Значение влаги для роста леса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Значение влаги для роста леса. Вода играет важную роль в жизни древесных и кустарниковых пород, она растворяет минеральные вещества почвы, участвует в фотосинтезе, транспирации, 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. 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 источниками 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.

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.

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. лес влага изморозь осадок

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.

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, освещения 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.

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, влагоемкость, 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 реки, 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, водорегулирующие, 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.

Размещено на Allbest.ru