Какие леса средней полосы испаряют больше. Как лес влияет на окружающую природу

Рассмотрим влияние леса на водный режим . Водный режим какого-либо участка суши подчиняется следующему уравнению водного баланса: осадки=испарение + сток .

Иначе говоря, выпадающие атмосферные осадки расходуются на испарение и сток воды. Поскольку испарение может быть физическим и физиологическим, а сток - поверхностным и грунтовым, то уравнение водного баланса, по Г. Н. Высоцкому, примет следующий вид: осадки = испарение физическое + испарение физиологическое + сток поверхностный + сток грунтовый ± изменение запаса воды в грунте .

Рассмотрим кратко, какое влияние оказывает лес на водный режим территории, которую он занимает. Для этого проанализируем влияние леса на отдельные элементы водного баланса. Источником атмосферных осадков является в основном вода, испарившаяся из океанов и частично с поверхности суши. В атмосфере Земли постоянно находится около 12 тыс. км3 воды в парообразном состоянии.

По данным С. И. Костина, в лесостепи над лесными массивами выпадает осадков на 10 - 12% больше, чем над прилегающей к ним открытой степью. Это установлено для Хреновского и Усманского боров и Шиповской дубравы Воронежской области и Цнинского бора Тамбовской области. По данным А. П. Бочкова, на 30 метеорологических станциях в открытой степи Воронежской области количество осадков за год составило 472 мм, а на 15 станциях, находящихся в лесу или вблизи от него,- 529 мм, т. е. больше на 12%.

Г. П. Калинин на основании анализа наблюдений за количеством осадков в районах с разной степенью лесистости в Московской области обнаружил между ними закономерную связь. Количество осадков становилось больше по мере увеличения лесистости, которая выражалась условно длиной контуров леса, то есть лесных опушек. При увеличении длины опушек от 100 до 1300 км в районе расположения метеорологических станций (район приравнивался кругу радиусом 30 км) количество годовых осадков увеличивалось на 15%, а летних - на 20%. Объясняется это явление способностью лесных опушек поднимать воздушные массы на значительную высоту, что вызывает их охлаждение. Если количество водяных паров близко к насыщению, такое охлаждение может вызвать образование осадков.

Нетрудно рассчитать, что при создании лесных полос в степи их протяженность составит на площади круга радиусом 30 км около 8000 км. Можно ожидать, что это вызовет значительное увеличение количества атмосферных осадков, имеющих важное значение для степных районов.

По данным А. А. Молчанова (1962), водный баланс участка 30-летнего дубового леса в Воронежской области складывается следующим образом. Полог леса задерживает 30% осадков и быстро возвращает их в атмосферу путем физического испарения; на транспирацию расходуется 60% осадков и на грунтовый сток - 10%; следовательно, поверхностный сток равен нулю.

По данным А. П. Бочкова (1954), расход влаги на испарение и транспирацию в лесу меньше, чем на поле. На открытых водосборах годовой сток воды в реках состоит обычно на 80% из поверхностного стока и на 20% из грунтового. Лес существенно влияет на изменение этого соотношения. Благодаря большой порозности и наличию лесной подстилки почва в лесу способна в 10 - 20 раз быстрее впитывать воду, чем на поле. Поэтому поверхностного стока воды в лесу практически нет. Более того, даже небольшая площадь леса на водосборе балки или реки значительно уменьшает поверхностный сток со всей его площади. Вследствие уменьшения поверхностного стока увеличивается подземный, или грунтовый, сток воды, питающий ручьи и реки. При увеличении лесистости водосбора (в пределах 5 - 30%) на каждый 1% величина грунтового стока возрастает на 5%. Способность леса переводить поверхностный сток воды в грунтовый относится к водоохранным свойствам леса. Кроме того, она определяет и почвозащитные свойства леса, поскольку при отсутствии поверхностного стока или его ослаблении не будет разрушаться почва. Эта способность леса имеет также большое значение в регулировании водного режима страны и широко

Развиваясь и изменяясь, лес вносит в окружающую природу много различных перемен. Причины этих перемен могут быть естественные, независимые от человека, или вызванные человеком. Рассмотрим, как лес влияет на окружающую природу независимо от деятельности человека. Вот несколько примеров такого влияния. Влияние леса на окружающую природу.

Лес уравновешивает температуру воздуха

Каждому известно, что в жаркий летний день в лесу прохладней , чем в поле, а ночью, наоборот, теплее . Это объясняется тем, что на открытой местности днем нагревание почвы, а значит и воздуха идет быстрее, чем в лесу, защищенном от солнца кронами деревьев. Кроме того, кроны испаряют много влаги, а это также понижает температуру, так как на испарение тратится тепло. Наступила ночь - и открытая местность быстро отдала это тепло, а в лесу те же зеленые кроны уменьшают теплоотдачу. Известно, что когда по соседству возникают разные температуры, то происходит уравновешивание их. Точно так же влияет лес на прилегающие к нему местности с более высокой температурой, лес уравновешивает температуру воздуха . Вот почему в условиях избытка в поле тепла (при недостатке влаги) соседство леса будет благотворно влиять на развитие полевых культур. Таким образом, если в данной местности имеется достаточно большая зеленая площадь, она не может не оказывать влияния на климат в сторону его большей умеренности. Лесоводы считают, что результаты этого влияния будут значительнее, если зеленая площадь будет состоять из многих небольших участков, например в виде полезащитных лесных полос.

Лес хранитель и регулятор вод

Очень большое значение имеет лес как хранитель и регулятор вод . Недаром есть пословица:

лес и вода - брат и сестра.

Вода постоянно находится в движении - в атмосфере, в почве.
Лес как хранитель и регулятор вод. В почве текут подземные реки , которые можно сравнить с морскими течениями, но движение их на много медленнее, чем движение воды в океане. Уровень их то повышается, то понижается. Мы видим эти перемены, когда наблюдаем, например, что ключ, вытекавший из земли в течение многих лет, стал иссякать, а то и вовсе исчез. Мы это замечаем и по колебаниям уровня воды в колодце. Часто понижение подземных вод связано с обезлесением местности. Но иногда вырубка леса повышает уровень подземных рек и вызывает заболачивание обезлесенных участков. Чем же обусловливается колебание этого уровня? Делаем предположение, что причина - неравномерное выпадание атмосферных осадков. Конечно, количество осадков влияет на уровень подземных вод, но это временные колебания. Часто же наблюдается довольно устойчивое понижение уровня. Причиной такого оскудения вод является исчезновение лесов. Атмосферные осадки приходят к нам из мирового океана. Огромные массы воды, испаряющиеся с поверхности океанов, превращаются в водяные пары, и часть этой воды, в зависимости от рельефа местности и господствующих ветров, проливается на землю дождем, падает снегом, оседает в виде тумана, инея, изморози. Ученые подсчитали, сколько влаги приходит с океана на ту или иную территорию. Так, в средней полосе Европейской части в год приносится с Северного Ледовитого и Атлантического океанов слой воды толщиной несколько больше 200 миллиметров. А фактически же осадков выпадает в среднем 484 миллиметра, то-есть примерно в 2,3 раза больше. Откуда такое большое увеличение?

Лес увлажняет атмосферу

Оказывается, что причина увеличения - работа зеленых растений и прежде всего лесов. Выпавшая из атмосферы вода частично стекает снова в океан, частично впитывается в почву, пополняя запасы подземных вод, частично испаряется и снова уходит в атмосферу. Часть воды, впитавшейся в землю, усваивается зелеными растениями. Но лишь ничтожная частица из этого количества идет на построение органического вещества и участвует в жизненных процессах организма. Остальное испаряется листьями, то-есть снова попадает во влагооборот: снова выпадает дождем, снегом или в виде других осадков. Дерево действует как мощный насос. Итак, капелька воды, принесенная с облаком из океана на сушу, может несколько раз поступать в растения, испаряться и снова падать на землю. Благодаря этому почти в любом месте осадков выпадает на много больше, чем приносится влаги с океанов. И главная причина - леса. Больше лесов - больше в воздухе влаги .

Образование болота

В лесу можно наблюдать, например, такое явление. Сосновый лес на неровной площади. Много деревьев недавно вырублено. И в западинках, еще поросших лесом, выступила вода. Постепенно она, поднимаясь выше, в течение некоторого времени затопляет деревья, образует болотце .
Сосны, оказавшиеся в воде, впоследствии гибнут: их корневая система, развивавшаяся в других условиях, не перенесет создавшейся большой влажности. Что же произошло? Секрет прост: зеленый насос после вырубки многих деревьев ослабил свою работу. Уровень подземных вод поднялся там, где зеленый насос прекратил свою работу, и здесь вода выступила на поверхность. Перестал работать насос, и это отразилось на влажности воздуха. С гибелью леса установившийся водный подземный режим нарушился, а в результате нарушился и атмосферный. Если лесов вырублено много, то где-то меньше выпадет влаги. Таковы последствия бесхозяйственной вырубки лесов. Уменьшение зеленой площади влечет за собой и другие последствия. Обнаженная земля попадает под прямое действие солнца. Быстрее будут таять снега весной, быстрее побегут ручьи по еще нерастаявшей земле, быстрее и выше поднимется вода в реках, превратив их в бурные потоки. Меньше задержится влаги в почве и больше уйдет в моря, уровень подземных вод понизится. Кто видел ручьи и речки в лесной местности, например в верховьях Печоры, Камы, тот знает, как полноводны и постоянны они в своем уровне в течение года. Зато уровень рек безлесных равнин, наоборот, очень непостоянен. С исчезновением лесов нарушается, таким образом, круговорот воды и в земле, и на поверхности, и в воздухе. И все эти изменения - не на пользу народному хозяйству.

Лес в борьбе с ветрами

Велика сила ветра . Как таран, бьет он, когда достигает ураганной силы, крошит в песок твердые породы, и если он, вдобавок, сух, - иссушает все живое. Таковы суховеи, ветры с закаспийских пустынь и полупустынь. Даже жители центральной Европейской части иногда убеждаются в губительном действии этих ветров на растительность. Иное дело, когда такие ветры встречают зеленые щиты деревьев: они ослабляют силу удара, ветер становится менее иссушающим, а пройдя ряд таких препятствий или значительные лесные массивы, вовсе теряет свои губительные для растений свойства. Для борьбы с ветрами особенно хороши негустые лесные посадки . Ветер, встретив преграду, не поднимется над деревьями, а пройдет между ними, теряя свою силу. Поэтому наши лесоводы рекомендуют в местах, где заметно действие суховеев, высаживать неплотные, пропускающие ветер лесные защитные полосы, получившие название ажурных. Песчаная акация - используется для борьбы с ветрами в лесных посадках. Некоторые деревья и кустарники (например, песчаная акация, саксаул и другие) имеют большое значение для закрепления песков, борьбы с оврагами.

Деревья - лучшие санитары

Наконец, нельзя не напомнить об оздоровительном значении лесов, . Деревья - лучшие санитары . Они очищают воздух от пыли и других посторонних примесей. В местах посадок деревьев и кустарников воздух благодаря наличию в нем влаги и повышенному содержанию кислорода свеж и ароматен. Недаром озеленение является общенародным делом, принявшим широкие размеры. Лес является колоссальной материальной ценностью - каждому понятно значение его для промышленных строек, сельского хозяйства, строительства жилищ и т. д. Лес всегда был другом человека. Но, человек далеко не всегда был другом леса. Есть яркие примеры тяжелых последствий, которые вызывались неразумным уничтожением лесов в частных интересах. Так, в Месопотамии, в Малой Азии, в Древней Греции выкорчевывание лесов и превращение лесных площадей в пашни привело к изменению климата этих стран и резкому уменьшению плодородия. На острове Куба по склокам гор были уничтожены леса для разбивки кофейных плантаций. Это вызвало смыв плодородного слоя земли со склонов гор и превращение их в обнаженные скалы. Беспорядочная вырубка лесов, а главное - плохое их восстановление ведет к превращению миллионов гектаров плодородных земель в пустыни.
Вырубка леса - путь к превращению плодородных земель в пустыни. С уничтожением леса значительно ухудшается климат, усиливаются ветры, вызывающие в сухое время страшные черные бури . Еще в царской России передовые русские ученые лесоводы и почвоведы В. В. Докучаев, Г. Ф. Морозов, Г. Н. Высоцкий и другие вложили много труда в изучение

Роль воды в жизни 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 влагу через листовую поверхность, деревья регулируют свой температурный режим. Вода входит в состав клеток и тканей животных и растений, почвы, атмосферы, в зависимости от 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.

Виды осадков и их влияние на лес. В природе вода находится в твердом, жидком и газообразном состояниях. На долю Мирового океана приходится около 94% общих запасов влаги. Остальные 6% составляют льды, снега и пресная вода в реках, озерах, почве и атмосфере.

Основные источники влаги в лесу -- снег и дождь. Большая часть осадков стекает поверхностным стоком в реки, озера, моря, частично задерживаясь на поверхности почвы и растительности, а затем испаряется в атмосферу.

Влага, поглощенная корнями растений, используется на фотосинтез и транспирацию. Атмосферные осадки, которые проникают в глубь до водоупорного слоя, образуют горизонт грунтовых вод и стекают внутрипочвенным стоком в реки. Снег -- источник снабжения растений водой. Снежный 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 к снеговал. Снег, задерживаясь на кронах, ломает сучья и вершины. От снеголома страдают главным образом молодые хвойные деревья (сосна, кедр) в возрасте жердняка. Снеговал бывает значителен при большой густоте древостоя и сомкнутости полога. Лиственные породы меньше повреждаются снеговалом, так как сбрасывают на зиму листья и имеют гибкие ветви. Выращивая смешанные хвойно-лиственные насаждения, своевременно изреживая перегущенные молодняки, осушая переувлажненные почвы, можно значительно снизить снеговал и снеголом.

Кроме дождя и снега, источниками влаги являются град, морось, ледяной дождь, роса, иней, изморозь, ожеледь.

Град-- ледяные ядра или кристаллы диаметром 0,5--2 см -- часто сопровождает ливневые дожди и вызывает градобой. От него нередко погибают посевы и посадки леса, обивается кора у деревьев.

Морось -- осадки, выпадающие из слоистых облаков или тумана в виде мелких капелек. Скорость их передвижения очень мала и незаметна на глаз. Проникая всюду, морось смачивает закрытые части кроны дерева, нижние части листьев и ветвей. Мелкие капельки мороси с растворенными в них частицами минеральных веществ -- дополнительное внекорневое питание леса через листья.

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

Ночью в редком лесу поверхность почвы остывает. Приземной слой воздуха охлаждается. Еще интенсивнее охлаждаются растения и листья деревьев. Если температура приземного слоя понизится н 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, наносящие большой ущерб лесокультурному делу.

Изморозь появляется на хвое, листве деревьев, кустарниковых и травянистых растениях. После сильных морозов деревья и кустарники сильно охлаждены. При резком повышении температуры воздуха на промерзших ветвях и хвое деревьев образуется значительная масса длинных ледяных игл, нитей, пластин чатых или призматических кристаллов. Изморозь служит дополнительным источником влаги для леса. В образовавшихся кристалликах льда оседает значительное количество аммиака и других нужных для растений веществ, которые при таянии попадают в почву. Однако изморозь может играть и отрицательную роль, когда ветви деревьев или их вершины обламываются под *ее тяжестью.

Ожеледь -- слой льда на поверхности ветвей и стволов. Образуется при резкой смене морозов оттепелью с дождливой погодой. На ветви, покрытые инеем, попадает влага и превращается в лед. Ожеледью чаще повреждаются насаждения с разомкнутым пологом.

Кроме того, страдают породы с негибкими ветвями (осина, сосна). В течение ночи на небольшом дереве сосны в возрасте 10--15 лет образуется до 180 кг льда. Ветви и вершины, не выдерживая тяжести льда, отламываются. Чтобы предупредить ожеледь, с наветренной стороны создают плотные опушки из устойчивых лиственных пород; формируют смешанные насаждения; повышают сомкнутость древесного полога, особенно на первых этапах жизни насаждений (20--40 лет).

Водный баланс. Распределение осадков в лесу -- водный баланс, т. е. соотношение выпавших осадков и суммы испарившейся влаги и стока, определяют по формуле Г. Н. Высоцкого:

0 = А+С+И+Т,

где О -- общее количество осадков, выпадающих на поверхность суши; А -- поверхностный сток (составляет 15--35% общего количества осадков в зависимости от склона, характера выпадающих осадков и насаждения); С -- подземный сток (15--35%); И -- физическое испарение с кроны и почвы (15--50%); Т -- транспирация, физиологическое испарение (20--40%).

Вода, потребляемая лесом. Вода, являясь наилучшим растворителем и обладая большой теплоемкостью, входит в состав клеток и тканей животных и растений. В молодых растениях ее количество достигает 90--95% 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, ее недостаток отрицательно сказываются на фотосинтезе всех растений. Благодаря способности к фотосинтезу и ассимиляции растения занимают определяющее место в круговороте веществ в природе.

Зеленые мхи содержат 8--500, сфагновые -- до 3000% влаги. В насаждениях с запасом древесины 500 м3/га вода составляет 200--250 т, а с древесиной ветвей и корней 700 м3/га -- 360 т. .Для образования единицы сухого вещества дерево транспирирует огромные количества воды.

Сильно транспирирующие древесные породы -- береза, ясень, бук и сосна; слабо транспирирующие -- 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, ель--137 мм. Это меньше, чем расход воды луговой и полевой растительностью, так как поверхность листьев у трав значительно превышает листовую поверхность деревьев. Для производства 1 кг растительной массы разные растения в неодинаковых условиях расходуют на транспирацию от 150--200 до 800--1000 м3 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, его типа, характера почвы и обеспеченности их влагой, уровня грунтовых вод, метеорологических условий, массы листьев и их расположения и многих других факторов.

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

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

У древесных пород, которые произрастают при недостатке влаги в почве и воздухе, корневая система обычно сильно разветвлена, листья или хвоя покрыты кожицей (сосна, дуб, можжевельник). У некоторых растений (саксаул) листья редуцированы в чешуйки.

На состав и характер древесной растительности большое влияние оказывает разный режим влажности. Например, в горных районах Северного Кавказа, Закавказья и 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 дуб, тополь, ива. На увлажненных почвах растут сосны обыкновенная и кедровая сибирская, береза пушистая. Не переносят переувлажнения дуб пушистый, береза бородавчатая и др. 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. Погреб- няка и А. Л. Бельгарда.

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

ксерофиты -- сосна обыкновенная, гледичия, белая акация, айлант, дуб пушистый, сосна крымская, тамарикс, можжевельник виргинский;

мезоксерофиты -- берест, роза собачья, крушина слабительная, миндаль степной, вишня степная, терн;

ксеромезофиты -- дуб черешчатый, берест, груша, ясень обыкновенный, яблоня;

мезофиты -- граб, ель лещина, ильм, липа обыкновенная, клен остролистный, гордовина, бересклеты бородавчатый и европейский, сосна веймутоваг лиственница сибирская, клен ложноплатановый;

мезогигрофиты -- тополя черный и белый, осина, береза пушистая, вяз, крушина ломкая, бузина черная, калина;

гигрофиты -- ивы белая, ломкая и серая, ольха черная, черемуха, ясень обыкновенный.

Характеризуя отдельные древесные породы по требовательности к влаге, следует иметь в виду, что некоторые из них имеют широкий ареал и могут быть как ксерофитом, так и мезофитом.

Требовательность древесных растений к влаге учитывается при проектировании лесных питомников, промышленных плантаций, облесении водоемов и т. д.

Испарение влаги с поверхности растений и почвы. Кронами деревьев задерживается значительная доля выпадающих осадков, которые под действием тепловой энергии и движения воздухапревращаются в парообразное состояние и уходят в атмосферу. Теневыносливые породы с густооблиственной кроной, а также хвойные задерживают больше осадков, чем светолюбивые, породы с ажурной кроной. Пихта задерживает в 5 раз больше осадков, чем лиственница. Если на открытых площадях выпадает 500 мм осадков и 100% их достигает почвы, то сосновые насаждения задерживают 35%, буковые -- 40, еловые -- 60, пихтовые--80%.

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 транспири- руют напочвенные растения, забирая ее из различных почвенных горизонтов. Интенсивность испарения с поверхности почвы зависит от многих факторов---типа леса, полноты, формы, видового разнообразия напочвенных трав, кустарников и взаимосвязанных с ними влажности воздуха, ветра, солнечной радиации. 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 открытой местности. Это происходит в результате ослабленного ровного движения воздуха в лесу у поверхности почвы, которое возникает благодаря более низким температурам воздуха и почвы летом. Меньшему испарению способствует и рыхлость почвы, изрытой червями, кротами, личинками насекомых.

Поверхностный сток влаги и перемещение снега. Величина и характер поверхностного стока определяются состоянием поверхности почвы, суммой и интенсивностью выпадающих дождевых осадков. Часть выпадающих осадков стекает или сдувается с поверхности почвы, занятой лесом, и попадает в овраги, ручьи, реки, а затем в моря и океаны. Лес переводит 80--100% поверхностного стока во внутрипочвенный и грунтовый при условии, что почва не достигла 100%-ной влагоемкости. Количество и скорость стока зависит от 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 открытой местности. 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.

Полог леса и стволы деревьев снижают скорость снеготаяния и ветра в лесу, задерживая значительную часть прямой и солнечной радиации. Интенсивность снеготаяния наибольшая в разомкнутых и низкополнотных 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. Следовательно, влияние леса на таяние снега зависит от густоты древостоя, высоты деревьев и положения деревьев относительно друг друга.

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. 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, он переходит во внутрипочвенный сток. Вместе с тем поверхностный сток уносит с собой плодородную почву и тем интенсивнее, чем реже древостой, достигая максимальных размеров на горных вырубках.

В зависимости от типа леса поверхностный сток воды разный. В сосновом сухом бору 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.

Почвенная влага. В почву просачиваются от 1,5 до 6% выпадающих осадков в год. По наблюдениям Г. Н. Высоцкого, в 25-летнем кленово-ясеневом 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 она возрастала под полем, лесом и черным паром. Наибольшая влажность, а значит, наименьшее иссушение почвы отмечаются 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. Корнеобитаемый 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 расходует влаги, все- таки ее 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: весенне-летний, характеризующийся наиболее интенсивным испарением; (2--4 мм в сутки), и летне-осенний (0,5--2 мм в сутки). 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 к кислот: чем больше концентрация раствора, тем ниже температура замерзания почвы. Содержание раствора зависит от механического состава почвы и растительности, произрастающей на ней. Рельеф местности также влияет на влажность почв. ?1а возвышениях почва промерзает сильнее, чем во впадинах, где собирается много снега.

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, которые стекают в ручьи, реки, озера и другие водоемы. Поэтому лесные реки всегда полноводнее. Грунтовые воды поднимаются также по капиллярам и заполняют влагой верхние горизонты почвы, в которых развиваются корневые системы деревьев и кустарников. Уровень грунтовых вод под лесом держится ниже, чем на соседних безлесных участках местности. Объясняется это расходом влаги на транспирацию.

В отдельных случаях состояние уровня грунтовых вод в лесу может повышаться или быть одинаковым с уровнем воды на безлесных площадях. 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 уровень грунтовых вод в лесу находится так же высоко, как и на открытой местности.

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

Вырубка леса влияет на уровень грунтовых вод. На севере страны часто наблюдается поднятие грунтовых вод после рубки леса и пожаров, что приводит к заболачиванию. Это явление отмечается и в равнинных лесах, произрастающих на слабодренированных почвах, где слаб отток грунтовых вод или его совсем нет. Пополнение грунтовых вод за счет осадков приводит к выходу застойной влаги на поверхность. Тогда деревья, кустарники и напочвенные растения плохо растут, суховершинят и погибают. Плохо переносят постоянный избыток влаги в почве бук, пихта, ель, ясень и др. Успешно растут на почвах, насыщенных проточной водой, болотный кипарис, туя, ветла, сосна, ольха черная и др.

Засухи сопровождаются понижением уровня грунтовых вод, который продолжает снижаться еще в течение 1--2 лет после года засухи. На 2-й и 3-й год после засухи в лесу наблюдаются преждевременное усыхание листьев, особенно на кустарниках, слабый прирост по высоте и диаметру, суховершинность деревьев, а в некоторых случаях массовое усыхание.

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, уберечь его от вредителей и сорняков, употребляют все больше минеральных удобрений и химикатов. Часть их с талыми и ливневыми водами попадает в водоемы, и тогда эти вещества становятся опасными. Иногда в воду сбрасывают отходы промышленных предприятий.

Лес -- эффективное препятствие, останавливающее и очищающее загрязненные воды. Пока вода проходит по почвогрунту, она фильтруется, химически вредные вещества 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, прошедшей через овражно-балочную, полезащитную и лесную полосы, сокращается в 26 раз. Наиболее существенным показателем загрязнения воды является содержание в ней аммиака. После лесной полосы оно составляет 0,16 мг/л, а до нее -- 0,24 мг/л. Фильтрующий эффект лесополосы зависит от ее ширины.

Насаждения влияют на чистоту и качество воды. Вода, поступающая с безлесной площади, имеет также высокую цветность и жесткость, которые резко снижаются после прохождения через сосновое насаждение, улучшается и прозрачность воды.

Лес изменяет химический состав воды. Атмосферная влага, проникая сквозь древесный полог, обогащается минеральными веществами, качество и количество которых зависят 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 лесной почвой, приобретает определенный химический состав. В зависимости от способов рубки леса и очистки лесосек качество воды будет разное. Порубочные остатки, оставленные на перегнивание или сожженные на лесосеке, неодинаково влияют на содержание примесей в почвенной влаге.

Деление лесов по их гидрологическому значению. 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 -- оценил роль леса как гидрологического фактора и научно обосновал значение лесо» разведения в засушливых степных районах, улучшающего водный режим почв и повышающего урожайность сельскохозяйственных культур.

Г. Н. Высоцкий выдвинул гипотезу, по которой транспирируемая северными лесами влага в огромных количествах переносится в южные районы и увлажняет их.

П. С. Погребняк пришел к выводу о том, что лес увлажняет климат и почву, высушивает болота и подпочву. Действительно, в степных районах лес -- увлажнитель, на севере -- осушитель.

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 летом часто пересыхают. В степных условиях лес является собирателем и накопителем влаги на полях. Лесные массивы и 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 обеспечивают непрерывное и равномерное поступление воды в реки, озера и другие водоемы и предохраняют естественные и искусственные водоемы от загрязнения и засорения.

Водорегулирующие леса предотвращают наводнение и заболачивание и содействуют лучшему дренажу почв.

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

Водоохранно-защитные леса выполняют одновременно и водоохранные, и защитные функции.

Разделение лесов по их роли и назначению носит условный характер, так как леса выполняют все перечисленные функции. Дробные деления лесов по их водоохранному значению даны Б. Д. Жилкиным, И. В. Тюриным и др.

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.

В разных географических зонах страны количество выпадающих осадков неодинаково. Так, в аралокаспийских 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. почва насаждение древесина влажность кислотность

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 транспортируете 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 транспортировать в атмосферу 2 млн. кг воды в год, или более 2184 м3/га.

Сильно транспонирующие древесные породы -- береза, ясень, бук и сосна. Слабо транспонируют влагу граб, клен остролистный, дуб и ель. Береза в составе хвойного леса в условиях Валдая, например, транспортирует 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 . 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 транспортирующие породы -- тополя и ивы, предпочитающие влажные места. Среднее положение занимают остальные лиственные породы. Менее транспортирующими 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 устричной 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 высоко полнотные 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 транспирации.

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, 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. Погребняка (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 высоко полнотные 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 транспортируют 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-ясеневом 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. Корнеобитаемый 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 транспортирует 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 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 фильтра очистителя 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 транспортируемая 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.

Минеральное питание растений. Из множества минеральных веществ растениям необходимы три: азот, фосфор, калий. В разный период жизни эти элементы нужны в разном количестве. Например, в период интенсивного роста растениям необходим азот, в период плодоношения - фосфор, в конце вегетации необходим калий, повышающий морозостойкость. Растениям также необходим зольный элемент, который представляет собой соединение металлов (железо, кальций, магний, цинк и т.д.). Питательные элементы поступают в почву в основном благодаря разложению подстилки. На питомниках при отсутствии подстилки вносится комплекс минеральных удобрений. Азот в почву также поступает из атмосферы, благодаря разряду молний. Какая-то часть азота поступает в почву в результате деятельности клубеньковых бактерий бобовых растений, чем часто пользуются лесоводы, высевая люпин, акацию на бедных лесных почвах.

Как часто мы задумываемся над тем, какую роль в нашей жизни играют леса? Что представляет собой лес? Какие экологические функции он выполняет? В этой статье попробуем ответить на эти и многие другие вопросы, связанные с лесом как природной экосистемой.

Лес представляет сочетание древесной, кустарниковой и травянистой растительности, произрастающей на твёрдой поверхности планеты, включая животных, микроорганизмов и других составляющих природной среды (почвы, водоёмы и реки, воздушная оболочка) биологически взаимосвязанных между собой. Главными свойствами лесов служат площадь и запасы древесины на корню. Леса произрастают на всех материках, кроме Антарктиды и занимают около 31% поверхности суши. Общая площадь лесного фонда планеты составляет 4 млрд. гектаров, а запасы древесины на корню 527 203 млн. м3.

Рис.1 Карта лесной растительности планеты

Лес – это сложноорганизованная саморегулирующаяся экосистема, в которой постоянно осуществляется круговорот веществ (азота, фосфора, кислорода, воды и др.) и потоков энергии между всеми типами и формами организмов. Все растения приспособлены друг другу, а также к животным организмам, и наоборот, все животные организмы приспособлены к растительным организмам. Они не могут существовать друг без друга. Каждый участок леса имеет выраженную пространственную структуру (вертикальную и горизонтальную), которая включает большое количество взрослых деревьев, кустарников, травянистых растений, подрост основной и сопутствующей породы, а так же мхи и лишайники.

Рис. 2 Вертикальная структура леса

Вертикальная структура леса характеризуется распределением различных форм растений по высоте, а горизонтальная отражает распределение разных видов растений в горизонтальной плоскости. Наряду с большим количеством растений, в лесу огромное количество различных видов без(с)позвоночных, миллионы почвенных организмов, многочисленны насекомые, птицы и звери. Все они вместе образуют экологическую систему, в которой каждое растение и животное выполняет конкретную экологическую функцию, участвуя в круговороте различных химических элементов.

Под воздействием внешних экологических факторов (свет, температура, влага, ветер, течения, различные формы разумной человеческой деятельности и др.) происходят те или иные изменения в лесной экосистеме, которые, как правило, не носят резкого и разрушающего характера, и не приводит к нарушению равновесия в экосистеме. Однако сильно возрастающее воздействие неразумной человеческой деятельности всё чаще и чаще приводит к нарушению экологического равновесия, что выражается в резких и катастрофических изменениях и последствиях. Так, летом 2008 г. на территории Западной Украины в районе гор Карпат, произошло крупнейшее наводнение из-за многочисленных осадков. В результате было затоплено около 40 тыс. домов, размыто почти 700 км дорог, разрушено более трёх сотен мостов .

Одной из причин масштабного наводнения называется вырубка лесов на склонах Карпатских гор, когда на протяжении почти 40 лет была вырублена значительная часть лесного покрова .

Рис.3 Наводнение в районе Карпат, 2008 г. (Западная Украина)

Рис.4 Вырубка лесов в Карпатах

Дело в том, что лес выполняет важную водорегулирующую роль, которая заключается в замедлении поверхностного стока талых и дождевых вод, переводя часть его в землю, уменьшая тем самым разрушительную силу паводков и половодий и, питая тем самым подземные воды. При выпадении дождя кроны и стволы деревьев задерживают часть влаги, что позволяет воде впитываться в лесную подстилку постепенно, а не стихийно. Лесная подстилка удерживает влагу и со временем отдаёт её рекам и подземным водам, а ещё часть влаги используется для питания растений. На открытом участке (например, вырубка) дождевая вода целиком попадает на поверхность земли и не успевает впитываться, так как водопроницаемость лесной подстилки выше, чем на открытом участке, что приводит к стоку большей части воды с поверхности в западину или поверхностный водоток (ручей, река). Иногда открытый участок не пропускает воду вообще и та полностью стекает, образуя мощный поток воды. Немаловажную роль играет лес в распределении зимних осадков и при таянии весной. На открытых участках снежный покров закрепляется немного позже по сравнению с лесом из-за частых оттепелей и распределяется неравномерно по причине дующих ветров. В лесах снег распределяется равномерно, что связано с изменением ветрового режима в приземном слое. В целом на открытых участках снега накапливается больше чем в лесу. Весной под воздействием мощного потока солнечного излучения происходит снеготаяние, которое зависит не только от этого фактора. Различные типы растительности и рельеф играют немаловажную роль в этом процессе. На открытый участок приходит 100% солнечного излучения, а под полог любого древостоя только часть, поэтому снег тает в лесах медленнее. Например, на вырубках снег тает 7-25 дней, а в елово-пихтовом лесу 32-51 день .

Отечественный лесовед Молчанов Александр Алексеевич установил, что коэффициент весеннего стока резко уменьшается с увеличением лесистости (с 0,6-0,9 на безлесой холмистости территории до коэффициента 0,09-0,38 при лесистости 40%) .

При вырубке леса происходит удаление древесного полога и почва утрачивает свойство водопроницаемости, что приводит к нарушению водного режима водотоков, при этом увеличивается поверхностный сток и усиливается процесс разрушения почв. Таким образом, лес выполняет важную роль по регулированию равномерного поступления воды в водотоки, участвует в круговороте воды, препятствует разрушению почв.

Не менее важная по значению свойство растительности связанна с климатообразованием планеты. Лес влияет на такие климатические факторы, как ветер, температуру, влажность и др. Благодаря ветру происходит опыление растений, распространение плодов и семян, усиливается процесс испарения влаги с поверхности листа, а лес в свою очередь уменьшает скорость ветра в приземном слое воздуха, регулируя температуру и влажность. Наличие насаждений изменяет тепловой режим и на прилегающих территориях. Летом более холодный воздух зелёного массива вытесняет более тёплый и лёгкий воздух прилегающей территории, понижая температуру воздуха на этих участках. Степень понижения температуры воздуха зависит от породы насаждения (от прозрачности кроны, отражающей способности листьев, высоты и возраста), от густоты посадки и ряда других характеристик. Крупнолистные деревья являются лучшими защитниками от тепловой энергии. Так, например, осина пропускает через свою листву в 10 раз больше энергии, чем боярышник. В лесу влажность воздуха увеличивается, так как испаряющая поверхность листьев деревьев и кустарников, стеблей трав в 20 и более раз больше площади почвы, занимаемой этими растениями. За год гектар леса испаряет в воздух 1-3,5 тыс. т влаги, что составляет 20-70% атмосферных осадков. Например, увеличение лесистости на 10% может привести к возрастанию суммы годовых осадков на 10-15% . Кроме того, с поверхности листьев испаряется около 90% поступающей воды и лишь 10% идёт на питание растений. Влажность воздуха в средней полосе в лесу или парке летом на 16-36% бывает выше, чем в городском дворе. Зелёные насаждения способствуют и увеличению влажности воздуха на прилегающих открытых территориях.

Рис. 5 Климатические пояса планеты.

Лес принимает деятельное участие в газообмене, в первую очередь, поглощая углекислый газ и выделяя в атмосферу кислород. Это природное явление получило название фотосинтез. Так, гектар леса поглощает в час 8 кг углекислоты (H2CO3), которые выделяют 200 человек. Степень поглощения углекислоты и выделения кислорода сильно зависит от породы насаждений. Так, тополь берлинский в 7 раз, дуб черешчатый в 4,5 раза, липа крупнолистная – в 2,5 раза, а сосна обыкновенная в 1,6 раза эффективнее по газообмену ели обыкновенной.

Рис. 6 Фотосинтез растений

Существенная роль принадлежит лесу и в очистке атмосферы от пыли. Растения скапливают на поверхностях листьев, ветках и стволах пылевые частицы. При этом действие накопления в сильной степени определяется не только температурой, влажностью и скоростью ветра, но и породой насаждений. Так, хвойные породы в 30 раз, а берёза в 2,5 раза больше задерживает пыли, чем осина. Запылённость городских и пригородных парков в 1,5-4 раза ниже, чем в промышленной зоне. Измерения показали, что запылённость воздуха под деревьями на 20-40% ниже, чем на открытых рядом расположенных площадках. За деятельный период жизнедеятельности растения одно взрослое дерево выводит из воздуха: каштан конский – 16 кг, клён остролистый – 28 кг, тополь канадский – 34 кг пыли.

Лес также участвует в очистке воздуха от газообразных примесей. Более холодный воздух, создающий вертикальные потоки, и меньшие скорости ветра в районе зелёных насаждений, способствуют перемещению газообразных примесей в верхние слои атмосферы. Это приводит к уменьшению их количества в зоне зелёных насаждений на 15-60%. Разные породы деревьев обладают разной устойчивостью к атмосферным загрязнениям при сохранении своей способности улавливать из атмосферы ядовитые примеси. Так, белая акация улавливает из атмосферы соединения серы и фенола, не сильно повреждая при этом свою листву. Из(с)следования показали, что сернистый газ сильно повреждает растительность.

Вблизи химических комбинатов поверхность листьев у липы, берёзы и дуба бывает сожжена на 75-100%, а рябины – на 25-65%. Нестойкими породами деревьев к атмосферным загрязнениям являются: каштан конский, клён остролистый, ель и сосна обыкновенные, рябина, сирень, акация жёлтая и др. Наиболее стойкими являются: осокорь, белая акация, тополь крупнолистный, клён пенсильванский, плющ обыкновенный.

Растения выделяют биологически активные вещества (фитонциды), которые обладают высокой физиологической деятельностью при небольших количествах по отношению к определённым группам живых организмов. Биологически активные вещества убивают болезнетворные бактерии или задерживают развитие микроорганизмов. Эффективность биологически активных веществ различных растений неодинакова. Так, кедр атласский через 3 мин выделений вызывает гибель бактерий, черёмуха обыкновенная – через 5 мин, смородина чёрная – через 10 мин, лавр благородный – через 15 мин.

Велико участие лесных территорий и в снижении уровня шума от транспортных магистралей и предприятий. Кроны лиственных деревьев поглощают 26% падающей звуковой энергии, а отражают и рассеивают 74%. Два ряда липы способны уменьшить уровень шума в 2,5-6 раз в зависимости от ширины полосы посадки без листвы и в 7,7-13 раз, когда растения были с листвой. Степень звукоизоляции зависит от породы, высоты и схемы посадки деревьев и кустарников. Шум на высоте человеческого роста на застроенной высокими домами улице лишенной зелёных насаждений в 5 раз превышает на этой же улице, обсаженной деревьями за счёт отражения шума движущегося транспорта от стен зданий.

Таким образом, лес играет важную роль на планете по поддержанию благоприятных условий существования всех живых организмов, в том числе и человека. Лес как природная экосистема участвует в климатообразовании и осадкообразовании, поддерживает газовый состав атмосферы, даёт дом и пищу для многих видов и форм растений и животных. Однако на сегодняшний день существует серьёзная проблема сохранения лесов.

Основная часть лесных экосистем приходится на такие страны как Россия (809 млн. га), Бразилия (520 млн. га), Канада (310 млн. га), США (304 млн. га), Китай (207 млн. га), Демократическая республика Конго (154 млн. га) .

Причем наиболее ценными для поддержания экологического равновесия на планете являются таёжные и тропические леса. Тропические леса обладают достаточно высоким биологическим разнообразием, которые содержат до 70-80% всех известных науке животных и растений. По оценке Госдепартамента США потери лесов ежегодно составляют равными четырём площадям Швейцарии (41 284 км²) .

Для того, чтобы представить масштабы вырубки лесов эту площадь можно ещё сравнить с территорией Московской области (44 379 км²). Главными причинами сокращения лесов являются неконтролируемая вырубка леса под сельскохозяйственные угодья – 65-70% и лесозаготовка – 19% (рис.7, 8, 9).

Рис.7 Участок леса, ранее расчищенный под плантации, Индонезия

Рис. 8 Выжигание джунглей для освобождения земли под посевные поля, южная Мексика

Рис. 9 Незаконная вырубка Розового дерева на острове Мадагаскар в Национальном парке Масоала

Большинство тропических стран уже сейчас утратили более половины своих естественных лесов. Например, на Филиппинах вырублено около 80% лесов, в Центральной Америке площадь лесов сократилась на 60%. В таких тропических странах как Индонезия, Таиланд, Малайзия, Бангладеш, Китай, Шри-Ланка, Лаос, Нигерия, Ливия, Гвинея, Гана площадь лесов сократилась на 50% .

Подводя итог, можно сказать, что сохранение и увеличение площади лесных экосистем является важнейшей задачей человечества, выполнение которой обеспечит ему выживание в благоприятной окружающей природной среде. Иначе человечеству просто не выжить, так как только гармоничное развитие земной цивилизации с природой даёт шанс на жизнь и развитие человечества в целом.

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.