ЛЕС И ВЛАГА

Значение влаги для роста леса. Вода играет важную роль в жизни древесных и кустарниковых пород, она растворяет минеральные вещества почвы, участвует в фотосинтезе, транс-пирации, является составной частью клетки. Основная часть влаги поглощается растениями из почвы. Вместе с водой расте­ния потребляют минеральные питательные вещества, необходи­мые для жизни леса.

Отдавая через листовую поверхность влагу, деревья регулируют свой температурный режим. Вода входит в состав клеток и тканей животных и растений, почвы, атмосферы, в зависимости от ее состояния и концентрации изменяет температуру воздуха и почвы, делает доступными для растений питательные вещества, ослабляет солнечную ра­диацию, усиливает или замедляет процессы роста и развития леса.

В природе вода находится в твердом, жидком и газообраз­ном состояниях. В общем объеме мировых водных запасов вода в твердом состоянии в виде льда составляет 1,65%. Ко­личество пресной воды, содержащейся в реках, озерах и почве, равно 0,635 % объема водных запасов земли. Атмосферная вода составляет 0,001 %, и на долю мирового океана приходится 93,96 %- общих запасов влаги [14]. Эти показатели общего объема мировых водных запасов ориентировочны.

Твердая, жидкая и газообразная влага в количественном отношении меняется в зависимости от интенсивности солнечной радиации и других факторов. Вода в жидком состоянии, по­глощая солнечную энергию, превращается в водяные пары  атмосферы, по концентрации которых в ней определяют влаж­ность воздуха. Количество влаги в воздухе зависит от его тем­пературы, движения, рельефа местности, а также от времени года и географического месторасположения. Высокие темпера­туры, которые сами по себе могут быть губительными для рас­тений, в сочетании с достаточной влажностью воздуха и почвы обеспечивают им благоприятные условия для роста.

Водяные пары, перемещаясь в атмосфере, попадают в усло­вия более низких температур, конденсируются, выделяют много тепла и выпадают в виде осадков, часть которых пополняет за­пасы воды на суше. Выпадающие осадки просачиваются в землю или стекают с поверхности почвы и через реки попа­дают в океан.

Источники влаги, их влияние на лес. Основными источни-ками влаги в лесу являются снег и дождь. Большая часть осадков в виде дождя и растаявшего снега стекает поверхностным стоком в реки, озера, моря, частично задерживается на поверхности почвы и растительности, а затем испаряется в атмосферу. Если количество выпадающих осадков значительно, то часть их расходуется на смачивание почвы и потребление корнями растений.

В разных географических зонах страны количество выпа­дающих осадков неодинаково. Так, в арало-каспийских степях их выпадает всего 100 мм, в северо-восточных районах — до 300 мм, центральных—500—600 мм, степных — 300—400 мм, в Сибири осадков выпадает мало: в средней части 300—400 мм, восточной — 270 мм, Амурской обл. 440 мм, на Сахалине 540 мм. Наибольшее количество осадков выпадает у восточного побережья Черного моря в районе Сочи и Батуми — 2000— 2500 мм, на побережье Охотского моря и на юге Камчатки — 800—1000 мм. Большинство атмосферных осадков выпадает в летнее время.

Влага, поглощенная корнями растений, используется на фо­тосинтез, транспирацию. Атмосферные осадки, которые прони­кают вглубь до водоупорного слоя, образуют горизонт грунто­вых вод и стекают внутрипочвенным стоком в реки. Большое лесоводственное значение имеют зимние осадки. Снег является источником снабжения растений водой. Снеговой покров пре­дохраняет молодые растения от низких температур и механи­ческих повреждений, а почву от промерзания, обеспечивая тем самым проникновение талых вод в почву. Но зимние осадки могут оказывать на лес и отрицательное действие, вызывая сне­голом и снеговал. Снег, задерживаясь на кронах, способствует поломке сучьев и вершин деревьев. От снеголома страдают осо­бенно хвойные породы — сосна и кедр. Снеговал бывает значи­телен при большой густоте древостоя и сомкнутости полога.

Лиственные породы меньше повреждаются навалом снега, так как сбрасывают на зиму листья и имеют гибкие ветви. Кроме дождя и снега, источниками влаги являются град, мо­рось, ледяной дождь, роса, иней, изморозь, ожеледь.

Град — ледяные ядра или кристаллы диаметром от 0,5 до 2 см, иногда до размера куриного яйца — очень часто сопровож­дает ливневые дожди и вызывает градобой. От града нередко погибают посевы и посадки леса, наблюдается обивание коры у груши, ольхи, лещины.

Морось — осадки, выпадающие из слоистых облаков или из тумана в виде мелких капелек. Скорость передвижения их очень мала и почти незаметна на глаз. Морось проникает везде и всюду, смачивая закрытые части кроны дерева, нижние части листьев и ветвей. Мелкие капельки мороси с растворенными в них отдельными частицами минеральных веществ, находя­щихся во взвешенном состоянии в воздухе, обеспечивают допол­нительное внекорневое питание леса через листья.

Ледяной дождь — мелкие ледяные шарики диаметром от 1 до 3 мм. Они образуются в результате замерзания капелек дождя при прохождении их через более холодные слои воздуха.

На поверхности растений, деревьев, почвы и отдельных пред­метов часто наблюдаются и другие различные явления природы (роса, иней, изморозь и ожеледь).

Ночью в редком лесу поверхность почвы несколько осты­вает. Приземной слой воздуха охлаждается. Еще интенсивнее охлаждаются растения и листья деревьев. Если температура приземного слоя понизится и станет ниже точки росы, начина­ется конденсация водяных паров и на шероховатой поверхно­сти травянистой растительности и кронах деревьев образуется роса. Если конденсация происходит при отрицательной темпе­ратуре, образуется иней (мелкие ледяные кристаллики). Ин­тенсивность образования росы и инея зависит от скорости дви­жения ветра, влажности воздуха, температуры окружающего воздуха и других физических и метеорологических факторов. 156

В течение ночи слой оседающей росы достигает 0,5 мм. Это до­полнительная влага для растений. При конденсации паров вы­деляется скрытая теплота парообразования. Эта теплота пре­пятствует дальнейшему охлаждению приземного слоя воздуха, предупреждая заморозки, часто причиняющие большие бедст­вия лесокультурному делу.

Изморозь появляется на хвое, листве деревьев, кустарнико­вых и травянистых растениях. Физический смысл ее заключа­ется в том, что после сильных морозов деревья и кустарники сильно охлаждены. При резком повышении температуры воз­духа (появление теплого ветра и др.) на промерзших ветвях и хвое деревьев образуется значительная масса длинных ле­дяных игл, нитей, пластинчатых или призматических кристал­лов. Изморозь служит дополнительным источником влаги для леса. Положительная роль изморози заключается также в том, что в образовавшихся кристалликах льда оседает значительное количество аммиака и других нужных для растений веществ, которые при таянии попадают в почву и становятся дополни­тельными источниками питания. Изморозь может играть и от­рицательную роль, так как при больших образованиях изморо­зи ветви деревьев или их вершины обламываются. Но это бы­вает редко. Обычно образовавшиеся иглы легко отваливаются и падают на землю. В кристаллах льда могут содержаться ра­диоактивные частицы, вредные для леса. Однако это отрица­тельное явление может проявляться только при радиоактивном загрязнении атмосферы.

Ожеледь — слой льда на поверхности ветвей и стволов. Об­разуется при быстром наступлении дождливой погоды после морозов. На ветви, покрытые инеем, попадает влага, которая превращается в лед. Ожеледью чаще повреждаются насаждения с разомкнутым пологом. Кроме того, страдают породы с негиб­кими ветвями, например осина, сосна.

В течение ночи на небольшом дереве сосны в возрасте 10—15 лет образуется до 150—180 кг льда. Ветви и вершины стволов, не выдерживая тяжести льда, с треском и грохотом отламываются и падают на землю. В условиях юга нашей страны такие явления бывают часто и приносят лесу вред.

Меры борьбы: создание с наветренной стороны плотных опушек из устойчивых лиственных пород; создание смешанных насаждений, повышение сомкнутости древесного полога, осо­бенно на первых этапах жизни насаждений (20—40 лет).

Вода, потребляемая лесом. Вода обладает чрезвычайно ценными свойствами, обеспечивающими существование живых организмов на Земле и развитие процессов их жизнедеятель­ности. Вода является наилучшим растворителем, обладает большой теплоемкостью, входит в состав клеток и тканей жи­вотных и растений. В молодых растениях количество ее мо­жет достигать 90—95 % общей их массы. В зависимости от концентрации воды в тканях растений меняется количество по­глощаемой   углекислоты.   В   стволах   деревьев   консервируется 0,5 % энергии, 0,04 % воды и 22,4 % углекислоты. Максимальная ассимиляция происходит при оптимальном содержании   влаги. На дыхание   растений   уходит   0,9 % энергии, 0,08 %  воды и 45 %  углекислоты. Большая потеря воды растениями, так же . как и ее недостаток, отрицательно сказывается на фотосинтезе древесных, кустарниковых и напочвенных растений. Благодаря способности к фотосинтезу и ассимиляции растения занимают определяющее место в круговороте веществ в природе.  Вода как химическое соединение участвует в реакциях фотосинтеза. Зеленые мхи содержат влаги от 8 до 500%, сфагновые — до  3000 %.  В   насаждениях  с запасом   древесины   500 м3/га вода составляет 200—250 т, а при общем запасе с древесиной ветвей и корней 700 м3/га — 360 т. Для образования единицы сухого  вещества  дерево  транспирирует   огромные   количества воды. Так, 1 га букового леса в год дает в среднем около 7 т сухого вещества, из которых 3,9 т древесины и 3,1 т листьев. Зная, что для образования 1 кг сухого органического вещества необходимое  количество   испарения  влаги  составляет  310  кг, находим, что для общего годичного   прироста   букового   леса надо извлечь из почвы и транспирировать в атмосферу 2 млн. кг воды в год, или более 2184 м3/га.

Сильно транспирирующие древесные породы — береза, ясень, бук и сосна. Слабо транспирируют влагу граб, клен остроли­стный, дуб и ель. Береза в составе хвойного леса в условиях Валдая, например, транспирирует за вегетационный период влаги столько, сколько ее имеется в слое равном 131 мм, сосна — 153 мм, ель—137 мм. Это меньше, чем расход воды луговой и полевой растительностью, так как поверхность ли­стьев у трав значительно превышает листовую поверхность деревьев. Например, поверхность листвы луговых трав колеб­лется в пределах от 22 до 50 га на 1 га травостоя. У клевера она достигает 26 га, у люцерны — 85 га на 1 га посевной пло­щади. Поверхность хвои пихты Дугласа достигает 18—27 га на 1 га насаждений, листьев бука и дуба— 10—20 га.

Для производства 1 кг растительной массы разные расте­ния в различных условиях расходуют на транспирацию от 150—200 до 800—1000 м3 воды.

На транспирацию растений, произрастающих в СССР, еже­годно расходуется примерно 3500 км3 воды, что составляет 1/3 годового количества осадков [7]. Активность транспирации зависит от многих физических и метеорологических факторов среды: ветра, влажности воздуха, влажности почвы, интенсив­ности солнечной радиации, атмосферного давления и самой площади испаряющей поверхности. Таким образом, транспирация леса зависит от состояния погоды и влажности почвы. Транспирация дерева зависит также от формы и структуры кроны, бсвещения и действия ветра на отдельные органы Де­ревьев и кустарников. Например, при достаточном водоснаб­жении кроны ели работают равномерно, при недостатке влаги наиболее активна верхняя и освещенная часть кроны.

Наиболее транспирирующие породы — тополя и ивы, пред­почитающие влажные места. Среднее положение занимают остальные лиственные породы. Менее транспирирующими яв­ляются хвойные. Транспирация леса обеспечивает саморегу­ляцию живых растений. Через транспирацию дерево реагирует на увеличение солнечной радиации или ускорение движения воздуха. Резкое падение относительной влажности воздуха отрицательно сказывается на устьичной транспирации листьев. В процесс транспирации вовлекается 97,9 % энергии и 99,8 % воды. •

Транспирацию леса следует рассматривать как один из важ­нейших процессов его жизнедеятельности. Этот процесс то ос­лабляется, то усиливается у деревьев и в целом у лесного по­лога в зависимости от возрастной структуры леса, типа леса, характера почвы и обеспеченности их влагой, уровня грунтовых вод, метеорологических условий, массы листьев и их располо­жения и многих других факторов.

Распределение осадков в лесу. Выпавшие над лесом атмо­сферные осадки проникают под полог и стекают с поверхности почвы, часть их проникает в почву, некоторая доля задержи­вается кронами деревьев, кустарников, живым напочвенным покровом, а часть испаряется обратно в атмосферу. Наиболь­шее количество осадков задерживают еловые и пихтовые на­саждения, меньше задерживают сосновые и лиственные. Ко­личество задержанных осадков зависит от их интенсивности, а также от состава, полноты, возраста и структуры насажде­ния. Чем медленнее выпадают осадки, тем больше их задер­живается кронами и меньше попадает в почву. При сомкну­тости крон 0,9 значительная часть выпадающего дождя задерживается кронами верхнего яруса древостоя. Однако проникновение влаги под полог леса зависит от длительности и характера выпадающих осадков. Молодые высокополнотные насаждения задерживают осадков кронами больше, чем на­саждения зрелого возраста.

Отношение древесных пород к влаге. Древесные породы по-разному относятся к влажности почвы и воздуха. Некото­рые из них произрастают только в теплых районах с большой влажностью воздуха, например бук, а другие древесные породы могут выдерживать сухой климат (дуб).

Обеспеченность древесных пород влагой зависит от количе­ства осадков и температуры воздуха. Чем температура воздуха выше, тем интенсивнее испарение с поверхности почвы и тем больше потребность растений во влаге при траспирации.

У древесных пород, которые произрастают при недостатке влаги в почве и воздухе, корневая система обычно сильно разветвлена, листья или хвоя покрыты кожицей (у сосны, дуба, можжевельника). У некоторых растений (саксаул) листья ре­дуцированы в чешуйки. Другие древесные породы, как ясень обыкновенный, хорошо чувствуют себя в пониженных местах, ольха черная —на мокрых почвах, но с проточной водой.

Лиственница, ель, пихта, липа, береза повислая, дуб, бук, орех и др. хорошо растут на свежих почвах. На состав и ха­рактер древесной растительности большое влияние оказывает разный режим влажности. Например, в горных районах Север­ного Кавказа и Закавказья, Карпат влажные северные и за­падные склоны заняты буком, а более сухие южные и восточ­ные — дубом; на Урале западные склоны заняты елью, во­сточные — сосной.

Многие древесные породы плохо реагируют как на недоста­ток, так и на избыток влаги. Временное затопление переносят такие породы, как дуб, тополь, ива. На увлажненных почвах успешно растут сосна обыкновенная, кедр сибирский, береза пушистая. Избыточное увлажнение часто приводит к забола­чиванию лесов.

Потребность и требовательность к влаге. Количество влаги, необходимое для нормальной жизнедеятельности растения, на­зывают потребностью. Под требовательностью понимают спо­собность растений удовлетворять свою потребность при той или иной влажности почвы. Требовательность древесных и кустар­никовых пород к влаге характеризуется шкалами П. С. По-гребняка (1968) и А. Л. Бельгарда (1971).

Шкала требовательности древесных пород к влаге по А. Л. Бельгарду:

1) ксерофиты — сосна обыкновенная, гледичия, белая ака­ция, айлант, дуб пушистый, сосна крымская, тамарикс, мож­жевельник виргинский;

2) мезоксерофиты — берест, шиповник собачий, крушина слабительная, миндаль степной, вишня степная, терн;

3) ксеромезофиты — дуб черешчатый, берест, груша, ясень обыкновенный, яблоня;

4) мезофиты — граб, ель, лещина, ильм, липа обыкновен­ная, клен остролистный, гордовина, бересклеты бородавчатый и европейский, сосна веймутова, лиственница сибирская, клен явор;

5) мезогигрофиты — тополя чёрный и белый, осина, береза пушистая, вяз, крушина ломкая, бузина черная, калина;

6) гигрофиты — ивы белая, ломкая и серая, ольха черная, черемуха, ясень обыкновенный (болотный).

Характеризуя отдельные древесные породы по требователь­ности к влаге, следует иметь в виду, что некоторые породы, например сосна, имеют широкий ареал. Сосна, как и другие хвойные, может быть и мезофитом.

Водный баланс — это количество выпавших осадков, равное сумме испарившейся влаги и стоку. Водный баланс распреде­ления осадков в лесу в общем виде характеризуется формулой Г. Н. Высоцкого: N=A+F+V+T, где N — общее количество выпадающих на поверхности суши осадков; А — поверхностный сток, который составляет 15—35 % количества осадков, в за­висимости от склона, характера выпадающих осадков и на­саждения; F подземный сток, который составляет 15—35 %; V физическое испарение с кроны и почвы, которое состав­ляет 15—50%; Т — транспирация, физиологическое испарение (20-40 %).

Испарение влаги с поверхности растений. Кронами деревьев задерживается значительная доля выпадающих осадков, а за­тем снова под действием тепловой энергии и движения воздуха превращается в парообразное состояние и уходит в атмосферу. Величина и скорость испарения влаги с поверхности древесного полога зависят от типа леса, возраста деревьев, степени сомк­нутости лесного полога, а также от интенсивности осадков, силы ветра, температуры воздуха и его влажности.

В отличие от лиственных хвойные насаждения задерживают значительно больше осадков летом и зимой. Так, сосновые на­саждения задерживают 17,4 % осадков, березовые — 24,7 %, осиновые — 26,6 %, еловые — 53,4 %.

Меньшее задержание осадков сосной в сравнении с елью объясняется структурой ветвления и охвоения и направлен­ностью ветвей вверх, что увеличивает стволовой сток. Крона­ми отдельно стоящих деревьев задерживается влаги на 8—13 % больше, чем в древостоях. Стекание осадков по ство­лам составляет 0,6—5 % и зависит от древесной породы и ха­рактера дождя. Меньше всего пропускают осадков под полог леса пихтовые и еловые высокополнотные насаждения. Лист­венные леса из бука и липы задерживают осадков больше, чем березовые и осиновые насаждения. Если под лиственным ле­сом на поверхность почвы попадает в отдельных случаях 424мм осадков, то в одном и том же районе под сосновым пологом их оказывается 280 мм. Таким образом, хвойный лес значительно сильнее увлажняет воздух, возвращая атмосфере до 10—22 % годовых осадков.

Изменяя состав леса, его полноту, форму и возрастную структуру, можно регулировать количество задерживающихся на кронах и проникающих под полог леса осадков.

Испарение с поверхности почвы. Значительная часть выпа­дающих осадков проникает под полог леса, достигает поверх­ности почвы и испаряется, поступая обратно в атмосферу. При этом испаряется и влага, задерживающаяся в результате раз­личных причин на поверхности почвы и поднимающаяся по ка­пиллярам почвы. Эту влагу транспирируют напочвенные растения, забирая ее в различных почвенных горизонтах.

Интенсивность испарения с поверхности почвы зависит от многих факторов. Главные из них: тип леса, полнота, форма, видовое разнообразие напочвенных трав, кустарников и взаимо­связанные с ними влажность воздуха, ветер, солнечная радиа­ция. Кроме того, на испарение с поверхности почвы под пологом леса влияют механический состав почвы, температура и глу­бина залегания грунтовых вод. В целом почва под пологом леса испаряет влаги меньше, чем почва открытого места. Это происходит в результате ослабленного ровного движения воз­духа в лесу у поверхности почвы, которое возникает благодаря более низким температурам воздуха и почвы летом. Кроме того, лесная почва более рыхлая, изрытая червями, кротами, личин­ками насекомых и т. д.

Лучшему испарению воды из верхних горизонтов почвы способствуют также корневые системы, непрерывно изменяю­щие свою величину, состояние и направление роста. В каждом типе леса имеется лесная подстилка. В качестве естественной покрышки она предохраняет почву от солнечных лучей и ветра. Непрерывно передвигающиеся в ней представители животного мира и сам процесс ее разложения нарушают капиллярную связь с почвой и тем самым в 4—6 раз задерживают испарение с поверхности почвы по сравнению с испарением на открытом месте. Скорость испарения влаги зависит от состава и строения лесной подстилки.

Поверхностный сток влаги и перемещение снега. Величина и характер поверхностного стока определяются состоянием поверхности почвы, а также зависят от суммы и интенсивности выпадающих жидких осадков. Часть выпадающих осадков стекает или сдувается с поверхности почвы, занятой лесом, и попадает в овраги, ручьи, реки, а затем в моря и океаны. По территории нашей страны протекает более 150 тыс. рек общей протяженностью около 3 млн. км. Кроме них, имеются много­численные озера и водохранилища, пруды и водоемы. Все они в значительной степени пополняются за счет перемещения сне­га и поверхностного стока воды с почвы. Лес переводит 80—100 % поверхностного стока во внутрипочвенный и грунто­вой. Количество и скорость стока зависят от состояния почвы, продолжительности и интенсивности дождя, уклона местности, структуры лесной подстилки и других факторов.

Большое значение при формировании поверхностного стока имеют водно-физические свойства почв: инфильтрация, влаго-емкость, объемная плотность, механический состав.

Поверхностный сток в лесу выражен значительно слабее, чем на открытом месте. Под кронами часть воды проходит в почву и мало испаряется с ее поверхности. Это объясняется рыхлостью лесной подстилки, особенно в хвойном лесу, густой сетью корневых разветвлений, пронизывающих почву и способ­ствующих проникновению влаги в почву. В весеннее время снег в лесу тает медленнее, чем в поле. За это время большая часть воды успевает проникнуть в почву, так как снежный покров, защищая подстилку и поверхностный слой почвы от промерза­ния, обеспечивает в весеннее время быстрое попадание снеговой воды в почву. Таяние снега в лесу происходит гораздо медлен­нее, на 4—5 недель дольше, чем на открытом месте.

Пониженная скорость и слабая интенсивность снеготаяния в лесу объясняется задержанием значительной части прямой и солнечной радиации пологом леса и стволами деревьев, а также малой скоростью ветра в лесу. В лесу интенсивность снеготаяния бывает наибольшей в разомкнутых и низкой пол­ноты древостоях, причем в березняках и осинниках выше, чем в чистых сосняках. Самая низкая интенсивность снеготаяния наблюдается в смешанных сосново-еловых древостоях, а осо­бенно в сосняках с густым еловым ярусом. Лес играет опреде­ляющую роль в таянии снега. Влияние леса на таяние снега зависит от густоты древостоя, высоты деревьев и положения деревьев относительно друг друга.

Таяние снега меняется в широких пределах и зависит от степени сухости снега. Свежий сухой снег может не подвер­гаться таянию, так как он состоит из почти полностью замерз­шей воды, высока также его излучательная способность. Влаж­ный снег может содержать до 20 % незамерзшей воды, что снижает его термические качества. Интенсивность таяния в лесу составляет лишь от 50 до 60 % таяния на открытой местности. Имеются различия в интенсивности снеготаяния в густом лесу на открытой площади и на вырубках. Продолжительность снеготаяния на вырубках варьирует от 6 до 12 дней, на про­галинах— от 10 до 20 дней, в чистых сосновых лесах—от 15 до 25—30 дней, в смешанных — от 22 до 30—45 дней. Уклон местности несколько ускоряет стекание воды с поверхности почвы, покрытой лесом, особенно в горных условиях. Однако рыхлый слой лесной подстилки подобно губке и весной и летом впитывает воду и отдает ее нижележащим слоям почвы.

Излишек влаги, который не успевает поглотить верхний слой почвы, медленно перемещается по склону вниз, встречаясь с мелкими взрыхлениями, стволами деревьев, выступающими корнями и гниющим древесным отпадом. Таким образом, он теряется на своем пути, насыщая верхний горизонт лесной почвы и переходя во внутрипочвенный сток. В зависимости от типа леса поверхностный сток воды разный. В сосновом сухом бору, произрастающем на сухих крупнозернистых песках, под­стилаемых грунтом с легким механическим составом и мало­мощной лесной подстилкой, поверхностный сток слабее, чем в сосняках, растущих на суглинистых почвах, подстилаемых по­кровными суглинками или глинами. Интенсивность стока за­метно сокращается вследствие задержания осадков на поверх­ности травы, мха и другой растительности под древостоями.

Весенние снегозапасы на вырубках выше на 25 %, чем под пологом леса (темнохвойные насаждения). Снегозапасы в лист­венных молодняках близки к снегозапасам на вырубках. Ин­тенсивность снеготаяния в лесу по сравнению с вырубкой в 1,5— 2 раза ниже.

Почвенная влага. Попадание осадков в почву зависит от типа леса, лесной подстилки, полноты леса и других факторов. В почву просачиваются различные количества воды, составляю­щие от 1,5 до 6 % выпадающих осадков в год.

По наблюдениям Г. Н. Высоцкого, в 25-летнем кленово-ясе-невом насаждении влажность почвы была выше там, где по­верхность ее более закрыта кронами деревьев. Наименьшая влажность почвы на глубине 0,1—0,5 м оказалась под нерас­паханной целиной, затем (в сторону увеличения влажности) — под полем, лесом и черным паром. Наибольшая влажность, а значит наименьшее иссушение почвы, отмечается после обра­ботки ее под черный пар, так как почвенные капилляры за­крыты.

В лесу концентрация влаги в почве и ее распределение иные, чем в обработанном и нетронутом поле. Верхний горизонт почвы может быть влажнее, хотя и иссушается сильнее. Корне-обитаемый слой почвы беднее влагой в результате высасывания ее корнями деревьев и кустарников. В степной зоне лес служит накопителем и хранителем влаги благодаря большому скопле­нию ее в зимнее время. И хотя лес много ее расходует, влаги все-таки остается больше в глубоких слоях лесной почвы, чем в степи.

Запасы почвенной влаги пополняются в результате инфиль­трации дождевой и талой воды. Время преимущественного рас­ходования влаги из почвы разделяется на два периода: весен-не-летний, характеризующийся наиболее интенсивным испаре­нием (2—4 мм в сутки), и летне-осенний (испарение 0,5—2 мм в сутки), лимитирующийся количеством выпадающих за это время осадков. Влажность почвы влияет на ее промерзание и оттаивание. Замерзает почва при температуре ниже 0° С. Это объясняется тем, что почвенная влага представляет собой ра­створ различных солей и кислот: чем больше концентрация раствора, тем ниже температура замерзания почвы. Содержа­ние раствора зависит от механического состава почвы и расти­тельности, произрастающей На ней. Рельеф местности влияет на влажность почв. На возвышениях почва в лесу промерзает сильнее, чем во впадинах, где собирается много снега, пре­дохраняющего почву от промерзания. Оттаивать промерзшая почва начинает весной благодаря теплу солнца и теплу, при­ходящему из более глубоких слоев материнской горной породы, подстилающей почву.

Грунтовые воды. Часть воды, проникшей в почву в резуль­тате перенасыщения верхних слоев под действием своей массы, уходит вглубь и пополняет запас грунтовых вод. Накаплива­ются они в песчаном каменистом или супесчаном грунте, ле­жащем на водонепроницаемых глинистых и гранитных пластах материнской породы. Грунтовые воды пополняются преиму­щественно в весеннее и осеннее время при снеготаянии и ин­тенсивном выпадении осадков. Грунтовая вода, медленно перед­вигаясь по насыщенным горизонтам, находит выходы на по­верхность почвы в виде родников, пополняющих в летнее время ручьи, реки, озера и другие водоемы. Лесные реки всегда пол­новоднее, так как пополняются водой за счет грунтовых вод. Грунтовые воды поднимаются также по капиллярам и попол­няют влагой верхние горизонты почвы, в которых развиваются корневые системы деревьев и кустарников. Лесные насажде­ния благоприятствуют проникновению осадков в почву. Уровень грунтовых вод под лесом держится ниже, чем на соседних без­лесных участках местности. Объясняется это расходом влаги лесом на ее транспирацию. В отдельных случаях состояние уровня грунтовых вод может повышаться в лесу или быть оди­наковым с уровнем воды на безлесных площадях. Это зависит от рельефа местности, механических и физических свойств почвы, времени года и других факторов.

Так, на песчаных почвах не отмечается заметной разницы между уровнями грунтовых вод в лесу и вне леса, а колебания их по сезонам года могут быть одинаковыми, что также зависит от выпадающих осадков. В равнинных районах средней и север­ной полосы европейской части СССР уровни грунтовых вод в лесу находятся так же высоко, как и на открытом месте.

Грунтовые воды по-разному расположены в различных типах леса. Например, в сосновом бору залегание грунтовых вод 2,8—3,5 м, летом уровень понижается незначительно (на 10 см); при залегании грунтовых вод 1,4—1,7 м в бору черничном сни­жение грунтовых вод летом достигает 0,4—0,5 м. В еловых на­саждениях уровень грунтовых вод снижается сильнее, чем в со­сняках на 20—30 см, так как ель транспирирует влагу интен­сивнее и задерживает осадков кронами больше, чем сосна.

Вырубка леса влияет на уровень грунтовых вод. На севере страны многочисленны факты поднятия грунтовых вод после рубки леса, пожаров и других бедствий. Поднятие уровня иногда приводит к заболачиванию вырубок. Это явление на­блюдается в равнинных лесах, произрастающих на слабодрени­рованных почвах, т. е. там, где слаб отток грунтовых вод или его совсем нет. Пополнение грунтовых вод за счет осадков при­водит к выходу застойной влаги па поверхность, и тогда де­ревья, кустарники и напочвенные-растения  меняют свой облик, плохо растут, суховершинят и могут погибнуть. Плохо перено­сят постоянный избыток влаги в почве бук, пихта, ель, ясень и др. Успешно растут на почвах, насыщенных водой, болотный кипарис, туя, ветла, кедр, сосна, ольха черная и др.

Засухи сопровождаются понижением уровня грунтовых вод, который продолжает снижаться после года засухи в течение 1—2 лет. На второй и третий годы после засухи в лесу наблю­дается преждевременное усыхание листьев, особенно на кустар­никах, слабый прирост по высоте и диаметру, суховершинность деревьев, а в некоторых случаях массовое усыхание леса.

Лес и чистота воды. Лес оказывает положительное влияние на чистоту стоковой воды, поступающей в водоемы с водо­сборных площадей. Лесные насаждения уменьшают щелоч­ность, жесткость, улучшают органолептические свойства воды (прозрачность, цвет, запах и т. д.). Чтобы вырастить богатый урожай, человек употребляет все больше минеральных удоб­рений. Для борьбы с вредителями и сорняками применяются также химикаты. Их значительная часть достигает цели. Но другая доля с талыми водами весной, а также во время ливне­вых дождей попадает в водоемы, и тогда эти вещества стано­вятся опасными. В воду также попадают отбросы промышлен­ных предприятий. Сейчас в стране действует законодательство, установившее ответственность за чистоту окружающей среды. Для очистки стоков промышленных вод строятся специальные сооружения. Но на огромных пространствах сельскохозяйствен­ных полей таких сооружений не построишь. Единственным за­щитником здесь может быть лес. Вода несет в ргжжеки, озера различные примеси. Но вот на пути потока встречаются раз­личные насаждения. Сила потока гасится. Лесная подстилка, подобно губке, впитывает воду. Встречаясь с мелкими корнями, взрыхлениями в почве, воды постепенно проникают в почву, пополняют грунтовые воды, выходят на поверхность, питают реки, озера, водохранилища. Проникновение воды в почву за­висит от ее физических свойств и в первую очередь от ее водо­проницаемости. Плотность твердой фазы с глубиной увеличи­вается и наибольшего значения достигает в горизонте В, а в горизонте С снова уменьшается. Но наименьшая плотность твердой фазы в горизонте А здесь много органического веще­ства, больше чем на пашне. Пока вода проходит по почво-грунту, она фильтруется, химически вредные вещества чаще всего вступают в реакцию с элементами почвы и нейтрализу­ются.

Установлено, что количество кишечных палочек вдвое меньше в 1 л воды, прошедшей через лесную полосу шириной 30—45 м, а число бактерий в 1 см3 воды, проходящей через овражно-балочную, полезащитную и лесную полосы, сокраща­ется в 26 раз и более.

Обычно наиболее существенным показателем загрязнения воды является содержание в ней аммиака. В воде, проходящей через лесную полосу, аммиака содержится 0,16 мг/л. А в воде с безлесной стоковой площадки — 0,24 мг/л. Фильтрующий эффект лесополосы зависит от ее ширины. Например, с безлесного склона длиной 380 м поглощается воды (°/о): почвой 56, 10-метровой полосой леса 80, 20-метровой 84, 40-метровой 93, 80-метровой 99, т. е. поверхностный сток почти полностью переводится в грунтовой.

Насаждения по-разному влияют на чистоту и качество воды. Вода, поступающая с безлесной площади, имеет высокую цвет­ность, а после прохождения соснового насаждения цветность резко снижается. Прозрачность воды, поступающей с безлесной площади, отсутствует, а после прохождения через сосновое на­саждение увеличивается. Лесные насаждения уменьшают же­сткость воды. Таким образом, лесные насаждения играют роль естественного фильтраочистителя и улучшают органолептиче­ские свойства воды.

Лес влияет на изменение химического состава воды; напри­мер, атмосферная влага, проникая сквозь древесный полог, обогащается минеральными веществами, качество и количество которых зависит от состава, возраста, полноты насаждения. Количество химических элементов в осадках, проникающих сквозь древесный полог, выше, чем в осадках, выпадающих на безлесный участок. Атмосферные осадки, проникающие через насаждения ясеня, содержат больше химических элементов, чем осадки, проникающие через полог дубового насаждения. Вода, соприкасаясь с почвой, занятой лесом, и остатками орга­нических веществ, вымывает из них различные соединения, приобретая определенный химический состав..Поэтому способы рубки леса и очистки лесосек влияют на качество воды.

Гидрологическое значение леса. Лес влияет на количество влаги и характер ее распределения. Над лесом воздух всегда влажный, конденсация водяных паров больше. Водорегулирующая роль лесов зависит от лесистости водосбора и разме­щения в нем лесных массивов. При равномерном распределении лесов по водосборному бассейну с увеличением лесистости до 40% поверхностный сток уменьшается, при дальнейшем уве­личении лесистости сток почти не увеличивается.

В. В. Докучаев — один из первых русских ученых-почвове­дов, который оценил роль леса как гидрологического фактора и научно обосновал значение лесоразведения в засушливых степных районах, улучшающего водный режим почв и повы­шающего урожайность сельскохозяйственных культур.

На гидроклиматическую роль лесов северо-запада и севера, которую они играют по отношению к южным районам страны, указывал Г. Н. Высоцкий. Его гипотеза о трансгрессивной роли леса заключалась в том, что транспирируемая лесами влага на севере в огромных количествах переносится в южные районы и увлажняет их.

П. С. Погребняк, подчеркивая гидрологическое значение леса, пришел к выводу о том, что лес увлажняет климат и поч­ву и высушивает болота и подпочву. Действительно, в степных районах лес является увлажнителем, на севере он может быть осушителем. Эти особенности леса имеют большое значение при его выращивании и эксплуатации.

Деление лесов по их гидрологическому значению. Леса вы­полняют водоохранную и водорегулирующую роль, снижают паводки и предупреждают наводнения. Реки, протекающие среди лесных массивов, круглый год имеют достаточное количество воды, в то время как реки безлесных районов весной выходят из берегов, а в летнее время часто пересыхают.

В степных условиях лес является собирателем и накопителем влаги на полях. Лесные массивы и лесные полосы в степях по­вышают влажность атмосферы и почвы, задерживают снег на полях, способствуют пополнению грунтовых вод, закрепляют почвы, приостанавливают черные бури. В горных условиях лес предохраняет склоны от разрушения потоками воды. В весен­нее время снег в лесу тает медленнее. Образовавшаяся влага проникает в почву и пополняет грунтовые воды, а грунтовые воды в свою очередь являются источником равномерного по­полнения водой горных рек и озер.

М. Е. Ткаченко разделил все леса в зависимости от. их на­значения и роли на 4 категории: водоохранные, водорегули-рующие, защитные и водоохранно-защитные.

Водоохранные — леса, обеспечивающие непрерывное и рав­номерное поступление воды в реки, озера и другие водоемы и предохраняющие естественные и искусственные водоемы от загрязнения и засорения.

Водорегулирующие — леса, предотвращающие наводнение и заболачивание и содействующие лучшему дренажу почв.

Защитные — леса, предохраняющие почву от обвалов, раз­мыва и смыва (водной и ветровой эрозии) и защищающие поля и населенные пункты от неблагоприятных последствий атмо­сферных осадков.

Водоохранно-защитные —леса, выполняющие одновременно и водоохранные и защитные функции.

Разделение лесов по их роли и назначению носит условный характер, так как все леса в какой-то степени выполняют во­доохранную, водорегулирующую и защитную роли. Более дроб­ные деления лесов по их водоохранному значению даны Б. Д. Жилкиным, И. В. Тюриным и др.

Недостаток и избыток влаги. Атмосферные осадки являются основным источником влаги для жизнедеятельности насажде­ний. Недостаток влаги, как и ее избыток, отрицательно влияет на рост и развитие древесных пород. Насаждения, произра­стающие на сухих почвах, характеризуются однообразным составом, редким размещением деревьев. По площади насаж­дения, произрастающие на умеренно влажных почвах, имеют примесь других -пород в составе, деревья крупнее, количество их, на единицу площади возрастает.

Насаждения, произрастающие на сильно увлажненных поч­вах с застойной водой, не достигают крупных размеров по вы­соте и диаметру, качество древесины низкое. Недостаток влаги в почве может привести к гибели лесных культур ели, а также приводит к снижению среднего годичного прироста и общей продуктивности насаждений. В период подтопления наблюда­ется кратковременный избыток влаги в лесу. В весеннее время в период разлива рек, в местах водохранилищ, где изменяется уровень воды, отдельные насаждения затопляются. У ивы и ольхи черной в период избытка влаги не нарушаются физиоло­гические процессы роста. Дуб реагирует болезненно на вре­менные подтопления, а длительные не переносит — погибает. Сосна замедляет рост, а иногда подтопление вызывает измене­ния в корневой системе.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий