Начиная с 30-х годов в изучении гидрологической роли леса все большее значение приобретают экспериментальные исследования в специальных полевых лабораториях — на стоковых или воднобалансовых станциях, где наблюдения за стоком в сравниваемых бассейнах ведутся в небольших логах, расположенных в непосредственной близости друг к другу. В этом случае сомнения в том, что климатические условия сравниваемых бассейнов различны, а природная зональность не учтена, естественно, отпадают. Влияние леса на водный режим здесь выступает в более чистом виде.
Экспериментальные исследования на водосборах с разной лесопокрытостью были организованы на ряде станций. Первые такие исследования были организованы на базе Валдайской научно-исследовательской гидрологической лаборатории, в двух бассейнах, один из которых (Таежный лог) почти полностью (98%) занят густым хвойным лесом, а другой (Усадьевский лог) практически безлесный. Для изучения влияния на водный режим лесовозобновления в безлесном бассейне небольшого лога (Синяя Гнилка) был посажен сосновый лес. Более четверти века велись параллельные наблюдения за стоком этих логов. Каковы же долгожданные результаты?
Средний годовой сток лесного Таежного лога оказался почти на 25% меньше стока безлесного Усадьевского лога (230 и 300 мм). Сток лога Синяя Гнилка по мере лесовозобновления непрерывно уменьшался. Поскольку в равенстве климатических условий этих близко расположенных логов не было никаких сомнений, напрашивался вывод: лес уменьшает сток и, следовательно, испаряет влаги больше, чем открытая безлесная поверхность. Казалось, вопрос, который дискутировался многие десятки лет, решен не в пользу сторонников положительного влияния леса на водоносность рек. Однако ученые еще и еще раз анализируют материалы Валдайского и других аналогичных полевых экспериментов. И вновь приходят к выводу: нет, и по этим данным нельзя надежно сказать, как влияет лес на водоносность рек.
В чем же дело?
К сожалению, и в данном случае условия стока сравниваемых опытных бассейнов отличаются не только степенью залесенности. Есть еще один важный фактор, определяющий условия стока талых и дождевых вод. Это характер почвогрунтов, слагающих поверхность бассейна. О большом значении характера почвенного покрова и его влиянии на сток говорилось выше. Если почва песчаная, хорошо фильтрующая влагу, то осадки просачиваются вглубь и поверхностный сток будет небольшим. При тех же самых осадках, выпавших на суглинистую, плохо фильтрующую почву, сток будет больше. Изучение почвогрунтов в бассейнах логов Таежного и Усадьевского показало, что инфильтрационные свойства их существенно различаются: в Усадьевском (безлесном) логу почвы преимущественно суглинистые, а в Таежном — песчаные.
При высокой инфильтрационной способности почв Таежного лога часть осадков, выпадающих на его поверхность, просачивается вглубь до уровня грунтовых вод и затем стекает подземным путем, минуя измерительное сооружение (водослив), установленное в русле лога для учета стока. Следовательно, бассейн Таежного лога незамкнутый. А если это так, то из сравнения стока двух логов нельзя сделать вывод, что лес увеличивает испарение, уменьшая таким образом сток. Для выяснения этого необходимы детальные исследования всего водного баланса этих логов, включая осадки, сток, испарение, режим подземных вод.
Такие исследования были проведены, и оказалось, что полный сток Таежного лога (включая воду, которая фильтруется в грунт и не учитывается измерительным устройством) не меньше стока Усадьевского лога. Практически суммарный (поверхностный подземный) сток и другие элементы водного баланса близки друг к другу.
Многолетние наблюдения показали следующее: водный баланс Таежного лога — осадки 840 мм, сток 330 мм, испарение 510 мм, а Усадьевского лога соответственно — 800, 300 и 500 мм в среднем за год.
Одновременно было установлено, что в лесу атмосферных осадков выпадает несколько больше, чем в открытой безлесной местности.
Теперь уже можно сделать совсем другой вывод: лес почти не влияет на сток или немного увеличивает его, и основной причиной этого является большее количество осадков. При этом очень важно отметить, что увеличивается не поверхностный, а подземный сток. Около 100 мм (330—230=100) поглощается почвогрунтами бассейна Таежного лога.
230 мм — фактический сток, измеренный с помощью водослива, 330 мм — сток, вычисленный по уравнению водного баланса (осадки минус испарение).
Испарение же с лесного и безлесного бассейнов оказалось практически одинаковым. Подобных материалов экспериментальных исследований, подтверждающих факт снижения поверхностного стока в малых залесенных бассейнах и на стоковых площадках, можно было бы привести много.
Ну, а как же результаты, полученные в Таежном и Усадьевском логах, согласуются с данными эксперимента в бассейне Синяя Гнилка, где по мере лесовозобновления сток непрерывно уменьшался в течение 20 лет? Не противоречит ли это выводам, полученным по данным водного баланса для бассейна Таежного лога? Детальные исследования водного баланса в бассейне Синяя Гнилка показали: нет, не противоречит. По мере лесовозобновления в бассейне Синяя Гнилка поверхностный сток уменьшался и соответственно увеличивался подземный. Перевод значительной доли поверхностного стока в устойчивый подземный сток — и есть разгадка гидрологической роли леса и тайны Таежного лога.