Факультет

Студентам

Посетителям

Лес и вода

Пресная вода — важнейший компонент континентальных ландшафтов. Без нес невозможны почти все формы жизни на суше, в том числе жизнь человека и его хозяйственная деятельность.

Для жизнедеятельности человеческого организма в среднем требуется 1 т, для удовлетворения бытовых нужд одного человека — 36…180 т воды в год. Еще большего количества воды требует сельское хозяйство. На выращивание 1 т сухой растительной массы ежегодно расходуется 500…1500 т воды. Огромное количество воды потребляется промышленностью. Для выработки 1 т кокса требуется 3 т воды, 1 т стали — 20 т, 1 т искусственного шелка — 950 т, 1 т высокосортной бумаги — 3000 т.

Запасы пресной воды на земном шаре невелики и составляют 30,5 млн. км3. Из этого объема на долю воды, пригодной для практического использования (находящейся в почве, реках, озерах), приходится лишь 3%.

Наша страна по запасам пресной воды занимает первое место. На ее территории насчитывается около 6 млн. рек, ручьев, озер, крупных прудов, искусственных водохранилищ с общим запасом воды 31,5 тыс. км3. Большие запасы пресных вод аккумулированы в ледниках (11 тыс. км3). Запасы воды в болотах составляют примерно 3 тыс. км3, а ресурсы подземных вод составляют 1 тыс. км3.

Свыше 80% ресурсов пресных вод в нашей стране сосредоточено в отдаленных малоосвоенных районах европейского Севера, Восточной Сибири, Дальнего Востока. В наиболее населенных промышленных и сельскохозяйственных районах нашей страны ощущается растущий дефицит пресной воды. Самый высокий дефицит водных ресурсов наблюдается в засушливых районах юга и юго-запада.

Во многих районах проблема пресной воды связана не с количественным дефицитом, а с ухудшением ее качества. Загрязнение пресной воды происходит в результате сброса в реки, озера, водохранилища различных промышленных и бытовых отходов. Сброс 1 м3 сточных вод делает непригодным и для потребления 40…60 м чистых вод. В результате сброса отходов и сточных вод; крупнейшие реки Европы и США загрязнены на всем своем протяжении. Объем воды, загрязненный промышленными бытовыми отходами, составляет 16% общего речного стока на земном шаре.

Истощение и загрязнение водных ресурсов нарушает баланс целых географических ландшафтов и экосистем более низкого ранга. В результате изменяется общий облик ландшафтов и экосистем, снижается качестве местообитаний и продуктивность биогеоценозов, ухудшаются условия для всех видов хозяйственной деятельности.

Во всех развитых странах мира люди пришли к пониманию важности использования природных вод с учетом сохранения равновесия географических ландшафтов и экосистем более низкого порядка. Осуществить это можно только при точном знании водного баланса того или иного района, ландшафта, экосистемы.

По сравнению с большинством природных ресурсов, например, с каменным углем, железной рудой, природным газом и другими полезными ископаемыми, вода имеет преимущество, заключающееся в способности самовосстановления. Считается, что запасы воды на земном шаре практически неизменны, но находятся в непрерывном кругообороте, который принято называть водным балансом.

Под водным балансом понимается количественное соотношение между элементами круговорота воды любой территории. Основное уравнение водного баланса имеет следующий вид:

О = СП + СГ + И,

где О — средняя многолетняя сумма жидких и твердых осадков, мм; СП — средняя многолетняя величина поверхностного стока, мм; СГ — средняя многолетняя величина подземного стока, мм; И — средняя многолетняя величина суммарного испарения (физическое испарение + транспирация), мм.

Чтобы не причинить ущерба ландшафту или какой-либо другой экосистеме, использовать воду целесообразно лишь в том объеме, который может быть восполнен естественным путем, т. е. в соответствии с составляющими водного баланса конкретной территории. Количественное и качественное соотношение составляющих водного баланса во многом зависит от основных компонентов ландшафта: рельефа, горных пород и почв, атмосферы, гидросферы, растительного и животного мира, элементов хозяйственной деятельности.

Наукой доказано, что лес — наиболее важный компонент географических ландшафтов, оказывающий самое мощное воздействие на водный баланс. Для точной количественной оценки водорегулирующей роли леса необходимо иметь четкое представление и количественные данные о том, как лесные массивы и насаждения различной структуры влияют на составляющие водного баланса.

Главный элемент водного баланса территории любого порядка — осадки: снег, град, изморось, дождь, роса, иней. Влияние леса на количество выпадающих осадков в местном или более широком масштабе составляет предмет спорных суждений. Существует мнение о том, что там, где есть лес, количество осадков увеличивается. Вначале основным доводом в пользу этого предположения были опытные данные учета осадков в лесу и поле. В лесные осадкокамеры из-за ветровой турбуленции, вызываемой лесным пологом, попадает большее количество осадков, чем в полевые. Впоследствии было доказано, что эти выводы ошибочны из-за несовершенства методов и приборов, используемых для учета осадков. Главным доводом в пользу концепции об увеличении осадков под влиянием леса является тот факт, что над лесными территориями содержание влаги в атмосфере часто бывает выше, чем над безлесными из-за более высокого испарения влаги лесной растительностью, по сравнению с испарением ее растительностью других видов угодий. Однако и это предположение было опровергнуто тем, что осадки местного происхождения даже над большими территориями, как например европейская часть СССР, составляют незначительную величину (13%), по сравнению с теми, которые приносятся с других территорий. Следовательно, если лес и оказывает на общее количество выпадающих над ним осадков какое-либо влияние, то оно ничтожно.

Влияние леса на увеличение количества осадков в основном связывают с горизонтальным их перехватом и перераспределением. В холодных и влажных поясах гор, где часты туманы и облака касаются поверхности земли, лес как бы «вычесывает» облака, конденсируя в виде росы или измороси проходящую парообразную влагу на ветвях, листьях, хвое, стволах. Такое явление называется горизонтальным перехватом. Его можно заметить и в равнинных лесах. В елово-лиственных лесах Подмосковья величина конденсационных осадков составляет в среднем 25…35 мм в год. Наибольших величин такой вид влаги достигает в горах. Так, в отдельные дни на лесных горных вершинах Баварии (ГДР) величины осадков горизонтального перехвата бывают соизмеримы с величинами обычных дождевых осадков.

Явление перераспределения осадков связано с их твердой формой — снегом. В лесу в результате ветровой турбуленции большая часть падающего и переносимого ветром снега попадает в кроны деревьев и межкронное пространство, часто способствуя повышенному снегоотложению внутри леса по сравнению с отложением его на открытых пространствах, где для переноса снега ветром мало препятствий. Наилучшими снегопакопительными свойствами характеризуются древостой, в которых кроны деревьев не образуют сплошного полога, препятствующего падению снега на землю. Такими свойствами характеризуются лиственные насаждения, а также любые древостой с большим количеством прогалин в древесном пологе.

Запасы воды (в мм) в снеговом покрове в зависимости от насаждения распределяются следующим образом (Эйтинген, 1938):

  • Еловые насаждения — 77,9
  • Сосновые насаждения — 99,4
  • Березовые насаждения — 120,9
  • Лесные поляны — 131,0
  • Поле — 107,4

С явлением перераспределения снега связана также большая снегонакопительная роль защитных лесных полос на сельскохозяйственных и других землях. Накопление снега на лесных опушках и в лесных полосах превосходит его накопление в поле в среднем в 2…6 раз, что для лесостепной зоны и южной части зоны лесов составляет 120…200 мм. Иногда такие скопления в пересчете на слой воды достигают 800…1000 мм и более при снегозапасах в открытой степи 50…60 мм.

Таким образом, на опушках леса и в полезащитных лесных полосах общее годовое увлажнение увеличивается на 30…60% в сравнении с увлажнением на открытых полях и на 25…45% больше, чем в крупных лесных массивах. Из сказанного следует, что леса, расположенные на речных бассейнах в виде отдельных боров, колков, лесных полос и т. д„ больше увлажняют водосборы, чем крупные лесные массивы. Следовательно, и на величину речного стока размещение леса на водосборе может влиять по-разному.

Не менее важное влияние леса на осадки связано с явлением вертикального перехвата. При выпадении дождя или снега над лесом часть осадков задерживается кронами и стволами деревьев. В дальнейшем одна часть их стекает или падает на землю, другая испаряется. Максимальное количество осадков, которое может быть задержано пологом насаждения, получило название емкость влагозадержания полога. Эта величина зависит от состава и сомкнутости древостоев. В сомкнутых хвойных древостоях она составляет 24…46%, в лиственных — 21…24% дождевых осадков. Для снега емкость влагозадержания полога в хвойных насаждениях составляет в среднем 22%. в лиственных — 3%. Фактором вертикального перехвата осадков объясняются низкие снегонакопительные свойства густых хвойных древостоев, в которых осадки в большой степени задерживаются сомкнутым пологом и испаряются. Только из-за различий в задержании осадков кронами во влагооборот почвы под лиственными насаждениями включается примерно на 140…150 мм влаги больше, чем под еловыми, в том числе около 30…35 мм влаги зимних осадков, большая часть которых участвует в формировании стока. Если учесть, что к моменту ухода под снег запасы почвенной влаги в лиственных насаждениях выше, чем в ельниках, на 35…40 мм, можно считать, что лиственные древостой способны заметно увеличить расход воды на подземный сток. Это дает основание рекомендовать создание насаждений из лиственных пород пли с их участием в лесах, имеющих особо важное водоохранное и водорегулирующее значение.

Важный элемент водного баланса ландшафтов — испарение. С испарением, особенно в засушливых местностях, связывают «непродуктивный» цикл водного баланса, поскольку испаряющаяся влага исключается из ресурсов поверхностных и грунтовых вод. В водно-балансовых исследованиях испарение, как правило, подразделяют на физическое испарение с различных поверхностей и транспирацию (десукцию) растительным покровом.

Влияние леса на испарение проявляется следующим образом. Часть осадков, выпадающих над лесом, задерживается древесным пологом, другими ярусами растительности и частично испаряется. Осадки, попадающие на почву, также не все пополняют поверхностные и грунтовые воды. Одна часть их расходуется на физическое испарение, другая транспирируется растительностью всех ярусов леса.

Основные потерн запасов почвенной влаги в лесу из-за транспирации деревьями и испарения с поверхности почвы автоматически регламентируются влагонакопительной способностью почв, частотой пополнения запасов почвенной влаги и длительностью засушливого периода. Там, где засушливый период продолжителен, лес может иссушить почву до влажности устойчивого завядания. Прогнозирование скорости и форма кривой расхода представляют значительный интерес для оценки влияния леса на почвенную влагу. В течение продолжительных засушливых периодов, что наблюдается при средиземноморском типе климата, когда продолжительность засухи может превышать 200 дней, — почвы первоначально иссушаются быстро, но постепенно этот процесс замедляется и доходит до ничтожных значений к тому времени, когда содержание почвенной влаги достигнет уровня устойчивого завядания.

Как известно, разные древесные породы характеризуются различной транспирационной способностью. В связи с этим суммарное испарение в лесу в значительной степени определяется составом лесообразующих пород.

В целом результаты исследований на лесных и полевых водосборах, расположенных по-соседству, свидетельствуют, что годовое суммарное испарение в лесу бывает на 5…20% выше, чем в поле.

Различия суммарного испарения с открытых и лесных площадей могут быть эффективно использованы для регулирования водного баланса территорий. В зонах избыточного увлажнения насаждения с повышенной транспирационной способностью предохраняют территории от переувлажнения и заболачивания. Например, в таежной зоне, где количество осадков превышает суммарное испарение, вырубка коренных еловых лесов часто приводит к заболачиванию земель. Восстановление леса на этих площадях прекращает процесс заболачивания. Создание плантаций из эвкалипта, который обладает большой транспирационной способностью, позволило успешно осушить и преобразовать в благодатный край прежде заболоченную и зараженную малярией Колхидскую низменность на Кавказе. В тех природных зонах и странах, в которых остро ощущается дефицит пресной воды, полная или частичная вырубка лесов и замена их луговой и кустарниковой растительностью способствуют увеличению поступления воды в водоемы. Например, в США экспериментально установлено, что вырубкой лесов на водосборах сток воды в водоемы можно увеличить в 1,5…3 раза. В нашей стране, судя по воднобалансовым расчетам, лесные массивы, особенно из дубовых насаждений, в вододефицитных степных и лесостепных районах играют иссушающую роль, и этот отрицательный эффект можно исправить заменой лесных массивов системой лесных полос.

Важнейший элемент водного баланса, формирующий доступные для практического использования ресурсы пресных вод, — сток. Достигшая поверхности почвы и не испарившаяся в результате физического испарения и транспирации растительностью влага дает начало инфильтрации воды в почвенно-грунтовую толщу, почвенному, грунтовому и поверхностному стоку.

Инфильтрация — это процесс поступления влаги в почву. Он подразделяется на два этапа: период впитывания, характеризующийся резким понижением интенсивности инфильтрации, и период фильтрации (просачивания), характеризующийся постоянной интенсивностью инфильтрации.

Интенсивность инфильтрации определяется главным образом размером почвенных пор: чем они крупнее, тем интенсивность выше. Размеры пор зависят в первую очередь от гранулометрического состава почвы: чем он грубее, тем поры больше. В связи с этим наибольшей водопроницаемостью обладают песчаные почвы. В почтах суглинистых и глинистых размеры пор определяются также степенью агрегатированности, т. о. содержанием водопрочных почвенных комочков (агрегатов), склеенных органическими и минеральными соединениями. В гумусовых горизонтах эти агрегаты часто достигают нескольких миллиметров в поперечнике и характеризуются достаточной устойчивостью к размывающему действию воды. В таких горизонтах поры имеют тоже большие размеры, поэтому водопроницаемость их велика.

В горизонтах, содержащих мало гумуса, размер агрегатов (так называемых микроагрегатов) небольшой — сотые доли миллиметра. Водопроницаемость таких горизонтов вследствие малого размера пор значительно меньшая. В пахотных горизонтах почв даже с хорошей естественной структурой крупные агрегаты с течением времени разрушаются при механической обработке, в. результате чего водопроницаемость таких горизонтов, уменьшается. Этому способствует еще размывание агрегатов дождевыми каплями, что ведет к закупориванию почвенных пор глинистыми частицами.

Влияние леса на водопроницаемость ночв заключается в следующем. Песчаные почвы и под лесом и под пашней характеризуются близкими величинами водопроницаемости, так как в таких бесструктурных почвах она зависит главным образом от размера зерен песка. При суглинистом и глинистом гранулометрическом составе почва под лесом всегда обладает хорошей структурой. Даже если она сама по себе недостаточно прочна, она сохраняется в результате густой сетки корней, пронизывающих и скрепляющих почву. На пашне даже хорошая, прочная структура постепенно разрушается механическими обработками и дождевыми каплями. Высокая водопроницаемость лесных почв поддерживается еще и лесной подстилкой, которая сама обладает высокой проницаемостью и, кроме того, погашает живую силу дождевых капель и предотвращает размывание и разрушение почвенных комочков.

Как правило, из-за большей рыхлости высокой водопроницаемостью характеризуется лесная подстилка в хвойных и хвойно-лиственных насаждениях и низкой — в лиственных.

Более высокая водопроницаемость лесной почвы, особенно в начальный период инфильтрации, показана. В начальный момент впитывания влаги водопроницаемость полевой почвы примерно в 4 раза ниже, чем лесной. К. началу фильтрации с постоянной скоростью эти скорости сравниваются. В других случаях большая скорость фильтрации в лесной почве сохраняется и дальше. В целом, во взрослых насаждениях со сформировавшейся почвенной структурой и лесной подстилкой в большинстве случаев все выпадающие летние осадки поглощаются почвой.

Весной водопроницаемость почв в значительной мере зависит от степени и глубины их промерзания. Если осенью осадков было немного и почва ушла под снег более сухой, она даже в мерзлом состоянии сохраняет свою водопроницаемость, и талые воды весной беспрепятственно впитываются и просачиваются в почву. В лесу этому способствует и замедленное таяние снега. Если почва ушла под снег осенью более увлажненной и затем замерзла, ее водопроницаемость становится ничтожной. Особенно снижает ее ледяная корка, которая образуется во время оттепелей, когда вода просачивается до поверхности мерзлой почвы и замерзает на ней.

Влияние леса на водопроницаемость почв заключается в следующем. В связи с тем, что в лесу снежный покров обычно бывает более мощным, чем на поле, а температура воздуха под древесным пологом зимой выше, почва под лесом промерзает менее сильно и менее глубоко. В лесу гораздо чаще, чем на поле, наблюдается оттаивание почвы снизу, которое заканчивается до начала снеготаяния. В результате этого восстанавливается естественная водопроницаемость почвы и инфильтрация талых вод может совершаться беспрепятственно. Исключением из сказанного является процесс таяния в густых темнохвойных лесах, в которых снеговой покров из-за задержки снега на кронах может быть менее мощным, чем в ноле, а промерзание почвы соответственно более сильным и глубоким.

Если интенсивность поступления влаги на поверхность почвы при снеготаянии или при выпадении дождя превышает возможную интенсивность инфильтрации, определяемую водопроницаемостью почвы в данный момент, часть влаги остается на поверхности почвы и начинает по ней стекать, образуя поверхностный пли склоновый сток.

В областях с устойчивым снеговым покровом наибольшее количество влаги поступает в почву чаще всего весной, во время снеготаяния, когда и происходит основное в течение года пополнение запаса влаги в почве. Но есть исключения. Во-первых, в районах с неустойчивым снежным покровом талые воды поступают в почву в течение всей зимы во время оттепелей. Во-вторых, в местностях, где нет устойчивого снежного покрова (например, в восточных районах СССР с господствующим муссонным типом распределения осадков) и количество зимних осадков, а следовательно, и талых вод весной мало, запас влаги в основном пополняется в летнее время, когда выпадает максимум осадков.

Кроме весеннего стока, может быть и летний, возникающий при выпадении сильных и продолжительных ливней. Как в лесной, так и в лесостепной зонах ливневый поверхностный сток под лесом, как правило, не возникает из-за высокой водопроницаемости лесных почв.

На пашнях ливневый сток возникает обычно при дождевых осадках не менее 10 мм.

Поверхностный сток принято характеризовать коэффициентом стока. Под этим термином понимается доля влаги, стекшая поверхностным стоком за какой-либо промежуток времени, от общего количества влаги, поступившей за тот же промежуток времени на данную площадь. Коэффициент стока выражается в долях единицы или в процентах.

Коэффициент весеннего стока на песчаных почвах из-за их высокой водопроницаемости очень невелик и варьирует от 0,01…0,02 до 0,10…0,15. Коэффициенты стока с лесных и нелесных площадей отличаются мало.

На суглинистых почвах коэффициент весен него стока варьирует очень сильно, главным образом в зависимости от степени и глубины промерзания почвы. По наблюдениям в разных точках, он может изменяться от 0, когда вся влага поступает в почву, до 1,0, когда вся снеговая вода стекает поверхностным стоком. Поверхностный сток с лесных площадей на суглинистых почвах в 1,5…3,5 раза ниже, чем с нелесных. На лесных площадях весенний поверхностный сток начинается лишь после образования почвенной верховодки. Бывают годы, когда весь сток талых вод вследствие медленного снеготаяния переходит во внутрипочвенный. Как правило, наименьшими величинами весенний сток характеризуется на водосборах, покрытых хвойными и смешанными хвойно-лиственными насаждениями, из-за замедленного снеготаяния и повышенной инфильтрационной способности лесной подстилки и почвы.

Величина поверхностного стока талых и дождевых вод в большой мере зависит от проводимых в лесу хозяйственных мероприятий. Исследования в различных природных зонах нашей и других стран показывают, что после сплошной вырубки лесов на водосборах коэффициент поверхностного стока возрастает в 4…5 раз и более в первые годы после рубки в зависимости от ширины лесосек, а затем по мере восстановления леса эти различия уменьшаются до полного выравнивания стока. Сплошные рубки в наибольшей степени увеличивают сток в районах с большим удельным весом зимних осадков.

На почвах различного механического состава влияние леса и сплошных рубок на поверхностный сток не одинаково. На песчаных почвах изменение поверхностного стока в результате сплошных рубок проявляется меньше, чем на суглинистых и глинистых, в связи с различиями в их водопроницаемости. Например, на песчаных почвах в сосновых лесах Белоруссии коэффициент поверхностного стока варьирует от 0,02 до 0,05, а на сплошных вырубках от 0,02 до 0,12.

Период восстановления водорегулирующих свойств леса после сплошных рубок зависит от скорости восстановления растительного покрова на вырубках и его характера. При обильном и быстром порослевом возобновлении выравнивание поверхностного стока в лесу и на вырубках заканчивается через 5…6 лет после рубки. При искусственном восстановлении леса на вырубках, особенно крупномерным посадочным материалом, выравнивание стока может заканчиваться в более короткие сроки. При последующем естественном возобновлении выравнивание стока наблюдается через 15…20 лет. На вырубках с замедленным процессом возобновления леса, заросших травяной растительностью или используемых под пашни, сенокосы, пастбища, выравнивание поверхностного стока может растягиваться на более продолжительный срок, а иногда наблюдается и дальнейшее увеличение стока.

Иначе изменяется поверхностный сток при постепенных и выборочных рубках леса, когда за каждый прием вырубается лишь часть деревьев и площадь сплошь покрыта лесом. При таких рубках водно-физические свойства лесной почвы и поверхностный сток почти не изменяются, за исключением тех случаев, когда в результате рубок сомкнутость древостоев снижается до 0,5 и менее.

На равнинных территориях, не имеющих склонового стока, сплошные рубки лесов в зонах избыточного увлажнения способствуют возникновению другого отрицательного явления — заболачивания, особенно на почвах с тяжелым механическим составом и низкой водопроницаемостью. В процессе восстановления леса на сплошных вырубках заболачивание прекращается. При постепенных и выборочных рубках заболачивания, как правило, не наблюдается.

В верхних горизонтах почвы часто встречаются водоупорные глинистые или суглинистые слои с низкой водопроницаемостью, такие, например, как горизонт B в почвах подзолистого типа, поэтому при интенсивном поступлении в почву влаги весной во время снеготаяния или летом при концентрированном выпадении осадков инфильтрация воды в вышележащие горизонты может превышать водопроницаемость водоупорного горизонта и вода может накапливаться над ним. Такая вода получила название верховодки. На горизонтальных местоположениях верховодка застойна и ухудшает аэрацию почвы. На склонах она стекает в почвенных слоях; над водоупорным горизонтом и может достигать ручьев, рек, озер и т. д. Это явление называется почвенным стоком. Запас влаги в верховодке обычно невелик, поэтому она быстро расходуется на физическое испарение и транспирацию.

Поступление воды в грунтовые горизонты и стенание ее в толще грунта в ручьи, реки, озера называется грунтовым стоком, а суммарная величина почвенного и грунтового стока — почвенно-грунтовым стоком.

Из-за более высокой инфильтрации влаги в почву в лесу по сравнению с инфильтрацией в поле на лесных водосборах величина почвенно-грунтового стока в 1,5 раза больше, чем на полевых. Почвенно-грунтовый сток характеризуется несколько меньшей скоростью, чем поверхностный, поэтому на лесных водосборах колебания суммарного стока наступают на 4…10 дней позже и их амплитуда значительно ниже, чем на полевых. Особенно четко сглаживающее влияние леса на колебания стока проявляется в периоды половодий, паводков и меженей.

В целом влияние леса на сток заключается в уменьшении поверхностного стока и в увеличении количества талых и дождевых вод, просачивающихся в почву и грунтовые воды. В лесу по сравнению с полем большая часть влаги поступает в почвенно-грунтовый сток и не участвует в процессе физического испарения. В результате такой трансформации сток рек увеличивается с увеличением лесистости их водосборов и выравнивается на протяжении всего сезона.

В Заволжье, Подмосковье, западных и северо-восточных районах европейской части нашей страны на каждые 10% увеличения лесистости бассейнов рек увеличивается сток на 9…14 мм. В разных районах страны, включая степные и лесные зоны, с увеличением лесистости речных бассейнов от 0 до 10% увеличение стока составляет 18…28 мм, от 11 до 20% — 7…16 мм, от 21 до 30% — 5…12 мм, от 31 до 60% — 6…11 мм.

Наряду с регулированием поверхностного и почвенногрунтового стока леса играют большую роль в предохранении водных ресурсов от физического, химического, биологического и теплового загрязнения. Известно, что продукты водной эрозии почвы, поступающие со стоком в реки, озера, водохранилища и прочие водоемы, снижают чистоту воды, способствуют заилению и образованию наносов. Ущерб от заиления судоходных рек продуктами эрозии составляет ежегодно 20 млн. руб., а от заиления прудов и водохранилищ — 30 млн. руб. Чистая вода нужна не только человеку, но и промышленным предприятиям. Загрязнение водоемов снижает содержание кислорода в воде, что очень вредно сказывается на жизнедеятельности водной фауны и флоры.

Лесной покров до минимума снижает водную эрозию почвы. После сведения леса смыв почвы может достигать 500…600 м3/га. Не защищенные лесом водоемы в результате заиления и образования наносов быстро мелеют. Подобный процесс характерен, например, для Куйбышевского и Цимлянского водохранилищ. Многие водохранилища за несколько лет заиляются на 70% и более.

Поверхность обезлесенных водоемов получает во много раз большее количество солнечной энергии в сравнении с облесенными. В связи с этим температура воды в них может быть на 7…8°С выше. Такое повышение температуры воды в жаркие погодные периоды отрицательно влияет на фауну. Известно, что обмен веществ у рыб зависит от температуры воды. Повышение температуры воды на 10°С увеличивает у них потребность в кислороде в 2…3 раза. Известны случаи, когда вырубка лесов по берегам небольших рек приводила к гибели отдельных видов рыб.

Повышение температуры воды в результате сведения леса может иметь неблагоприятные последствия для коммунального и промышленного водоснабжения в связи с изменением ее вкуса, запаха и химических и охлаждающих свойств. Считают, что повышение температуры воды более чем на 3°С сверх увеличения, вызванного погодными условиями, неблагоприятно для вышеуказанных целей.

Регулировать нагрев воды в реках и других водоемах можно посредством лесохозяйственных мероприятий, создавая затеняющие лесные полосы. Ручьи могут затеняться кустарниками, а реки полосами из деревьев. В этом случае максимальное увеличение температуры воды не будет превышать 10°С. Затеняющие полосы могут быть размещены по берегам рек с некоторыми разрывами для устройства пляжей и т. д.

Качество пресной воды в большой степени зависит от содержания в ней растворенных химических веществ. Лесные насаждения положительно влияют на качество воды, снижая ее жесткость, увеличивая щелочность и улучшая органолептические свойства.

В связи с интенсивной рубкой лесов, широким применением минеральных и органических удобрений в сельском хозяйстве, сбросом сточных вод в водоемы возникает проблема химического и бактериального загрязнения водоемов.

В докладе Международной организации здоровья ООН указывалось, что 85% всего человечества потребляет вредную для здоровья воду. Ежегодно от потребления загрязненной питьевой воды заболевает около 500 млн. человек. По статистическим данным, в странах Западной Европы каждые сутки в водоемы поступает 400 л и более бытовых и промышленных сточных вод на каждого жителя. В крупнейшую клоаку Европы превращен Рейн. В него ежесуточно только из Рурской промышленной области попадает до 30 тыс. кг фенола. Количество хлоридов, которые приносит Рейн со своими водами в Нидерланды, составляет в среднем 225,6 кг/с. Чтобы сделать воды Рейна пригодными к потреблению, требуются дорогостоящие очистные сооружения. Из-за повышенного загрязнения вод почти во всех крупных реках Западной Европы купание запрещено. Загрязненные органическими веществами воды водоемов представляют отличную среду для развития простейших организмов. Они становятся источником опасных заболеваний. Черный гнилостный ил, выделяющий сероводород, покрывает дно загрязненных сточными водами водоемов. Загрязнение вод наносит огромный ущерб народному хозяйству и принимает такие размеры, что требуются огромные средства для его устранения.

Лес — одно из эффективных средств предотвращения загрязнения воды. В воде облесенных водоемов содержание химических веществ обычно невелико (до 0,9 мг/л), после вырубки леса содержание их возрастает в 50 раз и более. С каждого квадратного километра облесенных водосборов в водоемы поступает до 7 т растворенных химических веществ, на необлесенных водосборах эта величина возрастает до 17 т/га. В результате такого сильного химического загрязнения вода становится непригодной для использования в бытовых и промышленных целях, часто наблюдается зацветение водоемов в результате интенсивного размножения водорослей и т. д.

Особого внимания заслуживает вопрос, о влиянии леса на бактериологические показатели воды. Нормами допустимого содержания бактерий в воде максимальный их уровень предусматривается в пределах 10 000 колоний на 100 мл по общему содержанию кишечных палочек. В ряде случаев из-за сброса в водоемы неочищенных коммунальных и сельскохозяйственных сточных вод содержание бактерий в воде превышает допустимые нормы.

Леса могут быть эффективным средством предохранения пресных вод от бактериального загрязнения. Исследования показали, что бактериологические показатели воды, проходящей через лесные насаждения, намного лучше, чем воды с открытых территорий. Количество бактерий в воде, проходящей через лесные полосы, может быть в 2…25 раз меньше по сравнению с их количеством в воде, прошедшей через поле.

Различные древесные и кустарниковые породы неодинаково влияют на изменение качества воды, проходящей через лесные насаждения. Если мутность воды, стекающей с безлесной площади, составляет 100%, то после прохождения соснового насаждения она уменьшается до 20, вязового — до 17, дубового с ясенем до 15%. Если в 1 л воды, поступающей в водохранилище с выгона, содержится 100% кишечных палочек, то после прохождения ее через вязовое и акациевое насаждения численность этих бактерий снижается в 10, через сосновое — в 18 раз, а через дубовое с примесью ясеня — в 23 раза. На резкое улучшение качества воды, проходящей через лесные насаждения, указывают и данные колититра, который у воды, прошедшей через сосновое насаждение, равен 20, через смешанное дубовое — 15, а у воды, поступающей с выгона, лишь 1,1. Таким образом, лес влияет как на улучшение качества воды, так и на количественные составляющие круговорота воды (осадки, сток, испарение) и может быть эффективно использован в решении проблем регулирования и охраны водных ресурсов, защиты от эрозии, химического и бактериологического загрязнения вод и др.

Накопленный опыт при комплексном изучении водоохранно-защитной роли лесов позволяет организовать и вести хозяйство без ущерба водным ресурсам. На основании исследований для отдельных природных зон нашей страны разработаны нормы оптимальной лесистости водосборов, при соблюдении которых сохраняются и улучшаются водоохранные и водорегулирующие свойства леса и водный баланс территорий.

Нормы оптимальной лесистости зависят прежде всего от природных условий того или иного лесорастительного района. Если в зонах избыточного увлажнения оптимальная лесистость составляет 60% и более, то в засушливых районах она может быть 25% и значительно меньше. В пределах одного лесорастительного района оптимальная лесистость водосборов может изменяться в зависимости от водно-физических свойств почвы.

На почвах тяжелого механического состава оптимальная лесистость должна быть меньше, чем на легких почвах.

На почвах разного механического состава (с учетом лесоосушительной мелиорации) оптимальная лесистость (по Молчанову, 1973) составляет (%):

  • Глинистые, дерново-подзолистые — 50
  • Суглинистые, дерново-подзолистые — 40
  • Супесчаные, дерново-подзолистые — 30
  • Темно-серые и серые суглинистые — 25
  • Выщелоченные черноземы — 20
  • Песчаные почвы (абсолютно лесные) — 100
  • Перегнойно-торфяно-глеевые на покровных супесях — 100

В тех районах, где остро ощущается дефицит воды, для увеличения полного стока возможно снижение нормы оптимальной лесистости путем сплошной вырубки всех или части лесов и замены их менее интенсивно потребляющей воду травянистой, кустарниковой или древесной растительностью.

Подобные исследования и работы широко проводят в США. Так, по данным американских ученых, увеличение стока в первый год после сплошной рубки леса на небольших водосборах в западной части Северной Каролины составило от 152 до 432 мм. В Западной Виргинии сплошная рубка леса на водосборах и последующее уничтожение древесной растительности гербицидами увеличили сток на 203…406 мм, в Нью-Хемпшире — на 203…356 мм. Размеры увеличения полного стока в результате вырубки лесов во многом зависят от водопотребляющих свойств лесообразующих древесных пород. В Уэгон-Уил-Гэп в штате Колорадо сплошная рубка древостоя осины обеспечила годовое увеличение стока на 25 мм, а сплошная рубка насаждений из пихты и псевдотсуги в центральной части Аризоны — на 76 мм. В Аризоне и Калифорнии после сведения зарослей чаппораля и создания травяного покрова было достигнуто увеличение стока на 51…356 мм в год (в зависимости от количества зимних осадков). В западной части штата Орегон сплошная рубка дугласовой пихты сопровождалась увеличением годового поступления воды на 460 мм. Таким образом, сплошная рубка небольших массивов может дать заметное увеличение общего стока. Возьмем для примера лесной массив водосборного бассейна площадью 1600 га, ведение хозяйства в котором направлено на получение пиловочника при обороте рубки в 80 лет. Сплошная рубка в нем будет проводиться ежегодно на 20 га. Если в первый год увеличение стока составит 254 мм, а затем будет линейно снижаться до нуля в десятилетнем цикле, то среднее годовое увеличение общего стока на площади 1600 га составит около 13 мм, что соответствует 208 млн. л в год. Это увеличение удовлетворит потребности в воде дополнительно 845 человек (600 л на 1 человека в сутки) или обеспечит орошение дополнительно 137 га при общем уровне полива 152 мм.

Перспективно увеличение полного стока путем сплошной рубки полосами, прилегающими к водотокам, где предполагается высокий уровень потребления воды. Рубки вдоль берегов могут дать благоприятные результаты в аридных и семиаридных районах, где произрастают различные бесполезные фреатофиты. Потребление воды фреатофитами настолько велико, что уничтожение их — одно из важнейших средств увеличения водоснабжения. Фреатофиты поглощают 610…1220 мм воды в год. Сколько ее можно сберечь, вырубив некоторые из главных потребителей воды — тополь, ольху, тамарикс и др.? Подсчитано, что, если на 25% сократить потребление воды фреатофитами в 17 западных штатах США, то количество сбереженной воды составит 7,5 млрд. м3.

Обширная программа борьбы с фреатофитами в США осуществлена в долине Рио-Гранде. В одном районе строительство оросительного канала на свободной от фреатофитов площади сберегло, по имеющейся оценке, 620 млн. м3 воды ь год. В другом районе вырубка фреатофитной растительности на 2145 га позволила сберечь 17 млн. м3 воды в год.

Вместе с тем увеличение полного стока путем сплошной вырубки лесов на водосборах, по берегам рек и водоемов может иметь неблагоприятные последствия (возникновение паводков, наводнений, водной эрозии почвы и т. д.), поэтому во всех случаях вырубка лесов должна сопровождаться заменой их менее интенсивно потребляющей воду защитной растительностью, сохранением лесной подстилки и почвы. Исследования в США показали, что замена хвойного леса менее потребляющим воду лиственным способствует увеличению полного стока на 60…100 мм в год, при этом водоохранно-защитные свойства леса изменяются незначительно.

Увеличения полного стока при сохранении водоохранно-защитных свойств леса можно добиться и путем несплошных рубок, типа выборочных, постепенных, а также рубок ухода в молодняках. При таких рубках на водосборах сток воды возрастает пропорционально количеству вырубаемой древесины.

Максимального снегонакопления, позднего таяния и стока можно достичь, применяя рубки кулисного типа, при которых лес вырубают полосами, чтобы обеспечить затенение, когда солнечные лучи падают на поверхность склона под углом, наиболее близким к прямому. Рубка чересполосного типа позволяет создать стену спелых деревьев для затенения и свести к минимуму отраженное излучение. Ширина полос должна быть равна примерно половине высоты среднего дерева на южных склонах крутизной менее 20° и от однократной до четырехкратной высоте дерева на северных склонах крутизной более 20°. Промежутки между полосами должны соответствовать числу приемов рубки в обороте. Применение этой системы в США сократило зимние потери воды от сочетания перехвата, испарения с поверхности снежного покрова и транспирации на 137 мм. Летние и осенние потери от перехвата влаги пологом и транспирации составили в среднем 56, 102 и 117 мм на глубине почвогрунта соответственно 91, 122 и 152 см. Таким образом, если вырублена полосами 1/3 всего насаждения (по площади), то при аккумуляции воды около 254 мм годовое увеличение стока составит 85 мм.

В земледельческих безлесных районах, находящихся в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения, дефицит воды, лимитирующий урожайность сельскохозяйственных культур, может быть в значительной степени восполнен созданием систем противоэрозионных, полезащитных и водопоглотительных лесных полос. Расчеты показывают, что, создав подобные системы лесных полос, через 10…15 лет можно снизить поверхностный сток с пашен в 2 раза, снос снега в 3 раза, непродуктивное испарение на 15…20%, что увеличит водообеспеченность земледелия в 1,4…1,5 раза.

На основании многочисленных исследований в СССР и зарубежных странах установлено, что не все леса в одинаковой степени выполняют водорегулирующие и защитные функции. Например, леса на водосборах играют преимущественно водорегулирующую роль, а леса по берегам рек и других водоемов — защитную и водопоглотительную. Это учитывается в нашей стране и некоторых других странах при делении лесов на группы по функциональному назначению. Для каждой группы лесов разрабатывают определенные системы хозяйственных мероприятий, направленные на улучшение специальных функций лесов.

В СССР водоохранно-защитные леса наряду с другими лесами защитного значения отнесены к I группе. На основании специальных исследований для многих районов страны разработаны нормативы выделения водоохранно-защитных лесов по берегам рек, озер, водохранилищ, минеральных источников и т. д. В качестве защитных лесов вдоль рек следует выделять леса на меженных берегах, поймах, склонах коренных берегов речных долин, водопоглотительной полосе для защиты бровки коренного берега долины реки, расположенной на забровочной территории (50…200 м, в зависимости от механического состава почвы, уклона забровочной территории и древесной породы).

Вдоль рек выделяют три категории лесов: запретные полосы; берегозащитные полосы в пределах запретных полос и полосы вдоль нерестовых рек.

По данным института «Союзгипролесхоз», главные особенности ведения лесного хозяйства в лесах запретных полос вдоль рек, озер и других водоемов заключаются:

  • в максимальном увеличении лесопокрытой площади в запретных полосах и равномерном размещении лесов по водосборной площади бассейна реки при оптимальной лесистости;
  • в применении равномерно-, группово-выборочных, постепенных и сплошных узколесосечных рубок в тех случаях, когда выборочные или постепенные рубки с лесоводственной точки зрения не оправданы;
  • в производстве культур тех древесных и кустарниковых пород, которые по своим защитным свойствам наиболее отвечают условиям местоположения;
  • в выращивании таких лесных насаждений, которые с учетом водоохранного значения обеспечивают наибольшую продуктивность насаждений и сокращают до минимума лесовосстановительный период.

Лесовосстановительные рубки в лесах запретных полос вдоль рек, озер и других водоемов должны быть направлены на повышение водоохранных, почвозащитных, климатологических, санитарно-гигиенических и других функций. Одновременно с этим они должны обеспечивать своевременное использование древесины без потери ее технических качеств, улучшение возрастной структуры и повышение качественного и породного состава насаждений. Способ рубок в лесах запретных полос зависит от назначения, состава и продуктивности, возрастной структуры и полноты насаждений. Учитывая комплекс факторов, выбирают такой способ рубки, который способствует наилучшему выполнению насаждениями водорегулирующих, почвозащитных и других функций. Способ рубки леса должен обеспечить лесовосстановление и формирование насаждений нужного породного состава и высокой продуктивности.

К лесоводственным мероприятиям, способам и технологии рубок предъявляются следующие требования:

1. Непрерывное сохранение лесной среды, при котором все компоненты лесного биогеоценоза совокупно выполняют защитные функции. Это достигается слабым или умеренным прореживанием древесного полога выборочными или постепенными рубками средней интенсивности.

2. Немедленное восстановление леса на вырубках желательными породами путем сохранения подроста, быстрого последующего возобновления или создания лесных культур. В этих условиях наиболее эффективны постепенные рубки, которые позволяют не только сохранить, но и получить подрост главных пород. Примерно такая же цель достигается узколесосечными сплошными рубками.

3. Улучшение санитарного состояния и качественного состава насаждения путем удаления в первую очередь больных, поврежденных деревьев, а также деревьев с пониженным приростом и всех или части деревьев второстепенных пород.

4. Получение максимального прироста древесины на лучших деревьях. Постепенные и выборочные рубки активизируют физиологические процессы (фотосинтез, транспирацию и т. п.) остающихся деревьев, способствуют повышению продуктивности леса и его защитных свойств.

В результате проведения комплекса лесохозяйственных мероприятий должно быть достигнуто равномерное распределение лесов по всей площади водосбора с оптимальной лесистостью.

Рубки ухода за лесом в запретных полосах вдоль рек, озер и других водоемов должны обеспечивать улучшение породного состава насаждений, повышение качества и устойчивости насаждений, сокращение сроков выращивания спелой древесины, увеличение размера пользования древесиной с единицы площади. Лесовосстановление в запретных полосах по берегам рек и вокруг водохранилищ должно обеспечить в короткий срок (5…10 лет) облесение всех не покрытых лесом площадей.

Для успешного развития посадок в прирусловой части поймы на русловых песках большое значение имеют лесорастительные свойства русловых песков, высота над меженью, мощность наносных отложений, ход спада талых вод, глубина залегания грунтовых вод, влажность песков в период вегетации и погодные условия вегетационного периода. Чтобы сохранить посадки от отрицательного влияния паводка, льда и других факторов, их не следует доводить до меженного уреза воды. Практика показала, что нижней предельной отметкой создания культур являются 100 см над средним меженным уровнем воды в реке. На площадях, расположенных ниже этой от метки, необходимо создавать аэрогидрофитный пояс из полуводных растений — тростника, камыша и др.

На участках, выделенных для облесения, посадки могут быть сплошные и кулисные. В кулисных посадках полосы насаждений чередуются с полосами голых песков. Наиболее надежно закрепляет наносы сплошная посадка. Однако, как показали наблюдения, кулисные посадки сокращают расход на облесение и способствуют естественному облесению песков (зарастанию самосевом межкулисных полос).

Для повышения производительности лесов запретных полос рекомендуется посев люпина под пологом леса и при создании лесных культур. Однако на очень сухих глубоких рыхлых песках и на сырых и мокрых почвах люпин сеять не следует.

Реконструкция насаждений представляет собой полную или частичную замену насаждений, которые не могут удовлетворительно выполнять водоохранную и водорегулирующую роль или неэффективно используют лесные земли. В результате реконструкции можно вырастить сложные по форме и смешанные по составу насаждения, отличающиеся хорошими водоохранными свойствами. Реконструкции подвергают следующие насаждения: молодняки, в составе которых преобладают малоценные древесные породы; низкополнотные молодняки как естественного, так и искусственного происхождения; насаждения более старшего возраста при полноте 0,4 и ниже, а также насаждения, находящиеся в неудовлетворительном санитарном состоянии и плохо выполняющие водоохранно-защитную роль.

В зависимости от лесорастительных зон и условий местопроизрастания реконструкцию насаждений осуществляют частичной заменой малоценных пород в молодняках с незначительной примесью главных пород, заменой малоценных молодняков, не имеющих в своем составе главных древесных пород, а также совершенно неудовлетворительных по своему состоянию и водоохранно-защитной роли.

В водоохранно-защитных лесах работники лесного хозяйства обязаны вести постоянные наблюдения за возникновением пожаров, очагов вредителей — лесных насекомых и грибных болезней, так как эти факторы приводят к разрушению насаждений и ухудшению их водорегулирующих и защитных свойств.

Побочные пользования лесом могут сильно влиять на его состояние, т. е. на все формы его защитно-водоохранной службы. Из всех видов побочного пользования лесом наиболее вредное воздействие на него оказывает пастьба скота. При нерегулируемой интенсивной пастьбе совершенно исчезает подлесок, нарушается связанность подстилки и структура почвы. Это приводит к резкому снижению способности леса задерживать и осаждать аллювий (прежде всего грубого механического состава), уменьшает устойчивость почвы против эрозии, уменьшает ее водопоглотительные свойства, увеличивает вынос продуктов эрозии в реки.

Организация побочных пользований в лесу должна соответствовать действующей инструкции. Однако прирусловые поймы и крутые склоны не должны быть местом выпаса скота. На покатых склонах пастьба может быть допущена в самых ограниченных размерах. При появлении признаков заметного нарушения подстилки, уплотнения почвы и образования потоков воды по склону во время снеготаяния и ливней пастьба скота должна быть немедленно запрещена.

В лесах, выполняющих водоохранно-защитную роль, нельзя допускать сбор лесной подстилки и корчевку пней. Любые разработки недр на территории водоохранно-защитных лесов следует проводить с учетом особенностей рельефа, чтобы не вызвать эрозионных процессов. По окончании разработки отвалы и другие обнаженные площади должны быть облесены.

Леса на водосборных бассейнах рек, озер и водохранилищ выполняют преимущественно водорегулирующую роль и относятся к категории защитно-эксплуатационных. В таких лесах, по данным В. Т. Николаенко и др. (1973), лесоводственные мероприятия должны сохранять и усиливать почвозащитные, водоохранные и водорегулирующие функции насаждений, предупреждать возникновение эрозионных процессов, улучшать условия местопроизрастания для восстановления естественным путем хозяйственных пород, повышать продуктивность и улучшение общего состояния лесов.

Способы рубок и технологию лесосечных работ устанавливают в зависимости от биологических особенностей древесных пород, типов леса, крутизны и экспозиции склонов, условий лесовозобновления, устойчивости почв против эрозии, наличия и состояния подроста главных пород. Они должны обеспечивать сохранение максимального количества жизнеспособного подроста главных пород и способствовать успешному восстановлению леса на вырубках в кратчайший срок хозяйственно-ценными породами.

В зависимости от состава насаждений, биологических особенностей древесных пород, крутизны и экспозиции склонов, а также от условий местопроизрастания и характера лесовозобновления в защитно-эксплуатационных лесах осуществляют сплошные добровольно-выборочные, постепенные и группово-выборочные рубки. Рубки ухода в этих лесах направлены на улучшение породного состава, санитарного состояния и особенно на сохранение и повышение защитной и водоохранной роли. Высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склонов, мощность и противоэрозионная устойчивость почвы, а также состояние насаждений определяют характер и интенсивность рубок ухода.

Лесовосстановление в защитно-эксплуатационных лесах предусматривают в основном естественное, поэтому в процессе рубки должно быть обеспечено сохранение максимального количества жизнеспособного подроста и второго яруса главных пород. После окончания лесозаготовок сильно поврежденные подрост и молодняк дуба, ясеня и других твердолиственных пород вырубают.

При постепенных и группово-выборочных рубках каждый последующий прием рубки можно осуществлять только в том случае, если на лесосеке есть достаточное для восстановления леса количество жизнеспособного подроста главных пород. За оставшимся на лесосеке подростом хвойных и твердолиственных пород ведут уход, заключающийся в освобождении его от порубочных остатков и угнетения подлеском и покровом. Если подроста нет, предпринимают меры содействия естественному возобновлению или создают лесные культуры.

Побочным пользованием в защитно-эксплуатационных лесах является пастьба скота. На участках, поступающих в рубку, пастьбу скота запрещают за 10 лет до рубки. Не разрешается также пастьба скота в молодняках I класса возраста, на особо защитных участках леса и участках, на которых предприняты меры содействия естественному возобновлению.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: