Особенности водного режима лесных почв. Гидрологическая роль леса

Водный режим почвы – это совокупность процессов поступления влаги в почву, ее передвижения, физического превращения, удержания и расхода воды. Потребление и транспирация влаги древесными породами зависит от водного баланса почвы. Транспирация уменьшается при недостатке влаги в почве или, наоборот, увеличивается при ее большом количестве. Оптимальным количеством влаги является такое, которое удовлетворяет полностью потребность в ней древесных растений и вместе с тем не создает в почве недостатка кислорода, необходимого корням для дыхания. Минимальной нормой для произрастания лесных насаждений является выпадение 50 мм осадков в теплый период года в течение мая-августа. Анализ водного баланса легкосуглинистой дерново-подзолистой почвы под ельником с водным режимом промывного типа свидетельствует о том, что единственным источником поступления влаги являются атмосферные осадки (100%). Часть из них, равная 30%, задерживается на кронах древесного полога и возвращается в атмосферу, не достигнув поверхности почвы. Другая часть (5%) уходит поверхностным стоком, который наблюдается только в отдельные годы глубокого промерзания сильно увлажненной с осени почвы. Третья часть (10%) расходуется на испарение с поверхности почвы и десукцию (процесс извлечения влаги из почвы корнями растений) напочвенным растительным покровом и возвращается в атмосферу. Четвертая доля (10%) расходуется внутрипочвенным стоком. Пятая (30%) – десугируется древесным пологом из почвы и возвращается в атмосферу. Шестая (15%) – уходит в грунтовые воды, а затем в различные водоисточники и характеризует количество влаги, использующейся на сквозное промачивание почвенно-грунтовой толщи.

По отношению к увлажнению почвы, как и ко всякому другому экологическому фактору, следует, кроме оптимума, различать минимум и максимум, т.е. разные степени почвенного увлажнения, вызывающие качественный эффект в жизни леса. Особенно острым является минимум влаги – засуха. Различные древесные породы и их группы имеют разную степень устойчивости к засухе. Отличают ксерофитов (сухолюбов), приспособленных к большей потере влаги и подсыханию тканей, растущих в условиях недостаточного увлажнения; гигрофитов (влаголюбов), которые, напротив, очень чувствительны к засухе и растут лишь в условиях, обеспеченных влагой, выдерживают недостаток кислорода в почве; мезофитов – средних по требовательности к увлажнению и к засухоустойчивости, растущих в промежуточных условиях увлажнения. Различают еще более дробные категории: ультраксерофиты – крайние сухолюбы, ультрагигрофиты – крайние влаголюбы (водяные растения) и переходные категории ксеромезофитов и гигромезофитов; первые стоят ближе к ксерофитам, вторые – к гигрофитам.

Почвенная засуха является результатом атмосферной засухи и сопровождающей ее сильной транспирации растений. Для борьбы с засухой в лесоводстве существует много разных, преимущественно агротехнических способов: подбор устойчивых к засухе пород – сосны, дуба и др.; рыхление почвы, глубинное внесение торфа, ежегодная 2-3-кратная культивация междурядий с тем, чтобы конкуренты за влагу – сорняки каждый раз возможно полнее удалялись.

Избыток влаги в почве приводит к заболачиванию. Избыточное увлажнение отрицательно влияет на рост большинства древесных пород. Только черная ольха представляет собой настоящий гигрофит. Ольху сопровождают иногда (на самых богатых торфах) ясень, относящийся к особой болотной форме, подлесок из черной смородины, крушины и др. Корневые системы у ольхи и ее спутников заходят в грунтовые воды и там разветвляются.

Различают потребность и требовательность древесных пород к влаге. Потребность – это количество влаги, требуемое растением для удовлетворения его жизнедеятельности, поддержания тургора его тканей, нормального хода физиологических процессов фотосинтеза, дыхания, защиты от перегрева, обмена веществ между разными органами растения и т.п. Требовательность – это отношение к условиям влажности почвы, способность извлекать необходимое количество влаги в тех или иных почвенных условиях. Потребность во влаге является одним из обязательных элементов, слагающих требовательность. Сосна, обладающая очень широко разветвленной корневой системой, нетребовательна, в то время, как ель и пихта с их слабее разветвленными, экстенсивными корневыми системами требовательны к влаге.

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.

Влияние леса на осадки: 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.

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. Лес не оказывает существенного влияния на выпадение местных осадков.

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.

Роль леса в образовании горизонтальных осадков (туман, роса, иней, изморозь и т. д.), 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.

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.

Количество осадков, проникающих под полог, зависит от их интенсивности и продолжительности, от состава древостоя, его сомкнутости, возрастного строения, сезонных особенностей и т. д.

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. 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, приствольное промачивание почвы играет важную роль в жизни 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 почвы 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. Открытые площадки характеризуются крайне неравномерным распределением снега, 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.

В лесу относительная влажность несколько выше. От влажности воздуха во многом зависит и интенсивность испарения. 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. 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. Испарение не может быть одинаковым в разных географических районах и разных по характеру лесах, но по нему можно судить о различии в испаряемости с поверхности почвы в лесу и вне леса.

Из всех слагаемых суммарного испарения лесом основное место занимает величина расхода влаги 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. 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.