lesovedenie_1980

Влажность воздуха влияет на физиологические функции

4еса, например, на транспирацию, в том'числе н через эпифнт-

ную растительность, затрудняющую испарение. В южных рай­

онах европейской части нашей страны наиболее опасны дл'я сельскохозяйственных и лесных культур суховеи. Они образу­ ются при низком содержании водяных паров в атмосфере, при

относительной влажности ниже 30-35%, при температуре воз­

духа выше 23-25° С и скорости ветра более 5 м/с. Леса и лес­

ные насаждения реагируют на суховеи, а также и на засуху,

не связанную с суховеями, изменением окраски и потерей ча­

сти листвы, снижением прироста, отмиранием отдельных дере­

вьев. По сравнению со многими древесными породами в ев­

ропейской степи наиболее устойчив против суховеев и засухи дуб, благодаря своей способности к глубокому укоренению.

Реакция леса на засуху очень показательна для выявления

степени устойчивости его различных компонентов. Поэтому приведем некоторые наблюдения, связанные с засухой 1972 г.

Необычно продолЖительная сухая и жаркая погода летом 1972 г. в Мос­ ковской области, когда за июль и первые две декады августа выпало всего

побурение и частичное опэдение листвы у некоторых древесных пород, осо­

бенно у березы, липь1, а также у растенцй нижних ярусов в лесу. Почти сплошное побурение, сморщиванис и частичное опадение листвы произошло у рябины. Массовое побурение, сморщиванис и засыхание листочков черники nридало совершенно необычный облик наnочвенному покрову из этого расте­ ния. Лишь в. сильно затененных местах под покровом других растений ил~

среди подушек кукушкина льна черника смогла сохранить листовые органы

зелеными. В лесу побурела значительная часть папоротникового покрова. Все это привело к преобладанию бурых тонов в нижних ярусах леса (в том числе в сосновом и еловом лесу). На этом фоне в напочвенном покрове выделялась своей зеленой свежестью брусника, а среди самосева и подроста лиственных древесных породдубок, который раньше, одиночный, рассеянный, мало вы­ делялся среди окружающей сплошной зелени леса.

Таким образом, необычная для центральных областей страны продолжи-· тельная засуха подтвердила высокую засухоустойчивость дуба и в то же

время наглядно показала болезненность и поиижеиную сопротивляемость ей

ряда других лесных растений.

Засухаявление комплексное и влажность воздуха лишь

один из ее показателей. Однако влажность воздуха и в от­

дельности и особенно в совокупности с другими элементами по­ годы имеет большое значение в лесном хозяйстве. Практиче­

ское значение в лесном хозяйстве имеет относительная влаж­

ность воздуха, как один из важных показателей пожарной

опасности в лесу. При падении относительной влажности воз­

духа ниже 45-40% опасность возникновения лесного пожара

130

становится значительной, так как лесные горючие материалы

сохнут в это время очень быстро и лес может загораться при ~1алейшем. появлении источника огня (неп?тушенны: спичка,

;1аnнроса~ костер и т. д.) .фЕще более точны~ критерии степени

nожарнон опасностиде ицит влажности воздуха, величина

1,0торого является важным показателем и при рассмотрении

процессов не только физического испарения, но и транспирации.

Почвенная влага. Главный источник этой влагиосадки.

На поверхности почвы влага находится в наиболее близком контакте с влагой воздуха. Влага, находящаяся на поверхно­

сти почвы и в подстилке,- один из важных элементов эколо­

гической обстановки леса. Она обусловливает первые этапы

возtбновления леса, воздействуя на прорастание семян, на рост

юных растений, их состояние. При этом влага влияет на возоб­

новление и через оnосредованные связи: через состав травя­

ного и мохового покровов, через изменения микрорельефа. В ус­

ловиях выраженного микрорельефа (колоды, кочки, западинки

11 пр.) под пологом леса влагафактор, сильно влияющий на начальную дифференциацию растений, заменяя в значительной

степени недостаток света. Влага на пов"ерхности почвы, как ре­

зультат дождя или даже росы, имеет важное значение не только

для растительных, но и животных компонентов лесного биогео­

ценоза. Продолжительная засуха и отсутствие вследс1'вие этого

влаги на поверхности почвы и в подсти·лке приводят к сокраще­

нию численности или даже гибели некоторых видов животных,

в том числе и полезных для леса (муравьев и др.). Здесь не

рассматриваем пока влагу, содержащуюся в других горизонтах

почвы, и влажность почвы в целом. Значение ее будет понят­ нее после раскрытия баланса влаги в лесу и взаимосвязей леса

ипочвы.

Подтопление. За последние три-четыре десятилетия по­

явился еще один аспект влияния влаги на лесдействие под­

топления при образовании ·искусственных водоемов, особенно в связи с созданием крупных водохранилищ. Разные древес­

ные породы реагируют по-разному на подтопление. Особенно

болезненно реагирует дуб, не выносит длительного подтопле­

ния и ель. Хорошо переносит его ива, образующая многочис­ ленные придаточные корни на стволе по мере его затопления.

Частичное подтопление благоприятно для черной ольхи.

Периодическое подтопление корней сосны вызывает перест­

ранку корневой системы. Колебания в частоте и уровне под­ топления этой породы сказываются на ее приросте.

§ 2. ОТНОШЕНИЕ ДРЕВЕСНЫХ ПОРОД К ВЛАГЕ

Нетрудно представить большой диапазон в требованиях дре­

весных пород к влаге, особенно если взять его в широком гео­ графическом разрезе. На нашей планете растут, с одной сто·

5*

131

роны, деревья, составляющие тропические и субтропические мэн­

гровые леса на морских побережьях, находящиеся под постоян­

ным воздействием приливов, или например, такой абориген

внутренних водоемов субтропиков, как болотный кипарис, а,

с другой,- обитатели пустынь или полупустынь, такие, как сак­

саул или фисташка. Этокрайности. Большая группа дре­

весных пород занимает промежуточное положение, хотя и здес~;>

они дифференцируются, распределяясь в довольно широкой

амплитуде.

В физиологии растений подробно рассматривается природа

травспирации растений, в том числе древесных пород, с особен­

ностями которой тесно связано потребление ими воды. В лесо­

водстве давно известны попытки установления различий в от~ ношении древесных пород к влаге. Лесоводами, физиологами, почвоведами установлен ряд шкал, основанных на морфологи­ ческих, ботанико-географических, физиологических, гидрологи­

ческих и других особенностях, признаках и методах.

За последние годы появились две сводкишкалы украин­

ских ученых П. С. Погребняка (1963, 1968) и А. Л. Бельгарда (1971). Они близки по существу, хотя и имеют свои особен­

ности (табл. 6). У П. С. Погребняканесколько более широ­

кий географический охват, у А. Л. Бельгарда в связи с назна­

чением книги («Степное лесоведение») применен локальный

подход. По форме эти шкалы неоправданно, несколько искус­

ственно отдалены друг от друга, что вносит некоторую труд­

ность при их сопоставлении и пользовании ими: обе шкалы имеют 6 групп, но нумерацию их один составитель ведет от О, другой от 1. Не облегчают восприятие и некоторые нюансы

внаименованиях групп при совпадениях и различиях в перечне

. входящих в них пород. Обе шкалы заслуживают внимания

как современные придержки, дающие представление о сравни­

тельном отношении древесных и некоторых кустарниковых по-

состепной ассортимент древесных пород и в первую очередь может быть использована в равнинной части Украины и при­

мыкающих к ней лесостепных и степных районах европейской части РСФСР. Положение некоторых пород еще потребует уточ­ нения. Так, например, отнесение осины к мезогигрофитам пра­ вомерно не для всех районов. Шкала П. С. Погребняка содер­

жит значительно большее число пород, в том числе древесные породы из разнородных климатических районов, и является

поэтому более общей шкалой. Но при таком подходе к ней об­

наруживаются и пробелыотсутствие некоторых важных оте­ чественных древесных и кустарниковых пород (например, ели, рябины, бересклета), не говоря уже о зарубежных. Нельзя

также согласиться с включением всех можжевельников в группу

ультраксерофитов. В условиях нашей страны черная ольха из

132

б. ШI(АЛЫ ТРЕБОВАТЕЛЬНОСТИ ДРЕВЕСНЫХ ПОРОД К: ВЛАГЕ

§ 3. ВЛИЯНИЕ ЛЕСА НА ВЛАГУ

этот сл~жный вопрос изучается уже более 100 лет. В прош-

м столетии и начале нынешнего века в России им интересо­

"10~ись известные ученые А. И. Воейков, Н. П. Адамов, П. А. Ко­

~:ычев, В. В. Докучаев, М. К. Турский, Г. Ф. Морозов, Н. С. Не­

А. Мюттрих, А. Бюлер, Гоппе, Риглер и др. В советский период

в решение . этой проблемы особенно много труда вложил

ГН. Высоцкий, начавший разрабатывать ее еще до револю­

ц;rи. Большое внимание ей уделяли А. А. Каминский, М. Е. Тка­

ченко, В. И. Рутковский, Н. А. Качинский, Г. Р. Эйтинген,

г. Ф. Басов, И. М. Лабунский и др. Широкие исследования за последние три десятилетия проводят лаборатория лесоведения

(начатые ранее инсцпутом леса АН СССР), ВНИАЛМИ,

ВНИИЛМ, УкрНИИЛХА, Гидрометцентр и другие научные уч-

11еждения. Расширилось изучение гидрологической роли леса за

рубежом, причем если раньше оно проводилось преимущест­

венно в европейских странах, то в настоящее время проводится

н на других континентах. Значительные исследования осуще­ ствляются в США и Японии, усилилось внимание к гидрологии

тропических лесов.

В о д н ы й б а л а н с складывается из прихода в виде осад­

ков и расхода в различных видах испарения, а также стока

воды, инфильтрации ее в глубинные горизонты почвы, аккуму­ ляции влаги лесным фитоценозом и потребления ее почвенными

микроорганизмами. Простая формула водного .баланса была

предложена Г. Н. Высоцким, включившим в прйходную часть осадки, а в расходную сток, испарения, буфер (влажность

почвы, грунтовые воды). Эта формула несколько модифициро­

вана в дальнейшем другими лесоводами. Большие исследова­

ния по изучению влияния леса на водный баланс проводятся

А. А. Молчановым, В. В. Рахмановым, И. Л. Раунером, С. Ф. Фе­

доровым, ·за рубежом Г. Бургером, Л. Лейтоном, Г. Флеммин­

гом, Д. Хьюлетом, А. Баумгартнером, П. Зинке и др.

Наиболее значительными статьям~;~ расхода являются испа­

рение и сток воды, поэтому Г. Флемминг (Flemming, 1968) и

А. Баумгартнер (Baumgartner, 1971) ограничивают расходную

часть прежде всего этими двумя членами и останавливаются на

лростейшей формуле водного баланса:

135

где S - раднационный баланс; V'- тепло на испарение;

L --конвекция тепла. Испарение является связующим зве­

ном между водным и тепловым балансом. Г. Флемминг рас­ крывает в дальнейш~м свои уравнения с большей деталь­

ностью.

Наша задача сводится к установлению роли леса в водном балансе, дальнейшему раскрытию взаимосвязей между лесом и влагой.

Влияние леса на осадки. Этот вопрос имеет две стороны:

влияние леса на колИчество выпадающих осадков; влияние леса

на распределение выпавших осадков. Влияние леса на количе­ ство выпадающих осадков (вертикальные осадки) -эта сто­

рона представляется наиболее сложной и остается дискуссион­

ной, особенно в отношении вертикальных осадков, т. е. основ­

ного вида -осадков. На Vl мировом лесном конгрессе (1966 г.)

комиссия по вопросам влияния леса на среду признала недока­

занным действие леса на кол-ичество выпадающих осадков.

Первоначальные данные лесных метеонаблюдений в евро­ пейских странах, начатых в 60-х годах прошлого столетия, по­

казывали значительное превышение осадков, выпадающих в лес­

ной местности по сравнению с осадками на соседней безлесной. Разница доходила до 50-100 мм в год. Г. Н. Высоцкий, про­

водивший наблюдения в течение 10 лет в Мариупольском опыт­ ном лесничестве, получил данные: в степи 400 мм, в лесу

501 мм. Однако сам Г. Н. Высоцкий назвал эту разницу «фик­

тивной, не истинной», хотя и не исключал некоторого увеличе­

ния летних осадков над лесом ( 1930, с. 41). Причина такой раз­

ницы заключалась в несовершенстве методикине учитывался

факт выдува~я влаги ветром из дождемеров на открытых

местах.

Врезультате этого дождемеры на таких участках умень­

шали количество выпавших осадков по сравнению с дождеме­

рами в лесной местности с ослабленным действием ветра. В дальнейшем дождемеры начали оснащать Ниферовой защитой

и различия заметно сгладились.

Одним из главных доводов пользы влияния леса на коли­

чество выпадающих о·садков является факт более высокогосо­

держания влаги в воздушных слоях над лесом вследствие

большего испарения им по сравнению с испарением на лугу или тем более с обнаженной поверхности земли. Если бы насы­ щенность воздуха была единственным фактором возникновения

дождя в щiнной местности, то можно было бы предположить

вероятность более обильных осадков в районах, прилегающих

к обширным водным пространствам. Однако такое предположе·

ный бюджет осадков, и, наоборот, пустынные или полупустын­ ные территории расположены в районе таких крупных внутри-

136

в лолмнетои местности и в горах, количество осадков, выпадаю­

mнх над лесом и над полем рав~о Nл=Nu.

Большинство исследователеи nриходят к выводу, что лес не

оказывает существенного влияния на выпадение местных осад­

ков. Что касается влияния лесов на осадки в более широком плане, т. е: применительно к обширным территориям, то вопрос

представляется пока мало изученным и заслуживает внима­

ния. Он связан с необходимостью учета происхождения осад­ ков и многостороннего анализа внутриматерикового влагообо-,

в этом влагообороте. Действительно, нельзя исключать роль

леса во внутриматериковом влагообороте, имея в виду не только

его огромную испаряющую поверхность, но также и своеоб­ разную неровность этой поверхности, которая способствует об­

разованию турбулентных течений над лесом с вытекающими

отсюда следствиями. Применительно к большим лесным терри­ ториям эта роль, возможно, значительна. Трудно представить,

чтобы огромные изменения, происходящие на поверхности

Земли,- создание водохранилищ, каналов, создание лесонасаж­ дений и их вырубка, строительство городов, выбросы газов

в атмосферу и т. д.- совершенно не сказывались на режиме

осадков.

Однако пока мало достоверных экспериментальных данных,

раскрывающих эту сторону, особенно влияние леса на количе­ ство выпадающих осадков и механизм этого влияния. Прежние

методы исследований, по-видимому, и не могли дать доста­

точно обоснованноГо ответа. В настоящее время и тем более

в будущем методические возможности значительно расширя­

ются в связи с проникновением науки в высокие слои атмо­

сферы и даже в космос.

называемых иногда скрытыми осадками или обобщенным наи­

менованием осажденный туман (Рубнер, 1927; Гейгер, 1960),

значительна, так как огромная, поверхность леса (ветви, листва,

хвоя и т. д.) при ее охлаждении способствует надземной кон­ денсации паров влаги из воздуха. Это явление особенно прояв­

ляется на наветренных опушках, когда массы пересыщенного

влагой воздуха приносятся ветром со стороны. Лес перехваты­

вает этн осадки, поэтому на заветренную сторону они почти не nоnадают. Значение горизонтальных осадков в количестве при-

137

носимой ими влаги по сравнению с вертикальными в равнинных

районах умеренного пояса невелико. Более заметно оно прояв­

ляется в горах и приморских районах.

Влияние леса на распределение выпадающих осадков. В этом

отношении роль леса значительна. При этом имеется в виду

влияние его на все виды осадков, включая вертикальные. При

сравнительном рассмотрении распределения выпадаюiЦих осад­

ков на определенной территории надо учитывать три наиболее резко отличаюiЦихся типа объектов: осадки в лесу на плоiЦади,

занятой древостоем; осадки на прогалинах, полянах, вырубках,

просеках и других небольших открытых местах среди леса; осадки на более или менее обширной безлесной территории.

Распре д е л е н и е о с а д к о в в др е в о с т о я х. Определен­

ное количество выпадаюiЦих осадков задерживается кронами.

Часть осадков, задержанных кронами, испаряется в атмосферу,

часть их сдувается или скатывается вниз, некоторое количество стекает по ветвям и стволу. Другая часть - незадерживаемые

осадки. Они проникают через свободные промежутки в кронах

и особенно между кронами и доходят до земной поверхности.

Здесь часть их испаряется, а часть проходит в почву. Испаре­

ние с поверхности почвы в лесу значительно меньше, чем нц

открытом месте. Влага, попавшая в почву, частично использу­

ется лесом для своих жизненных отправлений, частично в виде

внутрипочвенного стока стекает в реки.

Количество воды, достигшее почвогрунта, называется нетто­

осадками в отличие от валовых осадков, т. е. обiЦего количе­ ства выпавших осадков. Разница между ними выражает потери

на п'ерехват. Максимальное количество воды (в мм), которое

может быть удержано пологом, получило название емкости

влагазадержания данного полога (Лейтон, 1970). Количество

осадков, проникаюiЦих под полог зависит от их интенсивности,

вида и продолжительности, от состава древостоя, его сомкну­

тости и полноты, возрастного строения, сезонных особенностей·

и т. д.

Лесоводами давно установлено, например, что пихтовые

дреsостои могут задерживать кронами до-70-SО, еловыедо

55-60, сосновыедо 30, лиственничныедо 15% осадков. Многие из данных для названных пород (особенно для ели)

показывают меньшие величины и в то же время. характеризу­

ются значительной пестротой, что связано с многообразием ха­ рактера лесов (даже при одном и том же составе) и·различиями

в методике. Очень близкие к приведеиным данные для ели по­ лучены Н. И. Костюкеничем (1956) в Белоруссии: наиболь­

шее задержание осадков пологом высокополнотных еловых дре­

востоев достигает 6 мм, что примерно и соответствует 5860%. Поэтому приведеиные выше придержки как максималь­

ные можно пока использовать для ориентировочного определе­

ния емкости влагазадержания полога данных пород (в мм).

138

С еднегодовые величины задержания осадков кронами назван­

r,х пород характеризуются широким варьированием.

НЬ·Сомкнутость полога и его плотность связаны и с возра-

стом_ наибольшее количество осадков задерживается древес­

ным пологом в жердняконом возрасте. В этот период кроны

нанболее смыкаются,, причем не только в горизонтальном, но

и в вертикальном направлении (период максимального накоп­ ления так называемой хворостяной массы).

Как показали исследования· С. Андерса и Г. Томасиуса,

(Anders, Thomosius, 1971) в чистых 80-100-летних ельниках

Рудных гор (ГДР), отмечается строгая корреляция между пол­

нотой древостоя (площадью сечений м2/га) и влажностью

верхнего слоя почвы, что свидетельствует и о различии в коли­

честве проникших осадков и различии использования влаги при

разной полноте.

Осадки задерживаются, также и нижними ярусами лесного

фнтоценоза, включая подлесок и напочвенный покров. Оцени­

вая значение характера осадков при определении задерживаю­

щей способности лесного полога и нижних ярус9вих вида

(летние, зимние), интенсивности и продолжительности, надо

также учитывать их nовторяемость, интервалы между осадками.

Задержание осадков прежде всего зависит от количества их

при каждом отдельном дожде. Слабый дождь при высокой

сомкнутости древостоя почти полностью остается на кронах.

Для увлажнения лесной почвы более интенсивный дождь

лучше нескольких слабых. Однако при частой повторяемости слабых дождей повышается влажность воздуха, ослабляется

задержка осадков кронами. .

Зимние осадки в хвойных насаждениях, особенно в еловых,

их проникает сквозь полог. Так, по данным Н. С. Нестерова,

70-75-летние березняки зимой задерживают кронами всего

лишь 4-5% осадков. Более па,здние многолетние данные пока­

зывают, что лиственные породы задерживают твердые осадки

не более 3-5 (Воронков, 1970)- 6% (Бочков, 1970).

Под пологом леса снег ложится равномернее, особенно в ли­

ственных насаждениях, чаще бывает более рыхлым и дости­

гает большей высоты по сравнению с покровом на открытом поле. Различны сроки таяния снега в лесу и вне леса, а также 13 разных по характеру лесах. Под защитой лесного полога и снегового покрова почва промерззет на меньшую глубину, чем

в открытом поле, хотя бывают и обратные явления. Но почва

в ~есу оттаивает весной медленнее, чем в поле, и с неодинако­ вои скоростью в разных лесах. В лиственных древостоях со 2-м

ярусом или подростом ели снег исчезает весной позднее, чем

в простых лиственных древостоях. Наибольшие различия во

влиянии на распределение снегового покрова наблюдаются

139