И другие гидрологические функции

Все леса выполняют водорегулирующие функции, повышая емкость круговорота воды: лес – атмосфера – грунт – открытый водоток.

Эти свойства ослабляются, если леса приурочены к водотокам (рис.). По данным П.П.Подкура (1981) размещение леса по дну балок в равнинных условиях не увеличивает подземный сток, и большая его величина при одинаковой лесистости оказывается на водосборах с размещением лесов по водоразделам. (Это не относится к плоским степным водоразделам, где по мнению Г.Н.Высоцкого вместо высокосортной пшеницы можно вырастить лишь «малоценный хмыз»).

В наибольшей степени водорегулирующая роль леса проявляется на склонах. А.А.Молчанов доказал, что в лесостепной и степной зонах водорегулирующая роль в основном ограничивается пределами склона и предлагал размещать леса в виде полос в верхней, средней и в нижней частях склона, чтобы лесом было занято 20-25% длины склона.

Им установлено (Молчанов, 1964), что коэффициент весеннего стока резко уменьшается с увеличением лесистости (с 0, 6-0, 9 на безлесой холмистости территории до коэффициента 0, 09-0, 38 при лесистости 40 %). Затем водорегулирование растет слабо и при 100 % лесистости срок весеннего половодья можно сократиться, а сила паводка возрасти при одновременном интенсивном снеготаянии из-за высоких температур и выпадении дождей. Поэтому-то и принята максимальная лесистость на юге лесной зоны 40 %, а в таежных лесах допускаем в пределах малого водосбора снижение покрытых лесом земель при сплошных рубках не менее 50 % его площади.

По этому значению Г.Б. Паулюкявичус (1989) составил классы экологической значимости лесов в порядке их значения:

1) леса на эоловых песках,

2) леса склонов речных долин и озер,

3) леса холмистых ландшафтов с песчаными и гравийными почвами,

4) тоже с супесчаными почвами,

5) тоже с почвами суглинистого и глинистого механического состава,

6) леса в речных долинах,

7) другие леса на песчаных и гравийных отложениях,

8) леса на моренных супесчаных и легкосуглинистых равнинах с хорошим дренажем,

9) тоже с периодическим переувлажнением,

10) леса на болотных почвах.

Как видно, самыми высокими экологическими свойствами характеризуются леса высоких элементов рельефа и склонов с легко эродированными почвами. Особенно это значимо для гор, где подгольцовые и субальпийские леса, получающие наибольшее количество осадков регулируют до половины стока воды. И менее экологичны оказываются заболоченные леса. Поэтому они в первую очередь переводятся в сельхозпользование, в частности, под садово-огородные комплексы. Планом развития Нечерноземья Российской Федерации было предусмотрено расчистить от леса и кустарников почти 10 млн. га осушаемых земель. Кроме расчистки бывших сельхозугодий, заросших древесно-кустарниковой растительностью, предполагалось за счет тайги ввести в сельскохозяйственный оборот более 8 млн. га.

На Европейском Севере водорегулирующие свойства леса проявляются в меньшей степени, и в лесах величина руслового стока в половодье очень велика, что можно объяснить влагонасыщенностью почвы за счет осенних дождей. Но и здесь в меженный период русловой сток возрастает по мере увеличения лесистости водосбора [ ].

Лучшими водорегулирующими свойствами обладают леса, задерживающие больше осадков на своих кронах и замедляющие процесс снеготаяния. Особенно эта роль важна на склонах с тяжелыми почвами. В этом отношении отличаются естественные темнохвойные леса. Недаром М.Е. Ткаченко (1937) указывал, что смягчают наводнения особенно еловые леса. Лиственные леса отличаются большим снегонакоплением и меньшим промерзанием почвы, способствующим почвенному оттоку влаги. И в целом регулирующая роль сильнее проявляется в хвойных лесах с примесью лиственных до 3-4 единиц состава [ ].

Ель чаще проявляет себя как грунтоосушительная порода. Хотя транспирационная способность ее ниже, чем мелколиственных пород, но кроны ели много (до 50 %) задерживают как твердых, так и жидких осадков. Другие леса не выделяются повышенным суммарным испарением, хотя оно больше, чем у фитоценозов вырубок, болот и лугов. При разболачивании вырубок в результате образования, например, березового молодняка, имеет значение и возрастание скважности почвы, способствующей почвенному оттоку воды.

Древостои сосны характеризуются низким суммарным испарением и высокой дренирующей ролью благодаря глубокой корневой системе. По сравнению с другими насаждениями они тем самым увеличивают грунтовое поступление воды в водоисточники и по М.Е. Ткаченко обладают водоохранными свойствами [ ]. Хотя многими водоохранные свойства рассматриваются шире, но лучшего термина, противоположного грунтоосушительной роли, трудно придумать.

Важно установить в каком возрасте лес выполняет лучше водоохранные свойства, т.е. когда возрастает остаток влаги, пополняющий грунтовые воды. Исследования Л.А.Иванова и крупного советского лесовода и гидролога А.А. Молчанова показали, что сосновые и еловые насаждения в 40-60 лет максимально транспирируют влагу, затем до 160-летнего возраста транспирация и задержка осадков кронами уменьшается в большей степени, чем растет физическое испарение с почвы и поверхностный сток. В результате оказывается, что именно под спелыми и перестойными древостоями возрастает грунтовый сток.

Это подтверждается и для горных лесов, и лесоводы Болгарии считают оптимальным возрастом рубки водоохранных лесов – 120-140 лет. На водосборах Карпат с преобладанием приспевающих и спелых древостоев меженный сток выше, чем на водосборах, покрытых молодняками. При этом имеется в виду наличие нормальной сомкнутости древесного полога, ибо, например, низкополнотные ельники Тянь-Шаня, расстроенные подневольно-выборочными рубками, выполняют водоохранную роль плохо и в спелом возрасте.

Известно, что защитные свойства горного леса теряются при снижении сомкнутости за 0, 5, и такого нельзя допускать при проведении выборочных рубок. Применение же этих рубок в высокополнотных древостоях способствует даже более экономному расходованию влаги лесом, хотя некоторые считают, что оптимальный гидрологический эффект в горах получается при сомкнутости крон в интервале 0, 8-0, 9.

Как указывалось, пойменные леса не влияют на подземный сток, но их водорегулирующая роль хорошо выражается в ослаблении скорости паводковых вод среди деревьев и в ускорении ее по руслам водотоков, чем и объясняется их глубокая врезанность и полноводность рек в летний период. Но потоки, устремляющиеся в русла, могут образовывать промоины около стволов деревьев, если отсутствует густой подлесок. Подлесок из шиповника, крушины, жимолости, заросли ив, тополей, вяза, клена предотвращает образование промоин не только в водонаправляющих ложбинах, но и ослабляет разрушение берегов. Эти виды, а также дуб, ясень отрастают при заносе части стволов отложениями. В прирусловых насаждениях лесостепи желательно выращивать особенно тополь белый, черный, при размыве корневых систем которых образуются густые отпрыски.

Леса ослабляют размыв берегов. Но, если они чередуются с примыкающими к берегу сельхозугодиями, то временно образующиеся выступы залесенных берегов разрушаются большей скоростью воды, и береговая линия выравнивается. Поэтому важно все берега облесять и высаживать по ним кустарниковые ивы.

Разрушение берегов излучин, например, на Европейском Северо-Востоке страны, идет со скоростью 1-3 м в год. Вначале дерево сдерживает размыв, образуя выступающие в русло фестоны. Под корнями грунт вымывается в виде ниши подмыва. Затем под действием сильных порывов ветра дерево опрокидывается в реку, с корнями отваливается и земля, и вместо уступа образуется береговая выемка (полуцирк). Чтобы ослабить размыв, Ю.Б. Глазунов (1992) рекомендует в прибрежных древостоях средним диаметром стволов более 16 см вырубить зимой с применением легкой техники узкую полосу до 10 м. В примыкающих к этим лесам спелых древостоях вести не выборочные, а сплошные рубки лесосеками до 0, 5 га с естественным возобновлением березы. Образующийся через 2-3 года густой молодняк надежно выполняет кольматирующие и берегозащитные функции и является кормовой базой для бобров.

Но за пределами излучин при слабом размыве берегов, особенно восточных, следует проводить выборочные рубки, чтобы зеркало воды затенялось кронами деревьев.

При облесении высоких берегов тайги М.В.Рубцов (1972) рекомендует сосну и березу, а при свободном меандрировании (частые повороты, излучины) формировать насаждения из древовидных и кустарниковых ив. Прибрежные кустарниковые ивы гасят течение воды у берега рек, переносят повреждения стволиков льдом и положительно влияют на углубление русла благодаря повышению скорости воды на его середине.

Жизнеспособность самих пойменных лесов в настоящее время понижена нерегулируемой пастьбой скота, сенокошением, рекреационной нагрузкой и особенно в связи с изменением уровня грунтовых вод при водозаборе и осушении заболоченных сенокосов. Теперь признано особо вредной осушение пойменных почв.

Водорегулирующие свойства леса сохраняются, хотя в меньшей степени, при зарегулированном режиме рек плотинами гидроэлектростанций. При этом возможна смена состава пойменных лесов, так как температура воды в крупном водохранилище понижается, климат окружающих территорий становится менее континентальным с затяжной весной. Вынужденный сброс охлажденной воды через плотины неблагоприятно сказывается на почвообразовательные процессы. Происходит усиление глееобразовательного процесса, ухудшение лесорастительных условий, вызывающих расстройство коренных древостоев (Рахманов, 1988).

С целью регулирования рубки прибрежные леса часто относят к лесам I группы в виде запретных (водоохранных) полос, ширина которых должна быть дифференцирована в зависимости от ширины поймы и крутизны прилегающих к берегам склонов. В пределах запретных полос (иногда и при отсутствии их) выделяются особо защитные участки, прилегающие к берегам рек (берего-защитные полосы). М.В.Рубцов (1972) рекомендует относить к особо защитным участкам с ограниченным режимом лесопользования полосы вдоль крупных рек от уреза воды до вершины первого склоны, а вдоль остальных водотоков – на ширину 50-200 м от каждого берега. Они выполняют и водоочищающую роль.