Ленинский год — год 35-летия великой Победы, когда комсомол всей страны проводит операцию «Древо памяти», юбилейный и для советского лесоводства.
60 лет назад 29 апреля 1920 года В. И. Ленин подписал декрет «О борьбе с засухой», в котором говорилось: «Центральному лесному отделу вменяется в обязанность:
а) укрепление оврагов и песков путем древесных насаждений;
б) устройство снегосборных полос и изгородей;
в) облесение вырубок, гарей и других безлесных пространств в засушливых районах, а также в верховьях и по берегам рек...»
В. В. Докучаев и другие русские ученые еще в конце прошлого века экспериментально доказали перспективность использования лесополос для преодоления вредного влияния суховеев на урожай, улучшения водного режима и предупреждения эрозии почвенного покрова. Но в условиях буржуазно- помещичьей России их открытия не находили широкого претворения в жизнь. Лишь после революции ленинский декрет придал лесомелиоративным работам по преобразованию природы степной зоны страны настоящие государственные масштабы.
В течение завершающейся пятилетки только в РСФСР площадь лесных полезащитных полос возрастет на 255 тыс. га. Но если раньше любые лесопосадки считались благом и, чем больше их производилось, чем больше оптимизма они вызывали, то теперь положение меняется. Современный комплексный научный подход заставляет, не забывая о количестве, первостепенное внимание уделять качеству, определяемому по достижении конечного результата. Для лесных полос таким критерием эффективности должно стать повышение урожая на защищаемых ими полях, а не количество посадок.
И еще. Как отмечалось в центральной печати, «многие агрономы, бригадиры, руководители хозяйств теперь задумываются: стоит ли занимать богатые равнинные черноземы лесом?» Появляются и прямые противники применения лесополос. Значит, не все в этом вопросе обстоит благополучно. Вот почему редакция решила обратиться к этой теме.
Полезащитному лесоводству в нашей стране всегда уделялось большое внимание. С ним связывались надежды не только на существенное повышение урожайности полей, но и на общее улучшение климата степных районов, на искоренение суховеев и пыльных бурь. И хотя в большинстве случаев лесополосы действительно способствовали повышению урожаев, ожидавшегося коренного преобразования природы не получилось. Зачастую выросшие, набравшие полную силу и вставшие, казалось бы, непреодолимой стеной на пути ветра лесные полосы переставали выполнять свою роль, защищать поля от ветровой эрозии. Особенно наглядно это проявилось в 1969 году, когда густые многорядные полосы сами гибли от пыльных наносов.
Нельзя сказать, что лесоводы не сделали из этого никаких выводов. Наоборот, инструкции и правила по лесопосадкам были дважды пересмотрены. Вместо 7—8 рядов сначала было рекомендовано ограничиваться 4—5, а затем и 3—4 рядами. Но это не дало существенного улучшения. Ведь по своему облику полосы остались прежними — густыми, плохо продуваемыми. Лесоводы упорно стараются сажать максимально допустимое по инструкциям число рядов, а в каждом из них — максимально допустимое число саженцев. С одной стороны, это им выгодно материально, а с другой — здравый смысл заставляет думать, что чем плотнее полоса, тем более надежной преградой для ветра она служит. И действительно: кто из нас не знает, что густые кустарники и деревья куда лучше защищают от ветра. Но в данном случае здравый смысл нас подводит, а наука ничего ему не противопоставляет, не ответив:
как работает лесная полоса?
Без ответа на этот, казалось бы, элементарный вопрос, без четкого понимания физического смысла процесса, в результате которого за стеной деревьев снижается скорость ветра, поиски оптимальной конструкции лесной полосы эффективными быть не могут.
 |
Нельзя сказать, что сельскохозяйственная наука не пытается дать такого ответа. Наоборот, в современной литературе на этот счет высказывается масса соображений, но все они отталкиваются от того же здравого смысла.
Вот, например, одно из наиболее популярных объяснений: воздушный поток, преодолевая лесополосу, теряет часть своей энергии, благодаря чему замедляется. Да, потери энергии здесь есть, но они весьма малы, чтобы сколь-нибудь заметно повлиять на скорость ветра.
Некоторые специалисты считают, что вся загвоздка — в гибкости ветвей, которые, пружиня, амортизируют порывы ветра. Но это объяснение неправильно уже потому, что лучшие лесополосы состоят из могучих дубов, а их ветви, как известно, далеко не гибки.
С 1963 года получила распространение теория А. Я. Смалько, который утверждает, что «полоса любой конструкции является мощным вихреобразователем». В своей монографии он неоднократно возвращается к этой мысли, пытаясь, опять же умозрительно, показать, что именно возникновение вихря приводит к снижению скорости ветра. Но и с таким выводом согласиться нельзя. На самом деле, чем гуще полоса и чем более мощным вихреобразователем она является, тем хуже она защищает поле. После пыльных бурь часто видишь такую картину: за плотными посадками ветер нанес внушительную кучу мелкозема, убедительно свидетельствующую о том, что в этом месте свирепствовал вихрь. Вихрь-то был, а вот защиты поля, как показывает практика, не было.
В монографии А. В. Альбенского, изданной в 1971 году, вообще выдвигается «смелая гипотеза» — воздушный поток перед лесополосой сжимается и от этого несколько нагревается. Но каждому, кто знаком с аэродинамикой, известно, что сжимаемость воздуха в свободном потоке, обтекающем препятствие, проявляется лишь при скоростях, приближающихся к скорости звука, начиная примерно с 250 м/с. Таких ветров у земной поверхности, к нашему счастью, не бывает.
Последний пример, правда, скорее опечатка, чем ошибка. Он не может быть использован для выдачи рекомендации и не принесет вреда. Бывают же гораздо худшие случаи. Но сначала посмотрим,
что показывает аэродинамика
В технике с целью уменьшения мощности потока применяют специальные заслонки, или дроссели. А для его сглаживания (ламинаризации) используют сетки и решетки соответствующей конструкции
Помня об этом, попытаемся определить, какие изменения происходят в воздушном потоке, когда он встречается с лесополосой. Ее моделью может служить плоская решетка (забор, щит с просветом), ажурность которой 50%. Будем условно считать, что в просветах скорость воздуха не увеличивается, не уменьшается (что достаточно точно для наших целей). Тогда через решетку пройдет только половина объема набегающего на нее потока. Таким образом, лесополоса работает будто дроссельная заслонка: пропускает только часть потока.
Преодолев препятствие, поток расширяется и согласно уравнению неразрывности (при установившемся движении скорость струи обратно пропорциональна площади ее поперечного сечения) вдвое снижает свою скорость. И это замедление сказывается в приземном слое, высота которого примерно равна высоте полосы. Остальная же часть воздушного потока (вторая половина) поднимается и огибает препятствие сверху. При этом его скорость над полосой увеличивается. Такое увеличение наблюдается до высот в два- три раза больших, чем высота деревьев. Лесополоса не уменьшила энергию ветра, не погасила ее. (Гидравлические потери, безусловно, будут, но практически их можно не учитывать.) Она лишь изменила распределение скоростей набегающего потока: в нижнем слое уменьшила, а в верхнем — увеличила.
Ослабление ветра за лесополосой будет сохраняться на некотором расстоянии, а потом, вследствие турбулентного перемешивания воздуха, в приземном слое восстановятся те скорости, которые были до встречи с препятствием. И это произойдет тем дальше от полосы, чем более сглаженным, незавихренным будет поток.
Ажурные, проницаемые для ветра лесополосы, сыграв роль заслонки, одновременно работают как ламинаризирующие решетки — выравнивают поток и тем самым предотвращают активное перемешивание нижнего слоя с .верхним. Умело созданные полосы уменьшают скорость ветра на расстоянии, превышающем их высоту в 20—25 и более раз, не дают образовываться наносам и обеспечивают равномерное распределение снега на защищаемой площади.
К сожалению, большинство существующих полос этими качествами не обладает. Густые, малопроницаемые, они пропускают сквозь себя лишь толику потока, то есть работают исключительно как заслонки. Заметная разница между скоростями нижнего и верхнего потоков приводит к образованию сильного вихря. Такая лесополоса, которая сама становится причиной турбулизации потока, вместо пользы начинает приносить вред. Образующиеся за ней трамплиновидные наносы как раз и являются свидетельством и вещественным доказательством того, что ничего хорошего ожидать от нее не приходится.
Заблуждения, которые нужно преодолеть
Приведенное аэродинамическое объяснение работы лесополосы настолько очевидно, что невольно возникает вопрос: почему к нему сразу же не пришли лесоводы? Причина, видимо, таится в том, что авторы научных трудов по лесополосам — биологи, компетентные во всех ботанических и экологических вопросах, но весьма далекие от механики. А мы уже убедились, что проанализировать конструкцию лесополос в рамках только биологических наук без привлечения аэродинамики очень и очень сложно.
 |
| Обтекание ветром густой (слева) и редкой (справа) лесных полос. Непродуваемая густая полоса работает как заслонка. Воздушный поток, идущий со скоростью V, поднимаясь, (до высоты 2Н, ЗН, где Н — высота деревьев), убыстряется и приобретает за ней вихревое движение. Эти вихри усиливают эрозию почвы и приводят к образованию трамплиновидных наносов. Редкие же посадки, работающие и как заслонка, и как решетка, позволяют избежать столь вредного явления. Нижняя часть потока, прошедшая сквозь полосу, ослабевает (до скорости У2) и надежно изолирует поле от верхней, имеющей повышенную скорость (V,). |
Так, два известных лесовода, доктора сельскохозяйственных наук А. Дебелый и В. Векшегонов в результате многолетних исследований в совершенно разных районах страны все-таки выявили преимущества редких полос и накопили богатый опыт по их выращиванию. Однако этот ценнейший опыт не получает всеобщего распространения, ибо считают — он доказателен лишь для специфических условий тех мест, где он получен. И то, что за рубежом в последние годы сажают в основном 1—2-рядные лесополосы, также объясняют не их достоинствами, а тем, что земли, пригодные для полеводства, там весьма дефицитны. Но как согласиться со скептиками, когда факты убеждают в обратном? Скажем, американцы ежегодно отводят под новые лесополосы 10 тыс. га пахотных земель. Какая уж тут экономия... Видимо, они имели возможность убедиться в преимуществах хорошо продуваемых полос.
К чему приводят рассуждения, когда, не выяснив причин вредного явления, начинают бороться с его следствиями, показывает следующий пример. Как мы уже говорили, за плотной полосой из-за ее вихреобразующего действия возникают трамплиновидные наносы, которые достигают толщины 2—3 м при ширине 10 м и более. Их устранение требует больших затрат труда и средств. И вот Ф. С. Барышман в своей статье, опубликованной в «Трудах Кубанского сельскохозяйственного института», рекомендует: для того чтобы этих наносов не было, делать полосы еще более плотными, более густыми. Тогда, по его мнению, вихри за полосой станут мощнее и унесут весь мелкозем с собой.
Это уже далеко не безобидный совет!
Его автор забыл о самой сути лесополосы и, увлекшись борьбой с наносами, придает ей полеразрушительное назначение. Образовавшийся вихрь, работая как роторный экскаватор, унесет не только нанос, но и скальпирует поле, причем на тем большем пространстве, чем сильнее ветер и плотнее полоса.
Итак, подведем итоги. Как показывает опыт передовых лесоводов и подтверждают аэродинамические исследования, можно создавать хорошо продуваемые лесополосы, надежно работающие даже в самых сложных условиях.
Конечно, вырастить узкую ажурную полосу сложнее. Ей придется уделять больше внимания. Но зато потом, когда саженцы окрепнут, она почти не потребует дорогостоящих рубок ухода. А на существующих лесопосадках такие рубки необходимы, но чаще всего руки лесоводов до них не доходят, и непродуваемые густые посадки превращаются в настоящие «джунгли», даже вредящие полям. Попытки решить подобные противоречия с узковедомственных позиций могут лишь дискредитировать идеи полезащитного лесоразведения. Этого не случится, если мы будем создавать лесополосы на основе комплексных исследований, соответствующих современному уровню развития как биологических, так и технических наук.
ПАВЕЛ ЛУКЬЯШКО, изобретатель, г. Быково Московской обл.