Преобразование ландшафтов Каменной степи
Принципиальные основы ландшафтного земледелия были сформулированы в работах великого русского ученого, родоначальника генетического почвоведения и основателя учения о преобразовании природы засушливых степей – Василия Васильевича Докучаева. Комплексный план преобразования степных ландшафтов, изложенный в программе Особой экспедиции, включал всем хорошо известные мероприятия по регулированию рек, оврагов и балок, регулированию водного хозяйства в открытых степях на водораздельных пространствах, выработке норм по оптимальному соотношению площади пашни, лугов, леса и вод, по определению приемов обработки почвы для наилучшего использования влаги, выявлению и созданию сортов сельскохозяйственных культур, приспособленных к местным почвенно-климатическим условиям. В.В. Докучаев о задачах экспедиции писал следующее: «… если желают поставить русское сельское хозяйство на твердые ноги, на торный путь и лишить его характера азартной биржевой игры, если желают, чтобы оно было приноровлено к местным физико-географическим, равно как историческим и экономическим условиями страны и на них бы зиждилось, безусловно необходимо, чтобы эти условия – все естественноисторические факторы (почвы, климат с водой и организмы) – были бы исследованы и испытаны по возможности всесторонне и непременно во взаимной их связи».
История распорядилась так, что в Каменной степи был создан основной ландшафтный стационар, предназначенный для испытания различных способов и приемов лесного и водного хозяйствования, предложенных Докучаевым. Со временем он превратился в главный научный объект широкомасштабного эксперимента по борьбе с засухой, предотвращению иссушения и деградации «царя почв» – чернозёмов. Организация и развитие всего комплекса агротехнических, агролесомелиоративных, земледельческих и почвенных исследований на протяжении 130-летнего периода научных работ является базовой моделью, результаты и опыт которой применяются во многих регионах страны и за рубежом. Накопленные бесценные научные данные служат тем фундаментом, на основе которого создаются системы земледелия в других засушливых регионах страны, разрабатываются долгосрочные прогнозы эволюционного развития и трансформации почв и агроландшафтов Центрального Черноземья.
Каменная степь в до Докучаевский период представляла собой степной участок, на котором крестьяне близлежащих деревень пасли скот и заготавливали сено. Это было одно из самых низкоплодородных казенных угодий, владений графа Орлова-Давыдова. Лишь отдельные небольшие степные наделы периодически распахивались крестьянами для производства зерновых культур.
Рукотворный Докучаевский оазис явился мощным инструментом, определившим трансформацию девственного степного ландшафта в высокоинтенсивный агроландшафт. Длительный опыт создания агроландшафтов убедительно показывает, что одним из наиболее существенных приемов в комплексе мер по стабилизации и улучшению почвенно-климатических условий и экологической обстановки в агроландшафтах, борьбе и противостоянию с водной и ветровой эрозей почв, суховеями и засухой является создание лесоаграрных ландшафтов с оптимальным соотношением сельскохозяйственных угодий.
В лесоаграрных ландшафтах лесостепи и степи одним из важнейших элементов является формирование системы защитных лесных насаждений. Как показывают результаты исследований, система защитных лесных насаждений в открытой степени усиливает функцию непрерывно протекающих процессов биогенного накопления за счет более рационального и эффективного использования солнечной энергии и других природных ресурсов и снижения воздействия негативных природных факторов. Система защитных лесных насаждений на полях обеспечивает значительную гумидизацию микроклимата. По обобщенным вековым данным, лесные полосы на полях сокращают скорость ветра (на 30-40%), повышают и стабилизируют посезонный уровень грунтовых вод, накапливают на 25-30% больше снега, чем в открытой степи, препятствуют глубокому промерзанию почвы и интенсивному таянию снега, значительно снижая или вовсе прекращая сток талых вод с полей, тем самым улучшают обводненность территории в лесоаграрном ландшафте. Температура воздуха на полях среди лесных полос летом снижается на 2-30С, а осенью повышается на 1-20С. Годовая сумма продуктивных осадков возрастает на 40-70 мм.
Освоение Докучаевских идей и последующие разработки ученых ФАНЦ им В.В. Докучаева на территории Каменной степи позволили снизить сток талых вод в системе лесных полос до 3 мм, а смыв почв – до 0,7м3/га, то есть ниже уровня естественного возобновления почвенного плодородия, гораздо меньше допустимого предела смыва для черноземных почв. Такое обустройство территории позволило полностью зарегулировать сток талой воды и летних осадков, прекратить смыв и эрозию почвы.
Классическим образом рационального обустройства водосбора в период работы Особой экспедиции является Хорольская балка, где уже 130 лет функционирует агроландшафт и идут восстановительные процессы.
130-летние наблюдения по изучению гидрологической роли лесных полос и влияние их на уровень грунтовых вод свидетельствуют, что изменение сезонной ритмики уровня грунтовых вод под влиянием лесополос в целом положительно влияет на гидрологический режим черноземов, что создает дополнительный резерв влаги, который помогает растениям переносить экстремальные засухи.
В острозасушливых условиях в годы с резким недобором атмосферных осадков (августе – начале сентября) отмечается иссушение почвенной толщи до значений ниже влажности завядания (ВЗ). В этом отношении лесные почвы сходны с пахотным аналогом. Но глубина и длительность периода иссушения существенно меньше. Глубина полного отсутствия доступной влаги составляет 120-160 см в отличие от пашни, где иссушается весь 200 см слой почвы.
Велико значение лесомелиоративного комплекса Каменной степи в борьбе с эрозией почв, которая особенно губительно проявляется в степных и лесостепных районах Средне-Русской возвышенности и Окско-Донской низменности с расчлененным рельефом. Здесь были впервые установлены основные закономерности развития эрозионного гидрологического процесса и разработаны комплексные меры борьбы с эрозией почв, включая севообороты, приемы обработки и гидротехнику.
Особое место в мероприятиях по борьбе водной эрозией занимают водорегулирующие, приовражные, прибалочные лесные полосы и овражно-балочные противоэрозионные насаждения в донной части, по берегам и откосам балок и оврагов. Противоэрозионные насаждения позволяют возвращать многие «бросовые» земли в сельскохозяйственный оборот и значительно повысить плодородие эродированных земель. Противоэрозионные лесные полосы ослабляют силу ветра на прилегающих пахотных склонах в среднем на 24-40%, повышают влажность воздуха на 5-6%, уменьшают испарение на 13-16%, глубину промерзания почвы на 15-55%, сокращают образование ледяной корки с 88 до 12%. Многолетние исследования в Каменной степи свидетельствуют о том, что при 6%-ной облесенности водосбора весенний сток сокращается в среднем на 55-60% по сравнению с величиной стока на необлесенном водосборе. При сочетании противоэрозионных лесных насаждений с простейшими гидротехническими устройствами увеличивается поступление влаги в почву и грунт, затухают зрозионные процессы.
На всей территории Каменно-Степного оазиса при любом направлении ветра его скорость меньше, чем на открытых участках. Среднее уменьшение интенсивности турбулентного обмена на полях оазиса на высоте до 2 м составляет около 30%. Это способствует оптимизации условий произрастания сельскохозяйственных культур за счет увеличения продуктивной испаряемости. На защищенных полях площадью 50-100 га испаряемость уменьшается на 15%. Экономия влаги на таких полях достигает 60 мм. В широких насаждениях экспедиционного периода под пологом полос образовалась лесная обстановка. Там температура воздуха в жаркий период на 50С ниже, а влажность воздуха на 8-14% выше, чем в узких лесных полосах без кустарникового подлеска. Но для лесной мелиорации сельскохозяйственных угодий лучшими являются ажурные и ажурно-продуваемые лесные полосы.
Установлено положительное влияние лесных полос на регулирование поверхностного стока. Лесная полоса, поглощая поверхностный сток, переводит его во внутрипочвенный и грунтовый. Результаты специальных опытов по изучению поверхностного стока на водосборах Каменной степи, проводимых с 1892 года, показали, что на безлесных ландшафтах его коэффициент составляет в среднем 0,72, а при 100%-ной защищенности площади водосборов лесными насаждениями – всего 0,16.
Улучшение водного режима почв на облесенных полях обусловлено также экономным расходованием влаги полевыми культурами на транспирацию и из-за уменьшения ее физического испарения с поверхности почвы. Так, суммарное испарение среди лесных полос составляет 576 мм, а на открытом участке – 826 мм, или в 1,4 раза больше. На формирование урожая 1 кг зерна озимой пшеницы под защитой лесных полос расходуется в среднем 309 л воды, а на открытых участках – 369 л, или на 20% выше.
В целом улучшение микроклимата наряду с повышением устойчивости земледелия обеспечивает рост урожайности всех возделываемых культур. Особенно существенно это проявляется в засушливые годы, когда продуктивность зерновых стабильно бывает выше на 6-8 и более ц/га, чем в окружающих хозяйствах.
Виктор Турусов, академик РАН, доктор с/х наук, зав. лабораторией эколого-ландшафтных севооборотов, ФГБНУ «Воронежский ФАНЦ им. В.В. Докучаева»
