Из поля зрения исследователей долгое время ускользало то обстоятельство, что в лесах, помимо массовых ветровалов, происходит регулярный естественный (единичный или групповой) вывал деревьев.
Он не сопровождается разрушением древостоя и является неотъемлемой частью жизнедеятельности лесных сообществ. Чаще всего выпадают деревья перестойные или наиболее угнетенные, биологически ослабленные (для этого достаточно скорости ветра меньше 20 м/с). Падение биологически обреченных деревьев может вызывать попутный вывал близко расположенных здоровых деревьев. Вываливание одного крупного дерева нередко приводит к возникновению группового ветровала.
В процессе формирования разновозрастного древостоя можно выделить несколько периодов отмирания деревьев. Около 90 % всходов и молодых особей деревьев гибнет, засыхая на корню. Возобновление порослевого характера переходит в отпад в первую очередь, а оставшийся подрост развивается до стадии жердняка. Наступает период изреживания сформировавшегося поколения. На данном этапе гибнут самые тонкие, наименее жизнеспособные особи. Молодые деревья, как правило, постепенно засыхают и уже сухими выпадают из древостоя, формируя тонкомерный валеж. Выжившие деревья продолжают развиваться и образуют в дальнейшем сомкнутый полог. В зрелый период отпад происходит равномерно во всех ступенях толщины деревьев, а перестойные насаждения характеризуются обычно отпадом самых старых и крупномерных деревьев, в наибольшей степени подверженных грибным заболеваниям и поражению насекомыми. На данном этапе выпадающие деревья по различным причинам могут переходить в сушняк, ломаться или выворачиваться вместе с корневой системой.
В местах выпадения крупных деревьев в образовавшихся окнах появляется подрост материнской или другой породы. Групповое возобновление сопровождается изреживанием подроста в группах. Так, если подрост и молодые деревья в ельниках Карпат расположены преимущественно группами, то в возрасте от 20 до 130 лет количество одиночно расположенных деревьев увеличивается соответственно с 20 до 64%. Увеличение отпада в этот период идет в биогруппах, состоящих более чем из 3 деревьев. Интенсивный отпад приводит к изменению среднего количества деревьев в группе с 3,8 (20 лет) до 1,5 (130 лет). Максимальный отпад деревьев происходит в 20—60 лет. В буковых девственных лесах более 60 % выпавших стволов приходится на молодое поколение, 7 % —на спелые и перестойные деревья (по массе 48 % всего отпада). Отпад происходит среди наиболее угнетенных деревьев в нижних ярусах древостоя и среди самых крупных старых деревьев в 1-м ярусе. Таким образом, выпадают в основном деревья крайних ступеней толщины.
Засыхание деревьев на корню с последующим их вываливанием. Подобное отмирание характерно для наиболее угнетенных деревьев в период изреживания подроста, жердняка и отмирания старых деревьев 4—5 класса Крафта под пологом древостоя. В засохшем состоянии деревья могут стоять вертикально в течение 10—20 лет и уже без коры, ветвей, со значительно разрушенной древесиной падают на землю. При падении из почвы выдергиваются сохранившиеся корни. Почва при этом разрыхляется незначительно, несколько сильнее нарушается подстилка. Существенных нарушений в растительном и почвенном покрове такие вывалы практически не производят. Основное влияние на биогеоценоз заключается в изменениях окружающего микроклимата и фитосреды при засыхании дерева и отмирании листвы в границах фитогенного поля погибшего дерева. Мертвая древесина в вертикальном и далее в горизонтальном положении становится объектом инвазии насекомых и грибов, мало отличаясь в этом отношении от ветровальных и буреломных стволов.
Ветролом деревьев. Излом ствола дерева может происходить у его основания (в комлевой части), в центральной части или в кроне. Ветролом чаще наблюдается у крупноствольных спелых и перестойных деревьев, имеющих стволовые гнили. Молодые деревья могут ломаться под действием силы тяжести падающих соседних деревьев. После слома обычно образуется пень и лежащий на земле ствол дерева. Биогеоценотическое влияние бурелома заключается в изменении микроклимата и фитоценотических условий в пределах фитогенного поля выпавшего дерева и поступления на почву отпада в виде ствола. Кроме того, остающийся пень надолго исключает данный участок почвенного покрова из нормальных условий функционирования. Корневая система буреломных деревьев перегнивает в почве. С точки зрения механических нарушений почвенному и растительному покрову причиняется незначительный ущерб.
Ветровал деревьев. Вываливание деревьев вместе с корнями характерно для спелых и перестойных деревьев, корневая система которых имеет ослабленное сцепление с почвой по различным причинам. Как уже отмечалось, возможен попутный подневольный вывал при падении соседних деревьев. Биогеоценотическое значение вывала деревьев во многом сходно с сухостоем и ветроломом (микроклиматические и фитоценотические изменения, появление валежа и т. д.). Однако существенное различие состоит в том, что при вывале выворачивающаяся корневая система падающего дерева оказывает сильное воздействие на почвенный и растительный покров, нарушается их целостность на площадях, соизмеримых с размерами (развитостью) корневой системы и нередко достигающих десятков квадратных метров.
В настоящее время место вывалов в структурной организации БГЦ окончательно не определено. Н. В. Дылис, помимо выделенных им парцелл как элементов горизонтального расчленения БГЦ, описывает микроструктуры более частного характера, связанные с пнями и мертвыми стволами деревьев, лежащих на почве. Одиночные вывалы, так же как и упомянутые микроструктуры, формируют в зоне нарушения почвенного покрова специфические микрогруппировки из подроста, трав, мхов, однако некоторые черты выделяют их из этой группы. Особенно важно, что ветровальные нарушения охватывают одновременно несколько биогеогоризонтов (биогеогоризонт — элемент вертикального деления БГЦ) — от древесного полога до горизонтов почвенного покрова. Ю. О. Медведев, изучая фитоценозы темнохвойной тайги Нижнего Приангарья, выделял единичные и групповые вывалы в качестве биогенных микрогеосистем. При этом он подчеркивал следующую роль вывалов: создание динамической окружающей среды, увеличение ее мозаичности и увеличение внутреннего разнообразия фитоценозов. X. Лутц одним из первых подошел к изучению ветровала с позиций почвоведения и экологии. Его исследования положили начало детальному изучению данной проблемы, хотя указания на экологическую важность ветровала появились еще в конце прошлого — начале нынешнего века.
X. Лутц впервые отметил важность экологического значения единичных вывалов, проявляющуюся в увеличении гетерогенности почвенного и растительного покрова.
В настоящее время ветровальное перемешивание материала различных горизонтов почвенного профиля рассматривается как один из главных факторов изменчивости различных свойств лесных почв и их морфологического строения прежде всего. Специфика экологических особенностей, возникающих вследствие перемешивания почвенного материала на месте вывала дерева, во многом определяется формированием характерного ветровального микрорельефа, представляющего собой, как правило, устойчивое сочетание бугра и западины.
В горных условиях ветровал активно участвует в склоновых процессах, перенося рыхлый обломочный материал и почвенную массу вниз по склону.
Эти процессы сопровождаются специфическим микротеррасированием горных склонов.
Косвенное влияние вывалов на почвообразование, осуществляемое посредством ветровального микрорельефа, не менее важно, чем непосредственное перемешивание почвенной массы. Микро — (и нано-) рельеф лесного БГЦ имеет преимущественно биогенный характер. Помимо ветровала, известна рельефообразующая роль живых деревьев, кротов, муравьев, земляных червей. Среди них ветровальный микрорельеф выделяется как наиболее крупный и «длительно существующий». По описаниям Стефенса, ветровальные бугры 500-летней давности имеют крайне малую высоту и пологие склоны, слабо выделяются на фоновой поверхности. Эти наблюдения дают некоторое представление о скорости естественного нивелирования ветровального микрорельефа (размывание, морозное действие, уплотнение и др.). В принципе полученные Стефенсом придержки можно распространить и на бугорковый микрорельеф иного генезиса, соизмеримый с вывалами по размеру, как это было сделано Лайфордом при исследовании микрооползней в Гарвардском лесу. По-видимому, возраст современного четко выраженного микрорельефа в лесах не превышает 500 лет. В относительно молодом возрасте микрорельефа заключается его качественное отличие от форм мезорельефа. Подчеркивая разнокачественность этих понятий, Л. О. Карпачевский характеризует микрорельеф как временное (в историческом плане) изменение поверхности, связанное с современным воздействием отдельных компонентов БГЦ.
Благодаря длительному времени существования ветровальный микрорельеф вызывает относительно устойчивую пятнистость почвенною покрова. Среди других видов неоднородностей ветровальные нарушения выделяются четкой оконтуренностью и сравнительно небольшими размерами. Такие контрастные, небольшие по площади пятна В. М. Фридланд предлагает выделять как составную часть (предельный структурный элемент или ПСЭ) спорадически пятнистого элементарного почвенного ареала. По Л. П. Ильиной, ветровальные бугры и западины относятся к округло-овальной форме предельных структурных элементов.
Основное влияние микрорельефа сводится к перераспределению вещества и изменению почвенных режимов. Так, для ветровальных западин характерна повышенная мощность лесной подстилки или опада, на буграх мощность подстилки не превышает или значительно меньше, чем на ненарушенной территории. В западинах наблюдается весеннее скопление снега и льда, продолжительный застой воды. Ветровальные бугры характеризуются более благоприятным водным, воздушным и тепловым режимом.
Вывал деревьев в значительной степени изменяет характер размножения и развития растительного компонента БГЦ. На оголенном субстрате, где условия для развития многих растений становятся более благоприятными (больше света, отсутствует дернина, не сформирована еще подстилка и т. д.), происходит семенное возобновление как древесной и кустарничковой, так и травянистой растительности. Тем самым создаются условия для поддержания ценопопуляции растений в стабильном состоянии.
Сведения о влиянии микрорельефа (а в лесу он, как правило, ветровального происхождения) на возобновление растительных сообществ (в частности, ели) встречаются в работах многих авторов. В условиях ухудшенного дренажа возобновление обычно идет по микроповышениям.
Различие экологических условий на бугре и в западине создает мозаичность растительного покрова. Каждому элементу микрорельефа в конкретном типе леса соответствует своя растительность. Характер зарастания западин в зависимости от условий их формирования в общих чертах выяснен для лесов Нижнего Приангарья в работах Ю. О. Медведева. Попытка проанализировать изменения в распространении некоторых трав после вывала деревьев проведена в липово-грабовых и сосноводубовых лесах Беловежской Пущи.
Групповой ветровал приводит к смене парцелл в пределах биогеоценоза. Разрушение части древостоя создает мозаичность фитоценоза. В Центрально-лесном заповеднике, например, ветровальные окна зарастают малиной, которая сменяется со временем групповым подростом ели или рябиново-щитовниковой парцеллой. В дальнейшем происходит возврат к исходной коренной парцелле. В целом проблема роли вывала деревьев в парцеллярной динамике лесов до сих пор остается практически не разработанной. В зависимости от размеров происходящих нарушений ветровал может определять мозаичность растительности на трех различных уровнях: 1) массовый вывал деревьев создает разнообразие лесных фитоценозов; 2) групповой ветровал в пределах фитоценоза образует мозаичность на уровне парцелл; 3) гетерогенность экотипа каждого вывала формирует мозаичность растительности по морфологическим частям вывала, т. е. носит внутрипарцеллярный характер.
Несмотря на то, что вывал деревьев нередко приводит к нежелательным последствиям (страдают живые побеги и подрост, обламываются сучья здоровых деревьев, происходит попутный их вывал и т. д.), ветровальный отпад — такое же естественное и закономерное явление в жизни леса, как и его возобновление. Будучи важнейшим природным фактором, который ускоряет разрушение и отмирание господствующего поколения деревьев и сопровождается постоянной дифференциацией и трансформацией биотопа, вывал деревьев представляет собой своеобразное выражение естественного отбора и биологической чистки древостоя.
Таким образом, единичный и групповой вывалы деревьев, создавая локализованные в пространстве очаги особых экологических условий, оказывают сильнейшее воздействие на развитие и функционирование различных компонентов лесных БГЦ. Сохраняя при этом внутриценозный характер изменений, данный процесс, в отличие от массового ветровала, направлен на поддержание существующей структуры зональных типов лесных БГЦ в устойчивом динамичном равновесии.
Важная характеристика единичных и групповых вывалов — их разбросанность во времени. В лесах сложной разновозрастной структуры на протяжении жизни одного поколения деревьев обычно происходит не менее 3—4 групповых и гораздо больше единичных вывалов. Это означает, что для лесных БГЦ с разновозрастным древостоем характерно наличие ветровальных нарушений различной давности. В то же время массовое распространение вывалов, одинаковых по датировке, может косвенно указывать на одновозрастность существующего древостоя.
В связи с этим важно подчеркнуть следующий вопрос методического характера. Изучение экологической роли вывалов, особенно единичных и групповых, должно проводиться с учетом их хронологии. На необходимость и важность хронологического подхода указывали многие исследователи, в первую очередь Лутц и Стефенс. Изучение датированных вывалов дает широкие возможности для детального исследования лесных БГЦ.