«Влияние полезащитных лесных полос на водно-физические свойства почвы и состав населения жужелиц прилегающих полей Монография Саранск Мордовское книжное издательство 2005 УДК –631.4:595:762.12 ББК – 40.3 Ч - 349 ...»

Чегодаева Н.Д., Каргин И.Ф., Астрадамов В.И.

Влияние полезащитных лесных полос

на водно-физические свойства почвы

и состав населения жужелиц

прилегающих полей

Монография

Саранск

Мордовское книжное издательство

2005

УДК –631.4:595:762.12

ББК – 40.3

Ч - 349

Рецензенты:

кафедра агрохимии и почвоведения Аграрного института Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева;

доктор географических наук, профессор, зав. кафедрой экологии и природопользования Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева А.В. Каверин;

кандидат биологических наук, доцент кафедры зоологии и экологии Мордовского государственного педагогического института им. М.Е. Евсевьева И.Е. Киселев Ч - 349 Чегодаева Н.Д., Каргин И.Ф., Астрадамов В.И. Влияние полезащитных лесных полос на водно-физические свойства почвы и состав населения жужелиц прилегающих полей: Монография /Мордовское книжное изд -во. – Саранск, 2005. - 125 с.

Монография включает материалы об истории создания полезащитных лесных полос, их влиянии на водно-физические свойства почвы, содержание гумуса, снегоотложение, а также, о видовом составе, численности, экологических группах жужелиц, как одного из почвенных биокомпонентов, на защищенных агроценозах, лесных полосах, открытом поле и на межполосном пространстве, их зависимость от свойств почвы и воздействие на урожайность сельскохозяйственных культур.

Монография может быть использована в учебном процессе при подготовке специалистов биологических и сельскохозяйственных специальностей, а также представляет интерес для экологов, почвоведов, агрономов и биологов.

УДК - 631.4:595.762. ББК – 40. Мордовское книжное издательство, Чегодаева Н.Д., Каргин И.Ф., Астрадамов В.И.,

ВВЕДЕНИЕ

Прошедшие за последние столетия изменения ландшафтов, в основном, в сторону сведения первичных лесов и укрупнения сельскохозяйственных угодий, неблагоприятно сказываются на состоянии окружающей среды и диктуют необходимость ландшафтного планирования на строго научной основе. Современные проблемы оптимизации сельскохозяйственных ландшафтов сводятся к улучшению их структурированности (пятнистости), созданию единой сети экологических коридоров (лесополос). Но с каждым годом создание лесонасаждений сокращается, что снижает потенциальное плодородие земель. Защитные лесонасаждения являются мощным гидроклиматическим фактором, распространяющим свое многостороннее действие на окружающую природную среду. Сочетание лесонасаждений и сельскохозяйственных угодий придает ландшафту то необходимое разнообразие, которое в конечном итоге определяет их стабильность, повышает их общую биологическую продуктивность.

Образуемые защитными лесными насаждениями биогеоценозы в различных природных условиях составляют отлаженные природные системы, объединенные единым функционированием. В различных природных зонах лесные полосы выступают в качестве регулятора, сглаживающего экстремальные условия во времени и в пространстве, благодаря чему почвообразование на защищенных полях приобретает новые черты. Создание системы защитных лесных насаждений, а также искусственных лесов привело к появлению лесных антропогенных ландшафтов, которые хотя и созданы человеком, но развиваются согласно природным закономерностям и составляют один из генетических рядов природных ландшафтов, где развиваются наиболее приспособленные растения, животные, формируются свои биоценозы.

Обязательным элементом рационального землепользования является закладка защитных лесных полос, специальных микрозаповедников, живых изгородей, “экологических коридоров”, позволяющих животным свободно мигрировать по всем территориям агроландшафта и вовремя покидать опасные зоны. Этим обеспечивается биоценотическая целостность и взаимовлияние природных экосистем и агробиоценозов.

Наиболее многочисленной группой почвенных беспозвоночных животных агроценозов являются жужелицы, которые используются как индикатор состояния почвенно-растительных условий и сукцессионных процессов в естественных и антропогенных ландшафтах (Гиляров М.С., Шарова И.Х., 1964;

Адашкевич Б.П., 1971; Будилов В.В., 1992; Шарова И.Х., 1999; Чегодаева Н.Д., 2004). Большинство распространенных полевых жужелиц являются многоядными энтомофагами, способными ограничить численность многих вредителей сельскохозяйственных культур (Карпова В.Е., 1984). Личинки жужелиц являются преимущественно сапрофагами, участвующими в разложении растительных остатков.

Численность, видовой состав жужелиц свидетельствует о состоянии агроценозов. Как индикаторные организмы они удобны по многим причинам:

они присутствуют во всех агроценозах, занимают большое количество экологических ниш, обычно многочисленны, невелики по размеру и, как правило, имеют короткие жизненные циклы (Бей-Биенко Г.Я., 1957; Григорьева Т.Г., 1973; Гиляров М.С., 1982; Бутковский Р.О., 1993; Шарова И.Х., 1995; Чегодаева Н.Д., 2002; 2004).

Настоящая работа посвящена изучению влияния 50-летних полезащитных лесных полос на видовое разнообразие, численность, экологическую структуру жужелиц и агроэкологические свойства почвы на прилегающих полях в условиях центральной лесостепи России. Она доказывает положительное влияние лесополос видовой состав и численность жужелиц как важнейшей группы биокомпонента почв в самих полосах и на прилегающих полях, а также на содержание гумуса, водно-физические свойства, снегоотложение. Полученные данные позволяют оценить роль лесополос в формировании наиболее полезных экологических групп карабидофауны. Данные по экологии населения жужелиц могут быть использованы в области экологического мониторинга за состоянием агроценозов.

1. ИЗ ИСТОРИИ ЗАЩИТНОГО ЛЕСОРАЗВЕДЕНИЯ

Истоки защитного лесоразведения как специального приема лесомелиорации среды и биологической защиты объектов теряются в отдаленном прошлом. В разных странах мира наряду с истреблением естественных лесов шел процесс искусственного расселения деревьев и кустарников. Он сопутствовал обустройству жилищ, населенных пунктов, строительству дорог, восстановлению вырубок.

В XVIII веке леса на сельскохозяйственных землях рассматривались как источник древесины и дров на топливо. В работах А.Т. Болотова, относящихся ко второй половине этого века, даны обстоятельные рекомендации для сельских хозяев, как выращивать лес. Но нет еще указаний на полезную для сельского хозяйства роль. Более того, лес считается антагонистом пашни, так как приносит ей вред и тем, что занимает площадь, и тем, то оказывает непосредственное отрицательное воздействие на полевые культуры.

А.Т. Болотов считал, что «… самую добрую землю под лес употреблять здравому смыслу противно и всеобщей пользе предосудительно» (Болотов А.Т., 1952). Здесь речь идет о лесе как источнике древесины. Вместе с тем он ратовал за увеличение общей лесистости за счет облесения таких мест, как косогоры, бугры, песчаные и все такие прочие места, которых ни в пашни обратить, ни травы с них для сенокоса получить. Хотя его работы и не отмечали положительное влияние леса на урожай сельскохозяйственных растений, его заметки были полезными для развития агролесомелиоративной мысли в России. Возможно, именно они натолкнули И.Я. Ломиковского на организацию своего «древопольного хозяйства», которое он начал создавать с 1809 года на Украине.

Этот совершенно удивительный эксперимент по тем временам - до сих пор непревзойденный пример комплексного ландшафтно-мелиоративного освоения сельскохозяйственной территории. Он положил начало развитию агролесомелиорации как защитного лесоразведения на сельскохозяйственных землях, основанного на применении разных видов насаждений в зависимости от особенностей рельефа, почв, гидрологии, с учетом характера хозяйственного использования земель. Уже тогда агроном-практик отмечал многообразную роль защитных лесонасаждений, создающих совершенно новую природную обстановку. В 1837 году в России вышла книга И.Я. Ламиковского «Древопольное хозяйство в селе Трудолюб». Интерес к степному лесоразведению возрастает, обсуждаются как общие вопросы роли и места естественных лесов в народном хозяйстве, так и технологические приемы создания новых насаждений.

Во второй половине XIX в. развитие промышленного производства в России еще больше способствовало истреблению естественных лесов. Распашке новых земель невиданных размеров. Вместе с этим стали учащаться засухи, развиваться ветровая эрозия и дефляция почв. Оскудение зеленого покрова земли стало непосредственно влиять на продуктивность сельского хозяйства. Все большее число специалистов начинает задумываться над судьбами отечественного земледелия, искать пути его улучшения.

В середине XIX в. В.П. Скаржинский пришел к выводу о необходимости государственного подхода к благоустройству степей. Он указывал, что для удержания холодных и жгучих ветров, умножения дождей достаточно засадить лесом полосы, от которых выиграет полеводство. По его мнению, полосы леса должны быть посажены по всем возвышенностям между реками и балками перпендикулярно берегу моря, а также через 20-30 верст поперек, чтобы получить огромные квадраты, покрывающие всю площадь степей и в балках, для сохранения искусственно устраиваемых в них водохранилищ и образования ключей. Считалось, что одних этих мер достаточно для защиты территорий от засух и суховеев. Трудами В.П. Скаржинского было создано около 400 га леса.

Так зарождались идеи агролесомелиорации в практических работах лесоводов и агрономов, в недрах степного лесоразведения, первоначально возникшего с целью получения ценной древесины. Во второй половине XIX в.

все более настойчиво утверждается идея об использовании лесных насаждений в сельском хозяйстве, опираясь на возросшее число примеров положительного влияния леса на урожай. В тульской губернии на непригодных для сельского хозяйства участках отец и сын Шаталовы за период с1821-1891 гг.

создали более 400 га лесных насаждений. В 70-80 –х годах в Херсонской губернии А.А. де Карриер впервые начал посадку ленточных полос на полях с целью создания благоприятных условий для роста и созревания хлебов, заняв насаждениями 7% полевых угодий. Ширина полос составляла 30 – 40 м, расстояние между ними 200 – 400 м, площадь полей 26 – 26 га. В эти же годы велись посадки лесных полос на Кубани, Саратовской губернии.

Стихийная агролесомелиорация к концу XIX в. заметно шагнула вперед.

И хотя практика опережала теорию, научные основы защиты сельскохозяйственных земель лесом еще предстояло разрабатывать.

Начало научной разработки вопроса о природе степей, о значении для степей полезащитных лесонасаждений и о возможностях и методах облесения степей положила докучаевская экспедиция 1891 г. Экспедицией было проведено широкое комплексное изучение природы степей, созданы на опытных участках оригинальные проекты организации степных территорий и размещения на них системы защитных насаждений.

В 1892 г в книге «Наши степи прежде и теперь» В.В. Докучаев впервые обосновал необходимость системы комплексных мероприятий по оздоровлению «земледельческого организма» России. Именно в работах В.В. Докучаева и руководимой им экспедиции защитное лесоразведение стало неотъемлемой составной частью благоустройства степей. В них впервые сформулированы научные основы преобразования открытых степных ландшафтов в культурные лесоаграрные, выявлена роль древесной и кустарниковой растительности. Программа осуществлялась на Старобельском и Каменностепном опытных участках, где с 1911 г. была организована сельскохозяйственная опытная станция имени В.В. Докучаева, а 35 лет спустя научноисследовательский институт. Этот ландшафт до сих пор служит фундаментальным объектом научной агролесомелиорации.

С 1893 г. Г.Н. Высоцкий теоретически обосновал возможности степного лесоразведения и написал ряд работ, в которых степное лесоразведение увязывается с климатическими, почвенно-грунтовыми и гидрологическими условиями местопроизрастания.

Одновременно с развитием степного массивного лесоразведения в г. лесным департаментом было положено начало использования леса в борьбе с подвижными песками и эрозией. Так за период с 1898 по 1908 г. ежегодно закреплялось около 6 тыс. га подвижных песков. В последующие годы (1908-1915) район развертывания работ был значительно расширен путем включения новых губерний и областей.

Однако социально-экономические условия того времени в значительной мере тормозили развитие этих работ. Обширные пространства песков и территории, пораженные размывами и смывами, рассматривались как неудобные, бросовые.

В дальнейшем защитное лесоразведение становится планомерным государственным мероприятием по борьбе с засухой и эрозией почвы. Постановлением Совета Труда и Обороны «О борьбе с засухой» от 29 августа 1929 г.

лесному хозяйству был поставлен следующий план на 1929 – 33 гг.: по лесоаграрной мелиорации провести: укрепление и облесение оврагов на площади 62,4 тыс. га; закрепление песков на площади 370 тыс. га.

На территории Мордовии защитное лесоразведение первоначально проводилось с целью предотвращения движения песков. Земельные общества, а затем колхозы (1928 – 1933 гг.) производили шелюгование с последующим облесением песков сосной. Посадки сосны 30-х годов сохранились около с.

Старое Зубарево Краснослободского района, с. Барашево Торбеевского района, в Темниковском, Краснослободском и других районах.

Постановлением Совнаркома СССР от 31 июля 1931 г. все лесные массивы СССР были разделены на зону лесопромышленного и зону лесокультурного значения. Этим постановлением Главлесхоз СССР обязывался в 5–ти летний срок облесить в лесах лесокультурной зоны 2-3 млн. га на непокрытых лесом вырубок, пустырей и гарей, а также развивать агролесомелиоративные работы по закреплению и хозяйственному освоению песков и оврагов по облесению берегов водохранилищ и каналов.

Важным событием в степном лесоразведении была Всесоюзная конференция по борьбе с засухой, состоявшаяся осенью 1931 г. в Москве, подтверждающая необходимость посадки в южных, юго-восточных областях и на Средней Волге в течение 5 лет не менее 3 млн. га леса. Для выполнения данной программы были созданы областные тресты, названные лесхозами, которые для посадки леса на колхозных землях привлекали колхозных рабочих.

В гослесфонде началось плановая закладка лесных полос на полях колхозов и совхозов, облесение оврагов, закрепление песков. За период с по 1937 г. на полях заложено 288.03 тыс. га лесных полос.

22 июня 1936 г. при Совнаркоме создано Главное управление лесоохраны и лесонасаждений, а в республиках, краях и областях республиканские, краевые и областные управления лесоохраны и лесонасаждений. Но работы по закладке лесных полос проходили с большими трудностям. Качество закладываемых культур был низким. Неудовлетворительные результаты агролесомелиоративных работ объяснялись несовершенством агротехники и недостаточностью финансирования. Эти работы во многих областях не находили должной поддержки со стороны местных органов. По этим причинам из заложенных в 1931-1936 гг. 500 тыс. га лесных насаждений сохранилось не более половины. Лесомелиорация продолжала хиреть и в 1938 г. заложено лесополос на площади 51, тыс. га, в 1940 г. и в 1941 г. (весна) – всего 30 тыс.

га. В Мордовии с 1936 по 1946 г. посажено и посеяно 26, 3 тыс. га леса.

К 1947 г. сформировался Институт леса Академии наук СССР под руководством академика В.Н. Сукачева. В 1948 г Институтом леса было проведено совещание, посвященное проблемам полезащитного лесоразведения. Работа совещания подготовила путь к принятию большого плана степного лесоразведения. В постановлении совещания дано научно-теоретическое обоснование необходимости облесения степных и засушливых районов.

Лесоразведение в степи наибольшего подъема достигло в 1948-1953 гг.

В 1947 г. республики и области засушливой зоны европейской части СССР были основными производителями зерновых и многих технических культур.

Лесные научные учреждения установили, что 3-4 га лесных полос на каждые 100 га пашни, являются той нормой облесения полей, при котором можно рассчитывать на получение устойчивых и высоких урожаев. При этой норме только в европейской части СССР в 1947 г. намечалось создать свыше 5 млн.

га полезащитных насаждений. Степное лесоразведение все более становилось составной частью работы не только органов лесного хозяйства, но и Министерства сельского хозяйства СССР и совхозов.

В 1948 г. в газете «Правда» от 24 октября было опубликовано постановление правительства «О плане создания полезащитных лесонасаждений, внедрения травопольных севооборотов, строительства прудов и водоемов для обеспечения высоких и устойчивых урожаев в степных районах европейской части СССР», по которому необходимо было всем колхозам и совхозам степных и лесостепных районов на основе многолетнего опыта научноисследовательских институтов, передовых хозяйств начиная с 1949 г. приступить к планомерному и широкому внедрению мероприятий по подъему земледелия. В этой системе полезащитным насаждениям отводилось первое место. Постановлением предусмотрено в 1949 – 1965 гг. закладка 5709 тыс.

га защитных лесных насаждений, в том числе 3592,5 тыс. га – силами и средствами колхозов и совхозов с помощью государства; 1536,5 тыс. га силами Министерства лесного хозяйства.

В Мордовии защитное лесоразведение широкое развитие получило с года. За период с1949 по 1962 г. заложено полезащитных, противоэрозионных и других насаждений на площади более 40 тыс. га. Кроме того, 200 км лесных полос было заложено вдоль республиканских дорог, что составляет 10 % к протяженности основных дорого республики.

Несмотря на важное значение лесных насаждений для получения высоких и устойчивых урожаев, в республике лесоразведению не уделялось должного внимания. Во многих хозяйствах их посадка прекращена, а за имеющимися полосами не организован должный уход и контроль. Во многих местах проводятся бессистемные вырубки, пастьба скота. В результате из общего количества посаженых в республике лесонасаждений сохранилось только 19,3 тыс. га, в том числе полезащитных - 5.5, овражно-балочных – 1,5, насаждений на песках и прочих неудобных землях – 12,3 тыс. га.

В последующие годы закладка лесных полос шла не столь интенсивно, а в последние десятилетия в виду спада экономики, ухудшения состояния материально-технической базы сельскохозяйственных предприятий и фермерских хозяйств сократился объем мероприятий по улучшению земель, что приводит к потере гумуса в пахотном горизонте почвы. Одним из самых неблагоприятных факторов, влияющих на качество почв республики, является эрозия почв. Более 40 % почв Мордовии по своему составу являются серыми лесными и дерново-подзолистыми, которые характеризуются слабой эрозионной устойчивостью. Около половины площадей пашни расположены на склоновых землях. Площади эрозионно-опасных сельскохозяйственных угодий составляют 1296 тыс. га. Происходят процессы оврагообразования, что ведет к сокращению посевных площадей. Из-за отсутствия финансовых средств в хозяйствах практически не ведутся работы по устранению этих процессов, в том числе и закладка полезащитных лесных полос – самого действенного фактора, приостанавливающего разрушение почв.

В последние годы вопрос закладки защитных лесонасаждений заложен в рамках Федеральной целевой Программы «Экология и природные ресурсы России» и в 2002 году планировалась посадка 50 га лесных полос, что в республиканских масштабах является крайне недостаточной мерой для устранения процесса разрушения почв.

Степень влияния и эффективность лесных полос во многом зависит от строения в вертикальном профиле, т. е. их конструкции, которую определяют в основном по ажурности или по ветропроницаемости. На этой разделены соответствующие лесные полосы на 3 конструкции: непродуваемые, ажурные и продуваемые.

Непродуваемая лесная полоса представляет собой плотное, густое сверху донизу насаждение, сквозь которое ветер почти не проникает. В облиственном состоянии она представляет собой сплошную зеленую стену.

Ажурная (полупродуваемая) лесная полоса - более ветропроницаемое насаждение. Значительная часть потока ветра средней скорости проходит сквозь такую полосу. В облиственном состоянии через профиль такой полосы видны сквозные мелкие просветы.

Продуваемая лесная полоса – густая сверху, где кроны деревьев, и со сквозными крупными просветами внизу, на высоте до двух метров. Продуваемые лесные полосы представляют насаждения из густокронных деревьев разной высоты без кустарников. Ветровой поток, подходя к продуваемой полосе, обычно разделяется на две части, их которых верхняя переваливает через насаждение, а нижняя с усиленной скоростью проходит между стволами деревьев.

Полная оценка эффективности лесных полос различных конструкций возможно только на основе всестороннего комплексного исследования их влияния на урожайность межполосных полей, на микроклимат межполосной клетки и полосы в различных климатических условиях с учетом экономической стороны вопроса.

Материалы, заложенные в предлагаемую работу, получены на основании наших исследований, которые проводились в 1994 -2001 гг. на полях ТОО "Свердловское", Октябрьского района г. Саранска, защищенных параллельными лесополосами, расположенными в западно-восточном направлении, находящимися в 500 метрах друг от друга. Лесные полосы - 15-рядные, шириной 23 метра, высота древостоя 12 метров. Лесополосы заложены в 1949 г. Видовой состав деревьев представлен дубом черешчатым (Ouercus robur L.), ясенем американским (Fraxinus americana L.), ясенем обыкновенным (Fraxinus execelsior L). Изредка встречаются вяз гладкий (Ulmus laevis Pall.), караганник древовидный (Caragana arborescens Lam.), рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L). Подрост представлен молодыми деревьями этих же пород. Задернение слабое, лишь небольшими местами, в основном, злаковыми травами. Местами встречается ландыш майский (Convallaria majalis L.) и сныть обыкновенная (Aegopodium podagraria L).

Границы лесных полос и полей узкие 1 - 2 м. Задернение злаковое. Основу травостоя составляли: лопух паутинный (Arctium tomentosum Mill.), пикульник красивый (Galeopsis speciosa Mill.), пустырник пятилопастной (Leonirus guinguelobatus Gilib.), мятлик луговой (Poa pratensis speciosa Mill.), кострец безостый (Zerna inermus Lindm.), пырей ползучий (Elytrigia repens Neiski.) и другие злаки.

Между двумя лесными полосами в 1994 г. поле было занято кострецом безостым, в 1995 - ячменем, в 1996 –1998 гг. - кукурузой. На наветренной стороне лесных полос с южной экспозиции поле засевалось ячменем.

Полевой участок имел ровный рельеф, был однороден в отношении почвенного покрова.

Нами изучалось влияние полезащитных лесных полос на экологический состав населения жужелиц, как биокомпонента, и водно-физические свойства почвы защищенных полей. Все исследования проводились по общепринятым методикам.

2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ НАСЕЛЕНИЯ ЖУЖЕЛИЦ, КАК БИОКОМПОНЕНТА И ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ ПОЛЕЗАЩИТНЫХ

ЛЕСНЫХ ПОЛОС, ИХ ГРАНИЦ И ОТКРЫТОГО ПОЛЯ.

2.1. Эколого-фаунистические особенности жужелиц защищенных Естественные биогеоценозы функционируют как относительно устойчивые экологические системы, характеризующиеся большим видовым многообразием и сложностью взаимоотношений составляющих их биологических форм. Они обладают способностью к саморегуляции.

Иные условия складываются на посевах сельскохозяйственных культур.

В агробиоценозах часто отмечается ненормальное доминирование отдельных видов фитофагов и обедняется видовой состав нейтральных видов и энтомофагов, т.е. агроценозы - это регулируемые человеком агроэкосистемы (Бей Биенко Г.Я., 1957). В середине прошлого столетия доминирующим направлением в защите растений явилось применение высокотоксичных органических пестицидов. Это очень быстро привело ко многим отрицательным последствиям - к накоплению пестицидов в цепях питания, в почве, возникновению устойчивых к пестицидам популяций вредных организмов, потенциальной угрозе здоровью человека, нарушению естественных биоценозов, усилению процесса обеднения энтомофагов в агроценозах (Новожилов К.В., Шапиро В.А., 1974).

С ухудшением экологического состояния агрофитоценозов все чаще высказывается мнение об отказе от применения средств химизации и внедрении биологического земледелия (Лунев М.И., Кретова Л.Г., 1992).

Создание агрофитоценозов, при которых обеспечиваются условия для постоянного размножения энтомофагов и других полезных видов насекомых, птиц и мелких животных и постоянное в течение летнего периода их наличие на полях, исключает необходимость частого применения ядохимикатов.

В настоящее время основное внимание в биологической борьбе с вредителями следует уделить сохранению в природе энтомофагов, т.к. увеличилась во много раз опасность разрушения сложившихся взаимоотношений между видами животного мира и массового размножения отдельных видов. Применение ядохимикатов уничтожает не только особей одного вида вредителя, но и многих других полезных видов, препятствующих размножению вредителей. А разрушение агробиоценозов, в особенности гибель энтомофагов, вызывает беспрерывную необходимость усиливать применение ядохимикатов (Павлов И.Ф., 1971).

Средством восстановления экологического и биологического равновесия на сельскохозяйственных угодьях является создание систем полезащитных лесных полос в сочетании с другими приемами и видами лесных насаждений (куртины, живые изгороди и т.д.). Полезащитные лесные полосы не только средство мелиоративного воздействия на защищаемое поле, но и единственный постоянный элемент на угодьях, в значительной степени содействующий восстановлению биологического равновесия. Лесные полосы, живые изгороди и другие категории многолетних насаждений на сельскохозяйственных угодьях способствуют формированию полезной фауны, зарождению новых трофических связей, большей сбалансированности новых биогеоценозов и тем самым служат надежным средством биологического благоустройства сельскохозяйственных угодий (Виноградов В.Н.,1983).

Жужелицы могут использоваться как показатели степени изменения режима почвенных биоценозов под влиянием хозяйственной деятельности человека, при создании лесов и искусственных полезащитных насаждений в степных районах, распашке залежных земель, а также выпасах и укосах (Утробина Н.М., 1964; Тимралиев З.А., 1992; Киселев И.Е., 1997).

В агроценозах Carabidae являются одной из самых многочисленных и разнообразных семейств отряда жесткокрылых. По данным Tischler W., в агроценозах жужелицы по биомассе превосходят других членистоногих.

Численность и биомасса хищников напочвенного яруса превосходят таковые у фитофагов, составляя 40 % общей биомассы всех членистоногих агроценозов (Григорьева Т.Г., Жаворонкова Т.Н.,1973; Комаров Е.В., 1982).

Сведения о населении жужелиц Мордовии ограничивались краткими ссылками в сводках К. Линдемана (1871), Г.Г. Якобсона (1905), краткими фаунистическими сводками В. Редикорцева (1938), Н.Н. Плавильщикова (1964), З.А. Тимралиева (1987). Достаточно полные списки видов приводятся В.Ф. Феоктистовым (1979) для лесных и некоторых открытых естественных ландшафтов Мордовского заповедника, В.В. Будиловым (1992) для агроландшафтов Ельниковского района, И.Е. Киселевым (1997) для урбанизированных районов г. Саранска.

На основании анализа литературных данных (Феоктистов,1979; Будилов 1992; Киселев,1998) и в результате проведенных нами исследований выявлено, что на территории Мордовии распространено 174 вида жужелиц из родов. В целом по Мордовии наиболее полно представлены роды: Аmarа - вида, Agonum – 19, Harpalus - 15, Pterostichus -15, Carabus –12, Poecilus -5, Calathus - 6, Bembidion – 6, Cicindella – 5, Notiophilus – 5.

Доминирующими видами в различных биотопах Мордовии являются Carabus granulatus, C. nemoralis, C. hortensis, Bembidion properans, В.

guadrimaculatum, Poecilus cupreus, P. oblongopunctatus, Pterostuichus anthracinus, P. niger, P. nigrita, P. melanarius, Agonum assimile, A. krunickii, A.

obscurum, Calathus erratus, C. micropterus, C. halensis, Pseudoophonus rufipes, Anisodactulus binotatus.

Коэффициент фаунистического сходства жужелиц (по Жаккару) Мордовии и зоны смешанных лесов составляет 0,47; лесостепной зоны и Мордовии – 0,28; а зоны смешанных лесов и лесостепной зоны – 0,27 (Шарова, 1981). В фауне жужелиц Мордовии преобладают представители лесной зоны. Но пограничное положение Мордовии между зоной смешанных лесов и лесостепью указывает и на наличие степных видов.

По данным Феоктистова (1979) для лесных и некоторых открытых естественных ландшафтов Мордовского заповедника выявлено 109 видов жужелиц, относящихся к 27 родам.

На полях и естественных микростациях Ельниковского района Мордовии (Будилов, 1992) выявлено 87 видов жужелиц, относящихся к 30 родам.

Наиболее полно представлены роды Amara -19 видов, Harpalus -10, Pterostichus - 15, Poecilus - 5, Calathus - 5. К доминантным видам относятся:

Bembidion properans, Poecilus cupreus, Poecilus punctulatus, Harpalus (Pseudoophonus) rufipes.

Наши исследования проводились в 1994 -2001 гг. на полях ТОО "Свердловское", Октябрьского района г. Саранска, защищенных параллельными лесополосами, расположенными в западно-восточном направлении, находящимися в 500 метрах друг от друга. Лесные полосы - 15-рядные, шириной 23 метра, высота древостоя 12 метров. Лесополосы заложены в 1949.

Видовой состав деревьев представлен дубом черешчатым (Ouercus robur L.), ясенем американским (Fraxinus americana L.), ясенем обыкновенным (Fraxinus execelsior L). Изредка встречаются вяз гладкий (Ulmus laevis Pall.), караганник древовидный (Caragana arborescens Lam.), рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L). Подрост представлен молодыми деревьями этих же пород. Задернение слабое, лишь небольшими местами, в основном, злаковыми травами. Местами встречается ландыш майский (Convallaria majalis L.) и сныть обыкновенная (Aegopodium podagraria L).

Границы лесных полос и полей узкие 1 - 2 м. Задернение злаковое. Основу травостоя составляли: лопух паутинный (Arctium tomentosum Mill.), пикульник красивый (Galeopsis speciosa Mill.), пустырник пятилопастной (Leonirus guinguelobatus Gilib.), мятлик луговой (Poa pratensis speciosa Mill.), кострец безостый (Zerna inermus Lindm.), пырей ползучий (Elytrigia repens Neiski.) и другие злаки.

Между двумя лесными полосами в 1994 г. поле было занято кострецом безостым, в 1995 - ячменем, в 1996 –1998 гг. - кукурузой. На наветренной стороне лесных полос с южной экспозиции поле засевалось ячменем.

Полевой участок имел ровный рельеф, был однороден в отношении почвенного покрова.

Исследования проводились в центре лесных полос, на их границах (непахотная зона) и на прилегающих полях до 250 м от лесных полос в наветренную и заветренную сторону. Отлов жужелиц производился стандартными почвенными ловушками Барбера (одновременно функционировало от 57 до 114 ловушек), а также методом ручного сбора. Сбор жуков производился каждую декаду месяца. Отработано более 7 тысяч ловушко – суток.

На исследуемых полях собрано свыше 133 тысяч жужелиц, относящихся к 22 родам и 53 видам (таблица 2.1).

Видовой состав и численное обилие жужелиц защищенных полей Условные обозначения:

Зоогеографическая характеристика: Г-голарктический; ТПп– транспалеарктический полизональный;ТПб–транспалеарктический бореальный; ТПн – транспалеарктический неморальный; ЕС–европейско–сибирский; ЗП– западнопалеарктический;Е–европейский;Еср–Европейско-средиземноморский.

Биотопическая характеристика: Лс - лесные; Лг – луговые; П – полевые;

Ст – степные; Бл – болотные; Б – береговые.

Жизненные формы: З – зоофаги; эх – эпибионты ходящие; эб – эпибионты бегающие; с.п-п - стратобионты поверхностно –подстилочные; с.п – стратобионты подстилочные; с.п-т–стратобиогнты подстилочно–трещинные; с. ппч – стратобионты подстилочно–почвенные; г – геобионты; М – миксофитофаги; с – стратобионты; с.х – стратохортобионты; г.х – геохортобионты.

Наиболее широко представлены роды: Amara - 7 видов, Harpalus – 6, Pterostichus - 7, Carabus – 5, Poecilus –4, Agonum - 4, Bembidion – 3 вида.

Для характеристики численного обилия видов нами были приняты следующие критерии: доминанты – более 5 %, субдоминанты – от 2 - х до 5-ти %, обычные виды от 0,5 до 2 -х %. редкие менее - 0,5 %.

К видам доминирующим по суммарной численности, относятся Poecilus cupreus, Harpalus (Pseudoophonus) rufipes, Pterostichus melanarius, Bembidion guadrimaculatum, Calathus halensis, Bembidion properans, Harpalus affinis, Anisodactulus binotatus. Численное обилие доминантных видов жужелиц приведено в таблице 2.2.

Численное обилие (в %) массовых видов жужелиц защищенных полей Октябрьского района г. Саранска (1994 – 2001 гг.) 2. Harpalus (Pseudooph.) rufipes 33, В комплексе доминантных видов защищенных агроценозов в основном доминируют лугово-полевые виды. Но наряду с типичными луговополевыми видами в состав доминантов входит лесной вид Pterostichus melanarius (8,18 % численного обилия).

Зоогеографический состав. Для характеристики зоогеографического состава жужелиц использованы общие данные по зоогеографии отдельных видов жужелиц по О.Л. Крыжановскому (1965) и А.А. Петрусенко (1971), В.В. Будилову (1992), Н.А. Булоховой (1995), И.Е. Киселеву (1998).

Основная масса фауны искусственных насаждений состоит из представителей тех биогеографических районов, где произведено насаждение. Зоогеографический состав фауны жужелиц защищенных агроценозов Октябрьского района представлен в таблице 2.3, рис.2.1. Данные таблицы свидетельствуют о господстве на защищенных полях жужелиц транспалеарктических и европейско-сибирских видов (из родов Amara, Clivina, Patrobus, Harpalus, Pterostichus, Carabus, Agonum, Ophonus, Calathus, Anisodactulus, Chlaenius, Lasiotrechus), составляющих 81,1 % всего видового обилия.

Зоогеографический состав фауны жужелиц защищенных полей № п/п Зоогеографические комплексы Число видов Видовое обилие, в % Рис. 2.1. Зоогеографический состав жужелиц защищенных агроценозов Большая часть данных видов полизональные и европейско-сибирские с большой экологической пластичностью. Европейско-средиземноморский комплекс составляет 7,8 % видового обилия, включает жужелиц из родов Cаlosoma, Вembidion, Cicindella. Галарктический комплекс объединяет виды из роды Bembidion, Loricera, Trihocellus, составляющих 5,7%, а европейский из родов Сarabus, Ophonus, объединяющий всего 3,8 %. Наименьшим видовым обилием представлен западнопалеарктический комплекс, включающий один вид Pterostichus macer.

Экологическая структура. Распределение жужелиц по биотопам в основном связано с почвенно-растительными условиями и микроклиматом, что определяет их роль как тонких индикаторов условий и сукцессий, протекающих в естественных и антропогенных ландшафтах (Богач Я., Ружичка В,1988; Будилов В.В.,1992; Baguette, Gerard, 1993; Clarke, 1993).

Энтомофауна в искусственных насаждениях приближается к лесной соответствующего возраста, но никогда не достигает полного сходства с ней.

Это объясняется разницей древесных пород, травянистого покрова, почвенных особенностей и различной способностью определенных видов насекомых к распространению. Источником заселения насекомыми лесных насаждений являются различные биотопы с древесной и кустарниковой растительностью, окружающие лесные полосы, а также прилегающие поля. (Шапиро Д.С.,1940; Медведев С.И., 1957; Сигида С.И., 1979). Многообразие жужелиц на полях объясняется множеством соседствующих с ними естественных местообитаний, в том числе и лесные полосы, являющихся главными резерватами и источниками расселения Carabidae на поля.

Биотопические характеристики видов заимствованы из работ карабидологов по населению и экологическому распределению жужелиц на территории Русской равнины (Шарова И.Х., 1970; Душенков,1984; Булохова Т.А., 1995; Будилов В.В.,1998; Киселев И.Е., 1999). Экологическая структура фауны жужелиц защищенных полей по группам видов с различным биотопическим преферендумом представлена в таблице 2.4., рис. 2.2.

По биотопическому преферендуму среди комплексов жужелиц защищенных полей можно выделить множество экологических групп, на распространение которых большой отпечаток накладывают почвенноклиматические условия и другие факторы, которые изменяются на защищенных полях под влиянием лесных полос. Изменяется микроклимат, световой и температурный режимы в самих полосах и на прилегающих полях. Кроме того, изменяются и условия увлажнения. Под влиянием лесных полос увеличивается влажность прилегающих полей, что отражается и на структуре населения жужелиц. Сказывается и изменение ветрового режима защищенных полей. В лесостепной зоне ветер является постоянно действующим фактором. Он влияет на поведение насекомых не только тем, что вызывает большее испарение влаги телом насекомых и заставляет их концентрироваться на участках, защищенных от ветра.

Экологическая структура фауны жужелиц защищенных полей На защищенных агроценозах доля лесных видов (роды Pterostichus, Carabus, Ophonus, Trihocellus, Notiophilus), составляет 22,64 % видового обилия. По этим же причинам большим обилием представлена и лесоболотная группа (роды Pterostichus, Loricera, Stomis, Agonum), включающая 11,32%. Но наибольшим видовым и численным обилием представлена лугово–полевая группа (роды Аmara, Ophonus, Harpalus, Bembidion, Carabus, Poecilus, Anisodactulus, Microlestes Cicindella). В открытых ландшафтах на их долю приходится 60,9 %, а на защищенных – 47,17 % видового обилия. Степная группа в открытых агроценозах Ельниковского района включает 8,05 % (В.В.

Будилов, 1992), а на исследуемых нами защищенных 7,6% видового обилия.

Лугово-болотная (3,8 %), береговая и болотная группы шире представлены на защищенных полях.

По численному обилию на защищенных полях преобладает группа лугово-полевых видов, распространенных в агроценозах различных зон, включающая виды Poecilus cupreus, Harpalus (Pseudoophonus) rufipes, Bembidion guadrimaculatum, Bembidion properans, Harpalus affinis и другие, включающая 90,9 % всего численного обилия жужелиц. На защищенных полях, по сравнению с открытыми, заметно увеличивается и обилие лесных и лесоболотных видов, объединяющих 8,97% численного обилия.

Спектр жизненных форм. Спектр жизненных форм наиболее полно и всесторонне характеризуют экологическую структуру животного населения, пищевую специализацию и отражают специфику почвенно-растительных и микроклиматических условий в конкретных биоценозах (Шарова И.Х., 1984).

Высокая численность, видовое многообразие, многоядность большинства жужелиц и их личинок определяют их роль как регуляторов численности многих почвенных беспозвоночных, включая вредителей сельского и лесного хозяйства (Андреянов, 1972; Богданова,1988; Логойда, 1992; Wise,1985;

Fineh, Elliot, 1992; Solomon, 1992; Parry, 1995;). Жужелицы являются весьма сложной по трофическим связям группа насекомых. По пищевой специализации выделяют группу облигатных хищников. Она включает крупные виды родов Cаlosoma, Carabus и более мелкие виды родов Agonum, Calathus, Bembidion и другие. Первые - питаются гусеницами и куколками крупных видов бабочек, пилильщиков, тело которых не имеет волосяного покрова (Бакасова Н.Ф.,1968). В числе их жертв указываются также личинки вредной черепашки старших возрастов. Вторые - предпочитают преимущественно мелких насекомых, а также молодых личинок и яйца разных видов насекомых. Гусениц зерновой совки с начала их миграции с колоса растений на почву поедают жужелицы родов Cаlosoma и Carabus. Мелкие виды жужелиц (например, Bembidion) могут уничтожать находящиеся в колосьях молодых гусениц совки, а также пшеничного трипса, капустную муху, капустную совку, совку металловидку (Гусев Г.В., 1991).

Особую группу составляют преимущественно плотоядные виды. В нее входят многоядные виды родов Pterostichus, Poecilus. Они питаются широким кругом насекомых средних размеров, относящихся к различным семействам и отрядам. Ими поедаются гусеницы зерновой совки и других бабочек, личинок жуков, а также злаковых тлей (Шапиро В.А.,1958; Титова Э.В., 1965; Бакасова Н.Ф., 1968; Edwards C.A, Sunderland K.D, George K.S., 1979).

Преимущественно растительноядная группа (миксофитофаги), представленная видами родов Ophonus, Harpalus, Amara являются наиболее многочисленной. Они питаются не только мелкими животными, но и растениями.

Среди них встречаются виды, вредящие как в личиночных, так и в имагинальной стадиях сельскохозяйственным культурам (Пономаренко, 1969;

Федько, 1970; Srift,1984; Киселев И.Е., 1998).

За счет того, что в биоценозах постоянно поддерживается стабильно высокая численность жужелиц со смешанным питанием, при недостатке питания, переключающихся к растительной пище, избыток хищников сохраняется в течение всего вегетационного периода, что способствует регуляции многих вредителей сельского хозяйства, которые в момент вспышки вредных насекомых, переключаются на животную пищу. Эти виды с широкой экологической валентностью и способны переключаться с растительной пищи на животную (Комаров Е.В.,1982).

При оценке роли жужелиц в снижении численности вредителей сельскохозяйственных культур необходимо учитывать присущую разным группам этих насекомых пищевую специализацию. Жужелицы на имагинальной и особенно их личиночной фазах - преимущественно почвообитающие насекомые. Многие жужелицы открытых полевых стаций ведут сумеречный или ночной образ жизни. Это ограничивает пищевые возможности хищных жужелиц видами насекомых обитающих в почве и нижних частях растений, причем суточный ритм жизни жертв должен совпадать с таковым хищников, что является обязательным условием, обеспечивающим их встречу (Воронин К.Е. и др.,1988).

Большинство распространенных полевых жужелиц являются многоядными энтомофагами, способными ограничивать численность многих вредителей сельскохозяйственных культур. Это вызывает возрастающий интерес, в связи с перспективой повышения эффективности биологического и интегрального методов защиты растений.

Спектр жизненных форм фауны жужелиц Мордовии представлен группами. Видовой состав был классифицирован по системе Шаровой И.Х., (1974, 1981). В открытых агроценозах Ельниковского района класс зоофагов включает 9 групп, составляющих 54,6 % видового и 78,8 % численного обилия. Класс миксофитофагов представлен 3 группами и включает 45,4 % видового и 21,2 % численного обилия (В.В. Будилов, 1992).

Спектр жизненных форм жужелиц исследуемых нами защищенных полей представлен 10 группами, приведен в таблице 2.5, рис. 2.3. Класс зоофагов включает 7 групп: 63,26 % численного и 69,8 % видового обилия жужелиц защищенных полей. Класс миксофитофагов представлен тремя группами и составляет 36,74 % численного и 30,18 % видового обилия. Из зоофагов в зональном спектре по видовому обилию преобладают жужелицы подстилочного и почвенного ярусов.

Стратобионты, или обитатели подстилки включают 4 группы, составляющие 56,61 % видового и 62,78 % численного обилия. Наиболее разнообразны по видовому составу: стратобионты поверхностно–подстилочные (24,53 %) – виды родов Notiophilus, Loricera, Bembidion, Patrobus, Stomis, Agonum, Badister, Chlaenius, Microlestes; стратобионты подстилочные (13,21 %) – виды родов Pterostichus, Agonum, Calathus, Lasiotrechus, Trechus; стратобионты подстилочно–почвенные (16,98 %) – виды родов Pterostichus, Рoecilus. По численному обилию из обитателей подстилки преобладают стратобионты подстилочно-почвенные – 57,28 %, наименьшее обилие у стратобионтов подстилочно-трещинных (род Microlestes) – 0,32 %.

Спектр жизненных форм фауны жужелиц защищенных полей

МИКСОФИТОФАГИ:

Эпибионты, обитатели поверхности почвы, (роды Сarabus, Cаlosoma, Cicindella) составляют 11,32 % видового и 0,36 % численного обилия. Геобионты (род Clivina) представлены наименьшим видовым и численным обилием.

Из миксофитофагов по видовому обилию преобладают геохортобионты (20,75 %) - виды родов Amarа, Anisodactulus, Нarpalus, обитающие в травостое и на поверхности почвы. Меньшим числом видов представлены обитатели подстилки и травостоя – стратохортобионты (7,55 %) – виды рода Ophonus и обитатели подстилки – стратобионты (1,89 %) – род Trihocellus.

По численному обилию преобладают стратохортобионты – 33,41 %, включающие доминантьный вид Harpalus (Рseudoophonus) rufipes. Геохортобионты составляют 3,27 %, а стратобионты всего 0,06 % численного обилия.

Из характеристики спектра жизненных форм жужелиц защищенных агроценозов можно сделать вывод об их экологическом разнообразии и о широком диапазоне использования ярусов почвы, о преобладании зоофагов как по видовому, так и по численному обилию.

Оценивая спектр жизненных форм жужелиц с практической точки зрения, можно отметить, что среди жужелиц защищенных аргроценозов исследуемой зоны немало эффективных энтомофагов: эпибионты ходячие (виды родов Carabus, Cаlosoma); стратобионты поверхностно–подстилочные (роды Аgonum, Bembidion); подстилочные (род Сalathus); подстилочно–почвенные (роды Pterostichus, Poecilus). Среди жуков миксофитофагов отсутствуют вредные для сельскохозяйственных культур виды рода Zabrus. Большинство выявленных жужелиц - миксофитофагов питается семенами сорных растений и хищничают, не нанося особого вреда культурным растениям. Это позволяет в целом положительно оценить их как полезных энтомофагов.

Размерные группы жужелиц. Для характеристики спектра размерных групп жужелиц использованы данные по размерным группам жужелиц Шаровой И.Х., Булоховой Т.А. 1995; Киселева И.Е.,1999.

В исследуемом районе размерные группы жужелиц представлены 5 группами и отражены в таблице 2.6, рис. 2.4.

Размерные группы жужелиц защищенных полей Октябрьского района г. Саранска (17-26мм более) На защищенных полях исследуемого района по видовому обилию преобладает группа жужелицы мелких размеров, включающая (33,96 %) – виды родов Loricera, Clivina, Patrobus, Badister, Stomis и некоторые виды родов Pterostichus, Agonum, Calathus. Широко представлена также группа средних размеров, объединяющая 22,64 % видового обилия (виды родов Cicindella, Chlaenius, Poecilus, некоторые виды родов Pterostichus, Ophonus, Amara, Harpalus, Agonum). Жужелицы крупных размеров включают 18,87 % видового обилия – виды родов Pterostichus, Ophonus, Amara, Calathus, Anisodactulus.

Незначительным видовым обилием - 15,09 % представлена группа очень мелких жужелиц – виды родов Bembidion, Trechus, Lasiotrechus, Notiophilus.

Минимальным числом видов представлена группа очень крупных жужелиц, включающая крупных энтомофагов (Cаlosoma denticole, Carabus convenxus, Carabus nemoralis, Carabus granulatus, Carabus consellatus), составляющих всего 9,43 % видового обилия.

По численному обилию преобладают группы жужелиц средних размеров - 51,28 % и крупных размеров– 44,39 % численного обилия. Наименьшее численное обилие имеют группы жужелиц очень крупных размеров – 0,14 % и жужелиц мелких размеров – 0,83 %.

Из вышесказанного видно, что на полях, защищенных лесными полезащитными полосами, по сравнению с открытыми, шире представлены жужелицы лесной и лесоболотной групп, что связано с увеличением лесистости и изменением условий увлажнения на данных полях. Основная масса жужелиц входит в состав транспалеарктического и европейско-сибирского географических комплексов. По сравнению с открытыми полями, на защищенных полях, жужелицы представлены большим экологическим разнообразием, выражен более широкий диапазон использования ярусов почвы, наблюдается преобладание зоофагов как по видовому, так и по численному обилию. На защищенных полях не наблюдается наличие видов, наносящих большой вред посевам зерновых культур, но более многочисленны крупные энтомофаги, которые регулируют численность многих вредителей сельскохозяйственных культур.

2. 2. Сравнительная характеристика карабидофауны полезащитных лесных полос и открытого поля Видовой состав. Изменения агроэкологических свойств почвы лесных полос находят свое отражение и в структуре населяющей их карабидофауны.

Энтомофауна в искусственных насаждениях приближается к лесной соответствующего возраста, но никогда не достигает полного сходства с ней. Это объясняется разницей древесных пород, травянистого покрова, почвенных особенностей и различной способностью определенных видов насекомых к распространению. Источником заселения насекомыми лесных насаждений являются различные биотопы с древесной и кустарниковой растительностью, окружающие лесные полосы, а также прилегающие поля. (Шапиро Д.С.,1940;

Медведев С.И., 1957; Сигида С.И., 1979).

Проводя исследования, в лесных полосах нами собрано 8012 экземпляров жужелиц, 39 видов из 20 родов (таблица 2.7). Анализ видового состава жужелиц показал, что наибольшим числом видов в лесных полосах представлены роды: Pterostichus 6 видов, Amara - 6, Ophonus - 3, Agonum – 3, роды Bembidion, Harpalus, Carabus, Poecilus, Calathus включают по 2 вида, остальные 11 родов включают по одному виду.

Среди доминантных видов исследуемых лесных полос наибольшим численным обилием характеризуются виды открытых пространств Poecilus cupreus -14,59 %, Pseudoophonus rufipes - 68,11 %, доминирование которых в лесах лесной зоны нечасто (Алейникова М.М.,1968; Шарова И.Х.,1971;

Czechowski W. 1982). Вид Рterostiсhus melanarius является доминантом лесной зоны, часто встречается в антропогенно нарушенных ландшафтах, на что указывают многие авторы (Будилов В.В., 1992; Киселев И.Е., 1998). В лесных полосах его обилие составляет 11 % общего обилия жужелиц. На долю доминантов в лесных полосах приходится 93,7 % численного и 4,69 % видового обилия.

Видовой состав и численное обилие жужелиц полезащитных лесных и открытого поля Субдоминантных видов не выявлено. К обычным видам относятся Anisodactulus binotatus - 1,54 %, Pterostiсhus niger - 0,66 %, Pterostiсhus.

oblongopunctatus - 0,54 % видового обилия, последних два вида входят в ядро лесных карабидокомплексов Европы (Утробина Н.М., 1964; Феоктистов В.Ф., 1988; Thiede U, 1977; Baguette M., 1987; Niemela J. Et. Al., 1994). Довольно часто встречаются в лесных полосах такие виды, как Carabus granulatus, Pterostiсhus strenuus, Trechus (Epaphus) secalis, которые многими авторами отмечаются в составе доминантов среди жужелиц лесов (Тихомирова А.Л.1976; Феоктистов В.Ф., 1978; 1988). Остальные виды являются редкими или представлены единичными экземплярами.

На границах лесных полос собрано 9767 экземпляров жужелиц 40 видов из 21 рода (таблица 2. 7). Наиболее широко представлены роды: Pterostichus видов, Amara 5, Ophonus - 3, Agonum - 3, Harpalus - 3, Carabus – 3,роды Bembidion,, Poecilus, Calathus включают по 2 вида, остальные 12 родов включают по одному виду.

Доминирующими видами на границах лесополос являются Poecilus cupreus-45,15 %, Pseudoophonus rufipes - 38,5 %, Рterostihus melanarius - 8, % численного обилия. На их долю приходится 92,01 % всего численного и 7,5 % видового обилия. Субдоминантных видов не выявлено. К обычным видам можно отнести Anisodactulus binotatus -1,05%, Calathus halensis -1,07 %, Pt.vernalis -0,55%, Harpalus affinis -0,81%, Calathus melanocephalus - 0,59%.

Остальные виды редкие или представлены единичными экземплярами.

В открытом поле собрано 10933 экземпляра жужелиц 29 видов из 17 родов. Наибольшим разнообразием представлены роды: Pterostichus - 4, Amara 4, Ophonus - 3, Harpalus - 3, Poecilus - 2, Bembidion - 2 вида, остальные роды включают по одному виду.

Доминирующими видами в открытых полях являются Poecilus cupreus – 57,77 %, Pseudoophonus rufipes - 33,04% на долю которых приходится 90, %. К субдоминантным - Bembidion guadrimaculatum - 2.22 %. К обычным видам - Harpalus affinis – 1,67 %, Calathus halensis - 1,14 %, Anisodactulus binotatus – 0,94 %, Вembidion properans – 0,8 % численного обилия. Вид Рterostihus melanarius, являющийся в лесных полосах и на их границах доминантным, в открытом поле переходит также в разряд обычных и его обилие не превышает 0,69 %. Остальные 21 вид является редким, или они представлены единичными экземплярами, на их долю приходится всего 1,73 % численного обилия.

Анализируя вышеизложенные данные видно, что наибольшее видовое многообразие жужелиц характерно для границ лесных полос (40 видов) и лесных полос (39 видов), в открытом поле оно минимально. Доминантными видами в лесных полосах и на их границах являются три экологически плаPoecilus cupreus, Pseudoophonus rufipes, Pterostichus стичных вида:

melanarius. В открытом поле доминируют только два первых вида. Обилие первого минимально в лесной полосе и максимально в открытом поле, а второго, наоборот, максимально в лесных полосах и минимально в открытом поле.

Экологическая структура. Экологическая характеристика видов жужелиц по биотопическому преферендуму приведена в таблице 2.8.

Экологический состав населения жужелиц полезащитных лесонасаждений и открытого Октябрьского района г. Саранска (1994 –2001 гг.) (по биотопическому преферендуму) Экологическая группа Лесная Грани- Откры- Лесная Грани- Откры- Лесная Грани- Откр.

полевая.,полевая степ., степ.-полевая Лугово-болотная В лесных полосах по видовому (61,54 %) обилию лидируют луговополевые виды из родов Calathus, Clivina, Amara, Poecilus, Ophonus, Anisodactulus, Harpalus, Carabus, Bembidion. Довольно широко представлены лесные (15.38 %) виды из родов Carabus, Patrobus, Badister, Pterostichus, Trihocellus, Trechus, Lasiotrechus и лесоболотные виды из родов Pterostichus, Agonum, Stomis, Loricera) включающие 15,38% видового обилия. Степная группа (род Cаlosoma), лугово-береговая (род Lasiotrechus) и болотная (род Agonum) включают 2,5 % видового обилия. Береговая и лугово-болотная группы не выявлены совсем (рис. 2.5).

По численному обилию в лесных полосах преобладают жужелицы лугово-полевой группы, включающие 86,7 % всего обилия жужелиц, основу численности, которой составляют такие виды, Pseudoophonus rufipes, Poecilus cupreus. Лесная группа включает 12,78 % ч.о. и его основу составляет вид Рterostihus melanarius, присутствие которого свидетельствует о нарушении типичных условий биотопа. Высокая численность данного вида в исследуемых лесных полосах указывает на их подверженность интенсивному антропогенному воздействию. Лесоболотная группа включает 1,06 %. Численное обилие степно-полевой, лугово-береговой и болотной групп очень незначиР и с.2.5. Э к о л о г и ч е с к и е гр у п п ы ж у ж е л и ц л е с н ы х п о л о с, и х г р а н и ц Видовое обилие,% тельно (менее 0,1 %) или представлены единичными экземплярами.

Видовой состав границ лесных полос характеризуется также обилием лугово-полевых (55%) видов из родов Calathus, Clivina, Amara, Poecilus, Ophonus, Anisodactulus, Harpalus, Carabus, Bembidion, Microlestes и лесных Ophonus,Trechus, Trihocellus, Lasiotrechus, Agonum. Данные приведены в таблице 2.8.

Видовое обилие лесоболотных видов (10 %) чуть ниже, чем в лесных полосах (роды Pterostichus, Agonum, Stomis, Loricera). Несколько шире здесь представлена степная группа (7,5 %) видов (из родов Cаlosoma, Pterostichus, Harpalus).И это понятно. Так как на границах лесных полос имеются залуженные участки. Лугово-береговые и болотные виды немногочисленны (2, %), а береговая и лугово-болотная группы не выявлены совсем. По численному обилию, как и в лесных полосах, на границах ведущее место отводится лугово-полевым (88,94 %) и лесным (9,48 %) видам. Доля лесоболотных видов чуть выше, чем в лесных полосах - 1.18 %. Жужелицы из степной группы также немногочисленны (0,09 %), но их обилие выше, чем в лесных полосах и на полях. Лугово-береговая группа включает всего 0,02 % численного обилия.

Открытые поля характеризуются многообразием лугово-полевых видов (таблица 2.8), включающих 65,52 % всего видового обилия (роды Calathus, Clivina, Amara, Poecilus, Ophonus, Anisodactulus, Harpalus, Bembidion, Microlestes). Видовое обилие лесных видов, по сравнению с лесными полосами и их границами, значительно ниже и включает 10,34 % (роды Carabus,,Pterostichus, Trechus, Lasiotrechus). Меньшим видовым обилием представлена и лесоболотная группа жужелиц – 6,9 % (род Pterostichus). В открытом поле выше видовое обилие степных видов - 10,34 % (роды Pterostichus, Harpalus, Ophonus).

По численному обилию в открытых полях преобладает лугово-полевая группа, включающая 98,67 % всего обилия жужелиц. Доля лесных (0,79 %) и лесоболотных (0,30 %) видов по сравнению с лесными полосами и их границами значительно снижается. Численное обилие степных видов в открытом поле хотя и незначительно, но больше по сравнению с лесными полосами и их границами.

Анализ данных показывает, что наибольшим видовым обилием во всех стациях представлена лугово-полевая группа. Численное обилие луговополевых жужелиц максимально в открытых полях, в лесных полосах минимально. Наибольшее видовое обилие лесной и лесоболотной групп характерно для лесных полос и границ, в открытых полях они не составляют даже %. Численное обилие жужелиц степной группы в открытых полях на порядок выше по сравнению с лесными полосами.

Спектр жизненных форм. Анализ спектров жизненных форм позволяет выявить их пространственное распределение и комплекс специфических условий местообитания. В лесных полосах он представлен 9 группами, данные приведены в таблице 2.9.

Спектр жизненных форм жужелиц защитных лесонасаждений и открытого поля Класс зоофагов включает 6 групп, составляющих 66,67% видового и 29.62% численного обилия. Класс миксофитофагов представлен 3 группами жизненных форм, что составляет 33.33% видового и 70.38% численного обилия. Из зоофагов лесных полос наиболее широко представлены стратобионты, включающие 3 группы (53,84 % видового и 29,1 % численного обилия).

Из них наибольшим видовым многообразием характеризуютя статобионты поверхностно- подстилочные (20.51%), куда входят жужелицы из родов Patrobus, Bembidion, Agonum, Stomis, Badister, Loricera. Стратобионты подстилочные включают 17.95 % видового обилия (Pterostichus, Calathus, Agonum, Trechus, Lasiotrechus). Стратобионты подстилочно-почвенные (виды из родов Pterostichus, Poecilus) включают 15.38% видового обилия (рис. 2.6).

Стратобионты трещинные в лесных полосах не отмечены. Наибольшим численным обилием характеризуются стратобионты подстилочно-почвеннные (27.13%), куда входят два доминантных вида Pterostichus melanarius и Poecilus cupreus. М.Ю. Романкина (1996) отмечает доминирование данной группы по численному обилию в садозащитных лесных полосах в Мичурнского района Тамбовской области. Доля стратобионтов подстилочных (1, %) и поверхностно-подстидочных (0,29 %) значительно меньше. Зоофаги включают и две группы эпибионтов: ходячие -7,69 % видового и 0,47 % численного обилия (роды Carabus, Cаlosoma,) и летающие - 2,56 % видового и 0,01 % численного обилия. Геобионты незначительны как по видовому, так и по численному (0,02 %) обилию, представлены одним видом – Clivina fossor.

Рис. 2.6.

Видовое обилие, % 1-лесные полосы; 2 - границы лесных полос; 3 -открытое поле Среди миксофитофагов по видовому обилию (25,64 %) преобладают геохортобионты (роды Amara, Harpalus, Anisodactulus). Видовое обилие стратохортобионтов - 5,13 % (род Ophonus) и стратобионтов – 2,56 % (род Trihocellus) незначительно. По численному обилию в лесных полосах среди миксофитофагов лидируют стратохортобионты - 68.12% всего численного обилия, что объясняется присутствием доминантного вида Pseudoophonus rufipes. Доля геохортобионтов (2,25 %) и стратобионтов (0,01 %) значительно меньше.

На границах лесополос и полей спектр жизненных форм жужелиц представлен 10 группами (таблица 2.9). Класс зоофагов включают 7 групп, составляющих - 67.5 % видового и 58.94 % численного обилия. Класс миксофитофагов включает 3 группы, составляющих 32.5 % видового и 41.06 % численного обилия. Из зоофагов на границах лесных полос наибольшим видовым многообразием представлены также стратобионты из 4-х групп (73,01 % видового и 58,19 % численного обилия). Из них набольшее видовое обилие характерно для стратобионтов поверхностн0-подстилочных (17,5 %) - виды из родов Patrobus, Bembidion, Agonum, Stomis, Badister и стратобионтов подстилочных (17,5 %) - виды из родов Pterostichus, Calathus, Agonum, Trechus, Lasiotrechus. Видовое обилие стратобионтов подстилочно-почвенных (роды Pterostichus, Poecilus)тоже достаточно высокое – 15 %. Стратобионты трещинные предсталены всего одним видом Microlestes minutulus.

Эпибионты включают две группы. Эпибионты ходячие (роды Carabus, Cаlosoma) составляют 10 % видового и 0,6 % численного обилия, а летающие (Cicindella germanica) – 2.5 % видового и 0,09 % численного обилия. Геобионты незначительны как по видовому (Clivina fossor), так и по численному обилию (0,05 %).

Наибольшее численное обилие из класса зоофагов характерно группе стратобионтов подстилочно-почвенных (54,55 %), включающих доминантные виды Pterostichus melanarius и Poecilus cupreus и группе стратобионтов подстилочных (2,59 %). Обилие стратобионтов поверхностно–подстилочных (0,98 %) незначительно.

Из миксофитофагов наибольшее разнообразие видов характерно для группы геохортобионтов (22,5%) – роды Amara, Harpalus, Anisodactulus.

Стратохортобионты включают 7,5 % видового обилия (род Ophonus), а стратобионты представлены одним видом Trihocellus sp. По численному обилию лидируют стратохортобионты – 38,8%, куда входит доминантный вид Pseudoophonus rufipes. Геохортобионты включают 2,21 %, стратобионты малочисленны и их обилие всего 0,05%.

В открытых полях спектр жизненных форм жужелиц включает 10 групп (таблица 2.9). Класс зоофагов включают 7 групп, составляющих 58,62 % видового и 57,4 % численного обилия. Класс миксофитофагов включают группы – 41,38 % видового и 42,6 % численного обилия. Из зоофагов по видовому обилию преобладают стратобионты (48,3 % видового и 63,5 % численного обилия), включающие 4 группы. Наибольшее видовое разнообразие характерно для стратобионтов подстилочных (виды из родов Pterostichus, Calathus, Agonum, Trechus, Lasiotrechus), включающих 20,69 %, подстилочнопочвенных (13,79 %) и поверхностно-подстилочных (10,34 %). По численному обилию среди зоофагов преобладают группы стратобионтов подстилочнопочвенных (58,64 %) и поверхностно-подстилочных (3,04 %). При большом видовом многообразии численное обилие стратобионтов подстилочных составляет всего 1,56 %. В степной зоне большое видовое разнообразие характерно для стратобионтов поверхностно-подстилочных, подстилочнопочвенных и почвенных. По численному обилию преобладают стратобионты поверхностно-подстилочные и подстилочно-почвенные (Карпова В.Е., 1986;

Маталин А.В., 1993). Эпибионты представлены двумя группами: летающие и ходячие, включающие по 3,45 % видового обилия. Численное обилие первых 0,13 %, вторых – 0,09 %. Геобионты в открытых полях представлены одним видом (Clivina fossor), но их численное обилие выше, чем в лесных полосах и на границах (0,21 %).

Из миксофитофагов наиболее разнообразна группа геохортобионтов (роды Amara, Harpalus, Anisodactulus) 27,59 %, меньшим числом видов представлена группа стратохортобионтов (род Ophonus)- 10,34 %, а стратобионты скважники включают 3,45 % видового обилия. По численному обилию лидирует группа стратохортобионтов –39,68 %. Обилие геохортобионтов 2,82 %, статобионтов всего 0,1 %. По данным А.В. Маталина (1993) в условиях степной зоны по видовому и численному обилию преобладают миксофитофаги.

Наибольшее видовое разнообразие характерно для геохортобионтов. По численному обилию доминируют в пойме геохортобионты, на плакоре более многочисленны стратобионты. На преобладание миксофитофагов в условиях степи указывает и В.Е. Карпова (1984; 1986).

Следовательно, по видовому обилию во всех стациях преобладают зоофаги из групп стратобионтов поверхностно-подстилочных, подстилочных и подстилочно-почвенных. В лесных полосах по видовому обилию лидирует первая группа, на границах подстилочная и поверхностно-подстилочная группы включают равное видовое разнообразие, в открытых полях – стратобионты подстилочные. По численному обилию среди зоофагов преобладают те же 3 группы, но наиболее многочисленной является группа стратобионтов поверхностно-почвенных. Из миксофитофагов во всех стациях наибольшее видовое обилие характерно для геохортобионтов, а численное - для стратохортобионтов. В лесных полосах по численному обилию преобладают миксофитофаги, на границах и открытых полях – зоофаги.

Размерные группы. Размерные группы жужелиц тесно связаны со структурой почвенно-растительного покрова. По методике Шаровой И.Х. и Булоховой Н.А. (1995) выделено 5 размерных групп жужелиц полос (таблица 2.10).

Спектр размерных групп жужелиц полезащитных лесонасаждений и открытого поля Анализируя спектр размерных группировок жужелиц лесных полос видно, что по видовому обилию преобладают жужелицы мелких размеров (35, %), виды из родов Calathus, Clivina, Amara, Patrobus, Badister,Pterostichus, Agonum, Ophonus, Harpalus, Stomis, Loricera и жужелицы средних размеров (28.21 %), виды из родов Poecilus, Ophonus, Agonum, Pterostichus, Amara, Harpalus, Cicindella. Видовое обилие жужелиц крупных размеров (15,38 %) из родов Pterostichus, Amara, Ophonus, Anisodactulus, Calathus, Poecilus и жужелиц очень мелких размеров (12,82 %) из родов Trihocellus, Trechus, Lasiotrechus, Bemdidion несколько ниже. Наименьшее видовое обилие (7, %) характерно для жужелиц очень крупных размеров из родов Carabus, Cаlosoma (рис. 2.7).

Р ис. 2.7.

Видовое обилие,% По численному обилию в лесных полосах лидируют жужелицы крупных размеров (81,72 %), в состав которых входят два доминантных вида Pseudoophonus rufipes и Pterostichus melanarius. Жужелицы средних размеров включают 16.05 %. Группы очень мелких (0,55 %), мелких (1,21 %) и очень крупных (0,47 %) размеров имеют сравнительно небольшое численное обилие.

На границах лесных полос и наибольшее видовое обилие присуще группе жужелиц мелких размеров (виды из родов Calathus, Clivina, Amara, Patrobus, Badister, Pterostichus, Agonum, Ophonus, Harpalus, Stomis) - 37.5 %.

Жужелицы средних размеров (виды из родов Poecilus, Agonum, Amara, Harpalus, Cicindella) имеют немного меньшее обилие – 20 %. А группы жужелиц крупных размеров (17.5%) - из родов Pterostichus, Amara, Ophonus, Anisodactulus, Calathus, очень мелких (15 %) – из родов Microlestes, Trechus, Lasiotrechus, Bemdidion, Trihocellus и очень крупных (10 %) - из Carabus, Cаlosoma, представлены большим видовым разнообразием по сравнению с лесными полосами.

По численному обилию преобладают жужелицы крупных размеров за счет обилия доминантных видов Рseudoophonus rufipes, Pterostichus melanarius и Calathus halensis -49,4 % и средних размеров - 46.88 % за счет доминирования вида Poecilus cupreus. На границах лесных полос увеличивается почти в два раза и обилие жужелиц мелких размеров (2,28 %). Наименьшее численное обилие характерно для жужелиц очень мелких (0,76 %) и очень крупных (0,59 %) размеров.

В открытых полях, кроме очень крупных жужелиц, все группы представлены большим видовым разнообразием: группа очень мелких жужелиц – 20,69 % (роды Trechus, Lasiotrechus, Bemdidion,Trihocellus),мелких – 31,03 % (роды Clivina, Amara, Pterostichus, Agonum, Ophonus, Harpalus) средних размеров– 20,69 % (роды Chlaenius, Poecilus, Amara, Harpalus, Cicindella) и жужелиц крупных размеров – 24,14 % (роды Pterostichus, Amara, Ophonus, Anisodactulus, Calathus).

По численному обилию на полях преобладает группа средних размероввсего обилия жужелиц. Данное преобладание связано с распространением доминантного вида Poecilus cupreus. Большим обилием представлены жужелицы крупных размеров - 35,88 %, связанных с распространением таких видов, как Pseudoophonus rufipes, Pterostichus melanarius, Calathus halensis, Anisodaculus binotatus. В открытых полях увеличивается доля жужелиц очень мелких размеров – 3,49 %. Наименьшее численное обилие характерно для жужелиц мелких (0,67 %) и очень крупных (0,09 %) размеров.

Анализируя спектр размерных группировок жужелиц видно, что по всем стациям по видовому разнообразию лидируют группы жужелиц мелких размеров. Видовое обилие жужелиц средних размеров максимально в лесных полосах, на границах и открытых полях отличается мало. Обилие крупных жужелиц максимально в открытом поле и минимально в лесных полосах.

Наименьшее видовое обилие характерно для жужелиц очень мелких и очень крупных размеров. По численному обилию во всех стациях лидируют группы жужелиц крупных и средних размеров, но обилие первых максимально в лесных полосах и минимально в открытом поле, а вторых, наоборот, минимально в лесных полосах и максимально в открытом поле. Максимальное обилие жужелиц мелких и очень крупных размеров наблюдается на границах лесных полос, а жужелиц очень мелких размеров в открытом поле.

2.3. Водно-физические свойства почвы под полезащитными лесными Основными показателями водно-физических свойств почвы являются:

режим влажности, испарение с открытой водной поверхности, структурное состояние почвы, объемная масса, содержание гумуса в почвенном профиле.

Большую роль в их изменении играет биокомпонент почвы, в том числе, такая большая группа, как жужелицы.

Режим влажности определяется метеорологическими условиями, рельефом, растительностью и водно-физическими свойствами самих почв.

Современные проблемы оптимизации сельскохозяйственных ландшафтов сводятся к улучшению их структурированности (пятнистости), созданию единой сети экологических коридоров (лесополос) и снижению загрязнения сельскохозяйственных угодий. Интенсификация сельскохозяйственного производства предполагает полное и рациональное использование естественных водных ресурсов сельскохозяйственных полей. Одним из главных элементов приходной части водного баланса являются запасы воды в снежном покрове.

Управление формированием снежного покрова достигается путем организации и проведения работ по снежной мелиорации. Структура снежного баланса сельскохозяйственного поля преобразуется двумя путями: накопление снега и изменение температуры почвы, что улучшает ее водопоглотительную способность и создает условия, при которых талые воды расходуются на пополнение продуктивных запасов почвенной влаги, уменьшая при этом потери на испарение и сток (Мандров Н.П., 1971; Данилов Г.Г., и др., 1983; Петров Н.Г., 1989; Каргин И.Ф., Чегодаева Н.Д., 1997; Каргин В.И., 2004).

Лесные полосы являются одним из наиболее мощных и долговременных средств изменения агроэкологических свойств почвы. Многие авторы указывают на то, что полезащитные леснее полосы способствуют накоплению снега на полях (Данилов Г.Г., 1967; Альбенский А.В., 1971; Долгилевич М.И., 1979; Виноградов В.Н., 1983; Павловский Е.С., Лазарев М.М., 1988; Трибунская В.М., 1990, Немцев С.Н.,2000, Чегодаева Н.Д., 2004; Каргин И.Ф., 2004).

Степень влияния защитных лесных полос на толщину и протяженность снежных шлейфов зависит от их конструкции.Общая длина шлейфов в обе стороны от полосы колеблется в довольно широких пределах - от 10 до 22 Н.

У непродуваемой лесной полосы шлейфы наиболее короткие (10 -15 Н), у продуваемых наиболее длинные (14-22 Н), ажурные занимают промежуточное положение (12-16 Н). Разница в протяженности шлейфов у разных конструкций выражена главным образом на заветренной стороне. За непродуваемыми шлейфы составляют 5-7 Н, за ажурными 7-11 Н, за продуваемыми 9-18 Н. С наветренной стороны у всех конструкций протяженность шлейфов составляет 4-5 Н, максимум 7 Н (Мандров Н.П., 1971; Заславский М.Н., Каштанов А.Н., 1979; Трибунская В.М., 1990; Каргин И.Ф., Чегодаева Н.Д., 2002).

Толщина снежных шлейфов с наветренной стороны лесных полос примерно в 2 раза меньше, чем с заветренной. Особенно эффективны лесные полосы во взаимодействующих системах, когда защитное влияние одной полосы перекрывается воздействием другой, которые способствуют лучшему сохранению и более равномерному отложению снега на полях.

Полезащитные лесные полосы улучшают гидрологический режим, микроклиматические и агроэкологические условия, что особенно важно в острозасушливые годы. Влияние лесных полос проявляется за счет непосредственного ежегодного текущего дополнительного накопления влаги и привлечения остаточно-аккумулятивной влаги за многие предшествующие годы (Мандров Н.П., 1971; Бялый А.М., Панов В.И., Нигматуллин И.Г., 1986).

Лесные насаждения являются хорошим средством задержания снега на сельскохозяйственных угодьях, особенно на полях, что обеспечивает благоприятные условия для перезимовки озимых хлебов и накопления влаги в почве весной. Задержанный снег распределяется внутри лесных полос, по их опушкам и на прилегающих к ним угодьях. Влажность почвы на прилегающих полях находится в прямо зависимости от снежного покрова (Данилов Г.Г., 1971; Мандров Н.П., 1971, Павловский Е.С.,1991).

Промерзание почвы зависит от температуры воздуха, времени установления снежного покрова и его мощности, и ветрового режима, влажности и плотности ее поверхностного слоя, агрофона и растительности. Лесные полосы оказывают сильное влияние на промерзание почвы. Глубина промерзания зависит от состава, возраста, плотности насаждений. Особенно велика роль снежного покрова, который предохраняет почву от промерзания, так как является хорошим термоизолятором. Высота снега внутри лесных полос, на опушках и на прилегающих к ним участках обычно бывает достаточной для отепления почвы и снижения глубины ее промерзания, так как почва промерзает при минус 0,5-1,5оС. Поэтому нередки случаи, когда почва в лесных насаждениях и на опушках долго или совсем не замерзает. Если же она замерзает, то глубина ее промерзания намного меньше, чем на открытых участках (Данилов Г.Г. и др., 1978; 1980; Бялый А.М., 1986).

Глубина промерзания и интенсивность ее оттаивания оказывают влияние на впитывание талых вод, микробиологические процессы и сроки проведения весенне-полевых работ. Под защитой лесных полос почва не только позже промерзает, но и раньше оттаивает, что способствует интенсивному впитыванию талой воды, повышая запасы почвенной влаги. При более быстром оттаивании почвы в лесополосах и в шлейфовой зоне весной происходит интенсивная инфильтрация талых и пополнение грунтовых вод (Бялый А.М., 1981; Павловский Е.С., 1991).

В почвах под лесной полосой сохраняется естественное сложение почвы и сопряженную с ним высокую водопроницаемость. Наличие древесной растительности обеспечивает сохранность снега от выдувания со всеми отсюда вытекающими последствиями. Изменения влажности в почве под лесной полосой меняются в зависимости от погодных условий и главным образом, от количества выпадающих осадков и температуры воздуха. Весной запасы влаги в почве под лесной полосой наибольшие. В весенне-летний период происходит усиленный расход влаги на деструкцию лесной растительности. Происходит иссушение почвенного профиля, особенно слоя 20-80 см.

В условиях республики необходимые для развития сельскохозяйственных растений запасы влаги в почве создаются, главным образом, за счет осенних, зимних и ранневесенних осадков, в накоплении которых полезащитное лесоразведение играет большую роль.

Динамика запасов общей влаги на исследуемых лесных полосах и открытом поле представлена в таблице 2.11.

Запасы общей влаги (мм) в метровом слое лесных полос и открытого поля (1994-1998 гг.) Согласно полученным данным наибольшее количество влаги поступает в почву в месте максимального сугроба, а наименьшее - в центре поля. Весенние запасы влаги в центре лесополосы на 33-51 мм выше. Лишь в 1998 г.

разница между запасами влаги в лесной полосе и в открытом поле была незначительна. К концу вегетационного периода запасы влаги снижались. Причем наименьшие запасы были характерны для почв, расположенных под лесополосой. За 1994-1998 гг. запасы влаги в центре полосы были на 14 - 66 мм выше, по сравнению с открытым полем.

Наши исследования свидетельствуют, что в лесной полосе и на различном удалении от нее, растения расходовали неодинаковое количество влаги в течение весенне-летнего периода. В 1995 г. посевы ячменя в открытом поле израсходовали 315 мм влаги, а в почве под лесной полосой на 85 м больше (таблица 2.12).

Расход влаги посевами ячменя на полях, защищенных лесными полосами Лучшая увлажненность растений под лесной растительностью связана с лучшим использованием запасов почвенной влаги. Доля участия которой в формировании урожая ячменя составила в центре межполосного пространства всего 27,0 %, а доля участия влаги осадков – 73 %, что свидетельствует о большой зависимости растений в открытом поле от выпадающих осадков.

В 1996 г. валовые расходы влаги составили в весенне-летний период в почве под лесной полосой 379 мм, в открытом поле – 321 мм (таблица 2.13).

Превышение валового расхода влаги в почве под лесной полосой, по сравнению с центром межполосного пространства, составило – 58 мм. В условиях 1996 г. главным источником влагообеспеченности кукурузы явились осадки, выпавшие в течение вегетационного периода. В целом за вегетационный период 1996 г доля участия почвенной влаги в формировании урожая кукуруз составила 35,2 %, а доля почвенной влаги, используемой растениями лесной полосы – 45,1 %.

Вегетационный период кукурузы в 1997 г. характеризовался недостаточным выпадением осадков. Их количество составило 111 мм. Валовой расход влаги с 26.05 по 20.07 составил в почве под лесной полосой 359 мм, а в открытом поле – 255 мм. По сравнению с открытым полем древесные растения дополнительно использовали 104 мм влаги. В условиях недостаточного выпадения осадков, ведущую роль в обеспечении растений влагой играет Расход влаги посевами кукурузы на полях, защищенных лесными полосами (1996 –98 гг.) почвенная влага. Ее доля во влагообеспеченности посевов кукурузы составила в открытом поле 56,5 %, а растений в центре лесной полосы – 69,1 %.

Вегетационный период кукурузы в 1998 г. характеризовался острым недостатком влаги. За данный период выпало всего 91 мм. Валовой расход влаги на деструкцию растительности, на физическое испарение, просачивание в глубокие слои, задержание осадков на кронах, сток (поверхностный и внутрипочвенный) составил в почве под лесной полосой 321 мм. Посевы кукурузы в открытом поле израсходовали 287 мм влаги. По сравнению с центром межполосного пространства (250 м от полосы) валовой расход влаги соответственно в лесной полосе увеличился на 34 мм. Это увеличение произошло за счет лучшего использования почвенной влаги. В условиях крайне засушливого периода основную роль во влагообеспеченности растений сыграла почвенная влага. Ее доля во влагообеспеченности растений, в целом за вегетационный период составил в почве под лесной полосой 71,7 %, а в посевах кукурузы в открытом поле – 68,3 %.

Изменение запасов влаги хорошо согласовывается с ростом и развитием растений, агроэкологическими свойствами почвы, с видовым составом и численностью карабидофауны. Большая вегетативная масса растений с хорошо развитой корневой системой больше использовала влагу.

Суточный расход влаги менялся в зависимости от удаленности от лесной полосы. Наибольший суточный расход влаги был характерен для лесной полосы и наименьший в центре межполосного пространства. Метеорологические условия оказали незначительное влияние на суточный расход влаги.

Испарение с открытой водной поверхности является наиболее важным показателем, определяющим роль лесных полос. Оно является комплексной характеристикой условий произрастания сельскохозяйственных культур и зависит от уровня солнечной радиации, скорости ветра, турбулентного обмена, температуры, влажности воздуха и т. д. Лесные полосы способствуют увеличению запасов влаги в почве не только за счет зимних осадков.

Они оказывают влияние на испарение влаги с прилегающих территорий. Основные пути потери влаги – это физическое испарение с поверхности почвы и транспирация растительностью. Расход влаги на физическое испарение зависит от температуры воздуха, его влажности и скорости ветра. В теплый период года, особенно весной, уменьшая скорость ветра, ослабляя турбулентный обмен, они способствуют снижению испарения с поверхности почвы, и тем самым сохраняют запасы влаги в почве. При больших скоростях ветра испарение возрастает, поэтому при усилении ветра возрастает эффективность действия лесных полос. За сутки в суховейные дни на защищенных полях испаряемость уменьшается на 50 % по сравнению с открытыми участками (Митрюшкин К.П., 1979; Дьяченко, Брысова Л.П., 1979; Лабанов Д.А., Танзыбаев М.Г., 1986; Атрохин В.Г., 1991; Немцев Н.С.,1996; Каштанов А.Н., 1998;).

На облесненных полях растения более экономно расходуют влагу.

Транспирационный коэффициент у сельскохозяйственных растений на полях защищенных лесными полосами ниже, чем на открытом поле (Павловский Е.С., 1981).

По испаряемости, как известно, можно косвенно судить не только об интенсивности испарения влаги из почвы, но и об интенсивности транспирации растений. Кроме того, она может служить надежным признаком при установлении дальности защитного влияния полезащитных лесных полос на микроклимат прилегающих территорий. Проведенные нами с июня 1997 г. исследования показали, что за весь период наблюдения лесные насаждения оказали положительное влияние на снижение испарения (таблица 2.14).

Влияние лесных полос на испарение с открытой водной поверхности (1997 – 98 гг.) В центре лесной полосы испарение снижалось за сутки на 45 %, в том числе в дневные часы на 44 %, ночные - на 46 %, что объясняется значительным снижением турбулентного обмена и оттеняющим влиянием древостоя.

Особенно резко снижение испаряемости в лесных полосах наблюдалось в 1998 г., когда в первой декаде июня была высокая температура (25,90С). В условиях высокой температуры в 1998 г. по сравнению с 1997 г. произошло резкое увеличение испаряемости воды с водной поверхности. В центре лесной полосы испаряемость снизилась, по сравнению с центром межполосного пространства, на 38,3 – 42,2 %. Приведенные выше данные свидетельствуют о том, что лесные полосы значительно уменьшают испарение по сравнению с открытым полем.

Следовательно, испарение с открытой водной поверхности под защитой лесных полос значительно ниже, чем в открытой степи. В жаркий засушливый период, особенно в суховейные дни, испарение, как в дневные, так и в ночные часы под защитой полосы значительно меньше.

Структурное состояние почв. Общеизвестно классическое положение Н.А. Качинского о том, что плодородие почв, тяжелых по механическому составу в сильной степени зависит от их структуры. Создание полезащитных лесных полос оказывает существенное влияние на структурно–агрегатный состав почвы. Наилучшей структурой обладают почвы под лесной полосой, что находится в тесной зависимости от повышенного содержания перегнойных кислот. Одновременно с этим протекающие под лесом интенсивные микробиологические процессы также способствуют формированию хорошей, устойчивой против размывания водой, структуре почвы.

Под влиянием древесной и травянистой растительности структура почвы из комковато–пылеватой в открытом поле, под лесной полосой превращается в комковато–зернистую. Тонкие корни древесных растений, пронизывая почву во всех направлениях, способствуют этим образованию агрегатов. Корневая система является одним из факторов образования структуры почвы и повышения ее водопрочности. Органическое вещество, образующееся при разложении корней древесных растений, усиливает цементацию агрегатов и делает их более прочными. Р.В. Вильямс (1946) придавая большое значение корневой системе в образовании структуры, писал: «… в первоначальных стадиях развития черноземов почвообразующая порода разделяется давлением корней на граненые комки. Обособившиеся комки пропитываются молекулярно растворимым перегноем, образующимся в процессе анаэробного разложения корней, оплетающих комки. Растворимый перегной под влиянием времени и понижения температуры переходит в нерастворимую в воде форму аморфного перегноя, прочно цементирующего элементы комка».

Структурный состав выщелоченного чернозема под лесной полосой Сроки Местопо- Слой Размер частиц в мм, (%) Полученные в 1995 г. по структурному составу данные показывают, что верхний слой почв открытого поля распылен в большей степени, чем в почвах под лесной полосой (таблица 2.15). Количество агрономически ценных агрегатов в слое 0 – 10 см составило в почве под лесной полосой 92,8 %, в открытом поле (на расстоянии 250 м) – 58 %. В слое почвы 10–20 см их количество в лесной полосе составляет 90,1 %, в открытом поле - 59,7 %. В слое 20 – 40 м на их долю приходится 91,1 %, а в открытом поле – 59,8 %. В лесной полосе наибольшее количество структурных частиц содержится в слое почвы 0 – см. Эти изменения достоверны (НСР = 1,0-2,3 %).

В 1996 г. сохранилась отмеченная выше закономерность, т.е. наибольшее количество агрономически ценных структурных единиц содержится в почвах под лесными насаждениями во всем почвенном профиле. В слое почвы 0 – 10 см под лесными полосами количество структурных единиц составило 95,7 %, а в открытом поле – 48,6 %. Изменение структуры достоверно. В открытом поле наблюдается увеличение пылеватой фракции.

Объемная масса. Одним из условий получения стабильных и высоких урожаев сельскохозяйственных культур является создание оптимальной плотности пахотного слоя.

Современные многофункциональные технологии возделывания сельскохозяйственных культур предполагают увеличение антропогенной нагрузки на почву. При многократном проходе агрегатов, разрушается структура почвы, повышается ее плотность, снижается водопроницаемость профиля, возрастает распыляемость. Почва становится эрозионно-опасной, нарушается водный и воздушные режимы, снижается продуктивность агроценозов (Fortune R.F., 1990).

Для большинства культур она составляет 1,1-1,3 г/см3 (Кауричев И.С., 1989; Кочетов И.С., 1990). При ее повышении на 0,1-0,2 г/см3 урожайность культур уменьшается, а при значительном уплотнении - резко падает. Особенно остро реагируют на уплотнение черноземы. Так, при увеличении этого показателя на 0,1 г/см3 урожайность зерновых колосовых культур снижается на 15 %, а на 0,2- на 50 % (Макаров И.П., Извеков А.С., 1988).

Лесные полосы оказывают существенное влияние на объемную массу почвы. По одним данным, с возрастом лесных полос она на прилегающих полях уменьшается, что объясняется улучшением структуры и сложения почвы (Данилов Г.Г., 1971). По другим данным, наоборот, объемная масса несколько увеличивается в местах отложения наибольшего количества снега вблизи лесных полос (Кретининин В.М., 1971).

Величина объемной массы коррелирует с содержанием гумуса в почве.

Эта связь носит обратный характер, т.е. увеличение гумуса под влиянием защитных лесонасаждений, ведет к улучшению плотности сложения. С другой стороны, из-за повышения влажности защищенных полей по сравнению с открытыми, ведет к уплотнению почвы (Данилов Г.Г., Каргин И.Ф., Лобанов Д.А., 1983). В приопушечных зонах лесных полос почва уплотняется несколько сильнее, чем на незащищенном поле. Так, в 1969-1970 гг. величина объемной массы почвы в приопушечной зоне (до 50 м от лесополосы) была выше на 0,05 - 0,1 г/см3 по сравнению с открытым полем (Мандров Н.П., 1971).

Нашими исследованиями установлено, что в течение вегетационного периода объемная масса в слое почвы 0-20 см в лесной полосе составил 0,95 – 1,03 г/см3, а в открытом поле (центр межполосного пространства) она составила 1,08 – 1,23 г/см3 (таблица 2.16).

В слое почвы 20 – 40 см объемная масса составила в почве под лесной полосой 1,05- 1,12 г/см3, а в открытом поле 1,17-1,24 г/см3. В течение вегетационного периода изменение величины объемной в лесной полосе незначительно, а в открытом поле оно выражено в большей степени.

Следовательно, плотность сложения почвы в лесной полосе меньше, чем в открытом поле. Эти изменения достоверны. В течение вегетационного периода происходят колебания в величине объемной массы под влиянием изменения влажности почвы и роста корневых систем растений.

Изменение объемной массы выщелоченного чернозема в течение Недостаточная аэрация оказывает отрицательное влияние на многие стороны жизни растений. При снижении аэрации происходит значительное снижение поглощения воды ее корневой системой по сравнению с нормальной аэрацией. В анаэробных условиях в корневых системах происходит снижение содержания фруктозы, глюкозы, сахарозы, которые являются основой для обмена веществ. По мере понижения аэрации происходит снижение содержания фосфорорганических соединений кислоторастворимой фракции, которые имеют наиболее значительное влияние в процессе энергетического обмена.

Наши исследования показывают, что пористость почвы изменяется в соответствии с изменением объемной массы. Наибольшая пористость была характерна под лесной полосой, которая в слое почвы 0 – 20 см составляет 57, – 59,5 %. В открытом поле ее величина составила 56,6 – 57,0 %. Разница в пористости между лесной полосой и открытым полем составила 1,3 – 2,5 %. В слое почвы 20 – 40 см пористость в лесной полосе составляет 54,1 – 55,8 %, тогда как в открытом поле – 52,4 – 52,8 %. Разница в величине пористости в данном слое между лесной полосой и открытым полем составляет 1,7 – 3,0 %.

Величина объемной массы почвы оказывает существенное влияние, как на видовой состав, так и на численность жужелиц. При увеличении ее величины сокращается не только число видов жужелиц, но и их численность.

Увеличение плотности почвенного профиля затрудняет не только передвижение жужелиц, которые не могут зарываться в почву, но и затрудняет им поиски добычи.

Значимой (n =24) была связь между числом видов и объемной массой (z = - 0,53). Уравнение регрессии зависимости между этими величинами состаУ = - 133,38 + 285,86 х - 140,06 х X2, где вил:

У- число видов, Х – объемная масса почвы, г/см3.

Оптимальной величиной объемной массы для жизнедеятельности жужелиц составила 0,98-1,06 г/см3. При дальнейшем увеличении этого показателя число видов сокращается. Зависимость между численностью жужелиц и объемной массой составила 0,64. Наибольшая численность отмечена в интервале плотности от 1,08-1,16 г/см3. Как при меньшей, так и при большей плотности их численность снижалось. Уравнение регрессии значимо и имеет вид:

У = -12225 +22323 х Х – 9928,5 х Х2, где У – численность жужелиц, Х – объемная масса почвы, г/см3.

Жужелицы в свою очередь оказывают влияние на пористость почвы.

Проделывая ходы в почвенном профиле, они увеличивают ее пористость, улучшают воздушный и водный режим почвы. Все это в конечном итоге улучшает условия роста и развития растений.

Содержание гумуса в почвенном профиле.

Уровень почвенного плодородия во многом обусловлен запасами органического вещества и мощности гумусового горизонта (Heinzle Y., 1978).

Проблема сохранения органического вещества в современном земледелии приобретает весьма важное значение. Гумус почвы является ее важнейшей составной частью, содержание и формы которого в значительной мере определяют основное свойство - плодородие. В состав гумуса входит азот и другие элементы питания. Он служит источником углекислого газа, необходимого для фотосинтеза. Незаменима роль гумуса в формировании физических свойств почвы, ее водного и теплового режимов, активизации микробиологической деятельности. (Глухих М.А.,1994). В почве содержится огромное количество связанной энергии. Наиболее энергоемкой частью почвы является гумус, каждая тонна которого соответствует 5 х 106 ккал потенциальной энергии. С участием гумуса в почве происходят сложные биохимические процессы, создающие благоприятные условия для накопления биомассы и функционирования биоты почвы. Но органическое вещество почвы подвержено динамике. Практика мирового земледелия показала, что с интенсификацией систем земледелия в ХХ веке запасы гумуса пахотных почв снизились на 15 - 25 %, в ряде случаев на 40 % и более (Панников В.Д. 1977; Державин Л.М., Поляков А.Н., Флоринский А.М., 1988; Федорин Ю.В., 1988). По данным А.Н. Каштанова (1997) мощность перегнойного горизонта и содержание гумуса в черноземных почвах за одно поколение людей сократилось на 30 – 50 %, а в ряде районов Воронежской, Белгородской, Курской областей на дневную поверхность вышли почвообразующие породы. Подобная тенденция отмечена практически во всех регионах России, особенно в Нечерноземной зоне на почвах с низким потенциальным плодородием. Содержание гумуса в пахотных почвах Нечерноземной зоны в последние 2-3 десятилетия уменьшилось на 0,5 - 0,7 т/га (Шапкин А.С.,1990).

Потери питательных веществ и гумуса происходят за счет поверхностного стока, вымывания в нижележащие слои почвы, ветровой эрозии и многих других причин (Хомяков Д.М.,1994). Сокращение запасов гумуса в биосфере имеет не только хозяйственное значение, но и большое экологическое значение. Биологическая продуктивность планеты опирается не только на нормальное функционирование почвенного покрова, которое в первую очередь определяется состоянием гумусового слоя. Почвенно-растительные экосистемы как бы противостоят энтропии, удерживая на сотни, тысячи и миллионы лет энергию, накопленную в гумусе, торфе, углях. Энергия гумуса и органических остатков служат базой существования и почвообразующей деятельности животных, микроорганизмов, основой почвенного плодородия.

Именно благодаря наличию гумусового горизонта почвы выступают как универсальный общеземной аккумулятор и распределитель энергии, связанный в гумусе (Каверин А.В., 1996). Обеспечение на первом этапе хотя бы простого воспроизводства гумуса - важная задача, требующая нестандартных решений сохранения и повышения плодородия почв (Державин Л.М., Поляков А.Н., Флоринский А.М., 1988; Жуков А.И., Попов П.Д., 1988; Федорин Ю.В., 1988).

Многие авторы свидетельствуют о положительном влиянии защитных лесных полос на аккумуляцию органического вещества, сохранение и накопление гумуса почв (Шакиров К.Ш., 1961; Данилов Г.Г.,1963; 1967; 1980;