книги из ГПНТБ / Холупяк К.Л. Устройство противоэрозионных лесных насаждений

Таким образом, залужение отдельных участков на склонах мо­ жет быть широко использовано не только с целью дополнитель­ ного создания фитомелиофонда, но и как средство устранения до­ пущенных или неизбежных недостатков размещения лесных насаж­ дений.

Защита сооружений лесными насаждениями

Выше были рассмотрены примеры улучшения противоэрозионного устройства лесных насаждений при помощи простых земляных сооружений. Вместе с тем водоотводные и особенно водозадержи­ вающие валы и канавы сами нуждаются в лесомелиоративной за­ щите от заиления, заноса снегом, промерзания и различных по­ вреждений. Поэтому обеспечение взаимодействия лесомелиоратив­ ных и гидротехнических приемов является основным условием их эффективного применения.

Размещение хорошо устроенных лесных насаждений выше водо­ отводных и водозадерживающих сооружений, не только улучшает условия эксплуатации последних, но и повышает эффективность лесомелиоративных приемов всего комплекса противоэрозионных мероприятий. По данным Н. И. Суса (Агролесомелиорация, 1959), водозадерживающие сооружения без защиты могут удовлетвори­ тельно работать 5—10 лет. В условиях интенсивного смыва и раз­ мыва они выходят из строя уже в первый большой ливень или ве­ сенний паводок. Данные наших исследований показывают, что прудки выше валов, построенных на полевых землях выше вершин действующих оврагов в 1968—1971 гг., заилены на 20—50%, из них уже разрушено до 10—15%. В связи с широким применением со­ оружений (валов, канав) для борьбы с оврагами их защита от за­ иления приобрела большое значение.

Сооружения следует размещать под пологом насаждений, на расстоянии 7—10 м от верхней их границы. Это обеспечит, при на­ личии кустарниковой опушки, защиту их от ила и сугробов снега. Эффективность этой защиты, как уже отмечалось, зависит от спо­ соба размещения границ и соответствующих условий прохождения стока к сооружениям. На рис. 62 приведены основные варианты размещения стокоударных границ лесного насаждения, располо­ женных выше сооружений.

1. Граница де размещена наклонно. Сток с полевого водосбора собирается в прирубежный поток и отводится от сооружений. Это не только изолирует их от стока, но может привести к возникновению нового очага эрозии. Отвод стока вдоль границы усиливается, если параллельно ей размещена полевая дорога.

2. Граница ек размещена поперек ложбины. Сток со всего водосбора посту­ пает под полог леса в виде донного потока. Донный рабочий участок не может закольматировать смытую почву, и она откладывается в виде конуса и в зоне подпора. Это приводит не только к заилению прудка, но и расчленению его на

горизонтально или комбинированным способом, добиваясь высо­ кого их противоэрозионного устройства.

Результаты исследований и обобщение широкого опыта показы­ вают, что при комплексном применении лесомелиоративной защиты водоотводные и водозадерживающие сооружения сохраняются мно­ гие десятилетия (К. Л. Холупяк, 1955). Примером такого опыта может служить укрепление овражной системы «Цыбульчино» в кол­ хозе им. Ленина Кролевецкого района Сумской области Украин­ ской ССР. Для укрепления крупного оврага в 1931—1932 гг. был сооружен вал. Для его защиты было создано лесное насаждение,, по гребню вала посажен тополь. К моменту обследования в 1954 г.

он имел высоту 20—30 м (К. Л. Холупяк, 1955 а). На склоне выше вала создано лесное насаждение по древесно-кустарниковому типу смешения — из дуба, клена ясенелистного, липы. Такие насажде­ ния со стороны полей имеют двухступенчатый вид. Кроме отмечен­ ных насаждений, в некоторых местах создана опушка из кустарни­ ков (главным образом из аморфы). Такое насаждение имеет трех­ ступенчатое строение (рис. 63).

Границы рассмотренных насаждений обеспечивают такое пере­ распределение стока и формирование эрозионно-аккумулятивного микрорельефа, при котором сооружения полностью защищены от заиления.

Совмещение ветроломных и стокорегулирующих свойств

полезащитных лесных полос

При проектировании и осуществлении лесомелиоративных меро­ приятий необходимо прежде всего определить, к какому типу от­ носится данная эродируемая территория. По характеру эрозион­

ных процессов выделяют три основных типа территории, на кото­ рых проявляются: 1) только водная эрозия; 2) только ветровая эрозия; ,3) водная и ветровая эрозии в различных соотношениях. В первом случае лесные насаждения должны обеспечивать защиту почв от водной эрозии, во втором — от ветровой и в третьем — одновременно от водной и ветровой эрозий.

Наиболее сложной задачей является совмещение различных и противоречивых по своему характеру защитных функций лесных насаждений. В настоящее время это «противоречие» пытаются ре­ шить весьма упрощенно. Так, рекомендуется на склонах до 1,5— 2°, подверженных ветровой и водной эрозии, создавать полеза­ щитные полосы, которые удовлетворяли бы только противодефляционньш требованиям, т. е. размещать их поперек основного на­ правления эродирующих ветров и придавать им продуваемую кон­ струкцию при небольшой ширине. Этот способ хотя и прост, но не только не обеспечивает защиты почв от водной эрозии в пересечен­ ных районах, но в ряде случаев способствует ее развитию.

Водосборы крутизной до 2°, интенсивно используемые в сель­ ском хозяйстве, составляют до 70—80%. Это основная площадь, где происходит формирование стока, производящего смыв и осо­ бенно размыв на нижерасположенных крутых склонах и берегах гидрографической сети. Размещение лесных полос на этой терри­ тории без учета условий стока и эрозии на всем водосборе ослож­ нит применение агротехнических и других почвозащитных меро­ приятий.

Известно, что наиболее высокой стокорегулирующей способ­ ностью обладают высокополнотные широкие лесные насаждения с густой кустарниковой опушкой и подлеском, с хорошо развитым мертвым покровом. Вместе с тем для обеспечения равномерного распределения снега и выдутой с полей почвы полезащитные по­ лосы, по убеждению многих специалистов, должны быть узкими, продуваемой конструкции, т. е. без густой опушки и подлеска, не­ обходимых для создания лесной среды. При этом, к сожалению, не учитывается, что причиной образования сугробов снега и пыли в опушках ^является не только плохая продуваемость лесных полос, но и отсутствие между ними аэродинамического взаимодействия, обеспечивающего необходимое снижение скорости ветра, защиту почвы и урожая сельскохозяйственных культур от ветровой эро­ зии. Так, система непродуваемых полос в совхозе «Гигант» Ростов­ ской области обеспечивала защиту посевов во время сильных пыль­ ных бурь в I960 и 1969 гг. Отложение большого количества пыли в крайних полосах и вблизи их связано было не столько с конст­ рукцией, сколько с отсутствием аналогичной защиты на полях, окружающих совхоз. Продуваемость крайних полос в данном слу­ чае уменьшила бы величину сугробов, но привела бы к погребению посевов пылью.

От ширины полос зависит потеря пахотных земель, которые необходимо отводить под лесные насаждения. Так, при ширине их 7,5—10,5 м должно быть облесено 2—3% сельскохозяйственных

земель, а при 35—60 м — до 10%. Отсюда возникает необходимость установления минимальной ширины всех видов лесных полос. Это несоответствие в значительной мере может быть устранено лишь в результате создания всей системы лесных насаждений, включа­ ющей узкие и широкие, плотные и продуваемые полосы, отдельные куртины и массивы, размещаемые на склонах, в вершинах и по дну

идругих видов насаждений и объективно оценивая их качество, необходимо найти каждому из них свое место и применение. Это значит, что необходимо устанавливать оптимальный вариант си­ стемы лесных насаждений.

Участки лесных полос, которые должны принимать участие в ре­ гулировании стока, составляют обычно лишь небольшую их часть. Это дает возможность во многих случаях совместить ветроломные

истокорегулирующие функции полосных насаждений. Сохраняя общую продуваемую конструкцию лесных полос, необходимо созда­ вать хорошую защитную лесную обстановку на донных и угловых стокосбросных участках, т. е. на пути движения потоков, опасных в эрозионном отношении. Г. Н. Высоцкий (1938) рекомендует в та­ ких местах, особенно выше вершин оврагов, высаживать кустар­ ники и полутравянистые растения, способные создавать густой

покров из переплетенных ветвей. Вблизи вершин, по его мнению, следует высаживать берест, терн, бересклет и другие корнеотпры­ сковые породы..

Н. И. Сус (1947), основываясь на своем многолетнем опыте, а также наших исследованиях, выполнявшихся под его руководст­ вом, обращает внимание на то, что водорегулирующие (рабочие) участки полезащитных лесных полос должны обеспечивать распы­ ление и поглощение излишков стока, поступающего с полевых уго­ дий. В связи с этим он ставил также вопрос о необходимости пере­ смотра рекомендаций по созданию только 5—7-рядных полос без кустарникового подлеска.

Продуваемые полосы с отдельными, более плотными и непро­ дуваемыми рабочими участками в наибольшей мере соответствуют задачам комплексного воздействия их на неблагоприятные для сельского хозяйства природные явления — водную и ветровую эро­ зию. Более обильное местное отложение снега на рабочих участках будет способствовать задержанию и фильтрации талых вод и рас­ ширению фронта сброса стока в лес (в обход сугробов). Преры­ вистые густые опушки (через 10—15 м) рекомендовали создавать Ю. П. Бяллович (1952), Д. Л. Арманд (1954) и др. Такое сочета­ ние участков с различной конструкцией весьма выгодно и для регу­ лирования стока, так как уменьшается подток талых вод к стоко­ сбросным участкам.

Таким образом, использование стокорегулирующих возможно­ стей полезащитных полос вполне обоснованно. Этот широко распро­ страненный вид насаждений обычно приурочен к приводораздель­ ным склонам, где начинает зарождаться первичная сеть потоков.

В условиях малых уклонов стокорегулирующая эффективность ра­ бочих участков возрастает во много раз. Более эффективными здесь являются также организационные мероприятия, направлен­ ные на увеличение фронта сброса стока в насаждения, а также простые гидротехнические средства усиления мелиоративных воз­ можностей насаждений.

Если значительная часть площади лесной полосы принимает сток с полей и мелиоративные нагрузки достигают критических размеров, все насаждение по своей конструкции должно соответ­ ствовать стокорегулирующим и почвозащитным целям.

Лесоводственное усиление рабочих участков необходимо осуще­ ствлять у всех видов стокорегулирующих насаждений. Донные уча­ стки насаждений, в отличие от всех других, обязательно должны быть плотными и иметь густой подлесок. В отдельных случаях они могут состоять только из кустарников. В условиях интенсивной русловой эрозии не рекомендуется высажить по дну крупно­ ствольные деревья.

Совмещение стокорегулирующих и ветроломных функций лес­ ных полезащитных полос, достигаемое путем дифференцированного подбора пород и конструкций для их отдельных участков, Дает воз­ можность наиболее рационально использовать все многообразие естественных и искусственно создаваемых лесорастительных усло­ вий. Такие типы насаждений будут наиболее устойчивыми, продук­ тивными и обладать высокими мелиоративными качествами.

При созданий системы насаждений необходимо особое внимание уделять размещению поперечных (вдоль склона) полезащитных полос по дну ложбин. В неглубоких пологих ложбинах с водосбо­ рами до 5—7 га полосы могут быть узкими с низкорослым подлес­ ком из айвы и других кустарников (Б. И. Логгинов, 1961).

Принципы расчета ширины лесных насаждений

Расчет ширины стокорегулирующих противоэрозионных лесных насаждений является одной из важных задач лесомелиоративного проектирования. Она должна определяться в направлении прохож­ дений потока под пологом леса с учетом местных форм склона и условий проявления эрозионно-аккумулятивных процессов. Ниже рассмотрены принципы таких расчетов, основанных на интеграль­ ных показателях противоэрозионного устройства лесных насаж­ дений.

Основная формула для расчета ширины лесного насаждения.

Преобразуя ранее установленную нами зависимость М = F F получим отношение

(37)

из которого видно, что длина рабочего участка а прямо пропорци­ ональна площади водосбора F и обратно пропорциональна средней ширине рабочего участка b и допустимой мелиоративной на­ грузке М.

Заменив М из формулы (37) на его значение (73—253 і) в фор­ муле, (31), получим эмпирическую расчетную формулу для опреде­ ления ширины насаждения:

F

D ~ b (73 — 253/) , l '

где D — минимально необходимая ширина насаждения, равная максимальной длине рабочего участка R, м;

F — площадь водосбора, м2;

b — средняя ширина рабочего участка, м\

п — коэффициент, зависящий от типа стокосбросного участка. Коэффициент при / (253) и свободный член (73) соответствуют почвенно-климатическим условиям лесостепной зоны Левобереж­

ной Украины.

Количественное выражение М для формулы автора (К- Л. Хо-

.лупяк, 1951) получено с участием А. А. Чернышева (К. Л. Холупяк, А. А. Чернышев, 1956). Для практического пользования ею со­ ставлены таблицы и номограмма. В качестве примера приведена табл. 26. Ширина лесного насаждения в ней вычислена на 1 га во­ досбора', при уклонах рабочих участков tg і от 2 до 15° и средней ширине их b (через 5 м). Ширина насаждения в табл. 26 вычислена для донных рабочих участков. Если принять п = 1 , то для рабочего

На основе данных исследований, выполненных в различных поч­ венно-климатических условиях, установлено, что в степных райо­ нах на обыкновенных черноземах при уклонах 2—3% лесные на­ саждения способны в процессе роста создать необходимую лесную среду, обеспечивающую полное зарегулирование стока, при мелио­ ративной нагрузке М до 100 м2/м2. В условиях лесостепи на дегра­ дированных черноземах М не должно превышать 50—60 м21м2,

а в сильноэродируемых районах с оподзоленными бесструктурными почвами, подстилаемых лёссом, 25—30 ж2.

Минимальная ширина лесного насаждения а в ряде случаев (для выравнивания границ, размещения сооружений и т. п.) должна быть увеличена на соответствующую величину d *. Отсюда факти­ ческая ширина насаждения будет равна

В заключение следует отметить, что расчеты по формуле (38) не строятся, как ошибочно утверждают некоторые авторы, на ос­ нове данных наблюдений за весенним или ливневым стоком

мулы не требует многолетних наблюдений за стоком.

Определение длины стокосбросного участка. При осуществле­ нии противоэрозионного устройства лесомелиоративного фонда весьма важным является определение длины стокосбросного уча-, стка В, от которого зависит длина рабочего участка и, в конечном итоге, ширина насаждений.

Из формул (18), (20) и (21) видно, что в условиях донного сброса Ві = 2Ь, для склоново-углового Bz=l,5b и для горизонталь­ ного Bz = b. Заменив в формуле (38) b на В получим

определить, какая длина стокосбросного участка должна им соот­ ветствовать. Так, при F==5 га, 7=0,052 и D = 20 м

Отсюда 5 = 84 ж, площадь рабочего участка 5= 20 -42= 840ж2 и 44= 59 ж2/ж2.

Длина В может быть определена также в натуре при помощи нивелира или уклономера автора.

Определение средней ширины лесного насаждения. Длина ра­ бочих участков, а следовательно, и ширина насаждений варьируют в значительных пределах. Одной из практических задач, возника­ ющей в связи с применением описываемого расчетного метода, яв­ ляется определение средней ширины насаждения на отдельных его участках.

* При создании насаждений с временным запасом ширины d может быть соответственно увеличено.

Расчет длины рабочих участков производится на основе топо­ графической основы (масштаб не мельче 1 :5000) и данных допол­ нительных изысканий. Если длина рабочих участков равна или меньше предварительно принятой ширины полосы (т. е. а^ D \) , топоследняя может переноситься в натуру с учетом местных условий. Однако во многих случаях донные и угловые рабочие участки ока­ зываются длиннее принятой средней ширины насаждения (a> D і). В этих случаях необходимо улучшить известными уже нам спосо­ бами противоэрозионную устроенность стокоударных границ и та­ ким образом расширить фронт сброса стока в насаждение. Увели­ чение площади рабочих участков дает возможность сохранить на-

Это расширение может быть осуществлено: на всем протяжении на­ саждения; для нескольких рабочих участков, расположенных рядом: (рис. 64); для отдельных рабочих участков (донных или угловых) с.большими водосборами и имеющих недопустимую мелиоратив­ ную нагрузку. Расширение насаждения может производиться как в сторону поля, так и гидрографической сети. Размещение верхней границы аи бі (рис. 65, а) выше коротких местных ложбин на уча­ стке с меньшими уклонами дает возможность значительноулуч­ шить условия поступления стока в насаждение и таким образом обеспечить его регулирование при меньшей ширине. При пересече­ нии лесной полосой вершин размывов насаждение расширяется в сторону водораздела. Его граница де на этом участке устанавли­ вается по возможности на ровном склоне по горизонтали (рис. 65,6). Для этого участка насаждения производится сооответствующий расчет его ширины. Если потеря земли под облесение нежела­ тельна, применяют водоотводные и водозадерживающие соору­ жения.

Перенос подзащитной границы вниз по склону, в том числе на берег балки, менее эффективен, и так как здесь обычно располо­ жены большие уклоны и ложбины. Однако эта мера может быть рациональной ввиду того, что облесению подлежат менее ценные или не используемые в сельском хозяйстве сильносмытые склоны. Расчет ширины насаждений на склонах с резким изменением укло­ нов и наличием ложбин на пути потоков под пологом леса необхо­ димо производить по участкам с при­

собствующих расширению дна.

Допустим, что необходимо вычислить ширину донного насажде­ ния при наличии хорошо выраженного естественного водосбора ложбинного типа площадью F= 6 га (рис. 66). Уклон облесяемого участка ложбины г = 0,01; средняя ширина потока (рабочего уча­ стка) Ь = 5 м, п — 1.

По табл. 26 или формуле (38) определяем минимальную ши­ рину насаждения:

Если учесть, что часть стока будет задержана на водосборе агротехническими приемами, то эта величина соответственно умень­ шится. При задержании стока с 30% водосбора ширина донного насаждения будет равна 119 м. Облесение дна ложбины на таком