книги из ГПНТБ / Писарьков, Х. А. Осушение лесных земель учебное пособие для студентов лесохозяйственного факультета (специальность 1512)

почвах показали, что требования леса к уровню грунтовых вод изменяются не только от вида древесных пород, но также и от возраста, что объясняется различной транспирацией. В табл. 12 приведены глубины грунтовых вод (нормы осуше­ ния), при которых растут сосна, ель и лиственница разных бонитетов.

Втаблице большие глубины грунтовых вод относятся к III

иIV, меньшие к I и V классам возраста. Таким образом, вы­ явлена определенная закономерность: с понижением уровня грунтовых вод до определенных пределов рост насаждений улучшается. Наблюдения показали, что на рост древесных по­ род большое влияние оказывает глубина грунтовых вод в пе­ риод начала вегетации, к этому периоду (15—20 мая) гори­ зонт грунтовых вод в высоких бонитетах обычно опускается ниже основной массы корневых систем (на грубину15—25 см).

Уровень грунтовых вод подвержен резким колебаниям как

втечение года, так и по отдельным годам. Высокий уровень держится весной после снеготаяния и осенью в период затяж­ ных дождей, низкий уровень наблюдается летом и зимой.

Многолетних исследований по нормам осушения для торфяных почв проведено очень мало. Минимальная глубина грунтовых вод, необходимая для обеспечения высшей продук­ тивности сосняков на торфяных почвах, по данным С. Э. Вомперского, в среднем за вегетационный период составляет 50— 60 см. Для условий Кировской области А. Ф. Тимофеев реко­ мендует среднюю за вегетационный период норму осушения на торфяниках 70—90 см.

По многолетним данным в Латвийской ССР, связь между глубиной грунтовых вод за вегетационный период и текущим бонитетом насаждений на торфяных почвах характеризуется табл. 13, составленной К. К. Бушем и П. П. Залитисом.

Выше указывалось, что нормы осушения для насаждений I класса возраста естественного происхождения меньше, чем для III и IV класса. Аналогичная закономерность получена

50

Б. В. Бабиковым и для искусственно созданных насаждений

(табл. 14).

Из таблицы видно, что чем больше возраст культур, тем глубже должен быть уровень грунтовых вод. По-видимому, это объясняется тем, что с возрастом увеличиваются транс­ пирация и длина корневой системы. Класс бонитета культур так же, как и леса, зависит от глубины грунтовых вод. В за­ висимости от возраста культур требуемые глубины грунтовых вод изменяютсяот 20 до 50 см, поэтому не только расстояния

между осушителями (бороздами, канавами), но и их глубина с увеличением возраста должны изменяться. Интенсивность осушения для леса должна быть значительно больше, чем для культур.

Исследования И. G. Антонова показали, что на минераль­ ных почвах для культур сосны в возрасте 1—8'лет наиболее благоприятная амплитуда колебаний грунтовых вод составля­ ет 20—40 см, а средняя за период роста — 25—30 см.

Исследования по нормам осушения для леса показали, что на торфяных почвах нормы осушения примерно на 20—25%

меньше, чем на минеральных почвах. Объясняется это, повидимому, тем, что большая влагоемкость торфов оказывает меньшее влияние на понижение грунтовых вод, а древесные растения, вследствие более высокого содержания в торфе пи­ тательных веществ, могут удовлетворять потребность в пище, осваивая корнями меньшую толщу почвы.

Для других видов угодий рекомендуются следующие при­ ближенные глубины грунтовых вод (нормы осушения) в сред­ нем за вегетационный период (в иг): для фруктовых садов — не менее 1,0; для парков — 0,8—0,9, а к началу эксплуатации не менее 0,5; для лесопарков — 0,6—0,8; для питомников — 0,7—0,8, а ко времени обработки почвы — не-менее 0,4—0,5.

Санитарно-техническая глубина грунтовых вод в населен­ ных пунктах рекомендуется в пределах 1,2—2,0 м.

Опытами установлено, что сельскохозяйственные культур­ ные растения на болотах дают высокие урожаи при средней глубине грунтовых вод за вегетационныйпериод: зерновые — 0,7—0,9 м, овощные и корнеплоды 0,9— 1,0, травы 0,5—0,7 м.

Следует отметить, что при выпадении достаточного коли­ чества осадков растения обеспечиваются влагой и при более низком горизонте грунтовых вод (в несколько метров), поэ­ тому приведенные выше нормы осушения надо считать мини­ мальными, выше которых грунтовые воды не должны подни­ маться на осушенных площадях.

Оптимальная влажность почв для растений, а следова­ тельно и норма осушения не являются величинами постоян­ ными даже для одних и тех же растений. В зависимости от стадии развития и пищевого режима растения потребляют различное количество воды, а в связи с этим оптимум влаж­ ности и нормы осушения также будут изменяться.

Выносливость древесных пород к затоплению. Лесные мас­ сивы и зеленые насаждения создаются иногда в условиях временного затопления лесной площади. Затопление может быть и на осушенных площадях, когда полые воды не вме­ щаются в каналах проводящей сети и водоприемниках. Ана­ логичное явление может иметь место и вдоль водотоков, про­ ходящих по лесным землям. В связи с этим сроки допусти­ мого затопления имеют большое практическое значение — от них зависит возможность создания тех или иных насаждений на затопляемой площади и возможность гидрологического расчета осушительной сети.

По наблюдениям Конардова, в пойме р. Волги древесные породы переносят следующую продолжительность весеннего затопления: дуб — до 22 дней, ветла — 60, вяз — 38, таль­ ник — 74, осокорь — 48 дней.

По наблюдениям А. Д. Дубаха, затопление леса со сторо­ ны р. Полота в БССР в течение около 100 дней (с середины

52

июня до октября) не вызвало гибели осины, сосна же на сле­ дующий год имела мертвую и живую хвою, а ольха, ель и бореза стояли без облиствения.

• Исследования В. И. Рубцова на территории парка Петродворца показали, что при весеннем затоплении до конца мая деревья не гибнут, а при затоплении до половины июня и больше отмирают дуб, ясень, клен, липа и ильмовые. По сте­ пени выносливости к затоплению В. И. Рубцов располагает древесные породы в следующий ряд: дуб, ясень, клен, липа, береза, ильмовые, тополь, ива, ольха серая и черная (наибо­ лее выносливы).

По исследованиям Л. Н. Куражковского, в условиях Ры­ бинского водохранилища древесные и кустарниковые породы по степени выносливости к затоплению делятся на следующие группы: 1) можжевельник, калина, малина, черемуха, шелю­

8)ива серая (наиболее вынослива).

ВОхтинском лесхозе длительное затопление культур I класса возраста до конца лета вызвало гибель сосны и. бере­ зы, осина сохранилась, но дала пониженный прирост.

Наблюдения в Лисинском лесхозе на площадях с насаж­ дениями сосны и ели высоких бонитетов (I—II) показали, что высокий уровень грунтовых вод (почти у поверхности) дер­ жится здесь до середины мая, поэтому нет оснований гидро­ логические расчеты проводить на весенние максимальные во­ ды. Установлено также, что чем выше класс бонитета насаж­ дений, тем меньше допустимая продолжительность весеннего затопления. Некоторые исследователи указывают, что древес­ ные породы, способные давать придаточные корни на стволах, (дуб, осокорь, ивы, береза, вяз, липа и др.), успешно произра­ стают на временно затапливаемых поймах.

С. 3. Крюков сообщает об успешном выращивании куль­ тур дуба в пойме р. Волги (Светлоярский лесхоз) в условиях весеннего затопления до 60—65 суток (до конца июня) при глубине затопления до 3,5 м. Он предлагает заменять дубом

естественно произрастающие в этих условиях малоценные на­ саждения тальника и ветлы. Приведенные материалы наблю­ дений показывают, что даже одни и те же древесные породы проявляют различную выносливость к затоплению. Объясня­ ется это тем, что здесь, кроме неблагоприятного водного ре­ жима, влияют и многие другие факторы, например: а) про­ точность воды, содержание кислорода в воде; б) время за­

ми веществами; г) возраст насаждений; д) условия роста до затопления (на сухих почв.ах застой воды более вреден).

53

§ 2. В И Д Ы О СУ Ш А ЕМ Ы Х ПОЧВ

Вред избыточного увлажнения почв. Избыток воды в поч­ ве приводит к недостатку в ней кислорода почвенного возду­ ха и к развитию анаэробных процессов, что замедляет разло­ жение органических остатков. Поэтому доступных минераль­ ных веществ, необходимых для питания растений, в переув­ лажненной почве мало. Корни растений от недостатка возду­ ха отмирают и растения гибнут или'замедляют рост.

Сырые почвы в течение вегетационного периода имеют бо­ лее низкую температуру, так как теплоемкость их больше, чем у сухих почв, и они медленно прогреваются.

На лесных переувлажненных почвах у древесных пород развивается поверхностная корневая система, что усиливает ветровал; лесовозобновление затрудняется, так как всходы вымокают и выжимаются.

При отсутствии кислорода в переувлажненной почве про­ исходят процессы брожения, дающие, кроме углекислоты, ядовитые вещества, отравляющие корни растений. При нали­ чии проточной воды в почве происходит некоторое обогащение ее кислородом, поэтому в этих условиях некоторые древес­ ные породы могут более или менее успешно произрастать (черная ольха и др.). Избыток воды ведет к разрушению структуры почвы и, как следствие, к нарушению благоприят­ ного для растений водно-воздушного и питательного режима.

Виды источников водного питания. Источниками водного питания, приводящими почвы к избыточному увлажнению, могут быть: а) атмосферные осадки (атмосферное питание); б) приток с прилегающих водосборов и разливы рек (намыв­ ное питание); в) выходы грунтовых вод (грунтовое и грунто­ во-напорное питание); г) сочетание указанных выше источ­ ников (смешанное питание).

Избыточное увлажнение возникает лишь при условии пре­ вышения в водном балансе прихода влаги над расходом. Это

длительность переувлажнения могут быть разными. При из­ бытке воды и при значительной длительности переувлажнения из почвы вытесняется воздух, в результате чего создаются анаэробные условия. Растительные остатки, частично перера­ ботанные анаэробными микроорганизмами, накапливаются на поверхности почвы в виде торфа, т. е. начинается процесс болотообразования.

Причины избыточного увлажнения почв. Неравномерное распределение атмосферных осадков в течение года, малое испарение при плохом стоке — основные причины избыточ­ ного увлажнения почв.

54

Иногда к атмосферным осадкам прибавляется вода, при­ текающая с поверхности прилегающих водосборов, а также грунтовая и грунтово-напорная вода с нижележащих слоев грунта. Отсюда видно, что источники водного питания н при­ чины избыточного увлажнения могут быть различными. Мест­ ные условия имеют также большое значение для увлажнения почв. .При осушении земель очень важно установить эти причи­ ны, без этого нельзя составить правильный проект осушения. Ниже приводятся основные причины, приводящие к избы­ точному увлажнению.

1. На тяжелых слабопроницаемых почвах с малым укло­ ном поверхности сток воды вглубь почвы и по поверхности замедлен, поэтому вода застаивается и расходуется медленно,

восновном путем испарения.

2.Длительный застой воды может быть также и на лег­

ких почвах, но с тяжелой подпочвой (двучленный нанос), в этих условиях может происходить перенасыщение почвы во­ дой, которая застаивается на водонепроницаемой подпочве.

3.При наличии отдельных понижений с малопроницаемы­ ми почвами вода, стекающая в эти понижения, долго застаи­ вается на поверхности.

4.При склонах значительной длины вода может скапли­ ваться в нижних частях склонов и переувлажнять их. На лес­ ных землях зачастую наблюдается слоистость почв. Верхний, более водопроницаемый слой не препятствует движению вер­ ховодки вдоль склона. После дождей или таяния снега, начи­ ная от водораздела, склон постепенно освобождается от грун­ товой воды. На отдельных участках склона верховодка мо­ жет находиться различное время и продолжительность стоя­ ния ее, а следовательно, и переувлажнение почвы постепен­ но увеличивается вдоль по склону. Поэтому в зависимости

от длины склона бонитеты насаждений могут изменяться от I до V класса. Расстояния между бонитетами насаждений вдоль склона зависят от скорости фильтрации воды, опреде­ ляемой по формуле Дарси (58). Чем больше скорость фильт­ рации, тем меньше расстояние между бонитетами насажде­ ний.

5.Весной в северных районах, где отмечается глубокое промерзание почв и медленное их оттаивание, талые воды могут застаиваться на поверхности, так как замерзшая при высокой влажности почва почти непроницаема для воды.

6.Избыточное увлажнение может быть и вследствие подъ­ ема уровня воды в реках, вызываемого плотинами, запруда­ ми, зарастанием и т. д. При этом в зависимости от высоты

подъема может происходить или затопление части площади, прилегающей к реке, или подтопление ее, т. е. подъем на этой площади уровня грунтовых вод до такой высоты, что почва

55

переувлажняется капиллярными водами, поднимающимися от поверхности грунтовых вод. Иногда талые воды задержива­ ются в пойме береговыми валами, которые образуются в ре­ зультате отложений взвешенных в воде илистых частиц.

7. Причиной избыточного увлажнения могут быть не тол ко поверхностные, но и подземные (грунтовые) воды. На склонах пойм рек и других площадей водоносный слой может выходить на поверхность сплошным потоком (пластовый вы­ ход) или отдельными ключами (рис. 23, а) . Подземная вода

может подходить к поверхности и из напорных водоносных горизонтов (рис. 23,б).

можны на месте вырубленного и сгоревшего леса. Лее испа­ ряет большое количество воды, вследствие этого он является как бы насосом, выкачивающим воду из почвы. После уни­ чтожения леса суммарное испарение из почвы уменьшается, а осадков в виде дождя и снега на поверхность почвы посту­ пает больше, и начинается процесс заболачивания, появля­ ются сфагнум, кукушкин лен и другие влаголюбивые расте­ ния.

На многих осушаемых площадях избыточное увлажнение вызывается различным сочетанием рассмотренных выше, при­ чин.

Объекты осушения. В зависимости от длительности избы­ точного увлажнения, условий зольного питания и других фак­ торов процессы накопления торфа протекают различно, поэ­ тому и мощность торфа в природных условиях тоже раз­ лична.

Болотом принято называть площадь земной поверхности, которая характеризуется избыточным увлажнением верхних слоев почвогрунта в течение большей части года, процессом торфообразования и болотной растительностью. Примени­ тельно к сельскохозяйственным целям болотом принято назы­ вать площадь, на которой имеется слой торфа не менее 30 см,

в этом слое развивается основная масса корневых систем ра­ стений и на эту глубину производится обработка почвы. На лесных землях корни деревьев проникают вглубь почвы на

56

большую • глубину, поэтому болотом здесь следует считать площадь с глубиной торфа не менее 40—50 см (ориентиро­

вочно). Земли с меньшей глубиной торфа называются забо­ лоченными, а минеральные земли, периодически переувлаж­ няемые — это земли временного избыточного увлажнения.

Следовательно, объекты осушения лесных земель можно разделить на три основных вида: 1) болота с мощностью тор­ фа не менее 40—50 см, они характеризуются постоянным из­

быточным увлажнением; 2) -заболоченные земли с мощно­ стью торфа менее 40—50 см — характеризуются длительным

периодическим избыточным увлажнением и 3) земли времен­ ного (переменного) избыточного увлажнения, на которых торфа нет, а избыток воды наблюдается только в отдельные периоды, в основном весной и осенью.

Для лесохозяйственного использования в настоящее вре­ мя осушаются в основном первые два вида, т. е. оторфованные площади. Минеральные почвы временного избыточного увлажнения осушаются для сельскохозяйственного использо­ вания, под древесные питомники и зеленые зоны.

Болота. В зависимости от условий водного питания и за­ паса питательных веществ, а также стадии процесса забола­ чивания в природных условиях могут быть различные виды болот. Обычно принято различать три вида: низинные, верхо­ вые и переходные болота.

Н и з и н н ы е б о л о т а относятся к первой стадии образо­ вания болот и занимают" пониженные места в поймах рек, в нижних пологих частях склонов и других понижениях. Эти болота богаты минеральными (зольными) веществами, кото­ рые поступают вместе со стекающими с вышележащих скло­ нов водами. Они часто питаются грунтовыми водами, что спо­ собствует обогащению торфа минеральными солями. Травя­ ной покров представлен в основном осоками, хвощами, трост­ ником и разнотравьем, из мхов встречаются гипновые мхи с примесью сфагновых, поэтому низинные болрта называют также травяно-осоковыми и травяно-гипновыми. Из древесной растительности на низинных болотах растут береза, ольха, ива, ель и др.

П е р е х о д н ы е болота . По toepe дальнейшего накопле­ ния торфа количество зольных .элементов пищи уменьшается, осоки постепенно уступают место сфагновым мхам, крометого, появляются пушица, багульник, Кассандра и др. Дре­ весная растительность представлена в основном сосной и бе­ резой.

В е р х о в ы е б о ло т а . При дальнейшем обеднении пита­ тельными веществами верхних слоев торфа появляются ма­ лотребовательные к условиям питания растения: сплошной ковер из сфагновых мхов, клюква, багульник, пушица одного­

57

ловая, подбел, росянка и др. Из древесной растительности остается только сосна.

На верховых болотах сфагновый мох появляется прежде всего в центре болота, так как на окрайках болота больше питательных веществ. Прирост торфа в центре болота боль­ ше, поэтому верховые болота имеют выпуклую форму и вод­ ное питание происходит в основном за счет атмосферных осадков, а стекающие с прилегающих склонов воды питают

только окрайки болот.

В таежной зоне много болот образовалось от зарастания водоемов. Процесс зарастания начинается со скопления на дне водоема так называемого сапропеля, состоящего из ми­ нерального ила, остатков пищи водных организмов, а также из мертвых животных (раковин, моллюсков и др.) и расти­ тельных организмов. После отложения достаточного слоя са­ пропеля на нем, начиная от берегов, поселяется водная расти­ тельность: в глубоких местах (4—5 и более метров) поселя­ ются водоросли и рдесты, в более мелких — кувшинки, в ме­ стах с глубиной до 2—3 м растут камыши, а на глубине не более 1 м — осоки и другие растения. Ежегодно отмирающая

растительность падает на дно, водоем мелеет и прибрежная растительность постепенно приближается к его центру. В зави­ симости от условий водного питания в результате зарастания озер и других водоемов может образоваться сначала низин­ ное болото, которое по мере нарастания торфа может перейти в переходное и, наконец, в верховое болото.

Глубокие водоемы с крутыми берегами могут зарастать непосредственно с поверхности. В этих случаях в местах, за­ щищенных от ветра, на поверхности воды поселяются бело­ крыльник, сабельник, а среди их корневищ поселяются мхи и другие растения. Так образуется плавающий ковер, называе­ мый сплавиной. Сплавина ежегодно нарастает в толщину и к центру водоема и по истечении некоторого времени она может покрыть всю поверхность водоема.

Процессы болотообразования проходят и иначе, напри­ мер, выходы грунтовых вод могут образовать ключевое бо­ лото, при пластовом выходе их — висячее болото.

На одной и той же площади могут быть разные виды бо­ лот, часто окрайки верхового болота представлены низинны­ ми или переходными болотами.

Торфяные почвы обладают большой влагоемкостыо, они удерживают от 50 до 96% воды от объема почвы. Степень разложения торфа, т. е. отношение разложившейся части (гу­ муса) ко всей массе торфа сильно колеблется — от 2 до 50 и более процентов. Малую степень разложения обычно имеют верхние слои сфагновых болот. Водопроницаемость торфов также различна и во многом зависит от степени разложения

58

торфа: слаборазложившиеся сфагновые торфы имеют коэффи­ циент фильтрации 0,01—0,1 см/сек, а хорошо- и среднеразложнвшийся торф низинных болот — 0,0002—0,005 см/сек.

Зольность сфагновых торфов, равна 2—3% от абсолютно сухого веса торфа, иногда достигает 5—7%, торфы низинных болот имеют зольность до 20—25% и более. Зольность пере­ ходных болот 5—10%. Зольность зависит как от условий вод­ ного питания, так и от характера растительности, из которой образовался торф, и степени его разложения.

Зольность торфа является одним из основных показателей ■ожидаемой эффективности осушения болот под лес: чем боль­ ше зольность, тем больше эффективность. Применительно к трем видам болот и заболоченных земель объекты осушения разделяются и по группе типов леса: сосняки и ельнико-раз­ нотравные, осоково-тростниковые, осоково-сфагновые, трост­ никово-сфагновые, чернично-сфагновые, разнотравно-сфагно­ вые, долгомошниково-сфагновые, сфагново-кустарничковые, сфагново-пушицевые, сосняки сфагновые, черноольшаники травяно-сфагновые и др. Один и тот же вид болот может иметь различную зольность, поэтому растительный покров не всегда является надежным показателем ожидаемой эффек­ тивности осушения болот.

В СССР малозольные сфагновые болота широко использу­ ются для добычи торфа на топливо и подстилку, а низинные— для сельскохозяйственных целей.

Земли временного избыточного увлажнения также исполь­ зуются для сельского хозяйства, а в северо-западных райо­ нах на них часто создаются питомники. На этих землях, со связаными почвами, произрастают обычно леса-черничники III бонитета. По наблюдениям в Лисинском учебно-опытном лесхозе, в ельниках и сосняках-черничниках уровень грунто­ вых вод в апреле и мае, а также в осенние месяцы стоит очень высоко (на глубине 30 см). Поэтому при использова­

нии аналогичных типов леса под зеленые зоны осушение сле­ дует считать необходимым мероприятием. Эффективность осу­ шения черничников при лесохозяйственном использовании подлежит дополнительному исследованию.

Рост болот. Болота, особенно сфагновые, растут как в вы­ соту, так и в стороны, заболачивая при этом прилегающие леса. Рост сфагнового покрова в высоту можно определять од­ ним из следующих способов: по росянке; по соснам; нивели­ ровкой и др.

Росянка ежегодно образует на стеблях мутовки листьев; расстояние между сохранившимися во мху мутовками соот­ ветствует годичному нарастанию мохового покрова. Этим ме­ тодом можно определить рост сфагнума за последние 1— 3 года.

59