Как влияет лес на влагу

Введение. Как влияет лес на влагу?

Этот сложный вопрос изучается уже более 100 лет. В прошлом столетии и начале нынешнего века им интересовались известные ученые А.И.Воейков, Н.П.Адамов, П.А.Костычев, В.В.Докучаев, М.К.Турский, Г.Ф.Морозов, Н.С.Нестеров, П.В.Отоцкий и др., за рубежом (преимущественно в Германии, Австрии, Франции) - Г.Круч, Е.Эбермайер, А.Мюттрих, А.Бюлер, Гоппе, Риглер и др. В решение этой проблемы особенно много труда вложил Г.Н. Высоцкий, начавший разрабатывать ее еще до революции. Большое внимание ей уделяли А.А. Каминский, М.Е. Ткаченко, В.И.Рутковский, Н.А. Качинский, Г.Р. Эйтинген, Г.Ф. Басов, И.М. Лабунский и др. Широкие исследования за последние три десятилетия проводят ИЛ РАН (начатые ранее институтом леса АН СССР), ВНИАЛМИ, ВНИИЛМ, УкрНИИЛХА, Гидрометцентр России и другие научные учреждения.

Расширилось изучение гидрологической роли леса за рубежом, причем если раньше оно проводилось преимущественно в европейских странах, то в настоящее время проводится и на других континентах. Значительные исследования осуществляются в США и Японии, усилилось внимание к гидрологии тропических лесов.

Влияние леса на влагу

Водный баланс складывается из прихода в виде осадков и расхода в различных видах испарения, а также стока воды, инфильтрации ее в глубинные горизонты почвы, аккумуляции влаги лесным фитоценозом и потребления ее почвенными микроорганизмами. Простая формула водного баланса была предложена Г.Н.Высоцким, включившим в приходную часть осадки, а в расходную сток, испарения, буфер (влажность почвы, грунтовые воды). Эта формула несколько модифицирована в дальнейшем другими лесоводами. Большие исследования по изучению влияния леса на водный баланс проводятся А.А.Молчановым, В.В.Рахмановым, И.Л.Раунером, С.Ф.Федоровым, за рубежом Г.Бургером, Л.Лейтоном, Г.Флеммингом, Д.Хьюлетом, А.Баумгартнером, П.Зинке и др. 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 количество выпадающих осадков (вертикальные осадки) - эта сторона представляется наиболее сложной и остается дискуссионной, особенно в отношении вертикальных осадков, то есть основного вида осадков. На VI мировом лесном конгрессе (1966 г.) комиссия по вопросам влияния леса на среду признала недоказанным действие леса на количество выпадающих осадков.

Первоначальные данные лесных метеонаблюдений в европейских странах, начатых в 60-х годах прошлого столетия, показывали значительное превышение осадков, выпадающих в лесной местности по сравнению с осадками на соседней безлесной. Разница доходила до 50 - 100 мм в год, Г.Н. Высоцкий, проводивший наблюдения в течение 10 лет в Мариупольском опытном лесничестве, получил данные: в степи 400 мм, в лесу 501 мм. Однако сам Г.Н. Высоцкий назвал эту разницу «фиктивной, не истинной», хотя и не исключал некоторого увеличения летних осадков над лесом (1930, с. 41). Причина такой разницы заключалась в несовершенстве методики - не учитывался факт выдувания влаги ветром из дождемеров на открытых местах. В результате этого дождемеры на таких участках уменьшали количество выпавших осадков по сравнению с дождемерами в лесной местности с ослабленным действием ветра. В дальнейшем дождемеры начали оснащать защитой Ниферовой и различия заметно сгладились.

Одним из главных доводов пользы влияния леса на количество выпадающих осадков является факт более высокого содержания 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 насыщенность воздуха была единственным фактором возникновения дождя в данной местности, то можно было бы предположить вероятность более обильных осадков в районах, прилегающих к обширным водным пространствам. Однако такое предположение опровергается рядом фактов. Например, группы островов в Красном и Средиземном морях имеют нулевой или ничтожный бюджет осадков, и, наоборот, пустынные или полупустынные территории расположены в районе таких крупных внутриматериковых водных массивов, как оз. Чад в Африке или оз. Эйр в Австралии.

Г.Флеминг на основании исследований в Германии и анализа обширной литературы также пришел к выводу, что над небольшими лесными массивами так же, как в холмистой местности и в горах, количество осадков, выпадающих над лесом и над полем равно.

Большинство исследователей приходят к выводу, что лес не оказывает существенного влияния на выпадение местных осадков. Что касается влияния лесов на осадки в более широком плане, то есть применительно к обширным территориям, то вопрос представляется пока мало изученным и заслуживает внимания. Он связан с необходимостью учета происхождения осадков и многостороннего анализа внутри материкового влагооборота.

В работах Г.Н.Высоцкого (1930) и некоторых других исследователей лесам придается большая, даже ведущая роль в этом влагообороте. Действительно, нельзя исключать роль леса во внутриматериковом влагообороте, имея в виду не только его огромную испаряющую поверхность, но также и своеобразную неровность этой поверхности, которая способствует образованию турбулентных течений над лесом с вытекающими отсюда следствиями. Применительно к большим лесным территориям эта роль, возможно, значительная. Трудно представить, чтобы огромные изменения, происходящие на поверхности Земли, - создание водохранилищ, каналов, создание лесонасаждений 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 количество выпадающих осадков и механизм этого влияния. Прежние методы исследований, по-видимому, и не могли дать достаточно обоснованного ответа. В настоящее время и тем более в будущем методические возможности значительно расширяются в связи с проникновением науки в высокие слои атмосферы и даже космос.

Горизонтальные осадки.

Роль леса в образовании горизонтальных осадков (туман, роса, иней, изморозь и т. д.), называемых иногда скрытыми осадками или обобщенным наименованием осажденный туман (Рубнер, 1927; Гейгер, 1960), значительна, так как огромная поверхность леса (ветви, листва, хвоя и т. д.) при ее охлаждении способствует надземной конденсации паров влаги из воздуха. Это явление особенно проявляется на наветренных опушках, когда массы пересыщенного влагой воздуха Приносятся ветром со стороны. Лес перехватывает эти осадки, поэтому на заветренную сторону они почти не попадают. Значение горизонтальных осадков в количестве приносимой ими влаги по сравнению с вертикальными в равнинных районах умеренного пояса невелико. Более заметно оно проявляется 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 выпадающих осадков на определенной территории надо учитывать три наиболее резко отличающихся типа объектов: осадки в лесу на площади, занятой древостоем; осадки на прогалинах, полянах, вырубках, просеках и других небольших открытых местах среди леса; осадки на более или менее обширной безлесной территории.

Распределение осадков в древостоях.

Определенное количество выпадающих 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. Испарение с поверхности почвы в лесу значительно меньше, чем на открытом месте. Влага, попавшая в почву, частично используется лесом для своих жизненных отправлений, частично в виде внутри почвенного стока стекает в реки.

Количество воды, достигшее почвогрунта называется нетто-осадками в отличие от валовых осадков, то есть общего количество выпавших осадков. Разница между ними выражает потери на перехват. Максимальное количество воды (в мм), которое может быть удержано пологом, получило название емкости влагозадержания данного полога (Лейтон, 1970). Количество осадков, проникающих под полог, зависит от их интенсивности и продолжительности, от состава древостоя, его сомкнутости, возрастного строения, сезонных особенностей и т. д. лесоводами давно установлено, например, что пихтовые древостой могут поддерживать кронами до 70 - 80, еловые - до 55 - 60, сосновые - до 30, лиственные - до 15 % осадков. Многие из данных для названных пород (особенно для ели) показывают меньшие величины и в то же время характеризуются значительной пестротой, что связано с многообразием характера лесов (даже при одном и том же составе) и различиями в методике. Очень близкие к приведенным данные для ели получены Н.И. Костюкевичем (1956) в Белоруссии: наибольшее задержание осадков пологом высокополнотных еловых древостоев достигает 6 мм, что примерно и соответствует 58 - 60 %. Поэтому приведенные выше придержки как максимальные можно пока использовать для ориентировочного определения емкости влагозадержания полога данных пород (в мм). Среднегодовые величины задержания осадков кронами названных пород характеризуются широким варьированием.

Сомкнутость полога и его плотность связаны и с возрастом - наибольшее количество осадков задерживается древесным пологом в жердняковом возрасте. В этот период кроны наиболее смыкаются, причем не только в горизонтальном, но и в вертикальном направлении (период

Осадки задерживаются также и нижними ярусами лесного фитоценоза, включая подлесок и напочвенный покров. Оценивая значение характера осадков при определении задерживающей способности лесного полога и нижних ярусов- их вида (летние, зимние), интенсивности и продолжительности, надо также учитывать их повторяемость, 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, задерживаются кронами до 50 - 60 %, в лиственных (а также в лиственничных) из-за отсутствия листвы подавляющая часть их проникает сквозь полог. Так, по данным Н.С. Нестерова, 70 - 75-летние березняки зимой задерживают кронами всего лишь 4 -5 % осадков. Более поздние многолетние данные показывают, что лиственные породы задерживают твердые осадки не более 3-5 (Воронков, 1970) - 6 % (Бочков, 1970).

Под пологом леса снег ложится равномернее, особенно в лиственных насаждениях, чаще бывает более рыхлым и достигает большей высоты по сравнению с покровом на открытом поле. Различны сроки таяния снега в лесу и вне леса, а также в разных по характеру лесах. Под защитой лесного полога и снегового покрова почвы промерзают на меньшую глубину, чем в открытом поле, хотя бывают и обратные явления. Но почва в лесу оттаивает весной медленнее, чем в поле, и с неодинаковой 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 между лиственными и хвойными (исключая лиственницу), но имеются существенные различия и в пределах каждой из этих групп. Особенно своеобразно влияние ели на снег, а в связи с этим и на тепловые условия почвы и, следовательно, на рост деревьев этой породы. В густом еловом лесу почва покрывается снегом позднее. Снеговой покров отличается меньшей мощностью в течение всей зимы, весной таяние его задерживается. В связи с этим почва в таком лесу раньше и глубже промерзает и позднее оттаивает, чем в более осветленных насаждениях.

Итак, лес перераспределяет выпадающие осадки, задерживая их кронами древесных ярусов, а также хотя и в меньшей степени, нижними ярусами, стволами, поэтому не все осадки попадают в почву. К этому надо добавить еще неравномерность промачивания и промерзания почвы. Через просветы между кронами к почве попадает больше осадков, если они не перехватываются нижними ярусами. Имеются ещё два пути не только попадания, но и значительного проникновения осадков в почву: под периферийными частями крон (особенно при ниспадающем расположении ветвей) в виде методичного падения капель в одни и те же места (каплепад); у оснований стволов в результате стока по ним влаги. Влага, попадающая непосредственно на ствол или с кроны, частично стекает вниз, частично испаряется. Количество влаги, доходящей до почвы, зависит от поверхности ствола (гладкая, шероховатая, сучковатый или бессучковый ствол), а также от интенсивности дождя. Хотя по стволу стекает незначительная часть осадков - от 1 до 16 %, а при слабых дождях она равна нулю (Китредж, 1951), приствольное промачивание почвы играет важную роль в жизни леса. Оно имеет экологическое и общегидрологическое значение. Первое связано с влиянием на корневую систему - какая-то часть ее обеспечивается влагой, второе – возможным увеличением инфильтрации в глубинные горизонты почвы.

Неравномерность промачивания почвы по отношению к лесу в целом меняется в связи с наличием в лесу прогалин, просек, редин, пересекается с сомкнутыми древостоями. Распределение осадков на лесных прогалинах и других небольших открыты местах среди леса. Небольшие участки без деревьев в лесу (почвы, узкие лесосеки, тропинки, просеки) отличаются режимом влаги как участков, занятых деревьями и другими лесными компонентами, так и обширных открытых безлесных мест. В этих небольших участках до почвой доходит большее количество осадков по сравнению с их количеством в насаждениях. Попадающие на поверхность почвы осадки защищены от выдувания окружающими стенами леса, в отличие от такого влияния на них в открытой степи, на полях и лугах. Особенно заметное влияние такие места оказывают на отложение снега.

Распределение снега, его накопление и таяние в лесу на лесные прогалинах и на больших открытых площадях происходит по-разному. Открытые площадки характеризуются крайне неравномерным распределением снега: с повышенных мест он обычно сдувается в пониженные (особенно в овраги, балки), накапливается вблизи ветрозащитных преград, в том числе у различных лесных полос, в наветренных частях опушек и т. д. Все это означает, что значительные площади открытой местности недополучают осадки, выпавшие в виде снега. Небольшие открытые участки внутри леса или участки, находящиеся между лесными полосами соответствующей конструкции, характеризуются равномерным размещением снега. Лесные прогалины просеки и тропинки отличаются и большей толщиной снега как по сравнению с лесопокрытой частью, так и с обширной безлесной территорией. Под пологом сомкнутого елового или пихтового леса весной снег исчезает позднее, чем в других древостоях. Однако в прогалинах и других небольших открытых местах, окруженных лесом, где больше накапливается снега, он может задерживаться дольше.

Таким образом, снег весной сходит в следующей последовательности: на открытых больших площадях (с колебаниями в зависимости от рельефа и экспозиции); под пологом леса (в зависимости от характера его); на небольших открытых участках среди леса (в зависимости от их размеров и географических условий). Лесные поляны и другие открытые места в лесу характеризуются и определенным режимом горизонтальных осадков, например, здесь, в отличие от сомкнутого насаждения на поверхности почвы образуется роса.

Влияние леса на влажность воздуха.

Различия в лесу и вне леса проявляются главным образом в относительной влажности. В лесу она несколько выше. По средним показателям за год и по отдельным месяцам разница во влажности в лесу и в поле незначительна и составляет около 5 - 10 % (с колебаниями от 1 до 15 % относительной влажности и несколько более). Однако в течение суток различия в ее величине под пологом леса и на соседних открытых местах, особенно в дневные часы, могут быть выше. Под тенистым сомкнутым пологом днем относительная влажность воздуха обычно выше, чем на открытом месте, ночью ниже. От влажности воздуха во многом зависит и интенсивность испарения.

Лес и испарение влаги.

Испарение - важнейшая расходная часть водного баланса леса. Оно слагается из трех видов: физического испарения влаги, задержанной при выпадении осадков растениями (кронами деревьев, листовой поверхностью нижних ярусов и т. д.); физического испарения с поверхности почвы, транспирации.

Влага, задержанная верхним пологом, быстро испаряется. Она может испаряться быстрее, чем с открытой водной поверхности и значительно быстрее (в 4-5 раз) по сравнению с интенсивностью транспирации в одних и тех же климатических условиях (Лейтон, 1970). Этому способствует повышенная турбулентность воздуха в связи с большей высотой, продуваемостью и шероховатостью лесного полога.

Условия для, испарения с поверхности почвы в лесу более затруднительны вследствие влияния верхнего полога леса и его нижних ярусов. Это влияние особенно проявляется благодаря ослаблению ветра. По наблюдениям, Н.С.Нестерова (1960), в летние месяцы с поверхности почвы в лесу влаги испаряется в 8 раз меньше, чем с поверхности почвы в открытом месте. Эта величина не может быть одинаковой в разных географических районах и разных по характеру лесах, но по ней можно судить о различии в испаряемости с поверхности почвы в лесу и вне леса.

Значительное количество влаги расходуется лесом на транспирацию. На ее величину влияют различия в характере леса.

Более определенно выявлена связь величины максимального транспирациоиного расхода с величиной испаряемости для данного места (т. е. количеством влаги, испаренной со свободной водной поверхности) и минимального - с запасом доступной влаги в почве. В соответствии с этим, как показала Ю.Л.Цельникер (1964), расход влаги на транспирацию может колебаться у сомкнутого леса умеренного климата в районах с разным гидротермическим режимом от 100 мм (для засушливых районов) до величины, близкой к испаряемости данного места. Этим же автором составлена сводка данных, характеризующих величину расхода влаги на транспирацию древостоев в разных климатических зонах земного шара. Она показывает, что только в дождевых тропических лесах расход не транспирацию равен испаряемости или даже превышает ее. В других районах этот расход меньше испаряемости и составляет от одной трети до половины годового количества осадков.

Исключать влияние характера леса на величину расхода влаги на транспирацию и в пределах одного климатического района, по-видимому, нельзя, поскольку физиологией растений доказана зависимость транспирации от света, тепла и влажности почвы, а эти факторы варьируют в зависимости от характера леса. В сухой период у древесных пород с глубокой корневой системой транспирационная деятельность меньше нарушается (или даже совсем не нарушается), чем у пород с поверхностной корневой системой, и они легче переносят засуху. Примерами могут служить дуб (с глубокой корневой системой), способный переносить сухие периоды, и ель поверхностной корневой системой)- обитатель влажного климата и влажных почв, погибающая в крайне засушливые годы или сразу после даже в таежных районах.

Насколько далеко продвинулось изучение транспирации отдельных растений, настолько еще пока недостаточно разработана методика учета транспирации древостоя и насаждения в целом. На разрешение данной очень трудной задачи должны быть направлены объединенные усилия физиологов, лесоводов, климатологов, почвоведов. Из всех слагаемых суммарного испарения лесом основное место занимает величина расхода власти в виде физического испарения с поверхности, растительных компонентов (прежде всего с крон деревьев) и на транспирацию. Величины этих видов расхода влаги очень близки. Потери воды на физическое испарение с поверхности крон в густых хвойных лесах обычно больше транспирационного расхода, в лиственных же выше расход на транспирацию. Намного ниже этих двух величин расход на испарение с поверхности почвы под пологом леса.

Заключение:

Итак, основной компонент леса - древостой испаряет влаги больше, чем соседнее поле, луг или другой вид открытой поверхности земли, не считая случаев применения интенсивной поливной культуры земледелия. Но это не означает, что лес «неэкономен» в расходовании воды и не является ее хранителем. Все леса в той или иной мере выполняют водоохранно-защитные функции, но, располагаясь в различных лесорастительных зонах, в горах и на равнине, вдоль гидрографической сети или вне ее, леса выполняют эти функции по-разному. Выделяется 4 класса по степени выполнения лесами данных функций:

1. Леса с наивысшей степенью проявления водоохранно-защитных функций;

2. Леса, характеризующиеся высокой степенью проявления защитных функций;

3. Леса, характеризующиеся средней степенью;

4. Леса с низкой степенью проявления водоохраной и особенно защитной функции.

В водоохранно-защитных лесах очень важно вести хозяйство на сохранение и повышение этих функций, и среди мероприятий выделяются основные: сохранение оптимальной лесистости в бассейне, упорядочение всей системы запретных полос по берегам рек, закрепление берегов водоемов, оврагов, балок, предотвращение смены коренных древесных пород на производные, сохранение колковых лесов, активное облесение вырубок и гарей и другие.

Литература:

Леса. — М., Мысль, 1981.
Сеннов С. Н. Лесоведение и лесоводство. 2-е изд., стер. — М.: Академия, 2008.
Ткаченко М. Е. Общее лесоводство. 2-е изд., испр. и доп. — М.-Л.: Гослесбумиздат, 1955.

Содержание:

Введение. Как влияет лес на влагу……………………………….……1
Влияние леса на влагу……………………………………………….…2
Влияние леса на осадки …………………………………………….....2
Горизонтальные осадки ………………………………………………4
Влияние леса на распределение выпадающих осадков ……………4
Распределение осадков в древостоях ………………………………..4
Влияние леса на влажность воздуха …………………………………8
Лес и испарение влаги…………………………………………….……8
Заключение……………………………………………………………..11
Литература……………………………………………………………..12

Как влияет лес на влагу 📙 Реферат → 🆔 115269