по которым вода может проникать в грунт. Однако по мере продолжения ливня сток в лесную полосу с лежащего выше поля нарастает.

Может наступить момент, когда даже лесные почвы не смогут его впитывать. Тогда в действие вступает лесная подстилка. Обладая высокой влагоемкостью, она может задерживать воду в большом количестве, а затем после прекращения или ослабления ливня постепенно передавать ее почве.

Особенно велика водопоглощающая роль лесных полос весной. Хотя в результате их воздействия, а также других приемов снегозадержания мощность снежного покрова на полях увеличивается, при неблагоприятном ходе погоды почва на них может настолько промерзнуть, что весной она совсем не будет впитывать талые воды. В лесных же полосах, если они правильно сконструированы и добросовестно выращены, под защитой подстилки и повышенной мощности снежного покрова почва промерзает неглубоко.

Благодаря структурности она, кроме того, даже в промерзшем состоянии сохраняет значительную водопроницаемость. В годы с сильным промерзанием почвы лесные полосы являются единственным препятствием на пути стока, единственным местом, где он может быть поглощен прежде, чем стечь в овраги и балки.

Кроме почвенного стока, увлажнению лежащего ниже лесной полосы поля способствует накопление снежного шлейфа у ее нижней опушки. Благодаря большей мощности, а нередко и благодаря затемнению деревьями шлейф стаивает позже, чем снег на остальной части поля. Талые воды с него попадают на уже оттаявшую почву и впитываются.

Лесные полосы, выполняющие одновременно и ветроломные, и водопоглощающие функции, должны иметь для обеспечения накопления снега и листового опада плотную конструкцию в самом нижнем ярусе, а для обеспечения ветроломного действия на большом расстоянии — продуваемую конструкцию в среднем ярусе и ажурную - в верхнем. Одновременное выполнение этих двух задач может быть достигнуто введением в полосу низких кустарников или периодической посадкой на пень более высоких кустарников с тем, чтобы высота их держалась в пределах 0,5-1 м.

Для обеспечения поглощения всего стока с межполосных полей или заданной его части водопоглощающие полосы, кроме правильной конструкции, должны обладать достаточной шириной и располагаться на определенном расстоянии друг от друга или от водораздела.

Ширина лесных полос и расстояние между ними выбираются в зависимости от многих природных факторов, из которых важнейшими являются длительность и интенсивность наиболее сильных ливней, выпадающих в данной местности, наибольшая интенсивность водоотдачи из снега, водопроницаемость полевых почв и почв лесной полосы, крутизна склона.

Противоэрозионное действие. Лесные полосы и массивные насаждения, предназначенные для борьбы с эрозией, размещаются на склонах такой крутизны или такой длины, при которых сток не только приводит к потере влаги, но и приобретает размывающую скорость и вызывает эрозию. Лесные полосы противодействуют эрозии путем поглощения стока.

Чтобы оценить важность борьбы с эрозией, следует помнить, что засухи и суховеи снижают урожай только в данный засушливый год. На следующий год вновь может быть получен очень хороший урожай. Потери же урожая, обусловливаемые эрозией, невозвратимы. Смытая почва теряется навсегда, и наносимый смывом ущерб повторяется ежегодно, притом он с каждым годом все более возрастает. Восстановить плодородие смытых почв можно лишь очень не скоро и ценой больших затрат. Пашня же, пораженная промоинами или оврагами, навсегда переходит в разряд непахотопригодных земель.

Задача противоэрозионных лесных полос — приостановить дальнейший смыв и размыв почв. Если процесс остановлен, можно приступать к постепенному восстановлению смытых почв и даже почв, пораженных начальными стадиями размыва (струйчатыми размывами и размоинами).

Противоэрозионные лесные полосы не могут выполнять свои функции без преобразования микрорельефа на межполосных клетках, в самих лесных полосах, и в первую очередь на их верхних опушках. Преобразование микрорельефа должно заключаться в рассеивании стока и устранении с опушек всех преград (напашей, отпашных борозд, дорог, канав и т. п.), препятствующих свободному и равномерному поступлению стока в лесную полосу. Если сток поступает в нее лишь в немногих точках - по ложбинам и размоинам, он неизбежно прорвется через нее, как бы широка она ни была. Если сток рассредоточен и опушка благоустроена, поглощать сток может даже лесная полоса, располагающаяся под значительным углом к горизонтали.

Водозадерживающее действие лесной полосы можно увеличить, создавая в ней или вдоль ее опушки в помощь лесной подстилке искусственные углубления, задерживающие воду во время пиковой нагрузки и постепенно отдающие ее почве.

Действие прибровочных лесных полос и массивных насаждений. Главные функции насаждений этих типов в основном сводятся к вариантам водопоглощения и снегозадержания, механизм которых уже описан выше.

Прибровочные лесные полосы, расположенные на склонах ниже полей, хотя и являются водопоглощающими, в отличие от полезащитных не могут передавать поглощенную влагу посевам. Сток, перехваченный ими в последней части его пути, тем не менее производит полезное действие: просачиваясь к лежащим поблизости подбровочным склонам, он улучшает условия развития на них травяного покрова и тем самым способствует закреплению подбровочных размывов.

Прибровочные полосы Задерживают большую часть снега, скопившегося выше бровок, который при отсутствии лесных полос скапливался бы в оврагах и балках. Переводя таким образом талые воды в грунтовой сток, они способствуют уменьшению весенних половодий и увеличению меженных расходов рек. Кроме того, прибровочные полосы в определенной мере защищают приводораздельные пространства от ветра.

Образующийся возле этих полос снежный шлейф стаивает позже, чем снег на лежащем выше склоне, и защищает присетевую часть склона от размыва. Однако полезащитные свойства прибровочных полос не следует переоценивать - зона влияния их весьма узка, поскольку они расположены ниже всех других частей водораздельных пространств.

Из всех типов прибровочных лесных полос наибольшую пользу приносят прибалочные. Приовражные полосы не всегда полезны и создавать их вдоль оврагов следует далеко не во всех случаях. Большая часть склоновых оврагов не имеет боковых водосборов. В этом случае приовражные полосы не могут способствовать сокращению стока по оврагу. Узкие приовражные полосы могут даже вызвать усиление старых размывов или образование новых, так как они способствуют скоплению снега в самих оврагах или вдоль своих внешних опушек, но не могут поглотить его, поскольку они (в соответствии с направлением оврагов) вытянуты вдоль линий наибольшего уклона.

Приопушечные сугробы располагаются вдоль линий стока и весной на крутых участках склона образуют мощные сосредоточенные потоки талых вод. Только на пологих склонах, где опасность размыва невелика, приовражные лесные полосы могут принести пользу. Впитавшаяся в почву часть задержанных ими талых вод высачивается на склонах оврага, и, если последние уже перестали обваливаться, благоприятствует зарастанию их травой.

Лесные полосы вдоль оврагов с оползневыми склонами выполняют особые функции. Они должны создаваться из пород, испаряющих много воды (тополя, ивы), и размешаться на значительном удалении от бровки. В этом случае они перехватывают снег, который, весной растаяв, питает оползень грунтовыми водами, и сами испаряют значительную часть этих вод.

Удалять лесную полосу от бровки нужно для того, чтобы часть воды, проникшая в грунт, на пути к оврагу рассеялась и впиталась ниже тела оползня. Деревья, посаженные на самом оползне, также могут способствовать его осушению и закреплению, если они посажены редко и без кустарников. Удерживать оползень, механически скрепляя его корнями, они не могут. Такое действие деревья оказывают только на осовы.

Массовые насаждения на размытых балочных и надбровочных склонах способствуют поглощению стока, прорвавшегося через бровку и угрожающего вызвать образование подбровочных и донных размывов.

Насаждения в поймах долин и на днищах балок защищают расположенные на них сельскохозяйственные угодья от заноса песком и илом. Кустарниковые насаждения в лощинах (илофильтры) защищают преимущественно лежащие ниже поймы и пруды. Действие их основано на увеличении шероховатости днища и склонов ложбины во время паводка.

Насаждения на склонах оврагов способствуют превращению их в полезные угодья после того, как паводковый сток в них сведен к минимуму и линейный размыв прекратился.

Насаждения в оврагах не являются самостоятельной мерой их закрепления, так как, подобно приовражным лесным полосам, они не могут противостоять подмыву снизу, который продолжается до тех пор, пока по оврагу проходят сильные паводки.

Важным средством прекращения роста оврагов является задержание стока на водосборе путем проведения комплекса агротехнических, лесомелиоративных и простейших гидротехнических мероприятий. Однако и после этого использовать под посадки можно только осыпные склоны оврагов. Если желательно ускорить использование обвальных склонов, их необходимо сполаживать искусственно.