ВЛИЯНИЕ ЛЕСА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

АК А Д ЕМ И Я НАУК СССР
ЛАБОРАТОРИЯ ЛЕСОВЕДЕНИЯ
А. А. МОЛЧАНОВ
ВЛИЯНИЕ ЛЕСА
НА ОКРУЖАЮЩУЮ
СРЕДУ
И З Д А Т Е Л Ь С Т В О «НАУКА»
МОСКВА
1973
УДК 634.023.5802
Влияние леса на окружающую среду. М о л ч а ­
н о в А. А. 1973. г. В монографии рассматривается
многостороннее влияние леса на различные компонен­
ты среды (атмосферу, микроклимат, почву, водный
режим и др .). Изучена продуктивность древостоев
различных типов леса. На основании научно обосно­
ванных нормативов представляется возможность ра­
ционального распределения лесов по территории евро­
пейской части СССР.
Рассчитана на лесоводов, ботаников, географов, а
также студентов биологических и лесохозяйственных
вузов.
Таблиц 171. Библ. 189 назв. Иллюстраций 53.
02105 — 031 % 9вЗ 7^3
( 042 ) 02—73
© Издательство «Наука», 1973 г.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время во всех странах мира особое внимание уделяется р а ­
циональному использованию и сохранению биосферы.
Под биосферой мы понимаем диалектическое единство живого, возду­
ха, воды, минеральных элементов <и почвы, специфическим образом орга­
низованное при активном воздействии солнечной радиации.
Иначе говоря, биосфера — это тонкий слой почвы, воздуха и воды на
поверхности Земли и все живое в его пределах.
Земля, возникшая из космических материалов несколько миллиардов
лет назад, непрерывно развивалась под влиянием космических факторов
и присущих ей условий. Начавшееся значительно позднее взаимодейст­
вие компонентов биосферы осуществлялось на основе круговорота веще­
ства и энергии неживой и живой природы. Роль человека в процессах
формирования биосферы в недавнем историческом прошлом была неве­
лика. Но с течением времени человечество постепенно превратилось в
силу, активно изменяющую природу и ее развитие, и грандиозность воз­
действия человека на природу ,в настоящее время весьма очевидна. Че­
ловек влияет на распределение воды на Земле. Он создает оросительные
каналы и повышает урожаи хлебов. Концентрируя большие массы воды
в ряде мест, способствует увлажнению атмосферы и почвы. На месте
вырубленного человеком леса возникает другой климат, усиливается
скорость ветра, заметно сокращаются запасы влаги в верхних слоях поч­
вы, изменяется круговорот воды, а в летний период резко усиливается
обмеление рек. Уничтожение лесов и распашка площадей под сельское
хозяйство порождают эрозию, вызывают возникновение паводков, а
в районах с песчаными почвами усиливают ветровую эрозию.
Несоблюдение правил рубок леса, непродуманная техника транспор­
тировки лесоматериалов приводят -к смыву почвы, засорению рыбных и
судоходных рек и водохранилищ. Осложняется и ухудшается процесс ес­
тественного возобновления лесов на вырубках. В замкнутых или полу­
замкнутых понижениях после рубки усиливается заболачивание почв.
В тех случаях, когда наблюдается хорошее возобновление вырубок хвой­
ными и дубовыми лесами, там пасутся олени, лоси и зубры, уничтожая
подрост и лесные культуры, созданные человеком, и ухудшая водный ре­
жим в верхних горизонтах почвы.
Все сказанное в конечном итоге приводит к нарушению стабильности
биологического круговорота веществ и к нарушению оптимальных усло­
вий жизни, труда и отдыха людей. Конечно, это не значит, что нельзя
прикасаться к природе, использовать ее ресурсы. Наоборот, надо
обеспечить максимум их использования и обеспечить минимум измене­
ний в географической среде.
Д л я решения или освещения ряда теоретических вопросов биогеоценологии нами изучен по лесорастительным зонам баланс влаги в насаж­
дениях различных типов леса и возраста. Проведены исследования по­
верхностного стока вод, миграции минеральных элементов под влиянием
деятельности человека. Изучен круговорот минеральных веществ в дре­
востоях разных типов леса и термический режим в лесу и на вырубках.
В работе приводится характеристика отдельных биогеоценозов по лесо­
растительным зонам, освещены вопросы изменения химического состава
почв, круговорота углерода, кислорода, азота и водорода, энергетики
лесных биогеоценозов под воздействием человека.
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ОПТИМАЛЬНОЙ ЛЕСИСТОСТИ
НА ВОДОСБОРНЫХ БАССЕЙНАХ
Оптимальной лесистостью местности следует считать такой процент лес­
ной площади на определенной территории, при котором древостой вмес­
те с остальными компонентами леса наиболее полно и разносторонне
удовлетворяли бы запросы народного хозяйства в древесине и других
полезностях леса, выполняли водоохранную, почвозащитную и климато­
регулирующую роль, создавали благоприятные условия для жизни рыб
в водоемах и полезных животных в лесу, способствовали бы повышению
продуктивности сельского хозяйства, а такж е улучшению состава воз­
духа и качества воды.
Оптимальная лесистость в каждом конкретном случае будет зависеть
от природных условий и лесорастительных зон, от условий роста и состо­
яния древостоев, их распределения на водосборном бассейне, от рельефа
местности, степени эродированное™ почв, подверженности их ветровой
эрозии, крутизны склонов, от потребностей народного хозяйства в древе­
сине и других факторов.
Таким образом, оптимальная лесистость должна устанавливаться в
зависимости от состояния и целевого назначения площадей. В связи с
этим при определении лесистости и разработке мер улучшения гидроло:
гических условий территории необходимо учитывать и заболоченность
водосборных бассейнов, и качество произрастающих на них лесов, и их
продуктивность.
Следовательно, методы установления оптимальной лесистости долж ­
ны быть разносторонними.
Д л я установления оптимальной лесистости с учетом гидрологических
требований необходимо провести на водосборном бассейне детальные
гидрологические исследования, осуществить учет выпадающих осадков
в лесу и в поле, а такж е распределение их на твердые и жидкие. Необхо­
димо знать расход атмосферных осадков на испарение древостоями ра зг
личного состава, возраста и сомкнутости, а такж е расход воды на
инфильтрацию в зависимости от механического состава почвы в лесах ра з­
личного состава и в поле при разных видах сельскохозяйственных куль­
тур. Следует установить поверхностный сток атмосферных осадков в
полях с покрытием почвы различными культурами и в лесу разного соста­
ва, при различном механическом составе почвы в разных лесораститель­
ных зонах, выявить сток с водосборных бассейнов с различным процен:
том облесенности, приуроченных к почвам различного механического со­
става и неодинаковой горизонтальной расчлененности.
Д л я выяснения стока рек, связанных с бассейнами различной обле­
сенности, необходим подбор рек с одинаковой геологией. Бассейны, рас­
положенные в закарстованных районах, рассматриваются отдельно и ис­
ключаются из материалов, связанных с выяснением стока рек в зависи­
мости от лесистости.
В лесных районах, призванных обеспечить народное хозяйство дре­
весиной, оптимальная лесистость устанавливается с учетом перспектив
лесопользования. Д л я этого надо знать потребности древесного сырья на
различные нужды народного хозяйства.
5
На научно организованной территории должны быть целесообразно
размещены транспортные пути и водоемы, осуществлена мелиорация
болот, освоены песчаные арены и улучшены гигиенические условия
ландшафтов. Д олж на быть обеспечена защита рек, водоемов, сухопут­
ных и водных транспортных путей лесными берегозащитными и придо­
рожными полосами.
Вокруг городов и промышленных центров должны быть созданы ле­
сопарковые и зеленые зоны и осуществлен ряд других мероприятий,
улучшающих условия жизни человека и обеспечивающих удовлетворение
потребностей народного хозяйства в различных продуктах природы.
МЕТОДИКА
ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Изучение стока при весеннем снеготаянии требует учета мощности,
плотности и запасов воды в снеге на водосборных бассейнах. Измерения
необходимо проводить с достаточно высокой точностью, особенно перед
началом таяния снега. Используя эти данные, устанавливают объем во­
ды, стекающей с поверхности бассейна, и коэффициент стока с бассейна.
Если на водосборном бассейне сток учитывается впервые, перед на­
чалом снегомерной съемки необходимо ознакомиться с плановым мате­
риалом и геоморфологией этого бассейна. Если площадь бассейна в той
или иной мере покрыта лесом, надо ознакомиться с планам лесонасаж­
дений, а такж е с составом и возрастом древостоев, хотя бы по плановым
материалам. Основываясь на картографическом материале, намечают
профили для проведения онегосъемки, которые прокладывают так, чтобы
они полнее отразили в ходе исследований все особенности данного б а с ­
сейна. Частота профилей, которые лучше всего закладывать параллель­
но один другому и перпендикулярно к тальвегу, зависит от размера пло­
щади и особенностей водосборного бассейна.
Общ ая длина маршрутов на водосборных бассейнах удлиненной
формы должна быть равна пятикратной ширине водосбора. При длине
водосборного бассейна около 1 км профили закладывают через 200 м, а
при длине около 2 км — через 400 м. На маршрутах поперек бассейна
длиной до 1 км высоту снега измеряют в 100 точках, т. е. через каждые
10 м. Плотность снега и запасы воды в нем учитываются на пятом из­
мерении глубины. Маршруты должны пересекать долину основного во­
дотока приблизительно под прямым углом. Н а водосборных бассейнах,
покрытых полезащитными полосами, профили для учета снега прокла­
дывают через межполосное пространство перпендикулярно к лесным по­
лосам, если они проложены с севера на юг или с запада на восток.
Когда в межполосных пространствах встречаются балки, снег учиты­
вается отдельно в верхней, средней и нижней частях балки, если ее длина
менее 1 км, и в пяти местах на одинаковом расстоянии один от другого
при длине балки более 1 км.
Выбрав место для стационарного изучения снегового покрова, про­
фили закрепляют постоянными вешками, устанавливаемыми на опреде­
ленном расстоянии одна от другой. Н а полянах, полях и вырубках про­
фили пересекают вырубку или поле поперек от одной стены леса к дру­
гой и углубляются в лес на 40—50 м. Онегосъемка всегда должна прохо­
дить по местам с ненарушенным снеговым покровом. Толщину снега
при стационарных исследованиях измеряют 10, 20 и 30-го числа каждого
месяца. Если в указанные сроки возникает снегопад, съемку откладыва­
ют до его окончания. Весной, во время таяния снега, сисгосъемку прово­
дят через каждые пять дней. Первые измерения толщины снега ведут
точно на установленном профиле, все последующие отстоят от предыду­
щих на 1 ж и располагаются перпендикулярно к линии профиля.
6
Толщину снежного покрова измеряют пустотелой металлической
тростью с делениями по 0,5 см, а запасы воды в снеге — при помощи
снегомерного прибора Любосла:вского.
Если .под снегом есть ледяная корка, в местах определения плотно­
сти снега прорубают лед под поверхностью почвы и точно измеряют его
толщину. Последнюю записывают рядом с высотой снежного покрова.
Перед началом работ со снегомером Любославского необходимо про­
верить правильность показаний прибора.
При работе со снегомером цилиндр опускают отточенным краем в
снег и продавливают его до поверхности почвы. Затем по шкале цилин­
дра отсчитывают толщину слоя снега, отгребают с одной стороны цилин­
дра снег до почвы, подсовывают под цилиндр металлическую лопатку,
чтобы снег не высыпался, и поднимают цилиндр, одновременно повора­
чивая его дном вниз. Цилиндр счищают от снега, прилипшего снаружи,
и подвешивают к крючку коромысла безмена. Показания по шкале ко­
ромысла отсчитывают с точностью до половины деления. Результаты от­
счета записывают рядом с записями мощности снега и мощности льда.
Во время таяния снега ведут глазомерные наблюдения, ежедневно
указы вая процент площади, освободившейся от снега.
Плотность снега определяют по формуле:
где h — количество воды в снеговом покрове в мм (отсчет по безмену);
Н — толщина снега в мм.
Результаты снегомерной съемки обрабатывают статистическим мето­
дом, при этом вычисляют среднее арифметическое значение, ошибку
среднего арифметического и точность определения плотности снега и з а ­
пасов воды в нем.
П ри определении мощности, .плотности и запасов воды в снеге на
сплошь залесенном водосборе учитывают особенности древостоев, т. е. тип
леса, возраст, состав и сомкнутость насаждений. Лучше всего снегосъемку проводить отдельно по каждому древостою. При определении запаса
снега на однородных по составу древостоя площадках, занятых осинни­
ками и березняками, под пологом которых практически в любой точке
плотность и высота снега одинаковы и систематические ошибки в опре­
делении запасов воды в снеге исключаются при любом способе размеще­
ния промеренных точек, число промеряемых точек будет наименьшим.
В хвойных лесах, особенно в еловых, число точек должно быть по мень­
шей мере удвоено из-за неравномерной высоты и плотности снега. Учи­
тывая это, надо иметь в виду, что число маршрутных ходов будет наи­
большим в наиболее распространенных выделах древостоев. Однако
нельзя оставлять без внимания и такие древостой, которые встречаются
редко, но могут характеризовать особенности снегоотложения в том или
ином типе леса или в древостоях того или иного состава, сомкнутости
или возраста.
При однородном составе древостоев запас воды в снеге определяется
не по отдельным древостоям, а по проложенным на местности маршру­
там, на которых расстояние между точками измерения сохраняется по
всей длине маршрута постоянным. При этом число промеренных точек
будет зависеть от коэффициента вариации высоты и плотности снега.
Коэффициенты вариации высоты снежного покрова в среднем колеблют­
ся в пределах 0,4—0,6. При этих коэффициентах вариации ошибка опре­
деления не выходит за пределы 4—6% при 100 измерениях и 3% при
200 измерениях.
Коэффициенты вариации плотности снега в подавляющем большинст­
ве случаев не превышают 0,2—0,3. При этих значениях коэффициентов
вариации ошибки измерения плотности снега не превышают 4,5—7% в
7
том случае, если сделано 20 измерений плотности снега, и 3,5—5% при
40 измерениях. Следовательно, число измерений плотности снега должно
быть в пять раз меньше, чем число измерений (глубины снега.
П ри таком числе измерений толщины и плотности снега точность оп­
ределения запасов воды в снеге не будет выходить за пределы 9%, если
число промеренных точек равно 100 и плотность снега определялась в
20 точках. При измерении толщины снега в 200 точках и плотности снега в
40 точках точность определения запасов воды в снеге составит 4,5—6,5%.
В водосборном бассейне средний запас воды в снеге определяется
средневзвешенной величиной, устанавливаемой умножением площади
участка на точность ее измерения и делением на общую площадь, а
средние запасы воды в снеге — умножением величины запасов воды в
снеге на каждом участке на площадь участка или протяженность м арш ­
рутов в бассейне и делением этого произведения на общую площадь или
ж е на общее протяжение всех маршрутных линий. Можно пользоваться
и данными, полученными при помощи дождемеров. Однако последний
способ очень трудоемок, так как требует установки дождемеров в различ­
ных условиях. К тому ж е по дождемерам можно учитывать осадки лишь
в лесу и на небольших полянах. Н а обширных безлесных пространствах
дождемеры дают погрешность в сторону преуменьшения.
Определение количества выпадающих осадков под пологом леса по
дождемерам, количество которых должно быть в пределах 15—25, про­
водят лишь в древостоях, находящихся вблизи жилья наблюдателей, и
где поэтому можно легко оттаивать снег и измерять количество воды.
Отсчет осадков в измерительном стакане проводят по нижнему краю
мениска в целых делениях. Число отсчитанных делений наблюдатель з а ­
носит в книжку. Если количество вылитой из дождемера воды не займет
д аж е половины нижнего деления стакана, наблюдатель пишет в книжке
нуль, который указывает, что осадки были, но в малых количествах.
Если при измерении осадков их количество превысит 100 делений стака­
на, то измерения проводят частями, сливая осадки несколько раз в ста­
кан. В книжке все отсчеты записываются отдельно. До установки осадкомеры проверяют на отсутствие течи. Одновременно специальным шаб­
лоном проверяют величину их приемной площадки. При проверке на течь
осадкомер ставят на сухой лист бумаги. Дождемеры наполняют водой
комнатной температуры. При обнаружении течи шов запаивают.
Н ар яд у с осадками необходимо учитывать и сток со стволов. Д л я это­
го применяют приствольные воронки, сделанные из старых автомобиль­
ных покрышек или железа. Помимо приствольных воронок, к дереву
можно прикреплять спирально расположенные лотки, охватывающие
всю его окружность. По этим водосливным установкам вода поступает
в специальные водоприемники, и затем ее количество измеряется в мил­
лилитрах. Приствольные водосливные установки прикрепляют к деревь­
ям различной толщины. Д л я каждой четырехсантиметровой ступени
толщины выбирают для учета стока по два-три дерева, средних по фор­
ме и размерам кроны. Кроны каждого дерева измеряют в шести на­
правлениях, измеряют такж е и диаметр деревьев. Д ля каждого харак­
терного древостоя используют 10— 15 приствольных воронок. Объем во­
ды, стекшей по стволам, делят на площадь проекции кроны, выраженную
в квадратных сантиметрах, и полученный результат переводят в миллимет­
ры. Данные стока по стволам, выраженные в миллиметрах, для каждой
ступени умножают на число стволов в ступени, затем эти произведения
суммируют и делят на общее количество деревьев на пробной площади
или на 1 га. Полученная величина и равняется числу миллиметров осад­
ков, стекающих по стволам на поверхность почвы.
Поступающую через кроны или ж е стекающую по стволам на поверх­
ность почвы воду подвергают химическому анализу, воду для анализа
берут из стеклянных водоприемников.
8
В настоящее время промерзание и оттаивание почвы определяют при
помощи мерзлотомера Данилина. Мерзлотомеры устанавливают в наи­
более распространенных типах леса, в древостоях различного состава,
возраста и различной сомкнутости, а такж е на прогалинах, лесосеках
различной ширины и полях.
Глубину промерзания и оттаивания почвы определяют мерзлотомером по величине столбика замерзшей воды в резиновой трубке (типа
почвенных термометров), вбуравленной в землю на глубину до 160 см.
Резиновую трубку наполняют дистиллированной водой. Внутри трубки
пропущен пучок из четырех ■
— шести хлопчатобумажных или льняных
ниток, которые не позволяют столбику замерзшей воды перемещаться
вниз.
В период таяния снега следует установить величину оттаивания льда
как в верхнем конце резиновой трубки, так и на нижней границе ледя­
ного столбика. Мерзлотомер Данилина применим для районов с большой
глубиной промерзания почвы. В районах, где глубина промерзания поч­
вы не превышает 5 см, мерзлотомер Данилина неэффективен. Раз в месяц
глубину промерзания почвы корректируют шурфованием или же буре­
нием.
Степень промерзания почвы при трехкратном определении выясняет­
ся по ямам, вырытым лопатой при слабом и ломом при сильном промер­
зании почвы. Ямы роются на расстоянии 5— 10 м. одна от другой между
кронами деревьев, вне сферы стока осадков в почву по ветвям. В к а ж ­
дом случае глубина ям на 20 см должна превышать глубину промерза­
ния. В период оттаивания почвы весной число ям увеличивается до пяти.
По степени промерзания почвы делятся на три группы.
1. Почва сильно промерзшая. При бурении бур скользит, не углуб­
ляясь в почву. При шурфовании почва крошится на мелкие куски. Почва
твердая, как камень.
2. -Почва при шурфовании распадается на отдельные глыбы. Почву
можно рыть ударами лопаты. Промерзание почвы среднее.
3. Слегка затвердевший от мороза грунт. Трудностей для земляных
работ не представляет. Н иж няя граница промерзания определяется по
кристаллам льда, обнаруживаемым при помощи лупы.
Оттаивание почвы выясняется таким же методом. Следует лишь о б р а ­
щать внимание, что оно происходит и сверху и снизу, поэтому глубину
оттаивания надо регистрировать как с внешней, так и с внутренней сто­
роны.
При проведении наблюдения желательно установить связь глубины
и степени промерзания с суммой отрицательных температур, а оттаива­
ния — с суммой температур положительных. Обнаруженную взаимо­
связь для древостоев различных типов леса целесообразно изобразить
графически, отложив на оси абсцисс время, а на оси ординат степень
промерзания почвы.
.При гидрологических исследованиях для учета поверхностного стока
и впитывания воды в почву сооружают инфильтрационные (4X 5 м)
(рис. 1), элементарные, комбинированные (рис. 2) и воднобалансовые
площадки, а та кж е используют водосливы на естественно отграниченных
малых и больших водосборах. Возможные размеры микроплощадок:
ширина 1 м, длина 2— 5 м. Разм еры элементарных площадок могут на­
ходиться в пределах 200—6000 м2, комбинированных — в пределах
1000— 12 000 м 2 и воднобалансовых— в пределах 1000— 10 000 м2.
При экспедиционных исследованиях следует применять микропло­
щадки. Н а таких площадках сток учитывается применением искусствен­
ного дождевания.
Микроплощадки с двух длинных сторон ограждаются досками ши­
риной 25—30 см. Ширина досок увязывается с глубиной залегания в поч­
ве горизонта В, в который доски углубляют на 5 см. Минимальная
.
9
Р и с. 1. С х ем а
и н ф и л ьт р а ц и о н н о
п л о щ а дк и (р а зм ер ы в с м )
А — сосуд для монолита почв; Б дно для стока инфильтрационно:
воды; В — лоток для стока воды
Г — сосуд для приема воды; Д . стенки сосуда; Е — лоток для прие
ма воды, стекающей с поверхности
Ж — лоток для стока воды с гори
зонта В'; 3 — сосуд для приема вс
ды, стекающей с поверхности; И сосуд для приема воды с горизсн
та В'
•
Поле
Р и с. 2. К ом би н и р ов ан н ы е площ адк ]
в п о л е с в р езо м в л е с н а разнун
гл у б и н у (р а зм ер ы в м )
длина доски 2,1 м. При длине площадки 4 м доски укладывают внахлест
с каждой стороны площадки.
В нижнем конце площадки вставляют лотки из листового железа.
Один край лотка загибают под прямым углом. Длина каждого лотка
60 см. При ширине площадки 100 см в почве на одной и той же глубине
устанавливаю т внахлест два лотка. Верхние лотки вставляют в верти­
кальную стенку траншеи на глубине 5 см от поверхности почвы, сред­
н и е — на 25— 30 см и нижние — на 50—60 см. Д ля облегчения вгона
лотка в почву почвенным ножом прорезают щель, куда вставляют отогну­
тый край лотка, который углубляют на всю ширину края. Все лотки уста­
навливают с уклоном к одной стороне площадки, и в конце лотка поме­
щают водоприемник. Сток воды в процессе дождевания учитывается по
следующей форме (форма 1) (в мм):
Начало дож ­ Перерыв дож ­
девания, вре­ девания, вре­
мя (часы,
мя (часы,
мин.)
мин.)
Начало внутИзрасходова­
Начало поверх­ рипочвэннэго
но воды В
5-минутный ностного стока, стока, вр_'мя,
врзмя (часы,
(часы, мин.)
интервал, л
мин.)
Сток за отдельный
отрезок времени
лов?рхн<зстный
внутрипочвенный
Перед дождеванием вокруг площадок определяют с трех-, пятикрат­
ной повторностью влажность почвы по 10-сантиметровым слоям последо­
вательно от поверхности в глубь почвы. Затем устанавливают объемный
вес почвы, а в лаборатории удельный вес твердой фазы почвы.
В 10 местах, взятых произвольно, но однородных с площадкой, опи­
сываю т видовой состав покрова на площадках размером 0,25 м2, среза­
ют травяной и ягодниковый покров, который затем сортируют по видам
и взвешивают. После этого мох и подстилку сдирают и также взвешива­
ют, затем отдельно для подстилки и мха в алюминиевые стаканчики бе­
рут пробы на влажность с пятикратной повторностью. Через 12 часов по­
сле дождевания почвенный покров и подстилку собирают с площадки,
взвешивают, берут пробу на влажность мха и подстилки, а также в л а ж ­
ность почвы по 10-сантиметровым горизонтам.
Микроплощадки заклады ваю т в разных типах леса и древостоях раз­
личного состава, разного возраста и различной сомкнутости, а также на
безлесных площадках, т. е. на полях и вырубках различной давности.
З а к л а д к а площ адок в разнообразных условиях помогает получить пред­
ставление о гидрологических особенностях почвы в древостоях и позво­
ляет установить ее гидрологические свойства.
Недостаток применения микроплощадок состоит в том, что они не­
сколько преуменьшают количество воды, впитывающейся в почву. Вели­
чина впитывания воды в почву и грунт несколько полнее устанавливается
при помощи элементарных площадок.
Элементарные площадки применяются с целью выявления стока в од­
нородных условиях: на полях — при одинаковых рельефе, механическом
составе почвы и способе ее обработки; в лесу — при однородной структу­
ре почвы в различных по составу, возрасту и сомкнутости древостоях.
Р асполагая группой такие площадки, которые отличаются одним
каким-либо признаком или условием, гидролог получит возможность
оценить влияние этого признака или условия на сток. Таким путем мож­
но выявить влияние на сток уклона местности, состава растительности,
способов обработки почвы и т. п.
На элементарных стоковых площадках больших размеров количест­
во воды, впитываемой в почву и грунт, выявляется полнее. При помощи
элементарных стоковых площадок изучают в основном также поверхно­
стный сток, и только в больших водосборных бассейнах учитывают как
поверхностный, так и выклинивающийся грунтовый сток. В больших
И
водосборных бассейнах на сток оказывает влияние еще один, новый ф;
т о р — испарение. Чем больше размеры элементарных стоковых плои
док, тем лучше можно изучить поверхностный сток. Однако с увели1
нием их площади сильнее проявляется воздействие различных фактор
и изучение поверхностного стока заметно осложняется. Поэтому не е
элементарные стоковые площадки дают возможность лучше выяви
влияние конкретных условий стока и облегчить разработку мер по i
реводу поверхностного стока в грунтовый.
Наблюдения на стоковых площ адках могут обеспечить точные выво/
в тех случаях, когда речь идет о таких частных вопросах, как, наприме
потери стока и особенности его формирования в пределах склона по;
занятого определенной культурой, вырубки или типа леса.
Наблюдения на элементарных стоковых площадках следует пров
дить очень точно, иначе влияние тех или иных факторов на сток не б
дет установлено. Стоковые площадки позволяют количественно опред
лить зависимость поверхностного стока от характера склонов и особе
ностей почвы в разных типах леса и в древостоях различного состав
возраста и сомкнутости, а такж е на вырубках различной интенсивное!
и размеро-в, от способов очистки лесосек, методов трелевки, а на полях влияние крутизны склона, продольной и поперечной пахоты, вида кул:
тур и т. п.
Н а элементарных площадках необходимы длительные наблюдени:
которые помогут/выяснить влияние на сток различных метеорологичеокг
факторов (например, промерзания почвы, количества осадков, режик
снеготаяния, интенсивности ливней и т. д .) .
По целевому 'назначению и особенностям устройства элементарны
площадки разделяются на три группы: 1) площадки для изучения пс
верхностного стока; 2) площадки для изучения водопроницаемости
влатоемкости почвы; 3) воднобалансовые площадки для изучения пс
верхностного и грунтового стока.
У
элементарной стоковой площадки характер рельефа и угол накл
на должны быть одинаковыми на всем ее протяжении.
Перед устройством площадки тщательно провешивают боковые т.
нии. В лесу на расстоянии 0,25 м в ту или другую сторону от визирно
линии тщательно выбирают корпи. На суглинистых почвах на глубин
до горизонта В убирают весь слой почвы. В образовавшуюся траншеь
насыпают тяжелый суглинок, который тщательно трамбуют. Из суглинк;
устраивают такж е утрамбованный бортик. Допустим бетонный борти]
и д а ж е бортик из просмоленных досок. Однако бетонный бортик будет
бесспорно, долговечнее и прочнее. У верхнего конца площадки, с ее внеш
ней стороны, устраивают отводную канаву для задержки воды, поступа
ющей со стороны. В нижнем конце площадки выкапывают траншею, i
которой монтируют водосборный лоток. Д л я лотка целесообразно ис
пользовать распиленные пополам цементно-асбестовые трубы. Н ад лот
ком со стороны площадки монтируют водосливные козырьки. Одна и>
сторона углубляется в почву, а другая полностью закрывает прилега
ющий край лотка.
Н а д лотком « з листового ж елеза или досок устраивают крышу с тем
чтобы предотвратить поступление в лоток атмосферных осадков. Вода
по лотку поступает в павильон, заглубленный в землю. Во избежание
образования сугробов снега в конце площадки, крыши павильонов,
устраиваемых у нижнего конца лотка, (возвышаются над поверхностью
земли не более чем на 30 см. На лесных площадках, где не было сугро­
бов, это требование можно не выполнять.
Через приемное отверстие в стенке павильона вода поступает в при­
емный бак. Водоприемные баки делаются из металла. Они представля­
ют собой четырехугольный бассейн, разделенный сверху на три отсека:
12
.приемный, водомерный и водосливной. В водомерном отсеке помещают
поплавок самописца «Валдай». Все отсеки сообщаются между собой
внизу.
‘Самописцы, регистрирующие уровень воды в водоприемном баке,
устанавливаю т независимо от бака, на особых кронштейнах, прикреп­
ленных к стенке павильона. При наблюдении за поверхностньвм стоком
на площадках необходимо быть внимательным и точно учитывать коли­
чество воды, проходящей через приемный бак.
После окончания весеннего стока самописцы следует снова выверить.
Часовой механизм надо заводить ежедневно; это позволит учесть сток
во время ливневых осадков, особенно на стоковых площадках, а при з а ­
тяжном дожде и на водосборных бассейнах.
Воднобалансовые площадки устраиваются в таких местах, где под
площадкой имеется водоупорный горизонт из глины или тяжелого суг­
линка. Если такой горизонт находится близко ж дневной поверхности, то
по контуру площадок заклады ваю т экран из плотной мятой глины. Тол­
щина экрана не менее 25 см. Экран закладывают на всю толщину грун­
та до водоупорного слоя и заглубляют в него на 30 см. Верхнюю часть
эк р а н а заканчивают валиком, возвышающимся над поверхностью почвы
на 20 см.
В нижней части воднобалансовой площадки устраивают бетонную
стенку, врезанную в водоупор. Н иже стенки делают павильон с водопри­
емными устройствами. Поверхностный сток собирают с обычного бетон­
ного лотка, а грунтовый— при помощи железной трубы, расположенной
на водоупорном слое.
Н а воднобалансовой площадке водоприемные устройства для поверх­
ностного и грунтового стока устанавливают отдельно. На этих же пло­
щ ад ках строят колодцы для наблюдения за уровнем грунтовых вод.
Комбинированные площадки делают та к же, к а к и элементарные. От
элементарных комбинированные площадки в основном отличаются тем,
что их нижняя часть уходит на то или иное расстояние в лес. Обычно се­
рия прилегающих одна к другой площадок врезается в лес на 10, 20, 40,
60, 80 и 100 м. Расположение комбинированных площадок в лесу помо­
ж ет выяснить предельную
ширину
лесных
водопоглотительных
полос.
Основными гидрометрическими установками являются водосливы.
Они обеспечивают высокую точность измерений, удобство эксплуатации
и долговечность.
Водосливы делают тонкостенными, с углом выреза 45— 120°. Угол
45— 60° применяют для расчетных расходов воды 150—200 л/сек, угол
60—90° — для расходов воды свыше 1000 л!сек (рис. 3). Водосливные
сооружения бывают железобетонными и деревянными, однако водослив­
ные щитки всегда должны быть металлическими.
Перед началом строительства водосливных сооружений составляют
рабочий или технический проект с детальным гидравлическим, гидроме­
ханическим и статистическим расчетами.
13
При изыскании составляют крупно­
масштабный план (1:100; 1:200 или
1 : 500) участка. На плане отмечают ме­
сто сооружения водослива, геологические
данные его створа, продольный профиль
русла. К плану прилагают расчет макси­
мального расхода воды.
Размер сооружения и его водосливной
части зависит от максимального расхода
воды. Большое значение имеет также рас­
чет фильтрации воды из верхнего бьефа
(фильтрация, особенно при малых напо­
рах воды, должна быть исключена).
При наличии зимнего стока, будку
самописца утепляют. Необходимо предот­
вращать охлаждение стенок и дна колод­
ца, в который помещают поплавок
самописца. Чтобы устранить замерзание,
колодца, у лесных водосливов создают
теплоизоляцию из подстилки и листвы на
поверхности стенок колодца и трубы, про­
веденной от ручья до колодца.
Д л я установки самописцев необходи­
мы будки, в которые мог бы войти наблю­
датель (рис. 4). В будке желательно иметь столик и табурет. В зимние
месяцы на пол будки укладывается 10— 15-сантиметровый слой подстил­
ки или листвы, который предотвращает промерзание колодца. Будки м а­
лых размеров нецелесообразны.
Самописец в будке ставят на столбах, вкопанных глубже промерзаемого слоя почво-грунта.
Труба, соединяющая колодец, должна быть диаметрам 8— 10 см. Ее
располагают над дном колодца таким образом, чтобы в колодец мот
углубиться поплавок самописца.
Н а сооружение водослива необходимо ставить реперные мерки и
систематически проверять их уровень.
Внутри будки устанавливают печь-времянку, которую периодически
протапливают.
Д л я обнаружения фильтрации под водосливное сооружение или в
обход его применяют флюоресциновый порошок. Водосливные щиты не­
обходимо систематически тарировать. Тарировку производят объемным
способом при помощи предварительно тарированных переносных мер­
ных сосудов (Урываев В. А., 1953).
Изучение стока на водосборных бассейнах преследует разнообраз­
ные цели. Водосливные сооружения строят для определения величины
стока в лесу и в поле, а такж е для выяснения влияния на сток различ­
ных типов леса, состава и возраста древостоев, различных способов и
размеров вырубок. На полях при помо'щи водосливных сооружений вы­
ясняется влияние на сток разных типов почв, агротехнических меропри­
ятий, различных видов культур и условий рельефа.
Столь разнообразные требования, предъявляемые к водосливным со­
оружениям, вызывают систематическое усовершенствование их конст­
рукций и способов учета поступающей к ним воды.
Влияние лесистости на поверхностный сток нельзя выявить по ком­
бинированным и воднобалансовым площадкам. Эту задачу могут ре­
шить только водосборные бассейны площадью от 0,3 до 1 км2 или в
исключительных случаях — 0,15 к м 2. Серия водосборных бассейнов ори­
ентируется водостоками на северные румбы, а склоны на запад и на во­
сток или же на западные со склонами на северные и южные румбы. Скло­
14
ны должны иметь одинаковые почвенно-грунтовые условия, без залега­
ния известняков или меловых отложений вблизи поверхности почвы и не
покрытые с поверхности мощным слоем суглинка или глины.
При проценте лесистости около 20 лес захватывает по периферии во­
досбора бровки балки, затем прерывистые 'полосы на протяжении всей
длины склонов и куртины до 0,05—0,1 га в верховьях, в середине и в.
нижней части балки.
Д л я учета стока в конце избранного водосборного бассейна соору­
жается треугольный водослив с самописцем для учета стекающей воды.
При лесистости около 40% лес куртинами располагается по берегам
временного водотока на продольных склонах прерывистыми полосами
разной ширины от 10—30 ж и по бровке балки.
При лесистости около 60% сплошь покрыты лесом верховья балки
до '/2 ее длины и нижняя часть балки. Леса выходят почти на всем своем
протяжении на бровки склона.
При 80%) лесистости прогалины расположены в различных частях
водосбора, нередко на склоне одной экспозиции они занимают большую
площадь, а на другой меньшую. Бровки склонов, почти сплошь покрытые
лесом, полностью облесенные балки и лога не имеют открытых площа­
дей, опасных в эрозионном отношении.
Идеального расположения облесенных частей или же безлесных уча­
стков по площади ландш аф та добиться, естественно, трудно. Следова­
тельно, и коэффициент стока, в зависимости от облесенности бассейна,
не отражает функциональную кривую. После обработки данных по сто­
ку коэффициенты его подвергают некоторому выравниванию графиче­
ским способом или же отыскиванием формул по таблице, характеризу­
ющей зависимость коэффициента стока от процента лесистости.
Эти водосборы позволяют выяснить изменение стока не только з
зависимости от лесистости, но и механического состава почвы, глуби­
ны залегания уровня грунтовых вод, а в зональном разрезе от генети­
ческого типа почв и степени заболоченности ландшафтов.
На основании малых водосборов может быть выяснена роль гори­
зонтального расчленения водосборных бассейнов, определяемая, длиной
гидрографической сети на 1 к м 2 площади.
Если будет определяться влажность почвы на водосборных бассей­
нах, а это желательно, то, при наличии данных по влажности, может
быть определена фильтрация вод в глубокие слои грунта по разнице
запасов влаги осенью и запасов весной — через две недели после исчез­
новения снега с учетом осадков, выпавших за этот период. В летний
период в лесостепной зоне осадки проникают в толщу суглинистой поч­
вы не более чем на 30 см.
Испарение с поверхности почвы и расход на транспирацию травяной
растительностью определяют по испарителям Попова и видоизмененным
испарителям Рыкачева с круглым сечением, равным 500 см2 и высотой
50 см. Видоизмененный испаритель Рыкачева имеет два дна: верхнее
с отверстием и нижнее — сплошное. В пространстве между ними скоп­
ляется просочившаяся вода. Испаритель Рыкачева имеет футляр, сече­
нием несколько больше испарителя. Футляр закапывают в почву, и в не­
го вставляют испаритель, заряженный монолитом почвы с ненарушен­
ной структурой.
Комплект испарителя Попова представляет собой две пары сосудов
цилиндрической формы из оцинкованного железа. К а ж д а я пара состоит
из наружного и внутреннего сосудов. Внутренние сосуды обеих пар з а ­
ряжаю тся монолитом почвы. По своему устройству внутренние сосуды
совершенно тождественны (высота 25 см, площадь сечения 500 см2).
Дно этих сосудов изготовляют из латунного сита с ячейками размером
0,25— 1,0 мм. У одного наружного сосуда ситообразное дно, а у друго­
го — сплошное.
15
Сосуд с дном из латунного оита, закрытый вместе с вставленным в
него внутренним сосудом, служит лизиметром. Монолит почвы, находя­
щийся во внутреннем сосуде, через двойное сито капиллярно замыкает­
ся с нижележащими слоями почвы. Б лагодаря этому вода может сво­
бодно передвигаться как вверх, так и вниз.
Сосуд с глухим дном служит эвапорометром. Н а его дно сначала
устанавливают водосборный сосуд, в который вставляют внутренний со­
суд с монолитом почвы. В этом сосуде совершенно исключена возмож­
ность передвижения влаги как из монолита в нижележащие слои, так
и, наоборот, из глубоких слоев к (монолиту. Следовательно, такой при­
бор может учитывать лишь суммарную величину испарения с поверх­
ности почвы и осадков. При каждом взвешивании сосуды с монолитами
меняют местами. Сосуд, бывший в эвапорометрическом положении, ста­
новится в лизиметрическое. У сосудов с глухим дном необходимо хоро­
шо пропаивать не только вертикальный шов, но и швы дна.
Основной недостаток испарителя состоит в том, что металлическая
сетка в дне наружного и внутреннего сосудов не обеспечивает н ад леж а­
щего стыка почвенного монолита с нижележащими слоями. Монолит
оказывается как бы изолированным от почвы, вследствие чего показате­
ли испарителя отклоняются от действительных. Поэтому мы пользова­
лись видоизмененным испарителем Рыкачева.
Под пологом леса и на безлесных площадях в испаритель заклады­
вали образцы тех видов травяного покрова, которые чаще всего встре­
чаются, причем в каждый испаритель помещали монолиты только с од­
ним видом растений, т. е. в каждом испарителе находились раститель­
ные группировки или чистые, или с одним видом покрова. Д л я каждого
вида покрова з аряж ается по два испарителя.
Если между днищами испарителя после дождей накапливается вода,
его первоначально взвешивают с водой, затем воду выливают в отвер­
стие верхнего дна и снова взвешивают.
Учет испарения с травяного, мохового и мертвого покрова и под­
стилки начинают после исчезновения снега и заканчивают в конце
ноября. Испарение с покрова и почвы определяют по формуле:
Е = 0,02 (q — qi) — tn + р,
где q — предыдущий вес испарителя, г;
<7i— последующий вес испарителя;
т — просачивание воды, мм\
р — количество осадков, мм;
0,02 — множитель для перевода количества испарившейся влаги из
граммов в миллилитры для испарителей площадью 500 см2.
В зимнее время определяют испарение со снегового покрова. Сосуды
со снегом такж е взвешивают два раза в сутки: утром и вечером.
Ветреные дни и дни с осадками из расчета испарения исключаются.
Одновременно с учетом испарения и транспирации покрова ведут
наблюдения за влагоемкостью подстилки и мха. Д л я этого на метал­
лические латунные сетки (с ячейками размером 1 мм2), оправленные
в деревянные рамы размером 0 ,5 x 0 ,5 м, укладывают моховой покров и
подстилку, которые сдираются с поверхности почвы целиком, без нару­
шения естественного состояния покрова. Н а такие же сита без нару­
шения структуры укладывают и мертвую подстилку.
Д л я учета количества влаги, проникшей после дождя сквозь подстил­
ку, под сетки подкладывают железные листы, края которых загнуты по
размера!м рамы с сеткой. Вода с железных листов стекает в особые
приемники, где измеряется ее количество.
Сетки взвешивают два раза в сутки — в 7 и 19 час. При двукратном
взвешивании можно определить не только испарение с покрова, но и
конденсацию им влаги ночью.
16
Изучение влажности почвы — неотъемлемая часть лесогидрологиче­
ских исследований. Порядок определения влажности почвы и запись
ведутся по форме 2:
Журнал определения влажности почвы
Д ата в зя­
тия об­
разц о в и
номер
скважины
Г лу­
бина
взятия
образ­
ца, см
Вес п ус­
того ста­
канчика,
г
Вес ста­
канчика
с сырой
почвой, г
Вес ста­
канчика
с сухой
почвой, г
Вес воды
Вес на­
вески (су­ (убыль
после
хая почпросуш и­
«ва), г
вания), г
Влаж­
ность,
% на
сухую
почву
Примечания
(температура
почвы, глуби­
на промерза­
ния, мбщность
снегового пок­
рова, глубина
промачивания,
характер по­
верхности
почвы, фаза
растений
и т. д.)
•ТГак как водный режим почв, в частности их влажность, находится в
тесной зависимости от свойств отдельных генетических горизонтов,
влажность почвы следует изучать по отдельным генетическим горизон­
там. Д л я удобства подсчетов запасов влаги образцы почв для определе­
ния влажности берут отдельно для подстилки, затем с глубины 0—5 см
и далее через 10 см глубины до 60 см включительно, после чего образцы
начинают брать через каждые 20 см до глубины 5—6 м от поверхности
почвы.
Каждый 10—20-сантиметровый слой, с которого берут образцы для
определения влажности почвы, относится к тому или иному генетиче­
скому горизонту, обозначенному индексом.
Влажность почвы определяют для наиболее распространенных в во­
досборном бассейне типов леса и в древостоях различного возраста, со­
става и сомкнутости, причем наибольшее внимание обращают на те
участки леса, которые наиболее сильно влияют на гидрологический ре­
жим водосборного бассейна.
Влажность почвы определяют иногда через 15 дней, однако предпоч­
тительнее определять ее один раз в месяц.
В каждый прием образцы на влажность почвы берут с пяти-, шести­
кратной повторностью и распределяют в различных местах выдела с
одинаковой морфологией и однородным механическим составом почв.
Влажность из года в год изучают на одной и той же почве и в одном
и том ж е древостое. Чтобы получить достоверные данные, влажность
почвы необходимо изучать в течение 10 лет.
Если на водосборном бассейне почвы разной структуры, то в л а ж ­
ность изучают на всех наиболее распространенных их видах, оказываю­
щих влияние на гидрологический режим бассейна.
На всех участках, где исследуют водный режим почв, обязательно
изучают все водно-физические свойства почвы.
Абсолютные данные влажности почвы нужно оценивать самостоя­
тельно для каждого подгоризонта. При этом следует исходить из величи­
ны его максимальной гигроскопической и полной влагоемкости, полную
влагоемкость, конечно, определяют без нарушения структуры почвы.
Запасы влаги в слое почвы толщиной 10 см определяют по формуле:
В = аб,
где а — средний процент влажности почвы в слое толщиной 10 см; б —■
объемный вес почвы в этом слое.
Общий запас влаги в исследуемой толще почвы определяют сумми­
рованием запасов во всех 10-сантиметровых горизонтах.
На основании всех перечисленных данных транспирацию древостоя
вычисляют по формуле:
т = в0- в 1+ ос + сс- и с у т - о - с ,
2 А. Молчанов
17
где Т — транспирация древостоев совместно с транспирацией подроста;
В 0-— запас влаги в почве в начале периода наблюдений; В\ — запас вла­
ги в почве в конце периода наблюдений; Ос— осадки под пологом леса;
Сс — сток осадков в почву по стволам; Я сумм.— суммарное испарение
травяной растительности и мохового покрова; О — отток грунтовых вод;
С—сток поверхностный. Все величины берут в мм.
По .приведенной формуле определяют транспирацию для всех древо­
стоев, в некоторых учитывают приходо-расходные статьи водного б а ­
ланса.
Аналогичным образом учитывается транспирация и сельскохозяйст­
венных растений.
Н аряду с этим способом транспирацию определяют и физиологиче­
ским путем. Его предложил Л. А. Иванов (1918) под названием термове­
сового способа.
Транспирация по методу Л. А. Иванова устанавливается взвешива­
нием на специальных весах веточек немедленно после срезания их с де­
рева. При срезании веточек применяют парафин. После срезания веточ­
ку взвешивают на технических весах, вмонтированных в специальный
застекленный ящик с открывающимися с боков дверцами, затем на 3 ми­
нуты веточки подвешивают к месту среза и снова взвешивают на весах.
При трехминутном прикреплении веточки к дереву определяют тем­
пературу и относительную влажность воздуха, облачность и скорость
ветра.
Так как между температурой воздуха и интенсивностью транспирации
существует прям ая связь, Л. А. Иванов (1951) составил специальную
таблицу зависимости интенсивности транспирации от температуры воз­
духа. Под интенсивностью транспирации всегда подразумевается вели­
чина потери воды в миллиграммах на 1 г сырого веса листьев в 1 час
(м г/г-ч а с ).
Чтобы установить затрату воды на транспирацию, необходимо опре­
делить транспирационное число, вы ражаю щ ее собой транспирацию 1 г
зеленой сырой массы за одну минуту или весь транспирационный период,
затем в сухом состоянии и в целом для отдельных деревьев. Д л я иллю­
страции приводится таблица, характеризующая вес отдельных частей
дерева в переводе на гектар (табл. 1).
Т аблица 1
Вес отдельных частей 30-летнего дубового древостоя в свежесрубленном
и абсолютно сухом состоянии (в т /га )
Сырой вес
Абсолютно
сухой вес
Содержание
воды
Число де­
ревьев на
1 еа
Средний
диаметр,
см
2170
2170
10,2
—
Ствол
К ор­
ни
Ветви
Л и­
стья
Усох­
шие
ветви
130,07 19,95 30,36 12,30 12,18
69,36 11,01 15,34 4,47 9,84
60,71
8,94 15,02
7,83
2,34
Годич­
ные
побеги
Кор­
ни
Общий
вес
3,04
1,15
18,21 226,11
9,71 120,88
1,89
8,50 105,23
В стволах содержится большое количество воды. Но даж е в этой от­
носительно инертной структуре оно меняется от основания к верхушке
ствола и от периферии к центру. У деревьев с хорошо дифференцирован­
ной ядровой древесиной воды в ядре меньше, чем в заболони. У боль­
шинства деревьев содержание воды в древесине подвержено большим
сезонным изменениям.
В наших условиях стволы деревьев содержат максимум воды весной
(80% от сырого веса) перед раскрыванием почек. В течение лета коли­
чество воды уменьшается и достигает минимума в конце августа — нача­
18
ле сентября, т. е. перед 'началом листопада (45—50% от сырого веса).
В ноябре оно снова повышается до 70% и на этом уровне держится всю
зиму. В течение суток максимальное количество воды бывает перед вос­
ходом солнца и минимальное около 16— 17 часов.
ВПИТЫВАНИЕ
И ИНФИЛЬТРАЦИЯ ВОДЫ ПОЧВОЙ
Д л я определения коэффициента впитывания и инфильтрации воды
существуют полевые и лабораторные методы. Один из полевых методов
предусматривает использование прибора М. И. Блинова. Этот прибор
состоит из бака с водомерной трубкой, регулятора с поплавком, позво­
ляющим поддерживать постоянный слой воды, стального цилиндра с ре­
шетами и резинового шланга. Кроме прибора Блинова, для определения
коэффициента впитывания и фильтрации
необходимо иметь бочку для подвоза во­
ды, ведро, литровые кружки, марлю, тер­
мометр для
измерения
температуры
воздуха, термометр для измерения тем­
пературы воды, кувалду,
маленькую
шанцевую лопату, часы, миллиметровую
линейку и деревянный брус.
Прибор Блинова сделан так, что ци­
линдр и расходный бак имеют одинаковое
сечение, равное 0,1 м2 (диаметр 35,7 см).
В этом случае одно деление водомерной
трубки диаметром В 1 СМ соответствует Рис. 5. О пределение направления грунО бъ ем у
В 1 Л.
тового потока по трем точкам
При любых лесогидрологических ис­
следованиях необходимо детально изучать гидрологические условия ме­
стности, чтобы получить ясное представление о глубине залегания грун­
товых вод, мощности водоносного горизонта и его дебите. Наряду с этим
следует определить направление грунтового потока, глубину залегания
и рельеф водоупорной породы. В процессе гидрогеологических исследо­
ваний необходимо проводить гидрогеологическую съемку, опытно-инфильтрационную откачку и налив воды в скважину, а также наблюдения
за режимом грунтовых вод.
Целью гидрогеологической съемки является изучение геологического
строения местности и водоносных горизонтов грунтовых вод. При изу­
чении геологического строения местности необходимо исследовать все
естественные обнажения и в дополнение к этому провести специальные
буровые работы. Н. С. Бирюков (1959) рекомендует проводить буровые
работы по гидрогеологической съемке следующим образом. Н а местно­
сти заклады ваю т треугольник буровых скважин со сторонами не менее
100 м. Скважины бурят до водоупорного горизонта грунтовых вод. В про­
цессе бурения определяют геологический возраст и литологический со­
став пройденных пород, глубину залегания и мощность водоносного го*
ризонта, а такж е направление грунтового потока.
П реж де чем определить направление грунтового потока, по сторонам
треугольника проводят нивелировку, во время которой устанавливают
отметки над уровнем моря для каждого угла и уровень грунтовых вод,
пересчитанный на высотные отметки. После этого направление грунтово­
го потока определяют графически (рис. 5).
Допустим, что отметка уровня воды в точке А равна 50 м, в точке
С — 45 ж и точке В — 46 м. Разделив прямую АС на пять равных частей
(соответственно превышению точки А над точкой С) и соединив затем
точку Д, соответствующую высотной отметке 46 м, с точкой В, имеющей
ту ж е высотную отметку, получим линию залегания равной высоты, т. е.
2*
19
линию простирания BD. Перпендикуляр АЕ, опущенный на прямую BD,
даст наибольшее падение, определяющее направление потока АЕ. Деля
превышение точки А над точкой Е, .равное а, на расстояние АЕ, равное
/, находим уклон грунтового потока по формуле:
а
1= 7 '
Установив уклон грунтового потока, перпендикулярно к направле­
нию потока заклады ваю т первый створ буровых скважин. По этим сква­
жинам определяют напластование пород и глубину залегания грунтовых
вод в разных точках исследуемого района. Затем перпендикулярно к пер­
вому ряд у заклады ваю т второй ряд буровых скважин. По второму ряду
определяют протяженность водоносного горизонта по простиранию по­
тока. Затем параллельно первому ряду закладывают еще два створа
буровых скважин, чтобы выявить сложность геологического строения.
Буровые скважины заклады ваю т с таким расчетом, чтобы они отра­
зили все особенности рельефа и состава растительности (леса, луга, паш ­
ни и болота). Особое внимание следует обратить на лесную раститель­
ность и связь уровня грунтовых вод с лесом и сельскохозяйственными
угодьями. Поэтому очень важно один створ заложить в -поле и в лесу
перпендикулярно к стене леса. При закладке последнего створа буровых
скважин надо учесть различие в типах лесов, а такж е в составе и возра­
сте древостоев с целью выявить влияние этих особенностей на измене­
ние уровня грунтовых вод.
В процессе бурения ведется описание пройденных пород по форме 3:
Область
Район
(подробное указание местонахождения)
Номер скважины
Абсолютная высота места заложения или другие высотные данные
Номер
образца
Геологический
возраст и ге­
нетический
тип породы
Описание
пройден­
ных пород
Глубина залеган и я,
м
кровли
подошвы
Мощность
слоя, м
Глубина по­
явления воды,
м
Устано­
вившийся
уровень
вод, м
После гидрогеологических исследований определяют дебит скважин
и коэффициент фильтрации водоносных пород.
Д л я решения указанных вопросов выбирают специальный участок,
на котором удобно сбрасывать и подводить воду. На участке отводят
место для центральной скважины, а такж е для нескольких наблюдатель­
ных скважин. Расстояние от центральной скважины, из которой происхо­
дит откачка или налив воды, до наблюдательных скважин зависит от
водовмещающей породы и изменяется по закону геометрической прогрес­
сии. Д л я плохо фильтруемых пород оно равняется 2, 4, 6, 8, 16 м, для хо­
рошо фильтруемых 5, 10, 20, 40 м. Устья всех скважин необходимо занивелировать, а расстояние между шурфами точно измерить.
Центральная скважина оборудуется обсадными трубами. Часть об­
садной трубы, находящуюся в водоносном слое, необходимо перфориро­
вать и снабдить фильтровальной сеткой на всю мощность водоносного
слоя. Наблюдательные скважины доводятся до уровня центральной сква­
жины.
Если дебит воды в скважине незначительный, откачиваемая вода учи­
тывается мерным сосудом; при большом дебите — по числу движений
поршня во время работы насоса. Если работа мешает замеру в централь­
ной скважине, рядом с ней заклады ваю т контрольную скважину, в кото­
рой и замеряют уровень воды.
Откачку ведут в четыре приема: откачка скважины для образования
с наружной стороны фильтрационной сетки естественного фильтра; от­
20
качка скважины при первом понижении уровня воды; откачка при втором
понижении уровня воды; при третьем понижении уровня воды.
Д о начала откачки замеряю т статический уровень во всех скважинах,
после чего пускают в ход насос и отмечают время появления из насоса
г.оды. В-процессе откачки воды при каждом понижении уровня замеряют
уровни воды во всех скважинах и ведут учет количества откачиваемой
воды. Наблюдения за уровнем воды во всех скважинах во время откачки
заносят в журнал (форма 4):
Журнал опытной откачки воды
Номер
буровой
скважины
Р асстоя­
ние от
централь­
ной сква­
жины, м
Время, ча~
Глубина
скважины,
м
и число
замеров
Сведения
о начале
и оконча­
нии о т­
качки
Глубина
уровня
воды, м
Отметка
уровня
воды, м
Расход
воды при
м г/сек
При­
меча­
ния
Д л я обработки данные сводят в следующий журнал (форма 5):
Номер опытного участка
Время откачки от . . . до 19____г. Продолжительность откачки . . .
При понижении уровня в центральном колодце на . . .м . Радиус центрального
колодца . . .м . Дебит при откачке, м?/сек, радиус депресионной воронки . . .ж.
Но­
мер
сква­
жины
Р ас­
стоя­
ние от
ц ент­
ра, м
От метка
уровня
воды до
откачки,
мм
Отметка
уровня
воды при
откачке,
мм
Отметка
дна цен­
трального
колодца,
мм
Пониже­
ние уров­
ня поды,
мм
Высота
слоя воды
в скваж и­
не при о т ­
качке, мм
Примечания
(способ от­
качки, способ
замера деби­
та, перерывы
в откачке
скважины
и пр.)
На основании данных по откачке воды коэффициент фильтрации под­
считывают по формуле:
х
lg —
К
= 0 ,73<? —------ м3/сутки,
у2— ft2
где q — дебит центральной скважины, м 3/сутки; у — высота слоя воды
или ордината депреесионной поверхности в наблюдательной скважине,
м; h — то же в центральной скважине; г— радиус центральной скважи­
ны, ж; х — расстояние между наблюдательной и центральной скважи­
ной, м.
Главное внимание надо обращать на изучение режима грунтовых
вод. Н а режим грунтовых вод оказывает влияние глубина их залегания.
При близком залегании колебание уровня грунтовых вод выражено силь­
нее, чем при глубоком, что вызвано влиянием растительности. Д л я из­
учения влияния растительности на режим грунтовых вод необходимо з а ­
ложить скважины в различных древостоях.
При подобных исследованиях крайне важно провести детальную ни­
велировку с установлением высоты каждой скважины над уровнем моря.
Существенный интерес представляет изучение режима грунтовых вод.
Под режимам грунтовых вод принято понимать явления, характеризу­
ющие изменение состояния и поведения их во 'времени и в пространстве
под влиянием 'климатических, гидрологических, геологических, почвен­
ных, биогенных и различных искусственных факторов, вызывающих ко­
лебание уровня грунтовых вод, изменение их дебита, скорости движения,
химического состава и химических свойств.
Н а режим грунтовых вод большое влияние оказывает мощность зоны
аэрации, которая, в свою очередь, тесно связана с глубиной залегания
грунтовых вод. При близком залегании грунтовых вод от поверхности
21
почвы их годовые колебания в естественных, не нарушенных деятель­
ностью человека условиях обычно невелики. Они редко превышают 18—
20 см. Следует иметь в виду, что колебания уровня грунтовых вод бы­
вают действительные, или истинные, и кажущиеся. Первые связаны с из­
менением количества воды в водоносном горизонте.
При кажущ емся изменении уровня грунтовых вод приход и расход
воды в водоносном горизонте равны, так как колебания вызваны изме­
нением атмосферного давления воздуха в зоне аэрации под воздействи­
ем просачивающейся сверху воды, а такж е под влиянием температуры
почвы в зоне аэрации или же при переводе воды из капиллярного состо­
яния в гравитационное.
Кажущиеся и истинные колебания уровней грунтовых вод, накладываясь друг на друга, вызывают более сложный ход колебаний уровня.
Увеличение зоны аэрации, при прочих равных условиях, обычно приво­
дит к значительному отставанию во времени колебания уровня грунто­
вых вод в связи с изменением метеорологических факторов.
Все изложенное требует проведения длительных стационарных наб­
людений не только за грунтовыми водами, но и за влияющими на них
метеорологическими, гидрологическими условиями, поверхностным сто­
ком и испарением. Существенную роль оказывает состав и быстрота
роста растительности за единицу времени. Влияние лесной растительно­
сти вообще, и особенно различных типов биогеоценозов, очень сложно,
поэтому для осуществления стационарных наблюдений необходимо до
их начала провести детальные геологические и гидрологические иссле­
дования местности, строения ее рельефа, условий залегания грунтовых
вод, состава, возраста и сомкнутости древесной растительности и т. п.
Наблюдательные скважины оборудуются обсадными трубами и филь­
тром. Наблюдения за режимом грунтовых вод в шурфах и тем более в
колодцах не рекомендуются.
Наблюдательные пункты в точках замера уровня воды (край буро­
вой трубы) связываются нивелировкой. Наблюдения заносятся в журнал,
в котором для каждой скважины дается абсолютная (относительная)
отметка края трубы над поверхностью в см, диаметр трубы в см, обору­
дование скваж ины (скважина с фильтром, без фильтра, деревянная
труба), время начала наблюдений (форма 6):
Журнал наблюдений за режимом вод
Дата
Часы
и ми-
Глубина
уровня
воды от
поверх­
ности зем­
ли, м
Относи(абсолют-
воды
О тм етка о
взятии проб
воды для
анализа деби­
та воды и
температуры
Состоя­
ние п ого­
ды
Сведения
о павод­
ках
Состояние
пункта и не­
обходимый
ремонт
Наблюдения за уровнем грунтовых вод на некоторых наблюдатель­
ных точках, находящихся в 'наиболее типичных условиях, отображающих
все особенности залегания, питания, расхода и движения грунтовых вод,
а такж е находящихся в сфере искусственных факторов (осушительная
сеть), проводят ежедневно, а в удаленных местах ежедекадно. Наблюде­
ния за суточными колебаниями проводят в 7, 13, 19 часов. Уровни грунто­
вых вод замеряю тся водомерными или же контактными рейками, а при ин­
тенсивных колебаниях уровня самопишущими системами. Пробы воды
для исследования отбираются после непродолжительной откачки воды из
скважины. Объем откачиваемой воды должен быть не менее чем в два
раза больше первоначального объема в скважине. Д л я пересылки проб
применяются чистые, трижды прополосканные подлежащей исследованию
водой стеклянные бутылки, по возможности с притертыми пробками. Р е­
комендуется на месте определить pH и содержание Н С 0 3, свободной С 0 2.
22
ИЗУЧЕНИЕ СТОКА РЕК
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРОЦЕНТА ЛЕСИСТОСТИ
ВОДОСБОРНЫХ БАССЕЙНОВ
Вопрос о влиянии лесомелиоративных и агротехнических мероприя­
тий, а такж е лесистости местности на сток рек привлекает внимание мно­
гих исследователей. В настоящее время известна концепция значитель­
ного уменьшения стока рек в зоне неорошаемого земледелия под влия­
нием агролесомелиоративных мероприятий, направленных на повышение
урожайности сельскохозяйственных культур. Имеется мнение, что лесо­
мелиоративные мероприятия повышают водность рек, а распашка полей
не сказывается на уменьшении стока рек. Н азрела необходимость обоб­
щить проведенные исследования и на основе новых данных уточнить вли­
яние лесистости на сток рек.
Д л я решения рассматриваемой задачи проводятся расчеты и сопо­
ставления элементов водного баланса бассейнов (годового, весеннего,
меж енного).
Расчеты водного баланса будут проводиться для водосборных б ас­
сейнов различных площадей, начиная с лотов, балок и площадок, для
бассейнов с более или менее одинаковыми площадями, но с разными
уровнями агротехники или различно облесенных, в том числе для бассей­
нов с разным уровнем развития полезащитного лесоразведения. При
расчетах будут использованы материалы гидрометрических станций и
постов гидрометслужбы. Д л я исследования важно подбирать бассейны
(или группы бассейнов) таким образом, чтобы все факторы стока в них
были более или менее одинаковы, за исключением исследуемого факто­
ра влияния.
Н аряд у с этим намечается провести анализ результатов эксперимен­
тальных наблюдений над изменением потребления воды сельскохозяй­
ственными растениями при разных уровнях агротехники. Исследования­
ми охвачены бассейны рек Верхней Волги и Дона.
КАРТИРОВАНИЕ ЭРОДИРОВАННЫХ
ПЛОЩАДЕЙ
Д л я оперативного планирования нужны более подробные материалы,
которые могут быть получены в процессе подробного картирования эро­
зионных районов, осуществляемого экспедициями на местах. Эти экспе­
диции проводят съемку всех территорий, занятых оврагами, балками, а
такж е склонов с учетом степени смытости почв, в зависимости от релье­
фа и степени горизонтального расчленения местности (рис. 6).
Почвы по степени опасности и смытости разделяются на следующие
группы.
1. Рыхлые структурные и проницаемые на глубину 60 см, неэродированные или очень слабоэродированные, расположенные на склонах м е ­
нее 6°.
2. Расположенные на склонах от 7 до 10°, от слабой до умеренной эро­
дированное™. Рыхлый структурный слой почвы около 25 см.
3. Расположенные на склонах крутизной до 20°, почвенный профиль
неглубокий, рыхлый среднеструктурный слой мощностью менее 20 см.
Опасность эрозии значительная.
4. Слабооструктуренные, расположены на склонах до 30°. Опасность
эрозии велика. Смыв почвы сильно выражен.
5. Расположенные на склонах более 30°, их сельскохозяйственное ис­
пользование невозможно.
Эродированные почвы разнообразны по мощности гумусированного
горизонта, механическому, структурному и агрегатному составу, мезофауне и численности различных микроорганизмов.
23
Здесь и дальше
номера оврагов
даны
5 2
я
L
Н а
о ®
порядковые
*
Смытой почве присущ укороченный профиль. Чем сильнее она смы­
та, тем ближе к поверхности залегает материнская порода.
Подробное картирование почв по степени эродированности осущест­
вляется с целью проектирования конкретных мелиоративных мероприя­
тий на месте.
Это картирование при -научных исследованиях может быть осущест­
влено на ключевых участках. Д л я перспективного планирования исполь­
зуются данные всех предшествующих исследований с использованием
данных по горизонтальному расчленению территории оврагами и балка­
ми, в основу которого положено протяжение оврагов и балок в километ­
рах на 1 км 2 площади.
Мы применяли метод отбора ключевых участков, которые картиро­
вались, и в зависимости от степени горизонтального расчленения изучали
поверхностный сток и другие гидрологические элементы.
Площади по степени горизонтальной расчлененности территории р а з­
бивались на пять групп.
1. Расчлененность очень слабая, на 1 км2 приходится 0,2 км оврагов и
балок.
2. Расчлененность слабая, на 1 км2 приходится 0,5 км оврагов и балок.
3. Средняя расчлененность, на 1 км2 приходится 1 км оврагов и балок.
4. Сильная расчлененность, на 1 км 2 приходится 2 км оврагов и балок.
5. Расчлененность очень сильная, на 1 км2 приходится 3 км оврагов и
балок.
Размещение лесов без учета природных и эрозионных условий недо­
пустимо. Подбор древесных пород для лесоразведения согласуется с от­
ношением древесных пород к смытости почвы. Плохо переносят смытые
почвы дуб и ясень, а лиственница, береза, сосна и липа растут на них
успешно.
При коэффициенте расчленения территории 0,25—0,5 гидрографиче­
ская сеть занимает не более 5% общей площади, при коэффициенте 0,5—
0,8 она составляет 8— 10%, при 1,0— 1,5— 15—'20% площади.
РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ
ДЛЯ ОБЛЕСЕНИЯ
На Среднерусской возвышенности, в бассейнах рек Дона, Донца и
верховьев Днепра, занимающих часть западной и юг Московской, Кур­
скую, Орловскую и Воронежскую области, насчитывается около 300 тыс.
га эродированных площадей. Кроме того, в приволжских областях име­
ется около 400 тыс. га эродированных площадей.
Н а территории Украинской ССР (в северной части Одесской, Черни­
говской, Донецкой, Днепропетровской, Винницкой, Харьковской обла­
стях) и Молдавской ССР сильной эрозией затронуто до 700 тыс. га.
Н а Северном К авказе (в Ростовской обл. и Краснодарском крае)
зарегистрировано более 200 тыс. га эродированных площадей.
Такое размещение эродированных площадей позволяет разделить тер­
риторию европейской части СССР на различные по степени эродирован­
ности районы.
В качестве первой исходной ступени районирования территорию ев­
ропейской части СССР необходимо разделить на следующие фитокли­
матические зоны.
I. Зона переувлажненная, холодная. Эта зона включает северную
тайгу, тундру и арктические пустыни.
II. Зона постоянного избыточного увлажнения, умеренно холодная.
Ю жная граница проведена в полосе перехода средней тайги в южную
тайгу.
III. Зона достаточного увлажнения (периодически избыточного),
умеренно теплая. Она включает южную тайгу и полосу лиственных
25
лесов. Ю ж ная граница проходит в полосе, переходной от лесной зоны
к лесостепи.
IV. Зона неустойчивого увлажнения (периодически недостаточного).
В эту зону входит лесостепь и северная степь. Ю жная граница зоны рас­
положена в полосе перехода северной степи в сухую степь.
V. Зона недостаточного увлажнения (засушливая, умеренно ж аркая).
Ю ж ная граница зоны располагается в полосе перехода северной полу­
пустыни в южную.
VI. Зона сухая, ж аркая. В нее входит южная полупустыня и пустыня
с коэффициентами испарения, близкими к единице, и коэффициентами
стока, близкими к нулю.
VII. Зона влаж ная и очень теплая. Эта зона занимает особое место
среди других зон, в нее входят субтропики.
Н а второй ступени районирования основой для выделения районов
в пределах зон послужили глубины местных базисов эрозии и коэффици­
енты горизонтальной расчлененности площадей. Оба показателя рас­
сматриваются применительно к крупным балочным системам или бас­
сейнам малых рек, достигающим для равнинных районов площади 50—
100 км 2, а для горных районов заметно меньшей. К равнинам условно
отнесены территории с глубиной местных базисов эрозии до 200—250 м,
при коэффициентах расчлененности поверхности до 2—2,5 км/км2.
Н а третьей ступени районирования равнинных и горных провинций
на территории европейской части СССР было принято во внимание нап­
равление сельского хозяйства и характер использования земель.
Н а четвертой ступени районирования в пределах каждой сельскохо­
зяйственной области выделены округа, которым присвоены географиче­
ские названия.
Осредненные показатели водного режима по зонам приводятся в
табл. 2, где в числителе даны абсолютные показатели водного и теплоТаблица 2
Осредненные показатели водного и теплового режима по зонам
Ззна
Сумма
средних
тем пера­
тур выше
Осадки,
мм/год'
Испаре­
ние,
339
0,76
407
0,91
496
1,11
692
1,10
564
1,04
497
1,0
418
0,93
293
183
1293
2,89
85
0,28
153
0,50
200
0,65
342
0,79
388
0,94
331
1,0
320
1,05
263
176
543
1,77
10“
I
Граница зон
I—II
II
Граница зон
II—III
III
505
0,25
985
0,48
1290
0,63
1525
0,75
1755
0 ,8
Граница зон
III—IV*
IV
V
VI
VII
j
2040
1,0
2275
1,13
2680
3855
3816
1,87
мм/год
•Полоса оптимума биологической продуктивности.
26
Коэффи­
циент
испаре­
ния
0,25
0,37
0,38
0,56
0,40
0,59
0,49
0,72
0,62
0,91
0 ,6 8
1,0
0,77
1,13
0,90
0,96
0,42
0,62
Общий
сток, мм
254
1,80
254
1,80
296
2,10
350
2,18
226
1,61
166
1,0
0,98
0,70
30
7
750
5,32
Коэффи­
циент
стока
0,75
2,34
0,62
1,94
0,60
1,87
0,51
1,59
0,33
1,19
0,32
1,0
0,23
0,72
0,1
0,04
0,58
1,81
Радиаци­
онный ин­
декс су­
хости
0,45
0,55
0,65
0,75
0,85
1,0
1,40
2,30
3 ,0
1,0
вого режимов, а в знаменателе — отношения их к тем же показателям
водного и теплового режима, приуроченным к полосе оптимума биоло­
гической продуктивности на границе между III и IV зонами.
С севера на юг сумма средних температур увеличивается, величины
осадков, испарения и стока по мере перехода от I зоны к III увеличива­
ются, затем уменьшаются, а радиационный индекс сухости последователь­
но возрастает при переходе от I зоны к VI (рис. 7).
Н адо отметить, что проведение плавных изолиний на различных си­
ноптических и климатических картах оказывается возможным и оправ­
данным только потому, что метеорологические наблюдения проводятся,
как правило, в относительно одинаковых условиях,-вследствие чего обоб­
щению подвергаются более или менее однородные величины. Так, на­
пример, температура и влажность возду­
ха определяются только на открытом ме­
сте, напряжение солнечной радиации из- |
меряется только на горизонтальной по- ^
верхности. Д л я установки осадкомеров и g ш
плювиографов на климатологической се- ^
ти такж е существуют определенные стан- ^ too
д артны е условия. Те метеорологические
элементы, условия измерений которых не
I
П
Ш N 7 Ш
поддаю тся стандартизации, картируют
Ъна
только в исправленном виде. Сток, измеРис 7 Баланс атмосфернь1х осад.
ряемьш В замыкающих створах речных
Ков по лесорастительны м зонам
ба С С е И Н О В , является
результатом КОМП/ — осадки; 2 — сток; 3 — испарение
.лексных взаимосвязей биогеоценозов или
ландшафтов, обладающих естественными
границами и представляющих каждый в отдельности целостную и зако­
номерную совокупность отдельных участков земной поверхности —полей,
.лесов, болот, лугов и определенных сооружений, присущих данному
бассейну. При различном отношении и сочетании отдельных типов био­
геоценозов, входящих в ландшафт, трудно сравнивать сток с различных
бассейнов. Тем более, что немалую роль при этом играют климат, рель­
еф, геологическое строение, почвы и растительность
различного
состава.
Наблюдения на небольших открытых или сплошь покрытых лесом во­
досборах дают резко различные показатели стока в поле и в лесу. В з а ­
висимости от климата, почвы и глубины залегания грунтовых вод коэф­
фициент стока в лесу меняется от 0—5% в лесостепной зоне до 50% и
более в хвойных лесах таежной зоны, а средний коэффициент весеннего
стока в поле колеблется от 0,60 до 0,80% и более. Раздельный учет стока
с различных угодий при разнообразных формах рельефа, уклона местно­
сти и экспозиции склона дает возможность детальнее осуществить рас­
четы стока на лесных и безлесных площадях и в различно эродирован­
ных условиях.
В настоящее время необходимо резко увеличить экспериментальные
исследования формирования стока в разных типах биогеоценозов и р а з­
ны х ландшафтных условиях. Из всех элементов ландшафта основное
внимание уделяется геоморфологии местности, а также другим ланд­
ш афтным характеристикам (типы биогеоценозов, механический состав
и генезис почв, характер обработки почвы и др.). Детальные исследова­
ния осуществляются в различных зонах. В зональном разрезе для центра
и юга европейской части СССР основными показателями при отнесении
площади к той или иной категории следует признать влияние на развитие
эрозии рельефа, климата, почвы и растительности.
Однако данные о развитии эрозии, существующие в литературе, х а ­
рактеризуют далеко не все районы. Получить прямые количественные
показатели, характеризующие влияние каждого фактора на развитие
27
эрозионных процессов, в настоящее время еще не представляется воз­
можным, так как физическая сущность этого явления изучена еще не
достаточно.
Оценка эрозионной роли рельефа может быть определена по морфо­
метрическим показателям, а качественная характеристика эрозии уста­
навливается по степени горизонтального расчленения отдельных районов
страны. По этим признакам осуществляется оценка эрозионных процес­
сов и в горных районах. Развитие эрозионных процессов в том или ином
районе, по предложению С. И. Сильвестрова и других (1965), определя­
ется по шестибалльной системе.
I класс. Низменности и плоские водоразделы с крайне слабым расчле­
нением территории, где влияние рельефа не сказывается на развитии эро­
зии. Здесь, в северной части страны, сильно выражены процессы забола­
чивания.
II класс. Более расчлененные и плоские водоразделы со слаборазви­
тым влиянием рельефа на развитие эрозии, но со значительным количе­
ством эродированных площадей.
III класс. Среднерасчлененные возвышенности, где влияние рельефа
на развитие эрозии умеренное.
IV класс. Наиболее расчлененные возвышенности со значительным
влиянием рельефа на развитие эрозии.
V класс. Очень сильное расчленение возвышенностей, вызывающее
крайне резкое повышение эрозии.
VI класс. Горный тип расчленения, при котором рельеф оказывает
очень сильное влияние на развитие эрозии.
Методика оценки воздействия на развитие эрозии состава раститель­
ности более сложна. Здесь оказывают влияние как основные виды уго­
дий, так и основные группы сельскохозяйственных культур.
В вопросе влияния хозяйственной деятельности человека на эрозию
наибольшее значение имеют формы использования и метод организации
и эксплуатации сельскохозяйственной территории. При равенстве всех
прочих условий, возникновение процессов размыва в начальной стадии
приурочивается к тем местам, где на склонах образуется концентрация
струй, вы званная проведением вдоль склона борозд, межников, дорог
или канав.
П ервая категория — угодья, имеющие защитный характер.
Вторая категория — угодья, занимающие промежуточное положение
и играющие при различных условиях слабоэрозионную или слабозащит­
ную роль.
Третья категория — угодья, способствующие развитию эрозии.
При отнесении угодий к различным категориям необходимо учиты­
вать тип рельефа (равнинный или горный).
Из всех угодий наиболее подвержена эрозии пашня и наименее лес,
играющий, как правило, защитную роль.
В условиях избыточного и достаточного увлажнения к первой катего­
рии относятся леса, кустарники, сенокосы, болота, водоемы и неудобные
земли в равнинных условиях, а в горных условиях — леса, кустарники,
защитные лесонасаждения, сенокосы, болота, водоемы, пастбища и не­
удобные земли.
Ко второй категории в первой и второй зонах относятся сады, выруб­
ки, гари и неудобные земли, а в горных условиях — пастбища и неудоб­
ные земли.
К третьей категории — пашни, населенные пункты, дорожная сеть,
сады, виноградники.
В IV зоне к первой категории защитное™ относятся леса, кустарники,
искусственные защитные насаждения и сенокосы. Ко второй — пастбища
(свыше 10%) и неудобные земли и к третьей категории — пашня, насе­
28
ленные пункты, дорожная сеть, сады, виноградники и прочие многолет­
ние насаждения, пастбища (10% ), неудобные земли. В горных условиях
к первой категории защитности относятся лес и сенокосы, ко второй —
пастбища (20—30% ), неудобные земли (свыше 10%) и к третьей —
пашня, населенные пункты, дорожная сеть, сады, виноградники, пастби­
ща (до 20% ) и неудобные земли (до 10%).
В V h VI зонах на равнинах к первой категории относятся леса, кустар­
ники, защитные лесонасаждения, сенокосы, болота, пастбища свыше 30%,
неудобные земли 15%; ко второй категории — пастбища от 15 до 30%,
неудобные земли от 10 до 15%, пашня, населенные пункты, дорожная
сеть, сады, виноградники.
Территорию пашни по влиянию на развитие эрозии сельскохозяйст­
венных культур можно разделить на четыре группы.
Первая группа — культуры, не способствующие развитию эрозии и
имеющие защитный характер, например многолетние травы в севообо­
ротах.
Вторая группа — культуры, умеренно и слабо способствующие разви­
тию эрозии (озимые рожь и пшеница), зернобобовые, однолетние травы.
Третья группа — культуры, значительно способствующие развитию
эрозии. К ним относятся яровые культуры, за исключением кукурузы на
зерно и зернобобовых, непропашные технические культуры (лен, коноп­
л я ) , силосные (эти культуры значительно хуже защищают почву от
эр о зи и ).
Четвертая группа — культуры, сильно способствующие развитию эро­
зии. В эту группу включены все пропашные (сахарная свекла, картофель,
кукуруза на зерно, подсолнечник, табак, хлопчатник, корнеплоды, бахче­
вые и некоторые другие). Опасность эрозии возрастает при уходе за эти­
ми культурами.
Д л я примера приведем величины жидкого стока: с кукурузного
поля — 0,0020 м 3/сек на 1 га\ с пшеничного — 0,0018; с естественной р а ­
стительности— 0,0015; с многолетних трав — 0,0006; с улучшенных паст­
бищ-— 0,0005 и с постоянных сенокосных пастбищ — 0,0003 м3/сек на 1 га.
Н а основании этой классификации можно установить для каждого
округа долю площади, занимаемой группой культур. В данном случае
площади, занятые сельскохозяйственными культурами первой группы,
суммируются с площадями первой категории (сенокосы, леса и др.).
В итоге получается общая защ итная площадь. Д л я площадей, занятых
сельскохозяйственными культурами и другими угодьями третьей группы,
устанавливаются баллы: для площадей с культурами второй группы 0,5,
а с культурами третьей и четвертой— 1 и 2. Баллы располагаются в по­
рядке геометрической прогрессии. Лесные площади относятся к нулевому
баллу. Б алл ы для земледельчески неосвоенных провинций — 0,02—0,03
на Крайнем Севере, до 0,90— 0,93 в наиболее освоенных районах с интен­
сивным сельским хозяйством. Максимальный балл нами принят равным
1,00. Разделив полученный ряд на шесть классов с разными интервалами,
получим следующую шкалу:
К ласс
I. Очень слабое влияние
II. Слабое влияние
III. Умеренное влияние
П оказатель
0,0 1 —0,22
0 ,2 3 —0,41
0 ,4 2 —0,58
Класс
IV. Значительное влияние
V. Сильное влияние
VI. Очень сильное влияние
Показатель
0 ,5 9 —0,73
0,74—0,87
0,88—1,00
Особенно большой сложностью отличается оценка эрозионной роли
климатических факторов. Наиболее важное значение из них имеют з а ­
пасы воды в снеге к началу таяния. По соотношению талых и ливневых
вод в развитии эрозионных процессов нами выделено пять типов влияния
климата на эрозию.
29
1. Снежный тип с преобладанием влияния снеготаяния, при незначи­
тельной роли ливней; к этому типу отнесены все районы, в которых влия­
ние снеготаяния более чем в три раза превышает влияние ливней (отно­
шение показателей более 3,00, индекс с).
2. Ливнево-снежный тип с преобладающим влиянием снеготаяния,,
при заметной роли ливней (отношение показателей 3,00— 1,16, индекс л с ) .
3. Смешанный тип с примерно равным влиянием снеготаяния и ливней
(отношение 1,15 — 0,86, индекс см).
4. Снежно-ливневый тип с преобладающим влиянием ливней при з а ­
метной роли снеготаяния (отношение 0,85—0,3, индекс сл).
5. Ливневый тип с господствующим влиянием ливней при незначи­
тельной роли или отсутствии снеготаяния (отношение 0,3, индекс л).
В результате получена следующая шкала комплексного влияния кли­
мата на эрозию:
К ласс
I—влияние отсутствует
при потенциальной
безопасности
II—практически незамет­
ное влияние при по­
тенциальной безопас­
ности
П оказатель
0
0 ,0 1 —0,12
Класс
III—очень слабое влияние
IV—слабое влияние
V—умеренное влияние
VI—значительное влияние
VII—сильное влияние
VIII—очень сильное влияние
Показатель
0 ,13—0,27
0 ,2 8 —0,46
0 ,4 7 —0,70
0,71—1,00
1,01—1,38
1,39—1,86
Посредством обобщения данных о фактическом распространении эро­
зии в отдельных районах была составлена шкала подверженности зе­
мель, входящих в разные классы, эрозионным процессам.
В I класс входят наиболее равнинные районы нашей страны, в кото­
рых при любом климате и любой сельскохозяйственной освоенности тер­
ритории эрозия не может получить практически заметного распростране­
ния. В этих районах сосредоточено 38% площади землепользования кол­
хозов и совхозов, 35% площади всей их пашни, 27% площади плодовых,
культур.
Несельскохозяйственные земли составляют 33% колхозных и совхоз­
ных лесов и кустарников и 44% площади болот. Территории I класса рас­
положены в различных географических районах от неосвоенных до силь­
но освоенных.
II
класс составляют районы, в которых современные явления эрози
такж е практически незаметны, но которые потенциально опасны в эро­
зионном отношении. К ним относятся земледельчески неосвоенные или
очень слабоосвоенные северные горные и возвышенные районы, где рель­
еф и климатические условия создают предпосылки для развития эрозии,
но почти ненарушенный естественный растительный покров осуществляет
свою защитную роль. К этой же территории относятся слабоосвоенныепод сельскохозяйственное пользование возвышенности засушливых райо­
нов. Эти районы нуждаются лишь в противоэрозионных предупредитель­
ных мероприятиях при дальнейшем освоении территории. Земли колхо­
зов и совхозов составляют около 27% от общей площади колхозного поль­
зования, включают около 1% всей пашни, 30% естественных кормовых
угодий. Остальная часть — неземледельческая — состоит из 47% лесови кустарников, 50% болот и 3%) водоемов, входящих в землепользование
колхозов. В общем в районы первых двух классов, не страдающих пока
от эрозии и не нуждающихся в применении противоэрозионных меропринятий, входит' почти 2/з всей площади колхозов и совхозов. На этой
территории преобладают неземледельческие площади. Здесь сосредоточе­
ны почти все болота (94% ), подавляющая часть колхозно-совхозных ле­
сов (80% ). Паш ня составляет лишь немного более 'Д площади колхозови совхозов.
30
К III классу принадлежат районы с очень слабым распространением
эрозионных процессов, к ним относятся освоенные возвышенности III—V
зон. В составе земель колхозов и совхозов V зоны в пределах ареала это­
го класса господствуют естественные кормовые угодья, пашни мало, а ле­
сов и кустарников почти нет; в III зоне господствует лес, распаханность
невелика и обеспеченность естественными кормовыми угодьями умерен­
ная. О бщ ая площадь колхозно-совхозного пользования в пределах этого
класса около 2%. Прямых данных о современных явлениях эрозии для
этих районов нет. Учтя размеры площадей этих угодий в пределах дан­
ного класса и средний показатель эрозионности около 3%, мы получили
площадь около 0,5 млн. га, в том числе пашни около 0,15%, пастбищ 0,3,
оврагов около 0,05 млн. га. В V зоне преобладает пастбищная эрозия, в
III — земледельческая.
К IV классу относятся районы со слабым распространением эрозии.
В эти районы входят некоторые возвышенные и горные районы III—VI
зон с умеренной и значительной земледельческой освоенностью. В соста­
ве земель колхозов и совхозов преобладают естественные кормовые угодья
(в среднем 42% от всей площади). Удельный вес пашни местами уме­
ренный и местами значительный (в среднем 32% ), в районах достаточно­
го увлажнения сравнительно значительную площадь занимает лес, тогда
как в засушливых районах его очень мало, на районы этого класса при­
ходится около 5% всех колхозно-совхозных земель и около 6% пашни.
При средних 8% примерная площадь эродированных земель составляет
здесь около 2,7 млн. га, в том числе пашни 1,5, пастбищ 1,3 и оврагов
0,2 млн. га.
В V класс входят территории с умеренным распространением эрозии,
к которым принадлеж ат ряд возвышенностей и горных районов III—V
зон. Характер использования земель колхозов и совхозов здесь очень
разнообразен. В среднем пашня занимает 40%, плодовые насаждения
0,3%, естественные кормовые угодья 39%, лес и кустарники 9% и непри­
годные земли 9% площади. В районах этого класса расположено 13%
всех колхозно-совхозных земель, 20% пашни и 7% многолетних наса­
ждений.
Смытые почвы составляют 10—20%, а в отдельных районах 20—35%
всей территории. О бщ ая площадь эродированных земель составляет
13,6 млн. га, в том числе пашни 7,4, пастбищ 5,1 и оврагов 1,1 млн. га.
В районах этого класса с достаточным и неустойчивым увлажнением
преобладает земледельческая эрозия, в засушливых районах — паст­
бищная.
К VI классу относятся территории со значительным распространением
эрозии в некоторых равнинных и горных районах III—VII зон. В среднем
пашня занимает 61%, плодовые насаждения 1,4%, естественные кормо­
вые угодья 28%, лес и кустарники 5%. Общ ая площадь эродированных
земель 6,6 млн. га, в том числе пашен 4,3, пастбищ 1,6 и оврагов
0,7 млн. га. В возвышенных районах преобладает земледельческая
эрозия.
В VII класс входят районы III—VII зон с сильным влиянием эрозии,
возвышенные и горные. В среднем пашня занимает 61%, многолетние
насаждения 2,6%, естественные кормовые угодья 25%, лес и кустарники
3% общей площади и 84% составляют несельскохозяйственные земли.
Эродированность сельскохозяйственных земель равна 26—34%. Общая
площадь 28,3 млн. га, в том числе пашен 19,3, пастбищ 6,5 и оврагов
2,5 млн. га.
В VIII класс входят районы с очень сильным распространением эро­
зии. К ним относится нижнегорный пояс, расположенный в различных
районах страны. Характер использования земель здесь очень разнооб­
разен.
В среднем в этих районах пашня занимает 35% площади, плодовые
31
17%, кормовые угодья 18%, лес и кустарники 23%, остальные — несель­
скохозяйственные земли. Эрозия распространена на 40—70% площади.
Эродированность сельскохозяйственных земель равна 35—45%. На
1 млн. га эродированных земель приходится 0,7 млн. га пашни и много­
летних насаждений, пастбищ 0,2 и оврагов 0,1 млн. га.
Из приведенных выше данных видно, что районы VI, VII и VIII силь­
но страдают от эрозии. Всего в них насчитывается 52,6 млн. га эродиро­
ванных площадей. На основании степени горизонтального расчленения
территории устанавливаются районы для перспективного планирования
лесистости в пределах крупных районов.
При установлении оптимальной лесистости в лесопромышленной зоне
для выращивания лесов целевого назначения надо осуществить расчет
объема лесопользования в перспективе, а также расчет необходимого
объема лесовосстановления вырубленных площадей и гарей с включени­
ем и тех площадей, которые превращены в лесные угодья после осуши­
тельной мелиорации. Эта большая работа может быть осуществлена при
активном участии лесоэкономистов, работающих в области перспектив­
ного планирования.
Н аряду с этим следует выделить лесные зеленые зоны вокруг посел­
ков, отдельных городов, промышленных предприятий, санаториев, курор­
тов и домов отдыха. Площ адь этих лесов устанавливается в соответствии
с установленными нормами лесной площади на одного городского жигеля или одного отдыхающего. Д л я Москвы, Ленинграда, Киева, Минска и
других столичных городов республик нормы устанавливаются особыми
решениями Правительства республик, с учетом числа жителей, наличия
лесов и возможностей для увеличения их площади за счет создания ис­
кусственных насаждений.
В каждой республике выделяются заповедные леса для изучения рос­
та и природы леса и животных, обитающих в нем. Следует отметить, что
обеспеченность заповедниками у нас еще не достаточна, а распределение
их по территории страны неравномерно. Из 66 заповедников 18 с
общей площадью 4267,4 тыс. га сосредоточено в европейской части стра­
ны, 19 на Кавказе, 11 в Средней Азии и 11 на необозримых просторах
Сибири и Дальнего Востока. Ж изнь настоятельно требует увеличения
числа и площади заповедников, а такж е более рационального размеще­
ния их на территории страны.
Согласно
строительным
нормам
и
правилам, утвержденным
9. V 1966 г. Госстроем СССР, нормы обеспеченности городского населе­
ния лесопарками предполагается установить в следующих размерах на
одного жителя (в м 2) :
Крупнейших и крупных городов
Больших городов
Прочих городов
200
100
50
Вдоль каналов, рек и сухопутных путей транспорта выделяются зем­
ли для создания защитных лесных полос, ширина которых предусматри­
вается разработанной нами методикой.
| Ц ель ведения лесного хозяйства может быть определена как исполь­
зование лесной площади таким образом, чтобы она постоянно давала
достаточное количество древесины и чтобы леса обеспечивали защиту во­
досборных бассейнов, почвы, жизни диких животных. Леса также д ол ж ­
ны служить местом отдыха. Значительная часть лесов, достаточно боль­
шая, должна быть отведена для охраны водных бассейнов, снабжающих
водой города и промышленные центры.
Наиболее пристального изучения требует, бесспорно, взаимоотноше­
ние человека и леса, причем не из академического интереса, а с чисто
практическими целями. Будущее лесов зависит от таких исследований,
32
так как между человеком и лесом всегда находится третий фактор —
человеческая культура. Следует считать положительным моментом то,
что сейчас все больше ученых признают существование проблемы леса,
получающей все большее значение в связи с проблемами чистой воды и
чистого воздуха, задачей обеспечения населения продуктами сельского
хозяйства.
НОРМАТИВЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ОПТИМАЛЬНОЙ ЛЕСИСТОСТИ
Н а основании приведенной выше методики установлены нормативы
стока воды с различных площадей, которые и послужили основой для
установления того или иного процента лесистости на водосборных бас­
сейнах страны.
Наибольшее количество воды поглощается почвой, занятой зябью и
стерней, озимь и многолетняя залеж ь удерживает воды заметно меньше
(табл. 3).
Таблица 3
Изменение стока в зависимости от состояния поверхности
сельскохозяйственных угодий
М есто наблюдения
Снегоза­
пасы и
осадки,
Состояние поверхности
мм
Нижнедевицкая
стоковая
станция Гидрометеослуж­
бы
Стационар Института
географии в Курской
обл., с. Успенка
Зябь
Озимь
Стерня
81,1
81,2
91,4
Сток)
мц
49,8
65,6
75,1
Многолетняя зябь
100
100
Зябь
Стерня
Озимь
Целина под выпа­
сом
59
69
120
58
29
60
114
36
Коэффи­
циент
стока
Усвоено
почвой,
мм
0,61
0,86
0,82
31,3
15,6
16,3
1,0
0,49
0,87
0,95
0,22
0
30
39
6
22
.
Почвенный покров под многолетними травами обладает высокой инфильтрационной способностью. Доказательством этому служит измене­
ние поверхностного стока с участков, занятых растительностью, и на уча­
стках зяби-старопашки и зяби по пласту трав (табл. 4).
Лес значительно сильнее уменьшает сток в русловой и ручейковой
сети с малых водосборов потому, что под пологом леса в процессе таяния
снега вода фильтруется в слои, расположенные ниже вреза русла ручья
в подпочву.
Поверхностный сток за весенний период на почвах разного механиче­
ского состава на малых водосборных бассейнах изменяется в зависимо­
сти от процента лесистости и болот.
С продвижением с севера на юг коэффициент весеннего поверхност­
ного стока при лесистости до 10% заметно уменьшается. В лесостепной
зоне коэффициент стока уж е при 20% лесистости сокращается до 0,15, а
в степной зоне такой же коэффициент наблюдается при 10% лесистости.
В подзоне южной тайги изучение стока проводилось в ельниках таволговых и долгомошно-мшистых.
В подзоне хвойно-широколиственных лесов изучение стока было ор­
ганизовано в сосняке черничнике орляковом и ельнике черничнике, а
в лесостепи — в осоковой, снытевой и солонцовой дубравах.
3 А, Молчанов
зз
Таблица 4
Влияние травосеяния на весенний сток
Коэффициент стока с участков
Место наблюдений
зяби-старопашки
многолет­
ние травы залежи
Ершово Саратовской обл.
Энгельсская опытная станция
Саратовской обл.
Совхоз им. Фритьофа Нансена, Саратовской обл.
Тимашево Куйбышевской обл.
Каменная степь Воронежской обл.
Иванинский р-н Курской обл.
Придеснянская опытная станция Черниговской
обл.
Загорский р-н Московской обл.
Подольский р-н Московской обл.
зяби по
пласту
0,62
0,10
__
0,81
0,05
0,60
0,74
0,27
—
—
0,63
0,53
0,07
0,18
0,02
0,40
0,60
0,002
0,11
0,0
0,11
—
0,75
0,59
0,66
0,68
0,70
—
0,52
—
0,44
0,72
_
_
—
—
Выводы табл. 4 нельзя распространить на речные водосборы, так как
последние отдают воду в реки не только через поверхностный, но и под­
земный сток в процессе фильтрации воды через грунт, которая поступает
в реки часто вдали от объекта изучения стока.
Скорость фильтрации воды в почво-грунтах зависит от многих ф ак­
торов, в том числе от механического состава грунтов и характера их об­
работки. По данным Г. Ф. Власова (1954), скорость инфильтрации в лес­
ных полосах Каменной степи в полтора раза больше соответствующей
скорости на поляне. Согласно наблюдениям на Большой Сараевской
станции, скорость инфильтрации в лесу превышает скорость инфильтра­
ции в поле. Аналогичные данные получены П. А. Урываевым (1954) и
американскими исследователями.
Экспериментальные исследования, проведенные в дубовых лесах ле­
состепной зоны, показали, что проникновение влаги сквозь толщу почвы
в 450 см в среднем за 5 лет выразилось в 6% от количества годовых осад­
ков с максимальным количеством, равным 7,6% в 1963 г. и минимальным
в 4,5% в 1962 г.
Таблица 5
Средний годовой коэффициент стока в южной тайге
на различно заболоченных почвах
Почв
Тяжелосуглинистая, дерново-подзо­
листая
Супесчаная на суглинках, дерновоподзолистая
Тяжелосуглинистая, дерново-подзо­
листая (пахота вдоль склонов)
Суглинистая, дерново-подзолистая
Т яжелосуглинистая, дерново-подзо­
листая
Верховое болото, торф мощностью
1 м на глине
34
Состав
древосто­
ев на су­
ходоле
Распределение пло­
щадей, %
боло­
то
лес
паш­
ня
Осад­
ки,
мм
КоэффиЦИг
ент
стока
Испа­
рение,
мм
10Е
100
0
0
566
0,30
345
6С 4Е
100
0
0
566
0,40
293
Кустарники
2
и
87
608
0,50
310
5Е 4Б 1C
8Е 2С
70
75
3 ,5
25
26,5
0
567
610
0,38
0,29
350
380
0
100
0
596
0,23
445
ЮС
В пределах лесорастительной зоны на сток оказывают влияние боло­
та (табл. 5).
Ельники на суходолах относятся к типу леса ельник черничник, а бо­
лота в соснякам сфагновым.
На регулирование поверхностного стока в пределах одной лесорасти­
тельной зоны болота оказывают заметное влияние, особенно там, где они
занимаю т значительную площадь или весь водосбор. Болота уменьша­
ют сток, но усиливают расход воды на испарение (рис. 8).
Р и с . 8. И з м е н е н и е ст о к а в з а в и с и ­
м ости о т за б о л о ч е н н о с т и т ер р и тор и й
н а в о д о с б о р н о м б а с е й н е (в %)
Озера и водохранилища такж е влияют на режим стока рек. Свиде­
тельством этому служат коэффициенты стока рек, протекающих через
озера (табл. 6).
Таблица 6
Коэффициенты стока рек, протекающих через озера
Площадь водосбора,
кмг
5 ООО
5 000—10 ООО
10 000—20 000
20 000—50 000
50 000— 100 000
100 000
Безозерны е реки
0,50
0,48
0,40
0,34
0,30
0,24
Реки со средней озер­
ностью, 5—10%
0,40
0,38
0,32
0,28
0,24
0,20
1 Реки с большой зарегу­
лированностью озерами
0,30
0,28
0,25
0,22
0,18
0,14
Реки с большой зарегулированностью озерами расходуют в 1,7 раза
меньше воды на сток, чем незарегулированные реки, а реки со средней
озерностью расходуют воды в 1,2 раза меньше, чем безозерные.
Поверхностный сток сильно меняется в зависимости от закарстованности площади. Карстовый процесс служит одним из основных факторов,
определяющих интенсивность развития гидрографической сети, которая,
в свою очередь, оказывает сильное влияние на развитие карста.
Лесоразведение на карстах неизбежно вызовет развитие карстового
процесса, который будет сопровождаться последующим проседанием
карстующейся породы, что вызовет изменение рельефа. Новые лесные
полосы сократят до минимума поступление влаги в ложбины, лощины
и в суходолы. Перераспределение снега лесными полосами и образование
сугробов вызывает потускулярное поступление воды в полосах в глубь
грунта.
Сплошные лесные массивы на закарстованных водосборах слабее
влияют на сток, чем карст. Однако при удалении леса может произойти
заиление — кольм атаж воронок, что вызовет некоторое увеличение стока.
Высокая аккумулирующая способн'ость карстовых образований, по на­
блюдениям в Архангельской обл. (реки Волошка, Моша, Ваймуга, Емца), сильно уменьшает сток по сравнению с незакарстсванным бассей­
1
ном Волошки.
3*
35
Сток с закарствованных водосборных бассейнов вызывает внесение
поправок в сток в таких размерах:
Закарстованная площадь, %
Поправка
0 —25
1,0 —0,85
26—50
0,8 4 —0,75
51—75
0,74-—0,60
76^—100
0,50—0,45
Р азличия в стоке больших и малых рек в разных географических зо­
нах та кж е неодинаковы. В основном это объясняется разной степенью
дренирования реками подземных вод в пределах своих бассейнов.
Изменение стока рек в зоне тайги, в подзоне смешанных лесов, в ле­
состепной и степной зонах при сходных условиях дренирования изменя­
ется в зависимости от процента облесенности бассейнов.
В зоне тайги сток воды в реках с повышением лесистости почти всюду
увеличивается. Увеличение стока с повышением лесистости выражено
различно, но во всех парах рек в облесенных бассейнах сток воды
больше.
Таблица 7
Годовой сток рек в зависимости от облесенности водосборных бассейнов (в мм)
Ч асть реки
Верхнее течение Сев. Двины и Вятки
Верхнее течение Камы и средней Вятки
Северо-восточная часть Камы
Восточная часть средней Волги и Оки
Верховья Днепра
Верховья Зап. Двины и Волги
Верховье Оки
Среднее течение Зап. Двины и верхнее и сред­
нее течение Днепра
Юго-запад, преимущественно бассейн Припяти
Облесенность, %
43
84
20
64
20
67
19
52
11
35
19
40
10
41
Число пар
рек
10
10
6
18
3
28
13
Сток за год
288
292
186
206
211
225
213
234
155
171
185
190
93
105
Более или менее вы ражена эта ж е закономерность в подзоне смешан­
ных лесов, в лесостепи и степи. В отдельных случаях сток с более обле­
сенных рек наблюдается и меньше, что, возможно, связано с поступле­
нием воды подземным стоком из одного речного бассейна в другой, что
обычно связано с бассейнами рек, дренирующих известняки. Изменение
стока различно облесенных рек в зональном разрезе показано в табл. 7.
Массовое попарное сравнение годового стока малых и средних рек,
проведенное П. Ф. Идзоном (1961) в европейской части СССР с резким
различием в лесистости, показало, что в 44 случаях (50% от общего
числа пар рек) годовой сток лесных рек превышал сток относительно
безлесных рек более чем на 5% от средней величины. В 24 парах (27,3%)
установлено уменьшение стока. Остальные -20 пар, или 22,7%, дают
колебания в разные стороны, не выходящие за пределы точности наблю­
дений.
В более южных районах сток рек меняется, что показано такж е в
табл. 7.
В общем повышенно облесенные бассейны рек дают больший сток
воды в год по сравнению со слабо облесенными. Однако по отдельным
рекам, протекающим по карстовым районам, наблюдаются обратные ре­
36
зультаты, т. е. в более облесенных речных бассейнах сток воды меньше,
чем в менее облесенных.
Следует подчеркнуть, что прямо пропорциональной зависимости меж­
ду облесенностью водосборных бассейнов и их стоком не наблюдается
вследствие влияния на сток таких факторов, как равномерность распре­
деления лесов, их состав и продуктивность, степень заболоченности, зарегулированность рек озерами и других особенностей.
Положительное влияние леса на водный баланс рек и на защиту почв
от водной и ветровой эрозии позволяет наметить необходимую лесистость
по отдельным районам европейской части СССР с тем, чтобы улучшать
водный режим рек и предотвратить почвы от смыва, размыва и заноса
территории пылью. Необходимая лесистость установлена нами для боль­
шинства административных областей по укрупненным показателям, ис­
ходя из горизонтального расчленения территории оврагами и балками.
Этот способ менее точен, чем детальное исследование каждой области,
но все ж е позволяет дать конкретные величины лесистости для отдель­
ных естественноисторических и административных районов.
Таблица 8
Коэффициент весеннего стока в лесостепной зоне при осадках 185 мм
на водосборных бассейнах от 15 до 18 г а
Степень р асчле­
ненности терри­
тории и коэффи­
циент расчлене­
ния,, к м /к м 2
Очень сильная,3
Сильная, 2
Средняя, 1
Слабая, 0 ,5
Очень слабая,
0 ,2
Лесистость, %
Крутизна
склонов,
градусы
Степень
СМЫТОСТИ
0
почвы
10
30
50
80
Покрытие
почвы
Травяным
покровом,
%
30
25—27
15—19
5—8
2—3
Очень силь­
ная
Сильная
Средняя
Слабая
Очень сла­
бая
0,63
0,36
0,24
0,20
0,18
0
0,49
0,45
0,28
0,20
0,27
0,20
0,16
0,12
0,20
0,16
0,12
0,08
0,17
0,14
0,09
0,05
0,15
0,08
0,04
0,03
Ед.
25
43
75
По коэффициентам расчленения территорий и была эксперименталь­
но установлена лесистость различной величины водосборных бассейнов,
на которых были проведены наблюдения по поверхностному стоку атмос­
ферных осадков (табл. 8).
Н а основании этих данных мы сочли возможным принять шкалу ле­
систости водосборов (в %) в зависимости от коэффициента расчленения
территории (эти проценты мы принимаем для нормы искусственного об­
лесения малых водосборных бассейнов):
Коэффициент расчленения, км/км2
Минимальная лесистость, %
0 ,5
5
1,0
8
2 ,0
16
3 ,4
2.4
Повреждаемость посевов ветровой эрозией при разной лесистости х а ­
рактеризуется следующими данными:
Лесистость, %
Степень повреждения посевов
5
0
4 ,3
3 ,0
3 ,8
3 ,3
3 ,4
10,0
2 ,8
3 0,0
2 ,0
3 5,0
1,0
55
К ак видим, абсолютно исключается повреждение посевов пыльными
бурями при 5% лесных полос от общей площади защищаемой террито­
рии при условии создания системы полос.
Исходя из приведенных нормативов, нами установлена необходимая
лесистость по укрупненным показателям. В качестве основного показа­
теля степени эродированности почв принят коэффициент горизонтального
расчленения, выраженный в километрах оврагов и балок на квадратный
километр площади.
37
ШИРИНА ВОДОПОГЛОТИТЕЛЬНЫХ,
ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ
И ПОЛЕЗАЩИТНЫХ ПОЛОС
Расчлененность территории особенно разнообразна в Центрально­
черноземном районе. Поэтому трудно уложить всю пестроту условий в
какую-то упрощенную систематизированную схему создания защитных
лесов. Учитывая, что эта степная территория является основной базой для
сельскохозяйственного производства, можно сказать, что в лесостепных
и степных районах климаторегулирующие, водопоглотительные и противоэрозионные леса следует создавать, в отличие от лесной зоны, полоса­
ми, ориентированными перпендикулярно господствующим ветрам, на
водоразделах и по горизонталям на склонах к гидрографической сети.
Все разновидности полос должны составлять единую систему. В степной
и лесостепной зонах назначение полос — это борьба с эрозией и пыль­
ными бурями. В лесной зоне леса следует создавать массивами, так как
они должны обеспечивать народное хозяйство древесиной, способствовать
сохранению водного режима рек и созданию благоприятных условий для
жизни людей.
В тех случаях, когда гидрографическая сеть не имеет интенсивного
развития, а водораздельные участки настолько обширны, что прибалочные леса не могут надежно защ ищ ать их от вредного действия ветров,
необходимо создавать полезащитные лесные полосы.
Лесные полосы должны состоять из водопоглотительных полос, рас­
положенных на бровках склонов, в оврагах и балках, и климаторегули­
рующих полос, расположенных на равнинах водоразделов в лесостепи
и степи. По мере продвижения на юг, ширина водопоглотительных полос
сокращается и на равнинах юга и юго-востока европейской части СССР
и западной части Казахстана они совсем исчезают. Там остаются лишь
узкие полезащитные трех-, пятиленточные полосы.
Таблица 9
Ширина различных полос в лесостепи, степи и вдоль рек (в м)
Полосы
Водопоглотительные
Противоэрозионные
Кли маторегулирующие
Степи и полупус­
тыни юга и юговостока европей­
ской части СССР
Северная
лесостепь
Средняя
лесостепь
Южная
лесостепь
50—60
20—60
40—45
20—40
3—5
20—30
1 5 -2 0
0
0
6,0
500
50
2 0 -3 3
10—20
0
0
0
0
3 — 5 ря­
дов через
2 ,5 м
Берегозащитные полосы вдоль крупных рек
1-го порядка
500—1000 500—1000
2-го порядка
50—100 50— 100
3-го порядка
3 0 -5 0
20—31
Вдоль мелких рек
20—30
20—30
Особое место занимают берегозащитные полосы, приуроченные к бе­
регам рек, озер, каналов и водохранилищ. Ширина их зависит от меха­
нического состава почвы, длины и степени эродированности склонов. На
крупных реках эти полосы обычно шире, чем на более узких (табл. 9).
Ширина водопоглотительных и противоэрозионных полос установлена
экспериментальным путем по указанной выше методике, таким же обра­
зом установлена ширина вдоль мелких рек 3 и 2-го порядков. Д ля рек 1
и 2-го порядков ширина полос установлена по длине эродированных
склонов.
В заключение надо сказать, что при составлении методики использо­
вана многочисленная литература по эрозии почв, поверхностному стоку
и гидрологии.
ГЛАВНЕЙШИЕ РЕСУРСЫ ЗЕМЛИ
Все ресурсы непосредственно или косвенно связаны с землей. Достаточ­
ная обеспеченность этими ресурсами или их скудость определяют пригод­
ность земли для использования ее человеком. К тому же и охрана почв
и вод в большей степени зависит от характера использования земли в
целом, чем от непосредственной эксплуатации почвенных или водных ре­
сурсов, взятых в отдельности. Земля, ее почвы и воды дают если не все,
то большую часть ресурсов, необходимых для поддержания жизни чело­
века.
Распределение земли между отдельными видами ее использования
может стать самым важным шагом на пути охраны природных, в част­
ности земельных ресурсов. Однако оговоримся, что в настоящее время
мы будем рассматривать его только как вступление или предварительное
условие для решения проблем, вытекающих из специфического исполь­
зования ресурсов, связанных с землей.
Условимся также, что выделяемые типы использования земли и их
сочетания служ ат регулируемой схемой, в рамках которой мы намечаем
соответствующие мероприятия по охране ресурсов.
Отметим, что охрана почв распространяется главным образом на
обрабаты ваемы е земли. При этом подчеркиваем, что правильная органи­
зация лесного хозяйства способствует, в зависимости от конкретных ус­
ловий, охране почвы, вод, дикой фауны, что посевы трав и благоустрой­
ство территории приводят к аналогичным результатам на естественных
пастбищах и что площади, отведенные под заповедники, менее подвер­
жены или почти не подвержены эрозии.
Правильное распределение площади земли между отдельными вида­
ми пользования — необходимая предпосылка для охраны земельных ре­
сурсов. Д л я специалистов в этой области такое распределение площадей
земельных угодий представляет собой то же самое, что защита лесов от
пожаров для лесовода. Если подобное распределение не будет предвари­
тельно осуществлено, то все другие мероприятия могут оказаться бес­
плодными. Только после того, как будет проведено разумное распреде­
ление земли между отдельными видами ее использования, можно добить­
ся полного успеха от проведения других мероприятий.
Реальный объект, которым мы прежде всего должны заниматься, осу­
ществляя охрану природных богатств,— это земля, ее почвы и воды, а
все остальное является лишь частью землепользования.
Зем ля и почва не одно и то же. Многие земли лишены почвы. Есть
немало земель, где почва совсем не образовывалась. Зем ля занимает
большую площадь, чем почва. Не земля, а почва дает нам хлеб. Почва
с ее плодородием представляет собой один из наиболее существенных
факторов жизни растений, в том числе и древесных.
К числу земель, лишенных почв, относятся мощные торфяники, бес­
плодные наслоения песка на прежних дюнах и пляжах, каменистые рос­
сыпи, обнажения материнских (горных) пород и др. Составители поч­
венных карт различают 35 типов земель, где почвенный покров отсутст­
39
вует. Разумеется, некоторые заболоченные почвы можно превратить в
высокопродуктивные земли. Что касается сухих песков, то они не только
непродуктивны от природы, но и лишены способности задерживать те
вещества, которые можно было бы внести для создания их плодородия.
В некоторых случаях песчаные земли пригодны для добычи строительно­
го песка или песка для выработки стекла, а в ряде мест пески приносят
пользу, осуществляя функции водосборов, пополняющих запасы подзем­
ных вод.
Там, где на поверхность земли выходят в виде скал твердые корен­
ные породы, разумеется, тоже нет почвы, земля длительное время оста­
ется голой д а ж е при разрушении этих пород. Территории каменных рос­
сыпей и выходы на поверхность скалистых горных пород классифициру­
ются как каменистые или скальные.
С ам а земля является ресурсом. Землю и почву можно рассматривать
совместно при проектировании их использования. Сельскохозяйственные
культуры, пастбища и леса относятся к основным и наиболее древним
видам использования земли. Они обеспечивают основную часть поставок
продовольствия и удовлетворяют самые разнообразные потребности в
сырье.
М асштабы и уровень земледелия, животноводства и лесного хозяйст­
ва в целом оказывают влияние на экономику всей страны. Соотношение
меж ду земледелием, животноводством и лесным хозяйством влияет на
источники существования и образ жизни людей. Нормальное соотноше­
ние этих видов для отдельных районов страны может быть разное. Н а ­
пример, для подзоны смешанных лесов (в % ):
Пахотные угодья
Естественные пастбища
Леса
Прочие земли
Особые виды пользования
24
33
31
5
7
Особые виды пользования состоят из следующих категорий: улицы,
железные, шоссейные и грунтовые дороги, линии электропередач и связи,
промышленные объекты, парки, стадионы, плотины, водохранилища,
нефтяные вышки и нефтехранилища, места размещения аэродромов и
различных полигонов, подземные и открытые разработки полезных ис­
копаемых, кладбищ а и др. Они постоянно расширяются и захватывают
плодородные земли. Многие из особых видов использования носят вре­
менный характер и перемещаются со временем в другие районы, но они,
как правило, оставляют на поверхности земли незалечиваемые или труд­
но залечиваемые раны.
Четыре названные крупные категории использования земли и мно­
гочисленные подразделения внутри них нередко конкурируют между со­
бой за захват территории.
Среди основных видов использования земли первоочередное право на
выбор площади принадлежит сельскому хозяйству, включая животновод­
ство, а под леса отводятся территории, в большинстве своем непригодные
для двух первых претендентов или ж е расположенные там, где распашка
земель и животноводство развиты еще слабо.
В то ж е время особые виды пользуются преимуществом по сравне­
нию с основными его видами положением, так как они обеспечивают
высокий доход на единицу площади и зачастую неразрывно связаны с
общей урбанизацией территории. Интенсивное земледелие в окрестно­
стях города отступает все дальш е в глубь сельских районов. Поля, сено­
косы и пастбища вытесняются различного рода постройками, спортив­
ными сооружениями, складами, парками, заправочными станциями и т. п.
Расширение городской территории или застройку площади нельзя
допускать без учета продуктивности земли. Разрастание предприятий или
40
застроенных территорий должно происходить за счет худших земель,
менее всего подходящих под сельскохозяйственное использование. П ро­
дуктивные земли совсем не должны использоваться под строительство.
Очень важно не допускать чрезмерного разрастания городов, смыкания
их с пригородами.
Стадии первоначального освоения, научно обоснованное и избира­
тельное распределение сельскохозяйственных земель находятся пока в
зачаточном состоянии. При этом работники планирующих учреждений
считают порой излишним рациональное распределение земли между
различными видами использования или же не знают, как к нему подойти.
В частности, отдельные лица резко выступают против оптимальной леси­
стости, направленной на упорядоченное соотношение между сельскохо­
зяйственными землями, пастбищами и лесами в водоохранных и почвоза­
щитных целях, хотя эти соотношения существенно влияют на водный б а­
ланс отдельных территорий и качество речных вод, а также крайне
важны для сохранения почв.
В результате совершенно справедливые и научно доказанные положе­
ния и предложения о водоохранной рели лесов и об охране почв з а ч а ­
стую остаются неосуществленными применительно к пахотным угодьям.
М ало прилагается усилий для того, чтобы сохранить и улучшить земель­
ный фонд разной степени пригодности.
Весь земельный фонд по степени пригодности для выращивания сель­
скохозяйственных культур можно разделить на две категории: пригод­
ные для сельскохозяйственных культур и непригодные для культивиро­
вания.
В США обе категории земель распределяют на следующие классы по
степени пригодности.
I класс. Широкие возможности использования для различных видов
сельскохозяйственных культур, садоводства и лесоразведения. Земля пре­
восходная, почва богатая, поверхность почвы ровная. Почвы с развитыми
генетическими горизонтами легко поддаются обработке и хорошо зад ер­
живаю т влагу. Смыв почвы незначительный или его совсем нет. Угол
наклона поверхности не более 5°.
II класс. Умеренные ограничения в использовании почвы и умерен­
ный риск нанесения ущерба. Природные условия в известной мере огра­
ничивают выбор культур и требуют легко осуществляемых мер по охра­
не почв при их распашке. Больш ая часть площади обладает уклоном
в 10— 15°, местами до 0—5°, при котором скорость стока достаточна для
смыва почвы при возделывании кукурузы, зерновых и других сходных
культур. Некоторые земли II класса переувлажнены и требуют мелио­
рации.
III класс. Ж есткие ограничения и большой риск нанесения ущерба.
Систематическая культивация почвы ограничена. Использование земель
этого класса затрудняется более серьезными или многочисленными огра­
ничениями по сравнению с землями II класса. Ограничения могут накла­
дываться природными условиями (крутые склоны, песчаные или м ало­
мощные почвы, переувлажненность или недостаток влаги) или эрозией,
вызванной неправильным использованием земель. Выбор культур более
ограничен, и при распашке следует применять сложные средства для ох­
раны почвы и поддержания эффективности соответствующих сооружений.
Если эти земли отводятся под культуры, то необходимо применять меры
по охране почв либо из-за крутизны уклонов, либо из-за предшествующей
эрозии, либо по обеим причинам. Уклон на землях этого класса достига­
ет 10— 15°.
IV класс. Крайне жесткие ограничения; земли пригодны только для
несистематической или для некоторых видов ограниченной культивации.
Выбор культур на землях этого класса связан с очень жесткими ограни­
чениями, при распашке требуется весьма тщательный учет. К этому
41
классу относятся земли с более сильным уклоном или более пострадав­
шие от эрозии, чем земли III класса. Уклон достигает 10— 15°, иногда20°.
Все земли I, II, III и IV классов пригодны для культурных пастбищ,
сенокосов, древесных культур.
i V класс. Земли непригодны для культивирования из-за переувлаж­
нения, каменистости, затопления и т. п. Незначительные ограничения для
использования под выпас скота и значительные для лесовыращивания,
если не будет проведена мелиорация почв.
Заболоченные почвы являются основным объектом мелиорации в не­
черноземной зоне. Под влиянием заболачивания сильно изменяются фи­
зические свойства почвы. В зависимости от характера почвообразующих
пород, факторов заболачивания и других причин оглеение сопровожда­
ется различным изменением почвенной кислотности.
Под влиянием оглеения увеличивается подвижность не только ж еле­
за, марганца, но и алюминия — относительно стабильного элемента.
На начальных этапах оглеения тяжелых почв подзолистого типа в их
элювиальных и аллювиальных горизонтах (по сравнению с неоглеенными почвами) накапливается железо, марганец и другие элементы, глав­
ным образом в форме специфических новообразований. В фазе интенсив­
ного заболачивания глеевые горизонты характеризуются выносом ж еле­
за, марганца и нередко алюминия.
В легких почвах того ж е типа нарастающее заболачивание сопровож­
дается прогрессирующим оподзоливанием верхних горизонтов и выносом
полуторных окислов из глубоких глеевых слоев. Ж елезо накапливается
лишь в ортзандовых горизонтах, имеющих преимущественно гидрогенное
происхождение.
Глееобразование наклады вает определенный отпечаток на физические
свойства минеральных гидроморфных почв (плотность, порозность, влагоемкость, фильтрация и др.).
Осушение такж е оказывает различное влияние на физические свой­
ства минеральных почв. Характер вторичных изменений физических
свойств в значительной мере определяется генетическими особенностями
почв и их механическим составом. Например, в супесчаных и суглинистых
подзолистых, дерновых насыщенных, дерновых карбонатных, дерновых
карбонатных оподзоленных и в пойменных почвах в результате осуше­
ния часто увеличивается (в два — шесть раз и более) их водопроницае­
мость и порозность. Вместе с тем в тяж елых и песчаных почвах подзоли­
стого типа вторичные изменения физических свойств весьма незначи­
тельны.
VI класс. Земли на крутых склонах слишком каменистые, засушли­
вые или переувлажненные и такж е непригодные для культивирования.
Умеренные ограничения для использования под выпас или для лесона­
саждения.
VII класс. Земли на очень крутых склонах, сильно пересеченные, з а ­
сушливые или переувлажненные и т. п. Жесткие ограничения для исполь­
зования под выпас скота или для лесовыращивания.
VIII класс. Земли с крайне пересеченным рельефом, очень засушли­
вые или заболоченные. Непригодны для культивации, выпаса или
выращивания леса. Пригодны для заповедников и охраны водоразделов.
Огульный подход ко всем площадям земель, без учета природных зон
и особенностей почв, нельзя положить в основу распределения полей, ле­
сов и земель, отведенных под промышленные предприятия и города.
Последние должны быть тесно увязаны с природными ресурсами, а лес­
ные и сельскохозяйственные земли должны находиться в таком соотно­
шении, чтобы леса способствовали улучшению климатических условий
полей и размеры последних создавали наилучшие климатические усло­
вия для выращивания сельскохозяйственных культур.
42
РОЛЬ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ
В ЖИЗ НИ ЧЕЛОВЕКА
Природные ресурсы — вода, почва, растительный и животный мир,
минералы — используются человеком как непосредственно, так и в пере­
работанном виде. Эти природные ресурсы удовлетворяют наши жизнен­
ные потребности.
Охрана природных ресурсов не исключает эксплуатации даров при­
роды, она ставит своей целью их продолжительное использование. Такие
возобновимые ресурсы, как почва, лес, животные, полностью сохраняют­
ся в том случае, если эксплуатация не снижает их продуктивности. Невозобновимые ресурсы необходимо сохранять и рационально использовать
д л я того, чтобы они приносили максимальную пользу, прежде чем совсем
иссякнут.
Природные ресурсы — существенная часть окружающей человека
среды, но чтобы осуществлять их рациональное использование, необхо­
дим о научиться смотреть на природу как на единое целое и уметь пони­
мать сложные взаимосвязи и взаимодействия между природными усло­
виями, ресурсами и компонентами природной среды. К ним относятся:
климат, горные породы и геологические структуры, вода и системы стока,
рельеф местности, почва, естественная растительность и животный мир.
Все перечисленные компоненты взаимосвязаны между собой, взаимоза­
висимы и влияют друг на друга, хотя одни и выступают в роли явлений
природы, а другие в качестве ее ресурсов.
Всем известно, что удачное соотношение тепла и влаги является
основным условием благоприятной природной среды. При избытке, недо­
статке или отсутствии одного из них наступает или холод, или засуха,
или переувлажнение.
Горные породы — поставщики основных видов минерального сырья:
элементов и их соединений. Они являются основой и источником нашего
существования на Земле. Под воздействием солнца, воды, ветра и ра з­
личных организмов горные породы распадаются на мелкие частицы и
превращаются в песок и глину, составляющие основу почвы. Почвы ра з­
виваются только на минеральной основе.
Почва отраж ает в себе весь комплекс природных компонентов. В поч­
ве воздух и вода сочетаются с минеральными и органическими вещества­
ми. Все это в совокупности и тесном взаимодействии и является той сре­
дой, которая поддерживает жизнь на Земле. В ней обитает огромное
количество растительных и животных организмов, не случайно почву
называю т ареной жизни. На ней произрастают многие крупные расте­
ния, служащ ие пищей не только для животных, но и для человека.
Такой компонент, как вода, присутствует во всех сферах, окружающих
природу. Стекающие по поверхности горных пород и почвы воды и лед­
ники формируют рельеф местности, вызывают эрозию и переносят про­
дукты разрушения горных пород в долины.
Вода, просачивающаяся в почву, способствует развитию и плодоро­
дию почвы. Растения питаются минеральными солями почвенного рас­
твора и без воды погибают. Вода доставляет питательные вещества
к корням растений и способствует их усвоению.
Ценность почвы определяется продукцией растительности. Леса зани­
мают большое место в растительном мире. Они являются щедрым источ­
ником, удовлетворяющим многие потребности человека.
Лес лучше самой совершенной системы искусственных мероприятий
защ ищ ает почву. Обычно леса, расположенные на водораздельных рав­
нинных пространствах, называют защитными и водорегулирующими.
Они предотвращают процессы заболачивания почв и препятствуют ра з­
витию эрозионных процессов. Л еса задерживаю т воду атмосферных
43
осадков, способствуют проникновению ее в почву н обеспечивают чисто­
ту грунтовых вод.
Л еса на водоразделах являются накопителями грунтовых вод, кото­
рые по своей ценности не идут ни в какое сравнение с создаваемыми в
нижнем течении рек искусственными водохранилищами. Сооруженные
человеком водохранилища отличаются невысокой эффективностью и без
защитных лесных массивов и травянистой растительности в их бассейнах
будут существовать очень короткое время.
Лес укрывает множество птиц и мелких животных. В прохладных и
прозрачных лесных речках и озерах водятся наиболее ценные породы
рыбы. Там же обитают водоплавающие птицы и животные. Учитывая
указанные полезности леса, мы в гидрологических исследованиях стре­
мились установить связь между величиной поверхностного стока и типа­
ми почв, отличающихся большим разнообразием на огромных простран­
ствах СССР. Н аряду с этим мы стремились выяснить роль болот в гидро­
логических процессах, происходящих на Земле, влияние осушительной
мелиорации на водность рек, а такж е роль озер и водохранилищ в заре­
гулировании речного стока.
В целях регулирования поверхностного стока и перевода его в грун­
товый мы стремились выяснить влияние лесистости на сток рек, исполь­
зуя при этом данные по стоку рек с различно облесенных бассейнов, и на
основании этих данных предложить в зональном разрезе оптимальную
лесистость, ширину водопоглотительных полос, способы рубок в водоох­
ранных и почвозащитных лесах и другие мероприятия в зависимости от
типов и разностей почвы.
ЕСТЕСТВЕННОИСТОРИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
НЕЧЕРНОЗЕМНОГО ЦЕНТРА
Почти вся территория нечерноземных областей расположена в преде­
л ах Московской впадины кристаллического фундамента Русской плат­
формы. Глубина впадины в пределах Ярославской и Костромской обла­
стей достигает 250— 300 м. К юго-востоку от нее отходит глубокая и у зкая
Рязанско-Саратовская впадина, которая разделяет Воронежский и Там­
бовский выступы кристаллического фундамента, в свою очередь, ограни­
чивающие Московскую впадину с юга.
В направлении на северо-запад поверхность кристаллических пород
повышается в сторону Балтийского моря.
Н а докембрийском и кристаллическом основании залегает мощная
осадочная толща, представленная снизу вверх системами нижнего палео­
зоя, девона, карбона, перми и мезо-кайнозоя. Выходящая на дневную
поверхность девонская каменноугольная и пермская системы представ­
лены плотными карбонатными породами (известняками, мергелями, до­
ломитами) и в меньшей степени песчано-глинистыми отложениями.
Сравнительно маломощные отложения юрской и меловой систем пред­
ставлены главным образом рыхлыми песчано-глинистыми породами, а на
крайнем юго-западе такж е белым мелом.
Осадочный комплекс образует свои особые структурные формы, сре­
ди которых выделяется наиболее значительное залегание горных пород
в виде обширного, диаметром в сотни километров, очень пологого про­
гиба слоев, получившего название Московской синеклизы. Ось ее прохо­
дит с юго-запада на северо-восток примерно через Смоленск, Москву,.
Кинешму и далее на верховья р. Ветлуги. В наиболее опущенной части
Московской синеклизы, расположенной на территории центральных и се­
веро-восточных областей, непосредственно под четвертичным покровом
или под осадками юры и мела, залегают пермские верхнекаменноуголь­
ные отложения. В направлении к юго-западу и северо-западу из-под них
последовательно выступают слои среднего и нижнего карбона, верхнего
44
Р и с . 9. Г е о л о г и ч е с к о е с т р о е н и е в ц ен т р а л ь н о м р а й о н е
1 — неоген; 2 — палеоген, меловая система; 3 — верхний отдел; 4 — нижний отдел; юрская си­
стема: 5 — верхний отдел, триасовая система: 6 — нижний отдел, пермская система; 7 — верх­
ний отдел; 8 — нижний отдел, нерасчлененные отложения, кам енноугольная система; 10— верх­
ний отдел; 1 1— средний отдел; 12 — нижний отдел, девонская система; 13 — верхний отдел
девона, которые, слагая крылья синеклизы, очень полого падают к ее
центральной части. Еще далее к западу девонские отложения, широко
распространенные на дневной поверхности, образуют главное девонское
поле. В Брянской обл. палеозойские слои уходят на глубину, перекрываясь меловыми отложениями, которые слагают здесь северо-западное
крыло Днепровско-Донецкой синеклизы (рис. 9).
Н азванные крупные структуры осложнены структурами второго и
третьего порядков, из которых наиболее примечательными на территории
нечерноземных областей являются Рязанско-Костромской прогиб, ОкскоЦнинский и Сухонский валы. Кроме них, известно много других слабо
выраженных структурных поднятий и прогибов.
Геологическое строение коренных отложений оказало большое влия­
ние на рельеф. В южной, западной, и частично в центральной частях тер­
ритории, где на дневную поверхность выступают структурно приподня­
тые плотные известняковые породы каменноугольной и девонской систем,
простираются обширные возвышенности: Среднерусская, СмоленскоМосковская, Валдайская. На фоне возвышенностей выделяются низмен­
ности: Придеснинская (Днепровско-Деснинская), Окско-Донская и др.
45
В восточной и северной частях территории, сложенной с поверхности от­
носительно более рыхлыми породами перми и мезозоя, располагаются
обширные низменности: Верхневолжская, Мещерская, Ветлужско-Унженская. Н ад ними возвышаются отдельные возвышенности (Северные
Увалы, Клинско-Дмитровская и др.).
В общий план рельефа, сложившийся еще в доледниковое время,
большое разнообразие внесли экзогенные факторы, которые действовали
на протяжении четвертичного периода, особенно во время оледенений.
Описываемая территория не менее четырех раз покрывалась ледниками,
о чем свидетельствуют четыре самостоятельных горизонта морен (мо­
ренных суглинков), разделенных межледниковыми отложениями. В фор­
мировании земной поверхности сказалась главным образом деятельность
последних трех ледниковых покровов: Днепровского, Московского и Вал­
дайского. Б лагодаря тому, что в направлении с северо-запада на юго-во­
сток последовательно меняются площади распространения валдайской,
московской и днепровской морен, а далее расположены внеледниковые
области, границы оледенений во многих местах четко прослеживаются
в рельефе крупных геоморфологических и физико-географических регио­
нов. Это объясняется тем, что рельефообразующая деятельность ледни­
ков по их окраине совершалась с различной интенсивностью, а резуль­
таты этой деятельности в последующее время в разной степени преобра­
зованы под воздействием флювиальных (речных) и сопряженных с ними
склоновых процессов.
Почвы нечерноземного центра
Территория нечерноземного центра располагается в двух почвенных
зонах. П реобладаю щ ая часть ее входит в пределы подзолистой зоны, в
ее южную подзону, характеризующуюся дерново-подзолистыми почвами.
Только юго-восточная относительно небольшая часть рассматриваемой
территории заходит в лесостепную черноземную зону.
Почвенный покров нечерноземного центра очень разнообразен по со­
ставу генетических типов почв и весьма сложен по своему строению. Поч­
вы относятся к нескольким генетическим типам: подзолистые, представ­
ленные в основном подтипом дерново-подзолистых почв, подзолисто-болотные, болотные и пойменные. Каждый из этих типов почв делится на
многочисленные подтипы, роды, виды и их разновидности.
Типы почв меняются в зависимости от форм рельефа и материнских
пород. Они образуют небольшие массивы, сложно сочетающиеся меж­
ду собой. Поэтому почвенный покров этой части нечерноземного цен­
тра является малоконтурным, мозаичным, состоящим из почвенных со­
четаний, а на отдельных участках отличается д аж е микрокомплекс­
ностью.
Наиболее распространены дерново-подзолистые почвы. Они приуро­
чены к положительным элементам рельефа — равнинам, холмам, возвы­
шенностям, склонам, к долинам рек, надпойменным террасам. Все дер­
ново-подзолистые почвы развились на ледниковых, водно-ледниковых
и древнеаллювиальных отложениях, общей отличительной чертой кото­
рых является сиалитный характер химического состава. Д ля дерновоподзолистых почв характерны все виды, выделяемые по степени оподзоленности. В распространении по территории дерново-слабо-, средне- и
сильноподзолистых почв имеются определенные закономерности, а имен­
но: на плоских элементах рельефа складываются условия для наиболь­
шей оподзоленности и поэтому на них формируются дерново-сильнопод­
золистые почвы. На склонах развиваются дерновые средне- и слабопод­
золистые почвы. Отметим, что чем круче склон, тем меньше в почвах
проявляются признаки подзолообразовательного процесса. Слабоподзо­
листые почвы очень часто приурочиваются к легким породам (пескам
и супесям) или же они формируются на слабокарбонатной морене.
46
Рис.
10.
Р азн ости
почв п о м е х а н и ч е с к о м у с о с т а в у в ц ен т р а л ь н о м
н еч ер н о зе м н о м
ц ен тр е
П о ч в ы : 1 — подзолистые; 2 — дерново-подзолистые песчаные и супесчаные; 3 — дерново-под­
золистые песчаные и супесчаные с валунам и; 4 — дерново-подзолистые суглинистые и глини­
стые; 5 — дерново-подзолистые суглинистые и глинистые с валунами; 6 — подзолисто-болотные;
7 — дерново-карбонатные и перегнойно-карбонатные; 8 — серые лесные; 9 — торфяно-болотныг
(верховых
болот);
1 0 — перегнойно-торфяно-болотные
(низинных и переходных
болот);
11 — черноземы выщ елоченные и оподзоленные; 12 — аллювиальные
Механический состав дерново-подзолистых почв также очень разно­
образен и представлен песчаными и супесчаными разновидностями
(рис. 10). Большое значение, особенно с точки зрения использования почв
в сельском и лесном хозяйстве, имеет разнообразие почв по родовым
признакам, обусловливаемым генезисом, текстурой, химическим, механи­
ческим и минералогическим составом почвообразующих пород. Родовые
отличия бывают настолько существенны, что отражаются даж е в особен­
ностях строения генетического профиля, в появлении специфических мор­
фологических, химических и водно-физических свойств у дерново-подзо­
листых почв.
По родовым признакам почвы нечерноземного центра представлены
дерново-подзолистыми почвами, формирующимися на флювиогляциальных и древнеаллювиальных супесях и песках, моренных отложениях, по­
кровных отложениях и двучленных наносах.
С дерново-подзолистыми почвами сочетаются и подзолисто-болотные,
занимающие все пониженные формы рельефа, днища оврагов и балок,
47
а такж е плоские водоразделы, сложенные тяжелыми слабопроницаемы­
ми породами. Эти почвы образуют на территории нечерноземного центра
большие массивы. В ряде районов Мещерской, Верхне-Волжской, Ветлужско-Унжинской низменностях болотные почвы в почвенном покрове
преобладают. В пределах нечерноземного центра наблюдаются частые
случаи вторичного заболачивания почв по вырубкам. Материнскими по­
родами для болотных и подзолисто-болотных почв являются тяжелые по
механическому составу делювиальные отложения, часто двучленные н а ­
носы и бесструктурные моренные глины.
Массивы заболоченных почв неоднородны и имеют характер микро­
комплексов. Часто от периферии к центру массивы располагаются кон­
центрическими кольцами, сменяющимися с возрастанием признаков з а ­
болоченности.
Формирование микрокомплексов на заболоченных участках обуслов­
лено незначительными изменениями в микроформах рельефа, в характере
уплотнения почвенной толщи, в частой смене механического состава поч­
вообразующих пород. Все эти причины вызывают различия в водном
режиме почв и в увеличении или уменьшении застоя вод в них, следст­
вием чего является разный характер и неодинаковая интенсивность про­
явления процессов заболачивания. Заболоченные почвы разнообразны
такж е по характеру разложения торфа и мощности органогенного гори­
зонта.
Сложность почвенного покрова в пределах дерново-подзолистой под­
зоны увеличивается с распространением на участках, сложенных карбо­
натными породами, интразональных почв дерново-карбонатных и дерново-глеевых. Карбонатные почвы развиваются на аллювии известняков
или на карбонатной морене на положительных элементах рельефа, сме­
няясь в понижениях, при действии жестких вод, дерново-глеевыми (кар­
бонатными, насыщенными или выщелоченными видами).
Значительные массивы тех и других почв встречаются в Вохминском
административном районе Костромской обл., в Бежецком, Краснохолм­
ском и прилегающим к ним районах Калининской обл. и в восточных
районах Рязанской обл.
В районах распространения лёссовидных, в прошлом карбонатных
суглинков в пределах дерново-подзолистой подзоны формируются серые
лесные почвы и почвы с двумя гумусовыми горизонтами (например, во
Владимирском, Подольско-Коломенском и Мещерском опольях).
Типично подзолистые почвы в подзоне дерново-подзолистых почв име­
ют ограниченное распространение. Они наблюдаются небольшими кон­
турами под сохранившимися массивами мертвопокровных или зеленомошных ельников, и только на крайнем северо-востоке, относящемся уже
к подзоне средней тайги, встречаются значительные площади подзоли­
стых почв (на возвышенности Северных Увалов).
И, наконец, сложность почвенного покрова в пределах дерново-под­
золистой зоны увеличивается вследствие распространения различных
пойменных почв по многочисленным долинам рек. Особенно большие
массивы пойменных почв расположены в местах расширения пойм по
Днепру, по среднему течению Оки, по Волге (Ярославско-Костромская
низина).
В северной части лесостепи, в подзоне широколиственных лесов, гос­
подствуют серые лесные почвы на бедных почвообразующих породах.
Сюда с севера внедряются дерново-подзолистые почвы, а иногда типич­
но подзолистые. По понижениям рельефа нередко распространены болот­
ные почвы. Сами серые лесные почвы очень разнообразны по степени
оподзоленности, по гумусонакоплению и образуют различные сложные
сочетания и комплексы. По долинам рек формируются различные пой­
менные почвы. Н а водоразделах формируются отдельными массивами
оподзоленные черноземы (рис. 11).
48
/
Рис. 11. Выделение групп районов по разностям почвы в центральном нечерноземном районе
I _дерново-слабо- и среднеподзолистые; 2 — дерново-слабо- и среднеподзолистые супесчаные
и песчаные почвы; 3 — дерново-слабо- и среднеподзолистые на песках; 4 — дерново-подзолистые темно-серые, серые и светло-серые лесные почвы; 5 — выщ елоченные черноземы, оподзоленные и типичные черноземы; 6 — перегнойные, торфяно-глеевые, дерново-подзолистые и дер*
ново-подзолистые торфяно-глеевы е, торфяно-подзолисто-глеевые с участием дерново-средне­
подзолистых
Дерново-сильноподзолистые почвы отличаются незначительным со­
держанием гумуса, количество которого резко падает с глубиной, и кис­
лой реакцией по всему профилю. Они обладают высокой емкостью по­
глощения в самых верхних горизонтах, где много органических веществ.
Степень насыщенности почв основаниями небольшая. Емкость поглоще­
ния падает в подзолистом горизонте и заметно увеличивается в горизон­
те В, где увеличивается и насыщенность почвы основаниями. В дерново­
сильноподзолистой почве обнаруживается значительный вынос в нижние
горизонты окислов алюминия и ж елеза, а такж е илистой фракции и обед­
нение профиля кальцием и магнием.
В дерново-среднеподзолистых почвах наблюдается резкое падение
содержания гумуса с глубиной. Почвенный раствор отличается кислой
или слабокислой реакцией, а в нижних горизонтах профиля — нередко
нейтральной. Значительно возрастает степень насыщенности и емкость
поглощения по сравнению с дерново-сильноподзолистыми почвами.
Дерново-слабоподзолистые почвы характеризуются слабокислой реак­
цией, менее резким уменьшением гумуса с глубиной; процессы выноса
минеральных веществ в них ослаблены.
4 А. Молчанов
49
Дерново-подзолистые почвы, сформировавшиеся на флювиогляциальных и древнеаллювиальных песчаных отложениях, будучи бесструктур­
ными, с плохо сформировавшимися генетическими горизонтами, отлича­
ются меньшим плодородием. Дерново-подзолистые почвы, развившиеся
на моренных валунных отложениях, отличаются плохой аэрацией. Н аи­
лучшими свойствами отличаются почвы, сформировавшиеся на лёссовид­
ных покровных суглинках. Они отличаются хорошей структурой и хоро­
шим водно-воздушным режимом.
Особыми свойствами отличаются дерново-подзолистые почвы на дву­
членных отложениях, из которых верхний слой представлен валунными
супесями или легкими суглинками, а нижний состоит из тяжелой краснобурой морены.
П одстилающая морена, являясь водоупорным горизонтом, вызывает
переувлажнение нижней части верхнего наноса и развитие процессов
глееобразования. При плоском рельефе на двучленных наносах часто на­
блюдаются дерново-подзолисто-глеевые, а такж е иногда и болотные
почвы.
Н а холмисто-моренных равнинах наблюдается внутрипочвенный сток
воды в понижения, в связи с которым формируются дерново-подзолистые
почвы, широко распространенные в западной части нечерноземного цент­
ра. За п а с питательных веществ в дерново-подзолистых почвах незначи­
тельный.
Болотные почвы нечерноземного центра состоят из таких подтипов:
перегнойно-глеевых (низинные болота), торфяно-перегнойно-глеевых
(переходные болота) и торфяно-глеевых (верховые болота).
Почвы верховых болот отличаются слабым разложением торфа, мень­
шей зольностью и меньшими запасами питательных веществ (азота, фос­
фора, кал и я). Они характеризуются кислой реакцией, низким объемным
весом и очень высокой влагоемкостью. Емкость поглощения болотных
почв очень высокая, в поглощающем комплексе этих почв содержится
много водорода, вследствие этого насыщенность их исключительно сла­
бая или почти отсутствует.
Подзолисто-болотные почвы относятся к переходным между подзо­
листыми и болотными почвами. Подзолисто-болотные почвы характери­
зуются повышенным увлажнением. В течение года они могут быть крат­
ковременно сильно увлажнены по всему профилю. Продолжительное
избыточное увлажнение наблюдается в нижней части профиля. П ок аза­
телем переувлажнения является степень оглеения нижних горизонтов
почвы. Подзолисто-болотные почвы подразделяются на дерново-подзо­
листо-глеевые, торфяно-подзолисто-глеевые (мощность торфа до 15 см),
торфяно-подзолисто-глеевые (мощность торфа от 15 до 30 см). Почвы
отличаются повышенным накоплением кислого гумуса, с признаками
оторфованности. Реакция почв кислая и очень кислая. Емкость погло­
щения средняя, с высоким содержанием поглощенного водорода. Пита­
тельные вещества содержатся в значительном количестве.
Дерново-глеевые почвы наблюдаются в условиях избыточного у вл а ж ­
нения с жесткими грунтовыми водами. Кислотность почвы нейтральная
или слабая. Насыщенность почвы основаниями высокая. Почвы богаты
гумусом, накопление которого вызвано высоким содержанием кальция.
Гумусовый горизонт отличается творожисто-зернистой структурой. В поч­
ве содержится много азота в малоподвижных формах. Тип дерново-глеевых почв делится на дерново-глеевые, дерново-глеевые выщелоченные
и дерново-глеевые подзолистые. Все они отличаются неблагоприятным
водно-воздушным режимом. Н а таких почвах растут в основном серая
ольха и осина.
Дерново-карбонатные почвы формируются на карбонатных породах
(илювий известняков или карбонатные глины, карбонатно-моренные
суглинки). Реакция почв слабощелочная по всему профилю. На дерново­
50
карбонатных почвах наблюдается повышенное гумусообразование и уве­
личенная емкость поглощения. Мощность профиля небольшая и щебе­
нистая. Почва отличается малой влагоемкостью.
Пойменные почвы в центрально-нечерноземном центре состоят из
группы генетических типов, среди которых выделяются пойменные слои­
стые, пойменные дерновые и пойменные болотные. Пойменные дерновые,
суглинистые почвы отличаются наиболее высоким содержанием пита­
тельных веществ. Они приурочены к центральным частям поймы и отли­
чаются высоким содержанием гумуса и подвижных форм фосфора и азо­
та, но недостаточным количеством калия. Пойменные болотные почвы
заилены с поверхности рядом слоев.
Серые лесные почвы состоят из светло-серых, серых и темно-серых
разностей. Количество гумуса в серых почвах колеблется от 2,5 до 10%,
увеличиваясь от светло-серых к темно-серым. Реакция слабокислая и
нейтральная.
Поглощающий комплекс в светло-серых почвах меньше 20 мэкв на
100 г почвы, в темно-серых — 30—35 мэкв на 100 г почвы. Поглощающий
комплекс не насыщен. Степень ненасыщенности возрастает от темно-се­
рых к светло-серым почвам.
Растительность нечерноземного центра
Значительная часть нечерноземного центра сосредоточена в лесной
зоне. Граница между южной тайгой и подзоной смешанных лесов рас­
положена южнее Рыбинского водохранилища и на восток от него вдоль
Волги. Граница между подзонами смешанных и широколиственных лесов
проходит между Смоленско-Московской и Днепровско-Деснинской про­
винциями и далее на восток по Оке.
Состав растительности и распределение ее по территории нечернозем­
ного центра приводится на схематической карте (рис. 12).
Лесистость территории уменьшается от 80—40% на севере до 2—25%
за Окой. Уменьшение площади, покрытой лесом, по территории нечерно­
земного центра происходит весьма неравномерно, так как участки с наи­
более плодородными почвами и спокойным рельефом, удобным для рас­
пашки, обезлесены в далеком прошлом и используются под сельскохо­
зяйственные культуры (рис. 13).
В лесной зоне почти полностью лишены древесной растительности
ополья. Охрана подмосковных лесов обеспечила повышенное участие ле­
сов на площадях Подольско-Коломенского ополья в размере 32—38%,
однако и здесь по сравнению с территорией, опоясывающей Москву, ле­
систость меньше. Вокруг Москвы лесистость колеблется в пределах
47— 63%.
Сильно сократилась лесистость (до 14— 30%) на сглаженных морен­
ных равнинах, перекрытых с поверхности покровными суглинками: на
Вачуганской равнине в Ивановской обл., на отдельных участках Смолен­
ско-Московской возвышенности, на моренных останцах среди песчаных
древнеаллювиальных равнин.
Почти безлесны территории, расположенные вблизи крупных област­
ных центров (Ярославль, Иваново, Смоленск и др.).
Незначительная лесистость наблюдается на обширных заболоченных
участках зандровых и древнеаллювиальных равнин (Мещеры, Лухского
Полесья Молого-Шекснинской и Нерльской низин) и в широких луговых
поймах крупных рек.
Наиболее высокой лесистостью (до 50—80%) отличаются площади
на крайнем северо-востоке центрального нечерноземного центра, а так­
ж е зандровые и аллювиально-зандровые равнины, трудные для освоения
из-за низкого естественного плодородия песчаных почв (см. рис. 13).
Довольно высокая облесенность (до 55%) наблюдается на крупно4*
51
Р и с. 12. Р а с т и т е л ь н о с т ь ц е н т р а л ь н о г о н е ч е р н о зе м н о г о ц е н т р а
1 — темнохвойные леса; 2 — широколиственно-еловые леса; 3 — сосновые средне- и ю жнотаеж ­
ные леса; 4 — березовые и осиновые леса южной тайги и подзоны смешанных лесов; 5 — ду­
бовые и смеш анные ш ироколиственные леса; б — сосново-широколиственные леса; 7 — сельско­
хозяйственные земли; 8 — березовые и осиновые леса подзоны широколиственных лесой; 9 —
пойменные луга в сочетании с кустарникам и и местами с лесами
холмистых участках моренных равнин, крутых склонов и гребней гряд,
а такж е избыточно увлажненных подножий склонов долин мелких ручь­
ев и речек.
В южной части центрального нечерноземного центра выделяются ле­
систостью районы засек, а такж е на востоке — Брянской, а на западе —
Тульской обл. Н а остальной территории южной части леса занимают
чащ е всего овраги, балки и долины рек и редко встречаются на водораз­
делах.
В лесной зоне распространены смешанные широколиственные, ело­
вые, сосновые и сосново-широколиственные леса, частично или полностью
сменившиеся на мелколиственные — березовые и осиновые. Меньшее рас­
пространение имеют южнотаежные леса, расположенные на северо-востоке и севере, а такж е широколиственные леса на юге.
Заслуж иваю т особого внимания леса Московской обл., очень давно
используемые человеком и возникшие преимущественно в результате хо­
зяйственной деятельности на месте вырубок, после пожаров, на забро­
шенных пашнях, а такж е и созданные искусственно. Л еса области в на­
стоящее время являются местом отдыха населения Москвы и районных
52
Рис. 13. К арта лесистости центрального нечерноземного района
Л е с и с т о ст ь (в % ): 1 — д о 10; 2 — 10—25; 3 — 25—45; 4 — 45—65; 5 — 65—88
центров. Они занимают около 40% всей земельной территории и служат
различным целям. Большую площадь в области занимают леса, закреп­
ленные за различными министерствами и ведомствами. Очень большую
площадь занимаю т колхозные леса.
В целях обогащения и улучшения породного состава лесов, борьбы
со сменой пород и ускорения лесовыращивания в Московской обл. давно
применяется искусственное лесовозобновление. Наиболее старые лесные
культуры имеют возраст более 100 лет. Очень много лесокультур 70—
90-летнего возраста.
В Поречском лесничестве лиственничные насаждения до 100-летнего
возраста имеют запас от 742 до 1000 м г!га. Еще более продуктивные
культуры лиственницы произрастают на серых лесных почвах в Серебрянопрудском лесничестве Каширского лесхоза. В квартале 81 лиственни­
ца Сукачева в 53-летнем возрасте имела запас 706 м 3/га. Высокой про­
дуктивностью отличаются 50—70-летние посадки лиственницы в Коло­
менском, Виноградовском, Солнечногорском, Верейском, Пушкинском
лесхозах и на Лесной опытной даче Тимирязевской сельскохозяйственной
академии.
53
РОЛЬ ФОТОСИНТЕЗА ВО ВЛАГООБОРОТЕ ЗЕМЛИ
Фотосинтез растений вызывает потери воды, так как в процессе фотосин­
теза происходит фотолиз воды. Таким образом, именно вода является
источником водорода в органических соединениях, возникающих в ре­
зультате фотосинтеза (Виноградов, Тейс, 1941).
Е. И. Рабинович (1951) считает, что вся вода океанов разлагается в
процессе фотосинтеза в течение каж ды х 2 млн. лет. А. А. Ничипорович
(1955), произведя подсчет круговорота кислорода, пришел к выводу,что
растения в процессе фотосинтеза могут использовать и разложить всю
воду океанов в течение примерно 6 млн. лет. Ничипорович не учитывал
возврат воды в процессе фотосинтеза, а также не принял во внимание то,
что органическая масса за время существования растений возросла на
земле от палеозоя до наших дней во много раз.
В приведенных расчетах разложения воды в процессе фотосинтеза не
было учтено влияние на количество циклов влагооборота противополож­
ных процессов — дыхания, гниения и брожения, в результате которых
образуется вода по уравнению
СН20 -'г 0 2 = С02 + Н20 или
СН4 + 2 0 2 = С02 + 2Н20 .
Объем и масса воды гидросферы в геологическом аспекте давно ин­
тересует многих ученых, потому что она не только участвует во всех при­
родных явлениях и процессах, но имеет исключительно большое значе­
ние для жизни и деятельности человеческого общества.
Количество воды в гидросфере, по взглядам некоторых ученых, оста­
ется постоянным за все геологическое время, только качество воды изме­
няется; по взглядам других, общая масса гидросферы Земли непрерывно
увеличивается от одного геологического периода к другому, третьи счи­
тают, что масса гидросферы непрерывно убывает, что повлечет к образо­
ванию пустыни в мировом масштабе.
В. И. Вернадский (1967) считает, что запасы воды в гидросфере оста­
ются неизменными. Однако непрерывный взаимный обмен веществом и
энергией между Землей и космосом, в процессе которого из космоса на
Землю поступает водород, кислород и частично вода, а также непрерыв­
но совершающиеся процессы распада радиоактивных элементов, фото­
синтез и дыхание — все эти процессы изменяют количество воды на Зем ­
ле (Алпатьев, 1969).
Наиболее достоверные данные о потерях воды можно получить по
той части органического вещества, которая попадает в осадок и захороняется в нем. По данным В. А. Успенского (1956), 99.2% ежегодно про­
дуцируемого органического вещества вновь разрушается и лишь 0,8%
его поступает в осадок и захороняется там. Если принять в этом вари­
анте расчета потерю воды на 1 % захороняемого в осадках углерода
около 0,0027-1017 г, а за 600 млн. лет — около 0,165-1024 от общей массы
свободной воды гидросферы (1,46-1024 г), то эта потеря составит около
11%, или слой воды 450 м в пересчете на поверхность океана, от общей
массы всей воды гидросферы (2,53-1024) — около 6,5%, или слой воды
на всю поверхность Земли 330 м.
Термину «безвозвратные потери» придается условное значение, если
учитывать частичный возврат воды в процессе хозяйственной деятель­
ности человека при сжигании угля, нефти, сланцев, природных газов.
Однако это не изменяет оценку общепланетарной значимости фото­
синтеза.
Надо отметить, что на Земле совершаются многовековые и много­
летние ритмы изменения увлажненности материков, вызванные измен­
54
чивостью приливообразующей силы, возникающей в результате взаим­
ных перемещений небесных тел в системе Земля — Солнце — Луна.
С циклами различной продолжительности изменяется динамика в л а ж ­
ных и засушливых лет или холодных и теплых периодов.
В настоящее время, наряду с короткими циклами, многие исследова­
тели подметили длительные ритмы, выражающиеся миллионами лет,
связанные с периодами полного обращения солнечной системы вокруг
центра Галактики. Г. Ф. Лунгерсгаузен (1967) выделяет ритмы порядка
200 млн. лет. По его мнению, эта величина находит хорошее подтверж­
дение в периодичности общепланетарных оледенений Земли.
По словам Лунгерсгаузена, самый удаленный от центра Галактики
отрезок орбиты Солнца может быть назван космической зимой. Пере­
сечение солнечной системой такого участка сопровождается общим пла­
нетарным похолоданием и связанным с ним оледенением Земли.
Такое явление, по-видимому, было .в архее, следы оледенения кото­
рого найдены в Ю жной Америке, однако достаточных доказательств
этого явления еще нет.
Считается, что при кратковременных похолоданиях через 10 млн. лет
нет оснований ожидать больших изменений объема всей гидросферы.
Однако нет оснований и для выводов о направленном изменении массы
всей гидросферы Земли. В то ж е время следует признать тесную связь
между влагооборотом и биосферой.
УЧАСТИЕ БИОСФЕРЫ ВО ВЛАГООБОРОТЕ ЗЕМЛИ
Роль растительного мира связана с аккумуляцией воды, выделением
воды, а такж е с частичным разложением ее на различных этапах продук­
тивности растительности. В этом заключается основная и, можно ска­
зать, космическая роль фотосинтеза, в процессе которого осуществляется
■продуцирование органического вещества и свободного кислорода.
В данном случае мы хотели подвести итоги по выяснению влияния
растительности на общий влагообмен и массу гидросферы в геологиче­
ское время и показать роль фитосферы в развитии общего и частных
влагооборотов.
П ланетарная роль фотосинтеза в продуцировании кислорода на З е м ­
л е признана всеми. Выделение кислорода после фотосинтеза использу­
ется на дыхание животных, на окисление малоокисленных и неокисленных соединений наружной оболочки Земли и атмосферы, а такж е свобод­
ного водорода вулканических газов до воды.
Роль фотосинтеза в природе не только окислительная, но, по-види­
мому, такж е и регулирующая процесс изменения массы гидросферы.
Вся свободная вода гидросферы за время осуществления на Земле
процессов фотосинтеза прошла несколько циклов разложения, в это же
время долж на была непрерывно происходить и рекомбинация ее, иначе
на Зем ле вода давно бы исчезла.
Соединения, содержащие водород, после ряда химических и фото­
химических реакций поднимаются в верхнюю атмосферу, фотодиссоциируют, пополняя водородную геосферу и рассеиваясь в межпланетное
пространство. Н аряду с этим происходит и противоположный процесс —
поступление водорода из межпланетной среды. Свободный водород в
первую очередь вступает в соединения с хлором и углеродом, а затем уже
с кислородом.
Очень большое влияние на продуктивность органических веществ рас­
тениями оказывает плодородие почв, о котором мы говорили ранее, и се­
лекция новых форм и сортов растений. Фотосинтез фактически обеспе­
чивает человека не только углеводами и растительными белками и ж и­
рами, но и продуктами питания животного происхождения. Поэтому
55
влияние человека на фотосинтез, а через него и на влагооборот осуще­
ствляется посредством расширения пашни за счет лесов, лугов и болот,
повышения плодородия почв и выведения новых сортов, а также разве­
дения быстрорастущих древесных растений. Д л я их роста необходима
углекислота. Содержание в атмосфере углекислоты остается почти по­
стоянным, так как система атмосфера — океан находится в неразрывной
связи с физико-химическим равновесием, и малейшее изъятие из атмо­
сферы углекислоты неизбежно вызывает соответствующее пополнение
ее из океана.
Перекачка углекислоты из океана в атмосферу и обратно при совре­
менных термодинамических условиях поверхности Земли ограничена,
так как в тропических широтах океан постоянно выделяет углекислоту
в атмосферу, а в высоких широтах постоянно поглощает ее из атмосферы.
Концентрация углекислоты в воздухе влияет на изменение фотосин­
теза. Чем больше углекислоты в атмосфере, тем интенсивнее идет фото­
синтез. Растениям суши в современную эпоху не хватает углекислоты.
Однако не только фотосинтез вызвал уменьшение парциального давления
углекислоты в атмосфере и гидросфере, но такж е связывание ее организ­
мами в океанических осадках.
Изменение концентрации углекислоты в воздухе оказало влияние на
альбедо Земли. Чем меньше углекислоты в воздухе, тем выше альбедо
и тем сильнее снижение температуры воздуха и сокращение накопления
органического вещества. Появление лиственных пород, и тем более тра­
вянистых растений, является показателем ухудшения углеродного пита­
ния на Земле. Травянистые растения отличаются более коротким перио­
дом вегетации, и эволюция их от многолетних форм к однолетним бла­
гоприятствует сохранению рода.
А.
М. Алпатьев (1969) сделал попытку количественно оценить вли
ние на массу связанной воды замещения древесных форм травянистыми.
П редставляет интерес, в каких природных зонах и провинциях в со­
временную геологическую эпоху биофизический влагооборот осущест­
вляется на оптимальном уровне и в каких он не достигает оптимума,
оставаясь полуэкстенсивным и экстенсивным; в каких природных усло­
виях имеются потенциальные перспективы.
Оптимальный биофизический влагооборот соответствует таким физи­
ко-географическим условиям, в которых потребность в воде удовлетво­
ряется полностью.
С ам а потребность растений в воде в нашем представлении — катего­
рия биогеографическая, обусловленная продолжительностью вегетации
фитоценозов, природным биологическим ритмом их жизненного цикла
(накопление и старение органической массы) и испаряющей способ­
ностью приземных слоев атмосферы.
Основу оценки степени увлажненности территорий составляют коли­
чественные взаимосвязи тепла и влаги (в виде отношения осадков к ис­
паряемости) в развитии природных зон.
Нередко эти оценки не относят к конкретным фитоценозам и не учи­
тывают стока, что в условиях пересеченного рельефа искажает действи­
тельную картину увлажнения; не принимают такж е во внимание накоп­
ленных к весне запасов влаги в почвах, что преувеличивает действитель­
ный дефицит влаги для растений умеренного пояса.
Фотосинтез растений и рост их находятся в зависимости не только от
климатических, но и микроклиматических условий, что заставляет обра­
тить внимание на изменение показателей таких метеорологических эле­
ментов, как ветер, осадки, испарение и сток в зависимости от условий
рельефа и облесенности местности.
56
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
В ЛЕСУ И НА БЕЗЛЕСНЫХ ПЛОЩАДЯХ
РАЗЛИЧНЫХ РАЗМЕРОВ
Метеорологические условия безлесных площадей существенно отличны
от метеорологических условий полей, окруженных лесом, и вырубок.
П реж де всего в полях и на сплошных вырубках при приближении к лесу
меняется скорость ветра. Так, на лесной площади шириной 200 м ско­
рость ветра у опушки леса с наветренной стороны была ра^на 3,5 м/сек,
в 5 ж от опушки внутри л е с а — 1,4 м/сек, в 10 м — 0,2 м/сек, в середине
лесного массива, в 100 м от опушки леса,— 0.
Скорость ветра с наветренной стороны в открытом поле на расстоя­
нии 500 м от стены леса высотой 21 м равнялась 7,2 м/сек.
Н а разном расстоянии от леса с наветренной и с подветренной сто­
роны скорость ветра изменялась следующим образом:
С подветренной стороны
С наветренной стороны
Расстояние
от леса, м
Скорость ветра,
м/сек
Расстояние
от леса, м
Скорость ветра,
м/сек
100
70
35
20
10
Опушка
7,1
7,1
6,2
4 ,8
3,5
3 ,0
Опушка
10
20
30
70
100
150
200
300
0
0 ,5
2 ,6
4 ,0
5 ,3
6,0
6,2
6 ,8
7,2
С наветренной стороны скорость ветра начинает уменьшаться при­
мерно на расстоянии двух высот деревьев от стены леса, а с подветрен­
ной ослабляется до расстояния 10 высот древостоя, однако наиболее з а ­
метное ослабление ветра происходит до пятикратной высоты древостоя
(рис. 14).
Толщина снега на поле такж е изменяется в зависимости от удаления
от стены лесной полосы (рис. 15). По нашим замерам, запасы воды в.
снеге в лесу в 200 м от вырубки и на очищенной от порубочных остатков
вырубке размерами 500X500 м изменялись таким образом:
Расстояние от
вырубки, м
Запасы воды
в снеге, мм
Расстояние от
вырубки, м
Запасы воды
в снеге, мм
Расстояние от
вырубки, м
Запасы воды
в снеге, мм
Стена леса
5
10
25
25
50
75
100
125
175
86
80
76
59
50
43
23
24
33
22
150
175
200
225
250
200
175
125
75
50
22
22
21
21
21
23
28
32
34
39
15
10
5
У стены леса
В лесу
42
48
56
64
75
Середина вырубки шириной 250 м отличалась незначительной тол­
щиной снега и запасами воды в нем. По сравнению с сосновым лесом
запас снега на вырубке и в поле в три с лишним раза меньше.
5?
Рис. 14. Скорость ветра (в м (с е к )
при разны х конструкциях лесных
полос
Полосы: 1 — плотная;
3 — продувная
§С: si
Открытое ЮО50 % % 50
поле
150
250 350
450
2 — ажурная;
м
Рис. 15. Толщина снегового покро­
ва (в с м ) в зависимости от шири­
ны полей
Ширина поля (в м): 1 — 500: 2 — 250
Рис. 16. Запасы влаги в почве
(в %) в зависимости от расстояния
от лесной полосы
10
30
50 70 90 НО 130 150 <70
Расстояние от полос, м
190
Запасы влаги (в %): / — более 40;
2 — 35—40; 3 — 30—35; 4 — 25—30
Т а б л и ц а 10
Изменение запасов влаги весной после исчезновения снега на вырубке
шириной 600 м (в %)
Глубина слоя
почвы, см
5—10
20—25
45—50
95—100
105—110
58
Расстояние от полосы, м
35
100
175
250
300
41,8
38,5
32,6
22,4
21,3
39,3
37,4
24,8
15,2
15,1
30,8
28,4
16,4
14,6
12,9
30,0
25,6
16,4
14,0
13,8
29,9
25,5
16,4
14,1
14,0
Весенняя влагозарядка почвы в процентах от абсолютно сухого веса
характеризуется данными табл. 10.
Чем шире очищенная от порубочных остатков вырубка, тем почва на
■середине вырубки суше из-за сноса снега к стенам леса, где почва почти
в два р а за влажнее, чем на середине вырубки (рис. 16).
По данным А. Ф. Калашникова (1963), в степной зоне урожай пшени­
цы резко изменяется в зависимости от удаления от лесных полос
(табл. 11).
Т а б л и ц а 11
'Биологические показатели озимой пшеницы на поле к западу от редкой лесной полосы
Расстояние на запад o f лесной полосы, м
Покгзатель
\ оличество продуктивных стеблей, %
Средняя длина колоса, см
Среднее число зерен в колосе
Вес 1000 зерен, г
Средняя высота растений, см
Биологический урожай, ц/га
500
230
72
3,0
7,0
28
40
4 ,9
77, 5
3,1
8Д
29,6
45
6,0
150
91, 2
3,7
10, 7
29,9
50
7,3
100
60
35
15
91,8
3 ,8
10,9
29,7
50
7 ,8
92, 3
4 ,2
13,7
30,1
52
8,0
93,2
4 ,3
14,5
32,2
64
8 ,5
97, 7
4 ,8
16,9
33,6
73
12,6
Эти данные такж е подтверждают, что сдувание снега ветром с сере­
дины поля приводит к уменьшению здесь влаги в почве и к увеличению
поверхностного стока. Обеднение влагой верхних слоев почвы сказыва­
ется на урожайности полей, на ухудшении роста дуба на середине вы­
рубок в лесостепных районах. Отрицательное влияние на водный режим
безлесных площадей может оказывать и сток. Годовые значения поверх­
ностного стока вдоль склона с полей разной ширины характеризуются
■следующими данными:
Ширина поля, м
Коэффициент стока
50
0,02
100
0,05
150
0,07
200
0,10
300
0,17
500
0,25
Из ряда цифр видно, что с увеличением размера поля коэффициент
■стока сильно увеличивается и сокращается поступление воды на поля
и вырубки.
Заметное влияние на водный режим почвы безлесных площадей ока­
зывает и суммарное испарение, сначала уменьшающееся по мере у д а­
ления от стены леса, а затем увеличивающееся:
Расстояние от опушки леса, м
Суммарное испарение в лесу и в поле, мм
Лес
412
0
380
50
364
150
369
300
375
500
391
Уменьшение испарения в поле по сравнению с испарением в лесу
наблю дается до 300 м от стены леса, затем оно начинает увеличиваться
и достигает наибольшей величины в 500 м от леса.
Рассмотренные примеры свидетельствуют о том, что и размеры полей,
и размеры вырубок не должны превышать 500 м, так как с обширных
полей и вырубок в дополнение к рассмотренным расходам влаги присо­
единяется вынос снега.
59
К ВОПРОСУ О КРУГОВОРОТЕ ВОДЫ
Древними натуралистами был предложен ряд теорий, в которых они
пытались объяснить круговорот воды с различных позиций. Таковы тео­
рия Платона о питании водой источников и рек непосредственно из морей
через подземные каналы, конденсационная теория Аристотеля, инфильтрационная теория Ветрувия, а такж е теории, в которых совмещались
различные взгляды.
Ветрувий, например, считал, что лощины между гор собирают боль­
шое количество дождевых вод. Снега под прикрытием тени деревьев и
гор долго сохраняются и по мере таяния воды просачиваются в землю
до самой подошвы горы и выходят ключами. Таким образом, источником
всех вод считалась влага атмосферы.
В.
И. Вернадский (1960), говоря о значении наследства древних уч
ных в вопросах познания круговорота воды, имел основание утверждать,
что в литературе прежних тысячелетий, от которой до нас дошли неболь­
шие отрывки, но которая оказы вала в свое время огромное влияние наразвитие научной мысли, несомненно, находятся корни многих современ­
ных представлений по этой проблеме.
Период средневековья характеризуется застоем и упадком в разви­
тии познания природы. Господствующим представлением о круговороте
воды было библейское. Правда, и в то время были отдельные ученые,
пытавшиеся высказать, что «прекрасно то, что море принимает в себя
все реки и не выходит из своих пределов. Море необходимо и воздуш­
ным водам, для которых оно источник и начало. Оно греется лучами
солнца и отдает сущность водную через испарение и курение (туман).
Влага, поднятая в высоту, остужается и образует дождь» (Иоанн Бол­
гарский, IX — начало X века). Леонардо да Винчи (1955) подтвердил
рассуждения Иоанна Болгарского.
Человеческая мысль вновь вышла на путь научных исканий, получив­
ших систематическое развитие со второй половины XV в. и увенчавшихся
в эпоху Возрождения замечательными успехами во многих областях зна­
ния. Ученые того времени вновь занялись поисками ответов на вопросы,
связанные с круговоротом воды. Однако обоснованный ответ на главный
вопрос этого явления — каков источник круглогодового питания рек —
был получен только в 1674 г.
Опытное изучение начинает проникать во все области знания. В 1674 г.
француз Пьер Перри опубликовал трактат «Происхождение источников»,,
в котором описал проведенное им количественное определение стока
р. Сены в ее верховье и сопоставил сток с атмосферными осадками в
этом бассейне. Он писал: «Я уверен, имеется больше вероятности в при­
писывании источников и рек к дождевой и снеговой воде, чем исключи­
тельно внутренней перегонке в земле».
В 1686 г. публикуется «Трактат о движении вод» французского уче­
ного Э. Мариотта, который вычислил количество годовых осадков, выпа­
дающих в бассейне Сены, полученных в исследованиях Перри, и пришел
к выводу, что количество осадков, выпадающих с дождем, превосходит
количество воды в реках и, следовательно, более чем достаточно для их
питания. М ариотт произвел такж е измерение уровня грунтовой воды в
подвалах П арижской обсерватории и показал зависимость подземных
вод от атмосферных осадков, подтвердив таким образом инфильтрационную теорию, выдвинутую еще Ветрувием. Исследования Перри и М а ­
риотта заложили основу балансового метода в гидрологии. Однако еще
не было ответа на вопрос, почему моря и океаны не переполняются во­
дами впадающих в них рек.
Галлей был первым, кто решил определить испарение с моря и опуб­
ликовал полученные им данные в философских трудах Лондонского Ко­
ролевского общества в 1686— 1687 гг.
60
Соотечественник Галлея капитан Д ж . Перри, работавший по пригла­
шению Петра I в России, пытался определить испарение с Каспийского
моря, для чего он измерил сток Волги ниже Камышина, и пришел к вы­
воду, что понижение уровня Каспийского моря вызывается испарением
с его поверхности.
Исследования Перри, М ариотта и Галлея позволили отказаться от
неправильного мнения о снабжении истоков рек морской водой по под­
земным каналам.
Итальянский ученый ректор Падуанского университета А. Валлисниери опубликовал в 1715 г. сочинение «К происхождению источников на
■основании наблюдений стока в горах». Он обнаружил много мест, где
воды таявших снегов уходили в щели скалистой поверхности земли,
через которые они в виде подземных потоков стекали к более низким
местам.
И. Кант в 1754 г. писал, что все реки берут свое начало от дождя и
им питаются (1963).
Однако все описанные наблюдения не положили конец спорам. Так,
например, некоторые ученые утверждали, что в Каспийском море есть
пучины, по которым вода уходит в океан. Существование подземных пу­
чин в заливе Кара-Богаз-Гол признавал В. И. Татищев (1793), но вместе
с тем он указал на то обстоятельство, что вода в Каспийском море через
30— 35 лет прибывает и убывает. Он писал, что «при высокой воде в
море наблюдается стужа, а при низкой ж а р а около оного умножается».
Академические экспедиции 1768— 1774 гг., осуществленные П. С. Палла со м (1786), И. И. Лепехиным (1771) и С. П. Гмелиным (1785), дали
возможность высказать следующее: «Всеконечно, главная причина исто­
ков рек — ход облачных туманов и вздымающихся паров, которые к сим
лесистым на высоком месте лежащих, а сверх того еще другим великим
холмам возвышенным горам течение свое имеют; следственно и то неуди­
вительно, что сии горы не только много источников и ручьев рождают, но
и многие свои подземельных вод сокровища на лежащую к востоку рав­
нину изливают» (Паллас, 1771).
С.
П. Гмелин в 1785 г. писал о Каспийском море: «Весьма справед­
ливо, что по всеобщим законам природы почти столько же из него воды
парами выходит, сколько от знатного числа отовсюду вытекающих боль­
ших, посредственных и малых рек получает, сие самое происхождение
паров опять в реки превращается, по свойству ветров в ближайших
горах пропадает и в дожде, снеге, росе, тумане и прочем оказывается».
Н а значение росы в круговороте воды было указано в 1674 г. Галлеем
(1674). Позднее Ж . К. Деламетери в 1797 г. на этом останавливался
в книге «Теория Земли». Фундаментальные исследования по этому
вопросу проведены Д ж . Дальтоном, давшим в 1802 г. приближенную
формулу испарения с водной поверхности в неподвижную атмо­
сферу.
Описанные исследования не затрагиваю т вопросов стока, испарения
и конденсации водяных паров в лесу и в поле. Они не затрагивают и
очень спорного вопроса о балансе влаги в лесу и в поле. Вместе с тем
исследования XVIII и начала XIX вв. поставили на научную основу гид­
рологические исследования по круговороту воды в природе и позволили
обратить внимание на круговорот воды в лесу.
В начале XIX в. получены новые неоспоримые доказательства клима­
тической природы круговорота воды, т. е. того, что осадков вполне до­
статочно для образования стока рек. Связь уровней рек и озер и метео­
рологических элементов нашла такж е подтверждение в вышедшем в
1890 г. исследовании немецкого ученого Э. А. Брюкнера (1905) «Коле­
бание климата с 1700 г.» В этом труде Брюкнер установил существова­
ние периодических колебаний климата, а значит, и водности рек, на что
указывали Татищев (1793) и академик Г. В. Крафт (1764).
61
В X X в. изучение проблемы круговорота воды на Земле существенно’
продвинулось вперед. Остается непоколебимым исходное положение о
почти неизменном, по крайней мере в течение современной эпохи, коли­
честве воды, участвующей в круговороте. Окончательно доказана пра­
вильность взгляда о доминирующем значении инфильтрации в проис­
хождении грунтовых вод.
Эти данные должны быть положены в основу гидрологических иссле­
дований в лесу.
Испарение с поверхности почвы
Процесс испарения и поглощения влаги растениями происходит одно­
временно, поэтому эти процессы трудно отделить один от другого.
Наблюдениями Унгера (1861) (цит. по Я. Вейнбергу, 1884) установ­
лено, что испарение с водной поверхности в три раза сильнее, чем испа­
рение с листьев.
По данным М арие Д ави (1869), поверхность, покрытая дерном, испа­
ряет влаги в два раза больше, чем голая почва (цит. по Вейнбергу, 1884).
Шлейден (Schleiden, 1870) полагает, что почва, покрытая растениями,
может поглощать воды в четыре-пять раз больше, чем на нее выпадает
осадков.
По экспериментальным данным Эбермайера (Ebermyaer, 1873), ис­
парение в лесу с водной поверхности оказалось в 2,7 раз меньше, чем
в поле. Отсюда видно, что скопление воды в лесу обеспечивает питание
ключей.
Испарение с оголенной лесной почвы в лесу оказалось в 2,5—2,7 раза
меньше, чем в поле, а в летние месяцы — д аж е в три раза меньше. П од­
стилка лесной почвы сокращает расход на испарение на 22% по срав­
нению с почвой открытого поля. Неоголенная почва в поле испаряет в
пять — семь раз меньше воды, чем оголенная.
Испарение с поверхности почвы, по данным Эбермайера (1873), з а ­
висит от ветра, от температуры и влажности воздуха и температуры поч­
вы, от плотности почвы и от количества в ней влаги.
Наблюдения над испарением почвы в Баварии в лесу показали, что
за семь летних месяцев из лесной почвы испаряется в три-четыре раза
меньше влаги, чем с почвы вне леса, а в ж аркие дни — даж е в шесть —
восемь раз.
Согласно опубликованным результатам 32-летних наблюдений, про­
веденных с 1867 по 1898 г. опытной станцией при Нансийской лесной
школе (Ф ранция), испарение с поверхности почвы в лиственном лесу
меньше, чем вне леса, в мае в три раза, в июне, июле и августе в три раза,
а в ноябре, марте и апреле в два раза.
Убыль воды в лесу состоит из испарения со свободной поверхности
вод в лесу (ручьи, лужи и др.), из испарения с поверхности почвы, испа­
рения воды растениями и расхода ее на питание растений. Чем гуще
растительность, тем больше испарение.
Гартиг (1861) определил следующую водоемкость растений: бука и
ольхи 1,0, пихты и бука красного 0,5, тополя и березы 0,67, дуба 0,33,
лиственницы 0,25 и сосны 0,14.
Вода, потребляемая растениями, необходима как питательное веще­
ство, перерабатываемое растениями в процессе ассимиляции в органи­
ческие соединения. Всякое поглощение минеральных веществ из почвы
происходит та кж е при участии воды. Усвоение растительностью углекис­
лоты из атмосферы зависит такж е от содержания воды.
Немецкий ученый П ф аф (Phaph, 1871), срезая в течение 160 дней ве­
гетации ежедневно по четыре веточки у молодого дуба, определял испа­
рение каждой ветки на основании потери влаги в тени в течение 3 минут.
Ночную транспирацию он принял равной 0,33—0,50 от дневной. На осно­
вании этих данных он пришел к абсурдному выводу, что дубок, при об­
62
щем числе листьев 700 000, с поверхностью 2325 м2 транспирирует
112 100 кг воды. Отсюда следовало, что все насаждение расходует такое
количество воды, которое в несколько раз больше количества выпадаю­
щих осадков.
На основании этих данных противники водоохранной роли леса сде­
л али следующее заключение: «Лес не только не способствует питанию
источников; напротив лес имеет вредное влияние и на поля и на проточ­
ные воды, отнимая у них огромное количество влаги, которое без него
пошло бы им впрок. К аж дое дерево есть насос, выкачивающий влагу
из земли; как пиявка высасывает оно потребные полям соки, а поэтому
ближние к лесу поля страдаю т от засух и хлеб на них родится плохо.
Этого мало: высушивая почву, лес вместе с тем препятствует выпадаю­
щей атмосферной влаге просачиваться в нее, благодаря лиственному
своему покрову, в особенности ж е благодаря упавшим листьям, покры­
вающим лесную почву, поверх которых имеется дождевая вода, благо­
д аря такж е древесным корням, до того уплотняющим почву, что дожди
не могут проникнуть в землю. К ак важно это влияние, видно уже из того„
что когда лес будет вырублен, то влага, не уносясь более в атмосферу,
остается, и на месте вырубленного леса почва заболачивается» (Вейнберг, 1884).
Т ак ли это?
Поверхность почвы после вырубки покрыта мхом и подстилкой, кото­
рые как мульча препятствуют испарению. Поэтому, естественно, на них
в первые ж е годы формируется кукушкин лен и сфагнум. Но этот процесс
заболачивания обратимый, о чем мы будем говорить позже.
Наблюдения Генеля (H ohnel), проведенные в 1878— 1880 гг. над мно­
гими древесными растениями пяти-, шестилетнего возраста, привели к
следующим результатам по расходам влаги на 100 г воздушно-сухих
листьев (в кг) за три вегетационных периода:
Осина
Ясень
Береза
Бук
Клен остролистный
Лиственница
Ель
9 1 ,1
8 5 ,6
8 1 ,4
7 1 ,4 8
5 1 ,1
120,2
1 3 ,5
Граб
Вяз
Явор
Д уб
Сосна
Пихта европейская
Сосна австрийская
7 3 ,0
6 6 ,2
5 8 ,6
5 4 ,6
9 ,4
7 ,2
6 ,7
Н а основании этих данных Генелем были осуществлены расчеты порасходу воды, которые показали, что величина годовой транспирации
составляет 36% от суммы годовых осадков.
Влажность почвы
Влага — такой могучий фактор среды, что оказывает влияние на
внешнюю и внутреннюю организацию растений. Крайности в содержа­
нии влаги ставят предел существования леса, например мертвый гори­
зонт в нашей степи, способствующий иссушению почвы, и обилие влаги
на севере, вызывающее заболачивание лесов. Близость грунтовой воды
и недостаток кислорода вызывают загнивание корней и отмирание леса.
Древесные породы неодинаково требовательны в отношении влаги;
одни мирятся и с недостатком, и с избытком воды (сосна, дуб), другие
не выносят сухости (ель, ясень). Следует только отметить, что, кроме
физической сухости почвы, надо иметь в виду еще физиологическую су­
хость, различную для разных почв и разных пород. Поэтому данные Ге­
неля об относительной испаряемости различных древесных пород почти
лишены значения для лесоводов, имеющих дело не с отдельными деревь­
ями, а с древостоями.
63
Наблюдения относительно влияния леса на влажность почвы пока­
зали необходимость дифференцированного подхода к почвам и грунтам,
весне и осени и необходимость различать внешние (массив, опушка,
узк а я полоса леса) и внутренние признаки леса (форма, состав, густота
д р е в о с то я).
Почва под лесом, за исключением чистых сосновых древостоев, в пе­
риод кульминации текущего прироста на песчаных почвах суше, особенно
в слоях с поверхностными корнями. Фильтрация воды в грунт в лесу
выше, чем в поле, и выходит за пределы корней. Грунт в лесу имеет
весной одинаковую или более высокую влажность, чем в поле, а к концу
вегетационного периода становится суше. Исключение составляют узкие
лесные полосы.
Степень иссушения грунта и почвы в лесу находится в зависимости
от метеорологических условий года, а такж е и от формы, состава, густо­
ты и возраста древостоев.
Глубина более влажного в лесу слоя почвы и степень превышения в
нем влажности зависят от фор!МЫ, густоты и возраста древостоя, а так­
же от глубины распространения корневой системы и состава пород. В ла­
гоконсервирующая деятельность леса по отношению к верхним слоям
почвы «дет параллельно с влагопотребляющей способностью по отно­
шению к грунту; чем больше первая, тем больше и вторая.
Поверхность почвы наиболее иссушается там, где она совершенно
открыта, меньше под лесом и менее всего под черным паром.
По опытам Эбермайера (1897), проведенным в 1884— 1886 гг. под
еловым лесом разного возраста на суглинистой почве и соседних полях,
наибольшее содержание воды в процентах в среднем за год оказалось
в поле, в спелом 120-летнем ельнике оно было меньше, еще меньше в мо­
лодом 25-летнем и минимальным в 60-летнем древостое. Наибольшее
иссушение почвы в нижних ее слоях вызывает лес среднего возраста, это
проявляется наиболее резко летом и осенью. В таком лесу влажность
почвы на глубине 45—50 см минимальная. Водный режим почвы изучен
Збермайером до глубины 80 см, что, конечно, недостаточно.
На основании исследований Волни, Эбермайера, Отоцкого, Высоцкого
и других авторов к 1900 г. установилось определенное мнение на гидро­
логическую роль леса. Оно сводилось к следующему. Лес является наи­
большим расточителем влаги на земной по!верхности и всего более ис­
сушает почву. Д авно известны факты дренирующего воздействия лесов
в болотистых местностях, исчезновение болот по мере вырастания леса
и восстановления болот после вырубки леса. Количество воды, посту­
пающее в реки с почв, покрытых растениями, тем меньше по сравнению
с непокрытыми почвами, чем пышнее развивается растительность.
Исходя из этого, в Германии, как сообщает Эбермайер (1873), было
принято считать наивыгоднейшим отношение размеров лесной площади
к общей не менее 0,25. Однако это мнение нельзя распространять на все
территории вообще, следует обращать внимание на физико-географиче­
ские факторы каждой местности и на преобладающие на ней ветры.
Другое дело северные дремучие леса, где гидрологическая роль леса
не вы ражена столь резко, к а к на юге, так как испарение здесь значи­
тельно меньше. Судя по полноводию рек и количеству стекающей воды
в реках, лес на севере не является расточителем влаги.
В средней и южной полосах на первый план выдвигается та огром­
ная роль, которую играет лес в качестве защиты почвы от водной и вет­
ровой эрозии, от заиления и обмеления отдельных частей рек, а также
заиливания их верховий. Уничтожение лесов здесь ведет к ухудшению
плодородия почвы.
Таковы взгляды на роль леса в отношении влажности и консервации
почв, которые существовали к концу XIX в. В России в это время особое
развитие получили почвенные гидрологические исследования. В книге
64
«Наши степи прежде и теперь» В. В. Докучаев (1892) предложил це­
лостную и стройную систему мероприятий по борьбе с засухой. Углублен­
ная разработка этой системы осуществлялась особой экспедицией, сна­
ряженной Лесным департаментом под руководством Докучаева. Работа
экспедиции проводилась так, чтобы «все естественные факторы (почва,
климат, вода и организмы) были бы исследованы и испытаны по возмож­
ности всесторонне и непременно во взаимной их связи... В этих видах было
бы всего лучше избрать в южной, по возможности, густо населенной Рос­
сии несколько участков (4—5) на степных водоразделах, например меж­
ду а) Уралом и Волгой, б) Волгой и Доном, в) Доном и Донцом, г) Д он­
цом и Днепром, д) Днепром и Днестром, именно в южной половине д а н ­
ных водоразделов, с соседними частями больших и малых рек, и испро­
бовать на них, во всей совокупности, со всеми предосторожностями, пред­
ложенные выше меры, в течение известного, более или менее продолжи­
тельного времени» (Докучаев, 1894, стр. 14— 15).
Програм ма работ экспедиции состояла из многих разделов, но глав­
ное внимание уделялось работам, связанным с выращиванием различ­
ных древесно-кустарниковых насаждений, как, например, массивных на­
саждений, защитных полос, снегосборных опушек, влагосборных опушек,
облесение оврагов, закрепление песков и т. д.
Экспедиция была организована в 1892 г., и с первых дней работы в ее
состав вошел Г. Н. Высоцкий, который, наряду со многими другими во­
просами, интересовавшими его, большое внимание уделял изучению вл а­
ги, ее взаимоотношению с почвой и лесом. Тогда уже были известны тру­
ды Г. Я. Близнина (1896) и А. Л. Измаильского (1893) об изменении
влажности почвы. Г. Н. Высоцкий, используя опыт этих ученых, органи­
зовал исследования по более широкой программе, он осуществил наблю­
дения за атмосферными осадками, динамикой почвенной влаги и режи­
мом грунтовых вод.
Высоцкий провел исследования, позволившие выяснить особый вод­
ный режим в стайных и лесостепных ,почво-грунтах, установить наличие
гак называемого мертвого, или импермацидного, более или менее высу­
шенного горизонта, не пропускающего воды при весеннем увлажнении
почвы. Под этим слоем находится диспульсивный горизонт, не осущест­
вляющий весеннего инфильтративно-инфлюкционного подъема своего
«зеркала».
Высоцким было установлено снижение уровня грунтовых вод и уси­
ленное иОсушение почвы лесом. На основе анализа годового баланса
воды под лесом и под полем и ее помесячного расхода он впервые вы­
явил существование основных типов водного режима почв — непромыв­
ного, промывного и выпотного — показал, как эти типы сочетаются друг с
другом. Высоцкий установил иссушающее действие леса на грунт на глу­
бину до 15— 17 м, т. е. до глубины, значительно превышающей распро­
странение корней. Он впервые ввел понятие о водном балансе почв и
впервые произвел его расчет (1930). Ему удалось показать, что массив­
ные лесные насаждения расходуют влаги больше, чем травянистые цено­
зы, причем это превышение происходит от того, что лес отсасывает боль­
ше влаги из почвы.
Инфильтрация воды в почву
Почва, в зависимости от-физических свойств, определяющих ее влагоемкость, способна поглощать больше или меньше влаги; только после
того, как содержание в ней влаги достигнет предела абсолютной или на­
именьшей влагоемкости — избыток осадков просачивается вглубь.
Просачивание воды в почву находится в обратном отношении к сте­
кающей воде. Ф. Баур (Baur, 1869) отметил, что почва, покрытая под­
5 А. Молчанов
65
стилкой, состоящей из хвои, впитывает в четыре раза больше воды, чем
оголенная почва.
Чем глубже слой почвы, тем больше времени требуется для проник­
новения воды на всю его глубину. С увеличением количества выпадаю­
щих осадков увеличивается количество проникающей в почву воды.
В летний период это явление выражено слабее.
Исследования, проведенные в Баварии в 1868— 1869 гг., показали, что
на площади 0,9 м2 в лесу проникло на 391 см3 больше воды, чем в поле.
В открытом поле на глубину 2, 5, 7,- 10 см проникло 130— 140 см3 воды.
По наблюдениям Эбермайера (1873), на поле наибольшее количест­
во воды проникает в почву осенью. В открытом поле содержание влаги
в почве зимой и весной увеличивается сверху вниз, а летом и осенью —
наоборот. Под лесом распределение влаги по глубине почвы более равно­
мерно. Слой от 0,3 до 0,6 м содержит одинаковое количество воды. Эбермайер предложил такой способ определения инфильтрации влаги в поч­
ву. В лесу и на близлежащем открытом поле, по возможности при оди­
наковых физических свойствах почв, выбирают определенное место и под
корнями на глубине 1,5 м подкапывают землю наподобие штольни так,
чтобы деревья остались нетронутыми и чтобы под корнями оставался
слой земли около 0,5 м. Все растения могут свободно расти и по-прежне­
му реагировать на все изменения атмосферной влаги. Нижнюю поверх­
ность выемки снабж аю т металлическим вогнутым дном, куда вода мо­
жет стекать и собираться в градуированную трубку для измерения. В ней
определяют количество выпавших осадков.
Опыты Эбермайера (1886— 1887 гг.) с шестилетними саженцами в ли­
зиметрах с плотно утрамбованной землей показали, что летом и осенью
под саженцами неделями не просачивалась вода. В среднем через голую
почву проникло 4,7% выпавших осадков, через мох — 6,8%, в еловых
посадках — 2,6 % и в буковых — 3,7% осадков.
Волни (Wollny, 1873) провел шестилетние опыты в лизиметрах вы­
сотой 105 см, заполненных известковисто-песчаной почвой. З а год в ело­
вых посадках без покрова проникло 12,7% осадков, в еловых с покро­
вом х в о и — 11%, в березовых — 26,3%, с травой — 26,3% и на голой поч­
ве — 50,6 %.
Следовательно, на голой почве в глубину просачивается больше воды,
под моховым покровом просачивание несколько увеличивается, под хвой­
ными саженцами воды просачивается меньше всего.
t
Поверхностный сток
Сток воды является главным условием поддержания определенного
уровня рек, позволяющего использовать их в качестве водных путей.
Количество воды, стекающей по поверхности, зависит от состояния
иочвы, от продолжительности осадков или таяния снега, крутизны скло­
нов и их экспозиции.
С культурных земель (полей и лугов) и с других открытых прост­
ранств по поверхности стекает значительная масса воды. Если же ко
времени таяния снега почва еще мерзлая, то почти вся снеговая вода
стекает по ее поверхности.
В лесу мертвая подстилка препятствует быстрому охлаждению поч­
вы и защ ищ ает ее от промерзания. Рыхлый слой подстилки с моховым
покровом, одевающим почву в лесу, играет роль гигантской губки. Ог­
ромное значение при этом имеет сравнительно быстрое просачивание
воды в лесную почву, которая пронизана разветвленной сетью естест­
венного вертикального дренаж а, образованного сгнившими корнями де­
ревьев и кустарников, входивших ранее в состав древостоя.
Чтобы определить влияние леса на поверхностный сток воды, необ­
ходимо иметь точные наблюдения над определенным склоном с одинако­
66
выми физическими свойствами почвы и с одинаковым геологическим
строением.
Теодор Соссюр (Saussure, 1779) в статье «Путешествие по Альпам»
пишет, что три швейцарских озера — Невшетальское, Биньскови и Муртенское — в прежние времена были одним водохранилищем, которое пос­
ле вырубки лесов разделилось на три части. По взглядам Гумбольдта
(Humboldt, 1808), истребление лесов, произрастающих на вершинах, уг­
рожает будущему поколению двумя бедствиями: недостатком топлива
и воды.
Эти суждения хотя и серьезны, однако не подкреплены фактическими
исследованиями. Н. Берхгауз (Berghaus, 1837) при наблюдениях за уров­
нем Рейна, проведенных в различных местах реки в 1781 — 1830 гг., не об­
наружил заметного понижения уровня или количества протекающей че­
рез русло воды.
Наблюдения над уровнем Эльбы (1731 — 1830 гг.) и Одера у Кюсгрина (1778— 1835 гг.) показывают иное — уменьшение среднего годично­
го уровня на 51,82 см, а летнего на 54,36 см, для Одера за период 1778—
1810 гг.— 3,85 ж и за период 1811— 1831 гг.— 3,9 м.
В России в 1838 г. была создана комиссия для исследования Волги,
и в частности для уяснения вопроса о влиянии лесоистребления на про­
точные воды. По выводам участника комиссии К. М. Бера (Ваег, 1841),
северные леса в верховьях Волги препятствуют ее многоводию. Если бы
северные леса были вырублены, то верховьев достиг бы северный ветер,
насыщенный влагой. Источники и притоки, впадающие в Волгу, были
бы многоводнее, кроме того, холодный ветер уменьшил бы высокую тем­
пературу ветров, дующих с юга. Истребление лесов в Западной Европе,
по мнению Бера, было бы такж е весьма полезно для режима рек. Д р у ­
гие члены комиссии пришли к заключению, что общего ответа дать
нельзя.
Сорокалетние работы Г. Векса (Wex, 1873) привели к выводу, что ко­
личество воды, протекающей :по источникам и рекам большей части Е в­
ропы, с годами постоянно уменьшается. Наблюдения над уровнем Рей­
на (у Эмериха), охватывающие 70 лет, автор разделил на два 30-лет­
них периода: первый с 1770— 1802 гг. и второй с 1803 по 1832 г. Во вто­
ром периоде уровень половодья Рейна был выше, а средний годичный
уровень и уровень минимальных вод на 32,5 см ниже, чем в первый пгриод. Такой же результат Веке получает и из наблюдений в Кельне с
1772 по 1835 г. Д е л я этот промежуток времени на два 27-летних периода,
Веке установил, что с 1809 по 1835 г. половодье стало на 34 см выше.
Уровни же, средний годовой и низший, уменьшились на 11 — 12 см срав­
нительно с периодом 1782— 1808 гг. А так как начиная с 1770 по 1835 г.
никакого регулирования русла Рейна произведено еще не было, то опи­
санные явления следует объяснить уменьшением количества воды, про­
текающей через Рейн.
Веке (1873) провел 63-летние наблюдения за режимом Вислы. Р а зд е ­
лив этот период пополам, он приходит к такому же заключению, как и
для Эльбы. Здесь такж е во втором периоде (1841 — 1871 гг.) наблюдает­
ся значительное повышение высоты половодий. З а исключением наблю­
дений Орсовы (1840— 1871), все станции показывали усиление и учаще­
ние половодий, из чего м ож но сделать вывод, что в настоящее время
влажные и сухие годы чередуются между собой чаще и разница между
ними значительнее, чем прежде.Причину этих изменений надо искать в вырубке лесов. Ливни проис­
ходят чаще, вода меньше проникает в почву, унося с собой громадное ко­
личество земли. Выводы Векса встречали возражения многих ученых,
которые считают, что высота уровня реки еще не говорит о количестве
воды в целом.
5*
67
М арш (1866) в сочинении «Человек и природа» писал: «Достоверно
признано, что леса оказывают препятствие испарению влаги из земли и
через это поддерживают постоянство естественных потоков не только
в своих пределах, но и на некотором от себя расстоянии»... «Жив у меня
в памяти случай,— пишет М арш,— как небольшой горный поток, совер­
шенно иссякший после вырубки леса, начал снова появляться ио про­
шествии 10 лет, когда вырубка покрылась кустарником».
Арнольд (1893) считал, что лесоистребление вредно влияет на хлебо­
пашество. А. И. Воейков (1871) утверждал, что после облесения поло­
водье Волги будет наступать раньше, а Голенищев-Кутузов (1875) на
съезде лесоводов в Липецке заявил: «Не подлежит сомнению, что леса
имеют важное влияние на влажность климата, на равномерное распре­
деление влаги по временам года и что истребление их влияет на умень­
шение половодья».
Подобные рассуждения не были подтверждены опытами, так что пра­
вильность их проблематична.
В конце 1850-х годов в Вогезах были осуществлены сравнительные
наблюдения за стоком в двух смежных бассейнах. Один бассейн леси­
стый, а другой покрыт лесом наполовину. Оказалось, что сток в лесном
бассейне был равен 7,9% осадков, а в полулесном— 12,7%, т. е. был поч­
ти в два раза больше (Вейнберг, 1884).
С 1900 г. Союзом опытных лесных станций в Швейцарии были орга­
низованы наблюдения в двух соседних бассейнах, из которых один был
весь занят лесом, а другой на 2/3 безлесный, покрытый травой. Опыт про­
водился на крутых склонах и при обильных осадках (1539 мм). Р азл и ­
чие в стоке было меньше в сухие годы, чем во влажные, в среднем с об­
лесенной площади сток меньше.
В 1910 г. в США, в штате Колорадо, был заложен опыт для выясне­
ния вопроса о влиянии леса на сток атмосферных осадков. Сначала вели
наблюдения в двух лесных бассейнах, затем в одном бассейне лес выру­
били сплошь. Н а покрытой лесом площади сток был 15,7 мм, а на без­
лесной 18,5 мм. В южной Каролине наибольший сток наблюдался на вы­
рубке (1525 мм) и наименьший в лесу (1100 мм). Надо заметить, что в
лесу поверхностный сток составил 5— 10%, а грунтовый — 90—95% от
общего стока.
В лесу Опытной дачи Сельскохозяйственной академии под Москвой
Н. С. Нестеровым (1908, 1960) велись наблюдения за стоком на р. Ж абенке начиная с 1887 г. в течение 40 лет. Площадь водосбора была 116 га,
почва -— тяжелый суглинок, благоприятствующий наибольшему поверх­
ностному стоку. Н а протяжении 40 лет водосбор неизменно был покрыт
на 74% площади густым, преимущественно хвойным лесом; остальная
часть водосбора — открытая сельскохозяйственная площадь. Находя­
щийся здесь исток реки и часть почвенных вод в среднем за год давали
сток воды 2 л/сек на 1 м2, или слой воды 67 мм/год. Средний коэффици­
ент стока 0,13, остальная вода стекала медленно через грунт.
Наличие хвойных древостоев на водосборном бассейне удлиняет сток
почти на 20 дней. Так, половодье в речной системе по сравнению с пиком
в малом элементарном водосборе запазды вает до трех суток.
Н а размер максимального стока влияют метеорологические и геогра­
фические факторы, к последним относятся характер рельефа и состоя­
ние поверхности почвы. Обе эти группы причин видоизменяются на лесо­
покрытых площадях, которые в полосе хвойных и смешанных лесов се­
верных областей и северного З авол ж ья сильно уменьшают пик весенне­
го паводка.
Н а пахотных землях и на лугах поверхностный сток колеблется в
среднем за год в пределах 0,28—0,32, а на почвах с усиленным выпасом
достигает 0,49.
68
Важное значение для регулирования водного режима рек имеет пра­
вильное распределение лесов на территории водосборного бассейна.
Уровень грунтовых'вод с 1906 по 1940 г. был тесно связан с количест­
вом выпадающих осадков. Чем больше осадков, тем выше уровень грун­
товых вод. После засушливых лет грунтовые воды на суглинках снижа­
лись, но под лесом это снижение происходило на следующий год после
засухи.
Уровень грунтовых вод изменяется в зависимости от барометрическо­
го давления, а такж е по сезонам. Весной он бывает самым высоким.
Исследования Н. Бургера (Burger, 1954) в Швейцарии показали, что
коэффициент стока с лесного водосборного бассейна с 1903 по 1927 г.
составил 0,575, а с безлесного 0,63, при осадках на лесном водосборе
9221 мм, а на открытом 1051 мм. Сток с открытого бассейна был больше
как в дождливые, так и в сухие годы.
В штате Колорадо осадки в лесных бассейнах были равны 534 и
536 мм. Сток в одном бассейне был 134 мм, а в другом 157 мм. После вы­
рубки леса в одном бассейне сток повысился до 184 мм и превысил на
26 мм сток другого, невырубленного бассейна.
В Японии (при годовых осадках 1600—2300 мм) коэффициенты стока
с лесных площадей разного характера за 6 лет (1908— 1913 гг.) харак­
теризовались следующими данными (табл. 12).
Т а б л и ц а 12
Сток с лесных и безлесных площадей в Японии
Характеристика участка
Участок Ота. Высота над уровнем моря
224—458 м, слой почвы 20-—30 см, почва под­
стилается вулканическими породами, осадков за
год выпадает 1600 м м
Криптомерия (молодняк)
Криптомерия (спелые)
Широколиственный лес
Участок Казаса. Высота над уровнем моря
130—300 м . слой почвы 25 см, почва подстила­
ется сланцами, осадков за год выпадает 1650 м м
Безлесная площадь
Криптомерия
Широколиственный лес
Участок Азио. Высота над уровнем моря 788 л ,
слоя почвы почти нет, осадков аа год выпадает
2300 м м
Безлесная площадь
Широколиственный лес
Площадь.
Сток за год,
мм
га
Коэффициент
стока
21
16
16
857
723
915
0 ,5 3
0 ,4 5
0 ,5 8
5 ,2
7 ,3
5 ,8
388
363
483
0 ,2 5
0 ,3 5
0 ,3 0
260
299
478
935
0 ,2 4
0 ,4 6
Лесные площади Японии дали больший сток, чем безлесные, что про­
тивоположно наблюдениям в США и Швейцарии.
В 1914 г. широколиственные леса на участке Ота были вырублены.
Существенного различия в годовом стоке до и после рубки не наблюда­
лось.
69
ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
30-х ГОДОВ XX СТОЛЕТИЯ
Обширные -гидрологические исследования в лесу на элементарных
водосборах были начаты Научно-исследовательским институтом лесного
хозяйства (В Н И И Л Х ) и Валдайской гидрологической лабораторией в
1937 г. С этой целью во В Н И И Л Х была организована Лаборатория лес­
ной гидрологии и .метеорологии с привлечением к этим работам Л аб о ­
ратории почвоведения и физиологии. Организатором этих исследований
был Д. Г. Смарагдов (1939).
В 1937 г. был составлен обзор литературы по основным вопросам во­
доохранной проблемы, разработана программа и методика исследова­
ний, оборудована сеть опорных лесогидрологических пунктов и начаты
работы по изучению режима снеготаяния, водных свойств лесной под­
стилки и лесных почв и микроклимата в лесу. В 1938 г. работы широко
развернулись и были начаты наблюдения за поверхностным стоком.
Первые результаты исследований были опубликованы в 1939 г.
В сборник вошли исследования о влиянии состава, возраста и полноты
древостоев на снеговой режим в Селигерском лесхозе Калининской обл.,
в верховьях и среднем течении Оки, в верховьях Клязьмы, на большей
части водосбора р. Москвы и в междуречье Волги и Вятки севернее К а­
зани. Было освещено влияние леса на поверхностный сток в Истринском
пункте Московской обл., приведены данные по метеорологическому ре­
ж им у в лесных насаждениях, показано гидрологическое значение лесной
подстилки и физических свойств лесной подстилки. Наряду с этим были
опубликованы результаты исследований противоэрозионной роли леса в
связи с защитой рек от заиления Воронежской лесной опытной станции
(ЛО С) и данные о гидрологической роли насаждений в районе Тростянецкой ЛОС.
Сравнительные наблюдения в Советском Союзе по стоку с лесных
и открытых малых водосборов начаты в 1937 г. на Истринском и Окском
пунктах Московской обл. В этот же год подобные исследования осуще­
ствлены Валдайской гидрометеорологической станцией. Станция нахо­
дится в зоне конечного моренного ландш афта; на коренных породах
здесь залегают мощные отложения ледниковых суглинков,, частично по­
крытые флювиогляциальными песками.
Исследования в лесостепной и степной зонах Тростянецкой ЛОС по­
казали почти полное отсутствие стока на лесных участках. В степной
зоне, по данным А. К. Д улова (1904), испарение в лесу при осадках
378 мм равно 403 мм. Имеющийся в этом районе сток также происходит
за счет открытых пространств.
Исследование стока в Истринском опытном пункте показало, что под
пологом еловых древостоев коэффициент стока з а весенний период равен
0,65, а в поле с озимыми культурами 0,90.
В Шиповской Л О С Воронежской обл. сток в лесу равен нулю, а в по­
ле 0,54. В Моховском опытном пункте (Орловская обл.) сток на водо­
сборном бассейне, занятом лесом, составил 17%, лугом — 4%, коэффи­
циент стока равен 0,1, а с полевого бассейна — 0,55.
В Валдайской научно-исследовательской гидрологической лаборато­
рии изучение поверхностного стока проводилось с 1937 по 1940 г.
(табл. 13).
Коэффициент стока достигает наибольшей величины на кукурузном
поле с суглинистой почвой, затем на поле с лугом и кустарниками на су­
песчаной и суглинистой почвах, а такж е на лугу и поле с супесчаной
почвой, подстилаемой суглинком на глубине 0,5 м. Наименьший — на
сухом болоте.
В течение 7 лет (1934— 1940 гг.) А. Д. Дубахом (1945) проводились
регулярные .наблюдения за стоком с 98 га лесопокрытой площади в Сиверском опытном лесничестве. Площ адь покрыта на 60% сосняком сфаг70
1
1
го
LO
!>.
I
о
скг
СО
г—
05
г-
05
о
о
о
05
ю
CS1
1>.
о
о
о-
о
со
t 'ю
оо
О
О
со
05
05
о
О
ю
<м
00
'T-f
00
00
о
о
со
со
05
о
о
•
о
О
о
т>
05
t>-
LO
са
05
00
о
О
о
о
•©>
с^
о
г—
<М
■^н
о
Поверхностный сток'по данным Валдайской гидрологической лаборатории
н-Н
>»
га
S'S
5
О Яг
С-1юО.
г-
ю
со
•*ГН
о
о
о
о
со
СО
оп
с“ >
с-«
СО
СО
СО
j
са
05
СО
<
М
!>•
•чн
«г-t
CSJ
СО
ю
05
со
Г-
05
<м
тгН
00
00
СО
со
vf
•г- i
СО
05
о
tr­
(М
со
05
со
05
со
С-»
ю
1
оо
О
«г-*
00
J
<М
со
05
00
сз
со
со
05
со
тН
ю
■^н
1
см
io
со
t '■чгН
со
о
сч
со
м
о
а»
с
>»
(J
U
*
о
к
Ж
*
3
(_
>»
*
К
и
C
U
са
н
и
>>
0)
ч
о
с
о
«
=
;
о
а
о<Я *О
а
а
ф
ко
а
к
С
Он
„
>»
а.
о
о
со
со
а
« s
а.
~я
*
^>* й
VO
оМ
Е
V о ** о
4*
я
~° к Й *
CR ° К а) 5
g5 «- *в 5Ю
я
§
5
Q
-.
рэ
,2 s s
Н s щ о*
П
ж
aS
J3
ЕС
ж
0)
Он
о
SS
к
м
о
»s
а>
Он
О)
S
X
Он
о
н
о
ч
о
VO
<
и
¥
(V
о
О
X
о
й>
ч
SS
3
S
£
0)
са
н
9Я
К
«
а
аз
-Q
са
а
>5
71
Т а б л и ц а 14
Баланс влаги в сосняках вересковом и сфагновом в Сиверском лесничестве
Год
Осадки, мм
СТОКу мм
Испарение,
мм
Среднее су­
точное испа­
рение, мм
4934
1935
1936
1937
1938
1939
1940
459
596
309
371
372
270
356
78
189
15
37
35
14
51
381
407
294
334
336
256
305
2 ,1
2 ,2
1 ,6
1 ,9
1 ,9
1 ,4
1J
Сток с мая по
октябрь, %
17
32
5
10
10
5
14
новым и на 40% более сухими типами леса, до сосняка верескового
включительно.
Величины стока и испарения за май — октябрь 1934— 1940 гг. приве­
дены в табл. 14.
Эти данные еще раз подтверждают, что процент стока меняется по
годам. Величина испарения сравнительно устойчива.
ИССЛЕДОВАНИЯ ИСПАРЕНИЯ
В РАЗЛИЧНЫХ РАЙОНАХ СССР,
ПРОВЕДЕННЫЕ ДО 1941 г.
В Молого-Шекснинской низине, по материалам И. С. Васильева,
расход влаги на испарение на выгоне равен 338 мм, а испарение со сме­
шанного елово-березового леса, выросшего на маломощном торфяном
подзоле, равно 150 мм. Испарение (в мм) на Новгородской болотной
станции вы раж ается следующими величинами:
Искусственный луг
Рожь озимая
Овес
418
394
381
Болото моховое
Болото переходное
Черный пар
351
381
283
В Истринском опорном пункте, при осадках на открытом месте
243,8 мм, испарение с почвы травяной растительностью под пологом леса
55,4 мм, с луга — 234,0 мм. В Тростянецкой JTOC испарение в поле равно
462 мм, а под пологом леса 70 мм. Б аланс влаги в Истринском опорном
пункте в лесу и в поле показан в табл. 15.
Т а б л и ц а 15
Баланс влаги в еловом древостое и в поле (в мм)
Осадки за период наблюдений с I .XI 1938 г. по
31.X 1939 г.
Испарение осадков пологом
Испарение снегового покрова
Годовой сток поверхностный почвенный выкли­
нивающийся
Испарение почв за весенний период
Испарение с почв и травянистой растительности
И того
Г од ов ое нак оп лен и е
72
1937/38 г.
1938/39 г.
Лес
Поле
163
0
53
14
188
91
12
127
14
55
61
208
10
55
30
208
285
176
471
4
326
169
377
118
Лес
Поле
168
2
Валовой расход влаги лесом и полем в Тростянецкой ЛОС в сред­
нем за три года равен (в мм):
Лесом
569
С редн ее
Полем
Картофель
Озимая рожь
Кукуруза
569
443
538
415
495
В Тростянецкой Л О С Готшалком Ю. Ф. (1939) установлен следую­
щий расход влаги 10 и 44-летними культурами (в мм):
Год
И л ет
44 года
1937
1938
4 9 3 ,3
6 3 2 ,5
685,6
710,1
С редн ее
562 ,9
697,8
Испарение лесом значительно превышает количество выпадающих
осадков, а если учесть питание грунтовой водой рек, то общий расход
превышает количество осадков почти в полтора раза.
ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПО БАЛАНСУ ВЛАГИ
В 40—60-х ГОДАХ XX СТОЛЕТИЯ
В годы войны лесные гидрологические исследования и эксперименты
были прекращены по всей стране. После окончания ее они начаты вновь
в Институте леса АН СССР и продолжены Валдайской гидрологической
лабораторией Гидрометслужбы. К сожалению, В Н И И Л Х возобновил р а ­
боту лишь в Истринском пункте под Москвой. Во всех остальных пунк­
тах они не восстановлены.
Л аборатория лесной гидрологии Института леса АН СССР присту­
пила к работе летом 1945 г., предварительно ознакомившись с исследо­
ваниями предшествующих лет, с тем, чтобы не повторять то, что уже
сделано другими. В результате нами было обращено главное внимание
на изучение гидрологической роли различных типов леса в зависимости
от их возраста, состава и полноты древостоев. Было намечено осущест­
вить исследования в зональном разрезе, от северной тайги и до южных
степных районов.
Одновременно Институт леса организовал подготовку квалифициро­
ванных кадров, что позволило к настоящему времени развернуть соот­
ветствующие исследования в Карелии, Литве, Белоруссии, на Урале,
Д альнем Востоке, в Сибири, Киргизии, на Северном Кавказе, под Моск­
вой, в Грузии и других районах страны.
Н аряду с изучением водного режима почв и водного баланса р а з­
личных древостоев, были организованы наблюдения над поверхностным
стоком, инфильтрацией осадков в почву до глубины 2—4,5 м. З а пос­
леднее десятилетие много внимания уделено определению ширины во­
допоглотительных полос вдоль оврагов, ручьев и рек. Д ля этой цели в
разных районах страны на разных почвах закладывались стоковые пло­
щадки. На полях шириной 450—500 м они углублены в лес на 10, 20,
40, 60, 80, 10, 160 ж для того, чтобы выявить количество воды, поглощае­
мой лесными полоса!ми с вышележащих полей.
Одновременно были организованы экспериментальные водосборы
различной лесистости на различных почвах и разным составом лесов, а
73
такж е на различно эродированных территориях и с различным участи­
ем болот и лесов на водосборе. Кроме того, были проведены сплошные
рубки, охватившие полностью и частично малые водосборные бассейны.
Подобные исследования позволили решать ряд прикладных задач и
приблизили лесную гидрологию к решению производственных вопросов.
Разносторонние исследования по гидрологии почв были также орга­
низованы в различных районах страны Почвенным институтом АН СССР
под руководством А. А. Роде.
По результатам исследований нами рассчитан баланс влаги в ра з­
личных типах леса в пределах древостоев разных возрастов. Установле­
но, что гидрологическая роль леса изменяется в зависимости от лесора­
стительных зон. В условиях северной тайги, при избыточном увлажне­
нии почвы и пониженной испаряемости, расход влаги на транспирацию
растений и испарение с почвенного покрова и деревьев заметно ниже, чем
в более южных подзонах. Вследствие этого расход влаги на поверхност­
ный сток и инфильтрацию заметно выше, чем в более южных подзонах и
зонах.
В северной тайге суммарное испарение наиболее низкое, оно слабо
повышается и в период кульминации текущего прироста по сравнению
с испарением в этот же период в средней тайге. Зато в южной тайге
суммарное испарение существенно увеличивается. Во влажные годы дре­
востой здесь испытывают меньшее угнетение от избытка воды, чем в
менее влажные. В засушливые годы здесь уже ощущается недостаток
воды и наблюдается заметное понижение запасов влаги в почве.
В подзоне хвойно-широколиственных и еловых лесов расходы влаги
на суммарное испарение возрастают. Здесь в начале осени запасы вл а­
ги в поле заметно больше, чем в лесу, особенно в период кульминации
текущего прироста древостоев. В то же время в сосновых древостоях
подзоны хвойно-широколиственных лесов, на песчаных почвах, расход
влаги на суммарное испарение сильно увеличивается и только в период
кульминации текущего прироста влажность почвы в лесу становится
меньше, чем в поле.
В лесостепной зоне дубовые древостой в период кульминации теку­
щего прироста расходуют из почвы максимальное количество влаги. По
сравнению с полем влажность почвы под пологом приспевающего леса
ниже. В молодых и спелых древостоях расход влаги не превышает рас­
ход влаги в поле. В перестойных дубовых древостоях, со вторым яру­
сом средней густоты и очень густым подлеском, расход влаги в период
уборки сельскохозяйственных культур снова становится больше, чем в
поле.
В спелых и приспевающих сосновых древостоях на песчаных почвах
лесостепной зоны повышенного устойчивого расхода влаги в лесу по
сравнению с полем не обнаруживается. В засушливые годы расход вла­
ги в лесу больше, чем в поле, а во влажные меньше.
В степной зоне в сосновых культурах 12— 15-летнего возраста наблю­
дается наибольший расход влаги из почвы. В степи, покрытой типчаком
и вейником, расход влаги на испарение больше, чем под пологом.в спе­
лых 60-летних древостоях; 15-летние культуры из-за недостатка влаги
усыхают.
В степной зоне под пологом массивных насаждений расход влаги
на суммарное испарение заметно больше, чем в поле. В этих районах
массивное лесоразведение может осуществляться только в оврагах и
балках.
Н а полях следует практиковать полосное защитное лесоразведение
В свое время Г. Н. Высоцкий (1930) изучал связь между испаряемо­
стью и осадками в зональном разрезе. Мы решили изучить такую же
зависимость между осадками и фактическим испарением растительно­
стью в зависимости от осадков в разных зонах страны.
74
V
Результаты расчета показаны на рис. 17, где для различных широт
приведено количество выпадающих осадков, суммарное испарение, поповерхностный сток и инфильтрация влаги в почву.
Наибольшее количество осадков приурочено к 58° с. ш. В этом месте
наблюдается повышенное испарение и поверхностный сток, а наимень­
шее — под 68 и 48° с. ш.
На графике все кривые частично оглажены и как бы приведены к
одинаковой высоте над уровнем моря. Особенно это относится к В ал­
дайской возвышенности, где, по данным Валдайской гидрологической
лаборатории, выпадает 800 мм осадков, испаряется 500 мм и стекает по
поверхности 300 мм.
В крайних географических точках, показанных на рисунке под 68 и
48° с. ш., испарение на севере меньше, а на юге больше выпадающих
осадков, а сток и инфильтрация достигают минимального значения или
сводятся к нулю. Влага перемещается с микроповышений во впадины,
где просачивается в глубь почвы или испаряется с поверхности.
Р и с. 17. Б аланс влаги в древостоях
сосны, ели и дуба в различных
географических широтах
1 — суммарное испарэяно; 2 — осад­
ки; 3 — сток; 4 — ин {мльтрщ мя
Д л я успешного роста растений необходимо достаточное количество
воды, питательных веществ, а такж е подходящая температура возду­
ха и почвы. Растения испытывают большую потребность в питательных
веществах в меристемных зонах, где образуются новые ткани. Азотные
соединения используются в большом количестве для образования но­
вой протоплазмы в районе деления клеток. Углеводы потребляются
растениями в процессе образования новых клеточных стенок и в каче­
стве питательного субстрата. Все необходимые .минеральные вещества,
а такж е гормоны и витамины необходимы в точках роста. Д л я поддер­
ж ания тургора в растениях необходима вода. Недостаток в о д ы —-один
из факторов, задерживаю щ их рост и продуктивность лесов.
В табл. 16 приведены максимальные расходы влаги на суммарное ис­
парение, приуроченные к периоду кульминации текущего прироста.
Следует подчеркнуть, что в целях экономного расхода воды и пре­
дотвращения стока на водосборе рекомендуется увеличивать возраст
рубки.
В спелом и молодом возрасте расходы влаги значительно меньше.
В связи с этим проведены исследования в пределах типа леса ло возра­
стам, а в пределах последних — по сомкнутости и полноте. Все эти дан­
ные нами уж е опубликованы.
Помимо максимальных расходов влаги на суммарное испарение, мо­
гут быть минимальные и средние расходы.
Расходы влаги на кубический метр прироста нами вычислены для на­
саждений различного возраста полных сомкнутых древостоев в молодом
и приспевающем возрасте и в полных в спелом и перестойном возрасте.
На основании этих последних данных мы устанавливали гидрологиче­
скую спелость, к которой отнесли возраст древостоев с очень резким
возрастанием расхода влаги на кубометр прироста стволовой древесины.
Это возраст, когда целесообразна в водоохранных лесах необходимая
рубка и когда еще не наступила естественная спелость, характеризуе­
мая отрицательным приростом и началам распада древостоев.
75
Т а б л и ц а 16
Эвапотранспирационный коэффициент годичного прироста (в м м / М 3)
Порода
Бони­
тет
Возраст древостоев, лет
-10
20
30
40
50
60
80
100
120
140
160
180
.
Сосна одного
возрастного
поколения
II
III
98
78
93
73
91
71
94
74
106
86
123
103
167
147
248
218
287
265
367
347
435
415
Д уб одного
возрастного
поколения
II
III
91
118
60
91
54
78
52
61
52
55
54
65
62
70
75
80
105
95
170
155
258
241
321
308
Ель одного
возрастного
поколения
I— II
II
III
143 121
108 98
108 91
95
92
76
83
82
73
82
79
73
80
75
80
82
77
90
86
90
108
102
ИЗ
115
145
135
120
273
250
225
328
360
276
Береза одно­
го возраст­
ного поколе­
ния
II
III
118
132
81
83
71
70
72
70
105
85
127
105
198
170
270
235
Ясень одного
возрастного
поколения
II
120
78
58
52
55
73
103
183
Осина одного
возрастного
поколения
II
120
80
60
54
58
68
99
138
Д уб со вто­
рым поколе­
нием в 140летнем воз­
расте
I
II
III
119
91
118
68
60
91
58
56
78
54
54
68
52
52
55
56
54
65
68
62
70
83
75
80
95
89
95
115
103
111
130
120
138
Ель со вто­
рым возраст­
ным поколе­
нием в 140летнем воз­
расте
I— II
II
134 111
118 98
92
92
82
82
78
78
75
75
75
77
85
90
102
113
125
124
143
136
—
Гидрологическая спелость у разных пород наступает в разное время,
а в пределах одной породы, при различии возрастной структуры, она
такж е меняется.
Изменение расхода атмосферных осадков на эвапотранспирацию для
некоторых древесных пород в различных возрастах приводится на рис.
18, иллюстрирующем использование воды древостоями на построение
органической массы.
ИЗУЧЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА
АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ
В ПОСЛЕВОЕННЫЙ ПЕРИОД
После Великой Отечественной войны возобновилось изучение стока
на Валдайской, Истринской и Придеснянской стоковых станциях. Н а р я ­
ду с ними начали работать гидрологические пункты и станции Инсти­
тута леса АН СССР, а затем Лаборатории лесоведения АН СССР (око­
ло с. Осташево Волоколамского района), в Харовском районе Вологод­
ской обл., в Рыбинском районе Ярославской обл., в Ивановской обл., в
Загорском и Волоколамском районах Московской обл., в Миасово — на
Урале, в Теллермановском лесу и прилегающих районах Воронежской
области.
76
Рис. 18. Р асход влаги (в м м ) на
I м э текущ его прироста древесины
В подзоне лесостепи:
1 — ясень;
7 — дуб III бонитета; 8 — дуб II бо­
нитета; в подзоне хвойно-шпроколиственных лесов: 2 — береза, 3 — ель
II бонитета, 5 — c o c h i III бонитета;
■6— ель II бонитега; в подзоне се­
верной тайги: 4 — сосна III бони­
тета
Кроме того, был создан ряд пунктов другими организациями в гор­
ных условиях Киргизии, на Северном Кавказе, в Грузии и Закарпатской
Украине. Были начаты работы Прибалтийской стоковой станцией в рай­
оне Тарту, в Курской обл., в бассейне р. Кур, продолжались наблюдения
на Придеснянской станции и в Каменной степи, в .последние 3 года ве­
лись наблюдения в Вятской обл.
Во всех перечисленных пунктах наблюдения велись в лесу, на полях
или безлесных площ адях и на выгонах.
На опорных гидрологических пунктах исследования стока велись на
малых водосборных бассейнах с различной облесенностью от 10 до 100% •
Исследования показали, что с увеличением облесенности площадей
поверхностный сток уменьшается тем сильнее, чем больше проницаема
почва. Наибольший поверхностный сток наблюдается в лесу на глинах,
заметно меньше на суглинках, затем на супесях, на песках поверхност­
ный сток очень низкий.
Естественно, что как в лесу, так и в поле поверхностный сток изме­
няется и в зависимости от количества выпадающих осадков.
Л аборатория лесоведения АН СССР много внимания уделила изу­
чению влияния различных способов рубок на изменение поверхностно­
го стока, а такж е выяснению связи между слоем стока на водосборных
бассейнах с различным процентом вырубленной площади водосборов.
Итоги исследований за весенний период показаны в табл. 17.
Следует отметить, что годовые осадки в том и другом водосборе были
довольно близки. Сумма осадков до вырубки равнялась 510 мм, а после
рубки 529 мм.
Из анализа данных видно, что лес способствует поглощению влаги
в почву и переводит ее во внутрипочвенный и грунтовый сток.
В отличие от первого варианта на сплошь вырубленном водосборе по­
верхностный сток в первое пятилетие после рубки равен 84,2 мм, а во
второе только 53,6 мм. Другими словами, сплошная рубка в один прием
увеличивает поверхностный сток в первое пятилетие и уменьшает во
второе вследствие зарастания вырубки древесной растительностью, ко77
Т а б л и ц а 17
Итоги 20-летних исследований на вырубках
Сток после рубки, мм
Характеристика водосбора
Сплошная рубка в 1953 г.
Кольцевание куртин осин­
ников на 38% площади в
1959 г. и их вырубка в
1962 г.
Вырубка в 1960 г. сплошь
20% площади
Средний
сток до
вырубки,
мм
11 лет
5 лет
слой сто­
ка
увеличе­
ние
слой сто­
ка
5 8 ,3
8 ,0
106,0
1 1 ,3
4 7 ,7
3 ,3
7 0 ,3
2 3 ,6
3 0 ,2
6 ,4
8 ,0
26
увеличе­
ние
12
0
2 ,4
Площадь
водосбора, га
2 ,5
134,6
146,0
торая снова начинает усиливать фильтрацию воды в глубь почвы и рас­
ход ее на транспирацию.
В этой связи интересно выяснить, полностью ли расходуют осадки
сплошь облесенные водосборы на испарение по сравнению с частично
облесенными, или некоторая часть их идет на питание грунтовых вод.
Кроме приведенных в таблице водосборов, было намечено еще два
водосбора, из которых один площадью 3,26 га. На нем сток наблюдался
круглый год, только в два исключительно засушливых года выклинива­
ющийся грунтовый сток в конце августа и в начале сентября прекращал­
ся. Н а втором водосборе сток происходил только в весенний период.
Н а первом водосборе зимой 1957/58 г. дубовый лес 225-летнего воз­
раста срублен в верхней части водосбора на 49% площади. Здесь слой
стока весной до рубки был 41,9 мм, а после рубки — 53,6 мм, т. е. увели­
чился на 11,7 мм. Остальная часть атмосферных осадков просачивалась
в глубь корнеобитаемого слоя, зато летом на этом же водосборе сток
до рубки равнялся 58,4 мм, а после рубки выразился в 93,7 мм. Таким
образом, летом при вырубке 49% значительная часть осадков просачи­
валась в почву и питала сток выклинивающихся вод.
Инфильтрационные площадки, покрытые лесом в 220-летних древо­
стоях осоково-снытевой дубравы, переводят за пределы корнеобитаемого
слоя в среднем за 10 лет 7,2% осадков. При расчете водного баланса в
этом ж е типе леса расходуется на инфильтрацию максимально 17%, а
минимально 5,7%, или в среднем за год 8,2%.
Очевидно, лес играет водоохранное значение, перераспределяя влагу
в течение года, способствуя увеличению поступления влаги в реки в
летний период и повышая тем самым водность рек в меженный период.
В хозяйственной деятельности человека находят применение не толь­
ко сплошные, но и выборочные, и постепенные рубки, а также рубки
ухода.
Всякая рубка отраж ается на изменении поверхностного стока и
уменьшении испарения влаги. Однако это происходит до известного пре­
дела, сильное изреживание древостоя (до полноты 0,5—0,4) приводит к
зарастанию вырубок травянистой растительностью, усилению испарения
и повышенному поверхностному стоку весной.
Выборочные рубки в полных древостоях способствуют обогащению
почвы влагой и более экономному расходованию ее летом. В первые 5 лет
после выборочной рубки разной интенсивности древостоями экономится
и расходуется на пополнение запасов влаги в почве и грунте соответству­
ющее количество воды (рис. 19).
Чем выше интенсивность рубки, тем больше остается влаги, не ис­
пользуемой на испариние. Однако и это явление, полезное при умеренной
78
интенсивности рубки, при переходе к сплошным рубкам, повышающим
количество свободной воды, может перейти в свою противоположность,
если несоразмерно увеличатся сплошные рубки и будет сильно разрушен
напочвенный покров. Полагаю, что исследования Лаборатории лесоведе­
ния АН СССР убедительно раскрывают взаимосвязи между стоком и
разными способами рубок, а та кж е эрозионными процессами, так как
последние возрастают в прямой зависимости с увеличением стока ж ид­
ких осадков.
В заключение этого раздела мы выясним влияние рубок ухода на уве­
личение запаса влаги в почве и перевод их в лежащие глубже слои грун­
та, а затем и в грунтовые воды, питающие реки.
Рис. 20. Экономия расхода влаги (в мм) в 15—23-летних древостоях, в зависимо­
сти от интенсивности прочисток ( / ) и прореж ивания (2) в течение 5 лет после
рубки
Рис. 21. Экономия расхода влаги при проходных рубках разной интенсивности
в древостоях 45-летнего возраста в течение 5 лет после рубки
Н а рис. 20 и 21 приводится экономия расхода влаги на суммарное ис­
парение при прочистках, прореживаниях и проходных рубках. Все три
графика показывают, что при рубках интенсивностью до 20—30% на­
блюдается более повышенный расход влаги, чем при рубках более высо­
кой интенсивности. В интервале 20— 30% выборки запаса наблюдается
наиболее высокая продуктивность древостоя после рубки.
К ак видим, гидрологические исследования в настоящее время направ­
лены не только на изучение взаимосвязей и выявление закономерностей
между лесом и гидрологическими процессами в естественных лесах, но
и в лесах, находящихся в сфере деятельности человека. Отметим, что
при применении концентрированных сплошных рубок предельными по
размерам вырубками должны быть площади 500 жХ 500 м.
Задачей исследований истекшего 25-летия являлось изучение леса
как динамической системы, в которой процессы передвижения, перерас­
пределения и расход влаги в почве находятся во взаимовлиянии и взаи­
модействии. В связи с ростом древостоев меняются во времени охвоение
и сомкнутость полога, что вызывает изменение освещения и проникнове­
ния осадков сквозь древесный покров. Эти изменчивые факторы, в свою
очередь, вызывают изменение температуры воздуха, почвы, активности
79
микроорганизмов летом, а зимой разную степень промерзания почвы.
Все это через ряд взаимосвязей влияет на микробиологические процессы
в почве, круговорот азота и зольных элементов. Эта взаимосвязь и взаи­
модействие вы ражаются в непрерывном изменении каждого из них, а
та кж е древостоев и их среды. Естественно, в связи с ростом древостоев
непрерывно меняются во времени суммарное испарение, водный режим
почвы, сток и инфильтрация влаги в почву и поступление этой влаги в
реки, водность которых зависит от суммы осадков, поступающих на по­
верхность земли. С увеличением возраста древостоев наблюдается р аз­
личие в потреблении ими минеральных веществ и азота, обусловливаю­
щем возвратное поступление этих веществ в почву в виде органического
опада. Различие в количестве поступающей влаги порождает неодинако­
вый приток воды к корням, а вместе с ним и поступление растворенных
в почве веществ. Н аряду с этим в первом приближении выяснено превра­
щение вещества и энергии в лесу. Таковы результаты и успехи ученых
в послевоенный период в изучении взаимодействия леса с различными
компонентами, окружающими его, и с деятельностью человека.
Результаты исследований взаимосвязей в лесу будут освещены не­
полно, если не коснуться гидрологической роли временно и постоянно из­
быточно увлажненных площадей. Последние обладают способностью
распространяться, захваты вая суходольные соседние территории.
В районах с временно и постоянно избыточным увлажнением, где
развиты процессы заболачивания, после сформирования сфагнового по­
крова наблюдается наращивание его не только по вертикали, но и по
горизонтали, что способствует пространственному растеканию болот на
севере.
Наблюдения показывают, что сфагновые сосняки при разрастании
мохового покрова переходят в сфагновое болото. Сфагновое болото, раз­
растаясь в ширину и высоту, может распространяться на все типы сос­
новых и еловых лесов. Другими словами, болота существенно влияют на
суходолы, процесс развития которых находится в тесной зависимости от
окружения болот и их влияния на водный режим свежих типов леса, и,
несмотря на большое испарение в них влаги, леса на севере не в состоя­
нии противостоять надвигающимся болотам.
Рост сфагновых мхов выяснял Д уб ах (1954) с сотрудниками. Подоб­
ные наблюдения в 30-х годах вели и мы тем же способом, что и Дубах.
При этом уровень мохового болота отмечается на сосне надрезом, после
чего дерево вытаскивают с корнем и, обрубив ветви, приступают к обме­
ру ствола от корневой шейки до его надреза, сделанного на верхнем
уровне мохового покрова. Затем чуть выше (на середине гипокотиля)
ствол перепиливают и на срезе определяют возраст дерева. После этого
осуществляется распил по надрезу дерева и так же определяется возраст
и длина отрубка, находившегося во мху. Делением длины отрубка на
Т а б л и ц а 18
Скорость нарастания мха в различных географических точках
Продолжительность нарастания мха, лет
Место наблюдения
20
35
40
50
100
43
—
—
—
—
40
50
26
71
—
—
51
Мощнбсть мха, см
Архангельская сбл.
Мурманская обл.
Ленинградская обл.
Новгородская обл.
Псковская обл.
Белоруссия
80
26
—
—
15
—
—
—
—
—
20
38
—
50
36
56
разницу в годах от шейки корней до надреза устанавливают нарастание
мощности мха в год.
По исследованиям различных авторов, нарастание мха выражается
показателями, приведенными в табл. 18.
Более точное определение нарастания мохового покрова возле Л е ­
нинграда, по данным Ефимовой (1926, цит по Дубаху, 1945), показано
в табл. 19(1 м торфа нарастает в 2000 л е т ) .
Т а б л и ц а 19
Скорость нарастания мохового покрова по вертикали
Число взятых
сосен
Продолж итель­
ность нарастания,
лет
28
41
79
71
49
55
26
10
15
20
25
30
35
40
Высота мо­
хового п ок­
рова, см
1 ,7
2 ,0
24
26
31
32
32
Число взя­
тых сосен
Продолжитель­
ность нараста­
ния, лет
Высота мохового
покрова-, см
33
13
18
8
8
3
45
50
55
60
65
70
33
34
36
37
35
41
—
—
—
Еще большее значение имеет разрастание сфагновых болот по пери­
ферии, ведущее к заболачиванию покрытых лесом площадей. К сож але­
нию, этот вопрос выяснен еще не достаточно, между тем распространение
болота по сторонам проявляется четко. Заболачивание площадей в
большой степени зависит от глубины залегания грунтовых вод и типа
почв. Высота капиллярного подъема воды от зеркала грунтовых вод в
различных почвах значительно меняется:
Почво-грунты
Высота капиллярного
подъема, см
Г лины
Суглинок
Супесь
Песок
Торф
500—300
300—150
150—100
100—500
150— 120
Учитывая большую потребность в воде, следует любое мелиоративное
мероприятие оценивать в связи с гидрологическими процессами, происхо­
дящими на поверхности и внутри почвы, а такж е с общим балансом воды.
Необходимо выяснять гидрологические условия заболоченных территорий
после их осушения. Такая оценка важ на для разработки оптимальной ме­
лиорации земель, не вызывающей иссушения почвы и не нарушающей
нормального соотношения стока в различные сезоны года и водности
рек в меженный период.
Гидрологическая роль осушительной мелиорации до последнего вре­
мени выяснена недостаточно. В настоящее время обстоятельные иссле­
дования стока вод проведены С. Э. Вомперским. Опубликованы материа­
лы Б. В. Бабикова (1970), изучавшего на экспериментальных участках
Вомперского сток воды после их осушения.
На основании двухлетних наблюдений Бабикова установлен процент
стока на верховом болоте. Этот сток при расстоянии между осушителя­
ми в 65 ж равнялся в 1967 г. 51%, а в 1968 г.— 41%. При расстоянии меж­
ду осушителями в 130 м сток соответственно составлял 37 и 34% и при
205 м — 30 и 24% .
81
Испарение за период вегетации на переходном болоте значительно
выше, чем в кустарничково-сфагновом. В первом оно превышает даже
количество выпавших за сезон осадков.
Значительные исследования в интересующем нас плане были проведе­
ны В. В. Романовым («Вопросы гидрологии болот», 1960) для европей­
ской части СССР. Исследования Романова осуществлены на географиче­
ской основе, и их результаты проверены на большом фактическом м а­
териале. Основные выводы по результатам исследования сводятся к сле­
дующему. Если осушенные болота не используются под сельскохозяйст­
венное и лесное пользование, то испарение с этих болот очень значитель­
но, а сток выше, чем с неосушенных болот. Расчеты испарения, проведен­
ные на основании большого количества экспериментов, показали, что ис­
парения после осушения болота уменьшается на 15—30%, а сток с них
увеличивается в 1,3— 1,5 раза. С течением времени в результате уплот­
нения и разложения торфа разница в испарении уменьшается. Однако
д а ж е через 9 лет после осушения испарение с осушенных неосвоенных
болот остается ниже на 10— 15%. Уменьшение испарения вызывается не­
достаточным увлажнением, возникающим на осушенных, но неосвоенных
болотах. Подобное явление наблюдается не только на верховых, но и на
низинных болотах.
Осушение болот с последующим их использованием, по данным Р о ­
манова, практически не отразится на средней многолетней норме стока
болот.
Мелиорация болот вызывает увеличение стока, поэтому не нарушает
режим рек. Однако часть заболоченных площадей необходимо оставлять
нетронутыми с целью сохранения соответствующей фауны и флоры.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАПАСОВ СНЕГА В ГОРАХ
И НА РАВНИНАХ ДЛ Я ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Во многих лесных и горных районах снег является важным источни­
ком водоснабжения и в то же время причиной опустошительных павод­
ков. Регулирование снегозапасов в горных районах с помощью создания
механических преград или защитных лесополос может способствовать на­
коплению снега и более продолжительному и равномерному поступлению'
воды.
Используя результаты различных исследований снега, необходимо
руководствоваться тремя источниками: классической концепцией клима­
тов; знанием пространственных изменений баланса тепла и влаги в связи
с метеорологическими, топографическими-и лесорастительными разли­
чиями; выявлением локальных связей факторов влияния и сопутствую­
щих им изменений.
Континентальные климаты характеризуются обычно меньшими коли­
чествами снега по сравнению с морскими, но распределение его в конти­
нентальных условиях играет решающую роль не только для стока, но и
для промерзания почв и для паводков.
Горы в условиях морского климата могут аккумулировать большие
массы снега, они характеризуются такж е большим притоком тепла, по­
ступающего в холодное время года из океана.
Свежий.снеговой покров препятствует воздействию солнечной радиа­
ции, так как он отраж ает до 90% солнечной энергии; д аж е старый снего­
вой покров отраж ает ее от 50 до 60%.
Эффективными факторами снеготаяния являются латентная теплота,
освобождающ аяся в результате конденсаций водяных паров на поверх­
ности снега, и длинноволновое излучение, поступающее на снеговой по­
кров от деревьев, из влажной атмосферы и облаков. В прибрежных и
равнинных районах латентная теплота поступает в больших количествах
во время циклонов и тропических ураганов.
82
Исследования показывают, что лес играет определяющую роль в т а я ­
нии снега, поэтому лесное хозяйство надо вести так, чтобы можно было
регулировать снеготаяние для обеспечения максимума стока, задержки
стока талых вод или сокращения до минимума паводкового стока.
Влияние леса на таяние снега зависит от густоты древостоев, высоты
деревьев и положения их относительно друг друга и на местности. Осо­
бое значение имеет влияние леса на ветер, затенение, солнечную радиа­
цию и перенос латентного и ощутимого тепла. Лесной покров над снегом
перехватывает большую часть радиации, препятствуя поступлению лучи­
стого тепла, однако снеготаяние зависит от сочетания многих процессов.
Интенсивность снеготаяния в лесу составляет лишь от 50 до 60% интен­
сивности снеготаяния в поле. Различия между густым лесом иобшир­
ными открытыми площадями следует использовать
в интересах чело­
века.
По исследованиям Г. Андерсона (1970), распределение осадков под
влиянием рубок происходит следующим образом (в м м ) :
_
Состояние древостоя
Поте]
Рубка не проводилась
Рубка полосами
Лесосечная рубка квадратами
Выборочная рубка
600
300
400
450
Сохранение
воды
■300
200
150
Н а площадях, покрытых лесом, часть воды израсходована на суммар­
ное испарение, а та кж е просочилась в почву и пошла на пополнение з а ­
пасов влаги в почве и грунтовых водах. Эти расходы Андерсоном не уч­
тены.
Наибольшего успеха в предотвращении паводков можно добиться вы­
борочными рубками, однако и полосная вырубка может предотвратить
поверхностный сток, перевести его в грунтовый и не вызывать эрозии.,
ЦИКЛЫ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ
В РАЗЛИЧНЫХ ПРИРОДНЫХ ЗОНАХ
В ОТДЕЛЬНЫХ ТИПАХ ЛЕСА
Гидрологическая роль леса и расход влаги по отдельным статьям
водного баланса изучался на всех видах почв.
Изучение проводилось на тяж елы х и на легких по механическому сот
ставу почвах. Водный баланс получен для сосновых, еловых, елово-лист­
венных, сосново-лиственных, чистых сосновых, дубовых и ясеневых дре­
востоев.
З а д а ч а всестороннего изучения проблемы воды становится в настоя­
щее время все более актуальной. Организация более широких исследо­
ваний ресурсов воды вызывается не только теоретической, но и острой
практической потребностью.
Слож ная проблема круговорота воды в природе, имевшая издавна в
учениях натуралистов большое философское значение, правильно была
понята лишь в конце XVII в. благодаря применению балансового метода
в изучении гидрометеорологических явлений.
Накопленные с тех пор данные наблюдений и измерений позволили
в конце XIX — начале XX в. представить общую схему круговорота воды
на земном шаре и дать первую количественную оценку элементов влагооборота.
В XX в. изучение проблемы круговорота воды на Земле серьезно про­
двинулось вперед. Остается непоколебленным исходное положение о поч­
ти неизменном, по крайней мере в течение современной эпохи, количест­
ве воды, участвующей в круговороте. Окончательно доказана правиль­
6*
83
ность взгляда о доминирующем значении инфильтрации в происхожде­
нии грунтовых и вообще подземных вод.
Как в результате непосредственных измерений, так и благодаря выяс­
нению количественных отношений между балансами тепла и влаги по­
лучили дальнейшее уточнение составляющие баланса влагооборота.
В течение долгого времени, начиная с Брюкнера (1905), считалось, что
осадки на суше образуются главным образом благодаря внутреннему
влагообороту, т. е. благодаря тому, что приносимая с океана влага после
первого выпадения и испарения вновь выпадает в глубине материка еще
два-три раза. Из этого предположения делали вывод, что облесение тер­
ритории и всякие обводнительные мероприятия на ней, усиливающие ис­
парение, могут вести к увлажнению климата.
Неправильность такого мнения, основанного лишь на умозрительных
предположениях, была показана в 1950— 1953 гг. исследованиями
К. И. Кашина и У. П. Погосяна (1950), М. И. Будыко и О. А. Дроздова
(1950). Ими было установлено, что д а ж е для такой крупной территории,
как европейская часть СССР, доля влаги местного происхождения в вы­
падающих осадках составляет не более 15%.
БАЛАНС ВЛАГИ В ПОЧВЕ
В РАЗЛИЧНЫХ ПРИРОДНЫХ ЗОНАХ
При изучении водного баланса в различных типах леса лесной и лесо­
степной зон европейской части СССР мы исходили из следующих общих
положений.
В выбранных нами типах леса, а в пределах их и в древостоях р а з­
личного возраста и сомкнутости изучение количества атмосферных осад­
ков на малых водосборных бассейнах осуществлялось с помощью осадкомеров, размещаемых в количестве 20—30 шт. на 1га. Приемная часть
осадкомера устанавливалась в лесу через 5 м один от другого на высоте
25—30 см от поверхности почвы, а на середине полян, размеры которых
равнялись двум высотам деревьев, на высоте 2 м от почвы устанавлива­
лось по одному осадкомеру и одному плювиографу. В зимнее время
твердые осадки учитывались по осадкомеру, расположенному на поляне.
Под пологом изучаемых древостоев и на прилегающих безлесных площа­
дях через каждые 2 недели измерялись глубина и плотность снега.
Коэффициент вариации высоты снегового покрова в среднем колеб­
лется в пределах 0,4— 0,6. При этих коэффициентах вариации ошибка оп­
ределения не выходит за пределы 4— 6% при измерениях в сосновых и
лиственных и 10% при измерениях в еловых древостоях.
Поверхностный сток воды определяется на элементарных стоковых
площадках, заложенных во всех основных типах леса, воднобалансовых
площадках для изучения поверхностного и грунтового стока. Вода, сте­
каю щ ая с поверхности площадки через приемное отверстие в стенке па­
вильона, попадает в приемный бак. Он представляет особый четырех­
угольный бассейн, разделенный сверху на три отсека,— приемный, водо­
мерный и довосливный. В водомерном бассейне помещается поплавок са­
мописца «Валдай». Самописцы, регистрирующие количество прошедшей
воды, устанавливаются независимо от приемного бака и прикреплены к
стенке павильона.
Основными гидрометрическими установками являются водосливы.
Водосливы делают тонкостенными, с углом выреза, равным 45— 120°.
Угол 45° применяют для расчетных расходов воды, составляющих 150—
200 л/сек, угол 60—90° для расходов воды 200— 1000 л/сек и 90— 120° для
раходов воды свыше 1000 л/сек.
Водосливные сооружения бывают железобетонными и деревянными.
Водосливные щитки всегда изготовляются металлическими. Водосливные
84
сооружения строят для определения величины стока на лесных и безле­
сных водосборных бассейнах.
Испарение с поверхности почвы и транспирацию травянистой расти­
тельности определяют по испарителям сечением 500 см и высотой 50 см с
двумя днищами — внешнее плотное и внутреннее сетчатое, расположен­
ное от верхнего края испарителя на расстоянии 40 см. Под сетчатым
дном имеется водосливное отверстие для удаления просочившейся через
почву влаги. Монолит почвы с ненарушенной структурой помещается в
испаритель. Д л я каждого вида травяного покрова выделяются два испа­
рителя. Испарители взвешивают утром в 7 часов и вечером в 19 часов.
В зимнее время испарение со снега определяют в безветренные, без
осадков дни.
Расход влаги из почвы определяется на основе запасов влаги в нача­
ле периода наблюдений и в конце его с прибавлением выпавших за пери­
од наблюдений осадков над пологом леса.
Общий запас влаги во всей исследуемой толще почвы определяют
суммированием запасов во всех 10-сантиметровых горизонтах. Запасы
влаги в почве определяют до глубины 4—5 м.
Д л я учета запасов влаги, проникающей на глубину 4—5 м, сооружа­
лись площадки, изолированные с боков и дна листовым железом или же
плексиглазом. Такие площадки, получившие название инфильтрационных, имели площадь, равную 4—5 м2.
Зона лесотундры
Современный рельеф лесотундры имеет явно эрозионный характер.
Наиболее типичными формами рельефа являются гряды и образующие
их холмы с плоскими или слабовыпуклыми вершинами и пологими скло­
нами. Гряды имеют ширину до 1— 3 км и относительную высоту до 20—
30 м и более. На склонах и д а ж е на плоских вершинах холмов хорошо
развита сеть ложбин (полос стока) разной степени выработанности. Не­
редко ложбины достигают таких размеров, что по существу разделяют
холмы на отдельные, почти совершенно обособленные части. Между круп­
ными холмами и грядами располагаются долины ручьев и речек, а также
различного рода западины и низины с плоскими днищами. Бугры, как
правило, окружены заболоченными понижениями.
На открытых лесотундровых участках снежный покров распределя­
ется неравномерно из-за переноса ветром свежевыпавшего снега. Сдува­
ние снега начинается при скорости ветра 7 м/сек, а при насте — при 4—б м/сек. Снег скапливается в различных понижениях.
Д л я лесотундры характерна большая облачность в течение всего го­
да. Количество выпадающих осадков достигает 530— 540 мм. Относи­
тельная влажность в среднем за год р а в н а -80%, а в мае — июле—86—
90%.
Вследствие высокой влажности воздуха и прохладного лета испаряе­
мость влаги колеблется в пределах 200—260 мм. Действительное испаре­
ние не. превышает 130 мм в период июнь — сентябрь, а в среднем за год
составляет около 200 мм.
Реки в лесотундре имеют преимущественно снеговое питание, на долю
его приходится 65-—75%. Дож девые и грунтовые воды составляют 20—25
и 5— 10% от величины годового стока. Общий годовой слой стока равен
400—450 мм, а коэффициент с т о к а — 0,7— 0,8. Такой высокий коэффици­
ент стока наблюдается потому, что таяние снега происходит при мерзлой
почве. Талые воды фактически полностью стекают по мерзлой почве. Л е ­
том сток сильно сокращается, особенно в длительные периоды без осад­
ков, зимой почти совсем прекращается, а осенью в сентябре и октябре
незначительно повышается.
85
П одзона северной тайги
В лесной зоне гидрологические исследования проведены с большой
детальностью, что позволяет показать баланс влаги в почве различных
типов леса. В Архангельской обл. в северной тайге наблюдения проводи­
лись 2 года (1948 и 1949 гг.) под 63°30' с. ш. и 40°7/ в. д. в сосновых дре­
востоях 34, 80, 160 и 270 лет и в сосново-еловых древостоях 160-летнего
возраста, в разных типах леса.
Расход влаги по отдельным элементам водного баланса приводится
в табл. 20.
В условиях северной тайги наибольшие расходы атмосферных осадков
на суммарное испарение наблюдаются один раз в 120 лет, а на транспи­
р а ц и ю — в 80 лет. Н а одинаковом уровне отмечены испарение и транспи­
рация в течение последующих 20—30 лет, а затем они начинают посте­
пенно сокращаться. Аналогичное рассмотренному в табл. 20 наблюдает­
ся изменение отдельных элементов водного баланса в бруснично-лишай­
никовых типах леса с той лишь разницей, что расход на суммарное испа­
рение меньше, зато инфильтрация в черничнике меньше, чем в бруснич­
нике, почти в два раза.
Наибольшие расходы влаги на суммарное испарение и в среднем на
транспирацию в ельнике черничнике.
Испарение влаги на площадях, занятых травянистой растительно­
стью, в северной тайге равняется 285—300 мм\ заливаемый весной луг
испаряет 310 мм, клевер 370 мм.
Подзона средней тайги
В Харовском районе Вологодской обл. под 60°30' с. ш. и 34°35' в. д.
баланс атмосферных осадков изучался в еловых и производных листвен­
ных древостоях в возрасте 7, 18, 37, 110 и 135 лет, сформировавшихся на
темноцветных торфянисто-перегнойных почвах, в березняке травянистом
и березняке еловом травяно-зеленомошном, сформировавшихся на сугли­
нистых почвах.
В районе исследования количество осадков равняется 600 мм в год.
Продолжительность воднобалансоЕых наблюдений равна 4 годам.
Средний расход атмосферных осадков приводится в табл. 21.
В травяно-зеленомошно-долгомошных ельниках наибольший расход
влаги приурочен к 60-летним ельникам. По мере уменьшения и увеличе­
ния возраста древостоев расход влаги на суммарное испарение умень­
шается, а инфильтрация и подземный сток воды увеличивается. Н аи ­
меньший расход воды на подземный сток наблюдается в 60-летнем воз­
расте.
Подзона южной тайги
Наблюдения осуществлялись в Ярославской обл. вблизи Рыбинского
водохранилища в бассейне р. Волготни под 59° с. ш. и 30° в. д. Изучение
водного баланса атмосферных осадков было проведено В. В. Осиповом
в березовых и еловых древостоях в течение 4 лет. Район работы харак­
теризуется умеренными температурами и значительным превышением
количества выпадающих осадков над количеством испаряемой влаги.
В геоморфологическом отношении район является волнистой равниной,
покрытой маломощным плащом моренных суглинков, с уклонами, равны­
ми 0,009.
Общ ая поверхность водосбора представляет собой слабовогнутую ча­
шу, в силу этого грунтовые воды во всех типах леса периодически выхо­
дят на поверхность. В результате трудно вычислить расход воды на по­
верхностный сток в зависимости от типов леса. Влияние леса на умень86
СУ5 О
О 05
С
О
СО
|1
| х« ео
С
о
х
tсм
«
з?
«о.вS
яJ
н о.
Щя9 2о.
п.
и
-Я о
я
; *
2 о о
gen
CD
00
00 CD
Ю
Ю ОCD
20
Таблица
Средний годовой баланс влаги в различных типах леса северной тайги (в мм) (ст. ббозерская Архангельской
а о я
•чн
о
О0
00
О
OS
s Аа
S <0а х
>%
око.
см
с<|
Ю
О
-Н
w sf
со со
О
СО
•«
Н N00
СО
г»
cq
ю
ю
CM ю
C<J ю
<
М
Ю
ю
ю
см
ю
о
bd
К
а
»к
СО
3к
4
Ьй
3S
X
а
05
аз
оо
и
05
S
о #3!
*
о
н
я
ч
О
уК
2
о I
S I
о : о
Сi Н
05
o'
О 05
^ о
»оyЙf-ш
МйЧ
к
3*
Я
94
С
Гзх
а>
*
о
Н
*
S
я
U чо PJ
со
03
о
н
ад
ая
*з
к
4о
СО
н
&
К
о « ~
с а ч
а>
о
S
о
\о 5 й
.
*
§ <
5U fS
§ со
К
га
о
Яs Н
U с С a
S
S
S3
U
СЦэК C
<у
33
СО
Сё
сос—
о
со
00
о
о
2о
§я
^QJ
5V
^о
2 >ЬЗ
S
о
о *
*м &
а)*>
я<
оч
ц
“ «
U н оСО
-<* О
*<f*
СО
>
et
О
О
оОко
Он
с >я
Й’5
~3
CU ш
. -Ч
о Шч g
+ 5
О н 'Л И н
*
‘
^
С
4! (j
из а о о
со
а с о
со
§
С 5S
•й
>>
®
и
О
.ч *Я
CD 0)
НЙ
_■иао
8 с
■
о . со й и
НО
+
*5
+
а
о
0
е ,я
-3
w s
+1 ৻
из
CJ о ш
87
с-«.
*Л 00
со
CSI ^
см
•<гсо
смсо^р
ою со
СМ <ГМ
•е-я
К==а.
н
Кн
00 со
са 'гн
а о*г *о
о
н
С оI н
и
00
00
vtf О
««нсм
со -S
О
.я
н о.
см со ^
^Смо-гЧо
С
С^
а. га
а> со
Я ей
sa«
5Е Л- ОЛ
«Лй
Э
*
2 *v
° о
g с с
КОК
&*
л о И
х
g С О
52 О К
^ гах
СО СО 00
00
со ю
н-о о
аж
аз 5
*2
н- О) о
я Я О.
л sc х
йС
22 S
я «X
2 а) я
>> О
ока,
f- о
СМ
CO VF
о
о
со
S Ая
S
>. fОt s0J
V?
05
NT
О
О
ю
СО
СЛ
со
см
00
vf
о
ю
о
со
о
со
t"-
со
о
со
Г"-
Ю LOЮ
о
сосо
ОСО:
со С
Ю
V t LO
NP N f
О
О
О
О
со со
О О О
О О О
ef
со со со
и^
О 3
я
средней
о
я
X
к
ояк
гаа
т
о.
типах
леса
н
»к
к
со
О
<и)
(и
са
я
3
О
2
со ,« о
Я
Xот
5 га я
о с'и
о«ч ^ к
Ь! 5Й«2
9
СО со U3 я О
га
я
яJ3
л
з о а,
<и зg ч
о
ё2нрэ “ ш ь
си
ч
Щ
к о
та «а
°s £2
я о
^ ?
о
« я
та
х ас->
н
QJ а,
О)
шс
о 5 а»
я VO
*и=5 S
Ч
>» V
и о
° о та -
л м к о
§ S*
Оя о
& я о
Е» К? ч н
Н яН
О
« 9Я «
к 3 к
*
5 s V*
S P s»
S « $ * *
05
*©" «
сх
тва
он »я
*£
£1
ч
о
=(
та 5 я
сх {Э а?
Ь Я Ч
Эv
еи=к
в различных
баланс влаги
годовой
21. Средний
Таблица
ю vt со
00 со см
СО со
у жо.
тайги
(в м м )
Т
оЯа
« я х
О
о
О О О
Сё
о
СО 00
00
1_Г
о
О
00
о"
о
et
О
и
9S
я
«о и
я н
CQсъе;
:s
я н
О oj
о
«он
О се <у
CQае;
s> >
са н
н
5« w
х
s4 - 0€
щ
см
to
со
ШИ
CM v f
cqcq
ю
Ч
Оса
Й О РЗ
00
"чн-ггч
щцщ
Г - 00 OS
о
к '<Г
щ
1-1 СО
о
о
а,
=с
О
Р*
о
^ о
о °
£ :+
о
О
см
R.C
Q
о ш
00
а>
3
я
га
с та
та*5 S S &
х 5 я я- я А
ч та и ^ о»
О O.Q. >,«0*
шение поверхностного стока здесь проявляется слабо вследствие тяж е­
лого механического состава почвы.
Водный баланс полевого водосбора существенно зависит от величины
поверхностного стока и испарения (в мм):
Поверхностный сток
Испарение за теплый период
Испарение за холодный период
И т о го
171
195
65
431
Представление о распределении осадков, выпадающих над лесом и
проникающих в него, можно получить из табл. 22.
Еловые древостой 110-летнего возраста расходуют на суммарное ис­
парение около 68%, на поверхностный сток около 25% осадков. Из обще­
го суммарного испарения задерж ано кроной и испарилось с нее 13%, ис­
парилось с поверхности почвы и травяного покрова 11% и израсходовано
на транспирацию. 36%.
Березовые древостой 35-летнего возраста расходуют на суммарное ис­
парение в березняке кисличнике так же, как и в ельнике кисличнике,.
68%, в том числе на испарение и транспирацию травяного покрова 24%,
на задерж ание и испарение осадков с крон 7%.
На поверхностный сток израсходовано 24% от общего количества
осадков. Остальная влага израсходована на фильтрацию в нижние слои
грунта.
Несколько меньше суммарное испарение в березняке долгомошнике—
54%. Н а испарение с покрова расходуется 19%, па транспирацию —27%
и испарение с крон — 7,4%. Н а поверхностный сток расходуется 35%, та ­
ким образом, общий учтенный расход равен 78%. Недостающие осадки
израсходованы на фильтрацию в нижние слои грунта.
В сфагново-долгомошниковых ельниках Ярославской обл. на торфя­
нисто-подзолистых почвах суммарное испарение, по данным И. С. Василь­
ева (1937), равняется 330 мм.
Практическим работникам была давно ясна связь аэрации почвы с
жизнью развивающихся на ней растений. В конце XVII в. было установ­
лено, что все части растений дышат, и тогда эта зависимость стала по­
нятной. Как энергично протекает при благоприятных условиях процесс
дыхания у корней, показал А. В. П алладии на примере прорастающих
экземпляров обыкновенных бобов. Молодые растеньица в течение 20 ча­
сов на дыхание теряли до 4,6% своего сухого веса.
Главным результатом этих исследований было выяснение того ф ак ­
та, что почвенный воздух по сравнению с атмосферным богаче углекис­
лотой, но беднее кислородом. В некоторых случаях удавалось открыть
непосредственную связь между составом почвенного воздуха и развитием
растительного покрова. Например, отмирание деревьев в парках вызы­
вается крайней бедностью почвы кислородом, вызванной ее уплотне­
нием.
Что касается насаждений, находящихся в естественных условиях, то
как практики, так и ученые часто объясняют отмирание деревьев и р аз­
ные неправильности в их строении и развитии недостатком аэрации поч­
вы. Такие объяснения обыкновенно опираются не на анализ почвенного
Еоздуха, а на соображения, основанные на различных особенностях поч­
вы, препятствующих проникновению в него воздуха. Таким препятстви­
ем является, например, длительная насыщенность почвы влагой. В такой
почве корни растений имеют в своем распоряжении только тот воздух,
который расходуется в основном на развитие растительного покрова.
Н адо отметить, что поверхностные слои воды оказываются более или
менее насыщенными кислородом, несмотря на обилие растворенных в
89*
них гумусовых веществ. Зато стоячая вода на болотах почти черна от
растворенных гумусовых кислот. Поверхность ее почти защищена от вет­
ра. Все анализы такой воды показывают значительный недостаток кис­
л орода, его обнаруживают только в пределах от '/в до 2/s того количест­
ва, которое насытило бы воду. Нередко наблюдаются лишь следы кисло­
рода. Причина наблюдаемого явления — большая быстрота поглощения
кислорода гумусом по сравнению с ходом растворения новых запасов
кислорода. Там, где гумуса в воде наблюдается меньше, там и содержа­
ние кислорода соответственно повышается.
Почвенная вода в заболоченных древостоях весьма бедна кислоро­
дом, только самый верхний слой, воды содержит кислород, тогда как на
глубине 20 см его уже совершенно нет.
Вода болот находится в непосредственном сообщении с грунтовой
водой окружающих лесов. Она просачивается в примыкающие лесные
почвы и вызывает там повышение уровня грунтовых вод, который тем
больше, чем ближе эти почвы расположены от болота. Если описанное
повышение грунтовых вод доходит до слоев почвы, где находятся корни
деревьев, то дыхание корней чрезвычайно затрудняется. Особенно вели­
ка бывает эта опасность весной и в иачале лета там, где грунтовые во­
ды долго стоят на высоком уровне. Отрицательное влияние близкого к
поверхности почвы уровня грунтовых вод вызывается недостатком
кислорода и избытком углекислоты в воде. Неблагоприятные условия
аэрации могут возникать не только в затопленной части почвы, но и в
более или менее мощной зоне капиллярной каймы выше уровня грунто­
вых вод.
По исследованиям А. Я. Орлова (1966), в кислично-папоротниковом
ельнике верхние, наиболее деятельные горизонты почвы не подвержены
затоплению: выше 30 см уровень грунтовых вод располагается в среднем
га 4 года в течение 9 дней, или 7% от общей продолжительности веге­
тационного периода. В черничнике число дней увеличивается до 45%
(35% вегетации), в хвощово-сфагновом — до 8 6 % /(6 7 % ). Таким обра­
зом, периодическое затопление почвенной толщи играет важную роль
не только в типах леса с ясно выраженным заболачиванием, но и в чер­
ничниках.
Воды, затопляющие почвенную толщу в кислично-папоротниковом
•ельнике, по данным Орлова, содержат значительное количество раство­
ренного кислорода (больше 2 мг/л). С атмосферными осадками прони­
кают воды,, содержащие от 5 до 11 мг/л кислорода, что составляет 50—
100% насыщенности при данной температуре. В связи с активной жизне­
деятельностью микроорганизмов в теплый летний период происходит
быстрое усвоение ими кислорода и концентрация последнего спустя
4—5 дней после дождя уменьшается в несколько раз. В это же время
происходит отток из толщи почвы воды, обедненной непрерывным об­
меном.
Несколько другая картина происходит в ельниках черничниках.
Зд есь после обильных дождей почвенная вода содержит такж е значи­
тельное количество кислорода — 3—6 мг/л (Орлов, 1966). Однако про­
никновение обогащенной кислородом воды происходит лишь при низком
-ее уровне до дождя. В противном случае обогащенная кислородом вода
скапливается в верхних слоях почвы над горизонтом с очень низкой кон­
центрацией кислорода. Потребление кислорода, по Орлову, также про­
исходит интенсивно. В результате этого, при сравнительно медленном
•оттоке обедненной кислородом воды, почвенная толща в ельнике чернич­
нике в течение длительного срока может омываться водами с низким
содержанием кислорода. В силу этого особенно неблагоприятный режим
складывается в верхних слоях почвы микропонижений.
В хвощово-сфагновом ельнике существуют условия полного анаэро­
биоза. Очень незначительное количество кислорода (не более 0,3 мг/л),
J0
и то лишь после дождей, содержит самый верхний слой почвенной воды
(до глубины 5— 10 см).
Однако засушливые годы и в условиях избыточного увлажнения мо­
гут оказывать влияние на суммарное испарение.
По исследованиям С. Ф. Федорова, сотрудника Валдайской научноисследовательской лаборатории, в ельнике кисличнике 75-летнего воз­
раста сомкнутостью 0,8 расход влаги на суммарное испарение с мая по
сентябрь включительно, при осадках в это время, равных 403 мм, вы­
р а ж а е т с я такими данными (в среднем за 12 лет) (в мм):
Суммарное испарение лесом
В том числе:
транспирация
испарение и транспирация
травяного и мохового покрова
задержание на кронах
386
152
116
118
В то же время расход влаги на суммарное испарение в поле равен
•362 мм.
Испарение влаги находится в зависимости от радиационного индекса
сухости, который представляет собой отношение радиационного баланса
к затрате тепла на испарение определенного слоя осадков. Радиацион­
ные индексы сухости позволяют судить о колебаниях соотношений тепла
и влаги в отдельные периоды и в целом за теплый сезон года. Анализ
этих данных, а такж е соображения о распределении испарения внутри
теплого сезона приводят к выводу об определяющей роли соотношений
тепла и влаги для испарения в период интенсивной вегетации и в тече­
ние всего теплого сезона.
Анализ индексов сухости позволяет признать за наиболее увлажнен­
н ы й — 1953, а за наиболее засуш ли вы й — 1959 год. Эти тоды можно
рассматривать, как годы с аномальными условиями для процесса испа­
рения, которое определяется метеорологическими условиями и влаж но­
стью почвы. Близкими к аномальным можно считать 1951 и 1960 гг. с их
засушливыми весенне-летними сезонами, а такж е 1952 и 1962 гг. с д ож ­
дливыми, теплыми сезонами.
Величины испарения с леса и поля за различные годы рассматривае­
мого периода получены для двух водосборов — лесного и полевого.
Суммарное испарение с леса за теплые сезоны 1951 и 1962 гг. составлияет в среднем 396 мм, поля — 369 мм, т. е. с разницей около 6%
(табл. 23).
Т а б л и ц а 23
Индексы сухости и испарения с леса и поля
Год
1951
1952
1953
1954
1955
1956
Индексы сухости
за май—июль
лес
поле
2,50
1,45
1,25
1,78
1 ,75
1,56
2,10
1,40
1,10
2,30
1,36
1,90
Год
1957
1958
1959
1960
1961
1962
Индексы су-,
хости за май—■
июль
лес
пэле
1,68
1,80
4,20
2,75
1,44
1,00
1,60
1,47
3,52
2,90
1,26
1,00
Испарение за
май—сентябрь,
Год
1931
1952
1953
1954
1955
1956
мм
Испарение за
май—сентябрь,
Год
лес
поле
3,68
4,08
4,19
4 ,14
4,0 0
4,24
3,90
3,48
3,79
3,79
3,49
3,92
Среднее .
1937
1938
1959
1960
1961
1962
мм
лес
поле
4,12
3,86
3,34
3,69
4,05
4 ,14
4,01
3,53
3,32
3,80
3,70
3,49
3,96
3,69
91
М алы м значениям индекса сухости соответствуют наибольшие, а
большим — наименьшие величины суммарного испарения с леса. Это
означает, что во влажные годы наблюдается наибольшее испарение с
леса, а в засушливые — наименьшее.
Д л я полевого водосбора строгого соответствия между величинами ин­
декса сухости и испарения не наблюдается. При малых значениях индек­
са сухости (1,00— 1,50), т. е. во влажные годы, величины испарения, как
правило, существенно ниже максимальных и лишь немного больше, чем
в засушливый 1959 год.
Испарение как с леса, так и с поля определяется метеорологическими
условиями и влажностью почвы. Д л я анализа зависимости испарения
метеорологических условий принята формула:
„Vi — 4*
Е = рК-----— ,
1п^
Zi
где £ — скорость испарения; р — плотность воздуха; К — коэффициент
турбулентного обмена в приземном слое; qi и Цг— удельная влажность
воздуха на высотах Z\ и Z2.
Из формулы видно, что анализ зависимости испарения от метеороло­
гических факторов сводится к оценке изменения коэффициента турбулен­
тного обмена и разностей удельной влажности в приземном слое воздуха.
Определение коэффициента турбулентного обмена производилось по
материалам наблюдений над абсолютной влажностью воздуха и данны­
ми специальных градиентных и теплобалансовых измерений над лугом и
еловым лесом.
Расчет коэффициента турбулентного обмена проводился исходя из
уравнения теплового баланса по формуле:
I\ —
Срр dt
у
lgdq
где R — радиационный баланс; В — теплообмен в деятельном слое;
dqldz и dt/dz — соответственно вертикальный градиент удельной в л аж н о­
сти и температуры воздуха; С р — теплоемкость воздуха при постоянном
давлении.
Учитывая, что наиболее надежные величины коэффициента турбулен­
тного обмена могут быть получены только при больших значениях ради­
ационного баланса, расчет этого коэффициента выполнен для дневного
времени суток (13 часов) по осредненным за пятидневные периоды дан­
ным, по которым, в свою очередь, получены средние месячные величины.
Лналогичн-о были подсчитаны средние месячные значения (влажности .воз­
духа над лесом и над лугом в 13 часов.
Основной причиной изменения турбулентного обмена в приземном
слое атмосферы являются условия стратификации и скорости ветра. Ус­
ловия стратификации характеризуются числом Ричардсона или так
называемым аналогом этого At/и, где At — разность температур на двух
высотах, и — скорость ветра.
С увеличением температурного градиента над подстилающей поверх­
ностью процесс турбулентности в приземном слое воздуха усиливается,
что обычно имеет место в теплые, сравнительно сухие месяцы. Во вл аж ­
ные периоды, когда наблюдается снижение градиентов температуры воз­
духа как над лесом, так и над полем, имеет место ослабление процесса
турбулентности.
Изменение разности абсолютной влажности воздуха в значительной
мере характеризует изменение расхода влаги на испарение. Разности
92
абсолютной влажности в приземном слое воздуха в различные по увл аж ­
ненности периоды претерпевают значительные изменения. Н ад еловым
лесом в более влажные месяцы 1960 и 1961 гг. наблюдались большие
значения разностей абсолютной влажности в приземном слое воздуха,
чем в сухие. Н ад лугом во влажные и крайне засушливые сезоны 1961,
1962 и 1969 гг. наблюдались сравнительно небольшие разности абсолют­
ной влажности воздуха. В годы с оптимальными условиями тепла эти
значения были несколько большими.
Во влажные годы при высоком стоянии уровня грунтовых вод зона
капиллярной каймы нередко выходит за дневную поверхность. В эти
периоды наблюдается уменьшение кислорода в почве, возникают условия
для развития анаэробных процессов, что приводит к резкому снижению
количества органической массы в почве.
Т а б л и ц а 24
Испарение с сельскохозяйственных культур (в мм) и вес воздушно-сухой массы
(в г!М1) при различном урозне грунтовых вод по наблюдениям Валдайской
научно-исследовательской гидрологической лаборатории
Индекс
Раститель­
ность
Год
сухос­
ти
1953
1,02
Луг
1956
1,66
Лен
1958
1,49
Овес
1962
1,00
Картофель
Период
наблюде­
ний
15.
6.
31.
20.
23.
И.
1.
31.
VI—
X
V—
VIII
V—
IX
V IVIII
Урове нь грунт овых вод
Характеристика
Испарение
Сухая масса
Испарение
Сухая масса
Испарение
Сухая масса
Испарение
Вес клубней
25
50
90
375
149
303
200
341
200
238
1050
368
140
325
270
408
270
243
1030
401
239
289
235
431
235
261
1050
см
180
311
190
232
260
330
260
263
1700
При высоком стоянии уровня грунтовых вод в поле и в лесу созда­
ются худшие условия аэрации для полевых почв, что способствует
уменьшению интенсивности транспирации в поле по сравнению с лесом
(табл. 24).
Д л я всех сельскохозяйственных культур и разнотравья, при наиболее
близком к поверхности (до 25 см) залегании грунтовых вод, урожайность
и расход влаги на испарение меньше, чем при некотором оптимальном
для данного вида растения уровне грунтовых вод.
Еловые древостой, отличающиеся поверхностной корневой системой,
испытывают во влажные годы меньшее угнетение. Однако и они, в зави­
симости от уровня грунтовых вод, дают •резко различную органическую
массу стволовой древесины.
Суммарное испарение с леса складывается из влаги, задержанной на
кронах, из испарения с почвы и травяного покрова и из транспирации
древостоя (табл. 26).
Больш ая часть суммарных потерь на испарение с елового леса про­
исходит за счет осадков, задержанных кронами деревьев. Во влажные
годы она достигает 36%, а в сухие 24%.
Продуктивность стволовой древесины ели при различных уровнях
грунтовых вод видна из следующих данных:
Уровень грунтовых вод весной, см
Уровень грунтовых вод осенью, см
Общая масса древесины, ма
80—100 30—40 20—40
300
100
100
400
350
330
0
50
230
0
25
180
0
20
130
93
Т а б л и ц а 25
Суммарное испарение, тргнспираиия, испарение с кгон и испарение под пологом
леса по данным Валдайской научно-исследовательской гидрологической лаборатории
(в мм) (Федоров, 1965)
Расход влаги
в том числе
Год
1953
1957
1962
Индекс
сухости
1,02
1 ,66
1,00
С ред­
н ее
1951
1959
1960
С ред­
н ее
4,18
2,92
2,33
Осадки,
мм
суммар­
ное испа­
рение
транспи­
рация
под по­
логом
кспаргние
задержанных
на кронах
осадков
Поверхно­
стный
сток
620
496
527
419
412
414
163
165
133
110
112
115
146
135
168
150
309
151
548
415
153
112
150
133
255
223
367
368
334
369
164
124
120
118
120
120
86
90
83
114
125
172
357
136
119
87
137
259
I
Поверхностный сток резко изменяется после облесения пустырей. Н а ­
блюдения за стоком на воднобалансовых площадках, организованные в
1951 г. на плантациях сосны и березы четырехлетнего возраста В алдай­
ской научно-исследовательской гидрологической лабораторией, показа­
ли, что через 8 лег после облесения пустыря поверхностный сток резко
сократился как под пологом сосновых, гак и березовых культур. На пло­
щадях, покрытых травянистой растительностью, поверхностный сток
уменьшался лишь в годы с недостаточным количеством осадков зимой
и весной за время снеготаяния. В 75-летних еловых древостоях во все го­
ды наблюдения сток был не более 22 мм при коэффициенте стока не бо­
лее 0,09 (табл. 26).
В Шуйском районе Ивановской обл. под 57° с. ш. и 41° в. д. изучение
б аланса влаги, проведенное в ельниках кисличниках, в древостоях 15, 35,
75 и 120-летнего возраста, дало следующие результаты, при осадках
650 мм в год (табл. 27).
По мере продвижения на юг расход влаги на суммарное испарение
и транспирацию постепенно увеличивается. Резко изменяется суммарное
испарение и под влиянием возраста. В 15-летних молодняках на долю
суммарного испарения приходится 64%, в 35-летнем возрасте 68%, в 75летнем 88% и в 120-летнем понижается до 82%.
Поверхностный сток с увеличением испарения уменьшается. В 15летнем древостое он равен 24%, в 35-летнем— 18%, в 75-летнем — 12%
и в 120-летнем— 14%.
З ад ерж ани е осадков на кронах достигает максимума в 75-летнем
возрасте. Инфильтрация влаги в почву с возрастом уменьшается.
Б аланс влаги подзолистых почв под пологом елового насаждения
90-летнего возраста в Калининской обл., установленный И. С. Василье­
вым (1950), характеризуется такими цифрами: задержание осадков на
кронах 22%, физическое испарение травяного покрова 10%, десукция
древесным пологом 32%, поверхностный сток 2%, виутрипочвенный сток.
16%, грунтовый сток 11% и прочие расходы 7%.
94
t—(МГ—
55 *я
S =f
*9* я
О СО
со
о о
*■— <М *ГЭ
05
MN
£•£
Я 5о
о
О О Н
СЖо
со К
as
ня
S
я*
к<
л
Сток на плантациях различного возраста
26
на лугу и в ельнике кисличнике 75-летнего возраста (в мм)
О
о
Таблица
ю О СО
ю со о?
Ж«
&s.s
5SCo
о&
•rXtft O00n O iVj<
t—OCNI
M(М
OCO
Ю со OOCO 05 00
* о
0 .0 .
<У5Й
05 CM CO
О (M 1Л
С
О со Ю
О 0 5 VO
^f1^ sf
2
а
2 аз
£>>сУ
05
CO
.^4
^
CO
LO
05
О
00
ЬО
О
ОО
с о с о со
ио
юю
PC
о^
О =5
WJ СГ) 1
0 ^ 0
М
К
X
-Q
щ
CO N N
05 05 05
тн О
О c-
© У
св
Ш
О
С
co
sK
2
X
H
о
03
СО
Я
* 2Д.
си
к X
ш 9 со
к
C [g
а)
*
о
н
00
Й
Й
н
о
и
а
О
о
3
S
н
о
g a g 53 кS 53=
S * IL
a. -e- S. -8- о. "В" а ■&
CJ •©О
)
-вO
'
•6Т) 4
^1 -0(Г) W (Т>
Ш <T> Ы С
О О О ООО О о
C iiC * С ^ С
ю
Ю
со »
05
^
со Н
О си
ДЧ
<м
о
о
тН
а:
см
и
со
и
CSI
со со.
X
S jэ
<м Ч +
из
Щ
со с'гн 00
СО
EJ
X
Ч
VO
в?
СО
Ш
сС
2S о*
8О я°
о
+
из
со
щ
о о
U3 иэ из
<
М^щ ^W
ш
0 0 0 5 05
95
Подзона
хвойно-широколиственных лесов
Под б б ^ б ' с. ш. и 39° в. д. в Орехово-Зуевском районе Москов­
ской обл. исследования водного баланса проводились с 1945 по 1950 г.
Б а лан с влаги в сосновых древостоях в среднем за 6 лет представлен
данными табл. 28.
Т а б л и ц а 28
Баланс влаги в различных типах леса в подзоне хвойно-широколиственных лесов
Расход влаги, м м
Состар дре
вэстоя
В том числе
Н
Ч
Н
Я
я
а
(о
<я
о,
С
О
о
03
С
О
Н
О
Я
ч
о
G
10С +
-г Е
п
65
0,9
10С+
+ Е
I—и
65
0,9
9С1Е
I—п
65
0,8
ЮС
ЕБ
п—ш
65
0,8
65
0,5
ЮС
V
со
я
V
о
С
Слабо­
подзо­
листая,
песчаная
То же
Сильно­
подзо­
листая,
песчаная
Сильно-^
подзо­
листая,
песчаная
Торфя­
нистая,
подзолистоглеевая
С
О
о
0>
ч
с
*
5^ &
я
5о*я
(у
та
S со
S С
С
О
£ со х
Q.K «
<
0)
а.,
С
О°
С
О
Ш
о
о.
. з
X
о~
о*
Я
н а.
С
ио
а
>
С
П5®
J2 3
и X
'&К
JS я
107
173
2
155
135
84
236
4
91
464
126
121
217
6
80
575
445
90
190
165
15
90
575
435
85
227
123
30
110
С
Оrv
О)
Я
5 *
2
£££•
О Я о
та §
О . со
393
ИЗ
550
455
550
Сосняк
чернич­
ник
Сосняк i
сфагно­
вый
я
о
О
Сосняк
зеленомошник
550
Сосняк
бруснич­
ник
Сосняк
чернич­
ник
Н
С
О
а
н
J3 4 з
Яяс
Я 5?
5 я-
Наибольший расход влаги на суммарное испарение наблюдается в
оптимальных условиях увлажнения, а наименьший — в более сухих
мшистых борах. В сосняке мшистом на суммарное испарение приходит­
ся 71% от общего количества осадков. В том числе задерживается на
кронах и испаряется с них 20%, испаряется с подстилки и мохового
покрова 19%, расходуется на транспирацию 32% и на поверхностный
сток около 1%- Резервы воды, идущие на инфильтрацию и грунтовый
сток, составляют 30%.
В сосняке брусничнике расходуется на суммарное испарение 82%, в
том числе задерживается на кронах и испаряется 24%, испаряется с по­
крова и подстилки 15%, расходуется на транспирацию 42%. Кроме то­
го, 1% расходуется на поверхностный сток и 19% остается на инфиль­
трацию.
В сосняке черничнике суммарное испарение составляет 85%, в том
числе задерж ивается на кронах 23%, испаряется с почвенного покрова
и ягодников 22%, расходуется на транспирацию 40%, стекает по по­
верхности 1%) и фильтруется в почву 14%.
В сосняке долгомошнике суммарное испарение составляет 80%, з а ­
держивается на кронах 16%, испаряется с покрова 34% и расходуется
на транспирацию 30%. Кроме того, стекает с поверхности 3%, фильтру­
ется в глубь почвы и стекает внутрипочвенным грунтовым стоком 17%.
96
В сосняке сфагновом на суммарное испарение расходуется 76%
осадков, задерживается на кронах и испаряется с них 15%, испаряется
с. мха 40% и расходуется на транспирацию 21%. Поверхностным стоком
поступило в ручьи 11% и поглощено торфом 16%).
Продуктивность сосновых древостоев, в зависимости от уровня грун­
товых вод и связанного с ним содержания кислорода в почве, резко ме­
няется (табл. 29).
Т а б л и ц а 29
Продуктивность сосновых 65-летних древостоев в зависимости
от уровня грунтовых вод
С осняк
белом ош ­
ник
П о к а за т ел ь
Уровень грунтовых вод, м
Содержание кислорода в
почве, мг/л
Продуктивность стволовой
древесины, м3
С осняк
мш истовер еск о ­
вый
С осняк
бруснич­
ник
С осняк
черн ич­
ник
Сосняк
долгомошник
5 ,0 —5,5 2 ,8 —3,7 2 ,0 —3,0 0 ,5 - 1 ,7 5 0 , 2 - 1 , 2
5 , 4 - 5 , 7 5 ,0 —5,4 4 ,0 —5 ,3 3 ,0 —5 ,0 0 ,2 —2 ,3
153
155
258
335
С дсняк
сфагновый
0 -0 7
0 ,0 - 0 , 2
180
102
В молиниевом типе леса только в один год из пяти наблюдалось по­
вышение уровня грунтовых вод до 30 см от поверхности почвы в течение
3 дней. В сосняке долгомошнике в каждый год грунтовые воды д ерж ат­
ся на уровне до 30 см от поверхности почвы в течение 28—30 дней, а
в сосняке сфагновом почти ежегодно они стоят на поверхности почвы в
течение 60 дней и только в один год уровень воды наблюдался на глу­
бине 15 см от поверхности почвы в течение 45 дней.
Взаимосвязь запасов влаги в метровом слое почвы с продуктивностью
65-летних древостоев изменяется следующим образом:
Запас влаги в метровом слое
почвы, мм
Продуктивность
древостоев, м3
65-летних
50
100140
180
210
288335
370 310260
220260
300
24
190
1
Как видим, лес плохо растет в сухих иизбыточно увлажненных усло­
виях. Конечно, лес наделен способностью осушать почву. Но при умень­
шенном суммарном испарении, незначительном поверхностном стоке и
повышенной инфильтрации в почву, и особенно в торф, он не в состоя­
нии предотвратить прогрессивное развитие процессов заболачивания.
В типах леса с избыточным увлажнением при господствующей низ­
кой температуре накапливаются новые массы торфа, отнимающие у
грунтовой воды кислород, что снижает устойчивость древесной расти­
тельности и ведет к дальнейшему вытеснению леса болотом.
Таким образом, осушая почвы, мы улучшаем гидротермический ре­
жим и делаем почву доступной для атмосферного кислорода. Растворен­
ный в воде кислород не поглощается гумусом, что приводит к восста­
новлению нормального дыхания корней. Воздухопроницаемость почвы
улучшается, в свою очередь, развитием корневых систем.
В пределах типов леса круговорот атмосферных осадков по отдель­
ным статьям водного баланса изменяется в зависимости от возраста дре­
востоев (табл. 30).
Эти же величины, выраженные в процентах от общего количества
осадков, позволяют сказать, что максимум суммарного испарения при7 А. М олч анов
97
Т а б л и ц а 30
Баланс влаги в сосняках брусничниках разного возраста в подзоне
хвойно-широколчственных лесов
К
о
н
о
о
«
<и
н
о
ч
н
о
о
и
ЕО
Си
О
CQ
Р асх о д влаги, мм
о
за д е р ж а ­
ние на
кронах
исп аре­
ние с
покрова
транспирадия
Поверхносп
сток, мм
сз
о.
н
л
ч
суммарное
испарение
I
К
Я
К
*= 5*
К *
550
402
132
69
201
0
158
550
550
550
550
550
455
441
440
351
500
140
135
140
81
170
65
70
85
135
70
250
236
215
135
260
4
4
6
6
6
91
105
104
193
44
К
х
ЕС
Г
О
о
П очва
П олнота
1
К
!
Б онитет
Си
д
а
я
в том чи сл w
юс
I
юс
I
I—п
I—н
I—и
10С + Е
10С + Е
10С + Е
10С + Е
II ярус
еловый
густой
и
13
1,0
33
65
90
150
150
1,0
0 ,9
0,8
1,0
1,0
П о дзо л и с­
тая песча­
н ая
То ж е
»
»
»
»
ходится на 33—35 лет, максимальный расход на испарение приходится
на этот ж е возраст. Наибольшее испарение с крон происходит в 30—60летних древостоях. Испарение с травяного покрова и подстилки состав­
ляет минимум в 30—60 лет. В этом же возрасте и наименьшая инфиль­
трация.
В ельниках кисличниках разного возраста баланс влаги при осадках
575 мм в год вы ражается данными табл. 31.
Т а б л и ц а 31
Баланс влаги в ельниках кисличниках разного возраста в подзоне
хвойно-широколиственных лесов
к
о
о
о
оСи
ft
й
fоС
rЗо
1,0
1,0
1 ,0
1,0
транспи­
рация
»
»
»
и сп ар е­
ние с
покро.ва
Д ерн овоп о д зо л и с­
тая суп ес­
чан ая
То ж е
П оверхн ос
сток, мм
55
80
120
150
mj
1,0
за д е р ж а ­
ние на
кронах
*
I
I— п
I—и
I—in
40
суммарное
и сп арен ие
»
»
I
К
Я
X
сСаи
лн
ч
1*
кч
Осадки,
9Е+Б
П очва
О
в том числе
П олнота
Бонитет
Р асход влаги, мм
н
ч
оснз
~С
С
и
О
са
575
521
175
55
291
3
51
575
575
575
575
532
518
428
402
178
180
160
136
54
60
75
81
298
278
193
185
2
6
12
14
43
51
135
159
В еловых древостоях расход влаги на суммарное испарение заметно
больше, чем в сосновых.
Наибольшее суммарное испарение еловых древостоев наблюдается в
55-летнем возрасте. Н а этот период приходится кульминация расхода
влаги на транспирацию и испарение с крон. Зато испарение с поверхно­
сти резко уменьшается в 40—60-летнем возрасте.
98
В Подмосковье, по данным И. С. Васильева (1954), при осадках
620 мм расход влаги на эвапотранспирацию озимой рожью равен 590 мм,
а дубовым лесом при этих же осадках расход влаги на суммарное ис­
парение равен 564 мм.
В Дмитровском районе (Васильев, 1954) расход влаги различными
сельскохозяйственными культурами при годовых осадках 592 мм был
следующим (в мм):
Годы
Годы
К ультура
1950/51 1951/52
Я р о Е а я п ш ен и ц а
_
Клевер, 2-й год
Овес
Картофель
Пар чистый
616
583
534
498
425
497
483
429
—
С редний
_
556
533
482
—
К ультура
1950/51
Озимая пшеница
Клевер, 1-й год
Озимая пшеница
Пар чистый
604
549
573
—
1 951,52
539
447
—
468
Средний
567
498
—
—
Хвойно-лиственный лес за вегетационный период расходует в этом
районе около 445 мм влаги.
Лесостепная и степная зоны
В Теллермановском лесу под 50°45' с. ш., 42°30/ в. д. исследования
водного баланса проведены в течение 10 лет в шести основных типах
дубрав (снытевая, ясене-осоково-снытевая, липово-осоковая, полево­
кленовая, бересклетовая и солонцовая) начиная с возраста 220 лег.
Б аланс влаги в перечисленных типах леса в среднем за 10 лет с 1952
по 1961 г. приводится в табл. 32.
В типах леса снытевого и осоково-снытевого ряда расход влаги на
суммарное испарение изменяется в пределах 87—90% от общего коли­
чества осадков, а расход влаги на транспирацию и испарение в полево­
кленовой дубраве составил 89%.
Н аряду с этим и сток увеличивается до 11%- Резко возрастает сток
в более сухих типах леса. Здесь заметно сокращается расход на транс­
пирацию. Сильное уменьшение расхода на транспирацию и общее испа­
рение наблюдается в солонцовой дубраве. Здесь поверхностный сток д о ­
стигает 18%, зато и инфильтрация воды в почвах остаточно-осолоделых
и солонцеватых возрастает.
В пределах одного типа расход влаги увеличивается с изменени­
ем возраста древостоев. Суммарное испарение достигает максимума в
40—60-летнем возрасте. Затем с увеличением возраста оно уменьшается
и становится минимальным в 228—230-летнем возрасте.
После этого возраста дубовый лес начинает интенсивно изреживаться. Представление об изменении баланса влаги в почве может дать
табл. 33.
В этой таблице приводится не остаток на инфильтрацию влаги в поч­
ву, а фактическая инфильтрация влаги, определенная, с одной стороны,
по разнице запасов в октябре и 10 дней спустя после весеннего снеготая­
ния, с другой — по инфильтрационным площадкам.
Наибольший расход влаги на транспирацию и суммарное испарение
наблюдается в 40—60-летнем возрасте. В более молодом возрасте, а
такж е и более старом расход осадков на фильтрацию в глубь почвы в
весенний, а частично и осенний период увеличивается.
Начало наблюдений поверхностного стока было приурочено на всех
вырубках к первому году после рубки и продолжалось до 1961 г.
Обзор водного баланса в лесостепной зоне будет неполным, если мы
не приведем результатов 65-летних исследований в Каменной степи по
режиму грунтовых вод и балансу влаги в почве.
7*
99
л,
f tЯ
■^Я2
*
5Л
X
н*
^
оо
со
г-5
н
1
Н2
ЯО
V
P
со
м
ЮС
00
юО
- М СМ
о
см
сОиSпО
s ia
со
со ю
СО VP
V
fHvft
S
X
со
СО со
СО
Ю
юю
ю
о
я• О
н о
Я
s
S
ж<
0Ч
tа! к о о 2
03 LO
J2
Я
I
* s
i я 5
W О
а.
S.S
Q1 О
и f t >, о Ef
•. s X О § S
Оu s К * Q
я
>>\о
*
^ s >• 2
а; о о
Е—1 с-, и
>J>*о
C
Я
О, о
в
а
&
о> я
g i
fc—
-
s *
и
35 о* s § 5
ою S
Н я см ч О ч Я
Н я
vo и
я
Н я со
00
о
1#
JЧ
Ч а> Q
et
с— о S о
О
Я У
Ч
5
2
О
“ § t- »Я
^
и 2
О -г
>>£з
я
а. 3
^ о с
Q
<исо C
й
V |й
о Ё
оя ^I о
я
0) о
С
О
о
и о
О
СМ
см
п у н
се. е01;
0о3 О
о о
СМ 'М
см см
о
СМ
см
о
СМ
СМ
>
Т
о
ю
>>
Pt
X
«3
Е
>.
0
а) В
к"
5R
г9 й
2 (j«з
О
О
5
5с
CD
05 о
'гН
CQ Ш
32
Т аблица
100
о
С*
•ч
-i
4
05
tQ
>
ОО
ао «озг
Ч
*
я
U
E
J
Я
О
ч
J3
иэ
о
to
Т а б л и ц а 33
Баланс влаги в различных древостоях ясене-осоково-снытевой дубравы
К
о
о
о
я
Расход, влаги, мм
15
22
33
42
56
80
1 ,0
1,0
1,0
1,0
1 ,0
1,0
513
513
513
513
513
513
456
462
471
513
521
469
49
48
57
56
65
65
77
76
77
84
84
106 '
330
333
337
373
372
298
14
12
00
00
14
43
39
32
00
00
30
8Д1Яс1Ко+И
п
100
1,0
513
441
61
115
265
16
55
+и
А
_
4 «
5 2
•&5 *
;
О
вэ
s'
*
ef
5
транспи­
рация
I
г
п
п
и
н
н
а(J
а.
т
испарение
с покрова
задерж а­
ние на
кронах
ЗД2ЛещЗКо2Кп+Я
4Д4Яс1Кп1К
6Д2Яс1Л1И
7Д1Яс1Л1И
7Д2Яс1Л+Ко
7Д 1Яс1Ко1Л +Кп+
j Бонитет
О
суммарное
испарениэ
s
5 о
§ 5
s .*
Н S
Полнота
Поверхнос
сток, мм
ч
Состав дре
I яруса
Л
X
а том числе
еО)
И
По данным А. Ф. Большакова (1961), в Курской обл. в различных
угодьях в среднем за 7 лет расход влаги на эвапотранспирацию при различных осадках изменяется следующим образом
Целиннная степь
Черноземы под дубовым лесом
Лесная поляна
Пахотный мощный чернозем
Осадки
Расход
на испарение
518
518
519
453
471
614
511
486
Целинная степь расходует осадки наиболее экономно. Экономия от
выпадающих осадков составляет 47 мм. Лесная поляна экономит 8 мм
осадков, дубовый лес расходует на 86 мм больше выпавших осадков и
пахотная почва мощного чернозема расходует на 33 мм больше выпадаю­
щих осадков. По данным Г. Ф. Басова и М. Н. Грищенко (1963), водный
баланс в степи и на поляне совместно с лесной полосой установлен сле­
дующий (табл. 34).
Среднегодовой баланс влаги в базисе лесных полос больше, чем в
степи, на 57,56 мм. Повышение инфильтрации в зоне лесных полос по
сравнению со степью (на 50 мм) является следствием положительного
воздействия лесной растительности на водопроницаемость грунтов, ко­
торое вместе с расходами на хозяйственные нужды (7,62 мм) должно
быть включено в положительную часть баланса влаги.
Следовательно, благодаря положительному влиянию лесных полос,
получается положительный остаток влаги, который составляет 115,18 мм.
Инфильтрация в степи колебалась от 24,5 до 37 мм. На водосборах,
облесенных полосами, она изменяется таким образом;
Балки
Озерки
Лесная
Селекцентровская
Облеоэннооть
балок, %
Только верховье
6
18
Величина
инфильтрации, мм
51,0
61,5
101,2
Одним из важных свойств лесных полос Каменной степи является
их влияние на регулирование (уменьшение) поверхностного стока воды
и тесно связанное с ним водопоглощение.
На полевых площадях водопоглощение в среднем равняется 59,4 л/м2,
а на лесных полосах колебалось от 296 до 600 л/м2. Следовательно, лес­
ные полосы обладают огромным водопоглощающим свойством.
101
Т а б л и ц а 34
Баланс влаги в Каменной степи (в мм)
Элементы баланса
Степь
Приходные элементы
Осадки зимние (декабрь—март)
» летние
И того
Запас влаги зоны аэрации
Расходные элементы
Сток поверхностный
Сток подземный
Инфильтрация
Водоснабжение
Суммарное испарение (почвенное+транспирация)
из запасов грунтовых вод
из зоны аэрации
Задержание осадков
кронами деревьев
травяным покровом
лесной подстилкой
47,0
387
80,3
373,3
434,0
453,6
498,4
1381,1
1263,4
1393,4
55,8
55,0
31,4
31,9
55,0
81,4
7,62
55
239,7
71,9
184,0
83,8
20Э,4
—
—
—
—.
50,3
—
4 ,8
0,74
—
487,2
Приход 1815,1
Ра:ход 487,2
Остаток 1327,9
88,2
410,2
29,0
50,5
74,1
6,0з
—
Вс е г о
Поляна и лесная
полоса
Поляна
506,26
447,53
Остаток зоны полос 1385,54
Остаток в степи 1327,9
Разница 57,64 мм
Приход 1891,26
Расход 506,26
Остаток 1385,00
Т а б л и ц а 35
Баланс влаги в сосновых лесах на песчаных почвах в Хреновском бору (лесостепь)
Расход влаги, мм
В
Состав
древостоя
Бонитет
Воз­
раст,
лет
Поверх­
Полно­
Осадки, Сум­
ност­
Тип леса
та
мм
марное задер­ испаре­
ный
тран­
испаре­ жание ние с
сток,
спира­
ние
на
мм
покро­
ция
кронах
ва
ЮС
юс
ш
ш
60
90
0,8
0,7
ю с,
i n
150
0,6
И ярус
средней
густоты
юс
п
90
1,0
ЮС
ЮС
I
I
90
151
1,0
0,9
102
том числе
Ин­
филь­
трация
весной
и
осенью,
мм
Злаково-лишайниковый
То же
521
521
312
297
118
92
55
68
139
137
12
15
197
203
521
317
10Э
56
152
17
187
Сосняк
злако­
вый
Сосняк
521
427
136
50
241
18
76
521
521
425
415
135
130
60
55
230
230
20
25
81
То ж е
76
Н а песчаных почвах в лесостепной зоне под 51° с. ш. и 42° в. д. в Хреновском бору Воронежской обл. расход влаги древостоями различного
возраста в типах леса лишайниковом и злаково-разнотравном приводит­
ся в табл. 35. Таблица содержит материалы, характеризующие водный
баланс в сосновых древостоях.
В отличие от суглинистых почв песчаные пропускают значительное
количество атмосферных осадков в глубь почвенно-грунтовой толщи, при
незначительном расходе влаги на поверхностный сток.
Значительное проникновение осенних и весенних вод в толщу песча­
ных почв наблю дается и в степной зоне под 49°35' с. ш. и 44° в. д. в Арчединском лесничестве Волгоградской обл. (табл. 36).
Т а б л и ц а 36
Баланс влаги в искусственных сосновых древостоях в степной зоне на песчаной почве
F асход влаги, мм
Состав
древо­ Бонитет
стоя
Воз­
раст,
лет
Полно­
та
юс
II
12
1,0
IOC
II
40
0,9
юс
II
60
0,9
Почва
Темно-се­
рая сверху
Л егкосу­
песчаная на
мелкозер­
нистых пес­
ках
в том числе
Поверх­ Инфильтра
ностный ция весной
Осадки, Сум­
сток,
марное задер­ испаре­
и осенью,
мм
тран­
мм
ние
испаре­ жание
мм
спира­
с пок­
ние
на
ция
кронах рова
375
305
75
50
180
4
66
375
298
78
50
170
5
72
375
279
73
55
151
6
90
На суглинках, приуроченных к обыкновенным черноземам под
48°35' с. ш. в Деркуле Ворошиловградской обл., расход влаги полями
и выгонами среди полезащитных полос и массивными искусственными
дубовыми древостоями вы раж ается данными табл. 37.
Т а б л и ц а 37
Баланс влаги на полях, выгонах, среди полезащитных полос и в массивных насаждениях
Расход влаги, мм
Номер
водо­
сборов
ОблеПлощадь
сенводосбора, ность,
кмг
%
В том числе
Воз­
Поверх­ Инфильтра­
раст
Осадки, Сум­
ностный ция весной
насаж­
марное задер­
мм
сток, и осенью,
дений,
испаре­ жание испарение транспира­
мм
мм
лет
ция
ние
на кро­ с покрова
нах
2
0 ,1 5 3
0 ,3 8 6
1 ,1 2 7
4
7
20
1
10
24
0 ,1 4 6
96
0 ,6 0 4
88
28
60
5
3
4
21
23
45
65
10
44
18
49
32 5
21
31
60
7
88
309
7
28
35
499
49 7
424
4
39 7
435
10
376
51 0
497
462
13
77
400
462
504
462
65
Данны е табл. 37 и в этом случае свидетельствуют об увеличении
фильтрации воды в почву под влиянием лесных насаждений.
Н а безлесных площадях резко возрастает поверхностный сток и
уменьшается инфильтрация влаги в почву и испарение влаги с полей.
Однако суммарное испарение в лесу заметно больше, чем на безлесных
площадях. По этому признаку лесные насаждения являются расточите­
лями влаги в засушливых районах (Молчанов, 1962).
103
Подсчет баланса влаги проведен в Прикаспийской низменности
Т. Е. Киссис, В. Б. Мацкевич, М. Н. Польским и А. А. Роде (1961) для
слоя от 0 до 700 см, мощность которого несколько превышает глубину
понижения зеркала грунтовых вод в 1957 г., доходившей на участке с
культурой вяза до 658 см. Заметим, что при высоком стоянии грунтовых
вод определение влажности почвы всегда доводилось до 700 см. В этих
случаях принимался запас влаги в полуметровых слоях, целиком нахо­
дящихся под уровнем грунтовых вод, равным 200 мм, в соответствии с
величиной порозности, равной 40%, и объемным весом, равным
16 г/см3.
В приходе влаги после осадков первое место занимает поверхност­
ный приток влаги, возникающий в некоторые весны, и дополнительное
накопление снега. Этот источник влаги составляет около одной трети
общего прихода по всем трем культурам. Приход влаги от поступления
из грунтовых вод равен 20% под вязом, 15% под кленом и 7% под
ясенем.
Т а б л и ц а 38
Баланс влаги в темноцветной почве под чистыми культурами шестилетнего возраста
в среднем в год за 1952—1957 гг. (в мм)
Вяз
мелколистный
Клен
ясенелистный
сильванский
172
227
И
153
227
13
133
228
21
410
393
382
567
60
513
52
360
130
И того
627
565
490
Разница
—217
—172
—103
Статья прихода и расхода
Приход влаги и дополнительное на­
копление снега
Осадки
Грунтовый приток
И того
Расход на эвапотранспирацию
Грунтовый отток
t
Основной расход влаги на эвапотранспирацию под вязом — 90%, под
ясенем — 70% (табл. 38). Отток грунтовых вод соответственно равен
10% под вязом и 30% под ясенем. В некоторые годы отток вообще не
возникает.
Сопоставляя между собой величины притока из грунтовых вод и от­
тока в них, мы видим, что в первые годы жизни культур отток преобла­
дал над притоком, в результате чего суммарная величина оттока снача­
ла увеличивалась. Но с весны 1954 г. нарастающ ая величина алгебраи­
ческой суммы притока и оттока под культурами вяза и клена пошла
вверх, т. е. приток начал превышать отток за тот же период.
По данным С. Д. Эрперт (1962), в вязовых насаждениях расход вла­
ги из почвы в 1958 г. за период с 19. V по 19. IX выразился в 300 мм, а
в 1959 (с 6. V по 9.IX) составил 155 мм. Кроме того, израсходовано из
грунтовых вод и из осадков в 1958 г. 213 мм, а в 1959 г.—228 мм, или
всего в первом случае 513 мм, а во втором 383 мм. Количество выпав­
ших осадков в 1958 г. было 159 мм, а в 1959 г.— 74 мм.
Н а поливной площадке расход влаги вязом мелколистным вместе с
запасом почвенной влаги, осадками и поливом в 1958 г. составил
1124 мм, а в 1959— 1537 мм. Испаряемость в 1958 г. выразилась суммой
в 651 мм, в 1959 г.— в 830 мм, в 1960 — в 736 мм.
104
При недостатке влаги в почве вяз мелколистный способен очень эко­
номно расходовать воду. Частый полив небольшими оросительными нор­
мами стимулировал интенсивный рост корней.
З а последнее время во многих пунктах проведено изучение водного
баланса (Кулик, 1970) на Медведицких песках в Егорьевском массиве,
на приволжских правобережных песках западнее Волгограда, на Бажиганском массиве, Терско-Кумских песках, в Ачикулаке (табл. 39).
К северу от этих районов изучение водного баланса осуществлено
Институтом леса и Лабораторией лесоведения АН СССР.
Открытые подвижные пески Юго-Востока являются мощными нако­
пителями пресной воды. Накопление ее осуществляется за счет разно­
сти между величиной осадков и испарением. Средняя годовая величина
накопления воды для песков (в мм) следующая:
Придонских
Приволжских
Терско-Кумских
180—250
100—120
120—140
Дагестанских
Волжско-Уральских и Калмыцких
80— 120
60—100
Основное количество воды поступает за счет гравитационного пле­
ночного стока, и только при годовой сумме осадков более 300 мм наблю­
дается весенний поровый сток (инфильтрация), происходящий регу­
лярно.
Накопленная в природных условиях вода на Придонских и Приволж­
ских песках интенсивно дренируется в гидрографическую сеть или зам к­
нутые водоемы, смешиваясь с общим, в основном пресным, грунтовым
стоком.
В Прикаспийской низменности под открытыми песками формируются
пресные линзы, являющиеся аналогами линз песчаных пустынь (Кулик,,
1958 г.). Наиболее мощные линзы встречаются на Терско-Кумских пес­
ках. Медленный грунтовой лоток выносит пресную воду за пределы от­
крытых песков. В Прикаспийской низменности линзы пресной воды
встречаются только под открытыми песками.
На заросших бугристых песках повсеместно формируется промывной
тип водного режима. Как исключение на участках с влагоемкими про­
слойками может формироваться периодический промывной тип и непро­
мывной.
На приволжских песках формируется преимущественно промывной
тип, но в южной части значительные площади с влагоемкими горизонта­
ми занимает и непромывной тип.
Общее водное питание грунтовых вод на Приволжских песках в ю ж ­
ной части уменьшается до 10— 30 мм в течение года, в то время как на
Придонских песках эти величины достигают 50— 100 мм, на Терско-Кум­
ских, и особенно на бугристых песках Северного Прикаспия, повсемест­
но формируется непромывной тип водного режима.
Во всех случаях при близких грунтовых водах средний транспирационный расход влаги травами составляет 160—200 мм, а физическое ис­
п а рен и е— 100— 120 мм.
В пустынных районах Прикаспия расход на транспирацию сокраща­
ется до 80— 100 мм.
Водный режим большинства сосновых насаждений на песках ЮгоВостока в зонах выпадения 300—350 мм осадков в год с возраста древо­
стоев в 8— 12 лет формируется по промывному типу и периодически про­
мывному типу. Осадки холодного периода промачивают почво-грунт на
150—250 см. Глубже остается слой с относительно постоянной в течение
года влажностью почвы, равной 3,5—4,5%. Наименьшая влагоемкость
этих слоев почв равняется 5,5— 6,0%.
В этой зоне под лиственными насаждениями и травостоями форми­
руются типичные имиермацидные горизонты с влажностью 1,5—2,5%.
in 1;
Т а б л и ц а 39
Основные элементы водного баланса подвижных песчаных почв, бугристых заросших
Период
Ноябрь —
март
Апрель— ок­
тябрь
За год
За год
Ja холодный
период
За теплый
период
106
Элементы водного баланса
Изменение запасов воды
в зоне аэрации или почво-грунте
Осадки
Физическое испарение
Гравитационный пленоч­
ный сток
Инфильтрация
Перенос снега
Изменение запасов влаги
в почво-грунте или зоне
аэрации
Осадки
Физическое испарение
Гравитационный пленоч­
ный сток
Транспирация
Изменение запасов воды
в почво-грунте или зоне
аэрации
Осадки
Физическсе испарение
Гравитационный пленоч­
ный сток
Инфильтрация
Транспирация
Перенос снега
Изменение запасов грун­
товых вод
Боковой приток
Общий гравитационный
сток
Транспирация
Общий транспирационный расход
Изменение запаса грун­
товых вод
Боковой приток
Гравитационный сток
Изменение запасов грун­
товых вод
Боковой приток
Гравитационный пленоч­
ный сток
Транспирация
Открытые
пески
Придонья.
Голубпиский мас­
сив
Открытые
пески.
Бажиганскде
массивы
Заросшие
бугристые
Открытые Подвиж­ пески При­
ные пески донья, Етепески.
Терский
Северного ревский
массив
Прикаспия массив,
Медведицкие пески
+39
+31
+30
+164
—32
—36
+ 77
—16
-3 0
—57
—
—39
—31
204
—156
87
236
-1 5 4
—ИЗ
—
—
—
+ 80
—20
—30
__
—
—
_
—
—
—30
—
—
+ 115
—105
—40
—
—
—
—
—
—
—
0
0
0
0
—113
+368
—188
—123
+ 313
—170
—143
+292
—172
—120
+ 195
—125
-7 0
+ 208
—121
—31
—57
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—169
--
_
_„
_
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
__
_
_
—
---
—
■—
---
_
—
---
---
_
—
-
—
--
—
—
—
—
—
--
—
—
песков, занятых насаждениями сосны и других древесных пород, по Н. Ф. Кулику (1970)
Целинный
Терский
масс.ив
Ачикулак.
Целинный и
Бажиганские
массивы
ЕтеревМедведицкие ские, М ед­
Заросшие
пески, Егорь­ ведицкие
бажиган­
евский массив. пески,
ские пески Сосаа 5 лет
Сосна
15 лет
Ерусланов- Терскоские пес­
Кумские
ки Завол­ пески.
ж ья. Сосна Сосна
45 лет
37 лет
Терское
Кумские
пески.
Тополь
—
+46
+83
+ 122
—
+ 60
+ 60
+94
—
+ 103
— 95
+115
+ 98
— 25
+ 104
— 12
+ 198
— 30
—
— 18
—
—
— 23
— 13
— 22
— 33
—
—
—
-8 0
+ 178
— 107
— 39
—
— 46
— 83
— 132
+ 208
+200
+218
— 104
0
— 106
142
195
0
+303
— 122
0
—
—
— 60
— 90
-9 4
+ 195
+158
—
— 157
+233
174
— 15
— 97
— 22
— 129
— 32
— 142
— 153
— 183
—
— 83
-1 0
— 195
0
313
+406
+256
+337
— 155
+244
135
+310
— 11 8
— 122
— 18 4
— 45
—8
— 180
— 25
0
— 195
— 30
0
— 38
— 22
— 33
— 113
— 10
— 10
— 183
— 260
—
—
— 129
-1 5 4
0
— 10
— 21
+ 158
+36
+249
— 47
— 78
— 205
207
— 39
—
—
—
_
_
__
—■
—
—
—
—
—■
—
—
—
—
—
—
—
270
423
— 28 8
—
—
—
+27
—
—
—
+ 14
—
—
-1 3
— 37
+ 19
—
—
—
—
—
—
-2 2
— 78
—
На участках соснового леса, где грунтовые воды залегают на глуби­
не 4—5 м, формируется промывной и периодически непромывной тип
водного режима. При более глубоких грунтовых водах промывной тип
водного режима может формироваться на участках маловлагоемких
песков.
Общий транспирационный расход воды сосновыми насаждениями
старше 10-летнего возраста на песках Юго-Востока равен 207—288 мм.
В основном потребляется вода атмосферных осадков. На Терско-Кум­
ских песках и в Завол ж ье насаждения забирают из грунтовых вод 15—
30% общего расхода влаги.
Н а Придонских песках 10— 15% сосновых насаждений произрастает
на плодородных почвах с близкими грунтовыми водами (1,5—2,5 м).
Производительность таких насаждений достигает 300—350 м3/га, а мас­
са хвои 18—25 т/га (Воронков, 1963). Такие древостой наряду с атмо­
сферными осадками используют 100— 150 мм грунтовых вод ежегодно(табл. 40).
Т а б л и ц а 40
Расход влаги на транспирацию сосновыми насаждениями в разных условиях
местопроизрастания
Расположение участков
Лесная зона
Степь, Арчединские пески
Степь
Степь, Егорьевские пески
Степь Заволжья, р. Еруслан
Полупустыня, Приволжские пески
Полупустыня, Терские пески
Расход влаги
на транспира­
цию, мм
Вес сырой хвои,
т/га
Транспираци­
онный расход
на 1 гп сырой
хвои, м г
361
146
118—348
183—263
288
107
207
16
8,1
6 ,3 —15,2
9 ,2 —18,1
16
6 ,2
12,8
225
180
159—230
150—200
179
175
162
Территория, занятая такими участками, в целом испаряет больше
воды, чем выпадает над ней осадков. Этот факт следует рассматривать
положительно, так как испарявшаяся вода приняла участие в ассими­
ляционном процессе соснового леса, а при выпадении ее с атмосферными
осадками процесс биологического использования ее повторяется.
В белоакациевых насаж дениях Юго-Востока расход влаги на транс­
пирацию равен 300— 400 мм. Половина этого количества берется из грун­
товых вод. По мере опреснения грунтовых вод и приближения их к по­
верхности участие их в водном балансе возрастает.
В засушливые годы такж е возрастает расход грунтовых вод.
Водный режим белоакациевых древостоев формируется по непромыв­
ному типу и только при близких грунтовых водах (3—4 м) по промывно­
му. Белая акация — одна из лиственных пород, которая наиболее эко­
номно расходует влагу на транспирацию (в среднем 284 мм).
Транспирационный расход влаги высокополнотными тополевниками
(при 2— 3 т/га сухих листьев) равен 350—450 мм. Складывается он на
35—40% из атмосферных осадков и на 60—65% из грунтовых вод. Вод­
ный режим тополевников формируется по непромывному типу с 1,5—2,0метровым импермацидным горизонтом.
Водный режим насаждений дуба черешчатого на аренах Юго-Востока
формируется по непромывному типу с мощным (до 3 м) импермацидным
горизонтом, где грунтовые воды залегают на глубине 4—5 м. Глубина
промачивания зимними осадками достигает 130— 180 см. Транспирацион­
ный расход (при 3 т/г воздушно-сухих листьев) колеблется от 340 до
108
450 мм, на 60—65% за счет грунтовых вод. Получение древесины дуба
здесь менее выгодно, чем выращивание белоакациевых насаждений.
Под культурами вяза перистоветвистого и лоха на Юго-Востоке фор­
мируется непромывной тип водного режима так же, как и под другими
лиственными породами. Выращивание высокоиолногных насаждений
может быть осуществлено только на участках с дополнительным ежегод­
ным увлажнением их за счет снегосбора, стока пресных грунтовых вод
в размере 100— 150 мм, при общем расходе на транспирацию 200—
250 мм.
Водный режим виноградников на Терско-Кумских песках формиру­
ется по промывному и периодически непромывному типу при глубине
грунтовых вод 4—6 м. Транспирационный расход достигает 350—450 мм
(65—75%) за счет грунтовых вод.
ВЫВОДЫ
Гидрологическая роль леса изменяется в зависимости от лесорасти­
тельных зон, а в их пределах — от возраста и состава лесов. В северной
тайге в условиях избыточного увлажнения почв в связи с пониженным
испарением расход влаги на транспирацию и испарение с почвенного
покрова заметно ниже, чем в более южных подзонах. Поэтому расход
влаги на поверхностный сток и инфильтрацию весной здесь заметно вы­
ше, чем в более южных подзонах и зонах. Запасы влаги в почве под ле­
сом при этом могут быть ниже, чем в поле.
В северной тайге суммарное испарение наиболее низкое, оно слабо
повышается в период кульминации текущего прироста по сравнению с
испарением в этот ж е период в средней тайге — на Валдайской возвы­
шенности и в Ярославской обл., где суммарное испарение значительно
увеличивается. В средней тайге древостой испытывают меньшее угнете­
ние от избытка воды в годы с повышенной влажностью. В засушливые
годы здесь уже ощущается недостаток воды и наблюдается понижение
запасов влаги в почве.
В подзоне хвойно-широколиственных еловых лесов расход влаги на
суммарное испарение возрастает. Здесь в начале осени запасы влаги в
почве в поле заметно больше, чем в лесу, особенно в период кульминации
текущего прироста древостоев. В то же время в сосновых древостоях
подзоны хвойно-широколистЕенных лесов на песчаных почвах только в
период кульминации текущего прироста расход влаги сильно увеличи­
вается и превышает расход влаги полевыми угодьями.
В лесостепной зоне дубовые древостой в период кульминации теку­
щего прироста расходуют из почвы максимальное количество влаги.
Влажность под пологом приспевающего леса ниже, чем в поле. В моло­
дых и спелых древостоях расход влаги не превышает расходов влаги в
поле. В перестойных дубовых древостоях со вторым ярусом средней гу­
стоты и очень густым подлеском расход влаги в период уборки сельско­
хозяйственных культур становится больше, чем в поле.
В спелых и приспевающих сосняках лесостепной зоны на песчаных
почвах не обнаруживается повышенного устойчивого расхода влаги в
лесу по сравнению с полем. В засушливые годы расход влаги лесом
больше, чем в поле, а в годы с повышенной влажностью, напротив,
меньше.
В степной зоне в сосновых культурах 12— 15-летнего возраста на­
блюдается наибольший расход влаги из почв и повышенное относитель­
но безлесных площадей иссушение почвы. В 60-летних насаждениях от­
мечен наименьший расход влаги из почвы. В степи, покрытой типчаком
и вейником, расход влаги на испарение больше, чем под пологом 60-летних насаждений.
109
В степной зоне Ворошиловградской обл. под пологом массивных ду­
бовых насаждений суммарное испарение заметно больше, чем в поле.
В этих районах массивное лесоразведение может осуществляться только
в оврагах и балках. На полях следует практиковать узкополосное лесо­
разведение, в основном трехрядными полосами.
Рассм атривая роль леса в общем водном балансе, нельзя, однако,,
забывать о том, что корни деревьев поглощают много воды из почвы, что
значительная часть осадков задерживается кронами деревьев и что весь
накопленный запас воды испаряется в воздух. Ведь очень часто для
осушки заболоченных территорий используются лесные деревья, особен­
но ель, а на юге эвкалипты. В то же время уничтожение лесов особенно
сильно сказывается на убыли воды в данной местности, лес увеличивает
запасы воды на занятой им площади, сохраняет влагу и переводит ее во
внутрипочвенный и грунтовый сток, сокращая при этом количество воды
поверхностного стока. Заметно влияние лесов на равнинах, и особенно в.
горах, на увеличение влаги за счет конденсации паров воздуха на вет­
вях, хвое и листьях деревьев в виде росы, инея и изморози. В лесной зо­
не лес каж ды м своим листком захватывает тысячи микроскопических
капелек воды из атмосферы.
Большое влияние на водный режим почв в северной и южной тайге
оказывают болота, особенно торфяники, выполняющие роль естествен­
ных водохранилищ воды. В болотах с толщиной слоя торфа около 5 м
на каж ды е 100 га приходится около 4,5 млн. кубических метров воды.
Болота предохраняют многие районы от паводков, тем более что из тор­
фяников вода уходит медленно, а испаряется почти в два раза быстрее,
чем на суходолах.
Катастрофические наводнения случаются там, где вырублены леса,
часты, например наводнения в США, Индии, Иране.
ОБРАЗОВАНИЕ НАНОСОВ,
ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
ВОДЫ В РЕКАХ
Образование наносов в реках происходит в тех случаях, когда эрозион­
ные продукты поступают в речные русла, осаждаются в них или нахо­
дятся в воде во взвешенном состоянии. Вообще эрозия почвенного по­
крова и берегов рек является причиной образования наносов. После све­
дения лесов человеком, уничтожения растительного покрова и подстилки
и обнажения минерального слоя почвы начинаются усиленные процессы
эрозии почвы, снижается ее продуктивность, а такж е усиливается мут­
ность воды в реках. Прозрачность воды является точным показателем ее
чистоты. Чистая вода нужна не только человеку, но и промышленным
предприятиям. К тому же мелкие дисперсные взвеси в воде содержат не
только химические, но и бактериологические загрязнители. Загрязнение
рек очень вредно сказывается на жизни рыб и других представителей
водной фауны и флоры. Заиление вызывает уменьшение запасов пита­
ния для водных организмов и снижает приток кислорода.
Растительный покров на суше снижает до минимума эрозию почв.
Лесозаготовки и связанная с ними прокладка дорог оказывают сильное
воздействие на развитие эрозионных процессов ы отложение наносов в
реках. Строительство дорог на крутых склонах такж е часто нарушает
почвенный покров и д а ж е в большей степени, чем лесохозяйственное
пользование.
Строительство дорог и лесозаготовки необходимо осуществлять с
предосторожностями, обеспечивающими минимальное нарушение струк­
туры почвы. С этой целью лесосечные операции должны осуществляться
с применением различных способов рубок, от рубки отдельных деревьев
до сплошной рубки на площадях. Отметим, что чем больше вырубаемая
площадь в ходе одной лесозаготовительной операции, тем сильнее нару­
шается почвенный покров.
Рубка леса вызывает существенные изменения в лесной среде. В ле­
су изменяется освещенность, увеличивается количество осадков на поч­
ве, повышается плотность и температура почвы, температура воздуха.
Сильно разрушается поверхность подстилки и почвы. Прямо пропорцио­
нально объему стока усиливается эрозия.
В горных условиях особенно нецелесообразны сплошные рубки. На
сплошных вырубках волоки и участки с разрушенной почвой занимают
40—80% площади. Механический вынос почвы достигает 500—600 м3/га,
а в последующие годы ,ее смывается до 250 м ъ на 1 га. Вместе с почвой
смывается и разрушенная подстилка.
Менее разрушительные результаты наблюдаются при постепенных
рубках. Однако и в этом случае подстилка разрушается, а почва оголя­
ется при первой и второй рубке на 15—25% площади. При окончатель­
ной рубке поверхность почвы разрушается на 30—45% площади. Пло­
щадь оголенной от подстилки и разрушенной почвы находится в зави­
симости от объемов вырубаемой древесины. Особенно разрушается поч­
ва, когда в последний прием рубки вырубается древостой сомкнутостью
0,5. З а все приемы постепенной рубки сносится от 200 до 500 мъ почвы
с 1 га. Самое сильное влияние оказывает не сам процесс рубки, а трелев­
ка лесоматериалов. При этом чем круче склон, тем сильнее развиваются
111
эрозионные процессы. Н а склонах до 20° эрозионные процессы разви­
ваются по-разному. Наименьшая эрозия бывает на участках с конной
подтрелевкой к воздушно-трелевочным установкам с направлением вал­
ки деревьев под 45° к оси волока. При такой подтрелевке, но со спуском
материалов воздушным способом выносится с гектара до 15 ж3 почвы.
При такой же конной трелевке, но со спуском лесоматериалов подвесным
способом вынос почвы возрастает до 80 ж3 с 1 га.
Очень много выносится почвы на вырубках с применением трактор­
ной трелевки. Объем эрозии увеличивается до 130 м31га. Особенно мно­
го почвы выносится с магистральных волоков с середины склона. Здесь
эрозия почвы достигает 250— 300 мг/га и составляет 80% от общего объ­
ема почвы, удаленного с вырубки.
Надо отметить, что на второй и третий годы после рубки поверхность
почвы на вырубках покрывается густой травянистой растительностью
и процесс разрушения почвы затухает.
На крутых склонах более 30°, покрытых сильно эродированными поч­
вами, вести сплошные рубки совершенно недопустимо.
Заиление рек можно предотвратить, планируя разные способы ру­
бок и используя такие способы трелевки, которые не нарушают поверх­
ность почвы, например воздушную трелевку. Потребность в дорогах при
воздушной трелевке сокращается на 2/ 3 по сравнению с полуподвесными дорогами. При воздушной трелевке обнажение почвы не превышает
6% , а при полуподвесной возрастает до 20% и более.
Лесные пожары на вырубках такж е способствуют заилению рек, так
как после пожаров уменьшается фильтрация воды в почву и усиливает­
ся поверхностный сток.
Пастьба животных на облесенных землях также может усиливать
заиление рек. В целях устранения этого явления необходимо регулиро­
вать периоды выпаса и обеспечивать соблюдение норм допустимого ко­
личества животных на используемой площади.
МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ
В ВОЗДУХЕ И ВОДЕ
Повышение температуры воды рассматривается как ее максималь­
ное загрязнение. С повышением температуры становятся более замет­
ными запах и привкусы, в этой связи наибольшее предпочтение всегда
отдается прохладной питьевой воде.
В связи с изменением температуры воды в ней по-разному протека­
ют физические и биологические процессы, особенно испарение. Значи­
тельное повышение температуры воды вызывает гибель рыбы, а также
заселение водоемов ее менее ценными видами. Форель, например, может
жить только в холодной ключевой воде, быстро текущей среди порогов.
Вырубка леса вдоль рек всегда приводит к повышению температу­
ры воды в ж аркое время примерно на 7—8°. Следует отметить, что по­
вышение температуры воды обратно пропорционально лесистости по бе­
регам рек.
Солнечная радиация на открытых участках реки в три-четыре раза
выше, чем на затененных лесом. Изменение температуры при этом пря­
мо пропорционально поверхности реки и количеству солнечной энергии,
получаемой данным отрезком реки, и обратно пропорционально скоро­
сти течения.
Исследования показали, что возрастание температуры воды зависит
в основном от увеличения энергии солнечной радиации, достигающей по­
верхности реки.
Вода, протекающая по вырубке, при дальнейшем ее пути через лес
обычно не охлаждается в течение всего дня.
112
Лесохозяйственными операциями можно предотвратить нагрев воды
в реках, если сохранить лесную прибрежную полосу. Ручьи могут зате­
няться кустарниками, а реки должны защ ищ аться полосой из деревьев
первой величины. Ширина такой полосы вдоль узких рек может быть
от 30 до 100 м. Максимальное повышение температуры воды в реке
в этом случае может составить примерно 1°, а на безлесном водосбо­
ре 8°.
Солнечная радиация на узких реках, окаймленных лесными полоса­
ми высотой 15—20 м, значительно меньше, чем на широких, потому что
середина узких рек может быть затенена кронами окружающих деревь­
ев и продолжительность солнечного освещения на них по аналогии со
сплошными вырубками разной ширины будет меньшая. Продолжитель­
ность солнечного освещения (в часах) на вырубках разной ширины ил­
люстрируется следующими данными:
Ширина
леоооеки. м
25
Апрель
Июнь
Июль
Авгуот
101
13 0
135
100
170
16 4
142
Май
Сентябрь
35
50
125
131
1 60
1 00
280
149
1 60
200
246
189
215
225
120
137
105
149
1 88
247
219
230
138
105
185
53
80
Октябрь
61
93
40
17
20
Итого
62 0
797
999
1237
1276
Середина широких рек почти в течение всего дня освещается сол­
нечными лучами, в то время как узкие реки освещены лишь половину
времени. Эти данные позволяют признать вероятность снижения темпе­
ратуры воды в узких реках шириной до 50 м.
При 50-метровой ширине реки половина ее зеркала на середине пол­
ностью освещена с 10 до 16 часов, а при 100-метровой ширине с 8 часов
утра до 14 часов освещено 60% зеркала в средней части реки.
При разбросанности участков сплошных рубок по лесному массиву
температура речной воды увеличивается незначительно. Таким образом,
постоянства температуры речной воды можно добиться шахматными
рубками.
Исследования показывают, что лесохозяйственными операциями
можно предотвратить нагрев воды при оставлении по берегам рек лес­
ных полос, ширина которых может колебаться от 100 до 150 м. Стены
леса, примыкающие к реке, сильно снижают солнечную радиацию на ее
поверхности и к тому ж е создают температуру воздуха такую же, как
в лесу.
В водной среде с хорошей аэрацией рыбы способны выдерживать
значительное снижение процента растворенного в воде кислорода, если
вода не будет перегрета. Не следует забывать, что рыбы — холодно­
кровные животные и обмен веществ у них зависит от температуры воды.
Например, повышение температуры воды на 10° увеличивает потреб­
ность в кислороде у радужной форели в 2,7 раза. Следует подчеркнуть,
что последствия загрязнения более ощутимы в теплых водах, чем в хо­
лодных. Поддержание оптимальной температуры в нерестовых реках
для лососевых рыб возможно при защите берегов рек лесными насаж де­
ниями.
Температура воздуха около реки шириной 10—20 м будет такой же,
как в лесном массиве при ширине лесной полосы 150 м. Один край леса
шириной 100 м при этом будет примыкать к реке, а другой край к полю.
Иллюстрацией сказанного могут служить показатели температуры воз­
духа в лесу на разном расстоянии от поля и в последнем (табл. 41).
Приведенные данные являются результатом большого количества
наблюдений, полученных в разные годы в лесостепной зоне, в лесах,
прилегающих к р. Хопер, шириной 25—30 м. При ширине лесной поло­
сы, равной 20 м, температура воды повышается на 1— 1,5°. Д л я рек
g А. Молчанов
113
Таблица
41
Изменение температуры воздуха в лесу в зависилости от удаления от поля в солнечную
погоду
В
Время
наблюде­
ния, часы
13-ОЭ
16—00
В поле с расстоя­
нием от стены
леса, м
лесу на расе оянии от поля, м
160
140
120
il 00
80
60
40
20
10
0
50
15.7
15.8
15.7
15.8
15.8
15.8
16,0
16,1
16.5
16.6
17.0
17.1
17.5
17.5
18.4
18.4
19,8
19,0
22,0
21,5
25,0
24,5
шириной 100 м и более температура воды повышается на середине реки:
на 2,5°, при ширине лесной полосы, равной 20 м, и при ширине лесной
полосы 60—80 м — на 1,8°. Эти данные действительны для пологих з а ­
падных, северных и восточных склонов разной крутизны. О ширине по­
лос на южных, западных и юго-восточных крутых склонах будет сказа­
но особо.
Н аряду с климаторегулирующим, водорегулирующим и почвозащит­
ным значением леса исключительно велика его роль в борьбе с разру­
шением берегов рек, водохранилищ и других водоемов. Особенно вели­
ко противоабразионное значение древесно-кустарниковой растительно­
сти. Абразия приводит к потере земельных угодий и вызывает перенос
населенных пунктов, промышленных предприятий, сооружений и т. п.
Наибольший эффект в защите берегов от абразии достигается при
размещении растительности у воды, а еще лучше на отмели, при мак­
симально возможном заглублении.
Д л я защиты берегов от абразии нужно выбирать древесно-кустарниковые породы, переносящие периодическое затопление и избыточное
увлажнение почвы. Затопленные кустарники весной ослабляют волну
при приближении ее к берегу и устраняют волновую перестройку бере­
га. Лучшими породами для укрепления берегов являются ива, лещина,
серая ольха и черемуха. Отдельные деревца кустарников и крупные де­
ревья плохо предотвращают разрушение берегов. Хорошо выполняют
берегозащитные функции густые посадки ивы серой, ломкой и трехты­
чинковой на внешней части выработанной прибрежной отмели.
В виде волногасящих и наносоулавливающих конструкций применя­
ются буны — живые заборчики. В состав волноломных насаждений вво­
дится полуводная растительность (тростник, камыш озерный и др.).
Большим защитным эффектом отличаются ивовые буны. Перспективно’
выращивание на мелководьях широколиственного и дальневосточного
риса.
Необходимость выделения запретных лесных полос по берегам рек
и озер связывается с их водорегулирующей ролью. Конечно, водорегу­
лирующая роль таких полос весьма эффективна. Однако запретные по­
лосы вдоль рек не могут перевести поверхностный сток в грунтовый на
водосборных бассейнах. Не подлежит сомнению противоэрозионная роль
приречных полос. Нередко коренные склоны к долинам и меженные бе­
рега рек отличаются большой крутизной. Н а таких склонах после вы­
рубки развиваются эрозионные процессы. Эти площади, а такж е поймен­
ные участки находятся под непосредственным воздействием паводковых
вод, которые обладают большой разрушительной силой. Приречные леса,
как и леса по берегам водохранилищ, играют кольматирующую роль.
Значение их заключается в защите пойменных лугов от заносов песча­
ным аллювием. Леса, окружающие реку, играют такж е руслообразую­
щую роль, способствуя выпрямлению фарватера и углублению русла.
114
Прибрежные леса играют и рыбоохранную роль, эта функция леса
заключается в создании благоприятных условий для нереста рыб, в з а ­
щите нерестовых бугров от промерзания зимой, в предохранении маль­
ков от гибели из-за забивания жаберных отверстий взвешенными в воде
продуктами эрозии, наконец в создании для рыб благоприятных кор­
мовых условий.
Прибрежные леса способствуют охране дикой фауны, так как они
относятся к наиболее продуктивным биотопам и удовлетворяют многие
потребности животных в пище, воде и создании хороших убежищ.
Л еса имеют исключительно большое санитарно-оздоровительное зна­
чение. Они выделяют в период вегетации большое количество фитонци­
дов, оказывают антимикробное действие не только на воздух, но и поч­
ву. Поэтому массивы вдоль рек весьма ценны как места отдыха.
Лесные полосы оказывают существенное влияние на изменение ме­
теорологических условий окружающих полей, в частности на скорость
ветра, относительную влажность воздуха, температуру, влажность поч­
вы, перераспределение снега и др. К настоящему времени с полной оп­
ределенностью установлено, что мелиоративное влияние лесных полос
во многом зависит от их конструкции, под которой понимается ветропроницаемость древостоя. Конструкция лесных полос прежде всего опреде­
ляется не количеством просветов, а тем, как они распределены в лесопо­
лосе,— равномерно по всему вертикальному профилю или преимущест­
венно в нижней части. Полосы делятся -на три вида. Лесная полоса непродуваемой конструкции — это плотное сверху донизу насаждение,
в вертикальном профиле которого сквозных просветов не более 5%.
Лесная полоса ажурной конструкции имеет просветы, более или ме­
нее равномерно распределенные по всей ее высоте.
Лесная полоса продуваемой конструкции — это плотное или слабо­
ажурное в верхней и нижней частях насаждение со сквозными просве­
тами внизу.
Плотные полосы обычно состоят из многорядных посадок древесных
пород и кустарников, ажурные — из малорядных посадок без кустар­
ников.
Ветровой поток при встрече с лесной полосой обтекает ее сверху.
С подветренной стороны он спускается к земле на некотором расстоя­
нии от нее. М еж ду полосой и местом снижения ветра существует зона
затишья.
Перед ажурной полосой ветровой поток разделяется, половина его
обтекает полосу сверху, а половина просачивается снизу через просве­
ты. Зона пониженной скорости с подветренной стороны оказывается
более широкой, так как масса воздуха, обтекающая полосу сверху, при­
земляется на большом удалении от нее.
Наименьший ветроломный эффект дают полосы плотные, наиболь­
ш и й — продуваемые (рис. 14).
На скорость ветра оказывают влияние высота и система размещения
полос. Размещение лесных полос друг от друга на расстоянии, не пре­
вышающем дальность их ветроломного действия, способствует тому, что
воздушные потоки последовательно проходят через каждую из них и
постепенно теряют скорость.
Лесные полосы, снижая скорость ветра, задерживаю т снег на полях
в количестве 95—96% зимних осадков. Это совершается автоматически
в течение всей жизни лесных полос. Н а полях, покрытых системой лес­
ных полос с четырех сторон, возможно частичное перемещение снега,
поскольку скорость ветра здесь изменяется. Это влияние полос на пере­
распределение снега наглядно видно из рис. 15.
Большое количество проведенных исследований показало, что рас­
пределение снега зависит от конструкции лесных полос. Плотные лесные
полосы накапливают много снега в самой полосе и на удалении до 40—
8*
115
50 м от нее, где скорость ветра падает до нуля. Накопление снега в
таких полосах и рядом с ними сильно задерживает таяние снега и сев
яровых культур. Н а продуваемых лесных полосах распределение снега
происходит более равномерно, однако и в этом случае наблюдается не­
которая неравномерность распределения снега. Д л я исключения нерав­
номерности отложения снега необходимо в центральной части поля про­
водить снегозадержание.
Лесные полосы оказывают положительное влияние на повышение
влаги на полях. Под влиянием полос вблизи них сильно повышается
влажность почвы на глубину 1 м и более.
По мере удаления от лесной полосы влажность почвы весной после
таяния снега уменьшается. Весенняя влагозарядка способствует преодо­
лению почвенной засухи, под защитой полос засуха сильно ослабляется.
Лесные полосы ослабляют продуктивное и непродуктивное испаре­
ние, изменяют турбулентное состояние атмосферы, уменьшая интенсив­
ность вертикального воздухообмена и скорость горизонтальных воздуш­
ных масс. Поэтому полосы содействуют повышению влажности призем­
ных слоев воздуха.
Лесные полосы способствуют улучшению структуры почвы прилегаю­
щих к лесу полей, усилению водопрочности структурных агрегатов поч­
вы. В лесу почва промерзает слабее и на меньшую глубину, что сущест­
венно увеличивает водопроницаемость лесной почвы. На полевых угодь­
ях в лесостепной зоне почвой поглощается около 40—45 мм осадков,
а в лесу — 450— 460 им. После снеготаяния в лесной полосе сильнее по­
вышается уровень грунтовых вод, чем в поле.
М ожно привести еще ряд примеров, характеризующих положитель­
ную роль лесных насаждений, но полагаем, что и перечисленные данные
говорят о целесообразности улучшения условий полевых, угодий.
ПОВЕРХНОСТНЫЙ
сток
ПОВЕРХНОСТНЫЙ СТОК
НА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ПЛОЩАДКАХ
В ЛЕСУ И НА ПОЛЯХ
Учет склонового стока на искусственно ограниченных от окружающей
территории площ адках размерами от нескольких десятков квадратных
метров до нескольких тысяч, обычно не превышающих площадь 1 га,
очень важен с точки зрения выяснения расходов влаги на поверхностный
сток отдельных лесных насаждений, отдельных видов сельскохозяйствен­
ных культур, разных способов распашки земель и, наконец, для выяв­
ления роли механического состава почвы.
Поверхностный сток является частью не поглощенных почвой осад­
ков. Их количество находится в тесной зависимости от инфильтрационной
способности почвы и ее влагоемкости.
Инфильтрационная способность почв достигает максимума весной
во время снеготаяния и осенью.
Лесная зона
В лесной зоне изучение склонового стока началось в 20-х годах
XX столетия.
В Харовском районе Вологодской обл., в междуречье Сить и Вожега
(Кадниковское лесничество), проводились воднобалансовые наблюде­
ния в 1956, 1957 и 1958 гг. Лабораторией гидрологии Института леса
АН СССР.
Район исследования находится в области моренного ландшафта, на
водоразделе, представляющем собой слабоволнистую равнину с колеба­
нием абсолютных отметок от 180 до 210 м.
Р авнина сложена суглинистым и песчано-глинистым материалом, от­
личающимся неотсортированностью, угловатостью обломков пород, на­
личием эрратических валунов различного петрографического состава
(песчаников, гранитов, известняков и Др.). Валуны усиливают повыше­
ния и понижения, обусловливая тем самым характерные черты микро­
рельефа. Почва — торфянисто-перегнойный красновато-бурый суглинок
на красно-бурой карбонатной глине.
Поверхностный сток и отток грунтовых вод выражается показателя­
ми, представленными в табл. 42.
Сток на вырубках в 8 раз и более выше, чем под пологом леса, зато
отток грунтовых вод в лесу несколько выше, чем не вырубке. Однако
эта разница сравнительно небольшая (около 20 мм). При вычислении
оттока исключены расходы осадков на испарение и транспирацию, опре­
деленную термовесовым способом.
Первые опыты были осуществлены в Сиверском лесхозе Ленинград­
ской обл. с 1929 по 1933 г. С. М. Токмачевым под руководством А. Д. Дубаха (1951).
Задачей опыта являлось установление связи между величиной по­
верхностного стока в лесу и на вырубке.
Исследования проведены под пологом 80-летнего елового леса с при­
месью осины до 0,1 состава, в типе леса кислично-ягодниковом на
117
Т а б л и ц а 42
Склоновый сток и отток грунтовых вод весной и в начале лета (май — июль)
Место наблюдения
Годы
Невозобновившаяся вырубка 1949 г., заросшая
травянистой растительно­
стью
1956
1957
1958
Запасы во­
ды в снеге
и осадки
Сток,
за период мм
наблюде­
ний, мм
8Е2Б 110 лет
249
231
219
358
329
308
С редн ее
332
1956
1957
1958
С ре д н е е
Отток
Коэффици­ грун­
ент стока товых
вод,
ми
Коэффици­ Общий ко­
ент оттока эффициент
0,703
0, 70Э
0,710
48,8
49.0
49.0
0,173
0,128
0,164
0,840
0,828
0,874
0,70
48,9
0,143
0,847
368
329
329
38,4
29,4
19,5
0,104
0,089
0,060
69
69
69
0,19
0,21
0,21
0,294
0,299
0,270
332
32,4
0,084
69
0,20
0,289
233
подзолисто-глеевых суглинистых малопроницаемых почвах, сформиро­
вавшихся на валунном суглинке. Площ адка была расположена на скло­
не 0,029, размер ее 6100 м2.
Вода с площадки поступала в желоб из оцинкованного железа, кото­
рый был врезан в грунт на глубину до 30 см. При такой заделке желоб
принимал не только поверхностные, но и почвенные воды. Первоначаль­
но (с 1929 г.) изучение стока проводилось под пологом леса, затем,
в 1931 г., лес был вырублен. Результаты замеров стока приводятся
в табл. 43.
Т а б л и ц а 43
Весенний сток на территории Сиверского лесхоза
Год
Запасы воды в снеж­
ном покрове и осад­
ках в период поло­
водья, мм
Сток, мм
Коэффициент
стока
Старый еловый лес
1929
1930
54,4
4 ,3
0
0
0
0
25,0
3,33
0,78
0,30
0,02
0,01
Вырубка
1931
1932
1933
82,2
135,2
53,5
До вырубки сток не наблюдался. В первую весну сток, вследствие
мерзлого состояния почвы и короткого периода таяния снега, был срав­
нительно высоким, потому что снег был уплотнен и на нем при трелевке
образовались борозды, способствовавшие стеканию талых вод. В осталь­
ные годы после рубки сток был незначительным. К сожалению, экспери­
мент после рубки продолжался только 2 года, что не позволило выяснить
сток в последующие годы.
118
Таблица
44
Весенний стох в районе Тосненской стокозой станции
Запас воды в снеговом покро­
ве и осадках в период поло­ Поверхностный сток, мм
водья, мм
Коэффициент стока
Год
1935
1936
1937
1938
193Э
1940
С редний
лес
залежь
183
190
150
200
20 i
158
188
161
150
179
231
138
181
174
зал ;ж ь
лес
[залеж ь
22
59
55
38
49
63
98
76
113
116
132
90
0,12
0,31
0,37
0,19
0,24
0,04
0,53
0,47
0,75
0,65
0,54
0,65
38
104
0,21
0,60
лес
Дальнейшее изучение склонового стока проводилось на Тосненской
стоковой станции Государственного гидрологического института (ГГИ)
в Ленинградской обл. (Рутковский, 1940, 1948; Дубах, 1951).
Станция расположена в 60 о к югу от Ленинграда. Здесь с 1935 г.
осуществлялся комплекс исследований по изучению формирования скло­
нового стока на двух площадках, одна из которых была расположена
в смешанном лесу (6 Б 2 0 с 2 0 л ) на склоне западной экспозиции с укло­
ном 0,035. Разм еры лесной площадки 4000 м2. Другая площадка распо­
л а гал а с ь на многолетней залежи, покрытой травянистой растительно­
стью. Траву на площадке ежегодно скашивали. Экспозиция этой пло­
щадки восточная, с уклоном 0,055. Разм ер площадки такж е равнялся
4000 м2. Эта площадка, в отличие от первой, была ограждена не бороз­
дами, а валиками.
Мощность моренных отложений на стоковых площадках составляла
более 10 м, они были представлены темно-бурым валунным суглинком,
в котором часто встречались песчаные прослойки небольшой мощности
и реже глинистые и суглинистые линзы.
Почва на площ адках суглинистая, среднеподзолистая. В лесу почва
до снеготаяния всюду была суше, чем на лугу (табл. 44).
На Тосненской станции кроме поверхностного стока изучался и поч­
венный сток в слое мощностью 60 см. В среднем за 6 лет почвенный сток
в лесу выразился в 35 мм или был немногим больше поверхностного.
В отдельные годы почвенный сток достигал 73 мм.
Таблица
45
Коэффициент весеннего стока с различных угодий и почв
Почвы по механическому составу
Угодья и агротехнический фон
глинистые
Лес
Невозобновившаяся вырубка
Залежь
Поле (озимь)
0,061
_
_
0,88
суглинистые
0,21
0,70
0,60
супесчаные
0,072
0,16
_.
—
песчаные
0,011
0,10
—
119
Изменение средних коэффициентов поверхностного стока в таежных
условиях отражено в табл. 45.
Коэффициенты стока существенно не меняются в зависимости от ме­
ханического состава подзолистых почв, а такж е от вида угодий.
Подзона
хвойно-широколиственных лесов
В 1938 и 1939 гг. были развернуты исследования склонового стока
Всесоюзным научно-исследовательским институтом лесного хозяйства
(В Н И И Л Х ) на Истринском опорном пункте в 50 км к западу от Моск­
вы, в Горецком опорном пункте Могилевской обл. и на Окском опорном
пункте близ Серпухова.
Н а всех опорных пунктах исследования велись по единой программе
и методике (Троицкий, Жернова, 1939; Коплан, 1940). Площадки по бо­
кам окаймлялись глиняными валиками. Размеры площадок равнялись
300 м2. Рельеф Истринского опорного пункта сформирован ледниковыми
отложениями. Почва среднеподзолистая, суглинистая на тяжелом су­
глинке мощностью 1,5—3 м.
Т а б л и ц а 46
Весенний сток в 1938 г. в районе Истринского опорного
пункта (в мм)
Место наблюдения
Залежь однолетняя
Еловый лес с лесной под­
стилкой
Еловый лес со сбитой под­
стилкой
Запас воды в
снеговом по­
крове и осад­
ки периода
половодья
Сток
Коэффици*
ент стока
175
189
116
1,8
0,65
0,01
199
69
0,36
Склоновый сток наблю дался на 16 стоковых площадках, из них во­
семь находились в лесу и восемь на перелогах. Лесные площадки по­
крыты 50-летними древостоями ельника кисличника полнотой 0,7.
Проведенный С. В. Бассом (1959) пересчет коэффициентов стока за
1938 г. приводится в табл. 46.
Т а б л и ц а 47
Весенний сток в 1939 г. в районе Горецкого опорного пункта
(в мм)
Место наблюдения
Залежь двухлетняя
Еловый лес
Запас воды в
снег-рвом п о­
крове и осад­
ки периода
половодья
180
122
Сток
148
0,9
Коэффици­
ент стока
0,82
0,008
В Горецком опорном пункте Могилевской обл. велись наблюдения на
четырех стоковых площадках, из них две размещались в лесу и две на
залеж и второго года. Почвы на всех площадках сильно оподзоленные,
сформировавшиеся на лёссовидных суглинках. Лесные площади покры­
ты еловым лесом с примесью осины до 0,1. Сомкнутость древостоя 0,8.
В этом пункте сток в лесу почти отсутствует, тогда как на двухлет­
ней залеж и равен 148 мм (табл. 47).
120
Т а б л и ц а 48
Весенний сток в районе Окского опорного пункта (в
мм)
1938 г.
Место наблюдений
Сосновый лес
Необлесенные площад­
ки
Запас воды
в снегоЪом
покрове и
осадки периоо
да половодья
Сток
120
92
0
3,1
1939 г.
Запас воды
Коэффици­ в снеговом
ент стока покрове и
осадки перио­
да половодья
0
0,04
103
32
Сток
Коэффици­
ент стока
4 ,5
3 ,5
0,04
0,03
В 1939 г. сток в лесу из-за сильного увлаждения почвы и из-за ледя­
ной корки не отличался от стока на залежи.
В Окском опорном пункте, расположенном на перевеянных древне­
аллювиальных песках, сток резко отличается от стока на других пунк­
тах В Н И И Л Х .
Стоковые площадки были расположены в сосновом лесу 60—80-летне­
го возраста и на необлесенной площади. Результаты наблюдений за сто­
ком в 1938 и 1939 гг. иллюстрированы данными табл. 48.
Исключительно высокий в 1939 г. сток на необлесенной площади
вызван мощной ледяной коркой, образовавшейся в результате зимних
оттепелей, поэтому его не следует принимать в расчет при сравнении
стока на лесных и безлесных площадях.
Экспериментальные исследования весеннего стока в Загорском рай­
оне Московской обл. проводились С. В. Басс (1963). На территории
района протекает р. Веля, долина которой врезана на глубину 40—50 м
и имеет крутые склоны.
Основание Клинско-Дмитровской гряды образовано известняками и
глинами среднего и верхнего карбона. Выше их л е ж а т верхнеюрские по­
роды. Поверх этих отложений залегаю т четвертичные ледниковые и вод­
но-ледниковые образования. Ледниковые отложения представлены дву­
мя или тремя моренными горизонтами.
Верхний горизонт водораздельных пространств и склонов образуют
покровные суглинки мощностью от 0,6— 1,0 до 2—3 м.
Почвы суглинистые дерново-слабоподзолистые, подстилаемые на глу­
бине 70 см тяж елы м суглинком.
Результаты наблюдений над весенним стоком на площадях размера­
ми от 2580 до 5700 м2 при уклонах от 30,3 до 66% приводятся в табл. 49.
В итоге четырехлетних исследований Басс установил, что весенний
сток на лесных и полевых угодьях меняется как по величине, так и по'
характеру в значительных размерах. Наименьших значений поверхност­
ный сток достигает в лесу. В среднем он в четыре раза ниже, чем с зал е­
жи на любой поляне, в пять раз меньше стока с поля. Сток с озими,
стерни и перелога в среднем за 3 года был почти в 4,5—5 раз выше,
чем с лесной площадки. Сравнительно невелики различия в стоке с ра з­
ных сельскохозяйственных угодий, что в первую очередь связано с не­
высоким уровнем агротехники земледелия в районе исследования и, сле­
довательно, с малоструктурными и бесструктурными, плохо проницае­
мыми почвами.
Различия в стоке с залежи, поля, клевера, озими и стерни за 4 года
наблюдений были незначительными, причем наименьших значений до­
стигал сток с залеж и на лесной поляне, а наибольших — с озими. Сток
с поля многолетних трав был лишь несколько ниже стока со всех осталь­
ных полей (кроме зяби).
121
122
=г
зХ
О
X
X
СО
СО
м
о
н
о
3е( К
О
А
ю 3ои
СО О
о
с
со
ч
о
СО С
н
X)
О
X
1S=Г
CQ
О
ч
о
X
а
СО
О
35
24
83
86
100
158
СО
П5
С
-3 о О
•»Н
Г
Н
о «
СМ
СМ
o'
ю
■*н
o'
00
СО
Г
"—
00
52
36
3
си
S
(J
п 5
jj
о
и
О
CQ
О
о н
QJ
%
S
н
CJ
О
X
СО
с;
ю
« g ^
ш
К ЕЯ5
« оч й“
§ ° «
о
Он
«
о
с
э
§
§
гг
о
«
о
н
ОО
о. S
с
•чЧ
о
V*
СО
Г“1
3
X
«
о
к
a
X
•©*
*&•1 » Х
<т> О
85
106
57
СО
vf
-а
ш
1Т
о
с
СО LO
CQ
ю
со
о С\|
■
^н
X
fcd
et
Он
3
Ч
о
00
со
о 05
ьо
о
t— о" тН
269
со
X
ю
о"
92
223
36
42
а
X
X
а>
X
О)
S
со
S
о
к
си
см
o'
49
см
00
со
о
1
35
05
05
СО
179
35
64
128
202
142
см
со
05 о
S
*
о
4
> Т
са
С
О
01
ч
82
О
ю)
05
82
о
С£>
о
00
as
1
см
00
СО о 1
1958
5
vt
00
о ю
о
44
и другие характеристики
Слой стока
Таблица
49
в период
весеннего
стбка
05
ЧР
ir-
со
со
СО о 'Т’Ч
СМ
см
ч-Ч
LO
144
0>
2
СМ
ю
о
СМ
о
Ю
g
О
ч
с
а
00
о
<0
со
СО ю 05
см
о
vt<
ю
о
t—
СМ
*
1
00
со
о
77
134
ОU0
со
00
[
о
ю
28
83
1
СО
00
СО
78
со
О
Е
(JС
o'
0,5
226
О*
267
224
1 1 Vf
66
со
С
О
О)
(ГО
-ч-J
214
о
1960
о
32
!l42
:
24
70
----
1
СО о 00
05
U0
t—
о" со
Г—
СМ
Я
05
107
■*}*
8
0)
О
С
и
оЧ
■<и
со
о
1
39
СО
С5
127
05
а>
30,0
7,6
1 I СО
о
1
149
о
о>
28
о>
OJ
0,04
Ю
о
о»
1 1
О
Ч
42
157
СО
г—
Г-— о о
ЧГ“(
о
■»—
*
-«*
со ю
СО о о
см
■*Т“1
141
СО
1
со
1Л)
СО
ю
1 о
см
197
О)
199
1953
to
10
о
CQ о
О СО
>=С о
о
а *
f
с
и
;
си
Xн
о 0J
а?
со ю
К -
3
X
д
>
в* оИ
°Q S
C
О
оЧ *s
О
a»
cj
5со 0 й
£
о
° S-в
°*
с 3
х
-г а:
ja
<
и
е*
CQ
О O'
S
°
О
О)
-е- ш §
о CL,
со Ш« ’©' #К ^
о «я
с
w о ч *2О Оч ис? оч аз
s 3 £
и
о
СО
СО и
U
я
о
Большое влияние на формирование стока оказывают растительность
и почва.
В лесу, где почвы отличаются высокими инфильтрационными свой­
ствами, основная часть расхода воды приходится на увеличение в л а ж ­
ности полутораметрового слоя почвы.
Фильтрация влаги в глубь почвы зависит от влажности полуторамет­
рового слоя: чем она выше, тем больше воды уходит глубже этого слоя
почвы.
В сосновых лесах на песчаных почвах в Прокудином бору весенний
сток изменяется, по нашим данным (1962), в следующих пределах
(табл. 50).
Т а б л и ц а 50
Весенний сток в Прокудином бору (в м м )
Сосновый лес
Год наблюде­
ний
1946
1947
1948
1949
С редн ее
Запас воды в
снеге и осадки
при снеготая­
нии
Сток
Зябь (пахота вдоль склона)
Коэффициент
стока
Запас воды в
снеге и осадки
при снеготая­
нии
1946
1947
1948
1949
С редн ее
Коэффициент
стока
143
152
■ 148
75
00
6,2
0
1,55
00
0,04
0
0,01
177
181
115
116
20
38,6
0
26
0,11
0,21
0
0,02
130
1,94
0,01
147
15,3
0,10
Ольшаник
Сфагновый сосняк
Год
наблюдений
Сток
Запас воды в
снеге и осадки
при снеготая­
нии
Сток
Коэффициент
стока
Запас воды в
снеге и осадки
при снеготая­
нии
Сток
.
Коэффициент
стока
_
_
_
_
184
157
104
108
0,57
0,68
201
171
176
152
—
—
—
—
—
-
—
—
—
-
—
—
0,88
0,99
Возраст соснового леса 60 лет, полнота 0,7. Все площадки разм ера­
ми 400 м2 имели уклон на юго-запад, равный 0,059. Почвы в лесу и в поле
песчаные, с содержанием глинистых частиц не более 5%.
В сфагновых сосняках уклон не превышал 0,03, под слоем торфа
мощностью 0,5 м залегает сильно оподзоленный мелкозернистый песок.
Н аряд у с изложенными выше данными очень важно сопоставить
расход атмосферных осадков на сток под старым еловым лесом, посад­
ками хвойных и лиственных насаждений.
З а первые 4 года после посадки культур был определен расход ат­
мосферных осадков на сток и вычислен средний за год. Такие же опре­
деления осуществлены за вторые 4 года и в среднем за 8 лет. За эти
же годы определен поверхностный сток на старой и молодой залеж ах
(табл. 51).
На залежи, где покров менялся не особенно интенсивно, расход вл а­
ги на сток изменялся слабее, чем под посадками хвойных и лиственных
123
Т а б л и ц а 51
Весенний сток на Валдайской возвышенности по данным Валдайской гидрологической
лаборатории ГГИ (в мм)
Старый еловый л ес
Посадки хвойного леса
Посадки лиственного
леса
Время наблюдений
Запас
воды
Среднее за
1951— 1958 гг.
Среднее за
1951—1954 гг.
Среднее за
1955—1958 гг.
Коэффици­ Запас
ент стока воды
Сток
168
5,7
0,034
217,0
120
2,6
0,021
86,2
215
8 ,8
0,04
27,5
Коэффици­
ент стока
Сток
Среднее за 1951—1958 гг.
Среднее за 1951—1954 гг.
Среднее за 1955—1958 гг.
Запас воды
Сток
in
85
137
44,2
50,4
38,1
Сток
Коэффици
ент стока
57
0,26
217
52
0,24
55,0
0,64
143
96
0,67
0,0Э
291
8
0,03
2,23
Молодая залеж ь
Время наблюдений
Запас
воды
Старая залеж ь
Коэффици­
ент стока Запас воды
0,40
0,59
0,28
178
128
223
Сток
Коэффици­
ент стока
37,4
59
15,7
0,21
0,46
0,07
пород. Под посадками изменение стока происходит сильнее потому, что
промерзание почвы здесь уменьшается и корни интенсивнее пронизы­
вают почву в вертикальном и горизонтальном направлениях.
Н а посадках с лиственными породами сток уменьшается быстрее,
чем под хвойными, потому, что первые породы растут быстрее, а в свя­
зи с этим и корневая система их в почве развита сильнее, к тому же под
лиственной подстилкой почва промерзает слабее.
Весенний сток с полей под Москвой изучали и С. И. Небольсин и
П. П. Н адеева (1937) в период с 1922 по 1930 г. Изучение стока прово­
дилось на большой лесной поляне, которая использовалась под луг,
пашню, зябь, овес, озимь и т. п. Результаты проведенных исследований
представлены в табл. 52.
Выводы, полученные на основании опыта Небольсина и Надеевой
(1925), относятся к условиям не вполне окультуренной пашни, плохо
осваивающей воду, на клеверище, с которым сравнивается сток с зяби.
Почвенный покров обладает относительно высокой инфильтрационной
способностью. Н а стерне инфильтрационная способность, несомненно,
меньше, чем на многолетнем клеверище, а на зяби, при соблюдении
всех необходимых агротехнических приемов, инфильтрационные свой­
ства должны быть более высокими, чем на слабокультурной залежи.
На основании всех рассмотренных выше экспериментов С. В. Басс
(1959) попытался примерно оценить различия в коэффициентах весен­
него стока с различных угодий и в зависимости от состояния пахотных
угодий для подзоны смешанных лесов. Он получил следующие данные:
Угодья и агротехническмй фон
Лес
Зябь
Залежь
Многолетние травы
Стерня
Озимь
Суглинистые
почвы
Супесчаные
почвы
Песчаные
почвы
0,19
0,39
0,53
0,89
0,77
0,78
0,03
0,23
0,33
0,01
0,10
0,20
—
—
0,39
—
—
—
Как видим, коэффициенты стока сильно меняются в зависимости от
характера угодья, способов обработки почвы и почвенных разностей.
124
Т а б л и ц а 52
Весенний сток с различно обработанных полей (в мм)
Здлежь
СнегозапаСтек
сы и
осадки
Год
1922
1923
1924
1925
1926
1927
1928
1929
1930
125
131
152
49
154
84
129
100
67
КоэффИЦИ' СнегозапаСток
ент ст^ка сы и
осадки
69
58
60
36
73
39
29
25
0,5
Озимь
Зябь
0,55
0,44
0,39
0,74
0,48
0,48
0,22
0,25
0,01
Коэффици* СнегозапаСток
ент стока сы и
осадки
—.
__
_
—
—
—
_
—
—
—
50
163
36
77
0,72
0,47
—
—
139
103
_
—
—
Коэффици­
ент стока
_
_
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
90
67
0,74
59
12
0,42
0,11
—
—
—
—
—
—
72
0 ,8
—
0,01
Лесостепная зона
О
влиянии зяблевой пахоты на сток имеются более детальные д а н
ные обсерватории Гидрометслужбы, расположенной в Каменной степи,
опубликованные А. В. Рудометовым (I960). Исследования проводились
на стоковых площ адках размерами от 2500 до 6000 м2, расположенных
на полях колхоза им. В. В. Докучаева.
Средние данные за 8 лет (с 1952 по 1959 г.) на многолетней залежи и
зяби приведены в табл. 53.
Т а б л и ц а 53
Влияние зяби на сток, по наблюдениям в Каменной степи Воронежской обл. (в мм)
Зябь
Многолетняя залеж ь
Год
Снегозапасы
и осадки
Сток
Коэффициент
стока
Снегозапа­
сы и
осадки
1952
1953
1954
1955
1956
1957
1958
1959
65
98
20
23
123
58
59
74
64,0
92,0
3 ,2
22,8
72,8
50,8
14,6
45,7
0,98
0,94
0,16
0,96
0,59
0,88
0,25
0,62
84
122
34
29
115
64
52
78
67,7
54,2
4 ,7
28,0
7 ,5
41,1
5,5
4 ,0
0,81
0,44
0,14
0,97
0,06
0,61
0,11
0,05
65
46,4
0,71
73
26,8
0,37
С редн ее
Сток
Коэффициент
стока
Величина стока и с многолетней залеж и и с зяби в разные годы
сильно колеблется. В среднем сток с многолетней залеж и почти в два
раза больше чем с зяби. Наибольший сток атмосферных осадков дает
стерня. Опыты, проведенные с изучением стока на площадках разм е­
рами 3500 м2 каж дая, иллюстрируют это. На стерне, при запасах воды
в снеге и выпавших во время снеготаяния осадков в количестве 106 мм,
коэффициент стока равен 0,71, а на двух площадках под зябью, одна из
которых была обработана почвоуглубителем на 37 см, при средних снегозапасах в 94 мм, сток был равен 22,6 и 5,6 мм, что соответствует сред­
нему коэффициенту стока 0,15, т. е. в пять раз меньше, чем со стерни.
125
Т а б л и ц а 54
Сток с различных полей в Каменной степи (в мм)
Состояние поля
Снегозапасы
Зябь старопашка
Зябь по пласту многолетних трав
Озимь
Многолетние травы
Стерня
Целина с выпасом
Целина косимая (выпаса нет)
Целина, не кошенная с 1882 г., заповедник
Лесная полоса (возраст 45 лет)
79
66
in
108
118
103
94
104
197
Сток
Коэффициент
стока
31,4
7 ,0
86,0
64,5
60,0
65,7
43,4
0,16
30,6
0,40
0,11
0,74
0,60
0,51
0,63
0,46
0,002
0,15
Данны е И. П. Сухарева (1957) о стоке с различных полей (разме­
ры площади 40X 40 м) представлены в табл. 54.
Коэффициент стока с зяби в табл. 53 и с зяби по старопашке почти
одинаков; это дает основание считать, что в том и другом случае зябь
относится к старопашке.
Коэффициент стока с зяби по пласту (0,11), судя по приведенным
данным, почти в четыре раза меньше, чем на старопашке.
В лесостепной зоне при вспашке под зябь по пласту сток выше, чем
в степи. Коэффициент стока с трав в Каменной степи достигает 0,6, т. е.
в полтора раза выше, чем с зяби по старопашке за весь период ротации.
Таким образом, потери воды на поверхностный сток при наличии мно­
голетних трав больше, чем при севообороте без трав.
Изменения весеннего стока в Воронежской и Курской областях по­
казаны в табл. 55.
Т а б л и ц а 55
Изменения стока
Состояние
поверхности
Снегозапа­
сы и
Сток
осадки
Коэффици­ Усвоено
ент стока почвой
Нижнедевицкая стоковая станция
Гидрометслужбы
Зябь
Озимь
Стерня
Многолетняя
залежь
81,1
81,2
91,4
100
49,8
65,6
75,1
100
0,61
0,86
0,82
1,0
Состояние
ти
Снего­
запасы
и осад­ Сток
ки
Коэффици­ Усвое­
ент стока но
почвой
Стационар Института географии
в Курской обл.
31,3
15,6
16,3
0
Зябь
Стерня
Озимь
Целина с
выпасом
59
69
120
58
29
60
114
36
0,49
0,87
0,95
0,62
30
39
6
22
Наибольшее количество воды поглощается почвой, занятой зябью и
стерней, озимь и многолетняя залеж ь удерживают воды заметно меньше,
Наблюдения на Нижнедевицкой стоковой станции, находящейся
примерно в 150 км северо-западнее Каменной степи, проводились на 24
стоковых площадках. Часть из этих площадок имела малые размеры,
применяемая на них обработка земли не характерна для производст­
венных условий. Н ам и использовано только восемь стоковых площадок
размерами 2000 м2 каж дая. В этом опыте сток с зяби в 1,35 раза мень­
ше, чем со стерни, и в 1,65 раза меньше, чем с многолетней залежи.
126
В стационаре Института географии АН СССР в Курской обл. прово­
дились наблюдения за стоком на полях по зяби, стерне, озими и на це­
лине, где пасся скот (Грин, 1965). Изучение стока проводилось с ШбЭ'
по 1961 г., когда условия формирования стока были весьма различны.
1959— 1961 гг. отличались малыми снегозапасами, в 1960 г. на земле
появилась мощная ледяная корка. К ак видно из приведенных данных^
коэффициент стока с зяби в 1,8 раза меньше, чем со стерни, и в 1,3 р а за
меньше, чем с целины, где пасся скот. Уменьшение весеннего стока с
полей под влиянием зяблевой пахоты характеризуется для центрально­
го черноземного центра данными табл. 56 (Грин, 1965).
Т а б л и ц а 56
Поверхностный сток с зяби и с поля, не вспаханного осенью (в мм)
Поля, не вспаханные
осенью
коэффициент
стока
запас воды
в снеге
1928— 1961 г г .
82
36
0,44
81
1938— 1940 г г .
137
37
0,25
138
1959—1963 г г .
56
22
0,39
85
62
0,73
1954—1959 гг.
66
19
0,28
96
62
0,64
1951—1960 г г .
82
21
0,26
71
48
0 ,68
1952—1956 гг.
72
19
0,26
110
69
0,63
Период наблюде­
ний
н:
И
Придеснянская стоковая стан­
ция и Придеснянский опорный
пункт
Новосильская опытная стан­
ция
Курский стационар и Курская
зональная опытно-мелиоратив­
ная станция
Нижнедевицкая стоковая
станция
Каменностепная гидрометео­
рологическая лаборатория
Институт земледелия
им. В. В. Докучаева
49
0,55
коэффициент
стока
VnJ 0<>C
С X
«U
Л со
слой поверх­
ностного стока
Район исследований
слой поверх­
ностного стока
;
Зябь
0,60
0,40
Приведенные материалы свидетельствуют, что в Центрально-Черно­
земном районе весенний поверхностный сток уменьшается под влияни­
ем зяблевой пахоты от 1,5 до 1,6 раза в северо-западной и западной ча­
стях, до 2—2,3 р а за в центральной части и в 2,4—2,6 раза в юго-восточ­
ной.
Влияние зяблевой пахоты на сток изменяется в зависимости от усло­
вий, в которых происходит формирование стока. Самое большое влия­
ние оказывает степень увлажнения почвы, от которой зависит инфильтрационная способность почвы.
В лесостепной части З а во л ж ь я на Тимашевской опытной сельскохо­
зяйственной станции, расположенной восточнее Куйбышева, А. И. Кузник (1954) изучал сток с различно обработанных полей. Результаты его
наблюдений (1952— 1954 гг.) позволяют сказать, что для условий Тимашева сток был незначителен, а с зяби по пласту его вовсе не наблю­
далось (табл. 57).
Н а Придеснянской стоковой станции Гидрометслужбы в районе Придеснянского полесья с 1949 по 1953 г. весенний сток с различно обрабо­
танных полей иллюстрируется табл. 58.
Опытные площадки были расположены на склоне крутизной 5—7°.
Условия формирования стока были различными. 1949 год отличался
глубоким промерзанием почвы, в 1951 и 1953 гг. промерзание было уме­
ренное, в 1950 г. слабое, а в 1951 г. на поверхности площадок была
127
Таблица
57
Весенний сток с различно обработанных полей в Тимашеве за 1952, 1953, 1954 гг.
< в jum) (по А. И. Кузник)
Площадь
участка, га
Состояние пэля
Посев травосмеси
То же
Зябь по старопашке
Зябь по пласту многолетних трав
То же
Снегозапасы
и осадки
Сток
110
Коэффициент
стока
0,03
0,06
110
3 ,0
6 ,4
2,90
0
140
0
0
2,38
3,47
110
0 ,2
131
0 ,2
1,58
0 ,0 2
0
л ед ян ая корка (Онуфрненко, 1956). Почвы в районе Прндеснянской сто­
ковой станции были более легкие (супесчаные), чем на других станциях
лесостепной зоны. Однако показатели поверхностного стока довольно
высокие, по-видимому, такой эффект дает зяблевая пахота в условиях
супесчаных почв лесостепной зоны.
Т а б л и ц а 58
Весенний сток на Придеснянской стоковой станции (в мм)
(по Онуфриенко, 1956)
Состояние площадок
Зябь (вдоль склонов)
Зябь (поперек склона)
Стерня различных культур
Многолетние травы
Озимь
Несжатый люпин (луг)
Снегозапасы
и осадки
Сток
Коэффициент
стока
105,8
.111,4
111,0
110,8
111,8
135,2
59,3
58,6
65,3
85,0
78,5
92,3
0,52
0,52
0,61
0,75
0,71
0,68
Результаты весеннего стока на Богуславской опытной станции были
опубликованы за 1950— 1953 гг. Вишневским (1960). Опыт проведен на
стоковых площадках (117— 144 ж2). Агротехнические условия опыта
недостаточно репрезентативны — площадки вскапывались лопатой.
Весенний сток с различно обработанных полей на Богуславской сто­
ковой станции иллюстрируется следующими показателями:
Снегозапасы
и осадки, мм
Зябь (пар)
Перелог
Однолетние травы
Озимь (1951 г.), люцерна (1952 г.)
„
Сток, мм
Коэффициент
стока
17,0
58,8
23,5
21,2
62,4
77,5
65,2
93
0,20
0,76
0,36
0,30
Обобщенное представление о весеннем стоке атмосферных осадков
в лесу и на полях с различными способами обработки в лесостепной зоне
характеризуется коэффициентом весеннего стока с разных угодий в лесо­
степи:
Лес
Стерня и залежь
Зябь
Многолетние травы
Целина с пастьбой
Озимь
128
Суглинистая
почва
Супесчаная
почаа
0,03
0,77
0,37
0,33
0,69
0,82
0,03
0,50
0,24
0,31
0,41
—
Песчаная
почва
0,005
0,018
0,10
0,15
0,25
—
Приведенные данные позволяют сделать такие выводы: наибольший
ток наблюдается, на полях с озимью (коэффициент 0,82), затем на пеелоге и залеж и (0,77), несколько меньше — на целине с пастьбой и
[еньше всего (0,37) на зяби и на площадях, покрытых многолетними
равами.
Сток и коэффициент стока резко меняются такж е в зависимости от
[еханического состава почвы.
Степная зона
Опыты изучения поверхностного стока на площадках в степной зоне
ыли начаты в 1920 г. И. А. Шаровым (1923). Эксперименты Шарова
ыли проведены в южном Заволж ье на нескольких вариантах зяби. Они
вились первым вкладом в изучение влияния обработки полей на поерхностный сток.
а б л и ц а 59
лияние зяблевой пахоты на сток (в мм) в Южном Заволжье
Запасы воды
в снеговом
покрове, мм
Состояние поля
еобработанное поле
бычная вспашка
ябь при снегозадержании
ябь с созданием снежных валиков по­
грей склона
ябь поперек склона при снегозадерании
Сток
Коэффициент
стока
Усвоено почвой
60
60
150
150
44
19
51
12
0 ,7 3
0 ,3 2
0 ,3 4
0 ,0 8
16
0 ,4 1
99
138
150
2
0 ,0 1
148
Результаты изучения стока Шаровым обобщены в табл. 59.
Зябь без снегозадержания дает сток в два раза меньше по сравнению
необработанным полем, под которым, очевидно, надо понимать
терню.
Зябь со снегозадержанием увеличивает запасы воды в 2,5 раза; эф ­
фект снегозадержания увеличился в шесть раз относительно обработаного поля.
Исследования Ш арова были повторены Б. В. Поляковым в 1939 г.
:а Толстовской станции и продолжены Кузником (1954) на Энгельской
танции до 1956 г. Основные результаты этого эксперимента приведеы в табл. 60.
а б л и ц а 60
ток с зяби при разном предшествующем агротехническом фоне, по наблюдениям
а Энгельской станции (в мм) (по данным Львовича, 1958)
Зябь по пласту
3 чбь старопашка
Год
Снегозапасы
Сток
Коэффициент
стока
Снегозапасы
Сток
Коэффициент
стока
1952
98
4
0
62
0
0
0
1954
1955
65
27
'•8
0 ,0 4
00
62
1 953
0 ,6
14
0 ,0 2
0 ,2 1
33
79
0
0 ,5
0
0 ,0 1
ре д н е е
65
4 ,6
0 ,0 7
59
ОД
0 ,0 0 2
| А. Молчанов
0
129
Данные таблицы красноречиво показывают, что общая гидрологиче­
ская эффективность зяби по пласту все же незначительна. Следует
учесть, что в степной зоне сток с полей, занятых травами, весьма велик,
и эффективность травосеяния в условиях степной зоны незначительна.
К этому следует добавить низкую урожайность трав.
В совхозе им. Ф. Нансена, расположенном на правобережье Волги,
приблизительно в 120 км к северо-западу от Саратова, проведены ис­
следования весеннего стока Кузником (1954) (табл. 61).
Т аблица
61
Сток с различно обработанных полей, по наблюдениям в совхозе им. Ф. Нансена (в м м )
Год
1952
1952
1952
1952
1953
1953
Площадь,
га
Состояние поля
Зябь, пахота вдоль склона (старопашка)
Зябь по пласту
Травосмесь второго года
Озимь
Зябь по пласту
Травяной клин
Снегоза­
пасы и
осадки
Сток
12,2
0
35,0
47,6
18,9
72,9
69
93
84
82
80
122
0 ,2
0,2
И ,8
59
24,4
59
Коэффици­
ент стока
0,18
0
0,42
0,58
0,23
0,60
Сток с полей, занятых травами, наблюдается в 2,5 раза больше, чем
с зяби.
Н а Толстовской гидрологической станции в 100 км к северу от Ершово Кузник (1958) провел такж е изучение весеннего стока.
Результаты исследований приводятся в табл. 62. Видно, что сток
с зяби значительно меньше, чем с залежи. Кузник придает значение
агротехническому фону, предшествующему зяблевой пахоте.
Т аблица
62
Сток с зяби и с залежи в южном Заволжье (Толстовская станция) (в мм)
Год
1937
1938
1939
1940
Состояние
поля
Объект наблюдений
Площадь,
га
Запас воды
б снеге и
осадки
221
61
64
40
28
1
1
94
58
35
6
0,38
0,10
59
52
17
4
0,29
0,08
12
1
23
21
14
8
0,26
0,01
0,13
0,08
0,43
0,10
Залежь
Зябь
Водосбор оврага
То же
Залежь
Зябь
Стоковая площадка
То же
Залежь
Зябь
Водосбор оврага
То же
Залежь
Зябь
Залежь
Зябь
Залежь
Зябь
Стоковая плошадка
То же
390
590
1
1
Водосбор оврага
То же
590
640
46
34
181
267
1
1
34
80
Стоковая площадка
То же
Сток
8
Коэффициент
стока
0,40
0,20
По наблюдениям на Энгельсской станции коэффициент стока с зяби
по старопашке в среднем за 4 года составляет 0,07, а с зяби по пласту
практически равен нулю.
Зяб ь по пласту почти полностью обеспечивает полное поглощение
130
влаги в процессе снеготаяния, а при зяби старопашке некоторая часть
воды сбрасывается поверхностным стоком (см. табл. 60).
В целом сток с зяби в Саратовской обл. незначительный.
Величины стока с зяби приняты средние для вспашки вдоль и попе­
рек склона, поскольку в практике обработки почвы в Заволж ье на это
не обращ алось внимания.
Исследование весеннего стока, в зависимости от способов обработ­
ки почвы, проводилось в Приазовье на Персиановской стоковой стан­
ции. Сток изучался на обвалованных и однородно обработанных полях.
Результаты исследований выразились в следующих показателях: на
полях с зяблевой пахотой средний коэффициент стока равен 0,10, а на
стерне, залежи, озими и многолетних травах 0,39. Обобщенный сток для
полей с перечисленным состоянием полей дан потому, что разница в
стоке между залежью, озимью и многолетними травами была незначи­
тельна.
Результаты склонового стока для южного З авол ж ья приведены в
табл. 63.
Т а б л и ц а 63
Сток с зяби и залежи на склоне в южном Заволжье по данным Г. В. Назарова (1960)
(в мм)
Зяблевая пахота
Сте рня и залеж ь
Год
1937
1938
1939
1940
1951
1952
1953
1954
1955
1956
С редн ее
Снегоза-г
пасы и
осадки
Сток
64
94
46
94
106
69
65
70
101
72
26
36
12
40
76
18
25
20
77
43
0,40
0,38
0,26
0,43
0,72
0,26
0,39
0,29
0,77
0,60
78
35
0,45
Коэффици­
ент стока
Во сколь­
ко раз
уменьшил­
ся сток на
зяби
Сток
Коэффициент
стока
40
58
34
80
66
96
81
62
77
142
8
6
3
8
9
4
5
0,6
30
25
0,20
0,10
0,01
0,10
0,14
0,04
0,03
0,01
0,39
0,02
2
4
26
4
5
6
6
29
2
30
72
7
0,03
5
Снегозапасы
и осадки
В степной зоне европейской части СССР, южнее западной части
Цымлянского водохранилища, исследования проводились М. И. Баюшевой (1959) (табл. 64). Наблюдается большое различие в запасах сне­
га на пахоте и целине. Вероятно, эта разница вызвана экспозицией сто­
ковых площадок. Неодинаковое расположение площадок по странам
света не могло не повлиять на распределение снега в степи, где ветро­
вой перенос оказывает сильное влияние.
Обобщение стока по многочисленным наблюдениям, проведенным на
разных станциях в степной зоне, позволяет сказать, что существенное
влияние на весенний сток оказывают состояние полей и способы обра­
ботки почвы. Наибольший сток весенних вод наблюдается на залежи,
стерне и на озими. Коэффициент стока равен в среднем 0,41. Аналогич­
ные результаты при определении стока получены при обычной вспашке
полей: на зяби по пласту — 0,10 и на зяби при пахоте поперек склона —
0,006.
Таким образом, улучшение вспашки полей может в значительной
мере уменьшить весенний сток и предотвратить процессы эрозии.
9*
131
Таблица
64
Сток с пашни и целины в районе Цимлянского водохранилища (в мм)
Пахота поперек склона
Год
Глубина
промерза­
ния, см
1952
1953
1954
1955
1956
1957
С р е д н е ej
Целина
Снегоза­
пасы и
осадки
Стох
Коэффициент
стока
Снегозапасы
и осадки
Сток
55
55
115
15
120
79
89,3
71,6
17,3
11,1
33,0
14,6
29,7
42,2
ОД
0
33,4
0,5
0,33
0,59
0
0
0,92
0,03
118,0
93,0
58,8
14,5
41,0
21,6
26,1
87,4
0,3
0,1
36,1
18,0
0,22
0,93
0,005
0,007
0,88
0,83
—
39,4
17,1
0,31
61,1
28,0
0,48
Коэффициент
стока
Обобщая рассмотренные результаты исследований, коэффициент сто­
ка на суглинистых черноземах южного Поволжья можно охарактеризо­
вать такими показателями:
Сугли­
нок Супесь
Необработанное поле
Целина
Травяной клин
Озимь
Травосмесь 2-го года
Залежь
0,78
0,58
0,56
0,50
0,42
0,38
0,40
0,22
—
—
—
Сугли- _
йок с Упесь
Обычная вспашка
Зябь при снегозадержании
Зябь с созданием снежных
валиков
Зябь поперек склона
0,32
0,34
—
—
0,08
0,01
—
—
0 ,0
Взаимосвязь поля и леса
при гидрологических процессах
на земной поверхности
С сельскохозяйственных полей, расположенных по склону выше лес­
ных насаждений, в период ливней и весеннего снеготаяния склоновый
сток поступает в лес и поглощается почвой под лесом.
Лес является буфером, весьма эффективно поглощающим воду, сте­
кающую по поверхности. Лес способствует переводу поверхностного
стока во внутрипочвенный и грунтовый. В период снеготаяния почва
под лесом поглощает в 10— 15 раз больше влаги, чем полевые участки
зяблевой пахоты. Суммарная величина водопоглощения почвой поля
колеблется в пределах 40— 50 мм, а почвой леса — от 450 до 500 мм и
несколько больше. Этому явлению способствует более слабое промер­
зание почвы под лесом и повышенное количество водопрочных агрега­
тов диаметром более 1 мм. Увеличение водопрочных агрегатов в почве
вызывает повышение устойчивости ее против размыва. В полуметровой
толще почвы под пологом леса количество водопрочных агрегатов до­
стигает 48— 50%, а в поле всего лишь 10— 13%.
Огромное влияние на водоиоглощение оказывает лесная подстилка,
выполняющая роль фильтра. Подстилка, задерж ав воду, отдает ее
почве очищенной от ила и мелкозема, что обеспечивает сохранение
скважности почвы.
Нельзя забывать, что эффективность действия лесных полос в уси­
лении поглощения и очистки воды зависит от их ширины. Она зависит,
естественно, и от количества воды, поступающей с поля, которое зави­
132
сит, в свою очередь, от длины поля, методов его обработки и видового
состава растительности на полевых угодьях.
Узкие лесные полосы (шириной 10 м ) имеют меньшее значение в
поглощении склонового стока. Эффективность 10-метровых полос возра­
стает, если леоные полосы, идущие поперек склона, будут обвалованы
на нижнем краю. Это особенно важно, так как лесные полосы накапли­
вают в 2— 2,5 р а за больше снега, чем степь.
Однако и при этом условии узкие лесные полосы не могут поглотить
всю воду, поступившую со склона протяженностью 400—500 м. В луч­
шем случае может осуществиться лишь очистка воды от илистых ча­
стиц. Наблюдения показывают, что лесная полоса шириной 8— 15 м,
располож енная по горизонтали склона, может полностью очистить от
мелкозема и илистых частиц воду, поступающую на лесную полосу
мелкими струйками. Концентрированные потоки большего размера мо­
гут быть остановлены полосами большей ширины.
Хорошо задерж и вает твердый сток такж е полоса залужения. Если с
зяби на склоне длиной 450 м тал ая вода несет в литре 7,3 г ила, то пос­
ле прохода ее через залуженную полосу шириной 60 ж содержание мути
уменьшается до 2,2 г, или на 69%, а при проходе через залуженную по­
лосу шириной 80 м участие в воде илистых частиц уменьшается до 1,6 г,
или на 78%.
Создание лесных полос, вызывая снегонакопление, обеспечивает ув­
лажнение почвы между полосами и подъем грунтовых вод в полосах от
1,0 до 1,5 м. Наибольший подъем происходит под широкими полосами и
наименьший под узкими. Подъем грунтовых вод начинается через 4—
7 дней после снеготаяния.
Спад грунтовых вод в процессе их растекания в окружающие поля,
а такж е в процессе расхода воды на испарение в поле и в лесу происхо­
дит по-разному.
В степи величина спада воды колеблется от 0,6 до 1,0 ж, в облесен­
ном поле от 0,55, до 1,4 ж и под лесной полосой от 0,6 до 2,5 м. Высокий
спад воды под лесной полосой вызывается растеканием куполов воды по
полосам по сторонам и испарение ее лесом.
Подъем уровня грунтовых вод под лесом, лесными полосами и поля­
ми зависит от плотности и механического состава грунта. Грунт, состоя­
щий из плотной глины, обладающей малым коэффициентом фильтра­
ции, отличается большим повышением уровня грунтовых вод под лесной
полосой и более слабым падением их летом.
Влияние разной ширины полос на интенсивность поглощения воды,
стекающей по поверхности с расположенных выше по рельефу над по­
лосой полей, изучалось в Орловской обл. Г. А. Харитоновым (1939), в
Каменной степи И. П. Сухаревым (1955), в Теллермаповском лесу и в
лесной зоне нами (1960, 1970) и в районе Нижнедевицкой станции Во­
ронежской обл. ГГИ.
Определение ширины водопоглотительных
и приовражных полос
Водопоглотительные полосы необходимы на склонах вдоль берегов
рек, водохранилищ и на полях для перевода поверхностного стока в
грунтовый. Полосы могут быть сплошные на всем протяжении склонов
или ж е размещены через определенные расстояния по склону. В этом
случае межполосные пространства могут быть заняты садами, много­
летними травами, улучшенными пастбищами и т. п.
В лесостепной и степной зонах вдоль крупных рек наиболее целесо­
образны прерывистые по склону и сплошные по горизонтали водопогло­
тительные и противоэрозионные полосы (табл. 65).
133
*<
н
о
о
00 С
М
о о
сГ о
ю
о
о
см со
о о
о о о
00 см £
о о
о о о
00
о 3
о о
со
о
о
о
о
0,02
0,19
со
о
о
СМ со
о о чН
о о о
0,05
С
О
О
ю
о
о
0,02
0,37
■
ч
-Н
о
о"
о
о
0,03
0,02
0,11
П
Осм
о о
о о
1 1 1
о
ио С
ОС
О
'
о о -"Г
-1
о о о
05 см
о о
о о
L
O
о
о
со
о
о
СО 05
о о
о о о
1 1 1
со
о
о о
г—
о
о
•*н
о
О
0 ю 00
о о
о о о
00 ю
о о см
о о о
1 1 1
00
■
S
.-H
С
М сл
о
со С
М
о о о
о о
о
С
М со
ю
см
о
о
Коэффициенты
500
350
190
350
180
500
о
■
v
-f
о
со 1
о
см
u cs
С-1 00 о
««н о со
о
о
о о о
о о о
о о о
05 см о
см V* 00
см
о
* со
см
S
о
си о
о
CQ
со
со
о
о
о
8CJ
а>
о о о
о о о
н со
ео ^■
со со ю
о о о
я
с
а>
со
со см
б
о о о
»
о V* г—
о
со
со
о
см
со t—
о о о
о о о
о
00
о Г) о
о »о со
ю СО
о
о о
LO
Ч
о
<П
et
О
О
с
С
сс
и- ^
со о
О &>
жЧ
оИ
о
к
со
Г
Н ЕГ
go
Ч
^ 5+
CUЯ
чш
*•я оя и. СМ
Н - CJ 00
со
•
а,
н
а>t <
fc
чи
сноО
^
о
S
stQ
г^О
О -гН
К
Ч
О
со
g
Е
о
со
о
ж
40
S
ч
о
со
*=С
О
с=
со
СО
о
00
1"-
о
СО
1 1
[ 1
1
о <
“> о
со со с
м
ю
1
о
О
сх
с[
со
Ж
к
ч
о
с
кщ
сноНIS to
со
Си
аа>
к ^7 а) S o =щ
о 2
1
о
со
о
о
С
ЯОсоо
Ю ю СО
г-
CJ
t=
t
о
с
о
со
et
с*о
о о о
о о о
х
30
30
|S-g
'Р S .
?Осс
30
CCS с
а
30
gSg
>о со см
COS
г—Г'- г— 00 о
00 ю OS
00 00
о о о
о о
С
О С
О
4 <л
05
*о о
о
Си
5
О
2
я
00 со
со ю
о о
о
о 00 оо
о см
о о о
S
г—С
М 00 С
ОС
М 00
С
Осм со
со
о о о
о о
о
г— ст> о 00
о» Юvf 00
о
о о о
С
О
00
о
ю
200
00
ю
t— -ф
о
о
*-4
со см
о о
30
О
00
С
М ю со о
со см
о
о о о
со
С
О
о
о
500
о
&о
134
1 1 1
|
со
о
о
COS
весеннего стока на комбинированных площадках при различной ширине водопоглотител ,ных лесных полос (экспериментальные данные)
С
М
о о 5
о о о
С
О
о
и+
0 Ь <и
1ч S
« ю О
f—
<i>» F—
•
к
со
сс
о
яX
о
ч
о
CJ
СМ
п
t~
СМ
Ширина водопоглот-ительных полос вдоль склонов на прилегающих
к рекам полям или ж е выгонам шириной до 1500 м и более меняется в
зависимости от механического состава и типов почв. Н а почвах подзо­
листого ряда наиболее высокий поверхностный сток наблюдается на
тяж елых глинистых и суглинистых почвах с задернелыми склонами, на
залежи, полях со стерней и на целине с пастьбой. Здесь д а ж е ширина
лесных полос под полем шириной 500 м, равная 150 м, не поглощает
37% талых вод от общих запасов в период снеготаяния. Эти непогло­
щенные воды стекают по поверхности через лесную полосу и на южных
склонах д а ж е в лесу вызывают размыв почвы и образование оврагов.
Н а суглинках сосновые полосы шириной 80 м почти полностью погло­
щают весенние талы е воды, полосы из ели при таком же механическом
составе почвы поглощают такое количество талых вод только при ши­
рине полосы, равной 150 м. Н а супесчаных почвах сосновые лесные по­
лосы шириной 30 м поглощают 90% талых вод и осадков во время сне­
готаяния.
Дубовые полосы шириной 60 м в лесостепи на темно-серых почвах
пропускают 10% талых вод по поверхности почвы в лесной зоне, а на
черноземах степной зоны такой же процент воды стекает по поверхности
35— 45-метровой дубовой полосы, при ежегодной зяблевой пахоте на
500-метровом склоне поля (см. табл. 65). В то же время солонцовые
почвы в лесостепной зоне лесными полосами шириной 150 м, с располо­
женной выше их поляной 180-метровой ширины не поглощают 16% т а ­
лых вод и осадков, выпадающих во время снеготаяния.
На
Новосильской
агролесомелиоративной
опытной
станции
(АгЛОС) им. Кузменко в период 1959— 1962 гг. В. Н. Дьяковым и
В. Л. Суховым изучалась водопоглощающая роль прибалочной лесной
полосы на склоне выпуклой формы, падающем на западо-юго-запад.
Д анны е этих исследований взяты из работы Г. П. Сурмача (1971)
(табл. 66).
В первые два года (1959 и 1960) поглощающая роль лесной полосы
выявилась достаточно полно, а в следующие очень маловодные два
года она проявилась недостаточно.
Т а б л и ц а 66
Влияние прибалочной лесной полосы на просачивание и сток талых вод
Год
1959
1960
1961
1962
Характеристика водосбора
Озимая рожь
То же + луговая
полоса
(3 0 м ) + лесная полоса (35 м )
Озимая пшеница
То же 4- луговая полоса
(30 м ) + лесная полоса (35 м )
Зяблевая пахота поперек
склона
То же + луговая
полоса
(3 0 м ) + лесная полоса (35 м)
Зяблевая пахота поперек
склона
То же + луговая полоса
(3 0 ле)+лесная полоса (35 м )
П ло­
щадь,
га
Запас сне­
говой во­
ды и осад­
ки при
снеготая­
нии, мм
0 ,3 8
121
2 3 ,7
_
0 ,5 3
149
6 5 ,3
2 4 ,3
0 ,3 9
0 ,5 4
1 50
4 6 ,1
-
181
8 9 ,8
0 ,3 9
29
0 ,5 4
Просочилось в
почву, мм
Сток,
мм
Коэффици­
ент стока
9 7 ,3
8 3 ,7
0 ,5 6 2
28 7
1 0 3 ,9
9 1 ,2
0 ,5 0 4
1 6 ,8
—
1 2 ,2
0 ,4 2 1
34
2 7 ,6
7 6 ,0
6 ,4
0 ,1 8 8
0 ,3 9
35
3 4 ,4
—
0 ,6
0 ,0 1 7
0 ,5 4
39
3 7 ,1
49
1 ,9
0 ,0 4 9
в среднем
на пло­
щадке, *
в лес­
ной по­
лосе **
0 ,8 0 4
0 ,6 9 3
* Величина водопоглощения а период весеннего снеготаяния.
Разница между суммрй осадков холодного периода (по рсадкомеру) и запасами снеговой воды к началу
весеннего снеготаяния.
135
В общем, просачивание талой воды в серую лесную сильно смытую
почву под пологом леса 24—27-летнего возраста сравнительно неболь­
шое.
В 1964— 1966 гг. на Новосильской АгЛОС под руководством Сурмача
изучалось водопоглотительное значение лесных полос. Полосы были
заложены в 1931 г. на сильно и очень сильно эродированных почвах,
особенно в нижней части склона. Прибровочный отрезок склон? протя­
женностью 140 м занят смешанными насаждениями из березы боро­
давчатой и куртинами из сосны обыкновенной и веймутовой, а также
лиственницы сибирской, ели и осины. К прибровочному отрезку примы­
кает 60-метровая лесная полоса из рядовых посадок веймутовой сосны
и ели обыкновенной, чередующихся через каждые три ряда. Выше по
склону полоса шириной 96 м сменяется березой бородавчатой.
Комбинированные стоковые площадки, имеющие длину полевой ча­
сти 155 м и ширину 20 м, заглублены в березовый лес на 12,5, 14, 27 и
44 м. Влияние лесных полос на просачивание в глубь почвы приводится в
табл. 67.
Наибольший поверхностный сток наблюдался в 1965 г., а в 1966 он
практически отсутствовал. На контрольной площадке сток был меньше,
чем на комбинированной с заглублением в лес на 12,5 м, в связи со слу­
чаями прорыва стоком воды нижнего вала. Поэтому в качестве конт­
рольной пришлось взять комбинированную площадку с лесной полосой,
что снизило расчетную водопоглощающую способность.
Из табл. 67 видно, что с увеличением ширины полос коэффициент
стока уменьшается. Низкий слой стока наблюдается на площадках, по­
крытых березовым насаждением.
Сток из сосново-елового насаждения выше, чем из березового. Под­
стилка в хвойном лесу заметно уменьшает сток.
По обобщениям Сурмача, инфильтрация талой воды в серую лесную
почву в среднем за 7 лет наблюдений выразилась такими показателями
на площадках:
Полевые участки Лесные участки
Суммарное поглощение талой воды, мм
Среднесуточное поглощение, мм (сутки
71 (107)
226 (262)
5 ,8 16,0
П р и м е ч а н и е . В скобках приводится слой инфильтрации за весь холод­
ный период. Среднесуточное поглощение рассчитано за период весеннего снего­
таяния.
М атериалы Сурмача, полученные для черноземов Куйбышевского
За в о л ж ь я по наблюдениям в 1954 и 1955 гг., приведены в табл. 68.
Сток -с лесных полос и их приопушечной части, где скапливались су­
гробы снега толщиной более 100— 120 см, достигал большой величины.
Д л я его уменьшения необходимо изреживать насаждения рубками ухо­
да. Эта мера позволит уменьшить мощность снега на лесополосах на
склонах до 70—85 см, а в засушливых условиях юго-востока до 55—
65 см. В прибалочных и приовражных полосах глубина снега не должна
превышать 160— 110 см, а на юго-востоке — 70—80 см.
Коэффициент стока с почвы, занятой молодым садом, колеблется от
0,543 до 0,750, с сада и лесной полосы коэффициент стока равен 0,260—
0,292. Наименьший коэффициент наблюдается при зяблевой вспашке
вдоль склона.
Н а светло-каштановых почвах в Волгоградской обл. в опытном хо­
зяйстве Всесоюзного института агролесомелиорации (ВНИАЛМ И) сто­
ковые площадки были размещены на склоне южной экспозиции. Ком­
бинированная площадка, на которой изучался сток и просачивание
(табл. 69), расположена на склоне легкосуглинистой почвы, она вклю­
чала отрезок водопоглощающей полосы; длина полевой части равна
60 м, а лесной 30 м, уклон 0,12.
136
О
СМ
К
Р VP Чр чц
см см см см
^Р
СМ
С ч
|Ся«до§а Sя яS*bЯ
Шо
о
vP •<р
СМ см
*гН
VP
см
v*p
см
«?ч
VP
(М
см
со
VP
ЧР
см
см
00
■*гН
со
ю
о
п
Я
сС
=f X
Я О
&■Н
СП г_
О я
["00
о
VP
см
со
о
о
00
Ю
со
Xн
CUСЗ
о о
Ч
ЧОщ
&.С
5 ct
*
О
0,5;
С а*
1
S*
д° Я
я *3"
j5 Я
«я й£ -г
и« м
И- К Я
5ё« S ^ Ш
5
§
°
I
WgSCh^
Яй
05
о
о
ю
ю
о
со
СО
о
о
|>
ПО
vi<
о
о
vP
о
,рн
00
со
VP
со
со
см
LO
см
«о
см
со
см
со
см
05
то
о
05
'гН
t—
1
1
1
г—
со
с—
г—
со
СО
о
00
о
с~-
о
о
см
05
ю
см
гчтН
о
со
05
о
ю
о
•чн
о
о
о
см
см
о
со
ю
со
со
t—
см
см
о
о
о
со
см
см
со
LO
05
о
г-
VP
см
1
к-р
см
■гН
05
см
05
го
о
00
о
г—
со
t>*
•«-ч
СО
о
VP
t—
00
о
см
ю
00
о
00
00
vp
■^н
см
со
см
о
05
СО
VP
о
VP
Влияние лесных полос на сток и просачивание осадков
оЧ) н
о
^xgЧО
v;)
асй;
1
о
05
г-
^■н
*>ГН
05
С *
D О, C
t
^
Я
О
и и
" .О Я
к
3
g
чр
см
тН
см
1
1
см
t>»
1
1
, ■**
^
J!
eg ? eg Si­
ra о£ S
00
VP
см
о
о я
со
чр
ХР
со
о
СО
-г*
v-p
о
о
СО
vp
сг\о Г1
t-
со
05
s я
см
см
см
см
**р г—
v*p 00
СМ
СО u ес х о я
*
ю
см
'ГН
К
S
со
ю
со
СО
*
см
CQ
Ж
СО
со
X
к
*
СО
SET
о
14
с
о
с
*
CQ
о
40>
о
CQ
о
5
*
в
ш
ч
>»
*5
VO
и
о
н
о
н
t:
С?
137
Т а б л и ц а 68
Влияние лесных полос на просачивание и сток талых вод на черноземах
Куйбышевской обл.
Год
1954
1955
1959
Характер водосбора
Тимашевский опорный
пункт
Молодой сад; осенняя
мелкая перепашка па­
ра поперек склона
То же + лесная поло­
са шириной 18 ж
Зяблевая вспашка
вдоль склона
То ж е-f-аллейная лес­
ная полоса шириной 9 м
Молодой сад, осенняя
перепашка пара
То же+лесная полоса
шириной 18 м
Поволжская АгЛОС
Житняк 2-го года поль­
зования
То же + лесная полоса
шириной 12 м
Т аблица
Плош<адь, Уклон
га
Просочилось в
Запас воды почву, мм
в снеге и
осадки при
снеготая­ в среднем в л ес­
на пло­
ной
нии, мм
полосе
щадке,
0,20
0,026
128
57,5
0,25
0,026
.122
90,3
0,32
0,036
116
0,34
0,035
0,20
Сток,
мм
Коэффици­
ент стокя
i
70,5
0,543
336
31,7
0,260
108,6
—
7,4
0,064
128
116,4
89
11,6
0,091
0,026
90
22,5
—
67,5
0,750
0,25
0,026
105'
73,3
390
30,7
0,292
0,06
0,038
590
462
-
128
0,217
0,09
0,038
495
406
431
89
0,180
69
Сток и просачивание на комбинированной площ адке
Год
1961
1962
1963
1964
1965
138
Х арактер водосбора
Травосмесь 2-го года пользования
с щелеванием через 1,2 м
То же -)- лесная полоса
Травосмесь 3-го года пользова­
ния + гцелевание через 0,8 м
То же + лесная полоса
Травосмесь 4-го года пользования
То же + лесная полоса
Травосмесь 5-го года пользования
То же + лесная полоса
Травосмесь 6-го года пользования
То же + лесная полоса
Зяблевая пахота поперек склона
То же + лесная полоса
Запас сне­
говой во­
ды и осад­
ки при
снеготая­
нии, мм
Просочилось в почву,
мм
в среднем
на пло­
щадке
21
в лесной
полосе
—
26
98
14,7
23,8
98
99
101
141
71
163
45
68
20
39
99
56
95,6
48,6
163
20,6
45,1
20
39
42,2
—
Слой
Коэффици­
стока, ент стока
мм
62
0,300
2,2
0
0,085
0
0
75
177
48,4
—
22,4
395
0
—
24,9
9 4 + 6 4 22,9
0
604-172 0
0
0,445
0,322
0,315
0
0,541
0,336
0
0
99
З а весь период наблюдений сточная вода не поступала в лесную по­
лосу, так как в ней поглощалась только собственная снеговая вода.
Такое явление вызвано низкой водопоглощающей эффективностью лес­
ной полосы. Однако величина просачивания дает представление о погло­
щении воды полевой и лесной площадками. В среднем оно выразилось
такими показателями (в мм):
Суммарное поглощение талой воды
Среднесуточное поглощение
Полевые участки
Лесные участки
43 (129)
8 ,6
217 (230,5)
16,9
Эти показатели можно оценить как недостаточные для светло-кашта­
новых почв.
Показатели интенсивности инфильтрации воды в почву могут быть
использованы для теоретических расчетов водопоглощения полевой и
лесной почвами и установления ширины водопоглотительных полос.
Расчеты оптимальной ширины водопоглотительных полос недоста­
точно надежны, так как заметно отличаются от экспериментальных
данных, полученных на комбинированных площадках, заложенных на
разных почвах при различной ширине лесных полос и полей.
Р яд формул, разработанных для определения оптимальной ширины
полос, страдает недостатками из-за недоучета отдельных особенностей
инфильтрации воды в различные по механическому и генетическому
составу почвы и недостаточного рассосредоточения склонового стока
равномерно по всей ширине площадки из-за разнообразия в микрорель­
ефе почвы.
По нашим расчетам, для перевода поверхностных вод во внутрипочвенные и грунтовые на пологих склонах необходима следующая ши­
рина полос (в м ) :
Водопоглотитель­
ные полосы на
склонах более
800 м
Почвенные разности
Мощные черноземы лесостепи
Обыкновенные черноземы
Солонцовые
Южные маломощные черноземы стели
Светло-каштановые почвы Заволжья
Темно-каштановые
Противоэрозион­
ные по краям
оврагов
25—30
15—20
60
15
35—40
50—60
30
250
20
50
—
—
Полезащи
10
10
10
6
6
6
На равнинах среди хвойно-широколиственных лесов на дерновоподзолистых почвах, при ширине полей над полосами около 500 м ши­
рина водопоглотительных полос на слабопокатых склонах установлена
следую щ ая:
Почвы
Тяжелосуглинистые
Суглинистые
Супесчаные
Песчаные
Еловый лес
Сосновый лес
200
100— 120
50
—
80
60
30
15
В зависимости от рельефа местности ширина водопоглотительных по­
л о с с полями над ними шириной около 500 м в лесной и лесостепной зоне
следую щ ая (в м ) :
Крутизна склонов в градусах
Почвы
Подзолистые
супесчаные
суглинистые
Темно-серые лесные
6
10
15
20
40
60
40
60
150
80
100
200
100
130
250
150
139
Таблица
70
В одопоглощ ение лесных полос в сочетании с обвалованием склонов (почва глинистый
чернозем) (в м м )
Год
1964
1965
1966
Характер водосбора
П ло­
щадь,
га
Озимая рожь
0,263
То же + лесополоса с ва­ 0,293
лом, ширина лесной поло­
сы 12 м
Люцерно-житняковая тра­ 0,126
восмесь
То же -(- лесополоса ши­ 0,161
риной 17 м
То же+обвалованная ле­ 0,208
сополоса шириной 17 м
Лесная полоса 17 ж без
0,118
оЗвалования
Поле (стерня)
0,25
То же+лесополоса шири­ 0,28
ной 12 м
То же-|-обвалованная по­ 0,28
лога шириной 12 м
Поле (зябь, уплотненная 0,37
катком)
То же+лесополоса шири­ 0,50
ной 17 м
То же+обвалованная ле­ 0,43
сополоса шириной 17 м
Лесная полоса шириной 0,13
17 ж без обвалования
Запас сне­ Просочилось в почву
говой воды
при осад­
ках во
время сне- на площ ад­ в лесной
готаяния ке
полосе
Сток
Коэффици­
ент стока
105
154
85,8
144,6
712
24,1
8 ,4
0,230
0,05
188
111,0
—
77,0
0,410'
217
177,9
445
39,1
0,180
175
175
477
0
333
—
310,3
22,7
0,068
188
184
138,1
152,1
459,0
49,9
22,3
0,265
0,130
184
183,6
671,0
0,6
0,003
84
62,1
—
21,9
0,261
127
112,8
399
14,2
0,112.
126
121,7
459,0
4 ,3
0,034
344
21,0
0,073
371
—
0
Еловые полосы на супесях в полтора раза, а на суглинках в два р а за
шире, чем сосновые. В лесной зоне за пределами лесных полос, окайм­
ляющих реки, .предусматривается сосредоточение лесных массивов, в ко­
торых ведется лесоэксплуатация с учетом крутизны склонов.
Естественно, что сельское хозяйство заинтересовано в рациональном
использовании земли. Это в значительной мере может быть выполнено
при совмещении лесополос с простейшими гидротехническими мероприя­
тиями, в данном случае имеется в виду сочетание сети лесонасаждений
с обвалованием склонов.
Подобного рода эксперименты осуществлены на черноземах Куйбы­
шевского З авол ж ья (Поволжская АгЛОС) (Сурмач, 1971). Их данные
приведены в табл. 70.
Обвалованные полосы дают весьма высокий эффект, что позволяет
резко уменьшить ширину полос (до 20 м).
Следует сочетать валы с канавами. Землю, выброшенную из канав,,
целесообразно уложить у края канавы.
Не следует забывать, что чем больше сток воды, тем больше и твер­
дый сток как в равнинных, так и в горных условиях.
Противоэрозионное влияние лесных насаждений и простейших соору­
жений дает эффект лишь тогда, когда насаждения, канавы и валы раз­
мещены правильно.
В ряде случаев было бы желательно на полях шириной 500 м разме­
шать промежуточные узкие лесные полосы шириной 15—20 м. На водо­
140
сборе целесообразно отказаться от прямолинейного расположения водо­
регулирующих лесных полос. В зависимости от рельефа местности сле­
дует заклады вать криволинейные полосы, соединяющиеся между собой
прямолинейными отрезками.
Мы говорили до сих пор о ширине лесных полос на малых водосбор­
ных бассейнах. Что касается запретных полос вдоль рек, то они должны
быть разделены на четыре группы: вдоль истоков и верховьев притоков,
около средних притоков, вдоль крупных притоков и вдоль крупных реч­
ных артерий.
Д л я Волги и подобных ей рек ширина полос, в зависимости от степе­
ни эродированности и протяжения склона, устанавливается от 500 до
1000 м, на реках второго порядка (Ока, Кама и т. п.) — от 300 до 500 м,
на реках третьего порядка — от 100 до 200 м, на более мелких реках —
от 50 до 80 м, в верховьях притоков и в истоках рек — от 20 до 50 м.
На правобережной крутой части склона протяжением менее 500 м
лес следует сохранить или посадить вновь до забровочной части на всем
протяжении реки. Пойменную, центральную часть надо использовать под
луговые культуры или другие сельскохозяйственные угодья, но не под
лес. Н а правой части центральной поймы вдоль берега реки необходимы
посадки древесных пород.
На левой части поймы необходимо проводить лесоосушительные ме­
роприятия, а на склоне — посадку лесной полосы шириной до 30—40 м.
Н а правых крутых склонах шириной 1000 м и более водопоглотительные
полосы шириной в 60 ж можно расположить через 500 м. Между полоса­
ми землю следует использовать для сельского хозяйства.
Санитарное состояние вод,
стекающих в лесу и поле
Лес оказывает положительное влияние на качество вод, поступающих
-с поверхности земли в реки, озера и водохранилища. Особо существен­
ную роль играет лесная подстилка. Установлено, что воды, стекающие
с полей, отличаются плохим санитарным состоянием, а эти же воды,
пропущенные через лесные полосы, отличаются повышенными качест­
вами.
Последние исследования, проведенные в Институте агролесомели­
орации, показали, что бактериологические показатели воды, проходящей
через лесные насаждения, значительно лучше, чем воды, поступающей
непосредственно в водохранилища с безлесных площадей в районе К а ­
мышина (табл. 71).
Коли-титр воды, прошедшей смешанное дубовое насаждение, опре­
делен в 11,1, а воды, не проходящей через лесные насаждения, в 1,1. Во­
да, имеющая коли-индекс 920, а коли-титр 1,1, по санитарно-техническим
требованиям непригодна для использования в хозяйственно-бытовых це­
лях. Вода, прошедшая через лесные насаждения, может быть использо­
вана для питьевых целей.
Вода, взятая из водохранилища, имеет коли-индекс 23 800, а колититр 0,04. После прохождения воды на протяжении 50 м по подстилке
коли-индекс равен 9600, а коли-титр 0,1.
Мутность воды и химические показатели воды из бассейна и воды,
прошедшей на протяжении 50 м по подстилке, резко различны. В воде,
прошедшей по подстилке, меньше аммиачного азота, эта вода отличается
меньшей окисляемостью. Она более прозрачна, менее окрашена и содер­
жит меньшее количество взвешенных частиц.
Концентрация химических веществ в речной воде тесно связана с
рельефом земной коры и его развитием. Круговорот органических и ми­
неральных веществ в растительном мире оказывает существенное влия­
ние на химический состав элементов в воде.
141
Наблюдения, проведенные в разных районах страны, показали, что из
почв под лесами вымывается незначительное количество химических ве­
ществ. Но после рубки леса, сжигания порубочных остатков, а также пос­
ле внесения удобрений содержание химических веществ в воде может
увеличиться.
Т аблица
71
Основные бактериологические показатели стекающих
с поверхности почвы вод (по Спиридонову, 1966)
Место взятия проб исследуемой
воды
Вода, не проходящая через лес­
ные насаждения
Снежный шлейф
При выходе из соснового насаж­
дения
При выходе из дубового насаж­
дения
При выходе из акациевого насаж­
дения
При выходе из вязового насаж­
дения
Коли-индекс.
Количество
кишечных
палочек в
1 л воды
Коли-титр.
Наименьшее коли­
чество воды, в
котором содержит­
ся Одна кишечная
палочка
920
1,1
280
18
3 ,6
56
9 ,0
Менее 90
»
90
111
Более 11,1
»
11,1
Сплошная рубка в течение первого года вызывает потери азота, составляющие около 50—60 кг/га, а потери катионов кальция и магния, а
та кж е натрия и калия бывают в 5— 15 раз больше, чем в древостоях, не
пройденных рубками. Это позволяет сказать, что в речной воде после
сплошной рубки возрастает содержание этих минеральных веществ. С»
сплошных вырубок, пройденных лесными пожарами, сток минеральных
веществ в реки резко усилился. Концентрация азота, фосфора, калия,,
магния, натрия, кальция и марганца в воде ручья увеличилась в 50—
60 раз, а при наличии вдоль ручья лесных полос шириной 30 м содержа­
ние минеральных веществ в ручье не увеличилось. Таким образом, лес­
ными полосами можно регулировать и химический состав речных вод,
пополняемых стоками через пройденные сплошной рубкой территории.
Разложение органических веществ на водосборных бассейнах оказы­
вает влияние на цвет, вкус и качество воды настолько, что может сделать
ее непригодной для питья.
Наблюдения .показывают, что отложение в водотоки органических
веществ уменьшает содержание кислорода и ухудшает турбулентные про­
цессы в водотоках.
На водосборных бассейнах с водотоками, пропускающими небольшоеколичество воды, загрязнение ее происходит в процессе разложения опа­
дающих листьев. В малых водотоках разложение органических веществ
вызывает уменьшение кислорода и гибель рыб, а такж е ухудшение роста
и развития придонной фауны. Разложение листьев дуба, ясеня и клена
вызывает незначительное изменение качества воды.
Допустимое содержание бактерий в сырой воде предусматривает мак­
симальный уровень в пределах 10 000 колоний на 100 мл по содержанию
фекальных кишечных палочек на основе среднемесячных арифметических
данных и при достаточном числе проб.
Основным источником содержания бактерий в воде на лесных водо­
сборах, которое может привести к загрязнению речной воды, являются
142
люди. Скопление домашнего скота или крупных охотничьих промысловых
животных — такж е потенциальный источник загрязнения рек.
Изменение численности микроорганизмов в воде вызывается кратко­
временными ливнями, образующими склоновый сток. Сброс фекальных
продуктов, мусора, сточных вод — основной источник бактериальных з а ­
грязнений.
Изучение круговорота питательных веществ на небольших водосбо­
рах позволяет лучше разобраться в содержании минеральных веществ
в речной воде.
Азот относится к числу элементов, играющих наибольшую роль в ле­
су. Полное устранение лесной растительности ведет к усилению хемоавтотрофной активности, которая может привести к увеличению содержа­
ния нитратов в речной воде с оголенных водосборов. В результате полно­
го удаления лесной растительности происходит уменьшение запасов пи­
тательных веществ. В небольших водосборных бассейнах концентрация
нитратов превышала 10 частей на миллион (10 мл/л) в течение года после
рубки деревьев и уничтожения оставшейся растительности химикатами.
После столь сильного воздействия летом начинают цвести водоросли. Со­
держание нитратов в речной воде с этого оголенного водосбора составило1
10 мг/л (Роберт Таррант, 1970) до полного удаления растительности и
59 мг/л спустя 2 года.
Н аибольш ая химическая эрозия наблюдалась из песков и глин. По ме*
ре залесения территории сток растворенных веществ уменьшается.
Роль атмосферных осадков, поступающих в лес и, следовательно, в
речной сток, сильно меняется в зависимости от географического положе­
ния местности. Обычно во внутренних районах крупных континентов они
содержат значительное количество азота и минеральных веществ.
Влияние лесоводственных мероприятий и степень нарушения почвы
и растительного покрова играют существенную роль в изменении химиче­
ского состава речной воды.
Породный состав леса влияет на состав дождевых осадков, проходя­
щих сквозь полог. Азота в осадках под пологом смешанного хвойно-лист­
венного леса больше, чем под пологом чистого.
Качество воды в реках сильно зависит от инсектицидов, гербецидов
и многих других химикатов хозяйственного значения, которые сильно з а ­
грязняют речную воду.
Сохранение или создание лесов вдоль рек вызывается прежде всего
необходимостью в чистой воде. В пресных водах формируются биогеоце­
нозы с большим разнообразием элементов, со множеством цепей питания,
начинающихся с огромного числа микроорганизмов, бактерий, водорос­
лей и грибов, которые преобразуют органическую материю и подготов­
ляют пищу для других животных.
Равновесие минеральных солей и органических элементов в пресных
водах очень сложно и обычно неустойчиво. Стоит внести незначительные
изменения в ионное равновесие или в содержание минеральных или орга­
нических элементов, как некоторые процессы трансформации оказывают­
ся заторможенными или же ускоренными. В такой очень неустойчивой
среде действуют введенные человеком различные токсические продукты.
Целлюлозные отходы, содержащие большое количество фенольных
соединений, отравляют все живое.
Отработанная вода содержит химические вещества, которые значи­
тельно растворяются после сброса в реку, но не в такой степени, чтобы
потерять свои вредные свойства. Особенно много выделяется фенольных
соединений, являющихся угрозой для всех, кто потребляет содержащую
их воду.
Органические вещества, сброшенные в воду, подвергаются здесь пере
работке в первую очередь аэробными бактериями. Если концентрация
органических веществ ниже предельного значения, то может произойти
143
восстановление природного режима вод в результате деятельности бак­
терий, находящихся в воде во взвешенном состоянии. В результате обра­
зуются нитраты, сульфаты и фосфаты, а богатые углеродные соединения
превращаются в карбонаты. Перечисленные преобразования осуществля­
ются при потреблении большого количества кислорода, следовательно,
данный процесс возможен только в тех случаях, когда в воду поступает
такое количество органических соединений, которое получит необходимую
им порцию кислорода. Она равна количеству кислорода, поглощенному
водой в течение 5 дней при температуре 18°.
Как только концентрация веществ, загрязняющих воду, становится
выше приведенной нормы их распада, происходит полное поглощение
свободного кислорода, содержащегося в воде. В этом случае множество
обитающих в воде живых существ, и в первую очередь рыб, погибают от
недостатка кислорода. К тому же процессы распада происходят в среде,
ставшей раскислителем, так как она лишена кислорода и аэробные бак­
терии вытеснены анаэробными, которые разлагаю т соединения, содержа­
щие связанный кислород. Продукты распада бывают очень разнообразны
и нередко вредны; они содержат метан, амины, а также серо- и фосфор­
содержащие продукты, которые вызывают загнивание воды. Сульфиты в
такой воде окисляются в сульфаты и скапливаются в виде черноватых,
выделяющих сероводород соединений, которые одновременно приводят
к обеднению воды кислородом и к отравлению его продуктами разло­
жения.
Таким образом, безобидный на первый взгляд сброс органических ве­
ществ в реки может иметь самые тяж елы е последствия для химического
и биологического равновесия их вод, утрачивающих способность к очи­
щению.
Загрязнение вод может осуществляться минеральными веществами
(отходами при промывке руд, охлаждений водой котельных и электро­
станций), органическими веществами (углеводородами и производными
ф енола), биохимическими отходами (отходами кожевенных, винокурен­
ных, пивоваренных, консервных, сахарных, лесопильных и целлюлозных
заводов, текстильных фабрик и др.). Под влиянием отходов все живые
существа, составляющие водные сообщества, обрекаются на жалкое су­
ществование и вымирание. Действие отходов сильно сказывается на ры­
бах. Многие минеральные соли, особенно соли свинца, цинка, меди, ртути,
серебра, никеля и кадмия, обладают способностью уплотнять слизь, по­
крывающую ж аб ры рыб, и препятствовать газообмену в органах рыб.
Д ругие вещества, участвующие в загрязнении вод, действуют как яды,
парализуя различные биохимические процессы, например нарушая кле­
точное дыхание. Так действуют растворимые сульфиды и циановые сое­
динения. Рыбы такж е очень чувствительны к недостатку кислорода.
В борьбе с загрязнением вод мы пока не достигли ощутимых резуль­
татов, несмотря на огромные расходы ка строительство очистных соору­
жений. Многие реки, протекающие по наиболее населенным районам,
очень сильно загрязнены. Промышленные и бытовые предприятия исполь­
зуют реки для водоснабжения и для сбрасывания отходов. Необходимо
усилить борьбу с загрязнением рек и создать предприятия по очистке
сточных бытовых вод и сточных вод промышленных предприятий, с широ­
ким использованием в них выбрасываемых сейчас в виде отходов ценных
побочных продуктов. Очищать воду надо у источника его загрязнения, не
дожидаясь, пока грязный поток нанесет непоправимый вред всей местно­
сти и населению. Нужно постоянно помнить, что хотя начальные затраты
на предупредительные меры будут большими, в конечном итоге предот­
вращение загрязнения даст прибыль, размеры которой во много раз пре­
высят затраты на очистку.
144
Потери минеральных и органических
веществ из почвы
Как известно, размеры водной эрозии почвы сильно изменяются в з а ­
висимости от физико-географических условий. В тесной связи с эрозией
почвы изменяется и вымывание питательных веществ из почвы. Потери
минеральных питательных веществ происходят не только при водной и
ветровой эрозии, но и в результате выноса их с урожаем сельскохозяйст­
венных культур, а такж е в процессе поступления их в нижние слои почвы.
Потери элементов минерального питания растений от вымывания их
водой наблюдаются во влажных районах и зависят в основном от под­
вижности этих элементов в почве. В засушливых районах на распаханных
почвах потери минеральных веществ происходят в процессе ветровой
эрозии.
В процессе водной эрозии из почвы вымываются вместе с частицами
ее все питательные элементы, содержащиеся в органическом веществе.
В сравнительно тонких почвенных частицах теряются минеральные ве­
щества в больших количествах, чем из грубых фракций. Следует отме­
тить, что данных о потерях элементов минеральной пищи крайне недоста­
точно. Имеющиеся данные получены нами в процессе изучения стока вод
с малых водосборных бассейнов и стоковых площадок, отграниченных
валиками. К изучению этого вопроса мы приступили только в 1952 г.
Первая работа, которая была посвящена изучению потери питатель­
ных веществ из почвы, была опубликована в США Сэмпсоном и Уэйллом
в 1918 г. (см. Barrow s, 1963). Они подвергли анализу почву с эроди­
рованного и неэродированного пастбища и установили, что вторая почва
содерж ала в три раза больше азота и в два раза больше органического
вещества, чем первая.
В работе Петерсона (Peterson, 1964) освещается зависимость между
плодородием почвы и интенсивностью эрозии. Обширный обзор литерату­
ры о влиянии эрозии на состав гумуса и химические свойства почвы опуб­
ликовал Мировский (Mirowcki, 1964).
В работе Барроу указывается, что в 1917 г. в штате Миссури был з а ­
ложен постоянный опыт, специально предназначенный для количествен­
ного определения потерь воды, почвы и питательных веществ в процессе
поверхностного стока. Делянки были размещены на суглинистой почве
и имели склон 3,68%. Разм еры делянок равнялись 20 м2. Делянки были
заняты многолетними травам и и различными полевыми культурами или
находились под паром. Как показали наблюдения и анализы, потери поч­
вы вы раж ались на задернованных делянках в 47 кг/га, а под паром
5820 кг/га. Из-под многолетних трав было вынесено азота 111 кг/га, фос­
ф о р а — 52, кальция — 414 и серы 123 кг/га (Barrows, 1963).
Л ипман и Конибер (Lipman, Conibeare, 1936) изучили баланс поступ­
ления минеральных элементов питания и потерь их в США в 1930 г. на
площади 146,8 млн. га и получили следующие результаты (в кг/га):
N
Поступление с удобрениями
Потери
Вынос с урожаем
Вымывание
Эрозия
р
К
Са
Mg
31,0
3 ,9
16,9
62,6
17,4
28,1
25,7
27,1
4,3
19,4
42,1
158,0
6 ,6
169,3
171,4
3,1
38,9
81,8
0
11,9
S
26,5
4 ,3
46,8
6 ,8
Эродированный материал по своему химическому составу нередко су­
щественно отличается от исходной почвы. Содержание питательных эле­
ментов в эродированном материале обычно выражается в килограммах
на гектар. Однако вопрос осложняется тем, что только небольшая часть
питательных веществ, находящихся в почве, доступна растениям. Кон10 А. Молчанов
145
центрация растворимых ионов в воде, стекающей с почвы, сравнительно
невелика. Особенно незначительные потери из почвы ионов фосфора, что
вызвано, вероятно, тем, что они частично снова абсорбируются коллоид­
ными частицами, присутствующими в воде. Таким образом, в целях уточ­
нения потерь доступных растениям минеральных веществ почвы в про­
цессе водной эрозии необходимо определить концентрацию их в раст­
воренном и абсорбированном состоянии.
Так как эродированный материал отличается по химическому составу
от исходной почвы, то лучше всего потери элементов питания с поверхно­
стным стоком вы раж ать в виде коэффициента обогащения смываемой
почвы (/Сосп).
Концентрация питательных элементов в воде, стекающей с почвы
Косп = ------------- ----------------------------------------------------------------------------------Концентрация питательных элементов в исходной почве
Количественное определение потерь минеральных веществ в процессе
поверхностного стока осуществляется на малых водосборных бассейнах
или же стоковых площадках, ограниченных земляными валиками или же
щитами из гофрированной стали. Стекающая с площадок или малых во­
досборных бассейнов вода через определенные промежутки времени или
после дождей собирается в отстойные баки и из них берется для анализа.
При анализе воды, собранной в баки во время дождей, вносятся поправ­
ки ка дождевую воду. Перед взятием образцов воду тщательно перемеши­
вают.
Д л я предотвращения возможности изменения химических соединений
во взятые пробы воды следует добавить по миллилитру толуола, а в про­
бы, взятые для определения нитратов, добавляют осажденный карбонат
кальция и производят выпаривание сразу же после отбора.
Органические вещества, содержащиеся в почве, являются хорошим по­
казателем плодородия почвы. Небольшое участие органических веществ
в почве и незначительный удельный вес их и распределение в верхнем
горизонте почвы обусловливают их быстрое смывание в процессе эрозии
в первую очередь. Восстановление гумуса после потерь идет в почве очень
медленно. Вместе с тем питательные вещества, содержащиеся в гумусе,
значительно полезнее вносимых удобрений. Последние менее эффектив­
ны при внесении их на эродированные почвы, чем на неэродированные,
хорошо оструктуренные почвы, содержащие достаточное количество орга­
нических веществ. Однако внесением органических удобрений можно
уменьшить эрозию на суглинистых мелкозернистых пылеватых почвах.
В то же время четырехкратное внесение органических удобрений в дозе
35 т/га не увеличивает содержание гумуса в почве.
Исследования показали, что из содержащейся под паром суглинистой
почвы теряется в 17 раз больше гумуса, чем в результате естественного
окисления. Следовательно, для поддержания гумуса в почве на одинако­
вом уровне следует ежегодно вносить органические вещества около
35 т/га.
Потери органического вещества средне эродированной суглинистой
почвой достигают 1050 кг/га в год.
В эродированном материале содержится органического вещества
больше, чем в сохранившейся почве. В эродированном материале с лег­
ких суглинков содержится на 30% больше органических веществ, чем на
суглинках. Потери органического вещества из почвы находятся в функ­
циональной зависимости от потерь почвы. Потеря гумуса из почвы зави­
сит от степени смыва самой почвы. Потеря почвенного органического ве­
щества и самой суглинистой и тяжелосуглинистой пылеватой почвы в
процессе водной эрозии составляет 0,0025 на каждую тонну смытой почвы.
В процессе смыва почвы происходит потеря не только гумуса, но так­
же азота и фосфора.
146
Потери из почвы этих питательных элементов можно возместить, но
эффективность их в обедненной веществами почве резко снижается.
Соотношение гуминовых и фульво-кислот в эродированных почвах бо­
лее узкое, при этом в эродированных почвах наблюдается много негидро­
лизуемых едким натром гумина и ульмина. Следует подчеркнуть, что в
нижних плохо аэрированных горизонтах содержатся пониженные формы
гумуса с преобладанием гуминовых кислот.
Быстрый рост использования минеральных удобрений вызывает необ­
ходимость ускорения разработки специальных методов наиболее точного
определения ущерба, связанного с потерями органического вещества из
почвы.
П о т е р и а з о т а . Обогащение смытой почвы азотом является пока­
зателем вымывания его из почвы в процессе эрозии. Наибольшая часть
азота вымывается с гумусом, в состав которого входит азот. Потери из
суглинистой пылеватой почвы общего азота и органического вещества вы­
ражены коэффициентами обогащения смытой почвы в пределах 1,24—
I,34. В отдельных случаях на этих же суглинках Коса для азота и для
органического вещества колеблется от 3,9 до 4,7. На участках, занятых
сельскохозяйственными культурами, потери азота со смытой почвой срав­
нительно небольшие.
Из суглинка на занятом овсом участке за год терялось 47 кг азота,
а на участке, занятом пшеницей и кукурузой, эти же потери составили
36 кг/га. Н а участках с легкосуглинистой почвой при уклоне поверхности
в 3,5% за год теряется 75 кг азота. При посеве покровных культур и вне­
сении азота теряется 75 кг азота, а при тех же культурах и внесении на­
воза в почву потери азота не превышают 20 кг.
На участках, содержащихся под паром, со склонами до 3,8% за год
терялось около 580 кг!га почвы. В этом эродированном материале со­
держалось 116 кг/га азота, из которых 6,9 кг/га в нитратной форме. На
задернелом участке в процессе стока терялось 47 кг/га азота.
В районах с умеренным и влажным климатом потери растворимого
азота из суглинистой почвы при уклонах в размере 5% выразились в
II, 6 кг/га в год.
Определение концентрации растворимого азота, стекающего с д о ж ­
девой водой, вызывает затруднения, так как в этой воде до поступления
на почву уже содержится некоторое количество растворимых солей и
почвенных частиц. В районах с умеренным и влажным климатом прибав­
ка азота в почве с выпадающими дождями колеблется в пределах 6—10 кг/га, а в засушливых — 0,5— 1,9 кг/га.
Потери азота при смыве почвы не связаны прямолинейной зависимо­
стью с потерями почвы: при смыве почвы водой азота теряется больше,
чем других элементов пищи растений.
П о т е р и ф о с ф о р а . Фосфор относится к группе наименее подвиж­
ных питательных элементов. Поэтому передвижение фосфора в нижние
слои почвы незначительно. Фосфор, поступивший в почву, обычно содер­
жится в верхнем ее слое. На органические формы приходится 65% от об­
щего содержания фосфора в почве. До половины фосфора удерживается
на поверхности глинистых частиц, поэтому в процессе водной эрозии и
выноса глинистых частиц и органического вещества происходит такж е
вынос из почвы значительного количества фосфора.
Опыты внесения суперфосфата в количестве 240 /сг/га с последующей
промывкой почвы водой дождеванием (25 мм) показали вынос суперфос­
фата в размере 8,5% от внесенного количества, а при второй промывке —
только 4%, дождевание сухой почвы сразу же после внесения вызвало
потерю 22% фосфора. Потери фосфора при эрозии почвы превышают
65%. Там, где поверхностный сток воды зарегулирован, потери фосфора
не превышали 20%.
10*
147
Важно отметить, что концентрация фосфора в дождевой воде, стекаю­
щей с почвы на склонах, значительно выше, чем в почве. Косп для обще­
го фосфора на суглинке (при склоне 20%) на поле с пшеницей равен j
1,3, а для растворимого фосфора, извлекаемого 0,002 н. серной кислотой,
этот показатель равен 1,5— 3,1.
П о т е р и к а л и я . 90—95% калия в почве находится в недоступных
д л я растений формах. Смыв растворимого калия поверхностным стоком
ограничен. Ежегодные потери растворимого калия с поверхностным сто­
ком из суглинистой почвы изменяются от 1,1 до 10 кг/га при смыве поч­
вы, достигающем 112 кг/га. Н адо полагать, что небольшие потери рас­
творимого калия с поверхностным стоком 1вызваны реабсорбцией ионов
этого элемента, присутствующих в воде в виде коллоидных частиц. Од­
нако содержание растворимого калия в поверхностном стоке воды может
быть весьма значительным в тех случаях, когда сток воды формируется
сразу после внесения удобрений.
Потери от водной эрозии внесенного в почву в качестве удобрения
калия изучены недостаточно. Потери доступного калия составляют от 1
д о 8 кг/га в год. Н а тяж елых суглинистых почвах потери общего калия
вы раж аю тся в 490 кг/га в год. Средние потери общего калия в процессе
эрозии из распаханного весной суглинка достигают 1600 кг/га, а на уча­
стке, засеянном мятликом, на такой же почве — 3—4 кг/га.
Косп для обменного калия значительно выше, чем для общего, он со­
ответственно равен 5,4— 1,4.
П о т е р я к а л ь ц и я из суглинистой почвы под сеяными многолет­
ними травами отсутствует. Н а незанятом сельскохозяйственными куль­
турами и необрабатываемом участке смыв кальция достигает 448 кг/га,
а при обработке на глубину 10 см потери кальция составили 516 кг.
С легкого суглинка, не защищенного травами, смыв почвы достигал
115 кг/га, а на площадях с посевом почвопокровных культур, получив­
ших удобрение, смыв составил 28 кг/га, а Косп 2,41. Н а суглинистой поч­
ве среднегодовые потери кальция от водной эрозии из-под многолетних
трав составили 13 кг, из-под обработанного на глубину 10 см чистого па­
р а — 30 кг/га. Н а суглинке из-под черного пара потери растворимого
кальция за год равнялись 11 кг. Н а участке, засеянном кукурузой —
14 кг) га, смыв кальция на суглинках — 7 кг/га.
П о т е р и м а г н и я . Потери магния в процессе эрозии незначитель­
ны. В среднем они не превышают 3 кг/га. Под паром на суглинке за год
смыто растворимого магния 1,4 кг, засеянном кукурузой — 4,0 кг/га. Об­
щие годовые потери общего магния — 200 кг/га, а на участке, засеянном
пшеницей, смыв магния равен 104 кг/га. Косп в этом случае равен 1,39.
Таблица
72
П отеря минеральных питательных вещ еств (в к г / г а )
Грунтовый сток
Ш вгрхнэстны й сток
Х арактеристика
Открытая площадь
8Д*1Яс 1 К- о., 28 лет,
сомкнутость 1,0
8Д 1Яс+Лп 1 К- о. сомк­
нутость 1,047
8Д 1Яс 1Лп, 67 лет,
сомкнутость 0 ,9
9Д 1Яс, 224 года, сомк­
нутость 0 ,8
148
M g2+
Са2+
M g 2+
К+
Na+
Саг+
18,26
12,84
7,13
6,92
3,36
2,15
2,40
2,49
25,13
33,26
12,06
18,05
7,40
3,85
1,0
1,22
—
—'
7,98
4,15
1,60
1,70
7,15
6,38
1,83
1,16
1,35
29,03
к+
Na+
12,95
5,61
12,75
6,10
4,61
2,15
3,91
18,63
6,18
10,50
П о т е р и с е р ы могут быть очень большими, смыв растворимой се­
ры на суглинистой почве, обработанной на глубину 10 см, равен 13 кг/га,
а на участке, вспаханном на глубину 20 см,—29 кг/га. Годовые потери
серы из-под пара на пылеватом суглинке составили 1,6 кг/га, а на тяж е­
лом-— 4,6 кг/га.
Определение концентрации питательных элементов осуществлялось в
воде, стекающей с поверхности почвы. Полученные данные объединяли
все виды потерь в результате механического перемещения частиц почвы
с коллоидной суспензией в виде раствора. С плодородных почв смыва­
ется больше, чем с бедных. Питательные вещества теряются вместе со
смываемой водой почвой в таком порядке: органическое вещество, ор­
ганический и аммиачный азот, доступный растениям фосфор, обменный
кальций. Средние показатели коэффициента обогащения смываемой поче ы (Косп) составляют для гумуса 2,1, азота 2,7, доступного фосфора 3,4,
обменного кальция 19,3.
Расход различных химических веществ на вырубке и в лесу в процес­
се поверхностного и грунтового стока на суглинистых почвах вы раж ает­
ся данными, приведенными в табл. 72.
Потери минеральных продуктов питания в процессе поверхностного
стока больше на безлесных территориях, чем в лесу, где они уменьша­
ются с увеличением возраста древостоев. Зато потери минеральных ве­
ществ с грунтовым стоком, наименьшие в 60—70-летних древостоях, з а ­
метно повышены в дубовых молодняках и перестойных древостоях. П о­
тери минеральных веществ в молодых и перестойных древостоях иногда
бывают д а ж е выше, чем на безлесных площадях.
Изложенные данные позволяют сказать, что вопрос изучения потерь
минеральных веществ в процессе передвижения воды на поверхности
почвы и в грунтовых водах очень сложный и недостаточно разработан­
ный. Наши материалы дают возможность признать эти исследования
актуальными в том отношении, что они позволяют разрабатывать нормы
внесения удобрений в почву. Удобрения, как показали наши опыты в Теллермановском лесу, способствуют повышению продуктивности лесов и
усилению плодоношения (Молчанов, 1964).
ПОВЕРХНОСТНЫЙ сток
В ГОРНЫХ И РАВНИННЫХ УСЛОВИЯХ
НА МАЛЫХ ВОДОСБОРНЫХ БАССЕЙНАХ
Роль леса как гидрологического фактора для обеспечения нормальной
функции водного хозяйства особенно возрастает в областях с сильно пе­
ресеченной местностью. В горных условиях уравновешивание паводко­
вой воды и продление оптимального стока на более длительное время
сухого периода играет большое значение.
Сток в горных условиях
Южного Урала
Рельеф местности в районах изучения поверхностного стока приобре­
тает характер увалов различной высоты. Ч ащ е всего холмы достигают
высоты 200—350 м, иногда среди крупных увалов встречаются мелкие
сопки. Поверхность обычно сильно изрезана котловинами на отдельные
малые бассейны.
Поверхность водосборных бассейнов покрыта суглинками, на кото­
рых чаще всего формируются светло-серые лесные тяжелые суглинистые
почвы. Более ровные площади распаханы под сельскохозяйственные
угодья, площадь которых колеблется от 0,6 до 1,5 км2, а иногда бывает и
149
меньше. Водосборные бассейны резко очерчены, подавляющая часть их
покрыта молодыми, приспевающими и спелыми древостоями. Нередко
среди леса встречаются горные луга и пашни, что позволило подобрать
■бассейны с различной лесистостью.
Таксационная характеристика лесных участков на водосборных бас­
сейнах приводится в табл. 73.
Таблица
73
Таксационная характеристика древостоев (1954—1957 гг.)
Осадки, мм
Состав
древостозв
Вэзраст
дрэвэстоя,
л ет
Сомкну­
тость
Площадь,
занятая
лесом, %
Общая п ло­
щадь водо­
сборного бас­
сейна, к м г
10С + Б
8С2Б
ЮС
8С2Б
80% пашни
10% луга
10% леса
30
31
73
60
1,0
1,0
0,9
1,0
49
56
103
103
0,98
1,13
1,03
0,54
233
233
235
230
612
612
615
610
845
845
850
845
60
10
10
1,25
215
5Э8
813
зимние
весенние
и летние
итого
К лесному участку № 3 73-летнего возраста примыкал полевой водо­
сбор площадью 0,86 км2, а к участку № 2 водосбор, занятый на 80%
пашней, 10% лугом и 10% сосковым древостоем 60-летнего возраста.
Слой стока и коэффициент стока на различных участках в 1954—
1955, 1955— 1956, 1956— 1957 гг. характеризуются данными, приведенны­
ми в табл. 74.
Поверхностный сток в горных условиях Южного Урала находится в
тесной зависимости от процента лесистости, точнее сказать, между сто­
ком атмосферных осадков и лесистостью существует прямая зависи­
мость. Наибольший сток наблюдается на пахотных землях. Наличие сре­
ди пахотных земель около 10% лесных площадей оказывает в горных
условиях слабое влияние на уменьшение стока (рис. 22).
Рис. 22. Изменение поверхностного
стока на Урале в зависимости от
процента лесистости на водосборных
бассейнах на суглинистой почве
Лесистость,
Наибольший слой стока приурочен к пахотным угодьям и наимень­
ший к сплошь облесенным площадям. Водосборные бассейны, сплошь по­
крытые лесом, отличаются слабым стоком атмосферных осадков по по­
верхности почвы. Средний слой стока равен 13— 15 мм, а коэффициент
стока 0,07—0,08, с максимумом 0,092 и минимумом 0,03. Таким образом,
лес в горных условиях способствует переводу воды в глубокие слои поч­
вы и горной породы.
150
Сток в реках Северного Кавказа
Д ля характеристики режима рек и его динамики использованы д а н ­
ные книги «Ресурсы поверхностных вод СССР», т. 8 (1967) и других
источников.
По этим данным, ледниковое питание рек, текущих с Северного К ав­
каза, вы ражается следующими показателями (в %):
Кубань у Коста Хетагурова
Малый Зеленчук у Алибердуковска
Большой Зеленчук у урочища Исправная
Лаба у Каланджинского
Кубань у Краснодара
35
35
30
20
20
П лощ адь ледников равна 828,53 км2, что составляет 2,2% всей пло­
щ ади Северного Кавказа.
Годовой модуль стока с площадей, занятых ледником, более чем в
пять раз превышает модуль стока безледниковых пространств.
В настоящее время все ледники Северного К авказа находятся в
стадии деградации, многие д а ж е исчезли. Снеговая линия повысилась
на 100— 150 м, а Безымянный ледник в верховьях Большого Зеленчука
отступил с 1887 по 1896 г. на 168 м. Большой Софьинский ледник отступ
пил на 160—210 м. Долинный ледник Д аут с 1897 по 1909 г. поднялся в
горы на 344 м.
С 1887 по 1957 г. ледники южного Эльбруса сократились по площади
на 3,6 км2, а Северного — на 2,55 км2.
Отступление ледников в последнее время вызвано характером макроциркуляционных процессов. С динамикой ледников связаны гляциальные сели.
Таяние ледников вызвано вековым повышением температуры (Будыко, Ефимова, 1968) и вековым повышением солнечной радиации, ко­
торые начались с 60-х годов прошлого века и достигли кульминации з
1940 г. При этом температура северного полушария, возросшая за пе­
риод потепления приблизительно на 0,6°, понизилась затем к середине
60-х годов на 0,2°. Сравнительно кратковременное потепление с меньшей
амплитудой наблюдалось такж е в последние годы XIX в.
Под влиянием стока ледниковых вод усиливаются эрозионные про­
цессы. Эрозионные процессы меняются в зависимости от подстилающих
горных пород. Г. В. Лопатин (1958) объединяет горные породы в четы­
ре группы в соответствии с мутностью рек. К первой категории он отно­
сит кристаллические и твердые метаморфические породы, обусловли­
вающие мутность воды в реках в пределах от 20 до 100— 150 г /л 3. Ко
второй категории относятся прочные осадочные породы, дающие мут­
ность от 20 до 150—250 г/м3, к третьей — от 20 до 100—2500 г/м3 и к чет­
ве р т о й — от 250 — до 2500—5000 г/м3. Прочность пород и крутизна скло­
нов не дают четкого и закономерного изменения мутности рек последо­
вательных категорий.
Ледники выполняют двоякую роль. В одном случае они разрушают
горную породу и подготавливают материал для селя в виде морен, в дру­
гом — насыщ ая ее водой, создают условия для движения.
Анализ данных стока взвешенных частиц и некоторых физико-гео­
графических факторов позволяет установить корреляционную связь
между площадью ледников и интенсивностью денудации почвы. Эта
связь проявляется по-разному в бассейнах рек и обусловливается лито­
логическим составом пород, на которых залегают ледники.
Сравнительно медленно нарастает денудация при увеличении площа­
ди л е д н и к о в в верховьях Кубани, Теберды, Маяк, Гизельдан, Большой Зе ­
ленчук, Чегем, Черен и Черен Балкарский. Большие разрушения вызы­
вают ледники в бассейнах Б аксана, Чегема и Аксаута. Особенно интен-
Таблица
74
Поверхностный сток в лесах Урала в зависимости от процента лесистости
106
91
16
16
181
186
54
49
5
14
122
112
85
73
13
15
161
157
среднее
96
72
16
14
180
172
1956—1957 гг.
49
56
100
100
0
10
1955—1956 гг.
1
2
3
4
5
6
Древостой в
возрасте
30 лет
31 года
73 лет
60 »
Пашня
80% пашня
10% луг
10% лес
среднее
о
X
1956—1957 гг.
>.
о.
0%
)
Коэффициент стока
1955—1956 гг.
0
А
Н
О
он
ОvP
Угодья
мм
1954-1955 гг.
т
е
■
£
Н
от
Те
Слой стока,
о
о
1954— 1955 гг.
О
\о
о
0,49
0,43
0,09
0,08
0,82
0,80
0,47
0,41
0,08
0,08
0,80
0,78
0,31
0,29
0,03
0,03
0,62
0,59
0,43
0,41
0,07
0,08
0,75
0,73
сивно происходит разрушение почвы на водосборах Терека, Ардана и
Генальдана. В бассейнах рек, где ледники отсутствуют или занимают
площ адь менее 2% , достаточно четко проявляется зависимость между ле­
систостью и интенсивностью денудации (рис. 23).
Защитные функции леса в максимальной степени выражены в дре­
востоях с густым кустарниковым подлеском. Последний следует форми­
ровать по днищам и склонам ложбин в виде полос.
Л еса на известняках надо выделить в особую категорию и запретить
на них сплошно-лесосечные рубки.
В верховьях Терека денудация вызывается расположением ледников
на глинистых солонцах, легко подверженных выветриванию, размывам
и оползням.
Бассейны рек с ледниковым питанием должны быть облесены с целью
осаждения твердого стока. Целесообразно облесение в поймах рек.
Д л я большинства водосборов оптимальная лесистость будет нахо­
диться в пределах 75—99%, при условии залесения участков в районах,
сложенных легко размываемым грунтом. Весьма актуально облесение
СМок,
т /г а
Р и с. 23. Т в ер д ы й ст о к н а К а в к а зе в за в и си м о с т и о т п р о ц ен т а л е си ст о ст и в о д о сб о р н ы х
бассей н ов
Р и с. 24. Р а с х о д с в о д о с б о р а в зв еш е н н ы х н а н о с о в в за в и си м о с т и о т р а с х о д о в воды
(в м 3, с е к )
152
мм
Лэтние осадки
ММ
Осадки за год
мм
226
221
198
196
246
239
173
170
158
156
196
190
198
199
171
174
221
214
534
530
468
463
618
602
526
520
475
467
623
614
ю
05
0))
О
X
t=)C
0O
'
1956 гг.
196
191
174
170
220
215
и
f-ю
05
1955 гг.
'З1*
ю
05
■1955 гг.
0)
X
еС
и
О.
о
■1957 гг.
1
(О
ю
0—
5•
-1956 гг.
1
1ою
C
-1955 гг.
1
to
О)
—
1
U
и
з
ю
05
?
ю
L
0O
5
—
■1957 гг.
:
Зимние осадки (снег),
о
j1*
10TЛ
5
1
L
D
Ю
05
1.
СО
ю
05
543
536
479
472
643
631
534
527
474
467
628
616
730
721
741
633
838
815
752
741
673
663
869
853
716
706
637
623
839
821
0О
)
X
оеоС
о<
734
723
650
639
815,3
831
глинистых сланцев и других рыхлых пород в целях улучшения водного
режима и предотвращения эрозии почв. Количество взвешенных нано­
сов возрастает с увеличением стока, который зависит от количества вы­
падающих осадков (рис. 24).
Изучение водорегулирующей роли горных лесов Черноморского по­
бережья К авказа (Коваль, Битюков, 1972) показало, что под пологом
девственных буковых насаждений, выросших на бурых горнолесных
почвах, замы кается почти весь процесс круговорота влаги. В водном ба­
лансе преобладает инфильтрация в иочвоподстилающём грунте. При
осадках 2264 мм в 1966/67 г., 1784 мм в 1968/69 г. и 2595 мм в 1969/70 г.
расходуется на склоновый сток соответственно 5,6, 28 и 59%, на грун­
т о в ы й — 43,1, 55,6 и 53,4%. В среднем расход влаги на общий сток рав­
няется 55,5%.
Расход на суммарное испарение в среднем составляет 459 мм влаги
за вегетационный период. Кронами перехватывается 8,9% осадков.
Как видим, горные леса сводят до минимума поверхностный сток и
тем самым полностью предотвращают эрозию.
Сток в горных лесах Грузии
Институтом леса в Грузии обработаны пятилетние данные с 1958 по
1962 г. по расходу воды в четырех водосборных бассейнах Западной
Грузии с лесистостью 30, 50, 70 и 90%, а такж е проведены работы но
изучению количества и расхода воды в горных речках в зависимости от
процента лесистости их бассейнов.
В осенний период 1967 г. сток воды в бассейне с лесистостью 70%
был в 2,2 раза больше, чем в бассейне с лесистостью 50%), и в 5,8 раза
больше, чем в бассейне с лесистостью 30%. Н а безлесном водосборном
бассейне стока не было (Азмайпарашвили, Чагелишвили, 1971).
В 1968 г. в трех водосборных бассейнах было осуществлено изучение
физических свойств почвы, мощности снежного покрова, характера сне­
готаяния, выноса твердых и жидких осадков. Показатели физически*
свойств почвы под лесом оказались более благоприятны для впитыва­
ния воды, чем на безлесных площадях.
153
В ра'нневесенний период (март 1968 г.) до интенсивного снеготаяния
установлена следующая разница в месячном расходе воды с 1 га:
Лесистость,
%
70
50
30
70
50
30
1968 г.,
март
1969 г.,
март
Г968 г.,
ап рель
1968 г.,
15—24 июня
3.53
4,50
5.30
4,98
3,69
3,69
10,9
19,5
24,5
16,4
22,0
36,7
19С8 г.,
ноябрь
1969 г.,
апрель
7,4
4,1
3 ,5
4,5
0,32
0,29
1969 г., ливень
6 октября
0,29
0,60
1,32
В период интенсивного снеготаяния во всех водосборных бассейнах
поверхностный сток увеличивается.
Н а четвертом объекте исследований воды быстро впитываются осы­
пями и расщелинами скелетных почв. Водотока на нем нет. Только при
сильных ливневых осадках и интенсивном снеготаянии воды, подобно
селевым потокам, текут по ущелью. Наносы этих потоков огромны.
18 июня 1968 г. ширина потока была 55 м, глубина 0,6 м и быстрота те­
чения 3,6 м/сек. Расход со всего бассейна равнялся 11,83 м5/сек, или на
1 га 0,42 м3/сек.
М атериалом по изучению влияния лесистости на сток рек, получен­
ным из Гидрометслужбы Грузинской ССР, служили показатели за 1968—
1969 гг. по четырем водосборам горных рек Западной Грузии: р. Чирухиецкали до створа с. Шаухев (лесистость 30% ), P- Тхенши до створа
с. Ханши (лесистость 50% ), р. Гцазеули до створа Хидистави (лесистость
70%) и р. Хоби до створа с. Лечехаре (лесистость 96%).
Указанные реки и водосборы близки по гидрографическим показате­
лям. Площади водосборных бассейнов, их лесистость и распределение
лесов по полноте приводятся в табл. 75 (по А зм айпараш вили).
С увеличением лесистости увеличивается процент площади с полно­
той 0,5 и выше, что обусловливается улучшением водоохранно-защитных
функций бассейнов. Водность рек увеличивается с повышением леси­
стости бассейнов.
Во время весеннего половодья наибольшими показателями стока от­
личаются бассейны с меньшей лесистостью (30% ), процент стока в ниг
доходит до 26,5%), а наименьшими — при 90% лесистости (15,3%).
Таблица
75
Зависимость слоя стока воды от лесистости
Бассейны рек
Показатели
Общая площадь, га
Распределение древостоев по пол­
ноте, %
редины
низкополнотные
сре днеполнотные
высокополнотные
Атмосферные осадки, мм
Слой стока, мм
Лесистость, %
154
Чирухиэцкали
Тхенши
Гцазеули
Хоби
9937,5
11 105,3
23 684,9
27 778,0
4,1
8,6
14,5
3,3
1205,9
1141,2
30
8,1
17,6
20,7
3 ,4
1 038,5
1425,9
50
1,3
16,8
20,8
11,2
1 674,5
1435,7
70
0,2
32,2
52,3
4 ,8
1888,8
2507,5
90
С увеличением лесистости уменьшается паводковый сток и возраста­
е т годовой.
В засушливые периоды года с увеличением лесистости сток воды
уменьшается.
Из представленных материалов можно сделать вывод, что лесистость
водосборов должна быть не меньше 60—65%.
Наилучшие результаты здесь дадут добровольно выборочные рубки.
При сплошных рубках водоохранные и водорегулирующие свойства ле­
с а ухудшаются.
Постепенные рубки нужно проводить узкими полосами (60 м).
Прибрежные лесные насаждения выполняют большую защитную роль.
Только весенними наводнениями в 1968 г. на не защищенных лесом
участках р. Риони с площади свыше 10 га был смыт и унесен слой почвы
толщиной 2,0—2,5 ж, а в аналогичных условиях на площадях, покрытых
лесом, наблюдалось лишь выворачивание отдельных деревьев.
Более эффективное задержание наносов рек наблюдается в густых
древостоях:
Ольшаник
•сомкнутостью
Задерж ана толщ а
наносов, м
_
Длина наносов, м
0 ,7 —0 ,8
0 ,4 - 0 ,5
0 ,2 —0,3
0
1,0 —1,5
0 ,5 —0 ,9
0,3 5 —0,40
0 ,0 6 —0,25
180—200
220—250
300
600—800
По степени устойчивости к временному затоплению древесные породы
распределяются в убывающем порядке так: ива (белая, плакучая), оль­
ха (черкая, серая, Л ап и н а), тополь (черный, канадский, пирамидаль­
ный), белолистный кавказский вяз, осина, дуб длинноножковый, шелко­
вица, платан, граб, ясень, клен остролистный, груша лесная, акация
белая.
Сток в горных лесах Закарпатья
В Закарпатской Украине влияние леса на сток атмосферных осадков
изучалось в течение 5 лет (с 1959/60 по 1963/64 г.) на водосборных
бассейнах, не пройденных рубкой и спустя 2 года после рубки. Исследо­
вания велись в буковых лесах на трех водосборных бассейнах площадью
3,94, 6,67 и 7,29 га (Чубатый, 1968).
Изменение годового стока на трех водосборах до и после рубки вид­
но из табл. 76.
Поверхностный сток зависит от количества годовых осадков. Веро­
ятно, изменяется он до и после рубки. Однако утверждать это определен­
но по результатам наблюдений первых 2 лет после рубки еще нельзя,
та к как за последние два года выпало значительно больше осадков, чем
в годы до рубки. Количество годовых осадков существенно влияло на
слой стока и до рубки. Примером может служить повышенное количество
осадков в 1961/62 г. В первые 2 года нельзя ожидать большой величины
стока, так как поверхностный слой почвы еще не уплотнен и атмосфер­
ные осадки фильтруются в глубь почвы. И в дальнейшем нельзя разницу
в величине стока воды до рубки и после рубки целиком относить за счет
испарения лесом, потому что вырубка уже на второй год и тем более на
третий зарастает травянистой растительностью, которая, бесспорно, уси­
ливает и ускоряет процессы фильтрации воды в почву и в более глубокие
слои горной породы по трещинам. Нельзя не учитывать и того, что про­
цессы весеннего снеготаяния идут быстрее и воды на единице площади
вырубки скапливается больше, поэтому и поверхностный сток может
быть больше. Эта сторона вопроса в лесной гидрологии пока еще не
освещена и в цифровом выражении не представлена.
155
Т аблица
76
Основные показатели до и после сплошной рубки
Коэффициент стока
Слой стока, мм
Г идрологичгский год
Осадки, мм
1
2
3
I
2
3
0,27
0,40
0,59
0,26
0,33
0,20
0,35
0,33
0,18
0,28
0,24
0,36
0,47
0,25
0,24
0,59
0,71
0,44
0,43
Сток за год до рубки
1959/60
1960/61
1961/62
\ 902/63
1963/64
900,5
804,4
922,4
800,6
820,9
180,0
280,7
306,6
140,2
228,7
239,6
317,9
547,0
210,6
270,3
212,7
290,2
436,0
202,8
193,6
После рубки
1964/65
1965/66
1191,5
1178,9
—
—
—
—
—
Сток за вегетационный период (до рубки)
1959/60
1960/61
1961/62
1962/63
1963/64
101,1
65,1
90,7
34,56
78,5
142,2
137,6
241,1
117,7
131,1
619,4
563,4
394,8
415,3
510,6
143,6
131,9
188,9
91,8
130,8
—
.—
_
;_
—
—
—
—
0,23
0,23
0,48
0,22
0,26
0,16
0,12
0,12
0,08
0,15
0,23
0,24
0,24
0,26
0,26
0,60
0,39
0,27
0,19
0,32
0,29
Сток после рубки
1964/65
1965/66
Сток в горных лесах Киргизии
Непродолжительные наблюдения за поверхностным стоком прово­
дились в Южной Киргизии на Д ж ал ал абад ской лесо-плодовой научноисследовательской станции. Здесь было выбрано три водосборных бас­
сейна, приуроченных к черно-бурым почвам, сформировавшимися на
лёссе. Один из водосборов площадью 50 га был полностью безлесный,
второй площадью 53 га на 30% занят древостоями грецкого ореха, а
остальная часть занята выгоном для скота, третий ллощадью 60,5 га
полностью облесен.
При осадках за гидрологический год в размере 1680 мм годовой по­
верхностный и выклинивающийся почвенный сток, в зависимости от про­
цента лесистости, изменяется таким образом:
Лесистость %
Коэффициент поверхностного стока
Выклинивающийся сток от годового
количества осадков, %
0
0,12
0
30
0,01
9
100
0,001
12
Видно, что растительность влияет на величину стока как непосредст­
венно, так и через испарение и транспирацию. В зависимости от видо­
вого состава растительности изменяются инфильтрацнонные и водоудер­
живающие свойства, от сомкнутости древостоев меняется величина транс­
пирации и испарения. В сомкнутых древостоях главным расходным про­
цессом является транспирация, тогда как испарение заметно уменьшает­
ся. В редких древостоях испарение преобладает над транспирацией
156
вследствие задерж ания осадков травяным покровом и испарения с по­
крова и почвы.
Водопроницаемость почвы и инфильтрация воды в нее, а также водо­
удерж иваю щ ая способность почвы очень сильно зависят от содержания
органических веществ в почве — чем их больше, тем интенсивнее идут
процессы впитывания воды почвой и миграции ее. Рассмотренные д а н ­
ные показали, что подстилка и дернина способствуют повышению ин­
фильтрации влаги.
Как видим, между лесом и почвой существуют тесные взаимосвязи, в
■едином процессе почвообразования осуществляется тесное взаимодейст­
вие воды, почвы и растений.
Сток в равнинных условиях
лесной зоны
Лесная зона занимает более одной трети территории нашей страны,
поэтому особо важно знать взаимодействие между лесом, водой и поч­
вой в зависимости от процента лесистости водосборных бассейнов. И зу­
чение взаимодействий между лесом, водой и почвой важно потому, что
во всем мире наблюдается тенденция быстрого сокращения лесного пок­
рова. Следующая за обезлесением эрозия охватывает новые площади не
только в лесостепной и степной зонах, но и в лесной.
Нельзя забывать, что л е с а — это самое действенное средство борьбы
с эрозией многих разновидностей почв, поэтому сведение лесов в верх­
них бассейнах рек д а ж е в тех случаях, когда это делается в интересах
развивающихся сельского хозяйства и лесной промышленности, совер­
шенно неразумно; трагические последствия уничтожения лесов Цент­
ральной Америки, Средиземноморья и Китая служат ярким подтвержде­
нием этого.
В этой связи мы поставили перед собой задачу подвести итоги ис­
следованиям по изменению стока в связи с процентом лесистости не
только в горных районах и лесостепи, но и в лесной зоне.
В равнинных условиях лесной зоны слой стока и его коэффициент
та кж е меняются с изменением лесистости. Связь стока с лесистостью
здесь не менее четко проявляется, чем в других зонах (табл. 77).
В лесной зоне лесистость водосборного бассейна оказывает сущест­
венное влияние на слой и коэффициент стока. Безлесные территории з а ­
метно увеличивают слой весеннего стока. Полная облесенность сводит
сток к минимуму. Чем больше глинистых частиц в почве, тем выше слой
стока в лесу. Тяжелосуглинистые почвы способствуют сбросу 50% атмо­
сферных осадков с водосборного бассейна, сплошь покрытого лесом.
На легких суглинках сток при 100% лесистости падает до 13%, на су­
песчаных почвах до 5%) от общего количества запасов воды в снеге.
В связи с механическим составом почвы сток заметно изменяется и на
безлесных площадях. На тяжелых суглинках он варьирует от 85 до
100%, на средних и легких суглинках составляет 60—70%, на супесях —
25—50% и на песчаных почвах не превышает 12%.
М ежду расходом воды на сток (в мг) и расходом взвешенных нано­
сов (в кг/сек) существует п р ям ая зависимость, вы раж аем ая уравнени­
ем прямой линии:
Расход воды на сток, мг!сек
Расход взвешенных наносов, Kejcen
0,02
0,0 7
0,04
0,09
0 ,06
0,11
0,08
0,13
0 ,1
0,15
0 ,2
0,28
Н а суглинистых почвах, подстилаемых водоупорными тяжелыми
суглинками, поверхностный сток в лесу и на иеоблесившейся вырубке
7— 10-летней давности в среднем за год характеризуется показателями,
представленными в табл. 78.
157
Т а б л и ц а 77
Средний слой и коэффициент весеннего стока по многолетним данным в лесной зоне
на суглинистых почвах
Стоковая станция
Валдайская гидрологическая
лаборатория, почва суглини­
стая дерново-подзолистая
Волковская, Рыбинский р-н,
Ярославская обл., почва лег­
косуглинистая дерново-сла­
боподзолистая
Прибалтийская
»
Шуйская, Ивановская обл.
Подзолистый суглинок
Волоколамская, Московская
обл., около Осташева, почва
дерново-подзолистая, глини­
стая
Горетовская, Московская
обл., почва глинистая
Подмосковная, Истринский
р-н, почва дерново-подзолистая, суглинистая
Осташевская,
Московская
обл., почва дерново-подзолистая суглинистая
Загорская, Московская обл.
почва суглинисто-дерново­
подзолиста я
То же
»
Придеснянская,
ская обл.
То же
Сахалинская обл.
158
Чернигов­
Водосбор
Продолжи­
Площадь тельность Лесис­ Слой
водосбора, наблюде­
тость, стока,
о/
км 2
мм
/0
ний, лет
Коэффици
ент стока
Усадьевский
Лог таежный
0,36
0,45
10
10
2
100
185
114
0,85
0,50
Полевой
Волготня
Лог лесной
0,038
0,32
3,08
4
4
4
0
19
100
121
151
119
0,88
0,80
0,61
Лог полевой
Лог лесной
Лог безлесный
Лог СОСНОЕЫЙ
То же
»
»
»
Лог еловый
То же
»
»
Лог безлесный
0,11
0,07
0,43
0,56
0,61 '
0,59
0,56
0,60
0,49
0,58
0,72
0,37
0,48
0,53
0,56
0,60
0,42
0,88
0,42
0,11
0,07
0,33
0,23
0,23
0,31
6
6
5
5
5
5
5
5
4
4
4
4
4
4
4
4
4
6
6
6
5
6 '
6
3
3
100
100
0
25
38
53
72
100
28
40
80
100
0
15
35
60
100
5
85
0
100
16
95
0
20
165
130
168
8i
58
45
140
32
132
105
72
56
123
121
102
90
51
117
64
ИЗ
40
120
52
165
68
—
0,73
0,32
0,21
0,19
0,1 8
0,16
0,53
0,42
0,32
0,27
0,95
0,90
0,83
0,68
0,41
0,65
0,30
0,68
0,21
0,73
0,32
0,72
0,35
0,25
3
56
33
0,18
0,64
0,33
3
3
100
0
24
67
0,13
0 ,38
0,55
0,40
0,12
0,10
1,10
3
3
13
13
13
30
90
0
30
100
20
40
84
31
16
62
62
35
0,23
0 ,12
0,51
0,44
0,38
0,56
0,21
0,11
Школьный
Лесной
Лог полевой
Лог лесной
Лог полевой
Лог лесной
Полевой
Частично обле­
сенный
Среднеоблесенный
Лесной
Полевой пахот­
ный
Между лесом
Пахота
Липин под ляд
Вороний яр
—
Таблица
78
Поверхностный сток в лесу и на вырубке в средней тайге (Харовский район,
Вологодская обл.) (в мм)
1956 г. •1957 г.
1958 г.
Элемент водного баланса
1956 г.
1957 г. 1958 г.
Среднее
Среднее
Лес
699
385
314
812
432
380
729
416
313
747
413
со
со
Осадки за год, мм
Сток, мм
Транспирация и испарение,
мм
Вырубка
812
501
311
639
471
218
729
433
296
747
468
275
При близком залегании грунтовых вод разница в стоке между лесом
и вырубкой составляет только 55 мм.
В пределах средней тайги поверхностный сток существенно изменя­
ется в зависимости от степени заболоченности территории (табл. 79).
Т аблица
79
Средний годовой поверхностный коэффициент стока в средней тайге на различно
заболоченных и незаболоченных почвах
Распределение I ло щаДей, %
лес
болото
Состав д ре­
востоев
Коэффици­ Испарение,
Осадки, мм ент стока мм
Почва
ri ашня
100
0
0
ЮЕ
0
64
100
36
0
0
—
8Е2С
Тяжелосуглинистая, тем­
ноцветная карбонатная
Верховое болото
Тяжелосуглинчстая, тем­
ноцветная карбонатная
698
48
335
713
705
31
40
492
423
Расходы воды на сток и испарение, как показали наблюдения, весь­
ма разнообразны. Они зависят от типа леса, степени заболоченности
территории, лесистости водосборных бассейнов и почвенных условий.
Д л я того чтобы регулировать режим водосборного бассейна, следует
учитывать все эти факторы. Следует улучшать гидрологические условия
местности осушительной мелиорацией, рациональным распределением
лесов на водосборном бассейне, проведением эффективных способов ру­
бок и восстановлением на площадях рубок желательного состава пород.
Т а б л и ц а 80
Сток в различные периоды года на пяти различных водосборах (в мм)
Номер водосборов
Период
1
Зима 1967/68 г.
Весна 1968 г.
Лето 1968 г.
Осень 1968 г.
Зима 1968/69 г.
Весна 1969 г.
Лето 1969 г.
65,5
124,4
80,0
112,2
105,0
133,7
55,3
2
— .
54,8
71,0
75,1
99,1
41,9
3
61,5
129,5
62,4
83,2
55,6
126,8
34,6
4
42,0
101,5
63,4
70,2
28,1
111,3
22,6
5
— .
—
126,3
32,2
140,5
48,3
159
Сток воды после мелиорации в разные периоды года изучался Отде­
лом гидролесомелиорации Латвийского научно-исследовательского ин­
ститута лесохозяйственных проблем и характеризуется данными табл. 80.
Предварительный анализ результатов опытов на стационаре Весетниеки показал, что устройство гидролесомелиоративной сети не вызывает ухудшения режима речного стока, а улучшает его; как отмечалось,
м аксимальные модули стока с осушенных лесных водосборов примерно
наполовину меньше, чем максимальные модули стока со всего речного
водосбора, что вполне можно отнести к среднесуточным модулям весен­
него половодья. Д л я 50% обеспеченности за летне-осенний период вы­
числены следующие модули:
Для р. Весета
Водосбор
»
»
»
»
1
2
3
4
5
0,75
0,40
0,36
0,42
0,46
0,49
Для р. Весета
Водосбор
»
»
»
»
1
2
3
4
5
0,05
0,11
0,08
0,09
0,07
0,11
ПОВЕРХНОСТНЫЙ СТОК НА МАЛЫХ
ВОДОСБОРНЫХ БАССЕЙНАХ
В ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЕ
Н а территории Центрально-Черноземного района, а также в прилегаю­
щей к ней Брянской обл. насчитывается около 1140 рек длиной более
10 о >и большое количество оврагов. В бассейне Дона насчитывается
около 600 рек, в бассейне Днепра — 248 и ;в бассейне Оки — 185. В на­
стоящее время гидрометрические наблюдения ведутся в этих районах на
90 реках, работают 150 водомерных постов.
В последнее время часто раздаются голоса, что в связи с уменьше­
нием площади лесов происходит уменьшение стока в речных бассейнах.
Естественно, сток воды в реках меняется .в связи с периодическими из­
менениями климата, а следовательно, и количества выпадающих осад­
ков. Систематического уменьшения стока рек, вообще говоря, не наблю­
дается. Водность рек меняется через 3—5 лет, а также в 11, 22, 25-лет­
ние и другие более длительные периоды. Что касается общего обмеления
рек, то его не будет до тех пор, пока атмосферные осадки в бассейне
превышают испарение с его поверхности, а избыток воды неизбежно бу­
дет находить путь к морю, который проходит только по рекам. Однако
перераспределение стока в течение года на облесенных бассейнах весь­
ма существенно отличается от перераспределения стока на безлесных.
На облесенных водосборах меженный сток всегда выше, чем в безлесных.
Н а малых водосборных бассейнах площадью от 5— 10 га и более по­
верхностный сток изучается с целью выяснения особенностей распреде­
ления местного стока по поверхности. Существенное отличие его от
речного заключается в том, что незначительные углубления водотоков
дают возможность перехватить только поверхностные воды. Значитель­
ная часть атмосферных осадков фильтруется в лежащие ниже горизон­
ты на пологих склонах и нередко выклинивается в соседние водосборные
бассейны.
Местному стоку в Центрально-Черноземном районе посвящен ряд
работ. К числу их относятся наблюдения в Каменной степи Воронеж­
ской обл. И. П. Сухарева (1965), в Курской обл. А. М. Грин и
Г. В. Н а зарова (1965). Д л я ряда областей центрально-черноземных
районов опубликованы отдельные элементы водного баланса И. Н. Со­
рокиным (1965). Большое количество данных по местному стоку приво­
дится В. Я- Фроловым (1965), а такж е нами (1970).
160
Длительные наблюдения (1933— 1958 гг.) по установлению запасов
воды в снеге, а та кж е наблюдения за поверхностным стоком атмосфер­
ных осадков проводились в Каменной степи. По данным этих наблю­
дений, запасы в снеге и сток с различно залесенных и полевых водосбо­
ров сильно изменяются как по годам, так и в зависимости от облесенности водосборных бассейнов. Наименьшие величины весеннего стока
наблюдались там, где лесистость на водосборе достигла 18% (кстати
сказать, наибольш ая), несколько больший сток на балке Лесной с ле­
систостью 6% и еще больше в бассейне балки Озерки (лесистость 3,6%).
Н а близком по природным условиям степном водосборе «Большой К рас­
ный» сток с 1935 по 1941 г. колеблется от 4,8 мм, при коэффициенте
0,08, до 111 мм, с коэффициентом стока 0,89, или в среднем составил
42,8 мм, при среднем коэффициенте стока 0,64.
В Каменной степи, на крупных балках Сухой Чиглы с площадью во­
досбора 140 км2, весенний сток колеблется от 1,9 мм в 1954 г. до 65,1 мм,
в 1951 г. В среднем за период с 1951 по 1958 г. средний сток равнялся
29,7 мм. В балке Березовая с площадью водосбора 113 км2 весенний
сток варьировал от 2,1 мм в 1954 г. до 87 мм в 1951 г., составив в сред­
нем 36,5 мм.
В балке Таловая с площадью
водосбора 90 км2 средний весенний
сток за 8 лет выразился ib 36,0 мм с минимумом 2,4 мм в 1954 г. и
максимумом 78 мм в 1951 г. Близкий к приведенным данным весенний
сток наблю дался в балках Каменка, Корольская и Дубовая.
В среднем по всем водосборам балок наблюдался в отдельные годы
следующий сток:
Год
1950
-1951
1952
1953
Сток., мм
—
73,4
33,0
81,0
1954
4 ,0
1955
1956
25,4
17,3
1957
32,0
32,0
1953
Среднее
35
Наибольший сток наблюдался с водосбора Большой Каменки,
в
среднем 42,8 мм, а наименьший на водосборе Сухой Чиглы. Здесь сток
зарегулирован прудами, водоемами, задерживающими ежегодно 7—
8 мм талой воды.
Н а интенсивность стока влияют условия зимы в периоды снеготая­
ния, промерзание почвы и влажность ее, а такж е осадки.
Т а б л и ц а 81
Сток с малых водосборов Курской обл. (в мм)
Сток по годам
Балка
Ерохина пасека
Полоновский лог
Ближняя дубрава
Площадь
водосбора,
км2
1Д
2,37
0,50
Средний
1955
1956
1957
1958
1959
40,7
42,3
—
21,4
19,1
— '
9,1
6,7
2,1
34,0
31,0
10,1
25,4
28,0
6,1
26,1
25,4
6 ,8
Сток с малых водосборов Курской обл. учитывался Управлением гидрометслужбы (УГМС) в бассейне р. Кур в 1946— 1959 гг. в ручье Рать,
балках Цветово и Ерохина пасека, в Полоновском логу и Ближней дуб­
раве. Результаты замеров стока с малых водосборов Обоянского райо­
на Курской обл. за 1955— 1959 гг. приводится в табл. 81.
Ерохина пасека и Полоновский лог полностью распаханы, поэтому
сток с этих водосборов одинаковый. Н а водосборе Б лижняя дубрава р аз­
мещен плодовый сад. Это вызвало уменьшение стока с водосборного бас­
сейна.
На водосборе Цветово Курской обл. величина стока колеблется от
7,3 до 115,7 мм, а в среднем за 14 лет составила 42,8 мм. Средний коэф­
фициент за 14 лет равен 0,82 мм с колебанием от 0,10 до 0,88. Величина
11 А. Молчанов
161
стока и коэффициент стока на водосборе Цветово заметно ниже, чем на
р. Кур. На р. Кур наименьший сток равен 22,7 мм, наибольший 140 мм,
а средний 66,8 мм. Коэффициент стока варьирует от 0,35 до 0,92, а в
среднем равен 0,73. На ручье Рать средняя величина стока равна 74,3,
м аксимальная 133,5 и минимальная 31,3 мм, коэффициент стока изме­
няется от 0,31 до 0,96, составляя в среднем 0,75.
Местный сток в условиях центрально-черноземных районов отлича­
ется большой неравномерностью по сравнению со стоком речной сети.
Н а весенний сток в поле существенное влияние оказывает ледяная
корка. Сток на площадях, покрытых ледяной коркой, в среднем более
чем в четыре раза больше, чем при ее отсутствии.
Колебание погодных условий осени, зимы и весны существенно ска­
зывается на величине стока. В многоводные годы сток обычно больше,
а в маловодные сильно снижается.
На Нижнедевицкой стоковой станции Воронежской обл. поверхно­
стный сток изучался по нескольким водотокам. В безлесном водосборе
Л ог Татьянин поверхностный сток и коэффициент стока меняются в от­
дельные годы таким образом:
Год
Слой стока, мм
1950
1951
1952
1953
1954
1955
52
0,56
106
0,74
69
Коэффициент стока
130
0,96
33
0,47
33
0,60
1,0
1956
1957
1958
101
101
0,55
0,92
37
0,32
Среднее
74
0,69
Н а Придеснянской стоковой станции слой стока и коэффициент сто­
ка в безлесном логу Липино меняется по отдельным годам:
Год
Слой стока, мм
Коэффициент стока
Год
Слой стока, мм
Коэффициент стока
1947
147
0,94
1948
1949
1950
1951
1952
1953
21
56
64
119
38
0,54
0,55
0,82
0,47
64
0,86
1958
1959
Среднее
59
0,34
34
67
0,2
0,5
1954
1955
1956
1957
61
53
0,63
0,40
108
0,62
58
0,45
При этом небольшой слой стока в 1959 г. в Придеснянской станция
приурочен к наибольшему слою стока в Воронежской обл.
В Теллермановском опытном лесничестве изучение стока в различ­
ных типах леса проводилось в связи с изменением процента лесистости
водосборных бассейнов, а такж е в зависимости от проведения на них
сплошных рубок разной ширины.
Н а водосборных бассейнах различной площади были осуществлены
сплошные рубки: 1) на всей площади водосбора в размере 2,5 га; 2) на
49% площади водосбора, равного 3,25 га; 3) на 20% площади водосбо­
ра, равного 878,3 га. Д л я сравнения в идентичных условиях выбран
контрольный водосбор площадью 129,62 га, на котором не было рубок.
Имелся такж е полевой водосбор площадью 25,12 га.
Полевой водосбор отличается одной существенной особенностью. Оц
содержит на 60 мм меньше запасов воды в снеге по сравнению с лесны­
ми водосборами. Подобное явление вызвано выносом снега с безлесно­
го водосборного бассейна и испарением с него. Снег, переносимый вет­
ром, отлагается в бассейнах с наиболее глубокими оврагами.
Все перечисленные водосборы характеризуются очень холмистым
рельефом, в основном покрыты темно-серыми почвами с незначитель­
ным участием площадей с остаточно-осслоделыми и солонцовыми поч­
вами (табл. 82).
Запасы воды в снеге на поле перед началом снеготаяния были &
1,6 раза меньше, чем на сплошной вырубке шириной 50 ж и длиной
500 м. Н а сплошной вырубке шириной 100 м и длиной 300 м и в приле162
О Я
\о
ь
s§ *« оS.
wо)О
«я U
*«вя °
^ в <D
» Ян а£ О
о
_ 5t\j3 If
Л
£ —0>
'oS °
я
а ?о
ag°
Ячо О
о§*
2. \о
л ^с ^^ <
^3 Л
3
03 I
5
=
г*Л
я о
.&н
•&
>
со<■
^
3л ая>
USN
CQ О О
C
Q
О vH Ю
vf
СО ^
s f
о о o'
О О О О О
CD
•чН
00 ю со
СО ю N
ло 3
^
О
яя^
1Л
00
*5Р
тн
О О t— Ю С
М
С4!
СО ■*т“'
0 - O-Jтн
^о 00
00- 1>
W
00
-гН
Ю СО СО
чС со Ю
с -а -
,5 3-“
СО *=С и
1)
с- >чО
Слой и коэффициент стока весной на темно-серых и солонцовых почвах
\о
^
>.С S
зВ*5к *лс
о ю о о со
оо-
см
см
о оо
СО
СМ
СО СО СО v f 05
05
СО СО v f
CJ со СМ
■чн
X
о
О X
52
о
гг
в
о
ч
о
О OJ
е« К ®>
с- СМ
3 СМ
га>
s
он»
™§
>>о
о с
с 0к3
. -
S ч
S* о
СЗ t=t
^° §о
X
52 ч2 ска
S Л 1м
|§
о
X
Си
4§ 4
«
cd
d,
*5 О О О
X
О
Е
Г
КОК
к
я о и
св
О
чА
C
Q
0)
и 5У 4и>
О О О v~ I
Я
Н *s
“ 50
д
Ё
§
о W ,а
и>/ О
о s j s
IS,Е—1 Н Н о Н " о h h 6
я
о
а
СО f -
§ g
щ
- g f
га
л со
д н к
а) оо са
35Й • - О33
Й vp QJ
vO О
00 05
О
Я О
=Гс4с
5 см
се
,<5 3 щ
О
О ЕГО и
О
о оо
М
£ А
о
11*
163
гающем к ней лесу запасы воды равнялись 144 мм. На водосборном
бассейне, состоящем из дубрав осоково-снытевой группы, и частично в
солонцовой дубраве запасы воды в снеге составляют 138 мм, а на вы­
рубках шириной 100—200 м и длиной 1000 м — 153 мм. В древостоях,
не пройденных рубкой, они составляли 150 мм.
Повышенный коэффициент стока на водосборе с лесистостью в 91 %
вызван значительным количеством древостоев, приуроченных к солон
цовым дубравам, расположенным по южным и юго-западным склонам
балки Крутец. По поверхности солонцовых и остаточно-осолоделых
почв, связанных с солонцовыми дубравами, поверхностный сток идет
интенсивнее и в повышенных количествах.
Рис. 25. Коэффициент стока в лесо­
степи и сгепи на темно-серых поч­
вах, черноземах и солонцах в зави­
симости от процента лесистости.
Безлесные пространства на черно­
земах заняты полями и выгонами
(кривая 3 ) , а на солонцах — травя­
ной растительностью
1 — черноземы в степи; 2 — солон­
цы в лесостепи; 3 — темно-серые
почвы в лесостепи; 4 — темно-серые
лесные почвы, безлесные простран­
ства под вырубками
Ю
го
30
40 50 ВО о 70
Л есист ост ь , У
90
100
Н а крутых склонах вырубок, где до лесозаготовительных операций
росли древостой липово-осоковой дубравы, поверхностный сток талых
вод весной равнялся в среднем 74,4 мм, а коэффициент поверхностного
стока — 0,50.
На южных склонах, занятых до рубки бересклетовыми и солонцовы­
ми дубравами, поверхностный сток после рубки равнялся 108 мм, при
коэффициенте стока 0,75. Другими словами, он равнялся поверхност­
ному стоку на солонцовой поляне, покрытой травянистой растительно­
стью.
Данные табл. 82 красноречиво свидетельствуют об огромном влия­
нии растительности на распределение атмосферных осадков. Безлесные
территории, используемые под выпас, а такж е солонцовые поляны, на
которых пастьба не производится, порождают высокий слой и коэффи­
циент весеннего стока. Немногим меньше сток с водосборов и склонов
балки после рубки (коэффициент стока в пределах 0,71—0,75).
Сильно отражается на снижении слоя стока увеличение лесистости
водосборного бассейна. При сплошной вырубке 49% площади водосбо­
ра коэффициент стока снижается до 0,34, а при вырубке 20% площади
он падает уже до 0,15.
Н а солонцовых почвах при снижении лесистости до 45% коэффи­
циент стока снижается до 0,58, а при лесистости 80% он уменьшается
до 0,21 (рис. 25).
В летний период средний слой стока и коэффициент его составляют
очень незначительную величину (табл. 83).
В летний период наиболее высокий коэффициент стока наблюдался
на водосборе площадью 3,25 га, где непрерывно течет родник. Второе
место по величине слоя стока (20,2 мм) занимает безлесный водосбор
площадью 25,12 га. Остальные водосборы отличались очень низким
слоем и коэффициентом стока в летний период.
Средний годовой сток (табл. 84) выше всего на водосборе с выруб­
кой леса на 49% площади. На этом водосборе сток не прерывался круг164
Т а б л и ц а 83
Сток и коэффициент стока в летний период *
Номер
водо­
сбора
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
И
Почва
Мощный чернозем
Темно-серая лесная
То же
Темно-серая лесная с не­
большим участием остаточно-осолоделых почв
Темно-серая лесная, с уча­
стием солонцов и остаточ­
но-осолоделых почв
Темно-серая лесная
То же
Солонцовая
То же
Солонцовая на 20% пло­
щади; поляна (солонцы)—
20%; остаточно-осолоде­
лая — 22%; темно-серая
лесная — 38%
Солонцовая
Лесис­ Вырублен­
тость, ная пло­ Осадки, мм
щадь, %
%
Слой
Коэффиии
стока, ент стока
мм
25,12
2 ,5
3,25
146,7
0
100
100
100
0
100
49
20
201,6
201,6
210
201,6
20,2
3 ,4
94,9
10,1
0,08
0,016
0,45
0,04
878,3
100
9
201,6
2 ,8
0,00
129,62
134,6
28,6
3,40
14,98
100
100
0
45
80
0
5,1
0
0
0
196,0
201,6
236,5
224
215,7
2,5
3,5
6,1
6,7
6 ,4
0,016
0,016
0,03
0,03
0,03
0,23
28
0
216
6,9
0,03
Площ адь,
га
* Х арактеристика площадей водссбсров дана в предыдущей таблице.
Т а б л и ц а 84
Средний годовой слой и коэффициент стока на различных водосборах *
Номер
водо­
сбора
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
И
Почва водосборов
Мощный чернозем
Темно-серая лесная
То же
Темно-серая лесная с не­
большим участием оста­
точно-осолоделых солон­
цов
Темно-серая лесная с уча­
стием солонцов и остаточ­
но-осолоделых
Темно-серая лесная
То же
Солонцовая
»
Солонцовая на 20% пло­
щади; поляна (солонцы)—
20 %; остатсчно-осолоделая—22%; темно-серая
лесная — 38%
Солонцовая
Площ адь,
га
Лесис­ Вырублен­ Осад­ Слой сто.
тость, ная пло­
ки, мм ка, мм
щ адь, %
%
Коэффици­
ент стока
25,12
2,50
3,25
146,7
0
100
100
100
0
100
49
20
519
519
520
519
79
68
190
34,6
0,15
0,13
0,36
0,06
878,3
100
9
519
22,6
0,04
129,62
134,6
28,6
3 ,4
14,98
100
100
0
45
80
0
5,1
0
0
0
519
519
532
515
544
8 ,2
12,5
122
82
32
0,015
0,026
0,26
0,16
0,06
0,23
28
0
519
181
0,67
* Х арактери сти ка ллсщ адей водосборов приводится в табл. 82.
165
лый год и до рубки части древостоя и после нее д аж е в засушливые
годы. На водосборе, занятом под выгон для скота и под пашню, слой
стока достигает 79 мм, с коэффициентом стока 0,15. Эти данные близ­
ки к показателям безлесного водосбора, на котором весь лес был вы­
рублен. На остальных водосборах коэффициенты стока изменяются в
пределах 0,02—0,03.
Н а солонцовых почвах сток более тесно связан с процентом лесисто­
сти водосборов. Наиболший сток, как и следовало ожидать, приурочен
к солонцовой поляне. Здесь средний слой стока равен 122 мм в год, а
коэффициент стока 0,26.
На водосборе с солонцовой поляной, сверху и снизу окаймленной
дубовыми древостоями, ежегодно стекает 82 мм осадков при коэффици­
енте стока 0,16. Н а водосборе, состоящем из солонцовой поляны, зани­
мающей 20%, и остаточно-осолоделыми почвами, покрытыми дубовыми
древостоями V бонитета на площади 22%, при остальной площади, з а ­
нятой осоковыми дубравами, слой стока равен 32 мм, а коэффициент
стока 0,06.
Слой стока на водосборном бассейне № 1 колеблется в связи с из­
менением количества осадков (снег):
Год наблюдений
Осадки, мм
1952
1953
1954
1955
1956
1957
1958
1959
56,4
85,1
36,4
58,5
129,1
115,0
153,5
84,0
Год наблюдений
1961
1962
1963
J964
Осадки, мм
86,1
97,0
111,4
120,6
1965
1966
75,0
84,6
,1960
94,8
На безлесном водосборе запасы воды в снеге резко снижаются
( т а б л . 85).
Н а водосборе № 2, где лес был вырублен в 1953 г., слой стока воды
в 1954 г. резко повысился по сравнению с полевым водосбором и конт­
рольным лесным водосбором № 6. Запасы воды в снеге в этом водосбо­
ре в отдельные годы выражались следующими величинами:
Год наблюдений
1952
1953
1954
1955
1956
1957
1958
Запасы воды в снеге, мм
120,6
187,6
101,7
153,4
166,9
182,5
233,0
Год наблюдений
1959
1960
1961
1962
1963
1964
1965
1966
Запасы воды в снеге, мм
128,4
189,0
114,2
168,3
208,4
253,8
111,7
136,4
Слой стока в 1954 г. на водосборе № 2 резко увеличился и превысил
сток на полевом водосборе почти в два раза, а лесной контрольный —
в 22 раза.
Из общего количества запасов воды в снеге около 30% поглощается
почвой. Н а второй год после рубки резко возрастает масса травяного
покрова, проникновение талых вод в почву превышает 40% от запасов
воды в снеге. В третье лето масса травяного покрова достигает макси­
мума и проникновение осадков в почву достигает 35%. Слой стока воды
после рубки возрастает в течение 5 лет, затем резко падает вследствие
покрытия почвы не только травяным покровом, но и порослью древесных
пород. Дальнейшее изменение стока на водосборе № 2 проходило в связи
с изменением запасов воды в снеге, а такж е в связи с эвапотранспирацией древесной растительности, прирост которой на водосборе с 1954 по
1958 г. вы раж ался в 1,6 м 3/ г а в год, с 1959 по 1961 г. достиг 2,8 м31га, а
с 1962 по 1966 г. прирост составил уже 3,9 Mzjea в год. Рубки ухода на
водосборном бассейне № 2 не проводились.
Н а водосборе № 3 с 1952 по 1957 г. включительно наблюдения за сто­
ком проводились в условиях полного облесения водосбора. Зимой
1957 г. на 49% площади, расположенной в нижней части водосбора, ду­
166
бовые древостой были сплошь вырублены. Это сразу же оказало влияние
на изменение стока на водосборе. В 1958 г. сток возрос, а затем быстро
начал падать до тех пор, пока в 1963 г. не были проведены вновь интен­
сивные рубки ухода, вызвавшие в 1964 г. новый подъем стока на водо­
сборном бассейне.
Влияние сплошной рубки на повышение поверхностного стока про­
д ол ж ается до 5—6 лет в том случае, если запасы воды в снеге не увели­
чиваются резко в отдельные годы.
В 1959 г. на водосборном бассейне № 4 сплошная рубка на площади
10 га проведена в верховьях водосбора, в 1953 г. — на 7 га в низовьях
водосбора, в 1957— 1958 г г . — в низовьях водосбора на 6 га, а затем в
1959— 1960 г г . снова в верховьях водосбора на новых местах на 6 га.
Всего на 146,7 га водосбора вырублено около 20% площади.
Наиболее резкое влияние на изменение слоя стока оказывает сплош­
ная вырубка леса в низовьях водосбора. Под влиянием рубки слой стока
с водосбора увеличивается в течение 5—6 лет, затем, по мере смыкания
молодняков на вырубке, понижается. Особенно резко снижается сток в
следующие 4—5 лет. Проведение осветления молодняков вызывает новое,
но более кратковременное повышение стока. Еестественно, существенное
влияние на изменение стока оказывает и содержание воды в снеге, кото­
рое на водосборном бассейне № 4 характеризуется такими данными:
Год наблюдений
1952
1953
1954
1955
1956
1957
1958
Запасы воды в снеге, мм
1.20,6
187,6
82,1
106,0
168,4
178,7
234,6
Год наблюдений
I960
1961
1962
1963
1964
1965
1966
Запасы воды в снеге, мм
170,8
119,3
144,7
187,6
220,5
143,4
149,0
1959
124,5
Однако, как показывает сравнение, ведущую роль играет все же вы­
рубка леса, поэтому лесохозяйственными приемами можно существенно
изменить и регулировать запасы воды в водосборном бассейне.
Н а водосборном бассейне № 5 площадью 878,3 га, где в разных ч а­
стях его пройдено сплошными рубками 9% площади, не обнаруживается
тесной связи между временем рубки и слоем стока. Зато слой стока на
водосборе № 7 после кольцевания осины в 1960 г. повысился в 1961 г. и
в более поздние календарные гидрологические годы. Об этом свидетель­
ствуют и запасы воды в снеге:
Год наблюдений
Запасы воды в снеге, мм
1952
1953
1954
1955
108,9
165.7
72,7
89,6
Год наблюдений
I960
1961
1962
1963
Запасы воды в снеге, мм
169,6
118,5
144,1
187,7
1956
1957
1958
168,4
178,7
222,2
1964
1965
1966
220,0
142,6
150,0
1959
123,6
П реж де чем рассматривать поверхностный и выклинивающийся грун­
товый сток в летний период, необходимо отметить, что в дубовых лесах,
изрезанных балками, часто встречаются ключи, формирующие из
грунтовых вод, перерезанных балками. Таких ключей на одной только
балке Крутец, расположенной на территории Теллермановского опытного
лесничества Лаборатории лесоведения, насчитывается восемь. Все они
действуют зимой и в течение всего летнего периода с различной интен­
сивностью. Некоторые из них вошли в объекты наших исследований.
Эти ключи повышают слой стока воды в летний период. Они встречаются
на 3, 4, 5 и 7-м водосборных бассейнах. На водосборных бассейнах 2 и
6 сток наблюдается только весной и в начале лета, несмотря на то, что
водосливы расположены ниже тех водосборов, где наблюдается сток
в течение всего лета.
167
Т а б л и ц а 85
Слой и коэффициент стока весной на темно-серых почвах в осоково-сныгевой дубраве
Номер
водо­
сбора
1
2
3
4
5
6
7
Площадь
водосбора,
га
25,12
2 ,5
3,25
146,7
878,3
129,62
134,6
Вид угодий
Слой стока, мм
Пахота и выгон на 70% площади
Вырубка 1953 г.
Вырублено 49% площади
Вырублено 20% площади
Вырублено 9% площади
Контроль. Рубки не было
В 1959 г. окольцована осина
1952 г.
1953 г.
1954 г.
1955 г. 1956 г .
49,6
48,9
37,8
16,8
—
4 ,4
4 ,4
64,7
54,1
33,0
14,0
33,5
72,2
42,4
18,1
45,1 83,9
93,5 109,3
47,0 48,0
29,1 32,0
— .
—
—
4 ,8
6,6
3,2
2,9
3,0
7,2
9 ,8
15,2
0,88
0,18
0,25
0,14
0,76
0,20
0,27
0,06
0,92
0,42
0,17
0,22
0,83
0,34
0,18
0,18
0,65
0,50
0,29
0,193
—
Коэффициент стока
1
2
3
4
5
6
7
25,12
2 ,5
3,25
146,7
878,3
129,62
134,6
Пахота и выгон на 70% площади
Вырубка 1953 г.
Вырублено 49% площади
Вырублено 20% площади
Вырублено 9% площади
Контроль. Рубки не было
В 1959 г. окольцована осина
—
—
—
—
_
0,04
0,03
0,02
0,04
0,04
0,04
0,03
0,08
0,06
0,09
Водослив водосборного бассейна № 3 улавливает грунтовые воды на
дне балки, расположенной на глубине 17,2 м от поверхности возвышен­
ных равнин. Водосбор № 4 улавливает выклинивающиеся воды с глуби­
ны 31,4 м от поверхности возвышенных равнин, а водосбор № 1, распо­
ложенный на безлесной площади, питается водами за счет атмосферных
осадков, хотя дно балки у водослива находится на глубине 25 м от по­
верхности возвышенных равнин. Слой и коэффициент летнего стока ат­
мосферных осадков приводится в табл. 86.
Наибольший слой стока наблюдался на водосборных бассейнах, пи­
тающихся грунтовыми водами. Н а первом месте по количеству выклини­
вающейся воды стоит водосбор № 3. Здесь в летний период сток выра­
ж ается в 95 мм при коэффициенте стока 0,45. Второе место занимает
безлесный водосбор, выбрасывающий ежегодно летом слой стока
15 мм с коэффициентом 0,08. Водосбор № 4, площадью 146,7 га, выбра­
сывает из грунтовых вод 10 мм, или 4% от общего количества летних
осадков. Водосбор № 6 выбрасывает за лето только 2,5—3 мм ключевых
вод, а остальные водосборы — меньше 3 мм.
Приведенные данные дают основание утверждать, что атмосферные
осадки в процессе снеготаяния глубоко проникают в грунт и питают клю­
чи, выходящие на дне балки на глубине от 18 до 30 м от поверхности
окружающих возвышенностей. Это дает основание считать возможным
проникновение воды сквозь почву и грунт в лесостепной зоне. В то же
время в южных степных районах нашей страны, где осадков выпадает
значительно меньше, чем их испаряется, не происходит проникновения их
в грунт повсеместно. В отличие от лесостепи, в лесной зоне питание
грунтовых вод атмосферными осадками наблюдается еще больше.
Средний годовой слой стока изменяется согласно данным табл. 87,
которые позволяют сказать, что в течение 5—6 лет после рубки ухода
слой стока повышается, затем резко пад ает в связи с увеличением сом­
кнутости древесной и травяной растительности. Это видно из величин
стока с водосборов № 2, 3, 4 и 7.
<68
в связи со сплошными рубками на водосборах в отдельные годы
1957 г.
1958 г.
1959 г.
1960 г.
1961 г.
1962 г.
1963 г.
1964 г.
1965 г.
1966 г.
1967 г.
1968 г. Среднее
48,0
29,6
63,8
17,2
8 ,6
4,1
15,8
57,5 88,0
29,3 90,0
96,8 111,8
15,0 125,1
14,5 21,9
14,0
5,1
9 ,0 26,1
109,0
147,9
109,7
24,8
28,5
10,2
44,9
68,0
73,7
61,3
23,6
20,1
6 ,8
12,4
0,64
0,19
0,48
0,10
0,06
0,03
0,04
0,62
0,26
0,63
0,13
0,11
0,04
0,06
0,64
0,61
0,50
0,11
0,14
0,05
0,06
0 ,70
0 ,3 8
0,34
0,14
0,12
0,04
0,06
Слой стока, мм
90,8 89,0
129,0 121,4
43 ,2 81,8
37,5 44,8
—
—
5 ,4
12,5
9 ,8
13,3
68,0
75,8
52,1
15,0
16,8
8,7
6 ,2
49,3
36,6
53,2
20,5
15,3
3 ,4
3 ,4
50,8
43,4
44,6
15,5
12,8 .
4 ,7
15,4
66,9
45 ,4
36,3
15,9
25,9
4,1
9,2
96,9
78,2
53,9
33,8
33,1
10,9
13,1
62,7
48,2
86,1
26,5
23,1
9,4
13,2
Коэффициент стока
0,79
0,18
0,2 4
0,210
—
0 ,04
0 ,0 8
0,58 0,79
0,65
0,29
0,37
0,42
0,203 0,12
—
0,13
0,04
0,03
0,05
0,06
0,62
0,59
0,32
0,12
0,10
0,02
0,02
0,59
0,20
0,29
0,13
0,10
0,04
0,13
0,67
0,38
0,25
0,11
0,19
0,03
0,06
0,87
0,27
0,29
0,12
0,18
0,06
0,07
0,52
0,86
0,39
0,12
0,12
0,04
0,06
0,62
0,32
0,35
0,08
0,07
0,04
0,07
Существенное влияние на изменение стока оказывает ib отдельных
водосборных бассейнах выклинивание грунтовых вод. Особенно это резка
проявляется на 3-м водосборном бассейне. Здесь за счет грунтовых вод
слой стока резко увеличивается по сравнению со стоком водосбора № 2,
на котором лес вырублен на всей площади, но через водослив водосбора
№ 2 грунтовые воды не проходят. Выклинивание их на дневную поверх­
ность никогда не замечалось. Разница в стоке между этими водосбора­
ми достигает 122 мм.
По результатам проведенных исследований в лесостепной зоне можно'
сказать, что под влиянием сплошных рубок слой стока на водосборных
бассейнах увеличивается в течение 5—6 лет, и в течение первых 3 лет
после рубки он вы раж ается в 60—70 мм. В эти величины не входит уве­
личение стока, вызванное повышением атмосферных осадков.
В степной зоне гидрологические исследования были организованы &
1955 г. в Деркульской научно-исследовательской станции Института леса
АН СССР (Луганская обл.) нами (1962). К сожалению, наблюдения
проводились недолго (с 1955 по 1957 г. включительно). Результаты ве­
сеннего стока за 1955— 1957 гг. даны в табл. 88.
Наибольший весенний слой стока наблюдался в 1956 г. На водосборе
с лесистостью 4% он достигал 117 мм, на водосборе с лесистостью
7% — 60 мм, а с лесистостью 10% — 36 мм. Столь резкие различия вы­
званы неодинаковым понижением базиса эрозии. В 1957 г. слой стока
на нераспаханных водосборах с лесистостью 7% не превышал 25 мм, на
распаханном водосборе он составил 12 мм, а на остальных меньше одно­
го миллиметра. В 1955 г. слой стока в слабо облесенном водосборе р а з ­
нялся 13 мм, при 7% лесистости — 8 мм и при 10% — около 6 мм.
Полностью облесенные водосборы поглощают воды весеннего стока
почти целиком. Летний сток почти отсутствует. Как видим, поверхност­
ный сток прежде всего зависит от количества зимних осадков. В летний
период поверхностный сток возникает только в период ливневых дождей.
При ливневых осадках, равных 42 мм, коэффициент поверхностного сто16»
в
С
г>
а
U
05
-•*
ю
о
о
2,8
2,5
3,46
15,4
ах»
3,39
V
30
о
05
тН
N
С
МU0
Гс—
С
М о vf
МО о см
^-ч
С
М С
со
ю
О sf<
О о
О О н
—' 0 5
О
СО
о
o'
■
"Г
-1О о
С
МСО со 05
•гн
ю
о
о
С
О
t—
^ч
•чН 'гЧ
см
чтН
05 О
о ^■Ч
05
о
о
со
о о*
о о
со
о со
о со
о о
С—
t—СО
см см
^•н
СО
см ^ч
со
о
о
см
■
*н U
0
о о
ю
4-1
о
о о
о Ю
о о
О
ю см
см LO
\о
о
о
00 00
00 см
470
о
о г—
00
см
05 о
о
СМ со
05
05
о 05
00
00
Г—
ттН
^ч СО
СО ГГ5
sf
О
см
1
СО
г—
СМ 00
СО
Ю
о
ю
с\]
см
1 со
00 О
см О
О
со
ю
1 см
00
00
см
о 05
vf*
СО
СО
1
05
t-~
00
см
о
05
СО
оо О
со
со
СО
со
1
СО
LO
Vf 05
со СО
Г"»
сч
см
1 со
05
см см
05
00 05 N
Г- с—
•«
■
■
<
о
О
н
оо
о
ч
CJ
О
со
00
1
см
00
СО
о 05
о со
о о
оо
о
о
со ю
о см
о о
о
С
О
о
о
о
S
tf
о о
оо
о
о
ДчЯ у
^■
Ч
см со
о о
o' о
о
см
о со
о о
см
о
о
о
о
■8-е- 05
о
о о
*
о
о см
о о
со
о
о
см
о
о
00
о
о
о
о
>о 05
о
о о
о
о
о
о
ю
о
о
о см
о о
о
о
о
о
00
S
о^
О
СО со
см
г- С
Осо со ‘
Ч
<
со 00 05 •ч
Г
"* см со
4
“1
00 *
о о
и
С С
О
ял
Ч
■ *O V
«O О
о
т1о gе 'е«Же*
СО э s V
>> >» Он
ь
05 Э
■
S:
8
^
а , сь Ж
. Р- ч о
IS 2 о 3
аз ас сч CQ CQ ЬсГ £0 о
ю
ю см
С
-3 со
00
о
о
05
Ж сс
о
к
см
—
ч
ш
см
о
о
со 0 5
~
ONVO
О >>
О о 4, «
oчгч C
L, СМ 05 ^
3
Л
со и
я ОяS ж
ж к
со s
о
о
т-ч С
\1
о о
о о
>о
о
о
а
оЧ ^ж
СО
С cq
, РЗ
С
Ч
]
о
о
о о о
V
*
05 о
о о о
о о о
г*
ч *
оs ?ооа.
Т
“<
о
о
о о о о
S'
^со
о
vCi
-р О \о
-он см
сО
о о о о
о о о о
Ж
\в
С
Со-
со
о
со G0
о со
о о
С
М
*
JD о со
о
о со
о о
о
со а :
I I
о
1
0,06
С5
О о
0,02
О см см
о" о
0,005
0,29
со
05
со СМ
ООО
О 00
0,10
Слой и коэффициент стока летом на темно-серых почвах в осоково-снытевой дубраве в связи со сплошными рубками
о
1,6
ю ^■ч
со 0
с-м
1
см
СО со
4,8
3,2
2,2
00
vt<
^-ч
137,6
14,4
чгЧ
со
т—
•
о
о о o'о
чЛ
ж
o'- Ю
•vp
0s- зз
O Cf
О
со СО
1 1 со«
СОчс VO
>
о ^
СМ
05
со
со
а о
СО
со ж
Ж Rf
3
со
H
л е е i?
e g CQ а 5
см
ю
Tvl
я =*
“ Ч
*
ЙМ ч
о о
vo
\о О
>->
Н* со
05 Л
д
О - Он
CQ CQ
Ж
О -*ч sg
^ C
Qо
ю
см
см" со
см
г— СО СО СО
со осГ 05
г— см со
оо
^-,
см СО
ю со
Т а б л и ц а 88
Весенний поверхностный сток в Луганской обл.
Номер водосбэра
Год
наблюдений
2
Элемент стока
1
5
4
3
88
96
Лесистость, %
4
10
7
Осадки, мм
Слой стока, мм
Коэффициент стока
46,4
13,02
0,28
44,8
7 ,8
0,17
45
5,6
0,12
_
_
—
—
1956
Осадки, мм
Слой стока, мм
Коэффициент стока
168,3
116,7
0,69
128,2
60,4
0,47
138,8
35,6
0,26
116,0
11,3
0,10
122,7
13,5
0,11
1957
Осадки, мм
Слой стока, мм
Коэффициент стока
41,7
25,0
60,0
47,0
0,5
0,17
43,6
0,001
0,01
41,8
0
0
1955
48,7
11,9
0,24*
*' Водосбор распахан.
ка, при лесистости 4%, равнялся 0,03, а при 7% — 0,01. В лесу стока не
было. Массивные леса занимают верховья балок. Годовой коэффициент
стока в среднем за 2 года, в зависимости от лесистости, меняется следую­
щим образом:
Лесистость, %
Коэффициент стока
4
0,34
7
0,21
10
0,11
89
0,03
96
0,02
В степной зоне в процессе весеннего снеготаяния вода проникает на
глубину грунта до 5 м, в то время как в лесостепной (около Борисоглебска) она проникает сквозь всю толщу лёссовидных суглинков на глуби­
ну 18—20 м.
В Велико-Анадольской станции среднегодовой слой стока в среднем
изменяется в зависимости от процента лесистости таким образом, по дан­
ным Ш пака (1968):
Лесистость, %
Слой стока, мм
0
23
1
35
24,2
3
87,1
0 ,2
При среднегодовых осадках 457 мм за 1959— 1968 гг. слой стока составил
от 0,2 до 35 мм.
В пустынных районах формируется временный поверхностный сток
вод. Данные наблюдений Института геологии Туркменского филиала
АН СССР (Кунин, Лещинский, 1960) относительно годового слоя стока
на водосборных бассейнах разных площадей отражены в табл. 89.
ПОВЕРХНОСТНЫЙ сток
НА ЗАБОЛОЧЕННЫХ ПОЧВАХ
Водный режим почв и баланс влаги в различных почвах, а также и
сток на водосборных бассейнах обычно учитываются отдельно, а не вме­
сте с болотами и пашнями, рассредоточенными на водосборных бас­
сейнах. Гидрологическая роль леса рассматривается без учета влияния
болот и полей. Однако болота грунтовыми водами связаны с окружаю­
щими их незаболоченными лесными территориями, а леса на суглини­
стых и глинистых почвах связаны с болотами, на которые при снегота172
Т а б л и ц а 89
Средний, наибольший и наименьший годовой сток для водосборов разной площади
за период 1942— 1956 гг. (в мм)
Площадь вздосбора, к м 2
Х арактеристи­
к а стока
10
0,5
50
100
200
Северная Туркмения—• Ташауз
Средний
Наибольший
Наименьший
5,2
10,7
1,1
7,0
14,5
1,5
4 ,2
8,7
0,9
2,3
5 ,0
0,5
—
—
2,1
5,3
0,8
—
—
—
4 ,2
11,3
0,8
—
—
—
3 ,0
6 ,2
0,6
Заунгузье —• Зеагли
Средний
Наибольший
Наименьший
4 ,6
11,4
1,8
6 ,2
15,1
2 ,4
3,7
9,3
1,4
2,7
6,6
1,0
Низменные Каракумы — Ербент
Средний
Наибольший
Наименьший
12,2
32,8
2,3
9,2
24,5
1,7
7,4
20,0
1 ,4
5,3
13,8
1 ,0
Низменные Каракумы — Бахардок
Средний
Наибольший
Наименьший
17,6
45 ,4
0 ,8
13,3
33 ,8
1,3
10,6
27,4
0,5
7,6
19,5
0,3
6 ,0
15,5
0,3
—
—
—
Дельты Тедженя и Мургабы — Теджень
Средний
Наибольший
Наименьший
17,3
38,6
1,8
12,9
28,6
1,3
10,5
23,3
1,0
8 ,4
16,6
0,8
6 ,0
13,3
0 ,6
3 ,8
8 ,6
0 ,3
Подгорная равнина Копет-Дага — Казанужих
Средний
Наибольший
Наименьший
17,0
43,9
3,9
12,3
31,0
2 ,9
10,0
25,2
2 ,4
7,1
18,0
1,6
5,7
14,3
1 ,2
3,6
9 ,4
0,6
янии стекают воды осадков. Роль этих вод в обводнении болот тем
большая, чем чаще встречаются острова лесов среди болот.
В Архангельской обл. процент заболоченных площадей от лесного
фонда составляет 55,8%, в Вологодской — 39,3, Калининградской-—
24,9, Л енин град ской— 42,4, в Карельской А-ССР — 37%, Коми АССР —
49%, Новгородской обл.-— 48,4, Мурманской обл. — 27,2%, Псковской
о б л . —-42,3 и Рязанской о б л .— 24%. Заболоченные территории связаны
с суходолами настолько тесно, что в ряде мест к а к бы на фоне болот
сформированы холмы из моренной глины и суглинка или из вытянутых
песчаных озое.
Только в карстовых районах (на севере) с выходом известняков
близко к поверхности подобное сочетание отсутствует. В этом случае
уже на фоне суходольных лесов разбросаны отдельные верховые болота,
сформированные на водоупорных глинах.
173
Та б л и ц а
90
Средний годовой коэффициент сто ка в южной тай ге на различных заболоченных
почвах (площ ади водосборов 25— 30 га )
Распределение
площ адей, %
лес
болото
Состав
древостоя
пашня
100
0
0
10Е
100
0
0
6С4Е
и
2
87
70
3 ,5
75
25 ,0
Кустарники
26,5 5Е4Б1С
О
О
т-Н
0
О сад­ Коэффици­ Испарение*
ки, мм ент стока мм
Почва
0
8Е2С
0
ЮС
Тяжелосуглинистая, дер­
ново-подзолистая
Супесчаная на суглинках,
дерново-подзолистая
Тяжелосуглинистая, пахо­
та вдоль склона
Суглинистая, дерново-подзолистая
Тяжелосуглинистая, дер­
ново-подзолистая
Верховое болото, торф
мощностью 1,5 м на глине
566
0,30
345
566
0,40
293
608
0,50
310
657
0,38
350
610
0,29
380
596
0,23
445
В этой связи, естественно, следует отдельно рассмотреть гидрологи­
ческую роль лесов, отдающих значительное количество атмосферных
осадков болотам и частично использующих грунтовые воды, просочив­
шиеся с болот.
В пределах таежной лесорастительной зоны болота оказывают на
сток следующее влияние (табл. 90).
Болота оказывают заметное влияние на регулирование поверхностно­
го стока в пределах одной лесорастительной зоны, особенно там, где
болота занимают или значительную площадь на водосборе, или же весь
водосбор.
Следует иметь в виду, что расход влаги на суммарное испарение з а ­
болоченными сосняками и чистыми сфагновыми болотами настолько
высок, что без дополнительного увлажнения за счет бокового поверхно­
стного и внутрипочвенного подтока, а возможно, и за счет грунтового
притока воды к болотам они превратились бы в суходолы вследствие
испарения влаги (Молчанов, 1952) (табл. 91).
Расход влаги заболоченных участков настолько велик, что они очень
слабо влияют на усиление увлажнения болот по сравнению с суходоль­
ными участками. Только влагоемкость торфа обеспечивает сохранение
болот.
Т а б л и ц а 91
Б аланс влаги в заболоченных лесах и болотах (в м м )
Суммарное испарение
Тип леса
Осадки Конден­ Итого
сация
твер­
жидких
дых
зимой
Долгомошник 544
Сосняк сфаг­ 544
новый
544
Сфагновое
болото
174
12
Задержание осадков
кронами
12
556
556
28
28
190
227
218
255
12
556
80
427
507
25
20
86
80
111
100
Тран­ Общий
спира­ расход
ция
влаги
215
169
544
524
507
Эффективность лесоосушения не везде одинакова. Оно будет тем рен­
табельнее, чем выше богатство заболоченной почвы минеральными ве­
ществами. Наиболее отзывчивы на осушение хвойные породы (сосна и
ель) в возрасте до 60—80 лет. Очень эффективно лесоосушение в древо­
стоях, достигших 30—40 лет.
Очень хорошие результаты после осушения отмечены в чистых со­
сняках и ельниках, а такж е в смешанных лесах на торфяных почвах ни­
зинного типа питания, в типах леса болотно-широкотравных и разно­
травных осоково-тростниковых, а такж е сфагново-разнотравных. Почти
такие же результаты после осушки получены в травяно-сфагновых лесах
на торфяных или торфяно-глеевых почвах переходного типа болот при
слабой проточности воды (типы леса: осоково-сфагновые, чернично-сфагновые, разнотравно-сфагновые).
Хорошие результаты можно получить после мелиорации соснякоз,
ельников и смешанных лесов в типах сфагново-долгомошных на торфянисто-глеевых почвах и в сфагново-кустарничковых сосняках на торфя­
нистых и торфяных почвах, а такж е в сфагново-пушицевых сосняках на
торфяных почвах. Удовлетворительные результаты осушения будут в со­
сняках сфагновых по верховому болоту начальной стадии, при зольности
торфа не менее 2%.
Эффективность осушения зависит от зольности торфа; чем беднее
торф минеральными веществами, тем слабее проявляется эффективность
осушения. Недостаточно выяснены в настоящее время результаты мелио­
рации в черничниках влажных, черничниках долгомошных и других .ти­
пах леса с периодически избыточным увлажнением.
Данные М. М. Елпатьевского и В. К- Константинова (1970) о ходе
роста сосняков травяно-сфагновых после мелиорации даны в табл. 92.
Т а б л и ц а 92
Продуктивность осушенных территорий
Возраст.
лет
25 (время
осушения)
35
45
55
60
Д авность
осушения,
лет
Зап ас по
фактичес­
ким заме­
рам, ж3
Текущий
прирост,
1 м г/га
П олтэта
Зап ас и прирост после
осушения, 1 м* /га
зап ас
0
8
0 ,3
0 ,3
10
20
30
35
18
72
156
206
1,1
5,3
8 ,4
10,0
0 ,3
0,55
0,75
0,80
прирост
8
0,3
15
28
40
46
0,7
1,3
1 ,2
1 ,2
Как видим, после осушения заболоченных сосновых древостоев резко
увеличивается их продуктивность и повышается полнота.
Учитывая большую потребность в воде, необходимо в настоящее вре­
мя любое мероприятие, затрагивающее поверхность Земли, оценивать в
тесной связи с гидрологическими процессами, происходящими на поверх­
ности и внутри почвы. Особенно важно учесть изменение гидрологиче­
ских условий местности после осушения территории.
Такая оценка важ на прежде всего для того, чтобы рационально осу­
ществить осушку, не вызвать иссушения почвы и не нарушить нормаль­
ного соотношения стока воды в различные сезоны года, а такж е обеспе­
чить достаточную водность рек в меженный период и не вызвать их
обмеления летом.
Одной из самых важных задач гидролесомелиоративной науки явля­
ется обоснование оптимальных методов и способов регулирования вод175
б о г о режима заболоченных территорий. Разработка таких методов и спо­
собов предполагает знание механизма и степени перераспределения
элементов водного баланса заболоченного или болотного леса при осу­
шении.
Первые такого рода стационарные исследования в нашей стране были
методически разработаны и организованы с 1964 г. С. Э. Вомперским в
Тосненском лесхозе Ленинградской обл. на девяти экспериментальных,
различно осушенных лесных и безлесных малых водосборах площадью
от 5 до 16 га. Н иж е приводятся некоторые из этих шести-, семилетних
наблюдений (1972а, б, в).
Лесные бассейны, как и следовало ожидать, имеют более растянутый
период весеннего паводка, и поэтому доля весеннего стока (начиная с се­
редины апреля) у них составляет 68—89%, а на безлесных болотах лишь
48— 54% от общей величины стока за период наблюдений (табл. 93). На
безлесных болотах в несколько раз больше абсолютная и относительная
величина осеннего и летнего стока, и в целом за период наблюдений об­
щий сток у них гораздо больший, чем на лесных бассейнах. Увеличение
Таблица
93
Средний за 6—7 лет объем стока и его распределение по сезонам года за период
с 21. IV по 30. X
Номер
водо­
сбора
Р асстояние Глубина
между ка­ канав, м
навами, м
Объем
стока, мм
Распределение стока по сезонам,
мм
весна
|
лето
Примечание
осень
Насаждения сосны на мезотрофном торфянике (1964—1970 гг.)
1
5
2
4
107
118
101
105
1,1
0,6
1Д
0,6
122
108
99
128
92
97
69
112
17
6
16
7
13
5
14
9
Сосняк 25—30 л ёт
То же
Сосняк 70—80 лет
То же
Безлесное олиготрофное болото (1965— 1970 гг.)
7
8
9
55
108
220
1,1
1,1
1,1
166
142
123
80
71
66
34
28
21
52
43
34
сети канав в два и четыре раза влияет лишь на формирование стока в
паводковые периоды. Модули стока в межень в бездождные периоды ока­
зываются практически одинаковыми независимо от степени осушения.
Обнаруживается разное влияние на общий и летний сток (см. табл. 96)
глубин канав и расстояний между ними. Оказалось, что независимо от
возраста и 25—30-летний сосняк и 70—80-летний имеют при одинаковой
глубине канав одинаковый за лето (с 2.VI по 17.IX) объем стока; 16— 17
и 6—7 мм соответственно при глубине канав 1,0— 1,1 и 0,5—0,6 м. Д в у­
кратное уменьшение глубины канав ведет к более чем двукратному
уменьшению величины летнего стока. Гораздо менее сильное влияние на
летний сток с безлесных болот оказывает изменение расстояния между
канавами при одной их глубине (1,0— 1,1 м), д аж е четырехкратное уве­
личение расстояния между канавами (от 55 до 220 м) уменьшает летний
сток с 34 до 21 мм, т. е. лишь на 38%.
'Однако преимущественное влияние глубины канав на объем общего
стока по сравнению с влиянием расстояния между канавами не обнару­
живается. Увеличение расстояния между канавами на безлесном болоте
176
с 55 до 108 м к со 108 до 220 м уменьшает общий сток соответственно на
14 и 13%, а при уменьшении глубины каиав на лесных объектах с 1,0— 1,1
до 0,5— 0,6 м общий сток менялся неопределенно. В этом, вероятно, ска­
залось некоторое перераспределение поверхностного стока весной в межканавном пространстве у смежных водосборов. Несомненно, однако,
что к а ж д а я пара опытных соседних водосборов с канавами глубиной
в 1,1 и 0,6 ж в молодняках (бассейны № 1 и 5) и в средневозрастном
сосняке (бассейны № 2 и 4) имеет одинаковый общий сток — 230
и 227 мм. Можно полагать, что на общий сток, образуемый преимуще­
ственно поверхностным стоком, при мерзлой почве глубина канав не
долж на оказывать сильного влияния, это влияние должно проявляться
сильнее летом и осенью. Однако относительное влияние глубины канав
и расстояния между ними, вероятно, должно быть разным в зависимости
от величин сравниваемых факторов. Следует отметить, что по вопросу
об относительном влиянии глубины канав и расстояния между ними на
водный режим при лесоосушении пока нет единого мнения.
Т а б л и ц а 94
Средняя за май — сентябрь глубина почвенно-грунтовых вод в середине между
канавами (в см)
Номер
водосбора
Возраст
насажде-
Расстояние
между канава*- 1964 г.
1965 г.
1966 г.
1967 г. 4968 г. 1969 г. 1970 г.
За все
годы
Насаждения сосны на мезотрофном торфянике
1
5
2
4
25—30
25—30
70—80
70—80
107
118
101
105
47
44
43
41
Безле сное
7
8
9
55
110
220
51
50
41
38
71
68
57
55
ojшготрофное
бсWIOTO
55
29
21
39
32
23
59
55
52
50
31
28
24
67
63
54
50
68
64
61
60
65
62
54
51
61
58
52
49
35
29
21
43
36
26
39
31
20
37
31
22
Глубина почвенно-грунтовых вод на осушаемой площади является
результирующей многих приходно-расходных статей водного баланса.
При одинаковом осушении мезотрофного торфяника, на котором произ­
растает сосняк 70—80 лет I I I — IV классов бонитета, и олиготрофного
торфяника, лишь поросшего низкорослой сосной, уровни почвенно-грун­
товых б о д в последнем случае были, согласно данным С. Э. Вомперского,
значительно более высокими (табл. 94). Более того, даж е уменьшение
расстояния между канавам и до 55 м не ведет на верховом безлесном
болоте к достижению той нормы осушения, которая обеспечивается при
осушении в лесу сетью канав через 101— 118, 350—360 м, несмотря на
значительно меньший сток.
Профиль уровня грунтовых вод в межканавном пространстве в зна­
чительной мере подобен профилю поверхности почвы и отражает как ве­
личину осадка ее вблизи канав, так и величину общего уклона поверх­
ности болота. Д л я лесных объектов с большим испарением характерна
меньшая выпуклость кривой депрессии грунтовых вод.
Несмотря на значительное колебание запасов влаги в верхней 0,5метровой толще почвы, при одном и том же уровне грунтовых вод, все
12 А. Молчанов
177
же связь этих характеристик очевидна, при этом для олиготрофного тор­
фа она ближе к параболической, а для мезотрофного — бдлее плотного
и лучше разложившегося — к прямолинейной.
Общей для всех случаев закономерностью является максимальная
разница запасов влаги в верхней 0,5-метровой толще при глубоких поло­
жениях грунтовых вод и уменьшение этой разницы, вплоть до исчезнове­
ния, при высоких положениях грунтовых вод, когда доля гравитационной
воды, заполняющей крупные поры, становится определяющей по срав­
нению с капиллярной влажностью.
Мезотрофный торфяник обладает большей аккумуляцией влаги в зоне
аэрации (меньшей водоотдачей), чем олиготрофный торфяник. Большие
запасы влаги в зоне аэрации при одинаковой глубине грунтовых вод ха­
рактерны для более осушенных объектов, а в пределах одного возраста
осушения — на участках, ближе расположенных к канаве.
Оценка величины суммарного испарения как остаточного члена урав­
нения водного баланса осушенных лесных болот, проведенная С. Э. Вомперским, показала, что непосредственные подсчеты этой величины за ко­
роткие промежутки времени (1—3 недели), несмотря на большую по­
вторность определений, весьма ненадежны ввиду нередко недостаточной
точности определений динамики запасов влаги за анализируемый про­
межуток времени в зоне аэрации. Суммарный расход влаги за теплый
период года оценивался анализом графиков связи запасов влаги с урав­
нениями грунтовых вод при совместной их обработке за все годы и сроки.
Оказалось, что в сосновых молодняках (бассейны № 1 и 5), при средней
за 7 лет глубине грунтовых вод в середине между канавами около 60 см,
средний запас влаги в верхней 0,5-метровой толще был равен 320 мм, а
на безлесном болоте (бассейн № 8), при среднемноголетней глубине
грунтовых вод 31 см, аналогичный запас влаги равен 338 мм. По данным
табл. 93 видно, что за указанный период сток составляет в среднем с
каждого из лесных бассейнов 99— 128 мм, а с безлесного бассейна, при
той ж е интенсивности осушения,— 142 мм. Иначе говоря, если принять
отсутствие инфильтрации и равенство выпадающих осадков над мелио­
рированным лесом на торфяной почве и над одинаково осушенным без­
лесным болотом, то за май — сентябрь суммарный расход влаги лесом
(задерж ание осадков и физическое испарение их, эвапотранспирация)
больше на 45 мм.
Непосредственные подсчеты за конкретные годы показывают колеба­
ние этой величины, однако эти колебания нередко незначительны. Н а ­
пример, в 1970 г. суммарный расход влаги в сосновом молодняке состав­
лял с 4 мая по 8 октября 315 мм, в средневозрастном лесу — 295 мм, а
при той ж е интенсивности осушения безлесное олиготрофное болото рас­
ходовало на испарение 255 мм.
Обстоятельные исследования в интересующем нас плане были про­
ведены в последние годы и В. В. Романовым в европейской части
СССР. Исследования Романова осуществлены на географической осно­
ве, и результаты проверены на большом фактическом материале. Основ­
ные выводы по результатам его исследования сводятся к следующиму.
Если осушенные болота не используются под сельскохозяйственное и
лесное пользование, то испарение с осушенных болот значительное, а
сток выше, чем с неосушенных. Расчеты испарения показали, что
испарение после осушения уменьшается на 15—30%, а сток увеличива­
ется в 1,3— 1,5 раза по сравнению с неосушенными площадями. С тече­
нием времени в результате уплотнения и разложения торфа разница в
испарении уменьшается. Однако д аж е через 9 лет после осушения испа­
рение с осушенных и неосвоенных болот уменьшается на 10— 15%.
Уменьшение испарения вызывается недостаточным увлажнением, воз­
никающим на осушенных, но неосвоенных болотах. Подобное явление
наблюдается не только на верховых, но и на низинных болотах.
178
Уменьшение испарения с осушенных болот изменяется в зависимости
от географического расположения болот. В юго-западных и западных
районах Русской равнины разница в многолетних величинах испарения
с болот и незаболоченных территорий невелика (около 10%), в то же
время в северных и северо-восточных широтах она доходит до 35%. Это
объясняется прежде всего сменой растительных формаций на незаболо­
ченных землях от высокопродуктивных широколиственных и смешанных
лесов до низкорослых малопродуктивных редколесий северной тайги и
лесотундры, что вызвано различной продуктивностью органической мас­
сы лесотундры, северной и южной тайги, которая меняется от 10 до
900 ц!га.
Осушение болот с последующим их использованием, по данным Р а х ­
манова, практически не отразится на средней многолетней норме стока
болот.
Исследования испарения с осушенных и неосушенных болот в Бело­
руссии, проведенные Ш етека (1959, 1965), показали, что сразу после
осушения болот до их освоения испарение уменьшается на 10— 15%.
Последующее освоение осушенных болот под сельскохозяйственные
культуры приводит к формированию высокого и густого травостоя.
Испарение за вегетационный период увеличивается на 10— 15% в сред­
ний по количеству осадков год.
Разница в испарении за теплый период года между осушенными осво­
енными и осушенными неосвоенными болотами составляет в умеренных
широтах с достаточным увлажнением около 20— 30%.
Разница испарения с освоенного высокопродуктивного травостоя и не­
освоенного болота в Белоруссии может доходить во влажные годы до
30%, в средние по увлажненности годы до 10— 15%, в сухие годы до
10% осадков (около 70% нормы). Испарение за теплый период с осво­
енного и неосвоенного болота почти одинаково. Разница в испарении
высокопродуктивного луга и леса высокого бонитета невелика, но испа­
рение в лесу больше, чем на лугу.
При разработке вопросов, связанных с определением лесистости,
нельзя не включать в хозяйственное использование заболоченные тер­
ритории, сосредоточенные в государственном лесном фонде. Целесооб
разность вовлечения в хозяйственный оборот земель с избыточным
увлажнением не вызывает сомнения, так как после осушки повышается
продуктивность лесов, качество древесины, увеличивается сырьевая база
для лесозаготовительной промышленности и возрастает интенсификация
лесного хозяйства, создаются благоприятные условия для лесозаготовок
и транспорта лесоматериалов и улучшаются санитарно-гигиенические
условия на осушенных площадях. В процессе лесоосушения возможно от­
дельные каналы превратить в речки-водоприемники.
К ак видим, лесоосушительная мелиорация обеспечивает ряд ощути­
мых хозяйственных и санитарно-гигиенических выгод. Однако, как уже
отмечалось, следует иметь в виду, что при проведении сплошной мелио­
рации нельзя полностью уничтожать те условия, которые необходимы
для обитания птиц, произрастания клюквы, морошки и др.
РЕЧНОЙ СТОК
АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ
В зоне тайги почти всюду с повышением лесистости увеличивается
сток воды в реках (табл. 95). Увеличение стока с повышением лесистости
выражено различно, но во всех парах рек в облесенных бассейнах сток
воды больше.
Более или менее эта закономерность выражена в подзоне смешанных
лесов, лесостепи и в степи. В отдельных случаях сгок с более облесен­
ных рек наблюдается и меньше, что, возможно, связано с поступлением
12*
179
воды подземным стоком из одного речного бассейна в другой, что обыч­
но связано с бассейнами рек, дренирующих известняки.
П. Ф. Идзоном и С. Ф. Ефимовой применен метод попарного сравне­
ния величин месячного стока по 88 парам рек. Метод попарного срав­
нения дает, конечно, приближенные результаты, так как при этом учи­
тывается только фактор лесистости, роль ж е остальных физико-геогра­
фических факторов стока игнорируется. Но при большой массовости
Таблица
95
Годовой сток рек (в мм) в зависимости от облесенности
водосборных бассейнов (в %)
Река
Верхнее течение Сев. Двины и Вятки
Верхнее течение Камы и Средней
Вятки
Северо-Восточная часть Камы
Восточная часть Средней Волги и Оки
Верховья Днепра
Верховья Зап. Двины и Волги
Верховье Оки
Среднее течение Зап. Двины и верхнее
и среднее течение Днепра
Юго-запад, преимущественно бассейн
Припяти
Облесенность
Число
пар
рек
Сток
за год
43
84
20
64
20
67
19
52
11
35
40
10
288
292
186
206
211
225
213
234
155
171
190
10
41
10
6
18
3
13
96
105
сравнения можно предположить, что влияние неучтенных разнозначных
факторов взаимно компенсируется, т. е. разность меж ду разнозначными
влияниями стремится к нулю. В то ж е время это не чисто статистический
прием, так к а к в конечном итоге он позволяет сделать выводы о генези­
се процесса, а именно о роли объема половодья и меженного стока
(Ефимова, 1970). Взяв за основу данные по стоку лесных и относитель­
но безлесных бассейнов, результаты сравнения которых изложены в
статье Идзона (1961), Ефимова (1970) предприняла попытку увеличить
число сравниваемых пар бассейнов и удлинила периоды параллельных
наблюдений. В результате число сравниваемых пар у Ефимовой соста­
вило 135, при этом периоды наблюдений 125' пар составляют более 10 лет.
Подсчет стока заново проведен по 47 парам бассейнов, сгруппированных
в два новых района,— северо-запад и юго-восток европейской террито­
рии СССР. Выбор и группировка бассейнов по районам были сделаны
в целях сохранения равномерности распределения факторов общецир­
куляционного характера, в первую очередь осадков. В результате полу­
чена итоговая сводка, содерж ащ ая данные -по стоку 270 бассейнов.
Наибольший процент случаев превышения стока лесной и пример­
ного равенства стока лесной и относительно безлесной реки наблюдается
на северо-востоке (бассейны Сев. Двины, Онеги, Вятки и Средней Вол­
ги). В трех случаях из 11 сток на лесной реке значительно превышает
сток относительно безлесной (разность стока 86 мм). В остальных вось­
ми случаях сток парных бассейнов оказался примерно равным. Если
учесть, что этот район имеет наибольший контраст в лесистости, то при­
веденные цифры заслуж иваю т внимания.
180
Д л я западны х районов обнаружено, что сток на лесной реке больше
или равен стоку относительно безлесной в 64% случаях. Наиболее низ­
кую величину (54% случаев) дает бассейн р. Припяти, что можно объ­
яснить влиянием очень большой заболоченности этого района. Подтвер­
ж дается, что малое различие в объеме весеннего половодья на сравни­
ваемых реках служит главной причиной сближения норм годового стока
лесных и относительно безлесных рек в реальных условиях.
Рассмотрение полученных Ефимовой данных по внутригодовому рас­
пределению стока позволяет заключить, что в шести из взятых районов
превышение объема весеннего половодья на лесном водосборе наблюда­
лось от 56 до 73%. Сильно заболоченный бассейн р. Припяти дает очень
низкую величину — 31% случаев превышения объема стока во время
весеннего половодья. Возможно, что заболоченность сильнее влияет на
сток по сравнению с лесистостью. В общем, наблюдение по 135 парам
рек показало, что в 70% годовой сток на лесных бассейнах равен стоку
относительно безлесных или превышает его. Таким образом, лес, умень­
шив поверхностный сток, не сокращ ает объем паводков на реках.
Таблица
96
Коэффициенты стока рек, протекаю щих через озера
Площ адь водосбора,
Безозерные
реки
Реки со
средней
озерностью
Реки с боль­
шой зарегули­
рованностью
озерами
Более 5 ООО
5000 — 10000
10 000 — 20 000
20 000 — 50 000
50 000 — 100000
Более 100 000
0,50
0,48
0,40
0,34
0,30
0,24
0,40
0,38
0,32
0,28
0,24
0,20
0,30
0,28
0,25
0,22
0,18
0,14
км2
Озера и водохранилища такж е влияют на режим стока рек. Свиде­
тельством этому служит коэффициент стока рек, протекающих через
озера (табл. 96).
Реки с большой зарегулированностью озерами расходуют воды на
сток в 1,7 р а за меньше, чем незарегулированные реки, а реки со сред­
ней озерностью расходуют воды в 1,2 раза меньше, чем абсолютно безозерные. Различие в стоке больших и малых рек в разных географиче­
ских зонах такж е существенно. Оно объясняется разной степенью дрени­
рования реками подземных вод в пределах своих бассейнов.
Изменение стока рек в зоне тайги, в подзоне смешанных лесов, лесо­
степной и в степной зонах при близких условиях дренирования происхо­
дит в зависимости от процента облесенности водосборных бассейнов.
В более южных районах сток рек меняется согласно данным табл. 97.
В общем, повышенно облесенные реки дают больший сток воды в год
по сравнению со слабо облесенными. Однако по отдельным рекам, про­
текающим по карстовым районам, наблюдаются обратные результаты,
т. е. в более облесенных речных бассейнах сток меньше, чем в менее
облесенных.
Следует подчеркнуть, что прямо пропорциональной зависимости м еж ­
ду облесенностью водосборных бассейнов и их стоком не наблюдается
из-за влияния на сток таких факторов, как неравномерность распреде­
ления лесов, различия в их составе и продуктивности, степень заболо­
ченности и зарегулированное™ рек озерами и других особенностей.
В. В. Рахмановым (1970) проведен анализ более сложных корреля­
ционных уравнений, вы ражаю щ их зависимость среднего годового стока
181
Т аблица
97
Поверхностный и подземный сток рек с водосборов различной облесенности (в м м )
Река
Пункт
наблюдений
Площадь
водосбора,
км2
Средне­
Леси­
стость, % годовой
сток
Подзем­
ный сток
Поверх­
ностный
сток
230
194
180
158
116
72
105
99
114
122
75
59
21
40
14
18
41
7
25
14
15
2
17
7
28
3
85
98
227
175
93
115
104
92
87
99
130
127
93
52
9
10
90
69
18
14
12
6
28
22
32
34
10
2
76
88
137
106
75
101
92
86
59
77
98
93
83
50
23
4
0
15
117
70
61
74
29
3
4
7
88
67
57
67
12
1
58
48
22
5
36
43
Подзона смешанных лесов
Друть
Проня
Бобр
Сож
Ружоу
Яскарев
Пески
Ускоси
Турья
»
Иква
»
Норин
Гнилопять
Уж
Тетерев
Ров
Десна
Убедь
Эсмань
Серебрянка
Ингулец
Козел
Ягодное
Млыновцы
Млынов
Лунишки
Головик
4650
4650
2150
2300
41
16
38
6
Лесостепная зона
—
Ивотка
Хорол
Клебанбык
Ломовитка
Житомир
Демидовка
Сосновка
Кудровка
Ротовка
Балаклея
Александро-Степанов
Ивот
Миргород
Барановка
Алмазная
М. Волноваха
Б. Терновка
Б. Каплуба
Б. Богуновка
1480
459
632
1900
531
1360
5690
5270
11600
1300
973
628
126
1650
1310
1920
34,2
30,2
Степная зона
204
924
от многих факторов. Этот анализ приводит к тому же принципиальному
выводу о возрастании речного стока в равнинных районах при увеличе­
нии лесистости бассейнов, который был получен предыдущими исследо­
вателями при использовании массовых данных сетевых наблюдений.
Следует, однако, отметить, что не во всех случаях может быть уве­
личение стока в связи с повышением лесистости и не всегда сглаж ива­
ется роль геологических особенностей на водосборных бассейнах. Напри­
мер, закарстованность территорий сильнее влияет на сток, чем их облесенность.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА
В ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАНАХ
В дополнение к нашим данным следует рассмотреть итоги зарубеж ­
ных исследований поверхностного стока на лесных и безлесных водо­
сборных бассейнах, а та кж е на водосборных бассейнах, пройденных
сплошными и выборочными рубками. Н аряду с этим, очень важно со­
поставить данные изменений стока в зависимости от лесистости водо­
сборных бассейнов отдельных стран.
182
Систематическое изучение влияния леса на поверхостный сток про­
водилось за рубежом с 1900 г. Так, по инициативе проф. Бюллера были
организованы наблюдения за поверхностным стоком в Еттенхельских го­
рах Швейцарии. Изучение проводилось на двух соседних бассейнах, из
которых один весь занят лесом, а другой совершенно безлесный. И зм е­
рение стока осадков ставило своей целью установить влияние лесов на
величину расхода атмосферных осадков на сток.
Детальную сводку этих исследований впервые сделал Энглер в 1919 г.,
затем в 1954 г. Бюргер опубликовал дополнительные данные по стоку
с водосборных бассейнов Швейцарии.
В 1911 г. были организованы наблюдения за стоком на двух неболь­
ших полностью облесенных водосборных бассейнах в Колорадо. Это бы­
ла вторая серьезная попытка измерить влияние леса на сток. После
8 лет измерений стока в одном бассейне проведены обнажения поверхно­
сти и снова продолжены исследования в течение последующих 7 лет на
этом водосборе и на контрольном. Они установили, что вырубка на 81 га
ольхи и хвойной растительности увеличила сток.
В 1928 г. Бете и Генри выступили с утверждением, что надо знать
не только данные стока воды, но и необходимо выяснить, при каких из­
менениях условий климата, почвы, топографии и состава лесов происхо­
дит количественное изменение стока.
Нельзя здесь не отметить забытые исследования, организованные
Н. С. Нестеровым (1960) в Лесной опытной даче Петровской сельскохо­
зяйственной академии на р. Ж аб ен ка в 1887 г., которые позволили по­
казать, что лес является могущественным регулятором поверхностного
стока осадков, предупреждающим смыв и разрушение почвы. Расчистка
лесов на склонах вызывает наводнения или сильные разливы рек, а с
другой стороны — оскудение проточных вод в летнее время.
В последние годы подведены итоги изучения стока в США, Японии
и других странах. Алден Гиббер (1965) рассмотрел этот вопрос по дан­
ным 39 малых водосборных бассейнов, на которых 12 водосливов были
построены Л абораторией Коуита Лесного управления США. Исследо­
вания были приурочены к влажной горной области юго-востока США.
Бассейн Коуита охватывает 1740 га холмистой лесной площади с много­
численными плотными голыми скалами и отчетливыми малыми водосбор­
ными бассейнами. Здесь в отдельные годы выпадает более 2200 мм осад­
ков, из которых до 200 мм приходится на март и до 100 мм на октябрь.
На 12 водосборных бассейнах были проведены различные виды рубок,
от сплошных до выборочных.
В бассейне Коуита сосредоточены смешанные твердолиственные дре­
востой с площадью сечения стволов около 24 м2!га. Леса расположены
на гранитах, покрытых продуктами их выветривания — песок и жирная
глина — местами мощностью до 6 м. Характеристика 12 водосборных
бассейнов приведена в табл. 98.
На станции Коуита изучена взаимосвязь между стоком воды, ее ка ­
чеством и распределением стока во времени. Н а бассейнах, предназна­
ченных для опытов, и на контрольных проведены гидрологические наблю­
дения при естественном покрове. Н а водосборах устанавливались д ож ­
демеры и самописцы осадков, а такж е велись другие метеорологические
наблюдения. В 1939 г. здесь было распахано 9 га большого
бассейна и устроена маленькая ф ерка, типичная для области: Уз ее
площади было засеяно маисом, одна часть использовалась как пастбище
и остальная часть площади отведена под низкоствольный лес. В первый
и второй год после распашки изменений в стоке воды, а также и в
эрозии почвы практически не было. Н а третий год начала разрушаться
комковатая структура почвенных агрегатов. В короткое время поверх­
ностный сток увеличился в 10 раз. При каждом выпадении атмосферных
осадков эродировались тонны ила и щебня. В 1953 г. во время
183
ю
С-1
00
СО
о
о
О
00
ef
ГО
о
о
•stf Ю
S
а>
я
(=t
00 ю
05
CQ
СО
05
а а?
2*5
я о
£
£>
л»
Я а>
Ч
Ч
<
ио
ю о
00
<м
са
н й со
00
г5 S* csi
к
£>ч
5? я
U2
«Л 5 «в к
Pto.2
Я К
§Л
X
о*
вЯЙ
Л 4>
я я
> .£ - £
'- о
я
о
%
я ш н
s щa s a
§ :S § g §
*й“й Р
V
£ os
Cl\Q
3 оg
и
s
i ^ sa ®
1
CS я
s-\o ^ S p* 2-а
3%
я >, 3 ^ >>% ^*5
2Г -Q
н i s а.ч £-4
Е
л
о Я
о “ 2 !>• s
> 1 § вj fОfi
о ч Са
S s « s ч 5 * § е я'О
&
О
S'л 5 n Ч X
Э“w
«
Я я2
Я 3
§я■а
° S’ a
a-5
я gя я
о х
Я a) S о 'О
к^
5
£ и о.
52
о 2 о а.
с
я с S3 я о
о о 5 й «
ч . Л S 53.Л
с и
я н Яо <о
Й-5
и
?? о ч
Cm­
о V LO Я [_.
<St e i ; °
ЯЙ
Э «->
о
в я с п
о
е;йк[5
СЦ о
Я {_
vp4
- о 170 о
's© со
о
ш
а>
°Ш
Чj X
о * .
Я
»-о5ь ю§
СОС
Г
о>
о
ч
Я
Ю tf _ о
<м 05
(М С
О
—
<
N
1 С
ттН
3S
о 2
чя я§
Со
-
'О ю
Чw
Я о
о
<* & S -
05 h
5 а»
a«
о
s'- 0)
ш
bсмaн
© aГ
*
£
^
Л
С
С
У
О " Ct
s
я o S 4 О1 Ю о
<tj«£
t_™С
Л
о >> -* сЧ
ОЛ
ЛЧ
2Га оX яff ю2
) (0
о1 —Ю
О) -оя Я
а>ДЗ -3*о, LOШ
— № _ о О
—
ьсз оло —
X s r\p H
—
“ 4
и I « с C
Qя Ч CQ
»8 и§ и S я §
О g.
сС ю
. Sо*T
5ч- *
ч
а>
о
к
о.
Е
C
CJ Г—
Ю С<1
00
со
Я О
4) S
(М
йл g£
■=5 3О
QJ
ю
>ь с
Н8
о и
с. я
иО
г
#=
=5
О
CD
СЗ
0
й4
Т
— -м П
О \Л
О Г
— 00
C
D О (М о
■
ч
гн
ч
2 я
я «=с
«S
сам са <
го
00
со
00
ю
^“1
С
<
1
со
ю
■
»
г^
о
1—
са
Л
Н
яX О*
<L>0J
°?
о
на водосборных
ю
05
00
*?н
00
СО
О
—
н
О
о
СЯ
ю
(М
г—
ю
с<1
00
ю
00
■
^Н
о
С]
05
С1
00
vH
Cl
U0
ю
LO
LO
О
СО
о
тЧ
о
00
о
■»Н
са
-м
го
СО
и
о
Ю
СО
00
00
о >>й
<и
2
Cvl
СО СО
ю
О
О
СО
о
со
05
00
С1
00
t—
С5
ЙХ1 ?
стока
Увеличение
98
Таблица
05
Cl
00
U о) о ^
бассейнах
станции
Ко1
S
I
CD
ю
со
т-н
СО
сз
00 CD
<м ■чн
(N1
05
05
О»
00 t— со
L
O .00
о
00 Cl С]
00
■
оо
о
со
са
чгН
гсо
<г
Г.
С-1
тгН
са
ёС.' с
а>Л
. «^
й
Я О Q.
о<8
З1нш
О
С
<1
<*1
sj<
о
со
00
са
одного грозового дождя в течение 65 минут с 9 га было смыто 75 т кам­
ней и земли.
В 1941 г. примерно 60 га бассейна было обнесено забором, куда на
протяжении 9 лет в летние месяцы загоняли восемь коров. Уже во вто­
рой год коровам требовалось добавочное кормление, так как все доступ­
ные листья и ветви были съедены.
Через 6 лет снизилось впитывание воды на поверхности на 90%,
а прирост древостоя упал на 50%. Сток воды в первые 9 лет не изме­
нился, однако на девятый год образовался непрерывный сток к водосли­
ву. Следствием этого были летние паводки и эрозия.
Чтобы установить, сколько воды нужно самому лесу, удаляли всю
или частично лесную растительность на изучаемом бассейне. Вырубку
или химическую обработку проводили так, чтобы лесная почва остава­
лась по возможности менее поврежденной. Все положительные свойства
лесной почвы должны были при этом сохраниться, транспирация воды
должна уменьшиться или исключаться.
В 1940 г. примерно на 16 га бассейна была вырублена вся древесная
и кустарниковая растительность. Весь порубочный материал оставляли
на площади. Условия удобрения почвы остались почти как перед выруб­
кой древостоя. Влияние сплошной рубки на сток воды было огромным
(см. табл. 98).
В первый год после выручки осадков стекло на 375 мм больше (без
изменения распределения во времени и качества). С ростом поросли и
возобновления это количество воды снизилось. Через 9 лет подрост был
примерно 9 м высотой, но сток воды был еще на 25% больше, чем перед
вырубкой.
В феврале 1941 г. было вырублено примерно 14 га на большом бас­
сейне. В отличие от предыдущего рассмотренного бассейна, здесь к а ж ­
дый год после рубки вырубали подрост. В первый год после рубки сток
воды был на 69% выше, чем перед рубкой. При пересчете на площадь
бассейна это составило 430 мм осадков. Н а второй год после вырубки,
после того как поросль была срублена в первый раз, кустарниковые
растения стали д авать корни. Поверхностный сток после этого составил
280 мм и оставался неизменным в последующие годы.
Зимой 1948/49 г. с 28 га бассейна был вырублен весь подрост высо­
той 3— 6 м. Древостой имел общую площадь сечения стволов 33 м2/га,
а подрост — 7 м 2/га. В первый год после рубки сток поднялся на 75- мм.
Через 6 лет он был 33 мм и через 10 лет был таким же, как перед уборкой
подроста. Подрост достиг прежней полноты и высоты.
В августе 1955 г. примерно на 33 га большего бассейна деревья и
кустарники на полосах шириной примерно 10 м были обработаны аце­
татом натрия. Отмершие деревья были позже частично вырублены. П о­
лосы расположены перпендикулярно к стоковым канавам. Было удале­
но 50% всех древесных растений. Опытами предусматривалось повто­
рить обработку ацетатом натрия через 5 лет. В первый год после обра­
ботки установлено повышение стока на 204 мм. Это соответствовало
примерно 50% большого стока, который был измерен при сильной вы­
рубке на всей площади. Хотя полосы были повторно обработаны до
1960 г. и не образовали подроста, через 5 лет сток воды понизился на
102 мм, так как корни деревьев и кустарников к этому времени заним а­
ли пространство обработанных полос.
Все эти опыты были проведены преимущественно на северных экс­
позициях. Результаты таких ж е опытов на южных склонах были совсем
другие. Например, при сплошной вырубке на площади 16 га на южной
экспозиции сток составил 155 мм, т. е. только ’/з часть большого стока
северной экспозиции. В 1954 г. началась третья фаза осуществления
программы исследований. Нужно было изучить значение идеальных оп­
ределяющих факторов на сток. Н а основании полученных результатов
185
Т а б л и ц а 99
Средние
ежегодные
осадки.,
мм
Изменение стока после сплошных и выборочных
*Я3^
я
в*
О.®
О
и
1
29,9
755
23
с.-з.
1524
584
2
15,4
780
15
ю.-з. 1500
660
3
36,4
780
14
ю.
1473
762
5
34,4
805
13
—
1500
635
7
24,2
800
13
—
1469
788
1сб ~4®
О5О*
Э' g & i
с-I (4U и = £
U
SX
а.\оо
88
хS
«Я
«яО
С
лж я=r
рубок
Хозя й ственные
м ероприятия
на водосборном
бассейне
В 1957—1958 гг. 85% д е ­
ревьев удалено промыш­
ленными рубками
В 1957—1958гг. 36% деревь­
е в удалено до диаметра,
ограничивающего рубку
В 1957—1958 гг. 22% де­
ревьев удалено при выбо­
рочных рубках
В 1957—1958 гг. 14% де­
ревьев удалено при выбо­
рочных рубках
В 1964 г. 50% площади
пройдено сплошной руб­
кой
Увеличение стока
в различные годы
после рубки, мм
1-й
2-й
3-й
130
86
89
64
36
—
36
—
—
8
Незначитель­
ное
92
Только в
растительный
сезон
надеялись позже активно воздействовать на круговорот воды. В про­
грамму исследований входило: исследование процесса выпадения осад­
ков и эвапотранспирации над лесом, исследование влияния лесной под­
стилки на круговорот воды, выявление накоплений и движения почвенной
воды, измерение стока воды в бассейн. С 1958 до I960 г. 9 га
бассейна раскорчевано и засеяно травой. В 1960 и 1961 гг., при са­
мой высокой траве, изменений стока не установлено. В 1961 г., при более
низком травостое, при его массе, равной 7,4 г/га в сухом весе, сток со­
ставлял примерно 25 мм. В 1964 г., когда масса травостоя составила
2,5 т/га, наблюдался сток 180 мм осадков. Чтобы можно было сравнить
эвапотранспирацию лиственных и хвойных древостоев, в 1955 г. на се­
верной и южной экспозициях были посажены двухлетние сеянцы веймутовой сосны в количестве 5000 экз/га. Д о 1963 г. различий в условиях
стока не установлено.
В экспериментальном лесу Фернова изучение питания рек подзем­
ными водами началось в 1951 г. на нескольких маленьких водосборных
бассейнах в горах Олледжени в Западной Виргинии, при низких осад­
ках и мелких почвах. Изучение проводилось в смешанных твердолист­
венных лесах. Площ адь сечения древостоев 24 м2/га. Почва песчаная,
подстилаемая глиной на глубине 1—-1,5 м. Исследования были направ­
лены на выяснение влияния сплошных рубок и лесозаготовительных опе­
раций на сток. Результаты этих исследований приведены в табл. 99. .
Т а б л и ц а 100
Изменение стока после сплошных рубок
Номер
во до ­
сбора
186
Высота
П ло­ над
щ адь, уров­
нем мо­
га
ря, м
Крутизна
скло­
нов,
%
Средние
ежегодные
осадки.
мм
Сред­
ний
сток,
мм
1
95,9
100
28
2388
1372
2
101,2
760
32
2388
1346
Хозяйственные мероприятия
на водосборном бассейне
В 1962—1963 гг. пройдено сплош­
ными рубками 40% площади;
в 1963—1964 гг. дополнительные
сплошные рубки на 40% площади
В 1959 г. вырублено 8% площади
дл я сооружения дороги. В 1962—
1963 гг. 25% площади выгорело и
вырублено
Увеличение
стока в
различные
годы после
рубки
Незначитель­
ное увеличение
стока
То же
Экспериментальный лес Андриоуса расположен на западных склонах
к а с к а д а Рендж в Орегоне, характеризующихся значительными осадками,
выпадающими в зимние месяцы, и отсутствием дождей в середине лет­
них месяцев. Изучением этого объекта было предусмотрено определить
влияние вырубки леса на сток. Заметное увеличение стока было после
каждой фазы лесозаготовок, но оно наблюдалось здесь в малых объ­
емах. Л еса Андриоуса представлены хвойными породами, растущими
на вулканическом туфе, покрытом суглинками и жирными глинами не­
значительной мощности (табл. 100).
Экспериментальный лес Фразер, расположенный на 3200 м над
ур. моря, находится в скалистых горах Колорадо. По составу древесных
пород и количеству выпадающих осадков он близок к условиям нашей
лесной зоны. Количество осадков равно 762 мм, из них 75% за счет сне­
га. Средний слой стока воды 283 мм. В составе древостоев преобладает
ель. Почвы песчаные и глинистые, сформированы на гранитах, подсти­
л аем ы х глинами на глубине 2,5 м.
В течение 1954— 1957 гг. 40% площади было пройдено промышлен­
ными рубками с расчетом естественного возобновления вырубок. После
рубки слой стока атмосферных осадков увеличился:
Число лет после рубки
Увеличение стока, мм
1
86
2
53
3
79
4
97
5
53
Следует отметить результаты экспериментальных исследований стока
на малых водосборных бассейнах Правительственной лесной эксперимен­
тал ьной станции в Японии (Hidenori Nakato, 1965).
Наблюдения производились на следующих водосборах: Камикава,
Китатани, Камабухи, Татсунокухивама Минамигани, Татсунокухивама,
Китатахи, Вагон Ухил дар.
Данные по стоку относятся к водосборным бассейнам, пройденным
рубками главного пользования. Очень небольшое увеличение стока по­
сле рубки в течение 3 лет обнаружено на водосборе № 4 и в течение 2 лет
на водосборе № 5. Слабый сток колеблется от 0,4 до 29,6 мм, или от
0,06 до 2,13% соответственно. Общ ая амплитуда колебания незначитель­
ного увеличения по всем водосборам составляет от 3 до 149 мм и от 0
д о 14% на водосборе № 5.
ОРГАНИЗАЦИЯ ВОДНОГО
И МНОГОЦЕЛЕВОГО ХОЗЯЙСТВА
К ак уж е говорилось, оптимальной лесистостью следует считать такой
размер лесной площади, при котором находящиеся на водосборном бас­
сейне древостой вместе с другими компонентами наиболее полно и раз­
носторонне удовлетворяли бы запросы народного хозяйства в древесине,
выполняли водоохранную, почвозащитную и климаторегулирующую роль,
создавали благоприятные условия для обитания диких животных,
способствовали росту урож ая сельскохозяйственных культур, удовлетво­
ряли бы санитарно-гигиенические 'нормы и эстетические запросы чело­
века.
К ак видим, к хозяйству на водосборных бассейнах предъявляются
разнообразные требования. Необходимо управлять всеми возобновимыми
ресурсами на водосборном бассейне и обеспечивать максимальное по­
ступление пригодной д л я использования воды, создавать желаемый ре­
жим стока, предупреждать эрозию почв и вести борьбу с ней, добивать­
ся уменьшения ущерба от наводнений, скопления наносов от седимен­
тации.
Лесное хозяйство на водосборных бассейнах организуется так, чтобы
лес являлся регулятором стока, дающего большие объемы воды и при­
емлемого качества при допустимых сезонных колебаниях уровня речного
стока. Если необходимо, деревья с глубокой корневой системой местами
могут заменяться травам и и другими мелкоукореняющимися растениями,
Применяются меры по изреживанию древостоев, чтобы снег мог достичь
земли, осуществляются сплошные рубки, предпочтительно узкими лесо­
секами, обеспечивающими наибольшую аккумуляцию снега на поверх­
ности почвы.
К ак видим, лесное хозяйство должно быть многоцелевым. Такой под­
ход представляет собой идею, а не предписание, преследующую одну
основную цель, при которой реализация других целей совместима с мак­
симальной эффективностью и уравновешенным регулированием ресурсов
для оптимального сочетания всех видов землепользования.
Указанный подход возможен лишь в том случае, если человек будет
знать все взаимосвязи в биогеоценозах, расположенных на водосборном
бассейне или участке земной поверхности, отличающихся одинаковыми
природными компонентами (атмосферой, горной породой, гидрологичес­
кими условиями, растительностью, животным миром, микроорганизмами
и почвой). Эта совокупность явлений имеет свою особую структуру и оп­
ределенный тип обмена веществом и энергией как между собой, так и с
другими явлениями природы.
Многоцелевое использование водосборных бассейнов требует центра­
лизованного принятия решений. В этом случае недопустимо управление
несколькими административными организациями, ставящими задачу
регулирования разных видов пользования на одной и той же земле. При
многоцелевом использовании необходимо обеспечивать взаимосвязь и
взаимодействие всех компонентов ландш аф та в процессе осуществления
различных видов землепользования в интересах каждого вида и всех в
188
совокупности, с тем, чтобы обеспечить повышение эффективности исполь­
зования водосборных бассейнов, регулирование речного стока во време­
ни, сохранение и улучшение качества воды. Необходимо улучшить реали­
зацию других полезностей леса, в первую очередь — выращивание древе­
сины, сочетание лесных и сельскохозяйственных угодий с целью усиления
их производительности, а такж е для создания благоприятных условий
существования дикой фауны и флоры, улучшения места отдыха и уд ов­
летворения эстетических запросов человека.
В СШ А говорят, что «любое действие, которое не вредит никому и в
то ж е время полезно для кого-нибудь, уже является улучшением» (Данфорд, 1970). Лесные специалисты США провели обследование 1000 му­
ниципальных водосборов на северо-востоке США, в результате которо­
го в 54% хозяйств были разрешены главные рубки с целью повыше­
ния дохода и увеличения водоснабжения территории. В качестве мест
дл я отдыха разреш алось использовать 59% водосборов, чаще всего для
охоты, рыбной ловли и туризма. Землеустроители в 59% случаях выска­
зывались о необходимости контроля за качеством воды как об исклю­
чительно важной проблеме, ограничивающей пользование водосборами
и оставляющей те виды пользования, которые согласуются с задачей
снабж ения чистой водой.
Мероприятия на водосборных бассейнах должны обеспечивать оп­
тим альное сочетание возобновимых ресурсов с невозобновимыми с уче­
том уравновешенного регулирования полезностей леса на каждом водо­
сборе.
Возможностей для таких мероприятий может быть несколько, на­
пример на водосборных бассейнах может осуществляться несколько
различных видов пользования, каждый из которых будет приурочен к
отдельному участку земли, примыкающему к соседнему, или же на од­
ном и том ж е водосборном бассейне может применяться последователь­
но по площади один вид пользования, или ж е это будет сочетание ука­
занны х двух возможностей.
При первой возможности водосбор делится на районы, из которых
один выделяется для выращивания леса, другой отводится как место
отдыха, третий для создания берегозащитных полос вдоль рек, а также
лесных полос вдоль рек в целях улучшения условий обитания рыб.
Одновременно проводится отбор участков для обеспечения противоэрозионных мероприятий и охрана особо живописных в эстетическом от­
ношении.
Естественно, что при многоцелевом использовании водосборных бас­
сейнов необходимо проводить районирование по видам пользования.
Если это будет хозяйственное районирование в горных условиях, то
участки на водосборном бассейне могут разделяться на пять зон.
1. З о н а г о р н ы х х р е б т о в . В эту зону входят горные участки, не­
редко с голой горной породой, отличающиеся живописными ландш аф ­
тами. Здесь главная целевая за д ач а сводится к защите водосборов от
эрозии и переводу поверхностных вод в трещины и расщелины. Боль­
шое внимание уделяется эстетике природы, обеспечению возможностей
отдыха, охоты и рыбной ловли.
2. П р о м е ж у т о ч н а я з о н а , расположенная на склонах гор.
В этой зоне находятся наибольшие запасы древесины, сосредоточены
дикие животные, кормовая база для скота. Основное внимание здесь
обращ ается на повышение продуктивности различных угодий, развер­
тывание лесозаготовок, использование кормовых ресурсов и местооби­
таний диких животных. Проводится регулирование стока вод и улуч­
шение качества вод, стекающих с горных склонов.
3. Н и ж н я я г о р н а я з о н а , покрытая обычно молодой древесной
растительностью и травяным покровом. Хозяйство на этой части скло­
нов направлено на сохранение и усиление почвозащитного растительно­
189
го покрова.
Здесь осуществляется координированное использование
угодий, диких животных и пастбищ.
4. З о н а т у р и з м а . В эту зону входят лесные участки различной
ширины, приуроченные к туристским тропам или маршрутам. О бращ а­
ется внимание на сохранение эстетической ценности участков, мест от­
дыха и местообитаний дикой фауны, а такж е других полезностей, необ­
ходимых для туристов.
5. З о н а с о с р е д о т о ч е н и я в о д . В эту зону входят лесные участ­
ки, примыкающие к рекам, ручьям, озерам и водохранилищам. Вода
служит основным ресурсом для потребления на месте и для использо­
вания в нижней части русел.
Хозяйственная деятельность человека совмещается с водопользова­
нием, лесозаготовки и пастьба скота направлены на повышение водно­
сти рек и ручьев. Н аряд у с этим принимаются меры к увеличению эсте­
тических ценностей.
При организации переменных видов землепользования предусмат­
ривается, например, при проведении главных рубок, улучшение условий
обитания дичи. Этот эффект в процессе лесозаготовок перемещается с
места на место по мере перебазирования лесозаготовок по водосборно­
му 'бассейну. Осуществляется регулирование пастьбы скота с целью
обеспечения созревания семян трав в годы прекращения пастьбы в се­
редине лета.
При одновременном применении различных видов землепользования
на одном и том же участке многостороннее землепользование значитель­
но упрощается.
Увеличивающиеся потребности в воде и лесе создают предпосылки?
для развертывания рубок главного и промежуточного пользования, ко­
торые вызовут некоторое повышение поступления воды. В этой связи?
важно знать, какие мероприятия могут дать наибольший эффект в от­
ношении лесопользования или водопользования.
Удаление древесной растительности по берегам водотоков вызовет
увеличение стока, но наряду с этим произойдет повышение температу­
ры воды в реках до уровня, опасного для обитания рыб. Это вызовет
разрастание водорослей и обогащение водотоков минеральными орга­
ническими веществами.
Увеличение стока наиболее заметно при проведении на водосборах
узких чересполосных рубок шириной 50 м. Такая мера, удорожая стои­
мость лесозаготовок, в то ж е время предотвращает эрозию почвы.
При условии преобладания жидких осадков в летний период на кон­
центрированных вырубках создается тенденция увеличения поверхност­
ного стока и развития эрозии там, где разрушена подстилка. В то же
время для дикой фауны более благоприятны небольшие вырубки, ра з­
бросанные среди лесных массивов, способствующие увеличению 'коли­
чества лесных опушек.
В районах с неустойчивой почвой, во избежание развития эрозии,
ценные насаждения должны преимущественно оставаться нетронутыми.
В этих случаях оценке стоимости древесины должна предшествовать
мера регулирования с тем, чтобы не расплачиваться за возможные по­
тери почвы после рубки. Другими словами, необходимо правильное со­
четание мероприятий, направленных на обеспечение устойчивости поч­
вы и сохранение чистоты воды в руслах водотоков.
Сочетание видов землепользования зависит от уровня подготовки
специалистов. Необходимо знать основы биогеоценологии с тем, чтобы
рационально управлять режимом водосборов и обеспечить равнове­
сие между противоборствующими физическими силами или воспользо­
ваться силами взаимоподдерживающих компонентов биогеоценоза, ко­
торый, как уж е говорилось, представляет собой сложную природную
категорию, включающую взаимосвязь и взаимодействие растений, жи­
190
вотных, бактерий между собой и средой (воздухом, водой, почвой, гор­
ной породой). Эти компоненты тесно связаны между собой природными
процессами взаимодействия и взаимосвязи так, что регулирование од­
ного компонента будет сказываться на изменении других. Следователь­
но, одноцелевое регулирование применимо лишь при экстенсивном ве­
дении хозяйства на водосборах.
Возникающие при ведении лесного хозяйства трудности являются
показателем непонимания сложности природных процессов. Следова­
тельно, осуществлению мероприятий в лесу должен предшествовать
тщательный анализ всех разветвлений этих действий в пределах био­
геоценоза.
Неудачи в регулировании среды часто возникают в результате от­
сутствия понимания сложности природы биосферы. Например, терри­
тории, пройденные сплошными рубками и закультивированные дубом,
привлекают лосей и оленей и выполняют роль кормовой базы, так как
здесь имеется пышный травяной покров и молодей дуб, ветвями и ко­
рой которого питаются эти животные. При стихийном размножении
крупных копытных животных лесные культуры полностью уничтожают­
ся, а площади превращаются в пастбища, покрытые пыреем и вейником, а затем и в малопродуктивные пустыри. Объеденные деревца
дубков, имея в 14 лет высоту 0,7— 1,0 м, повреждаются поздними весен­
ними заморозками, заболеваю т и в конце концов уничтожаются насе­
комыми. К ак видим, одна ветвь взаимодействия вызывает ряд других.
Следовательно, при многоцелевом регулировании требуется сочетание
тщательного анализа условий с практическими действиями.
Одной из основных, и может быть, самых важных особенностей дикой
природы является биологическое равновесие в ее среде. Нарушение
равновесия в природе приносит вред самим людям, которые иногда
слишком поздно замечаю т свои ошибки. Обычно все начинается с при­
клеивания ярлыка «вредитель» некоторым животным, хотя надо ска­
зать, что это понятие относительное. К аж ды й организм в природе ка­
ким-то образом связан с другими и является конкретным звеном длин­
ной цепи биологической, а подчас д а ж е хозяйственной зависимости,
поэтому, когда какое-либо
звено
исключается
из
комплекса
взаимодействующих факторов, это часто влечет нежелательные для
человека последствия. Игнорировать законы природы опасно, если
вносятся коренные изменения, последствия которых потом трудно
исправить.
В многоцелевых хозяйствах необходима тщательная инвентаризация
всех ресурсов в пределах каж дой хозяйственной единицы. Необходимы
карты, характеризующие территории по типам леса, типам почв, рус­
лам рек, формам рельефа. Необходим учет дикой фауны, оценка рыб­
ных ресурсов и характеристика состояния мест отдыха. При наличии
дистанционных датчиков некоторые виды информации можно быстро
получить за короткое время. Лесоводы, зоологи, геоботаники должны
учитывать характер возобновления и продуктивность растительных и
животных ресурсов и воды. Н а основании получаемой информации сле­
дует намечать конкретные виды и размеры пользования в области про­
изводства древесины, водоснабжения, охоты, рыбной ловли, туризма
и пр., отвечающие характеру имеющихся на водосборе биогеоценозов.
В горах, подверженных развитию эрозии почв и селевых потоков, д о л ж ­
на быть выявлена та к а я лесистость в бассейнах рек, которая бы предот­
вращ ала все вредные или нежелательные процессы.
По данным исследований, проведенных на Северном Кавказе, лесис­
тость в горных условиях долж на быть около 60—70%, при этих усло­
виях твердый сток сводится до минимума. Следовательно, освоение
лесных массивов здесь должно базироваться в основном на выбороч­
ной системе рубок.
191
Планирование пространств земли и правильное рациональное рас­
пределение площадей между различными видами ее использования бу­
дет приобретать в будущем все более и более важное значение для ох­
раны различных природных ресурсов (почвы, лесов, воздуха и воды).
Своевременное планирование — лучшая гарантия того, что подобное
распределение территорий земли между различными угодьями будет
осуществлено разумно. Оптимальное планирование пространства — это
главная цель планирования, независимо от того, осуществляется ли оно
в общегосударственных, районных или местных масштабах. Специали­
сты должны решить, для какого вида сырья или сельскохозяйственных
надобностей подходит та или другая территория. Человек обязан з а ­
няться распределением площадей между полевыми культурами, леса­
ми, пастбищами, водохранилищами, промышленными предприятиями,
транспортными путями и другими видами использования земли.
В течение последних 10 лет на нужды промышленности, транспорта,
строительства и другие несельскохозяйственные цели было использова­
но 8,1 млн. га земель, из них сельскохозяйственных земель 5,2 млн. га,
в том числе 1,5 млн. га пашни. Необходимость изъятия земель для несель­
скохозяйственных нужд связана с бурным развитием промышленности,
транспорта, городского строительства.
Несмотря на то, что у нас в стране были освоены десятки миллио­
нов гектаров целинных и залеж ных земель, площадь пашни на каждого
жителя в последнее время не только не увеличивалась, а даже умень­
шилась. Если в 1958 г. на каждого жителя в СССР приходилось 1,06 га
пашни, то в 1967 г. уже 0,95 г а 1. Это обстоятельство объясняется не
только ростом населения. В ряде мест ветровая и водная эрозия выво­
дят из оборота некоторые площади земель. Из-за плохого мелиоративно­
го состояния и неисправности оросительных и осушительных систем вы­
падают из оборота высокопродуктивные, орошаемые и осушенные зем­
ли, на освоение которых в прошлом затрачены значительные средства.
Иногда массивы земель зарастаю т сорняками и кустарником, перево­
дятся в залежь. Вместе с тем в государственных планах развития на­
родного хозяйства обращ ается большое внимание на повышение плодо­
родия почв, необходимость осуществления комплекса организационнохозяйственных, агротехнических, лесомелиоративных и гидротехниче­
ских мероприятий по предотвращению водной и ветровой эрозии почв,
загрязнения земель, зарастания их сорняками.
В интересах упорядочения землепользования необходимо разрабо­
тать общегосударственный земельный кадастр, а такж е лесной и вод­
ный кадастр. Количественный и качественный учет земель по рельефу,
почвам и растительности, а такж е по подверженности почв водной и
ветровой эрозии, обеспеченности питательными веществами, по степени
засоленности, кислотности почв создаст условия для дифференцирован­
ного похода к использованию земель и установления соотношений меж­
ду сельскохозяйственными, лесными и другими землями.
Весь государственный земельный фонд СССР делится на шесть ка­
тегорий земель (фондов): земли сельскохозяйственного назначения:
земли населенных пунктов; земли лесного фонда; земли промышленно­
сти; земли транспорта и иного несельскохозяйственного назначения;
земли водного фонда; земли государственного запаса.
В целях рационального распределения и комплексного использова­
ния земельных фондов необходимо вовлекать в сельскохозяйственный
оборот земли других фондов, при условии рационального, т. е. ком­
плексного и интенсивного использования земель. Под полной эксплуа­
1 «Известия», 14 августа 1968 г.
192
тацией земель подразумевается недопущение превращения земель в
бросовые и залежные. Все основные землепользователи обязаны разви­
вать орошение, осушение и обводнение земель, улучшать луга, пастби­
ща, леса, проводить известкование и гипсование почв. Необходимо при­
нимать активные меры против эрозии почв, заболачивания и засоления
почв, разрушения почв в процессе трелевки леса, осуществлять посадку
полезащитных насаждений, облесение и закрепление песков, оврагов и
крутых склонов и другие мероприятия.
Основная фундаментальная проблема в природопользовании — это
проблема оптимизации воздействия общества на природу с целью эф ­
фективного и разнообразного ее использования и сохранения. Необходи­
мо научное обоснование наиболее выгодного размещения предприятий
лесной промышленности, своевременная координация сельскохозяйст­
венных земель и лесов, обеспечивающие лучшее удовлетворение челове­
ческих потребностей.
Решение вопросов рационального использования лесных ресурсов и
распределения лесов должно опираться на последние достижения наук.
Н а этой основе должны затем вырабатываться экономические решения,
прогнозироваться, намечаться и проводиться мероприятия воздействия
на лес и окружающую его среду.
Решение любых практических вопросов, связанных с использованием
лесов, может быть успешным при учете реальных особенностей природ­
ной среды. Обязательное условие глубокого познания коренных особен­
ностей природной среды — изучение ее первичных, еще не измененных
человеком свойств на постоянно сохраняемых заповедных участках
естественной природы.
Выяснение значения природной среды для правильной организации
практической деятельности требует прежде всего раскрытия законов
влияния различных компонентов или факторов среды на интересующие
нас объекты, на жизнь и деятельность людей.
Влияние различных факторов среды на лес наиболее подробно
изучается в лесоведении, а взаимодействие различных компонентов в
биогеоценозе изучается биогеоценологией. Взаимодействие растений и
почв может быть неоднозначным. Например, почвы легкого механиче­
ского состава благоприятны для бахчевых культур, последние, в свою
очередь, оказывают на эти почвы отрицательное влияние, способствуя
развитию дефляции и эрозии. Сильно смытые почвы крутых склонов
неблагоприятны для всех сельскохозяйственных культур, в том числе и
для многолетних трав, которые постепенно, в процессе взаимодействия с
почвой, улучшают почву.
Сложно и противоречиво влияние на окружающую территорию з а ­
щитных лесонасаждений. Хорошо известно, что защитные насаждения
улучшают микроклимат, водный режим сельскохозяйственных террито­
рий, защ ищ аю т почву от эрозии. Не следует, о д н а к о , забывать, что они в
то же время затеняют, иссушают прилегающую к полосам почву, зи­
мой могут накапливать в полосе сугробы снега, летом являются рассад­
ником черепашки и других вредных насекомых, наносящих вред сель­
скому хозяйству, а при неправильном расположении защитных полос на
водосборном бассейне усиливают процессы эрозии на нем, а также вы­
зывают процессы эрозии на полях, примыкающих к полосам, располо­
женным вдоль склона.
Не всегда положительную роль выполняет ирригация на сельскохо­
зяйственных полях, бывают случаи, когда при осуществлении ее усили­
вается засоление почвы вдоль каналов. Но лесные полосы вдоль ороси­
тельной системы могут предотвратить засоление почв, а ирригация в
связи с созданием защитных полос является эффективным средством
повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
13 А. Молчанов
193
Применение минеральных удобрений на сельскохозяйственных и
лесных землях является могучим фактором повышения их урожайно­
сти. Однако в почвах, бедных микроорганизмами и фауной беспозво­
ночных, минеральные удобрения без внесения органических удобрений
недостаточно эффективны. К тому ж е при неправильном соотношении
азотистых, фосфорных и калийных удобрений (изменяющемся в зави­
симости от видов растений и разностей почв) часть из них может пе­
рейти в неусвояемое состояние. Эффективно соответствие между удоб­
рением, правильной обработкой почвы, высоким качеством семян и
своевременными сроками посева.
Таким образом, познание сложных закономерностей комплексного
взаимодействия компонентов искусственных и естественных биогеоце­
нозов ведет к разумному управлению ими.
Современная эрозия почв — историческое наследие нашей дорево­
люционной примитивной агрикультуры — относится к районам старой
земледельческой культуры. Однако и после революции сельскохозяйст­
венное использование земель далеко не способствовало прекращению
процессов эрозии.
Неумеренная вырубка лесов без их полного восстановления и с при­
митивными методами трелевки древесины, распашка эрозионно опасных
участков без применения каких-либо мер защиты, нерегулируемая пасть­
ба скота и т. п. и поныне наносят большой ущерб земле, а следовательно,
и обществу.
Что касается дефляции, то в ее развитии вообще не столь виноваты
предки, сколько мы сами. Д ело в том, что современные крупные масси­
вы пашни особенно благоприятны для разрушительного действия воды
и ветра. Если эти массивы расположены на легких и распыленных поч­
вах в засушливых районах и ничем не защищены, то ветер уносит пло­
дородный слой почвы. Т акая участь постигла многие площади некото­
рых районов освоенных земель в Казахстане, а такж е некоторых других
районов страны.
Другими словами, рациональным лесопользованием и охраной поч­
вы и воды необходимо способствовать улучшению природы. Естествен­
но, что в настоящее время проблема активного и широкого изменения
физико-географической среды уже перешла из стадии принципиального
обсуждения реальности в ф азу теоретической разработки подробных
планов в глобальном масштабе. Климат надо в первую очередь улуч­
шать в тех районах, где он особенно плох,— в пустынных и необжитых,
слабо заселенных местах. Очевидная причина неблагоприятное™ усло­
вий в ж арких пустынях — отсутствие достаточного количества атмо­
сферных осадков. Это наглядно подтверждается созданием оазисов.
Однако оазис существует до тех пор, пока имеется искусственное оро­
шение; прекратите орошение — оазис исчезнет, а вместе с ним исчезнет
и улучшение климатического режима и вновь восстановится пустыня.
Это наглядно подтверждается опытом создания лесных полос в полу­
пустынных районах, отличающихся недостатком влаги в почве.
Не проще ли пойти другим путем — искусственно вызывать
дождь? Из различных веществ, распылением которых в атмосфере мо­
жно вызывать выпадение снега и дождя, лучшим для этой цели являет­
ся углекислота и йодистое серебро.
Доктор Крик в СШ А буквально охотился за облаками с помощью
установок высотой в 1 м, в которые он бросал мелкие кусочки кокса
или древесного угля, насыщенного жидким йодистым серебром. Эти ча­
стички через регулярные промежутки времени падали на пламя кероси­
новой горелки, уголь сгорал, а освободившееся газообразное йодистое
серебро распылялось высоко в воздухе, где постепенно охлаждалось,
конденсировалось и кристаллизовалось. На каждом его кристаллике
при соприкосновении с воздухом образуется капля дождя или снега.
194
Умелое распыление этого средства аккумулирует облако без остатка.
У Крика в Денвере работали метеорологи, которые, пользуясь элек­
тронными машинами, постоянно записывали метеорологические сводки,
поступавшие со всего мира, и давали обстоятельные прогнозы погоды.
УСТАНОВЛЕНИЕ НОРМ
ОПТИМАЛЬНОЙ ЛЕСИСТОСТИ НА ВОДОСБОРАХ
Положительное влияние леса на водный баланс рек, на защнтупочв
от водной и ветровой эрозии позволяет наметить необходимую лесис­
тость по отдельным районам европейской части СССР с тем, чтобы
улучшить водный режим рек и предотвратить почвы от смыва и р аз­
мыва.
С целью разработки норм оптимальной лесистости нами были со­
оружены водосливы и проведены гидрологические исследования сто­
ка на разных почвах в различных районах страны. Водосливы в к а ж ­
дом пункте устанавливались на водосборах с различной лесистостью и
разным составом древесных пород.
Л е с и с т о с т ь , °/0
Рис. 26. Влияние лесистости на коэффициент стока ат­
м осферных осадков весной на м алых водосборных бас­
сейнах
1 — ель на суглинистых дерновоподзолистых
почвах Ярославской
обл. Рыбинского района; 2 — ель
на тяж елы х суглинистых почвах
Московской
обл., Волоколамского
района; 3 — ель на суглинистых
почвах Ивановской обл., Шуйского
района; 4 — ель на суглинках Мо­
сковской обл.; 5 — сосна на суг­
линках на западны х склонах Ю ж­
ного Урала; 6 — сосна на суглин­
ках
Ш уйского района,
Иванов­
ской обл.; 7 — березово елово-оси­
новые древостой Загорского района
Московской обл., безлесные площ а­
ди распаханы; Ь — черноземы в о л ­
гоградской
обл.,
Старобсльского
района, безлесные пространства —
старопахотные заброшенные згмлн;
9 — киргизская
опытная станция,
почва
суглинистая
лёссовидная;
10 — сосна на пссчачых почвах в
Прокудином бору Московской обл.;
— темно-серые лесные почвы Во­
ронежской обл., Геллерчановский
лес, безлесные пространства зан я­
ты выгоном; 12 — сосна на супес­
чаных почвах в Московской обл.,
Прокудин бор, безлесные площади
под пастбищем; io — дуб на солон­
цовых почвах Воронс/кской обл.,
Теллерман; 14 — распаханные^ чер­
ноземы и лесные полосы в Камен­
ной степи, по м атериалам Сухарева
Итоговые данные (или нормативы) приведены на рис. 26, данные ко­
торого положены в основу установления оптимальной лесистости водо­
сборных бассейнов по различным зонам, а в пределах их по различным
почвам без заметных признаков эрозии.
В отдельных таблицах монографии приведены результаты поверх­
ностного стока воды на разных по механическому составу и генетиче­
ским особенностям почв, при различной расчлененности территории и
степени смытости почв. Н а основании этих результатов составлена
обобщ аю щ ая таблица по оптимальной лесистости для Центрального
нечерноземного экономического района (табл. 101).
Анализ стока на малых водосборных бассейнах с различным про­
центом лесистости
на экспериментальных
водосборах, пройденных
сплошными рубками при различном проценте вырубленной площади,
на площадях, пройденных выборочными рубками, а такж е при расчле­
нении леса полосами и выгонами дал возможность установить необхо­
димую оптимальную лесистость для различных типов почв по механи­
ческому и генетическому составу. Существующее распределение земель
13*
195
Т аблица
101
Оптимальная лесистость на водосборах, расположенных на почвах разного механического
состава (с учетом лесоосушительной мелиорации)
Оптимальная
лесистость,
Почвы
%
Глинистые, дерново-подзолистые
Суглинистые, дерново-подзолистые
Супесчаные, дерново-подзолистые
Темно-серые и серые суглинистые
Выщелоченные черноземы
Песчаные почвы (абсолютно лесные'»
Перегнойно-торфяно-глеевые на покровных супе­
сях
Защитные
полосы,
зеленые
зоны, %
50
40
30
25
20
100
100
Суммарная
лесистость,
%
0,5
0,6
0 ,2
0, Г5
0,15
—
—
50,5
40,6
30,2
25,15
20,15
100
100
по видам пользования в Центральном нечерноземном районе приведено
в табл. 102.
О бщ ая площадь областей, а такж е площади пашни, сенокосов и
пастбищ взяты из статистического ежегодника «Народное хозяйство
СССР в 1965 году». П лощ ади лесных, а та кж е покрытых лесом площа­
дей взяты из материалов по учету лесного фонда СССР. Процент лесис­
тости установлен по лесопокрытой площади.
Из данных таблицы видно, что в большинстве областей центра ле­
систость близка к оптимальной: немного выше или ниже ее. Только в
Орловской и Тульской областях лесистость очень низкая. Эти области
отличаются сильной эродированностью почв. Надо отметить, что в т а ­
ких областях, к а к Б рянская и Смоленская, эрозия почв в районах с не­
достаточной лесистостью заметно развита. Т акж е недостаточна лесис­
тость и в Рязанской и Смоленской областях.
В целом в нечерноземном центре лесистость должна быть повышена.
Расширение лесистости должно осуществляться за счет мелиорации
заболоченных площадей и частично за счет осуществления противоэрозионных мероприятий.
Противоэрозионные мероприятия необходимы в Московской обл., на
Клинско-Дмитровской гряде, в Рязанской, Брянской, Тульской и Ор­
ловской областях и на Смоленской возвышенности.
И, конечно, необходимы большие противоэрозионные мероприятия в
Центральном черноземном районе, где в настоящее время насчитывает­
ся 12% сильно смытых почв и большие площади песчаных арен с под­
вижными песками.
По отдельным областям черноземного района степень смытости почв
вы раж ается следующими показателями:
Очень слабая
Орловская обл.
Курская обл.
Белгородская обл.
Воронежская обл.
Липецкая обл.
Тамбовская обл.
39,0
40,2
12,0
15,2
20,0
70,0
Слабая
31,2
39,0
9,3
16,0
19,8
16,9
Средняя
27,8
—
17,9
16,7
47,1
13,1
Сильная
2 ,0
20,8
60,8
41,2
13,0
—
Очень сильная
—
—
—
0,9
од
—
Н а сильно эродированных почвах коэффициент поверхностного сто­
ка на необлесенных площ адях равен 0,63, при 10% лесистости он со­
ставляет 0,36, при 3 0 % —0,24, при 50% —0,20 и при 80% лесистости р а ­
вен 0,18. При сильной смытости почвы и расчлененности водосборного
196
Таблица
102
Виды пользования земель в Центральном нечерноземном экономическом районе
( в ты с. г а ) и общ ая площ адь областей (в тыс. к м г)
Область
Брянская
Владимирская
Ивановская
Калининская
Калужская
Костромская ‘
Московская
Орловская
Рязанская _
Смоленская
Тульская
Ярославская
Общая
площадь,
тыс. к м г
Покрытая
лесом,
тыс. га
Пашня,
тыс. га
Сенокосы,
тыс. га
Пастбища,
тыс. га
Лесистость,
34,900
29,000
23,900
84,200
29,600
60,200
47,000
24,700
39,600
49,800
25,703
36,300
1030,0
1095,0
895,4
2947,0
1347,3
1986,0
1431,0
174,0
893,4
1036,9
274,4
1266,9
1415
683
656
1657
1055
742
1222
1742
1901
1594
1624
836
300
258
184
1003
198
327
314
170
292
533
121
326
193
124
137
898
136
137
275
129
343
409
184
342
30,0
37,4
38,9
34,9
45,5
33,1
20,4
6 ,2
22,6
20,8
10,7
34,7
%
бассейна, равной 2 км[км2, на безлесных водосборах коэффициент сто­
ка равен 0,49, при лесистости 10%— 0,27, при лесистости 30% —0,20, при
лесистости 50% —0,17 и при лесистости 80% —0,15. По мере уменьшения
степени эродированности и расчленения территории сток понижается
(рис. 27).
Н а очень сильно эродированных площадях нет травяного покрова,
на сильно эродированных почвах он встречается единично, при средней
эродированности степень покрытия почвы травой равна 25%, при сла­
б о й — 44% при очень слабой — 75%.
По коэффициентам расчленения территории экспериментально уста­
новлена лесистость различной величины водосборных бассейнов, на ко­
торых были проведены наблюдения по поверхностному стоку атмосфер­
ных осадков.
Н а основании этих данных мы сочли возможным принять шкалу ле­
систости водосборов, выраженную в процентах, в зависимости от коэф­
/
J
5
Лесистость
системы полос, %
Р и с. 27. К о э ф ф и ц и е н т с т о к а н а э р о д и р о в а н н ы х
н ен н о ст ь ю
в одосбор ах
Овраги (в км /км 2) : 1 — 3; 2 — 2; 3 — 1; 4 — 0,5; 5
0,2
с их р а зл и ч н о й
расчле*
Р и с . 28. П о в р е ж д е н и е се л ь с к о х о зя й с т в е н н ы х к ул ь т у р су х о в е я м и при р а зл и ч н о й о б л ес е н н о с т и си с т е м о й п о л о с
197
фициента расчленения водосборов. Эти проценты мы принимаем как
нормы искусственного облесения малых водосборных бассейнов:
Коэффициент расчленения, км./км2
Минимальный процент лесистости
0 ,5
1 ,0
2 ,0
5
8
16
3 ,0
24
Степень повреждения посевов в зависимости от лесистости, выра­
женной системой лесных полос, показана на рис. 28.
К ак видим, абсолютно исключается повреждение посевов пыльными
бурями при 5% лесных полос от общей площади защищаемой террито­
рии, при условии создания системы полос.
Оптимальная лесистость отдельных областей в Центральном черно­
земном районе после облесения эродированных безлесных участков и
площадей, занятых лесом, будет следующей (в %):
Существующая
лесистость
Орловская обл.
Курская обл.
Белгородская обл.
Воронежская обл.
Липецкая обл.
Тамбовская обл.
5,1
3 ,7
9,0
9,0
8 ,0
10,0
Намечаемая
лесистость
Лесистость
зеленых зон
12,4
12,7
16,0
18,7
15,5
10,4
0,2
0 ,3
0,1
0 ,4
0 .2
0,1
Общая
лесистость
15,3
17,1
25,1
27,1
22,1
19,4
В намечаемый и общий процент входят и песчаные земли (30% от
общей площ ади), которые запроектированы под полосное лесоразведе­
ние, защитные полосы вдоль рек, водоемов, железных и шоссейных до­
рог. Все эти лесные объекты, наряду с целевыми задачами, выполняют
водорегулирующие и почвозащитные функции.
Создание приовражных полос и частичное облесение склонов в
Центральном черноземном районе не прекращает еще и под пологом
15-летних дубовых культур, выращенных на различно эродированных
площадях, поверхностный повышенный сток. Он долгое время находит­
ся в зависимости от степени эродированное™ территории и расчленен­
ности ее оврагами. И з-за нарушения в процессе эрозии порозности и во­
допроницаемости почвы наибольший поверхностный сток наблюдается
на сильно эродированных почвах, при коэффициенте расчлененности
территории, равном 3 км /км 2. Наименьший сток наблюдается на очень
слабо эродированных почвах с расчленением территории 0,2 км/км2.
ОПТИМАЛЬНАЯ ЛЕСИСТОСТЬ
СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ
Пензенская область
Отличительной чертой исследований в Пензенской обл. являлся отбор
ключевых участков на основании значительного количества оврагов и
балок в различных административных районах области, а также отбор
средних наиболее типичных участков, на основании которых определя­
лась длина и ширина создаваемых противоэрозионных полос и необ­
ходимая площадь облесения. Отбор ключевых участков проводился в
соответствии с «Методикой определения оптимальной лесистости», при­
нятой на Координационном совещании в 1967 г. Ее использовали все
участники работ по определению оптимальной лесистости.
В формировании рельефа Пензенской обл. значительную роль сыг­
рали такие геологические процессы, как подвижки литосферы в третич­
ный период и в более позднее время, а та кж е оледенение, охватившее
Днепровскую (Рисскую) ледниковую эпоху в западной части области.
198
26
\24
Рис. 29.
Слабое расчленение оврага*
ми и балками
Бессоновско*
го района
0
и ]
*41X4 1 ~ л(|ГЧ^
Р и с. 31. С р е д н е е р а с ч л е н е н и е о в р а г а м и и б а л к а м и Г о р о д и щ е н ск о г о р а й о н а
пени и глубине их расчленения реками и оврагами. В восточной части
это расчленение более глубокое, чем в западной. Известно, что при бо­
лее глубоком расчленении местности эрозионные процессы выражены в
большей степени, чем при менее глубоком.
Необходимо обратить внимание на различие склонов южной и се­
верной экспозиций. Ю жные склоны водоразделов обычно крутые и ко-
роткие. В этом случае переход водораздельных платообразных участков
в речную долину происходит очень резко. Северные склоны, наоборот,
пологие и длинные, они постепенно переходят от долин к возвышенным
водораздельным участкам. Склоны, спускающиеся от водоразделов к
речным долинам, расчленены оврагами, балками и лощинами. Часть
оврагов более или менее задернована, но опасность усиления эрозии
не устранена.
Нами по картам выделены леса, овраги и балки и затем уточнены на
местности. Всего было выбрано семь районов, расположенных более или
менее равномерно.
Было выбрано два района слабо расчлененных — Свищевский и Бессоновский, три средне расчлененных — Голицинский, Городищенский и
Сосновоборский, два сильно расчлененных-— Головищинский и Кузнец­
кий.
Ознакомление с этими районами показало, что они могут характери­
зовать расчлененность территории такж е в Саратовской и Ульяновской
областях.
Бессоновский район представлен большей частью заросшими бал­
ками. Протяжение и расположение балок и оврагов отражает слабую
степень расчлененности района, со средним протяжением гидрографиче­
ской сети 0,43 км /км 2. В отдельных частях района степень расчленения
достигает средней длины гидрографической сети 1 км/км2, а в некото­
рых д а ж е сильной— 1,6 км /км 2. Центральная часть расчленена очень
слабо и покрыта лесной растительностью (рис. 29).
Свищевский район более сильно эродирован, однако протяжение
гидрографической сети не превышает 0,65 км/км 2. Действующие овраги
и балки распределены по району равномерно и приурочены к населен­
ным пунктам (рис. 30). В данном районе необходимо овражно-балочную сеть держ ать под контролем и не допускать уничтожения расти­
тельности.
В средне эродированном Городищенском районе коэффициент рас­
членения территории равен в среднем 0,9 км/км 2. В северной части рас­
членение слабое. Здесь значительная часть территории покрыта лесом.
Средняя и ю ж ная части района имеют коэффициент расчленения по­
верхности 1,2 км /км 2. В эродированной части мало лесов и много насе­
ленных пунктов (рис. 31).
Голицинский средне эродированный район характеризуется расчле­
нением в размере 1 км/км2. Здесь, в отличие от Городищенского рай­
она, больше половины оврагов относится к действующим. Они также
приурочены к населенным пунктам (рис. 32).
В сильно эродированном Головищенском районе коэффициент рас­
членения балкам и равен 1,8 км /км 2 (рис. 33). Овраги в подавляющем
большинстве заросшие, в верховьях многих из них имеются леса, что и
послужило причиной затухания оврагов.
Сосновоборский район расчленен оврагами и балками в размере
1,7 км /км 2. У населенных пунктов сосредоточены действующие овраги
(рис. 34). Н а облесенных территориях овраги отсутствуют или же з а ­
росли лесом.
Кузнецкий район отличается обилием действующих оврагов. Коэф­
фициент расчленения оврагов равен 1,8 км/км2 (рис. 35). Здесь необхо­
димы срочные меры по погашению оврагов.
В лесных районах овраги или заросли лесом, или же отсутствуют.
Территория Пензенской области сложена песчано-глинистыми от­
ложениями верхнего отдела меловой и нижнемеловой третичной систе­
мы. В состав их входят глауконитовые пески, серые и ржавые глины,
мергели, опоки и, наконец, плотные кварцевые пески на возвышен­
ностях.
202
Рис. 32. Среднее расчленение
оврагами
и балками Голицинского района
204
Рис. -33. Сильно расчлененный
оврагами и балками
Головищинский
район
205
Рис. 34. Сильно расчлененный
оврагами
и балками
Сосновоборский
район
От западной границы области коренные породы представлены отло­
жениями меловой системы. Д а л е е к востоку распространены породы
третичной системы. Коренные породы залегают почти горизонтально, в
юго-восточной окраине выявляются синклинальные залегания пород, а
в северо-западной части антисинклинальные.
К западу от 45-го меридиана большая часть территории была охва­
чена Днепровским материковым ледником, восточный выступ которого
простирался до широты Волгограда. Ледник в значительной степени
сгладил поверхность западной части области.
Геоморфологические и геологические условия области оказывают су­
щественное влияние на географическое распределение основных поч­
венных разностей. В пределах пойменной террасы развиваются преиму­
щественно дерново-луговые почвы. По отрицательным формам рельефа
здесь формируются почвы болотного типа, а в южных районах — засо­
ленные почвы. Н а более дренированных участках довольно распростра­
нены серые лесные почвы.
На древних террасах, сложенных породами легкого механического
состава, развиваю тся серые лесные и скрытоподзолистые почвы. В не­
которых случаях древние террасы выстланы глинистыми и тяжелосу­
глинистыми отложениями, на которых формируются долинные чернозе­
мы и лугово-черноземные почвы.
В западной части области водораздельные пространства сложены
покровными делювиальными, часто карбонатными глинами и суглинка­
ми. Здесь господствуют почвы черноземного типа, преимущественно вы­
щелоченные черноземы. Н а водораздельных платообразных участках
встречаются иногда микропонижения — западины, где развиваются
осолоделые почвы и солоди.
В восточной части области наиболее повышенные водораздельные
участки заняты почвами типа серых лесных почв легкого механического
состава, часто содержащими большое количество обломков древних ко­
ренных пород. Серые лесные почвы широко развиты и на склонах, осо­
бенно в верхних их частях.
В нижних частях склонов, где развиты различные делювиальные от­
ложения тяжелого механического состава, формируются почвы черно­
земного типа.
Распределение земель сельскохозяйственного и лесного пользования
в Пензенской обл. следующее: пашня 2 521 003 га, залеж ь 29 922 га, мно­
голетние насаж дения 9714 га, сенокосы 117 799га, пастбища 279 393 га.
Всего 2 957 131 га. В Гослесфонде находится 825 500 га и колхозными
лесами занято 115 000 га.
Н а территории области более 170 рек общей протяженностью
5900 км.
Обследование различных районов области дало возможность вы я­
вить на площади сельскохозяйственных угодий (пашни, залежи, сеноко­
сы и выгоны) 38,7 тыс. га слабосмытых почв, 106,7 тыс. га среднесмытых, 27,8 тыс. га сильно смытых почв и 62,3 тыс. га овражных обнажений,
или всего 235,5 тыс. га эродированных почв. Густота овражно-балочной
сети в среднем равна 0,9 км,1км2.
Ю го-западная часть области характеризуется наличием малодей­
ствующих оврагов, сосредоточенных в основном по р. Вороне, Хопру и их
притокам.
Если в настоящее время процент площади, занятой лесами, в Пензен­
ской обл. равняется 21,9%, то после частичного облесения—7,7% сред­
не- и сильноэродированных площадей, 0,9% сильно смытых земель, 2%
овражно-балочных обнажений, а такж е 0,3% песков, общая лесистость
площади повысится до 2,6% за счет закрепления оврагов и на 2,5% за
счет создания полезащитных полос, или всего до 5,1%. В настоящее вре­
207
мя в области составлены задания на облесение и ведутся работы по их
реализации.
Д л я защиты от пыли и снежных заносов вокруг населенных пунктов
необходимо создать зеленые зоны, средняя площадь которых для од­
ного хозяйства (колхоза) долж на быть около 25 га. Зеленые насаж де­
ния из древесных и кустарниковых пород в сочетании с садами и цветни­
ками являются важнейшим фактором благоустройства городов, рабочих
поселков и сельских населенных пунктов. Созданию зеленых зон в ши­
роких размерах должно предшествовать составление проектов их уст­
ройства силами специальных экспедиций.
В селах, расположенных в открытой сухой степи, где требуется з а ­
щита от суховеев, пыли и снежных заносов, целесообразно размещать на
всех окраинах сел защитные полосы. Они должны размещаться в 100—
150 м от построек с учетом перспектив развития и роста села.
При проектировании и создании водоемов надо учитывать наличие
водоемов, озер, водохранилищ, прудов, речек и стариц, которые следует
включать в территории зеленых зон. Создаваемые насаждения должны
окруж ать их.
По Пензенской обл. предусматривается посадить 120 тыс. га леса, из
которых 60% посадок приурочивается к степным районам. Вокруг об­
ластного центра, а такж е других крупных городов намечается создать
зеленые зоны.
Ульяновская область
Область разделяется Волгой на правобережную и левобережную ч а ­
сти. Н а севере правобережной части расположена наиболее понижен­
ная территория, представляющая собой обширную волнистую равнину.
Н а юго-востоке, южнее Ульяновска, находится значительно более воз­
вышенная территория, занимаю щ ая высокие и сильно расчлененные во­
доразделы рек Волги, Свияги и Гущи, средне эродированные. На за п а ­
де и юго-западе выделяется пс характеру рельефа высокий централь­
ный водораздел рек Бариш, Инзы, Суры и Сызрани в их верховьях и
прилегающие сильно эродированные склоны этого водораздела. Н ако­
нец, на юге правобережной части области за реками Сызранью, Канадеей и Терешкой и ее притоками расположен своеобразный возвышенный
район, представленный Сызранским плато с высотами до 342 м, также
сильно эродированный.
В левобережной части выделяются Приволжская волнистая равнина
и Ц ентральная часть, представленная высоким водоразделом рек Б оль­
шой Черемшан, Мопна и Утка в виде волнистой равнины, слабо эроди­
рованной.
В геологическом отношении Ульяновская обл. такж е разделена на две
резко отличающиеся друг от друга части — правобережную и левобе­
режную.
Поверхность правобережной части слагается юрскими меловыми,
третичными и четвертичными отложениями, имеющими неодинаковое
распространение в различных районах. В основании пород, слагающих
верхнюю часть земной коры в правобережной части области и выходя­
щих в той или иной степени на поверхность, л еж ат юрские глины.
В Ульяновской обл. юрские отложения появляются на дневной по­
верхности на юге по р. Сызрани в районе сел Репьевка и Марьевка и на
севере на водоразделе между Волгой и Свиягой, севернее Ульяновска, и
занимают незначительную площадь. Н а линии сел Беденьга, Васильевка юрские отложения, благодаря наклону пластов на юг, скрываются
на водоразделах под вышележащими меловыми отложениями. Но по
берегам Волги полоса этих отложений тянется на юг значительно даль­
ше в пределы Ульяновской обл. до Поливны, где их верхние слои ухо­
дят под уровень Волги.
208
Меловые отложения в области разделяются на два отдела — нижне­
меловые и верхнемеловые. Нижнемеловые отложения представляют со­
бой толщу песков и глин и выходят на поверхность главным образом в
трех районах: северном правобережном Волго-Сурском, юго-восточном
правобережном Свияго-Волжском и южном правобережном Сызранском.
При этом в северном районе они имеют большее распространение, чем
в двух других.
Н а севере нижнемеловыми отложениями сложен водораздел между
Свиягой и Волгой, от Ульяновска до с. Беденьги, область левых прито­
ков Свияги, Цыльни, Тимерсянки (почти до верховьев), Сельди (в ни­
зовьях). Д ал ее они слагают большие участки в низовьях рек Барыша,
Чеберчинки и др. По Барыш у нижние меловые отложения протягива­
ются до г. Карсун, а по Суре до с. Сурский острог.
В южном районе меловые отложения распространены в районе сел
Репьевка, Новоспасского и Куроедова по р. Сызрани, куда они прони­
кают широкой полосой с востока. С юга эта полоса ограничена высота­
ми, отделяющими бассейн р. Сызрани от бассейна р. Терешки.
Н ад нижнемеловыми слоями залегаю т верхнемеловые отложения.
Верхнемеловые отложения состоят из мела, мергеля и кремнистых мер­
гелей.
Меловые горы «Холмавы», «Шеломы» и длинные гряды, белеющие
под шапками зеленых лесов по склонам речных долин, характерны для
большей части правобережья Ульяновской обл. Они возвышаются по
берегам Волги от с. Кременок вниз до с. Усолья, уходя за границу об­
ласти на юг. Меловые отложения тянутся по долинам р. Усы и ее прито­
ков Тереньги, Тукмуша, Коки и Борли и по долине р. Томышевки.
По Свияге меловые отложения тянутся от с. Уваровки до с. Вырыпаевки и охватывают бассейны рек Гущи и Сельди с их мелкими при­
токами. М ежду реками Сельдью и Свиягой, Бирюч и Яклой верхне­
меловые отложения протягиваются широкой полосой, около 20—25 км,
в северо-западном направлении, гранича приблизительно по линии
с. Белый ключ — Богдашкино с нижним мелом в среднем течении Б а ­
рыша.
Другим районом., где верхнемеловые отложения имеют такж е боль­
шое распространение, является южный правобережный Сызранский
район.
Значительно меньше они распространены в юго-восточном правобе­
режном Свияго-Волжском районе, слагая здесь только склоны к рекам
Волге, Усе, Теренгульке, Тукмуш, Гуще.
Самый верхний горизонт верхнемеловых отложений Ульяновской обл.
представляется толщей белого мела мощностью 50—80 м.
Верхнемеловые слои покрываются третичными отложениями, из ко­
торых нижний слой назван палеогеном, а верхний неогеном. В правобережной части верхнего отдела неогена нет и третичные отложения
представлены нижними слоями, т. е. палеогеном в виде свиты разнооб­
разных опок, трепелов, песков и песчаников.
Самым верхним слоем геологических образований правобережья об­
ласти являются четвертичные отложения. Они покрывают нижележа­
щие слои неоднородным разорванным покровом, заполняя долины рек и
пологие склоны водоразделов. Эти отложения относятся к древнеаллю­
виальным и флювиогляциальным осадкам.
Другой тип четвертичных отложений правобережной части области —
современные аллювиальные речные осадки, заполняющие дно современ­
ных речных долин в виде песков, глин и суглинков. Таким образом, по­
верхностные четвертичные отложения правобережья области представ­
лены комплексом разнообразных флювиогляциальных, древнеаллюви­
альных и современных аллювиальных и делювиальных осадков в виде
глин, суглинков, супесей и песков.
14 а . Молчанов
209
Наибольшее распространение эти осадки, главным образом в виде
глин и суглинков, имеют в равнинном северном правобережном ВолгоСурском районе, покрывая здесь пологие склоны водоразделов и терра­
сы речных долин. В других районах они распространены значительно­
меньше.
Л евобереж ная часть Ульяновской обл. резко отличается по геологи*
ческому строению от правобережной. Здесь поверхность земной коры
слагается пермскими, третичными и четвертичными отложениями. Наи­
более древними отложениями являются .пермские. Верхнепермские от­
ложения состоят из чередующихся слоев белых, розовых и зеленоватых
глин, а такж е белых и серых известняков с линзами и прослоями желто­
бурых песков и песчаников, прикрытых красными и красновато-корич­
невыми глинами и песками.
Третичные отложения представлены в левобережной части верхним
отделом —• неогеновыми отложениями. Эти отложения состоят из пес­
чано-глинистой и суглинистой толщи в виде чередующихся глин, суглин­
ков и песков. Н а значительной площади они представлены песчаными
отложениями.
Четвертичные отложения правобережной части области здесь преоб­
ладаю т и распространяются на водоразделах, склонах и речных доли­
нах. Они представлены современными древнеаллювиальными и делю­
виальными осадками в виде переслаивающихся разнообразных глин,
супесей и песков.
По характеру рельефа правобережная часть — волнистая равнина,
расчлененная многочисленными оврагами и балками. На юге равнина
наиболее расчленена и всхолмлена. Н а фоне этой волнистой значитель­
но эродированной равнины выделяются особо возвышенные и всхолм­
ленные территории. Н а севере от Ульяновска, между Волгой и Свиягой,
выделяются сильно эродированные горы.
Почвенный покров Ульяновской обл. представлен богатым и слож­
ным сочетанием разнообразных черноземов, различающихся по содер­
жанию гумуса, не менее разнообразными серыми оподзоленными лесо­
степными почвами, перегнойно-карбонатными почвами. Основными круп­
ными группировками черноземов являются оподзоленные черноземы с
процессом и признаками деградации; выщелоченные черноземы, отли­
чающиеся большей выщелоченностью от карбонатов щелочных земель;
типичные черноземы; почвы типичного черноземного генезиса с содер­
жанием гумуса в горизонте А больше 3%; долинные черноземы, р а з­
витые на высоких террасах речных долин.
К а ж д а я из этих групп черноземов представляет собой сложное соче­
тание разнообразных вариаций черноземных почв, отличающихся содер­
жанием гумуса, мощностью гумусового горизонта, степенью выщелоченности и содержанием карбонатов, механическим составом, солонцеватостью и степенью заболоченности. Последние делятся на болотные, лу­
гово-болотные и луговые почвы.
Черноземы — самые распространенные почвы. Наибольшая их пло­
щадь сосредоточена на севере правобережной части области, в северном
правобережном Волго-Сурском агропочвенном районе, второе место з а ­
нимает Свияго-Волжский агропочвенный район, третье— Сызранский
агропочвенный район. Четвертый и пятый районы распространения чер­
ноземов располагаются в левобережной части области.
Распределение земель по категориям (общая площадь равна
3718,1 тыс. га) следующее: пашни 49%, сенокосы 1,6%, пастбища 8,3%,
зал еж ь 0,3%, многолетние культуры 0,3% всей площади. На лесные
площади приходится 27,8%, на прочие з е м л и — 10,1% и на неиспользу­
е м ы е — 24% площади области. Из общей площади сельскохозяйствен­
ных земель Ульяновской обл., равной 2246 тыс. га, подвержено эрозии
210
7,4%, из которых водная эрозия составляет 6,9% и ветровая 0,5%. На
этих площадях необходимо осуществить лесопосадки. Кроме того, необ­
ходимо создание полезащитных полос (2 % площади) и зеленых зон
вокруг крупных населенных пунктов (0,5% площади).
Наиболее сильно эродированы площади сельскохозяйственных земель
между Волгой и Свиягой, Барышей и Инзой, Сурой и Сызранью и по
р. Терешке с ее северными 'притоками. Распределение эродированных
площадей в бассейнах этих рек характеризуется такими показателями.
Очень слабо смытых почв насчитывается 34,2%, слабо смы ты х—23,1%,
средне смытых 21,8 %, сильно эродированных 18,8% и очень сильно смы­
т ы х — 2,1% от общей площади. Лесистость области за 80 лет снизилась
на 15%- В составе лесов в настоящее время преобладают насаждения
лиственных пород — 43,2%, с господством дуба — 27,7 %, сосны — 28,6%
от всей лесопокрытой площади. В бассейне Черемшана имеются значи­
тельные площади осинников. Наибольшие площади лесов находятся на
юго и юго-западе области. Здесь лесистость колеблется от 20 до 32%. На
левобережной части Ульяновской обл., за исключением района Мелекесса, где имеются довольно большие массивы сосняков, лесистость
очень низкая.
В южных и юго-восточных районах области после вырубки лесов и
освоения площадей под сельское хозяйство получила сильное развитие
водная эрозия. Д л я устранения эрозии потребуется увеличить площадь
лесонасаждений вокруг оврагов и в оврагах.
Распространение эрозии в области характеризуется следующими д а н ­
ными (в тыс. га):
Степень
эр-одиро ва н н с тн
На пашне
всего
слабая
средняя
сильная
Итого
гродирозано
На сенохосе
все-о
слабая
средняя
сильная
Итого
эродировано
Водная
эрозия
Ветровая
эрозия
1780,00
33,40
25,10
10,30
1 83
6,09
0,98
—
68,81
8,90
54,910
0,019
0,066
1,085
1,170
—
—
■
—
Степэнь
эродированности
На зелени
всего
слабая
средняя
сильная
Итого
эродировано
На пастбищах
всего
слабая
средняя
сильная
Итого
эродировано
Водная
эрозия
Ветровая
эрозия
12,089
0,301
0,830
0,352
—
0,028
1,480
0,028
—
—
301,82
24,34
36,00
20,68
0,455
2,357
1,452
81,02
4,264
Наиболее интенсивной эрозии подвергаются -пахотные земли, затем
пастбища, значительно слабее развиваются эрозионные процессы на з а ­
леж и и почти отсутствуют на сенокосных угодьях.
Ветровая эрозия развита значительно слабее.
В настоящее время лесистость Ульяновской обл. довольно высокая
(25% ), однако необходимо облесить еще 10% площади.
14*
Куйбышевская область
Сельскохозяйственные угодья области составляют 4081 тыс. га, из
них занято под пашней 3181 тыс. га, под сенокосами 130 тыс. га, под
пастбищами 749 тыс. га и под лесами 593 тыс. га, или 11,1%.
Эрозия почв в области изучена слабо. Первые сведения о распро­
странении эрозии почв получены Носиным (цит. по Старкину, 1968). По
данным Носина средне и сильно смытые почвы в 1939 г. занимали
568.1 тыс. га, что составляет 10,6% общей земельной площади. В том
числе средне смытые 303,9 тыс. га, или 5,7% площади, и сильно смытые
264.2 тыс., или 4,9%.
Таблица
103
Степень смыва почвы в Куйбышевской обл. (в %)
В том числе
Зона
Площадь,
подверженная
смыву
средне
смытая
Правобережье Волги
Лесостепное левобережье
Степное левобережье
70—80
50—60
До 50
30
25
12
сильно смытая
15
10
5
Более точные результаты дают специальные обследования по клю­
чевым участкам. Они показали совершенно другие масштабы смыва поч­
вы в области. Обследование смыва почвы в 1957— 1958 гг. правобережья
лесостепного и степного левобережья Волги дало результаты, приведен­
ные в табл. 103.
Таким образом, в настоящее время охвачено смывами около 44,5%
общей площади. В том числе средне и сильно смытая пашня, продуктив­
ность которой понижена на 50—75%, занимает 860 тыс. га.
Примерная распространенность смывов на пахотных землях приведе­
на в табл. 104.
Т аблица
104
Распространенность смывов на пахотных землях Куйбышевской обл. (в тыс. г а )
В том числе
Зона
Общая
площ адь
пашни,
га
Всего
смыва­
емой
пашнн
слабо
смытой
средне
смытой
сильно
смытой
Правобережье Волги
Лесостепное левобережье
Степное левобережье
172
1524,1
1460,5
129.5
838,2
433.5
51,8
304.8
183.9
51,8
381,0
175,3
25,9
152,4
73,0
77,7
533,4
248,3
3156,6
1408,2
546,5
608,1
251,3
859,4
И того
среднг и силь­
но смытой
Смыв почвы в области вызывается стоком талой воды, коэффициент
этого стока колеблется от 0,40 до 0,52.
Есть в области и овраж ная эрозия, овраги занимают 128,4 га. З а по­
следнее время их площадь увеличилась на 52,5 тыс. га (данные 'заим­
ствованы из сборника «Борьба с эрозией почв и защитное лесоразведе­
ние», 1968).
В некоторых районах на 100 га земель приходится 900 погонных мет­
ров оврагов, а ежегодный прирост их составляет 350—400 погонных мет­
ров.
212
Причин, порождающ их водную эрозию, много. К числу их относится
интенсивное сокращение площади лесов, начавшееся с половины XIX в.
Значительную роль в развитии водной эрозии почв играл и характер
рельефа — степень расчленения местности лощинами и балками. Наибо­
лее расчленен рельеф на северо-востоке области в лесостепной зоне, в
правобережье и в части левобережья, примыкающей к выступу С ам ар­
ской луки. Здесь водная эрозия развита очень сильно.
В Сыртовском З а в о л ж ь е . общая площадь территории равняется
2069 тыс. га, из них сельскохозяйственная — 1859 тыс. га, площадь паш­
н и — 1456 тыс. га, покрытая лесом Гослесфонда — 41 тыс. га, леса кол­
х о з о в — 4,4 тыс. га, агролесомелиоративные насаждения — 18,7 тыс. га.
Общая лесистость территории равна 3,1%.
Защитные лесные насаждения размешены по всей территории степно­
го Заволжья, поэтому эффективность их действия ничтожна (Колденкова, 1969).
Лесистость снижается с северо-запада на юго-восток. В группе се­
верных районов, относящихся к приволжскому Безенчукскому, южной
части Волжского, Борского, Богатовского и Кинельского районов, леси­
стость составляет 5,2%- В группе центральных районов (Хворостянский,
Красноармейский, Пестравский) лесистость равна 3,2% и в третьей груп­
пе, включающей Больше-Глушицкий, Больше-Черниговский и Нефтегор­
ский районы, лесистость составляет 1,5% площади.
Полезащ итная лесистость такж е снижается с северо-запада на юговосток. Д л я перечисленных -групп она равна соответственно 0,31, 0,13
и 0,08%. Коэффициенты расчлененности площади этих групп соответст­
венно равны 0,49; 0,69 и 0,51.
По данным Р. С. Колденковой, общая лесистость степного Заволжья
вместе -с государственными лесами должна быть для первой труппы
районов 11,1%, второй группы 10,1% и третьей группы 9,1%, или в сред­
нем для степного Заволжья 9,12%. Д л я степного левобережья лесис­
тость должна .быть не менее 12,5% и для правобережья-— 15%.
В Куйбышевской обл. компактные лесные массивы расположены в
районе Жигулевских гор и в северных районах области: Шенталинском,
Сергиевском, Красноярском, Ставропольском, а также на границе с
Оренбургской обл., где
находится
Бузулукский
бор
площадью
110,6 тыс. га, из которых 53,6 тыс.— в Куйбышевской обл.
Саратовская область
Под сельскохозяйственные угодья области занято 8541 тыс. га, в том
числе 6430 тыс. га пашни, 213 тыс. га сенокосов, 1850 тыс. га пастбищ.
Под лесом занято 410 тыс. га, из них 307,4 тыс. га государственные леса
и 94,4 тыс. га леса колхозов и других фондодержателей. Лесистость об­
ласти равна 5%. Лесокультурный фонд в лесхозах составляет85,7 тыс. га.
Л еса Саратовской обл. в основном произрастают на правобережье Вол­
ги и приурочены в северной части к водоразделам, а в южной — к пой­
мам рек. Лесистость правобережья составляет 9,2%, левобережья 0,9%.
В связи с развитием орошения и увеличением производства твердых пше­
ниц первоочередным районом защитного лесоразведения является З а ­
волжье. В настоящее время на покрытой лесом площади лесхозов пре­
обладают байрачные леса (390 тыс. га) и пойменные дубовые леса
(270 тыс. га).
Хвойные леса (16,3 тыс. га) и культуры лиственницы (0,2 тыс. га)
дают на выщелоченных черноземах в 50 лет 565,7 м 3 столовой древе­
сины.
Степень эродированности площадей правобережья Волги .выражается
(в %) такими показателями: очень слабо эродированных площадей 15%,
слабо эродированных 20,8%, средне эродированных 24,6%, сильно эроди­
213
рованных .39,6%. Правобережье эродировано сильнее, чем левобережье.
В Сыртовском Заволжье наиболее всхолмленные территории наблю­
даются в верховьях рек Малой Призы и Чернавки, притоков Большого
Иргиза, Камылыка и Камышлека, верховьях Бузеля и его притоков, Алтары и некоторых других. В основном Заволжье представляет собой
слабо всхолмленную равнину.
П равобережье Волги в Саратовской обл. в настоящее время очень
сильно эродировано, особенно прилегающее к Волге.
Н а склонах к реке необходимо через 500—600 м создать берего- и
склонозащитные полосы шириной 30—40 м по горизонтали и шестимет­
ровые вдоль по склону. Межполосные пространства надо использовать
под сельскохозяйственные культуры и фруктовые сады. З а счет полос
и садов лесистость левобережья Саратовской обл. возрастет на 10—
12 % и составит 18% на расстоянии 40 км от Волги. З а пределами этой
полосы к западу необходимо создать полезащитные полосы, за счет ко­
торых лесистость повысится на 5—6 %В Заволжье дополнительно проектируется создать 215 тыс. га защит­
ных лесных насаждений, в том числе 175 тыс. га на сельскохозяйствен­
ных площадях: полезащитных лесных полос 90 тыс. га, на орошаемых
землях 24 тыс. га, на песках 4 тыс. га, противоэрозионных насаждений
32 тыс. га, на пастбищах 6 тыс. га, озеленительных посадок 10 тыс. га,
плодовых садов 9 тыс. га, насаждений по берегам водохранилищ и гл ав­
ных оросительных каналов 15 тыс. га, 85 тыс. га зеленых зон вокруг го­
родов и населенных пунктов, а такж е 8,5 тыс. га снегозащитных 'насаж­
дений (Кравцов, 1969).
И з всех факторов, слагающих плодородие почв, весьма часто лимити­
рующим фактором оказывается почвенно-грунтовая влага. Поэтому все
мероприятия в области сельского хозяйства должны -быть направлены
на борьбу за воду, за ее накопление и рациональное использование. При­
нимая во внимание эти особенности, необходимо систематически прово­
дить работы по задержанию атмосферных осадков устройством прудов
и водохранилищ в балках и оврагах, по размещению лесных по­
лос по водоразделам овражно-балочной сети и рек. В этой связи перспек­
тивным может быть орошаемое земледелие как на пойменных, так и на
богарных землях. Орошение в Поволжье может быть организовано из
рек и крупных прудов подачей воды насосами на распределительные
пункты т о постоянной и временной оросительной сети. Подачу воды мож­
но осуществить и за счет устройства лиманов на водоразделах и верхних
частях склонов для однократной весенней влагозарядки почвы. Важны
эти мероприятия потому, что годы с недостаточным количеством осад­
ков в Поволжье очень часты: 1950, 1952, 1954, 1956, 1957, 1959, 1965, 1966,
1970. 1972 гг.
Экономическая эффективность защитных насаждений может быть по­
лучена за счет улучшения гидроклиматических условий я а полях, сохра­
нения пахотных угодий от смыва, разрушения и расчленения территории
на мелкие участки и снижения ущерба, наносимого эрозией. В результате
будет обеспечено получение до 20% дополнительной продукции от сель­
скохозяйственного производства.
О ВЫДЕ ЛЕ НИИ ВОДООХРАННЫХ ЛЕСОВ
В лесостепной и степной зонах к существующей в настоящее время
величине лесистости по проекту облесения прибавится дополнительная
величина процента лесистости, приходящаяся на не защищенные лесом
овраги и балки. Леса в процессе деятельности человека в засушливых зо­
нах обычно оттеснены на неудобные земли (в балки и на пески). Выруб­
ка этих лесов вызывает усиление эрозии.
214
Правильно было бы устанавливать лесистость не по административ­
ным районам, а по водосборным бассейнам рек, так как они, точно «кро­
веносные сосуды» земли, являются одним из главных факторов связи
человека с землей.
Система рек в водосборном бассейне образует готовую сетку, в пре­
делах которой необходимо проводить работу по освоению 'природных ре­
сурсов. С водосборными бассейнами тесно связывается территориальное
или региональное планирование. И, наконец, любое урочище — поле, лес
или пастбище,— находящееся на территории любого малого водосборно­
го бассейна, вносит свой вклад в общую систему, объединяемую круп­
ными речными .бассейнами, питающими русло главной реки и ее прито­
ков.
В пределах крупных водосборных бассейнов можно осуществить комп­
лексное освоение всех природных ресурсов и обеспечивать не только з а ­
щиту вод от различных вредных воздействий, вызванных деятельностью
человека, но и охрану земельных и лесных ресурсов в процессе исполь­
зования человеком земли и лесов, не упуская из виду полезные взаимо­
влияния лесных и сельскохозяйственных угодий на больших и малых во­
досборных бассейнах.
Л еса на водоразделах являются накопителями грунтовых вод, кото­
рые по своей ценности не идут ни в какое сравнение с создаваемыми в
нижнем течении рек искусственными водохранилищами. Сооруженные
человеком водохранилища отличаются невысокой эффективностью и без
защитных лесных массивов и травянистой растительности в их бассей­
нах будут существовать очень короткое время.
Лес укрывает множество птиц и мелких животных. В прохладных и
прозрачных лесных речках и озерах водится рыба лучших сортов и оби­
тает водоплавающая птица. В своих гидрологических исследованиях мы
стремились установить связь между величиной поверхностного стока и
типами почв, отличающихся большим разнообразием на огромных про­
странствах страны. Н аряду с этим мы стремились выяснить роль болот
в гидрологических процессах, происходящих на земле, влияние осуши­
тельной мелиорации на водность рек, а такж е роль озер и водохранилищ
в зарегулировании речного стока.
В лесной зоне леса, .выполняя водоохранные и почвозащитные функ­
ции, обеспечивают такж е народное хозяйство древесиной. В лесостепной
зоне лесоразведение должно быть направлено на защиту почв от водной
эрозии и повышение урожайности сельскохозяйственных культур. В се­
верной подзоне степи леса выполняют полезащитные функции, а также
защиту почв от водной и ветровой эрозии. В подзоне южной степи основ­
ное внимание обращается на создание лесов для защиты почв от пыль­
ных бурь и предотвращения водной эрозии. Н аряду с этим предусматри­
вается лесоразведение на песках, площадь которых достигает в европей­
ской части СССР 5 млн. га, в том числе: на Украине — 790, в Калмыцкой
АССР — 784, в Волгоградской обл.— 511, в Дагестанской АССР — 440,
в Северо-Кавказском крае — 850, в Белорусской ССР — 300, в Оренбург­
ской обл.—80, в Воронежской обл.— 100, в Куйбышевской обл.— 45, в
Курской обл.— 40, в Саратовской обл.— 40, в Крымской обл.— 40 тыс. га.
Результаты непродуманного использования ландш афта обычно нака­
пливаются постепенно, но иногда, в зависимости от особых условий, и
быстро, например, в США в 1934 г. произошла настоящая катастрофа,
когда ураганом выдуло 300 млн. г плодородной земли и тысячи ферме­
ров вынуждены были покинуть свои участки. 6 значительно меньших
масш табах такого же рода явления имелись у нас в Сибири.
Ветровая и водная эрозия вызывают сильное оскудение ландшафта,
избежать которого можно лишь при строгом государственном планиро­
вании и организации территории с таким расчетом, чтобы все компонен­
ты природы — атмосфера, почва, влага, растительность и животный
215
мир — были бы тесно взаимосвязаны и процессы их взаимодействия
были бы направлены на извлечение наибольшей пользы для общества.
Первой ступенью к преобразованию оскудевших территорий должно
быть их выявление. В странах народной демократии уже приступили к
такого рода работам, так, в Г Д Р такие территории уже выявлены, со­
ставлена их карта и разработаны конкретные меры по восстановлению
этих территорий.
Одну из причин оскудения ландшафтов западноевропейские специа­
листы по охране природы видят в усиленной вырубке лесов и нарушении
в связи с этим взаимосвязи между отдельными компонентами природы.
Соблюдение равновесия между хозяйственным использованием террито­
рии и физико-географическими закономерностями, существующими в
природе, становится возможным лишь при планировании всех действий,
направленных на изменение ландшафта.
В настоящее время, решая вопросы организации территории нашей
земли, следует учитывать следующее.
1. Считать необходимым применение активных способов для рекон­
струкции территории, в ряде случаев со значительным изменением обли­
ка местности. Например, водная и ветровая эрозия почв и грунтов (их
размыв и развевание) могут быть предотвращены устройством соответ­
ствующих полос зеленых насаждений, а должное состояние водных ре­
сурсов может оыть обеспечено оптимальной лесистостью местности, ве­
личина которой меняется в зависимости от природных зон и степени
эродированности почв.
2. Хозяйственная деятельность человека вносит значительные коррек­
тивы в природную систему, в то ж е время результаты этой деятельности
сами могут становиться компонентами ландшафта, которые и следует
принимать в качестве опорных факторов при установлении мероприятий
по охране территорий и дальнейшей их организации. Примером их яв­
ляется создание защитных полос на полях вокруг оврагов, водохранилищ
и вдоль рек и облесение песков.
П рограм ма организации территории должна быть тщательно проду­
мана.
Настало время участки карьеров или просевшие над шахтными вы­
работками места, отвалы и терриконы превращать в пейзажные парки
или ж е отводить под новые леса, а бессточные понижения преобразовы­
вать в благоустроенные водоемы и пруды.
3. Д л я улучшения условий жизни в городах необходимо, чтобы они
были окружены лесопарками. В ФРГ, например, как и в других странах,
считают, что каждый город должен обязательно иметь свою территорию
леса. Одна треть территории Англии находится под охраной. Строитель­
ство в этих местах допускается только в исключительных случаях.
В Западной Европе специалисты считают, что структура организации
территории должна учитывать особенности местности. Дороги должны
прокладываться не только с точки зрения преимущества их эксплуата­
ции, но и с учетом особенностей окружающей природы, мосты на них ре­
комендуется строить из природного камня, подчеркивающего колорит
местности. При разработках полезных ископаемых оставляются столбы
невыработанной породы, чтобы не проседала кровля.
В ФРГ обращается большое внимание на сохранение постоянной ле­
систости в пределах каждого отдельного района. При необходимом,
изъятии земли под строительство поблизости сажаются леса.
В Польше в 1959 г. работала комиссия, которая установила принци­
пы разделения охраняемых территорий и площадей, где будет размеще­
на промышленность.
Задачи сохранения ландш аф та не должны идти в разрез с нуждами
экономики, однако места для строительства различных объектов должны
быть строго увязаны с природными условиями.
216
Выделение водоохранных и климаторегулирующих полос, несмотря
на попытки лесоустроителей, не нашли конкретного разрешения. В на­
стоящее время все еще продолжается выделение запретных полос толь­
ко вдоль берегов рек. Удельный вес выделенных запретных полос вдоль
рек достигает 85%, а по берегам каналов и водохранилищ только 15%
от общей длины запретных полос.
Ширина запретных полос принята разная — от 0,5 до 20 км, преоб­
л адает 2—3 км. Запретные полосы выделены по берегам 500 рек, 70 озер,
10 водохранилищ и 6 каналов. ,
Среди специалистов лесного хозяйства все еще бытует мнение, что
леса запретных полос вдоль рек способны перехватить поверхностный
сток со всего водосборного бассейна реки и перевести его во внутрипочвенный, тогда как они выполняют водоохранно-защитную роль только
на той площади, которую они занимают.
Д ол я участия площади запретных полос в общей площади бассейна
варьирует от 0,1 до 1,8% и равна в среднем 0,9%. Вместе с тем некото­
рые специалисты считают, что и понятие оптимальная лесистость вызы­
вает сомнение. Высказываются д а ж е предложения применять вместо
термина «оптимальная лесистость» — «рациональная лесистость». Надо
полагать, что все рациональное и есть оптимальное. Рациональный —
значит, разумный, целесообразный, обоснованный, а оптимальный — наи­
лучший, наиболее благоприятный, наиболее соответствующий. Думаю,
что разумный обоснованный подход приведет ко всему .наилучшему, наи­
более благоприятному и целесообразному. Оба разобранные понятия
лесистости требуют одинакового научного обоснования с проведением
эксперимента. В качестве его нами взят анализ стока воды и связанных
с ним эрозионных процессов. Приведенный обзор соответствующих дан­
ных показал важность выяснения оптимальной лесистости каждой тер­
ритории; эта формулировка предложена нами не теперь, а в 1962 г. Во­
доохранная и водорегулирующая роль леса в настоящее время на мест­
ности значительно уменьшена, так как лесистость запретных полос в пол­
т о р а — пять раз ниже, чем лесистость водосбора. Многие специалисты,
зная это, проектируют только запретные полосы вдоль рек, не касаясь
распределения лесов на водосборе. Они считают, что в этом вопросе нет
еще единого мнения и называют разные величины лесистости (очевидно,
для страны). Троицкий, Тюрин, Костюкевич, Молчанов якобы единодуш­
но считают оптимальную лесистость равной 30—40%, другие утверж­
дают, что оптимальная лесистость долж на составлять 50% (Иванов,
Л. А. и др., 1951; Дубах, 1951, и др.).
Некоторые зарубежные ученые считают, что оптимальная лесистость
долж на быть 60—70%, а Р. Зон находит возможным рекомендовать
величину лесистости равной 25%. Кто же из них прав? Или все, или
никто.
Только очень немногие исследователи обосновали установление вели­
чины оптимальной лесистости экспериментальным методом. Большинст­
во других назвали процент лесистости территории не на основании экс­
периментальных исследований, а на основании не подкрепленных опы­
том и исследованием теоретических соображений, поэтому названные
величины сугубо проблематичны и необоснованны.
Нельзя отрицать предложения ученых США и Японии о том, чтобы
устанавливать оптимальную лесистость в пределах 60—70%. Такие про­
центы лесистости для горных условий весьма близки к оптимальным, а
в ряде случаев д а ж е недостаточны. Зато в равнинных условиях они со­
вершенно излишни.
В пределах одной лесорастительной зоны такж е нельзя устанавли­
вать одинаковый процент лесистости для глинистых, суглинистых, су­
песчаных и песчаных почв. В степных условиях для защиты почвы от
водной эрозии требуется одна лесистость, а для защиты от ветровой эро­
217
зии — другая. К установлению процента лесистости на водосборах
мы подходили на основании исследований не только стока воды, но и ба­
ланса влаги на водосборах, инфильтрации воды в почву и грунт, сум­
марного испарения и транспирации древесной и травянистой раститель­
ности.
Установление оптимальной лесистости по изменению величин стока
воды в реках весьма затруднительно потому, что на сток рек оказывает
влияние большое количество факторов, отмеченных выше. Зато значение
леса в повышении величины годового стока более облесенных рек по
сравнению с менее облесенными проявилось настолько убедительно, что
подавляющее большинство речных бассейнов с более облесенных водо­
сборов дало повышенный сток по сравнению с менее облесенными водо­
сборами.
В СССР все леса разделены на три группы. Это единственная стра­
на в мире с подобным делением. Наибольшая водоохранная роль отво­
дится лесам I группы, затем II группы и наименьшая — лесам III группы.
Фактически же все леса, не исключая верховьев и низовьев рек, являют­
ся водоохранными.
В ГД Р, ФРГ, Чехословакии, Болгарии, Польше, Румынии, Финлян­
дии, Японии и США все леса признаются водоохранными, поэтому во
всех этих странах, за исключением США, ведется лесное хозяйство на
основе немедленного лесовосстановления вырубок. При таком условии,
естественно, исключается необходимость делить леса на группы.
Только в Чехословакии, в порядке исключения, выделены водохозяй­
ственные области государственного значения, приуроченные к метал­
лургическим заводам и другим промышленным предприятиям. Водоох­
ранные леса вокруг источников рек, целебных и минеральных источни­
ков, а такж е по водоразделам выделены, как правило, в горных райо­
нах.
В Г Д Р лесные полосы шириной в два-три десятка метров имеются по
берегам тех рек и водемов, у которых выделяются водоохранные леса.
В Польше берегозащитные полосы имеют ширину около 300 м, они
выделяются по обоим берегам сплавных рек. При крутых берегах лес­
ная полоса включает весь берег плюс 30—50 м от вершины склона в сто­
рону водораздела. Кроме того, практикуется выделение лесных полос
шириной 100 м по обе стороны от водораздела.
В Чехословакии выделяются береговые насаждения по 7— 15 м по
обоим берегам рек, а по берегам водоемов — 25— 50 м.
В Болгарии лесные полосы занимают 100 ж по обоим берегам рек, а
вокруг водохранилищ — 200 м от уреза воды (водоема). Лесная полоса
вдоль берегов Черного моря имеет здесь ширину 1 км. Она выполняет
ветроломные и берегозащитные функции.
В Румынии лесные полосы выделяются по обоим берегам рек и их
притоков шириной до 500 м в горах и до 100 ж на равнинах. По берегу
Черного моря ширина лесной полосы составляет примерно 15 км.
В Финляндии лесные полосы по берегам рек не выделяются, а остав­
ляются в процессе рубки насаждений. Рубку рекомендуется оканчивать
за 10—20 м от береговой линии водотока. По берегам озер и крупных
водоемов оставляются лесные полосы шириной 20—50 м.
В СШ А выделение прибрежных лесов не носит обязательного харак­
тера. Такие лесные полосы иногда оставляются на крутых склонах, где
все они выполняют берегозащитные и противоэрозионные функции, в
живописных местах, а такж е для улучшения условий жизни рыб созда­
нием тени на воде и поддержания благоприятного температурного
режима.
В Японии по берегам рек выделяются леса, защищающие берега от
половодья. Они являются защитой городов, деревень, сельскохозяйствен­
ных земель, дорог от заносов илом, песком и почвой, а в случае необхо­
218
димости используются для постройки сооружений, сдерживающих по­
ступление воды. Ширина полос по мелким рекам 10 м, а вдоль круп­
ных — 50 м, во всех остальных случаях ширина полос составляет 20—
•30 м.
НОРМЫ ЛЕСИСТОСТИ
В ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ СССР
После изучения поверхностного стока на полевых и лесных водосбор­
ных бассейнах в связи с эродированностью почвы водой и ветром перей­
дем к установлению норм лесистости по отдельным областям.
Необходимая лесистость для большинства административных обла­
стей страны установлена нами по укрупненным показателям на основа­
нии горизонтального расчленения территории оврагами и балками. Этот
способ менее точный, чем детальное исследование каждой области, но
все же позволяет установить требуемую лесистость для отдельных естест­
венноисторических и административных районов.
В целях регулирования поверхностного стока и перевода его в грунто­
вый мы стремились выяснить влияние лесистости на сток рек, используя
при этом данные по стоку рек с различно облесенных бассейнов, и на
основании этих данных предложить в зональном разрезе оптимальную
лесистость, ширину водопоглотительных полос, способы рубок в водо­
охранных и почвозащитных лесах и другие мероприятия. В качестве ос­
новного показателя степени эродированности почв принят коэффициент
горизонтального расчленения, выраженный в километрах оврагов и б а­
лок на 1 км2 площади.
Водная эрозия и суховеи — горячие, иссушающие ветры — постоянно
угрожают черноземам в нашей стране, а черные бури, возникающие вме­
сте с суховеями, угрожают землям Северного Казахстана, Ростовской,
Астраханской, Волгоградской и других областей.
Чтобы оградить плодородные почвы от разрушительного воздействия
воды и пыльных бурь, в СССР реализуется большой план облесения зе­
мель, предусматривающий посадки лесных полос, которые принимают
на себя первые порывы ветра, ослабляют его силу и уберегают поля от
потерь влаги и выдувания верхнего слоя почвы.
Нарушение равновесия в природе приносит вред людям. Это каса­
ется не только почвы, но всей биосферы в целом. Поэтому необходимо
охранять не только почву и лес, но строго следить за чистотой воды и
воздуха, охранять животный мир.
Организация территории района может оказаться фикцией, если
освоение речного бассейна проводится только для использования водных
ресурсов. Нельзя забывать о том, что отдельные подразделения сто­
ка или водосборные бассейны со всеми присущими им достоинствами
представляют собой только один из видов физико-географических
единиц.
Другие географические факторы, такие, как климат, рельеф, почва и
растительность, могут такж е служить исходной базой для районирования
в целях охраны природных ресурсов. Фактор, который оказывает наи­
большее влияние или является самым ценным для данного района при­
родным ресурсом, будь то вода или что-нибудь иное, должен быть при­
нят в качестве основного критерия при установлении лесистости и опре­
делять порядок использования ресурсов.
Распределение общей площади областей, а такж е площадей пашни,
сенокосов и пастбищ взято из статистического ежегодника «Народное
хозяйство С С СР в 1965 году». Распределение лесных, а такж е покрытых
л есом площадей взято из материалов по учету лесного фонда СССР.
Процент лесистости установлен от лесопокрытой площади.
Из данных табл. 105 видно, что в большинстве областей центра ле­
систость или немного выше оптимальной, или немного ниже ее. Только
219
XК Н
.
'О 5 S У
ОS ОО
05 Ю Ю
05
С—
О СО 00 Г— vP со ю
—СО 05
С
МГ
05 со
ю
00
05
05
ит
о о
^X
Распределение общей площади лесного фонда в европейской части СССР (в тыс. га)
Т аблица
105
К
о«
о
£X
220
со о
1
1 о со
*•
*■
■ЧГЧ о
СО
rt
С
X.ХяЛ
м
Д
Ч
Н'Ю
2R О
с
\о
о,
О си
11
1
1
со
1
1 05
I
1
о с— 02 С
О
со sf ^-Н СО СО ю
со
М
со ■чН С
69 7, 0
58 3, 6
1231,8
3 335,3
336,5
1 37 5, 7
1 54 1, 8
11 05
1 с—
С
О 1
см
00
см
ю
о О 05 со 05 со о
со о 00 о
02 о
•чН
см ■«п
I
1
—о со
со С
МС
ОС
LO со о
гг»
^-н С
ЧГ-1 см О
ОLO ю О ю
см 05
#- СО 00 00 см 00 ю ьо
о С*— см
о -чг-t
см L10 02 со г- со
ю о 00
С
О со
со
СО С
М см •*!Н о
■ГН
С\|
см LO со ■Ч-1
со
С
Оо ю С
О02 СО' см см ю с—С"-~ г— со
С
Мио г—о со 05 см г— 05
( со с—
о LO 00 г— LO 00 со со С"
о со
02 02 со 00 со 05 см 00 05 см о и
ю
С
Осм
г— со
С
М
’ч"1
см с— СО СО со СО ю о см
—
»■
чгн С
Оvf СО о о оо ■»гН 05
го
С
О 00
со
с с
я- •
,ЗоУ
£ 43
О с ь
о
оо"
ю
*05
05 о СО v-f 05 00
см ю со со О» со см Г- со см
02 LO С
ю
Оо 00
»■
00 00 h- ю О ■Т-, с\} г— 00 со t^- по с— ЮС
Осо 00 со со со ^—1
со 05 •<
р о со
*<
Р 00 05
см
00
см со со
LO см см
со см
см
С
М
ио со
•чН
С
М
оУ X
о
vf
МС
С
МС
О00 см
о С
О 02
оо О 00
см С
МСО
о LO
т-< 02
(В го
М М с о - н О ■Н О О
CMCO^CO-^UO^CMCO
02 05 Ю U0 тН 05 LQ 00
00 см СО см С
Мсо С
ОО см о
02 ■^н 'pH
00 чг-1
02
00 ю 00 05 со
ос" см
С
ОСО 00 ю С
МС
•'Г' см St4
ОС
М С
Осм L
Oсм г— 00 ю
оо
см
00 со
о
см
о С
О00 02 t—
I
1 О 05 ю 00 Г- О
со
Ю
05
05
00
я
О О.
| о
1
20 4, 4
1933,9
9 38 9, 3
3 04 9, 5
4 06 9, 8
9717,8
5 370,1
?go
О t; с
^
0 ‘600 9
О
CRt=
яr
Л?Л
а-
f-OOst,
t ' COONf O
оосм- ^сосо^сосо
1 595,5
СО
1 246,6
ТН i n
4 240,2
со
*<f< Ю
9 4 4, 7
СО
3108,6
СО ^
U0
1 34 3, 7
М
СО
1 051,2
Н
ео
22 3 4 5 , 8
t;
5493,8
0J 5
5!
1 149,3
О)Я
нJ
X
сечо>C
СО
1 г—
vt<
с—
02 СО СО
СО со [>•
tr— со о
со ю ио
[>•
см"
см см
00
со
см
02 05
■ч-1
гVJH
ио
со
V?
о
ю
со
со
о
со
см
05
гt>*
05 см
со ю
1 05 оо" СО ■гн" |>CN] 02 02 t— о
СО
vf
С
О
со
05
00
СЧ
см
со
СО
02
С
О02 ю
СМ
Г-»
ю
05
LC
юо
со
со о г— со см о LO ио г—
05
со
i-O со со ио о
со ю
vr* со см
00
■^Н
со со
1-0
[>•
СО
1
1
1
с— СМ ю со см ю
05 00 со
05" LO о" оо" со" 05 см" со СО со со [>» со
со С
Осм ю
см
СО см 05 со
со
vf
см
г— ю СО О 05 со 00 СО 05 05 LO со со 05 С
М LO ■«Г-1
о о 02
~Г-- о" СМ 00 о о" оо" оо" со со 00 ю
05
С
Мсм
С
Мсо со м
С'— со чг" t— со о с— L-» С
Осо см
см о *<г 02
СО С— 05 см со
тн
сМ
см
Nj< С
см со 02
ю
Nt<
00 о
г— см t— "Ч-Н
00 (N1 ю ю
со GO со vf 05 со СО
0 5 СО со
с— см
■'Н
ю Г05
см — о
о
05
ч-Н
С~*“
ю со 00 ю
00 о
со
00
о со
LO см С
МСО
со 0 5
05 t— о со см С
О
см
со чН
00
00
см
г—
LO
о
со
00
см 00 со
00 с— !>•
Г—
см
см 00 со
см
тгю
LO
СО
Ю
LO г—00 со
СО
см [—
со
о LO ио о
-гн
0 5 г— t> 02 СО СО vt4 со 0 5 о
0 5 см 05 см о
со 00 Г"* со сС t— С
Мо со •«гн
vf о Ю ю ю LO см ю
05 о г— vf 05 05 ю со vt< 0 г о •м со г—
02 со
00 ю ю t—
С
Осм см 00 С
см со 1^- см см со
Мсо
см
см со
*г-Н
R
(5
«и
S
си
>» ^
.S'
R
СО п.
“СЧ
У
У
1Й
*
=
С
У
К
я R. Я
Ч а, о «
о- с
ь
я- а.
© о
м
о к и о
ч я и «
.2 .2 .2 ii
к
сз
к
*о
s 3 g 1
о,
5 о к g S s
S и к У о Ио
X О X Я Он
S >) h
etО яВ t?
Т
Ч
а
Я’ °
О .2
Си ч
Ч й !?
Ч А “■
й м
s*
о
к к
сз сз
«
S
d « ts
03 то
С
J
« C
Qо
03 шо а о ао 3
Q
ъ а C
о J2 о
о
а. D.
а,
“■сRе; Я >. S. o' = .2 .2 >> 3
^ Ю О С О Ю Ю О Ю Ю
CM CM -*-l CM
LOOlOOOt— iOcOOC\!Ot>
VO см
CS1 СМ ^
T-I s)1 (^5
t^CO
00 00 05 ю 00 со о
ю 00 ю
—
ч
C
M
'“
О
00 г— 00 05 см
05
ю
lO) "гН CO о
о
«еН
Ч
!Н
С
М со
тН С
М
о
ю ю ю со |>»
Т
ГЧ
н ГЬ ю со _г 00 ^-Г о оГ
05 00 05 v+
С
О 00 05 v-*t со Ч
05 '-о о
Г< О» о со
О СО V
О о ю
см
СО см Vt* С
t< 05 ио
Ю
С
М
—' го
со
со 00
со C
O со
iO <
-m Г^Г
vf 05 vf»
C
M
00
C
M
со ю г— см со t— Ю
о
M CO
СО о о 03 ю о C
H Г5 ю со ю со 05 00 05 CO
см со СО •
“О ю LO V
. 05 C
гм
00 00
о ю о 1%
M
СО со СО
*?й
см
о
С
М о~
00
LO
vF о
СО со
о -»-Ч о
о
со о
-гн
о
оо СО ю
со о
1 05
ю
ю
см
1
I
1
1
1 см
со О Г-"- со о
05
о
см см о
С
М
1 CO
05
со
см
I
1
C
M
oo
T
-l
CO■
05 C
Oо
C
M vf
о
00 *<^
C
O 1>- -tf
ГГ1 со Г'- о { от" >o 00 LO
C
O
~о
M *«4 C
MC
O
СО со
С
О 05 о 00 C
05 C
O
ю 00 о см OJ CO
05 см
С
О
C
O
со см ю г—
со со _г V*
СО
г-<
см 05 ю •ч
н ■
см
C
M 00 tr­ 05
ee C
M
C
O
00
CO
C
M
C
M■
ч
Но
о
1
о
о
■
ч
Н
1 ‘1
1
L
i
I
1
о
о
о
LO VP vt<
ю 05
о
I
C
O
о
C
M JO со О
CO C
M
ю 05 см С
О
CO
со
о
1
со LO ю г—
со
со
см со г—
oo C
M LO
-H
тН о
ю со СО V
LO о см
со
i
со 00 со СО о
со
00 05 СО
C
M
О
со
00 ю 05 со
ч-4
05
С
О
r< CO ^
C
O
t о
со со СО T-l -H *—
-^1 •*н см
со *^г
о
00 V-T i
со Nf
05 со ю с—
C
M со С
О 05 ю ^т-1 о
С
О
t—
C
M
ГО
о
05
■«n (M
05 LO
О со со со СО оо о о см 00 С
00 С
Ою о
CO CO
г- гС Г^Г со ю г-~05 05 LO 05 of о г—
IO
rч
гН Ч
Г
“1
см со С
vj< СО С
О см vj< см о
О 05 C
M
00
см
см см о
t—
со
см
о
■
"1 05 со
ю см ^
CO
CO
t—
■
Ч
Т
-1
05
гС
со
СО
LO со VF 05 t— LO CO 05 LO о Ю
o" CO C
Ot^
со LO 05 LO o ’ —г
vf
C
O Г5
00 C
O t—
со
t-- см C
^“1 00 Ю
M LO
»—
1
05 ■
I
1
1
1
00
С
О
со 05 см 05
г—
■
ч
ч
LO ю о
со со Vf
см
1>.
с~~ 05 см 05 co
о
со
c— C
V
O со
ю со
M
г
С
М со
ю *-М 00 ю СО
ю со •
V
-Mo ' —Г CO —
-чт 05 С
ю
'-м
05 со
Мсм со
^sH
CO C
O
vf> см ■ч-' СО тН со С
05 со
'гН
О 00
о г—
ю
\г>
О о
LO
гъ г— -м
СО
1
1
1 гм
со
1
1
1
I
1
1
1
1
с—
1
! гм
tr-
о со
1
I СО 00 со
СО со
см
1
1
05 о
LO со
со О 00 о 00
ю vf со
о
—ГГ5 «гН I '“'О ю
г— со LO г~
00 г— 00 о со
т-ч
1 С
см см
см ^—
см о
со С
О
О
00 -© С
О ю ю 05 со со V
H
С
М о 05 ю о
05 о о
гН см чН со С
(>• LO ч
О Vf
о
СО
1
1
1
1
CO r—
t— C
O
С
4— 05
CO
со Г-1 см 00
05 C
O oo" LO
со
C
M
ю ю
со
00
1
1 01
|>-
LO
t— со LO
со о" Т-1 о
О со
•
ч
Н о см
1
1
t
1
1
1
t>-
1
1
■
^
H
CO
■
H 05 LO
M
C
M
*4 ^
~C
T-f
1
1
1
1
1
1
о
00 LO
о
r—
1
!
1
1
05
Vf 05
00 CO csl
LO
MC
O ^1 LO 1 C
O00
о ю C
C
M
о со ^-1 00 о C
OC
O LO
C
M tH
05 со
C
M
t—
СО со с— со
о 00 со с— LO t— 05
г— см о 05 о «м ■
V
-H о Г-- —1 05 г- г— 05 C
о
M Ol C
M
■
ч
гН ю СО П
П г— Г-* со ю г— С
M
О 05
ю ГТ5 о C
OC
OC
*гН
со ■
см ю 1>. со 00 00
см
05 см
о
05
CO
CO
■
ч
т
н
1.0
о
со
O 00
t— LO C
OC
о "Г-н
05 LO 05
C
O v.-« 00
г— см о
Oо
ю С
MC
О 05 05 00 vf C
C
O vf
C
O
со ю со
00
ч* со
О
СО
о
00
05
■
ч
—
1
Mt"
о (М ю CO 05 C
MC
O 05 C
M
C
M
см со Vf
MC
C
M
C
OC
os со со
*тн С
н ■
С
О ^■
О см см со со 05 О со со 00 CO LO
M
St* со СО о г— С
О Ю 00 со о" o ’ о C
о со vf< D
ю
** С
О 00 00 о Ю
"Ч
-Ч
•
гН
V*
см 05
ьо см см со
см
о* Т
-Н
00 05 C
O LO 05 00
sa
«я g,
Он S'
*«
^
Я
СЙ ее
к га га
га
ЬЙ
х: о о
ш
о
а>
г
а
га О я
га О н з
си ra & m X
X US Zf o га
о.
н
- C>.l, sК
U
О.
и
о
£_ 'О
о
»я
>,
ra
5Я
ss: s
2
= fcd
ьй о
ra C
K
i; Я «
eg cs Он 5
со
ш О ■-' л S-t=t С
2 «
О ж& £j3 а, ж о, оо
ar
bd eg о ffl H
3
я о
03
к
«
чCS
5* tQ
о
оus
я
S
(-
0>
о
5
ra
о
o
а*
О)
<U
а>,
о
CQ
а>
о
0)
D4
к
W
Ь
оЙ к
U
со
о
О -
&Й
Я «
Н
о ?5 к
к я•«• Я
к‘“ оф
Ё ^«Яч ьs Уя оS
К 2
Он «3
>> яО >> як С
Ю
яГ
а
п ?<и о га О
я я
я ^
s
a, S
0
>
Он ш егпз к о кО)о "^ > ««з гса
О С > ! ^ р а и Ч Ч « со го
221
* К. н
'g
а
я
S
Д . еС ч
о
ю
СО
Q
СО
Ч пг
Я у О
\0
0
О
) ч
ч с
^
со
^
O
г—
о
>»гн
ю
чН
C
O
O
T
г—
s
с-—
с—
ГО
СО
СО
тН
(М
СО
s)*
-ЧН
СЗ М
тИ
Ю
тН
Ю
Ю
О
Ю
О
СО П
СО
СО
тН
qQ
(^)—I I»»», ci~Оi ГСЛ| ОГУЛ
О 1^»
О
о
Ю
О
и
О
О
__
СМ
со
СО
СО
О
05
о
о
со
СО
СО
СО со О
Ю
lO
Ю
-Н
СО
CJ
\Г*>
Ю
^
и-!ЮГ"“>
^
О
С
^
гч**> Г--» сЛ '■'■‘i
СО ю
м
СО
О o ' О Г"-" о 'ГНо о o ' o ' o ' ^ о о o'
Ю
г
Л
^
т
СО
t—
Ш
СО
Н
оо
di
■н
СО
05
- С
О
^
- ^
in _________________
а оо о _,-
S тнун
со М S f СО
■гН
... -----
ю
СМ
тн
O ^ s t ' L O ^ ' H C O t ^ C O t ^
О
Ю
Ю
*<f LO
О
CO l" "
Л
^
СО Ю
О
М
М
СО t " -
Ю
Ю
05
СО
О
О
О
о
х
Ю
С"-
00 V}< О
W
СО СО
”Н f' 4f О
СО
s f
О
со
Ю
Ч«
«и
о
^
СО Ю
о
сз f- со о
Г/"\ лЛ \ л —^-v h.__
OMOl UO^ r o Oh - i MCOOCOMc Ol OMCO^ ^ Ol O
Nf
COi O'
HbcOCCOi•<?O^HHCOCOTHf
' СО
bOM-С"-<^
"^СМ
•>-1 с м
v f СМ
тН (N
СО t^“
CD«
'М О
СМ С\1 СМ со со со со со
СОО- НЮО^ ЮОМСОГНСОСОММ^ СОЮ- Н^
ч00+МСОМСОЮг
МССО' ЬОЮСОМОт
' ' • ' I■ ОО
С ОнОСЙ^
^ О ОН ОО
ОЮОО^
ЮЮМО О
Ю
тН М
С О тН —
■s f
Ю
г Н - | ( ^ ^ ] < Г О С ' 1 с О Г О Л Г О М т Н С ) г ч ^ | ' Н Г О
Н т н М^ С О^ ч } , Ь - О с О Ю ^ ,- ОтнГ' СОтнМ^СО
f f -
^ О sl<
и О
4) с
J3
о
С4!
о
Г—
СО
тН
s f
■ t—
о
СО
^ СЧ «^н
о
rH
^
м
o'
’Н
оо"
СО
^
Ю
СО
СО
05
со
СО
(М
THCOMt' C^COTH^OsJ' COlO
м
05
С О
Ю
О
^ О
С
О
С
05
ЧГ
^
О
СО СО
С О
Ю
гН
05 М
0 5 гН
^ О
О
С
О
г]
С О
CM
Ю
О
О
Г -
о
о
Vf
- г*
»Н
N
C
^
^
’H
C
O
^
M
C
O
^
M
C
O
^
— I
r t
Г'ююазососоосоню^
ОС ОООЮСООО' НО^ ОЗ ^ МС ' ] ^
—1 —1 —1*чН —|N
^СОтЧЮМ05Г'
0000005'
НС!
5М’
s f s - r u O a ^ ^ ^ s f M - H M s f CL'JCCCOCO^OSliOMcOM1
O
J CН
^ н
М
м
Ю
м
05
М
т- i Ю
гН rH С О СО rH М
—1
“^
СМС4!—
C ^ f - O C O C O M
S f
со
СМ
нмсоо"со^сосою^с:м'-ос'1^ о о ^
^
СО t~-“•^н ■^н LO
^
*Х1
1.0 со сою со^
о
о
СМ СЧ
^
C O M
00
аз
J J
Ю
о
П5
О
lO
ЬО
СО
- О1
СО
s f
С4
ТО
Ю
СО
:ч
I I ! I 1 I 1 I I
I I I I I I I II
o c o c o c o o o c o c o v f
s f Sf1 СО 1 >
CQ
ч «
о, о
ах
(N М СО 00
О
СО О
СО
Г*- Ю
0 5 С-"- СО V f г -
О
N
05
^
05
0
5
^
с
0
0
0
0
0
с
0
0
0
0
з
г
со
тН ю
тН чгн О ^
М Н
0
л
0
0
ю
с о rH М
м
vf -н
^ • hН 0СОюW- НО 0 ^5 ^ с 0LO« 005 05'^ 0ч)<'
4'мюмг005с0тнч1<0ч1<ю
со н
LO
м
ю
м
СО X
Н
-м
СООО
£ м3
« «ЛУ
щы .
,Зоо
Ось
Таблица
105
(окончание)
_
та
Э
«.*Л
X
я
Л
Ч
о*-О
>>
222
М
■Н s f
Ю
О
‘•З4
0 ^СМ0
О
t^4Hc0l>*f ' O- - MC0C0C0( NC0f ' 4j <c0‘;J
COMlOCOMt^LOOcOOOs#NCOCOl-OI>CO
0t ' «O5LOCOO5ObOvf^O5Ot
' fOMrHsJ'
<«Н
М М М М М ^
^
ТН М
LO
СО
C000vt^-^^C^JSlCMt>-05l>*C0O
О СО
0 5 с 0 ^ N- нс-1с 0® 0О0 мм"юV#ь Ю
^ 0N5 м
ю
Cvf О
0 0 ю
СО
М
эо~
о
<T\J чН CM
r H ' H C O ' H C O t ^ M s f
о
тН о
М
Г-
05
Ь
О
N
Г-~ о
ю
Г- ~
со
тН
05 СО 05 ^
О 00 С
Ч СМ
— ‘О со
со 1 00
о
см
СО СО Ю
00
OcOOO^' j r cOCvf
COOSvfCDCOHsfCOQOOcOCO-Hh-O^^i
ОЗСОЮЮСО^ОЗЮ
00
C
'
i
r
'
C
O
C
O
C
O
C
O
M v f
CO Sf sf
■^iNcaMCqtMCJCOCMWC^-ecoMMMcO
05
о
т
и
On
са
е
г-1
СО
О
%
2Г Ч
CQ О
g
Ш
КС
“и 3
C O C O M 0 O O O O 5 C O I O C O O C O
0?
са
W
о
Ж
са
и
CR
са
к о
*
« я
Si л
о И « S
сэ 5 и ч
о О cj Н
м W О
) Ч
J3
W
S я
о
«
*О S
то
2 аО) йаз йО) «
w
о
к
к
к
а с_
<а
го
са са »
* ^о
_ е?
О. Он си а) а» о2
а) а> _а> о.
с-> О
к
са
«
о sK
х S
са *b
уd
К VO «
со
а
2
>. а» £
Он СП . *
5
^
са
м
в Орловской, Тульской, Смоленской, Ярославской и Рязанской заметно
ниже. Тульская и Орловская области отличаются сильной эродированностью почв. В таких областях, как Брянская и Смоленская, также эро­
зия почв заметно развита. Как уже отмечалось выше, видно, что в делом
в нечерноземном центре лесистость должна быть повышена. Расширение
лесистости должно осуществляться за счет мелиорации заболоченных
площадей и частично за счет осуществления противоэрозионных м еро­
приятий.
РАЗМЕРЫ СПЛОШНЫХ ВЫРУБОК
и гидро ло ги ческая роль
РАЗНЫХ СИСТЕМ р у б о к
Применение сплошных рубок в разновозрастных лесах нередко при­
водит к нерациональному использованию лесосечного фонда, так как,
наряду со старыми деревьями, вырубаются молодые и приспевающие,
играющие роль заместителей вырубленных старых деревьев. Молодые
деревья, отличающиеся малым объемом, в большинстве случаев остаются
на вырубке неиспользованными. В древостоях с 300—500 деревьями, не
достигшими объема, выгодного для использования, следует осуществлять
выборочные рубки, а если подроста под пологом спелых древостоев не­
достаточно, целесообразна постепенная рубка. При постепенных рубках
в первый прием вырубается не более 40—60% запаса первого яруса дре­
востоя в том случае, если под его пологом имеется второй ярус и подрост,
а древостой первого яруса изрежен. В сомкнутых еловых одновозраст­
ных древостоях в,первый прием выбирается не более 20% запаса с тем,
чтобы оставшаяся часть приспособилась к новым условиям и деревья
не оказались бы жертвой ветровала.
Проведенный нами в 30-х годах анализ возникновения разновозраст­
ных древостоев и содержания в них деревьев различных возрастных
поколений (Алексеев, Молчанов, 1954) позволяет сказать, что разновоз­
растные леса отличаются более постоянным распределением во времени
по сравнению с одновозрастными. Пополнение старого леса молодым
поколением особо интенсивно происходит в возрасте 200 лет и старше.
Д о 240 лет этот процесс развивается довольно медленно, затем быстро
увеличивается и существенно влияет на общий средний возраст. После
300 лет переродившийся древостой носит облик сильно омоложенного
разновозрастного, но в среднем имеющего возраст около 140 лет. Сред­
ний прирост такого древостоя превышает прирост спелого одновозраст­
ного древостоя такого ж е возраста.
Потери на отпад можно в значительной мере предотвратить, если в
каж дой лесосырьевой базе одновременно со сплошными рубками в р а з­
мере установленной расчетной лесосеки на части территории, занятой
спелыми и перестойными разновозрастными древостоями, предназна­
ченными к использованию через 20—30 лет, провести первый прием по­
степенных рубок.
В горных районах таежной зоны при применении сплошных рубок
нельзя оголять склоны. Необходимо организовать распределение выру­
бок так, чтобы лесистость не становилась ниже 60%.
Р азм еры сплошных лесосек в лесах I группы в Центральном черно­
земном центре при уклонах не более 10% только в крайнем случае могут
быть приняты в пределах 400— 500 м при условии примыкания лесосек
друг к другу после обеспечения лесовозобновления на вырубках и сохра­
нения напочвенного покрова в процессе трелевки. Ширина лесосек вдоль
склона может быть равной 200—250 м.
Однако такие широкие лесосеки в лесостепной зоне ухудшают усло­
вия приживаемости и роста дуба, а при поранении почвы вызывают эро­
зионные процессы и, наконец, молодые дубки сильно повреждаются з а ­
223
морозками. В лесостепной зоне лучший рост дуба наблюдается на вы­
рубках 50-метровой ширины.
Вырубки 400— 500-метровой ширины можно допустить в лесной зоне
при выращивании на них сосны. Но и здесь широкие лесосеки хорошо
возобновляются только в вересковых лишайниково-мшистых и бруснич­
ных борах.
В борах черничниках и кисличниках процессы лесовозобновления
крайне затруднительны. Здесь заготовку леса необходимо производить
с оставлением подроста, а где его нет, следует проектировать искусст­
венное лесовосстановление.
В подзоне южной тайги и хвойно-широколиственных лесов могут быть
рекомендованы выборочные и постепенные рубки, совершенно исклю­
чающие смыв почвы, хотя при этом уве­
личивается поверхностный сток с увели­
чением интенсивности вырубок.
В районах с опасными, иссушающими
почву и сильно повышающими транспи­
рацию растений суховеями направление
рубки принимается против суховейных
ветров. Леса, расположенные вдоль уз­
ких лесосек, вырубались после возобнов­
ления (искусственного или естественно­
го). Обычно срок примыкания одной ле­
Рис. 36. Изменение поверхностного
стока на вы рубках через 3 ( / ) и
сосеки к другой составляет 10 лет.
12 ( 2 ) лет после рубки
Кроме сплошных и выборочных рубок
здесь могут быть рекомендованы посте­
пенные рубки, с осуществлением подготовительных, обсеменительных,
осветительных и очистных рубок.
Полный комплекс всех перечисленных рубок проведен на темно-се­
рых почвах, сильно подвергающихся эрозии.
Весенний поверхностный сток с площадей, пройденных выборочной
рубкой интенсивностью 9%, и на сплошных вырубках разной ширины
значительно изменяется.
Н а водосборных бассейнах, вырубленных сплошь или частично, по­
верхностный сток изменяется в зависимости от процента вырубленной
на водосборе площади. В первые 3 года после рубки коэффициент весен­
него стока на сплошь вырубленном водосборе равен 0,5, при вырубке на
80% площади — 0,39, при вырубке 48% площади — 0,25, при 28% — 0,19
и при 10% коэффициент стока равняется 0,06. Невырубленные участки
леса расположены на середине вырубки.
Спустя 12 лет после рубки коэффициент стока резко сокращается.
При сплошных вырубках леса на всем водосборе он выразился в 0,26,
при 8 0 % — 0,15, при 48% — 0,096, при 2 8 % —0,08 и при 10%—0,056.
В среднем за 15 лет коэффициент стока при сплошной вырубке леса
на всем водосборном бассейне составил 0,26, при вырубке 80% площади
водосбора — 0,24, при 4 8 % — 0,20, при 2 8 % — 0,13 и при 1 0 % — 0,068
(рис. 36).
Коэффициент стока до рубки на всех сплошь облесенных водосборах
варьировал от 0,06 до 0,07.
В общем, влияние сплошной рубки на сток наблюдается в течение
15 лет. Длительность влияния рубки зависит от интенсивности лесово­
зобновления на вырубках. В лесостепной зоне приведенный срок явля­
ется предельным. В таежных условиях почти все лесосеки успешно во­
зобновляются в течение 10 лет. В лесной зоне наиболее быстро возоб­
новляются сосной боры брусничники и боры вересковые, затем в нисхо­
дящем порядке идут боры зеленомошно-мшистые, боры лишайниковые,
сосняки долгомошники, сосняки сфагновые, боры черничники, боры кис­
личники, боры травяные и хуже всего возобновляются ельники чернич­
224
ники и кисличники. Сосняки черничники и травяные, а такж е ельники
кисличники и долгомошники возобновляются через смену на березу и
осину, а снытевые, осоково-снытевые, полево-кленовые и осоковые дуб­
равы сменяются на ясенники с различной примесью клена остролистного
и липы. Д л я создания благоприятных условий роста хвойных пород в
лесной зоне и дуба в лесостепи по мере роста молодняков проводятся
осветление и прочистки, ставящие своей целью уход за составом.
В каждый прием рубок ухода поверхностный сток обычно снова уве­
личивается и повышение его наблюдается в течение 3—4 лет. Повторе­
ние рубок ухода вызывает повторное увеличение поверхностного стока.
Сток увеличивается такж е в тесной связи с интенсивностью выборки
деревьев в молодняках. Аналогичное я в ­
ление наблюдается и после выборочных
рубок, а такж е после каждого приема се­
меннолесосечных рубок.
При удалении в процессе выборочных
рубок с водосборного бассейна в горных
условиях 12% запаса наблюдается уве­
личение стока на 14 мм, при удалении
22% — на 18 мм, при выборке из древо­
стоя 36% запаса древесины сток возра­
стает на 68 мм, а при удалении 50 или
80% запаса сток увеличивается на 100 и
140 мм при осадках 515 мм в год
(рис. 37).
Сток после рубки увеличивается на
период разной продолжительности, кото­ Рис. 37. Поверхностный сток осад­
рый зависит от возраста древостоев, ин­ ков ( мм) в зависимости от процен­
тенсивности выборки запаса, выраженной та вырубленной на лесосеке дре­
в процентах от запаса перед рубкой, а весины
такж е от продолжительности восстановления вырубленной части запаса
древесины или, иначе говоря, от интенсивности прироста древесины пер­
вого яруса древостоя и подроста.
В 10-летних молодняках запас древостоя восстанавливается через
4 —5 лет после рубки при ее интенсивности, равной 20%, и через 10 лет
при интенсивности рубки в 40%. В приспевающих древостоях на вос­
становление запаса при интенсивности рубки в размере 20% потребу­
ется 10— 15 лет, а при интенсивности 40% — 20—30 лет.
Выборочные рубки в спелых древостоях д а ж е интенсивностью 20%
не обеспечивают восстановления запаса до рубки, так как увеличиваю­
щийся после рубки отпад от года к году не компенсируется текущим при­
ростом древесины до тех пор, пока не сформируется на месте старого
новый древостой более молодого возраста.
Д л я выяснения гидрологической роли вырубок были осуществлены
различные способы рубок, от выборочных до постепенных сплошных,
разной ширины и концентрированных.
Выборочная рубка представляет собой ту форму хозяйства, которая
способствует постоянному максимальному выходу продукции при любом
состоянии древостоя и различных условиях реализации древесины и
удовлетворения спроса.
Выборочная рубка обеспечивает наилучшую охрану таких природных
ресурсов, как почва, вода, атмосфера и метеорологические условия.
Выборочная рубка отличается от всех других тем, что в древостоях
вырубаются деревья определенной категории, при этом могут оставаться
деревья разной толщины, если проводится добровольно-выборочная руб­
ка, или остаются более тонкие деревья, если проводится выборка де­
ревьев с определенного минимального размера деревьев по диаметру.
При выборочных рубках условия среды и подстилки изменяются в з а ­
15 А. Молчанов
225
висимости от интенсивности рубок или от процента выборки запаса дре­
весины. Н ам и применялась добровольно-выборочная рубка при полном
использовании всех сортиментов, включая вершины и ветви.
При рубке выбирались в первую очередь деревья, пораженные гри­
бами, насекомыми, растущие стволы плохой формы и сухостой.
Сплошная вырубка отдельных делянок в лесном массиве может ока­
заться наиболее выгодной с точки зрения выхода деловой древесины с
единицы площади, но наносит определенный ущерб другим компонен­
там природы. Сплошные рубки были осуществлены узкими лесосеками
прямоугольной формы, с направлением рубки против господствующих
ветров с северо-запада на юго-восток. Ширина сплошных лесосек состав­
л яла 25, 50, 100, 200 и 400—500 м.
Естественно, что чем шире лесосека, тем на большей площади проис­
ходит нарушение подстилки и тем ярче проявляется действие поверхност­
ного стока на почву, особенно на вырубках, и резче выражено участие
твердого стока.
Рубки главного пользования в дубовых лесах I группы позволили
сделать следующие выводы.
В процессе вырубки леса и после ее изменяется среда леса. Измене­
ния приобретают необратимый характер в том случае, когда на выруб­
ленных площадях возобновление леса не обеспечено или происходит
не тем составом пород, который желателен при данных почвенных усло­
виях. В результате на вырубках происходит изменение гидротермическо­
го режима воздуха и почвы, меняется освещенность. Кардинально пре­
образуется поступление суммарной рассеянной радиации и альбедо по­
верхности почвы, на поверхность падают лучи другого качества, чем в
лесу, иначе происходит движение воздуха и изменяется скорость ветра.
Существенная перестройка физических процессов в приземном слое воз­
духа вызывает изменение порозности и агрегатного состава почвы, уси­
ление поверхностного стока по ней, нарушение деятельности почвенной
фауны, микробиологической деятельности микрофлоры в почве и, нако­
нец, изменение условий и направления почвообразовательного процесса,
усиление порослевого возобновления и как следствие этого ухудшение
состава и продуктивности древесной растительности. Следовательно, не­
обходимо знать изменение различных компонентов биогеоценоза послерубки (табл. 106).
Продолжительность освещения, а вместе с ней и поступление тепла
на вырубку резко изменяется с ее шириной. Средняя температура воз­
духа с апреля по первое ноября на 50-метровой вырубке увеличивается
на 0,4° относительно температуры в окне, а на 50— 100-метровой — на Г.
По здние весенние заморозки в окнах и на вырубках шириной до 35 ж
отсутствуют. Скорость ветра, дующего поперек лесосеки, начинает з а ­
метно увеличиваться при ширине вырубок более 50 м. Запасы воды в
снеге уменьшаются постепенно от окна до вырубок шириной 50 ж, при
ширине более 50 м запасы резко уменьшаются. Промерзание почвы на
середине вырубок возрастает от 10 см в окне до 80 см на 300-метровой
вырубке. Коэффициент годового стока возрастает с увеличением шири­
ны вырубки. Н а пологих склонах при 25-метровой ширине он равен 0,03,
при 280 м — 0,25 (рис. 38).
В первый год после рубки испарение на вырубках разной ширины
сильно падает, затем, по мере формирования древостоя, постепенно уве­
личивается. Лишь в годы с недостаточным количеством осадков эта по­
следовательность нарушается: резко падает суммарное испарение. От­
меченная закономерность нарушается на склонах южной экспозиции,
здесь высок коэффициент стока. Меньшее суммарное испарение наблю­
дается на узких сплошных вырубках, по мере увеличения их ширины оноувеличивается, но при ширине 280 м и более снова уменьшается из-за
сильного перемещения снега с середины вырубок к стенам леса. На
226
Т аблица
106
Изменение компонентов биогеоценоза на середине вырубки
Компоненты к факторы биогеоценоза
Осадки, мм
Суммарное испарение, мм
Продолжительность освещения, часы
Средняя температура воздуха на вы­
соте 2 м с 1 .VII по 1. XI, °С
Поздние весенние заморозки на вы­
рубках, °С
Скорость ветра, % от скорости его
в степи на расстоянии 600 м от леса
Запасы воды в снеге, % от запасов
на прогалине или в окне
Промерзание почвы, см
Коэффициент весеннего стока
Масса древесины в молодняке
шестилетнего возраста, м3/га
Масса листвы в растущем состоя­
нии, кг/га
Опад листвы в четырехлетием воз­
расте, кг/га
Опад травы в четырехлетием воз­
расте, в кг/га
Отпад древесины в абсолютно су­
хом состоянии в четырехлетием
возрасте, кг/га
Масса подстилки в четырехлетием
возрасте вырубки, т/га
Почвенная фауна, жз / м2
Дождевые черви
Кивсяки
Геофилы
Мокрицы
Щелкуны
Горная цикада
Сеянцы, поврежденные фузариумом,
%
Общее количество микроорганизмов,
тыс. на 1 г абсолютно сухой почвы
на МПА
в слое 0— 10 см на крахмало­
аммиачном агаре
Споробактерии
Актиномицеты
Неспорообразующие
Число пар гнездящихся птиц
Экономическая эффективность (за­
траты денежных средств), %*
Ширина вырубок,
м
Окно
группововыборочной
рубки
25
35
50
100
280
300
515
370
310
14,2
515
430
582
14,3
515
445
787
14,4
515
420
1009
14,6
515
400
1237
15,6
515
400
1274
15,7
515
300
1298
15,7
1,5
1,3
0 ,9 - 1 , 2
1,1
2 ,5
3 ,0
3 ,8
20
50
52
100
88
74
67
58
49
47
80
0,35
4,62
80
0,63
3,80
10
0
5,98
—2,0 - 4 , 0
20
40 5 0 -6 0 60—70
0,03 0,06 0,10 0,28
14,15 14,78 15,62 9,76
- 4 ,1
2740
5901
6435
6680
5863
2204
2200
1550
2400
2500
2650
2450
2050
1950
1250
1860
1860
1294
2970
2500
—
140
120
240
250
230
280
300
13,71 12,61 11,41 10,21 8,-60
7,80
120
10
38
30
10
40
5
106
13
36
29
9
50
10
61
15
46
32
И
67
12
49
15
22
7
И
74
20
4940
8200
4940 4400
9540 12600
2360
9490
1060
2080
2940
22
119
1540
2900
1100
15
ИЗ
1930
2950
1410
12
105
1160
2780
606
7
102
30
18
20
5
И
80
25
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
— ■
—
—
—
—
—
—
100
—
— '
—
—
6—7
100
Если принять стоимость заготовки и вывозки лесоматериалов с лесосек шириной 300 м за 100%, то
стоим ость этих лесозаготовительных операций будет увеличиваться с уменьшением ширины вырубок.
15*
300-метровых вырубках испарение как на южном склоне, так и на дне
балки меньше, чем на узких лесосеках.
На рост древесной и травяной растительности влияют запасы влаги
в верхних слоях почвы. В первые 2—3 года после рубки на более узких
вырубках запасы влаги в первом, и особенно во втором 50-сантиметро­
вом слое осенью больше, чем на широких. Наибольшие запасы воды на­
блюдаются в окнах после группово-выборочных рубок, несколько мень­
ше ее в первом 50-сантиметровом слое на 25-метровых вырубках, еще
меньше на 35— 50-метровых и наименьшие на 100-метровых.
С возрастом вырубки, а следовательно, и с увеличением прироста
древесины, запасы влаги в почве резко сокращаются.
Численность, видовой состав и жизнедеятельность почвенной фауны
находятся в зависимости от породного состава деревьев и ширины вы­
рубки. На узких вырубках под ясеневыми древостоями их больше, чем
на широких под дубовыми. В дальней­
шем почвенное население в ясенево- осо­
ковой дубраве изменяется в зависимости
от возраста древостоев. Если после
сплошной рубки почвенная фауна претер­
певает значительные изменения по срав­
нению со старыми древостоями этого же
типа леса, то по мере увеличения возра­
ста вырубки состав почвенного населе­
ния меняется, приближаясь к составу ф а­
уны
под пологом леса. Оптимальные ус­
Рис. 38. Поверхностный сток в з а ­
ловия для почвенной фауны создаются в
висимости от ширины лесосек на
водосборном бассейне
25-летних древостоях, под их пологом на­
блюдается высокая влажность и низкая
температура.
Микрофлора лесных почв формируется в зависимости от состава под­
стилки. В первые годы после рубки возрастает общее количество бакте­
рий, особенно разлагаю щ их клетчатку. Интенсивность микробиологиче­
ских процессов в лесостепи определяется главным образом дефицитом
влажности почвы, поэтому весной и в начале лета в лесу они протекают
энергичнее, чем на вырубках, а осенью, наоборот. На узкой вырубке,
вследствие более высокой влажности верхних слоев почвы, микрофлора
развивается обильнее, чем на 50-метровой, а на более широкой менее
обильно, чем на 50-метровой. Агрегатный состав почвы меняется тем
сильнее, чем шире вырубка, на широких вырубках агрегатность пред­
ставлена более мелкими частицами. Гумуса в почве в первые 2 года после
вырубки больше, чем через 5—9 лет.
В тесной связи с отмеченными особенностями изменяется и рост мо­
лодых древостоев. Н а вырубках шириной от 25 до 50 м рост улучша­
ется, а с дальнейшим увеличением ширины вырубок ухудшается.
Экспозиция склонов по-разному влияет на состав возобновления. На
крутых северных и северо-западных склонах ясень полностью исчезает
под воздействием заморозков, заметно медленнее растет и дуб. На юговосточных склонах хорошо растут дуб и ясень. Но при достижении
20-летнего возраста ясень усыхает из-за недостатка влаги в почве. Более
высокий прирост в первые годы после рубки наблюдается на южных
склонах, затем на восточных и очень низкий на западных.
Н аибольш ая масса древесины наблюдается на 50-метровых выруб­
ках, здесь ж е осенью образуется большая сухость почвы. На юго-вос­
точном склоне и дне балки прирост древесины почти одинаковый. За
последние годы на дне балки прирост древесины даж е понизился, а з а ­
пасы влаги осенью 1959 г. после весенних заморозков увеличились. Ч а ­
стые весенние заморозки на дне балки вызвали к 1966 г. появление по­
лян, вследствие гибели от морозов ясеня, дуба и д аж е лещины.
228
Масса листвы изменяется не только с изменением возраста, но
такж е в зависимости и от ширины вырубок. Наибольшая масса лист­
вы на 50-метровых вырубках, по мере уменьшения, и особенно по мере
увеличения ширины вырубок, она уменьшается. В молодняках подавляю­
щ ая часть опада состоит из листьев. Ветки и почки играют весьма не­
большую роль, поэтому и подстилка на вырубках формируется за счет
листвы и травяного покрова. М асса травяного покрова на 50-метровых
вырубках наибольшая.
На вырубках разной ширины, вследствие резких изменений гидротер­
мического режима, естественное и искусственное возобновление проте­
кает с различным успехом. Относительное участие дуба на широких вы­
рубках больше, чем на узких, так как дуб более устойчив к заморозкам,
чем его спутники. Однако высота его на широких вырубках в дватри раза ниже, чем на 50-метровых, поэтому заманчивое на первый
взгляд относительное увеличение состава дуба на широких вырубках
отнюдь не должно ориентировать лесоводов на широкие, 200-метровые
и д а ж е 100-метровые, лесосеки.
Следует обратить внимание на массовое уничтожение молодняков
дуба и сосны до 20-летнего возраста лосями. Все созданные с 1952 г.
культуры дуба по существу объедены с вершины до 0,5 м от поверх­
ности почвы, а кора кругом снята с деревьев на высоте 2 м, вследствие
этого дуб в массовом количестве усох.
Помимо конкретных лесохозяйственных рекомендаций, вытекающих
из наших исследований, следует внести ряд общих предложений.
Так как питание больших и средних рек водой тесно связано с гидро­
логическим режимом малых водосборов, то основное внимание надо
обратить на облесение их на всем протяжении средних рек.
Распределение лесов по водосборам следует осуществлять с учетом
механического состава почвы. Лесистость водосборных бассейнов долж ­
на обеспечить полный или почти полный перевод поверхностных вод в
грунтовые. Такая мера позволит полностью предотвратить развитие эро­
зионных процессов, рассмотренных в данной работе.
В сосновых и еловых древостоях экспериментальные рубки были про­
ведены в наиболее распространенных группах типов леса сосняков и
ельников зеленомошников, и на основании изучения лесовосстановитель­
ных процессов были сделаны следующие выводы. В перестойных сосня­
ках с молодым поколением ели не старше 80 лет допустима рубка с уда­
лением перестойных деревьев и оставлением на корню ели, если почвен­
ные условия благоприятны для ее произрастания. При наличии второго
и частично первого яруса ели 120-летнего возраста в перестойных сос­
няках, оставление ели после рубки приводит к полной ее гибели в даль­
нейшем.
В спелых древостоях выборочные рубки любой интенсивности дают
достаточно удовлетворительные результаты в отношении устойчивости и
дальнейшего роста древостоев, однако по хозяйственным соображениям
более целесообразна рубка средней интенсивности (42—53%). Замени­
телем сосны может быть ель не старше 80 лет, ель более высокого возра­
ста надо вырубать, оставлять ель до 100 лет следует лишь при рубке
средней и слабой интенсивности, проводимой в древостоях средней пол­
ноты.
По продуктивности основной породы выборочные рубки в одновоз­
растных борах зеленомошниках уступают сплошным рубкам, однако
при благоприятном сочетании почвенных условий, позволяющих укоре­
ниться деревьям глубоко в почву, и при слабых и средних ветрах
оставшаяся часть древостоя может давать удовлетворительные результа­
ты. Поэтому выборочные рубки в одновозрастных борах зеленомошни­
ках, от брусничников до черничников включительно, приводящие к смене
пород и пониженной продуктивности главной породы — сосны — и тре­
229
бующие для положительного хозяйственного эффекта весьма осторож­
ного подхода к рубке, несомненно, нерациональны. Их можно применять
лишь в случае неизбежности (по экономическим соображениям).
В разновозрастных сосновых борах зеленомошниках сложной фор­
мы, при благоприятных экономических условиях, совершенствование
выборочного хозяйства в основном должно идти по пути улучшения воз­
растного состава древостоя, в частности прежде всего следует стремиться
к постепенному удалению из его состава плохо продуцирующей перестой­
ной части. Одновременно надо обеспечить участие в составе древостоя
сосны и лиственницы.
Выборочные рубки в ельниках приводят к следующим результатам.
Высоковозрастная ель 120— 140 лет и старше отличается слабой устой­
чивостью и крайне чувствительно реагирует на выборочную рубку даже
в разновозрастных древостоях. Старшее поколение в них может быть
хорошо сомкнутым, так как иначе ельник не был бы разнообразным.
Высоковозрастная ель еще при рубке приспосабливается к более или
менее изреженному состоянию, но все же плохо переносит выборочную
рубку; д а ж е очень с л аб ая выборочная рубка (интенсивностью 17%)
примерно вдвое ускоряет процесс распада старшего поколения, при ин­
тенсивности ж е в 54% через 35 лет остается всего 4% запаса ели после
рубки. М олодая ель, напротив, легко приспосабливается к последствиям
выборочной рубки.
Эффективность выборочной рубки в разновозрастных ельниках все­
цело зависит от участия различных возрастных групп. Чем больше де­
ревьев молодых возрастных поколений, тем лучший результат послевыборочной рубки, устойчивее оставшиеся деревья и лучше их рост.
С другой стороны, чем больше в древостое молодой ели и чем меньше ее
возраст, тем выше может быть интенсивность рубки. Можно сказать,
что при значительном преобладании ( 2/ з запаса) высоковозрастной ели
(170 лет) слабая выборочная рубка ( 17%) дает плохой хозяйственный
эффект — значительный отпад и очень слабый прирост. Довольно силь­
ная выборочная рубка интенсивностью в 54% действует на старшее по­
коление почти уничтожающе. В то же время при достаточно развитом
молодом поколении древостоя рубка может дать гораздо лучший резуль­
тат (отпад меньше, прирост больше), так как, благодаря большей вы­
рубке старшего поколения, уменьшается отпад и обеспечивается боль­
шая свобода роста деревьям молодого поколения, усиливается их при­
рост. Успешность предварительного возобновления при выборочных руб­
ках находится в зависимости от полноты древостоев до рубки. Уже при
средней полноте древостоя возобновление под пологом достаточно удов­
летворительно.
Сильно влияют на предварительное возобновление интенсивность
рубки и наземная трелевка. Лучшей является рубка средней интенсив­
ности, так как она обеспечивает достаточную сохранность подроста и
быстрое приспособление его к новым условиям после рубки. Большое
значение имеет такж е возраст подроста: подрост 40—60 лет оказывается
достаточно надежным, 70—80-летний дает плохие результаты.
Лесовозобновление сплошных лесосек зависит от характера обсеме­
нения: прорастания семян, ускорения и первоначального развития всхо­
дов. Если почва не подготовлена к восприятию семян, возобновление
хвойными породами ничтожно.
З а последнее время получили широкое распространение валка и тре­
левка деревьев хлыстами в полуподвешенном состоянии. В настоящее
.время имеются комбинированные гусеничные и колесные машины, кото­
рые могут выполнять спиливание и валку деревьев, трелевку и погрузку
на автомобиль. Машины высокой мощности полностью уничтожают под­
рост и самосев. Следовательно, облесение таких вырубок производится
искусственно.
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ
О БИОСФЕРЕ
Из материалов монографии можно видеть, что ,в ней затронуты многие
вопросы, имеющие прямое отношение к биосфере.
Биосфера — это специфическим образом организованное диалекти­
ческое единство живого, воды, воздуха, минеральных элементов и почвы
при активном воздействии солнечной радиации и воды.
Биосфера состоит из поверхности земного пространства, на которой
появилась жизнь, и прилегающей к ней части литосферы (земной коры),
атмосферы и гидросферы.
Поверхность Земли непрерывно и постоянно находится под воздей­
ствием потока энергии, поступающего из мирового пространства. Ко­
лоссальной интенсивности поток энергии падал на Землю, вызывал на
ней разнообразные процессы и способствовал непрерывному преобра­
зованию структуры и эволюции вещества. В результате активного воз­
действия потока энергии возникали и усложнялись многочисленные виды
организмов, взаимно связанные между собой и средой. В процессе дли­
тельной эволюции особое место заняла растительность, зеленые листья
которой синтезировали органические вещества под воздействием лучи­
стой энергии.
Ж ивые организмы являются ведущими биохимическими агентами,
образующими земную кору. Ж ивое вещество за истекшие миллиарды
лет преобразовало огромное количество солнечной энергии в химиче­
скую и механическую. Не поддающееся учету количество атомов всех
химических элементов проходило через живое и растекалось по земной
поверхности.
Значение живого в строении земной коры медленно овладевало со­
знанием ученых. В 1875 г. один из крупнейших геологов прошлого века
проф. Венского университета Э. Зюсс ввел в науку представление о
биосфере как об особой оболочке земной коры, охваченной жизнью. Он
•обосновал эти медленно проникавшие в научное сознание представления
о всюдности жизни и непрерывности ее проявления на земной поверх­
ности. Введя новое понятие об особой оболочке Земли, которая обуслов­
лена жизнью, Зюсс сделал в действительности очень большое эмпириче­
ское обобщение, всех последствий которого он не предвидел. Это обоб­
щение теперь начинает выделяться благодаря новым научным достиже­
ниям, в его время неизвестным. В трудах В. И. Вернадского был не
только поставлен вопрос о целесообразности целостности и системности
явлений биосферы, но и вскрыта вся сложность связей между ними и
определена в рам ках возможностей науки. Биосфера составляет верх­
нюю оболочку, или геосферу, одной из больших областей нашей пла­
неты — земной коры.
Биосфера, по Вернадскому, может быть рассмотрена как область
земной коры, занятая трансформаторами энергии, переводящими косми­
ческие излучения в действенную земную энергию — электрическую, хи­
мическую, механическую, тепловую и т. д. Космические излучения, иду­
щие от всех небесных тел, охватывают биосферу и проникают в нее.
Вернадский показал, что биосфера — единственная область земной коры,
за н я т а я жизнью. Только в ней — тонком наружном слое планеты — со­
231
средоточена жизнь. В ней находятся все организмы, резко отделенные
от окружающей косной среды. Ж ивое вещество — одна из самых могу­
щественных сил распыления материи в земной коре. В земной коре нет
другой силы, равной ей. Распыленная материя всегда наиболее химиче­
ски деятельна. Ж ивое вещество — самое могущественное из всех агентов
распыления, оно образует особую «пыль» — микробы, ничтожные по раз­
мерам, но имеющие сложный химический состав. Они обладают исклю­
чительной способностью быстро увеличивать количество тождественных
им «пылинок».
Разм еры живых организмов достигают границ порядка величины
10-5 см, опускаются до 10~6 см, но не могут доходить до пределов ато­
мов и молекул ( 10-7 до 10~8).
Ж и в а я пылинка весом от 10_и до 10-10 г может дать за трое суто!массу всего растущего вещества весом 1,4-10 17 т.
Количество углерода в живом веществе не может превышать я -1013—
1014 т, а наименьшее для земного вещества суши /г-1011 может быть
п - 1010 тЖ ивое вещество придает биосфере совершенно необычный и для нас
пока единственный в мироздании облик, в ней два типа веществ — косное
и живое.
Все минералы верхних частей земной коры — свободные алюмокремниевые кислоты (глины), карбонаты (известняки и доломиты), гидраты
окиси ж елеза и алюминия (бурые железняки и бокситы) и многие сотни
других — создаются в ней только под влиянием жизни. Таким образом,
жизнь является великим, постоянным и непрерывным нарушителем хи­
мической косности поверхности планеты. Все живое тесно связано со
строением земной коры, входит в ее механизм и в этом механизме испол­
няет величайшей важности функции.
Можно говорить о всей жизни, пишет В. И. Вернадский, о всем живом
веществе как о едином целом в механизме биосферы, хотя только часть
его — зеленая, содерж ащ ая хлорофилл, растительность — непосредствен­
но использует световой луч, создает в процессе фотосинтеза химические
соединения, неустойчивые в термодинамическом поле биосферы при уми­
рании организма или при выходе из него. С этой зеленой частью непо­
средственно и неразрывно связан весь остальной живой мир (рис. 39).
Дальнейшую переработку созданных растительностью химических
соединений осуществляет все вещество животных и бесхлорофильных
растений. М ожет быть, только автотрофные бактерии не являются при­
датком зеленой растительности, но и они генетически так или иначе
связаны с ней в своем прошлом; можно рассматривать эту часть живой
природы как дальнейшее развитие одного и того же процесса превра­
щения солнечной световой энергии в действенную энергию Земли. Ж и ­
вотные и грибы скопляют такие формы богатых азотом тел, которые
являются еще более могучими агентами изменения, центрами свободной
химической энергии, когда они при смерти и разрушении организмов
или при выходе из них попадают в биосферу, в иное термодинамическое
поле, где распадаются с выделением энергии.
Можно, следовательно, брать все живое вещество в целом, т. е. со­
вокупность всех живых организмов без исключения, тем более, что все
зеленые организмы и в своих сообществах и в своем движении приспо­
соблены прежде всего к исполнению своей космической функции — улав­
ливанию и превращению солнечного луча.
Всегда существуют в биосфере такие условия, которые обеспечивают
световому лучу на его пути встречу с зелеными растениями — трансфор­
матором световой энергии.
Ж ивое вещество, подобно массе газа, растекается по земной поверх­
ности и оказывает определенное давление на окружающую среду, обхо­
дит препятствия, мешающие его передвижению, или ими овладевает, их
232
покрывает. С течением времени оно неизбежно покрывает весь земной
шар своим покровом и только временно может отсутствовать на нем,,
когда его движение разрушено и сдерживается внешней силой. Эта неиз­
бежность его всюдности связана с непрерывным движением (рис. 40).
Хотя это движение происходит вокруг нас непрерывно, мы его не
замечаем, так как нашим взором охватывается лишь общий результат.
Кроме растительности значительную массу живого вещества суши
составляют членистоногие, насекомые, клещи, пауки. Бактерии занима­
ют особое место, главные их массы содержатся в гидросфере.
К биосфере относятся земля, на которой и в которой все существую­
щее в настоящее время живет и развивается, атмосфера, ,в которой со­
держ атся пары воды, кислород, углекислый газ, азот и в которой оби­
тают различные споры грибов, растений, микроорганизмов, а также воды
морей и океанов. Н а поверхности Земли в результате деятельности ж и ­
вотных, растений и микроорганизмов сформировалось особое тело —
почва, а в гидросфере — разнообразный животный мир. Все эти ком­
поненты биосферы взаимодействуют между собой и способствуют про­
грессивному развитию каждого из них и биосферы в целом.
Энергия Солнца во взаимодействии с углекислым газом и водой
создает и усложняет жизнь. Энергия солнечной радиации поступает в
биологические циклы только через фотосинтез, создающий органическое
вещество.
Проблема увеличения пищевых ресурсов в связи с ростом населения
Земли может решаться повышением фотосинтетической продуктивности
растений. Но урожай сельскохозяйственных растений, составляющий на
планете приблизительно 2 млрд. т органических веществ, не так уж ве­
лик по сравнению с общей массой этих веществ, создаваемых другими
растениями. Изучение проблемы фотосинтеза стало одной из основных
задач современного естествознания.
С появлением жизни на Земле биосфера начала подразделяться на
отличные друг от друга в структурном отношении первичные системы.
Первичной элементарной единицей биосферы является биогеоценоз,
в котором атмосфера, почва, гидросфера находятся во взаимной связи и
взаимодействии с растительностью, животным миром и микроорганиз­
мами. В этой системе отправной точкой круговорота вещества и энергии
является процесс фотосинтеза, осуществляемый растениями.
Растения аккумулируют солнечную энергию, минеральные элементы,
находящиеся з почве и горной породе. Они такж е используют воду. Все
это снова отдается в атмосферу, литосферу и гидросферу.
П одавляю щ ая часть биогеоценоза состоит из биологической массы
древесной и травянистой растительности, а такж е беспозвоночных ор­
ганизмов в сочетании с микроорганизмами, перерабатывающими зна­
чительную массу органического вещества и превращающими его в
гумус.
Ж ивое вещество на планете вы ражается миллиардами тонн органи­
ческого вещества, отдаваемого во внешнюю среду. В этом веществе со­
держится больше всего углерода, кислорода, заметно меньше водорода
и особенно азота. В состав живого вещества входят разные химические
элементы. В биогеоценозе происходит дыхание живых организмов и об­
мен со средой. Активная окислительная и восстановительная деятель­
ность осуществляется бактериями и грибами. Непрерывный круговорот
с постоянно совершающимися процессами синтеза и разрушения орга­
нического вещества осуществляют грибы и микроорганизмы.
Растительный Покров в биогеоценозе оказывает сильное воздействие
на литосферу. Он способствует образованию слоя гумуса, покрывающего
поверхность почвы. Гумус является активной частью почвенного покрова
и, пожалуй, д а ж е определяет уровень и потенциал плодородия. Накоп­
ление органического вещества и образование гумусного слоя на поверх233
с о л н е ч н а я
234
р а д и а ц и я
ности почвы тесно связаны и с круговоротом углерода и азота в биогео­
ценозе и вообще на Земле.
Следует, однако, отметить, что некоторая часть углерода, азота, кис­
лорода на время различной продолжительности отторгается из круго­
оборота, находясь длительное время в растущей древесине, а некоторая
часть органического вещества может совсем выключиться из кругообо­
рота, покрываясь осадочными породами, а часть аккумулируется в сап­
ропеле и торфе.
Синтез органической биомассы связан не только с поглощением угле­
рода, кислорода и азота, но и минеральных веществ.
Внутри биогеоценоза происходит преобразование энергии и химиче­
ских веществ, сложными путями идущих от одного уровня организации
к другому, и создается биогеоценологическая среда, в которой сущест­
вуют и взаимодействуют все живые компоненты биогеоценоза.
Некоторые лесные биогеоценозы, эластичные по своему характеру,
могут быстро восстановиться после рубок или пожаров в прежнем соста­
ве и структуре. Другие, наоборот, восстанавливаются в другом составе
пород, а некоторые могут превратиться на длительный срок в безлесные
пространства. В данном случае создаются совершенно другие биогеоце­
нологическая среда, состав и продуктивность растительности.
Надо отметить, что и на человека изменяющаяся среда оказывает су­
щественное влияние и вызывает необходимость ряда мер для создания
искусственных биогеоценозов с повышенной продуктивностью органиче­
ской массы. Н аряду с этим разнообразное влияние на человека может
оказать изменяющаяся активность Солнца. Считается, например, что
80% сердечно-сосудистых приступов так или иначе связано с активностью
Солнца.
В период научно-технической революции необходимо возможно более
полное и всестороннее освоение природных ресурсов так, чтобы вся био­
сфера и к а ж д а я сфера были бы наиболее рационально использованы.
Н астало время выявить и оценить ресурсы биосферы, систематизиро­
вать их по биомам — природным зонам, а в пределах их по более мелким
подразделениям — биогеоценозам.
Необходимо разработать научные основы рационального использова­
ния и сохранения ресурсов биосферы, при которых бы сохранилось поло­
жительное взаимоотношение между человеком и окружающей его
средой.
Изучение биосферы в связи с деятельностью человека преследует
цель возможно более глубокого познания ее изменений, вызванных з а ­
грязнением воздуха, почвы, воды и растительности.
АТМОСФЕРА— КОМПОНЕНТ БИОСФЕРЫ
Атмосфера является сложным газовым телом, проводником энергии,
сосредоточением огромных материальных ресурсов для организмов и
областью формирования климата Земли. Массу воздушной оболочки пла­
неты определяют теперь в 5 квадрильонов и 157 триллионов т. Эти под­
счеты нужны для исследований в области космонавтики, космической
геодезии и гравиметрии. Расчеты на электронно-вычислительных маши­
нах (ЭВМ) позволили определить не только общую массу атмосферы, но
и представить масштабы ее сезонных перераспределений. Оказалось, что
ежегодно с января до июля из северного полушария в южное переходит
4 триллиона т воздуха, которые во второй половине года совершают
обратный путь, главным образом с муссонными ветрами. Летом атмо­
сф ера тяжелеет на триллион тонн. Ученые объясняют это явление акти­
визацией биогеофизических процессов, связанных с выделением свобод­
ных газов. Воздействие атмосферы на другие компоненты биосферы, в
частности на растительность, осуществляется через ряд факторов, из ко235
Рис. 41.
Распределение
солнечной
радиации
в атмосфере
и педосфере
торых основное значение имеют свет, тепло, вода, газовый состав и движение воздуха. Особенно важно воздействие этих факторов атмосферы
на растительный покров, играющий на обширных пространствах суши
роль главной и воспринимающей поверхности планеты. Перечисленные
атмосферные факторы, в свою очередь, сильно трансформируются под
воздействием различных компонентов биогеоценоза (особенно раститель­
ности), благодаря чему соотношение атмосферы с другими компонентами
биогеоценоза носит характер теснейшего взаимодействия. Об этом сви­
детельствует баланс солнечной радиации (рис. 41).
Общее количество энергии, получаемое Землей от Солнца, можно
сравнить с энергией, создаваемой непрерывной работой 543 млрд. м а ­
шин по 400 лошадиных сил каж дая. Это колоссальное количество энер­
гии, получаемое Землей, является ничтожной долей общей энергии,
испускаемой Солнцем. Проведенные вычисления позволяют считать, что
эта доля равна 1 : 2 200 ООО ООО.
На поверхности почвы, отличающейся различным плодородием и цве­
том, поглощается разное количество энергии. На темных почвах ее по­
глощается больше, на светлых меньше, на покрытых растительностью
почвах используется одно количество энергии, а на голых почвах и ска­
лах другое.
В среднем солнечная энергия, поступающая на Землю, распределяет­
ся следующим образом.
1. Отражается облаками, пылью и земной поверхностью в мировое
пространство.
2. Поступает на поверхность Земли и поглощается ею.
3. Поглощается атмосферой.
4. Тепло солнечной энергии, задержанное атмосферой.
5. Расходуется на кинетическую энергию ветра.
236
6. Скрытые пары и скрытое тепло.
7. Энергия, потребляемая на движение воды.
8. Тепло, поступающее в почву и отражающееся в атмосферу.
Окружающий нас воздух находится в непрерывном движении, ощу­
щаемом нами как ветер. Движение воздуха возникает вследствие неоди­
накового распределения давления воздуха на земном шаре. Неравномер­
ность давления появляется в результате неодинакового притока тепла от
Солнца в различных участках Земли. Неодинаковое распределение дав­
ления образуется и в меньших масштабах, в зависимости от характера
подстилающей поверхности Земли. По существу ветер можно рассматри­
вать как результат превращения тепловой энергии Солнца в энергию
движения воздуха.
Нагревание и охлаждение воздуха в нижних слоях атмосферы проис­
ходит от поверхности Земли. Так как степень нагревания поверхности
Земли, а соответственно и воздуха, различна не только в точках, распо­
ложенных на больших расстояниях друг от друга, но и на малых рас­
стояниях, то процесс прогревания и вытеснения теплых масс воздуха
холодными происходит непрерывно и повсеместно. Воздух на суше днем
более теплый и относительно легкий поднимается вверх, а на его место
устремляется более холодный с морей, а ночью, напротив, происходит
движение воздуха в сторону моря.
Обмен тепла между низкими и высокими широтами осуществляется
под воздействием циклонической и антициклонической деятельности от
полюсов до субтропиков.
Внутри лесной растительности показатели условий атмосферы ока­
зываются преобразованными. Под влиянием лесной растительности
внутри лесных сообществ изменяются тепловой режим воздуха, его га ­
зовый состав, влажность, насыщенность органическими веществами.
Лесная растительность существенно изменяет состав воздуха внутри
леса, содействуя очищению его от пыли и обогащению кислородом. Га­
зовый состав атмосферы остается почти неизменным по всей поверхности
планеты, несмотря на непрерывное поглощение отдельных ее компонен­
тов, например кислорода, организмами и в ходе разнообразных реакций
окисления. Такое постоянство состава кислорода в атмосфере объясня­
ется тем, что, наряду с поглощением его в одних реакциях, происходит
его эквивалентное выделение в ходе других процессов. Считается, что
продолжительность полного цикла круговорота кислорода в биосфере
равняется 2000 годам.
Процентное содержание кислорода с высоты 18 км начинает медлен­
но уменьшаться и, по теоретическим расчетам, на высоте 29 км состав­
ляет не 20,95%, как у поверхности Земли, а около 18%- Кроме обычного
двухатомного кислорода в нижней стратосфере содержится довольно
тонкий слой озона. На высотах 90— 100 км кислород подвергается изме­
нениям. Здесь под воздействием ультрафиолетовой радиации Солнца мо­
лекулы кислорода расщепляются на атомы и появляется атомный, или
атомарный кислород. Количество его с увеличением высоты быстро воз­
растает и на 110 км составляет 96,6% от всего состава кислорода. Соот­
ношение углекислого газа в атмосфере остается постоянным, так как в
цикл углекислого газа входят продукты сгорания топлива. Вблизи про­
мышленных предприятий углекислого газа больше, чем в лесу. Измере­
ния показывают, что с 1900 по 1935 г. (за 35 лет) содержание углекислого
газа возросло в атмосфере с 0,029 до 0,032%. В 1970 г. содержание угле­
кислого газа повысилось до 0,0329%.
Содержание углекислого газа в атмосфере изменяется в прямой зави­
симости от температуры воздуха.
Наблюдениями в разных частях земного шара установлено увеличе­
ние углекислоты за последние 15 лет в пределах 5— 10% от среднего со­
держ ания углекислоты.
237
В атмосфере, помимо кислорода и углекислого газа, содержится
0,94% аргона и 78,08% азота. Содержание остальных газов крайне неве­
лико. Это инертные газы гелия — 5 ,2 -10~5, метана — 5• 10—6, неона —
1,8— 10~8 и др.
Полный круговорот углекислоты в биосфере осуществляется через
2000 лет, а воды через 2 млн. лет. Наибольшее значение из газов воздуха
имеют кислород и углекислый газ. В биогеоценотическом обмене они уча­
ствуют в колоссальных количествах и составляют основу материального
обмена между атмосферой и другими компонентами биогеоценоза
(рис. 42). Растения на земном шаре в процессе фотосинтеза выделяют
430 млрд. т кислорода и 590 млрд. т поглощают углекислоты.
Кислород акцептируется непосредственно всеми компонентами био­
геоценоза, обеспечивая дыхание животных и растений в атмосфере, поч­
ве, воде, превращение органических веществ, течение многих химических
реакций в горных породах, почве, гидросфере. З а исключением зеленых
растений, с которыми атмосферный кислород находится в двухстороннем
взаимодействии,— поглощается при дыхании и выделяется при фотосин­
тезе,— во всех других случаях он лишь потребляется в разнообразных
реакциях окисления.
В атмосфере содержание кислорода всегда достаточно высокое для
обеспечения любых потребностей растений и животных, но в почве и во­
доемах его количество ничтожно мало, что накладывает глубокий отпе­
чаток и на органическую жизнь и физико-химические процессы в горны*
породах, почвах и водной среде. В лесных биогеоценозах недостаточное
снабжение кислородом корней ведет к снижению производительности
органического вещества и энергии. Циклы кислорода в атмосфере выра­
жены схематично на рис. 43.
Кислород поступает в атмосферу в процессе фотосинтеза — (окисли­
тельно-восстановительная реакция, осуществляющаяся в зеленом листе
при участии хлорофилла за счет энергии солнечных лучей). Взаимодей­
ствие углекислого газа с водой приводит к синтезу в зеленом листе рас­
творимого сахара (C6H i206+ 6 0 2) и выделению в окружающую сред}
кислорода. Д л я осуществления этого процесса затрачивается 2818,7 кдж
энергии.
Кислород, выделяющийся при фотосинтезе, получается за счет разло­
жения воды. Таким образом, одним из первых актов фотосинтеза являет­
ся разложение воды, водород которой используется на восстановление
углекислого газа и участвует в образовании органических соединений
а кислород выделяется из растений:
6С02 + 6Н20 + 2818,7 кдою
С Л А + 60а.
Конкретный ход фотосинтеза и его особенности сложны и во многом еще
не изучены, приведенное уравнение — просто общая схема. В настоящее
время установлено, что прямыми продуктами фотосинтеза являются не
только углеводы, но и белки. К тому же углекислота, необходимая дл*
фотосинтеза, поступает не только из воздуха, но и из почвы, откуда ош
поглощается корнями и доставляется через стебли в листья (рис. 44).
Газообразный азот в биогеоценотических процессах имеет сравни
тельно небольшое значение, так как большинством организмов он непо
средственно не усваивается и в биологический круговорот вовлекается i
сравнительно малых количествах некоторыми микроорганизмами ил!
после окисления в особых случаях (например, при грозовых разрядах)
Однако с атмосферными осадками поступает в почву 3—4,5 кг/га азот;
(главным образом ам м иака).
Цикл азота включает все регионы биосферы, так как снабжение азо
том атмосферы фактически неистощимо. Оно осуществляется совместж
238
Рис. 42. Круговорот углекислоты
Р и с . 44. Ц иклы у гл ек и с л о т ы , в о д ы ,
а з о т а и к и с л о р о д а в св я зи с со л ­
н еч н о й р а д и а ц и е й и ф о т о си н т е зо м
[
АЗОТ
АТМОСФЕРЫ
J*
АММИАК
НЙТРАТЫ
Рис. 45. Цикл азота атмосферы
с кислородом, и азот ассимилируется высшими растениями при содействии микроорганизмов (рис. 45).
Азот атмосферы фиксируется растениями и микроорганизмами на
суше и в воде океанов. В мертвом органическом веществе азот фиксиру­
ется животными и микроорганизмами, частью поступает в растения,
частью превращается в неорганический азот и поступает в реки.
Распределение азота в атмосфере еще не достаточно выяснено, и еже­
годная величина его может быть принята примерно в пределах 3 800 000 т.
Круговорот азота показан схематично на рис. 53. Кроме азота в атмо­
сфере, его можно обнаружить не в меньшем количестве в осадочных по­
родах. Общие цифры для инвентаризации даны в биллионах тонн, а пе­
редаваемые в биологические и водные системы в миллионах тонн.
Атмосфера относится к числу природных богатств, поэтому необходи­
мо разработать обоснованные положения по улучшению чистоты воздуха.
В густонаселенных индустриальных районах загрязнение атмосферы
(выбросы дыма из труб предприятий и бытовых отопительных систем,
выхлопные газы автомобилей, содержащие токсически действующие со­
единения свинца и окись углерода, пыли и т. д.) достигло таких разме­
ров, что стало приносить хозяйственный ущерб и вредно отражаться на
здоровье людей. Загрязненный воздух, особенно при тумане, отрицатель­
но отражается на физическом и психическом состоянии человека. Боль­
шой вред здоровью людей причиняет смог — тяжелый плотный туман,
насыщенный дымом города. Погибают от повреждения дымом сосновые,
еловые и пихтовые леса. Они перестают накапливать влагу и задержи­
вать паводки, т. е. утрачивают свое благотворное воздействие на водный
баланс и сток, снижается их способность очищать воздух от пыли
и газов.
К наиболее вредным для древесной растительности и человека газам
относятся серный ангидрид ( S 0 3), фтористый водород (H F), хлористый
водород (НС1), сероводород (H 2S), аммиак (NH3), а также светильный
газ и ацетилен. Н аряду с этим установлено отрицательное влияние паров
асфальта, смол и некоторых кислот, являющихся продуктами неполного
сгорания бензина и масел. Помимо сернистого газа (SO2) и серного
240
ангидрида (SO 3), составляющих от 0,5 до 5% дымов выбросов, вредными
оказываются хлориды (соли хлористоводородной, или соляной кислоты),
сульфиды (или соединения металлов с серой), например пирит F eS2, мо­
либденит M 0S2 или халькопирит C uF eS2 и реже сульфаты (средние соли
серной кислоты C a S 0 4, N a S 0 4), образующиеся при сгорании каменного
и бурого угля.
В загрязненной атмосфере содержание сернистого газа не более
0,05— 0,1 мг/м3, а пыли 0,1— 0,2 м г/м 3. В индустриальных центрах содер­
жание газов и пыли резко возрастает. В Москве в 1960 г. содержание
сернистого газа изменялось в пределах от 0,18 до 0,35 мг/м3, в некоторых
районах вблизи электростанций возросло до 2,4 мг/м3. З а последнее вре­
мя наблюдается резкое снижение сернистого газа в Москве в связи с пе­
реводом отопления с угля на газ.
Сернистые и другие вредные газы проникают в ткани растений вме­
сте с кислородом и углекислотой через устьичные щели и чечевички в
коре молодых ветвей, а такж е с почвенным раствором из почвы через
корни. Сернистый газ поглощается хвоей д аж е при — 5°. Из-за этого на
сосновых деревьях можно наблюдать только двухлетнюю хвою, тогда
как в нормальных условиях хвоя живет 3—4 года. Содержание серы в
хвое еловых деревьев, не поврежденных газами, достигает 0,23 мг,
а поврежденных 0,74 мг на 100 г сухого вещества. Повышенное количе­
ство серы, а такж е окислов меди, цинка, свинца, хрома и кремниевой
кислоты в хвое сосны ухудшает устойчивость деревьев.
Выявлено особо сильное воздействие на древесно-кустарниковую р а ­
стительность фтора и хлора. Допустимое содержание фтора на 100 г су­
хого вещества листьев изменяется от 0,1 до 1,0 мг, а хлора — 5—
10 мг. Токсичность фтористого водорода в 10 раз выше токсичности
сернистого газа. Наиболее чувствительны к загрязнению атмосферы
хвойные породы. Продолжительность жизни хвои у ели колеблется от
3 до 11 лет, деревья старше 80— 100 лет не выдерживают загрязнения воз­
духа газами во всех типах леса. У деревьев в этом возрасте процесс по­
вреждения хлорофилла в хвое и повреждение клеточного ядра заходит
глубоко и приобретает неЬбратимый характер. Поэтому радикальной
мерой является резкое снижение концентрации вредных примесей возду­
ха. Молодые деревья до 40—50 лет более устойчивы к газам. Если коли­
чество сернистого газа в воздухе довести до 260 мг/м3, все хвойные де­
ревья погибнут в течение нескольких часов. При 5,2—26 мг/м3 наблю­
дается острое повреждение хвойных и лиственных пород, причем деревья
гибнут лишь при продолжительном или часто повторяющемся воздей­
ствии, при 1,82— 5,2 м г/м 3 происходит хроническое отравление древесных
пород, вызывающее уменьшение прироста; при 1,04— 1,82 мг/м3 повреж­
даются лишь наиболее чувствительные древесные породы, и то при дли­
тельном или часто повторяющемся воздействии; на содержание серни­
стого газа от 0,26 до 0,52 м г/м 3 древесные породы не реагируют или поч­
ти не реагируют.
Содержание пыли в воздухе возрастает с увеличением облачности.
Зимой пыли в воздухе до высоты 400 м больше, чем летом, а выше, на­
оборот, меньше.
В районах, подверженных задымлению, продолжительность жизни
деревьев сокращается. Вместо 250— 300 лет сосна живет 80— 120 лет, а
ель вместо 200—250 лет — только 70—90 лет. Другими словами, н а с аж ­
дения ели и сосны погибают к моменту наступления наибольшей декора­
тивности и хозяйственной ценности.
Естественное возобновление леса в древостоях, подверженных загряз­
нению, происходит нормально, хотя интенсивность плодоношения умень­
шается и урожаи семян сокращаются.
Следует отметить такж е загрязнение атмосферы автотранспортом.
Загрязнение настолько велико, что возникла необходимость заменить
16 А. Молчанов
241
топливо для автомашин другим видом энергии, так как в настоящее вре­
мя пользуются бензином, в который добавлен бромистый свинец или тет­
раэтилсвинец— сильно ядовитые жидкости. Применение такого бензина
улучшает работу мотора и одновременно значительно экономит топливо,
но вместе с тем отравляет воздух соединениями свинца. При сгорании
каждого литра этилированного бензина в автомобиле освобождается
274—404 мг бромистого свинца, который отлагается на дороге, а затем
сдувается с нее и разносится далеко в лес или на поля. Результат дейст­
вия выхлопного газа вскоре резко проявляется на деревьях. Уже в
начале лета отчетливо видны омертвелые ткани листа и растений на
полях.
Автотранспорт имеет еще одну вредную сторону — способствует зна­
чительному запылению воздуха. Подсчитано, что ежегодно стирается с
колес автомобиля 10 кг резины, и если в городе находится 10 тыс. машин,
то в течение года стершаяся пыль будет весить 100 г. С асфальтовых
дорог ежегодно стирается слой около 1 мм. Таким образом, на шоссе
шириной 10 м на каждом отрезке в 100 км стирается в год 1000 т пыли.
Но наибольшим источником пыли является промышленность. Через
каждую заводскую трубу вылетают тысячи тонн распыленных веществ и
значительное количество газов.
Среди всех потребителей угля более всего загрязняют воздух тепло­
вые электростанции и теплоэлектроцентрали. Теплоэлектроцентрали
средней мощности сжигают в сутки 2000 т угля самого плохого сорта и
выбрасывают 400 т золы и 120 г сернистого газа.
Л еса задерж иваю т на кронах деревьев большие количества пыли:
еловые леса до 32 т/га пыли, сосновые до 36 т/га, а кроны буковых дре­
востоев задерж иваю т до 68 т/га пыли. Наибольшее количество пыли на­
ходится у источников ее выделения. На расстоянии до 0,2 км от промыш­
ленного предприятия ее 0,32 мг/м3 воздуха, в пределах 0,5— 1 км — 0,28,
от 1— 1,5 км — 0,27, от 1,5— 3 км — 0,05 и от 3 о и выше до 0,015 мг/м3.
Содержание в воздухе такого газа, как S 0 2, зависит и от времени
года. В летний период оно колеблется от 0,268 до 0,715 м г/100 м3 в сутки,
а в октябре — январе от 0,440 до 1,285 м г /100 м 3 в сутки.
Лес предотвращает распространение пыли и двуокиси углерода, од­
нако и сам не только теряет прирост, но и погибает от отравления.
Величина токсичности двуокиси серы для растений одними авторами
определяется в 0,4 мг/м 3, другими от 0,5 до 0,8 мг/м3. Это зависит от вида
растений. При постоянном задымлении эта доза для хвойных пород, по
последним данным, равняется 0,1 мг/м3.
После газации деревьев S 0 2 возникает общее понижение дыхания,
связанное с реакциями расхода и разрушения клеток. Наиболее устойчи­
вы против SO2 лиственница, клен ясенелистый, туя, самшит, белая акация
и некоторые другие породы.
Нельзя не остановиться на влиянии взрывов атомных и водородных
бомб на состояние атмосферы.
Американский ученый Ирвинг Бенгельсдорф 1 считает, что увеличение
числа ураганов в США и в других странах — следствие многочисленных
взрывов таких бомб. В 1951 г. в США отмечено 300, а в 1955' г.—900 ура­
ганов. Через несколько лет советские и американские ученые подтверди­
ли, что электропроводность атмосферы с начала испытаний атомных
бомб увеличилась в 6 раз. С этим ж е связывают частое возникно­
вение бурь. Ядерные взрывы изменяют напряженность электрического
поля атмосферы и могут стать причиной серьезных климатических нару­
1 Цит. по А. Леньковой «Оскальпированная земля».
242
шений, в частности неожиданных похолоданий в районах, где обычно
низкие температуры не наблюдались.
Примером может служить волна холодного воздуха, которая захва­
тила Аргентину в 1954 г. и в июне 1956 г., или морозная снежная пого­
да, которая в феврале 1959 г. застала врасплох жителей Ливана, Иорда­
нии, И зраиля, Кипра и др.
Часть пыли, образующейся во время взрыва атомных и водородных
бомб, очень долго сохраняет радиоактивные элементы. К ним относятся
в первую очередь стронций-90, цезий и церий-137.
Другого рода опасностью является образование огромного количества
азотной кислоты ппи каж дом взрыве атомной бомбы. При взрыве атомной
бомбы на какую-то долю секунды температура среды повышается на
20 млн. градусов, а при взрыве водородной бомбы д аж е до 100 млн. гра­
дусов. При такой температуре моментально образуются большие коли­
чества окиси азота. Такой же процесс вызывают и хмолнии. Но если при
грозе окись азота бывает смыта дождем, то при ядерном взрыве она по­
падает в высокие слои атмосферы, где с кислородом и водяным паром
образует азотную кислоту. Выпадая с дождями, азотная кислота разру­
шительно воздействует на растительность, так как соприкосновение ли­
стьев с кислотой снижает их способность к фотосинтезу и разрушает у
растений органы ассимиляции, и на почву. Кислота убывает в почве мик­
роорганизмы, которые связывают атмосферный азот, и почва теряет пло­
дородие.
Почва может подвергнуться и другим нежелательным видоизмене­
ниям. Это могут совершить нейтроны, высвобожденные во время взрыва
бомбы. Поток нейтронов, достигнув земли, вызывает преобразование
почвенных элементов, сообщая им радиоактивные свойства.
РОЛЬ ВОДЫ В БИОСФЕРЕ
Водные ресурсы в природе практически не уменьшаются, но сильно
возрастает потребление воды промышленностью и населением. Если не
принять в расчет изменения воздействия климата, проявляющегося сла­
бо, и пренебречь количеством ювенильных вод, попадающих на земную
поверхность при вулканической деятельности, то можно сказать, что
к а ж д а я капля влаги на Земле принимает участие во всемирном круго­
вороте воды.
Из океана на сушу переносится около 37 тыс. км3, эта же величина
воды возвращается со стоком в Мировой океан. Испарение с поверхно­
сти океана составляет 383 тыс. кмг. Б аланс круговорота воды на суше
слагается из таких приходных статей: снег, дождь, град и незначитель­
ное количество росы. Из общей суммы осадков только часть расходуется
на сток и используется в хозяйстве. Некоторая часть осадков попадает
на землю и деревья и расходуется на испарение с крон и травяного пок­
рова.
Интенсивность испарения зависйт от температуры и дефицита в л а ж ­
ности воздуха, степени покрытия почвы растительностью, рельефа ме­
стности, затенения почвы и других условий. Об этом много говорилось
в начале нашей работы и снова возвращаться к этому нет необходимости
(рис. 46).
Отметим, что часть осадков расходуется на инфильтрацию и, дости­
гая грунтовых вод, заполняет трещины и щели плотных кристаллических
и сланцевых пород. Д ругая часть, проникающая в грунт с поверхности
почвы, не достигает грунтовых вод и используется растениями на транс­
пирацию.
Поглощение воды разными горными породами неодинаково. Погло­
щ аю щ ая способность породы характеризуется такими показателями
(в л/м 3): кварциты 0,1, граниты около 0,5, глинистые сланцы 5—7, песча16*
243
Рис. 46. Круговорог осадков
ники 280, оолитовые известняки 130— 180, песок и гравий до 400, суглин­
ки, мергели и глины до 500.
Инфильтрация атмосферных осадков в грунтовые воды зависит не
только от горных пород, но в большей мере от типов почв и их особенно­
стей и от вида травянистой растительности и древесных пород, а на неко­
торых землях — от способов обработки почвы, ее удобрения и видов сель­
скохозяйственных растений.
Количество воды в почве определяется текстурой, структурой, видом
и типом почв. К а ж д а я почва имеет присущую только ей всасывающую
способность, влагоемкость и пористость. Например, песок крупнозерни­
стый имеет влагоемкость 2,9%, а пористость 33,5%, песок мелкозерни­
стый имеет влагоемкость 4,2%, а пористость 37,2%, супесь соответствен­
н о — 18,1 и 46,6%), суглинок—20,5' и 42,3% и глина имеет влагоемкость
40,1% и пористость 54,3%.
Незначительная способность некоторых почв удерживать в себе влагу
порождает быстрое иссушение почвы в летнее время.
Скорость передвижения воды в разного вида грунтах зависит от ве­
личины всасывания, выраженной в атмосферах, при градиенте давления
0,1 атм/см (рис. 47).
Взаимосвязям воды с лесом уже уделено большое внимание в нашей
работе, поэтому здесь мы на этом вопросе ке останавливаемся и лишь
подчеркиваем большое их значение. В качестве вывода к разделу о взаи­
моотношении между лесом, водой и климатом следует сказать, что дея­
тельность человека на водосборном бассейне должна быть направлена на
повышение продуктивности растительных сообществ с одновременным
обеспечением плодородия почв, сохранением и улучшением местности,
отличающейся чистой водой и незагрязненной атмосферой. Это облегчит
труд человека, обеспечит хороший отдых. Другими словами, в каждом
большом и малом водосборном бассейне должен быть разработан много­
плановый уход за ландшафтом, обеспечивающий чистоту воздуха и вод,
а такж е оптимальный баланс вод и рациональное распределение терри­
тории между сельским, лесным хозяйством, городами и промышленными
244
предприятиями. Нельзя забывать и того, что создавая живописный ланд­
шафт, мы должны сохранять разнообразие естественных культур биогео­
ценозов и всемерно предотвращать не только овражную, но и плоскост­
ную эрозию почв. Необходимо такж е усилить освоение земель, нарушен­
ных горнодобывающей промышленностью, улучшить земли, занятые под
сельское и лесное хозяйство, так, чтобы люди йа полях и в лесах были
бы изолированы от действия шума, выхлопных газов, сточных вод и чув­
ствовали себя бодрее, лучше и находили условия для разрядки от напря­
жения.
В недавнее время с мелиорацией была связана только осушка забо­
лоченных площадей, вызванная избыточным водным балансом терри­
тории. В настоящее время под мелиорацией понимаются все конструктив­
ные возможности, направленные на коренное улучшение почв с тем, что­
бы повысить продуктивность лесных и сельскохозяйственных угодий.
Следовательно, воздействие на водный баланс территории составляет
лишь часть поставленных задач. Конечно, нельзя не отметить, что самым
главным делом является мелиорация почв и обеспечение оптимального
водного баланса. Оба эти фактора сравнительно легко поддаются влия­
нию человека и оказывают положительное воздействие на раститель­
ность.
Химические свойства почвы и их структуру можно изменить вне­
сением органических и минеральных удобрений. При мелиоративных из­
менениях водного баланса почвы необходимо такж е заботиться о созда­
нии оптимального солевого режима.
Улучшение микроклимата и водного баланса почв можно обеспечить
выращиванием полезащитных насаждений. Д л я нейтрализации кислых
почв вносятся угольная зола и известь.
Природные воды очень важ н ая часть биосферы, в которой протекает
значительная часть химических реакций, они являются транспортными
путями для перераспределения химических элементов между биогеоцено­
зами и д а ж е между разными лесорастительными зонами. Растворенные
вещества находятся в воде в состоянии ионов. Д л я большинства биогео­
ценозов наблюдается преобладание в водах шести ионов: среди катио­
нов Са2+, M g 2+, Na2+, а среди анионов' НСОг2~, S 0 42-, ClРастворенные вещества находятся такж е в форме молекул и коллоид­
ных частиц. Таким образом, природные воды представляют собой сочета­
ния истинных растворов (ионных и молекулярных) с коллоидными раст­
ворами и суспензиями.
Данны е о составе природных вод, их общей минерализации составля­
ют геохимическую характеристику, предложенную В. И. Вернадским.
Пресные воды содержат 1 г минеральных веществ в 1 л воды, солоно­
в а т ы е — 10 г/л, солены е— 10—50 г/л и рассолы более 50 г/л.
245
Газовый и ионный состав вод во многом определяется деятельностью
микроорганизмов как тех, которые находятся непосредственно в водоеме
ил л почве, так и тех, которые населяют область формирования вод, пи­
тающих данный водоем или почву.
Количество минеральных веществ, ежегодно выносимых реками из
различных биогеоценозов, характеризуется одним порядком величин.
Химический состав вод зависит и от растворимости соединений, воз­
никающих при минерализации растительных остатков. Д л я калия имеет
значение и его поглощение коллоидными системами.
Кроме того, происходит такж е растворение горных пород, ионный об­
мен и другие химические и физические реакции, в результате которых
вода содержит большинство химических элементов периодической систе­
мы, а такж е значительное количество кислорода и углекислоты. В зави­
симости от количественного содержания этих веществ изменяется каче­
ство воды.
Природные воды по величине pH делятся на четыре группы. Сильно
кислые с pH меньше 3, кислые при pH от 3 до 6,5, нейтральные с pH в
пределах 6,5—8,5 и щелочные с pH, равным 9.
Органические соединения живых организмов, а также гумус способ­
ствуют усреднению сильнокислых и щелочных реакций. Однако они дей­
ствуют только в определенных условиях и в определенных пределах.
Биогеоценозы, содержащие мало живых организмов, не могут изменить
кислотность воды. Поэтому кислые почвы обычно мало плодородны и
требуют известкования.
Природные воды находятся в сложных обратимых взаимоотношениях
с организмами, горными породами, атмосферой. Большинство химических
элементов мигрирует в водных растворах (ионных, молекулярных или
коллоидных), которые служат носителями огромной энергии и произво­
дят в биосфере и в биогеоценозах большую химическую работу. Живое
вещество в значительной мере состоит из воды. Вода является главным
фактором, определяющим климат на поверхности Земли. От количества
воды в биогеоценозе и его водного режима в значительной степени зави­
сит н продукция живого вещества и сам тип биогеоценоза.
Химическое выветривание происходит только в водной среде и при
участии воды. Первый этап химического выветривания в подавляющем
большинстве случаев состоит в гидратации, т. е. в присоединении к ми­
нералу молекул воды.
Вода необходима для биохимических и биофизических процессов,
происходящих внутри организмов, и для создания тех же условий
внешней среды, которые обеспечивают возможность жизни на Земле.
Вода активно участвует в биологических превращениях. Она служит
субстратом для фотосинтеза и одним из продуктов дыхания. Присутст­
вующий в атмосфере водяной пар играет роль фильтра для солнечной
радиации, а вода на земной поверхности служит своего рода мощной бу­
ферной системой, смягчающей действие экстремальных температур. Ог­
ромная масса воды на Земле (слой толщиной в 2,5 км по отношению ко
всей поверхности Земли) может поглощать или отдавать колоссальные
количества тепла.
Вода поступает в растение при наличии градиента свободной энергии.
Такой градиент обеспечивается натяжением водного столба в растении,
возникающего в результате транспирации. Кроме того, вода должна по­
ступать в корни и в том случае, если осмотическая сила клеточного сока
превышает осмотическую силу (точнее, общую водоудерживающую силу)
почвенного раствора. Транспирация может создавать силу натяжения,
необходимую для поступления воды в корни. По мере снижения содер­
жания воды в почвенном растворе, экспоненциально возрастают силы,
удерживающие воду в почве, при этом растению становится все труднее
поглощать воду из почвы.
246
гидрогенны е атомы
потери в п ространстве
Р и с . 48. Ц и к л в оды
Присутствие солей в почве замедляет поглощение воды растениями.
Н а засоленных почвах относительно высокое осмотическое давление
почвенного раствора может сильно затруднить поступление воды в корни.
Имеются указания, что корни могут активно поглощать воду, исполь­
зуя для этого энергию, освобождающуюся в процессе обмена веществ.
Неоднократно наблюдалось, что поглощение воды растениями тормозит­
ся в анаэробных условиях или под влиянием ингибиторов метаболизма.
Наличие корневого давления (выражением которого служит гуттация)
рассматриваю т обычно как доказательство передвижения воды по расте­
нию за счет процесса обмена веществ.
Поступление ионов кальция пропорционально количеству воды, у д а ­
ляющейся из растения в процессе транспирации. Если бы почвенный раст­
вор поступал неразбавленным, то, очевидно, присутствующие в нем соли
накапливались бы в токсических количествах. Существует прямая зави­
симость между годовыми и летними осадками и годичным приростом
древесины в районах с неустойчивым увлажнением. Прямо или косвенно
вода — единственный источник кислорода, выделяемого в атмосферу
растениями при фотосинтезе. Ежегодная потребность растений в воде
составляет 6 5 - 1010 т. Зная, что все количество воды в океанах равно
1300-106 км 3, нетрудно рассчитать, что этого запаса хватит всего
на 2 млн. лет — срок, совершенно незначительный с точки зрения геоло­
гической истории Земли. Но запас воды непрерывно возобновляется бла­
годаря ее мировому круговороту (рис. 48).
Когда количество выпавшей дождевой воды превышает влагоемкость
верхнего слоя почвы, начинается поверхностный сток. Его скорость и,
следовательно, разрушительная сила зависят от уклона поверхности поч­
вы, характера ее и растительного покрова. Текущая по поверхности зем­
ли вода разруш ает почву, если она не защищена растительностью. Этому
процессу уделено много внимания в нашей работе.
Вода в качестве экологического фактора имеет для фотосинтеза боль­
шое значение. От содержания воды зависит открывание и закрывание
устьиц, при недостатке воды наступает завядание листьев, в процессе
которого снижается скорость фотосинтеза до 15%. Возобновление нор­
мальной подачи воды приводит через 2—7 дней к восстановлению скоро­
сти фотосинтеза. С увеличением возраста листа фотосинтез уменьшаетсяВозможности землепользования в очень большой степени зависят от
количества влаги, средних и крайних значений годового хода режимов
грунтовых, почвенных и поверхностных вод и от круговорота воды, вклю­
247
чающего стадии выпадения осадков, их накопления, стока и испарения.
Этим определяются и соответствующие виды хозяйственного использова­
ния природных ресурсов вод для нужд населения и промышленности.
Общий объем воды на Земле вы ражается следующими величинами:
ТЫ С. к м 3
Пресные озера
Соленые озера и внутренние моря
Реки
Вода в почве и подпочве
Подземные воды до глубины 800 м
Подземные воды более значительных глубин
Общие запасы воды на континентах
Ледники и ледяные покровы
Вода в атмосфере
Океаны
В сего
4
4
8
28
1 300
123
100
1,23
65
000
000
300
500
12,7
000
объему
0,009
0,008
0,0001
0,005
0,31
0,31
0,635
2,15
0,001
97,2
1 345 101,93
Воды суши составляют незначительный объем — 0,07% (включая внеполярные ледники). Важно подчеркнуть, что в настоящее время для ис­
пользования пригодны только пресные воды, которых мало потому, что
главный круговорот воды идет не от океана к суше, а от океана в океан.
Полный круговорот воды в атмосфере и гидросфере завершается в
2 ООО ООО лет.
В цикл воды в биосфере входит выпадение и испарение осадков и по­
полнение потерь за счет ювенильных вод. Излишек земных осадков обыч­
но сосредоточивается в ледниках, содержащих 75% всей пресной чистой
воды. Запасы воды могут пополняться за счет таяния ледников, спускаю­
щихся с гор, за счет транспирации растений, за счет озер и рек, из кото­
рых вода возвращается в процессе стока вод в моря и океаны. Пресной
воды во всем мире содержится от 3 до 15%. Значительное количество ее
в полярных странах — в ледниках. Очень незначительная часть запаса
воды содержится в атмосфере.
БИОЛОГИЧЕСКИЙ
КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ
Аккумуляция органического вещества
Л еса мира не только являются главным потребителем угольной кис­
лоты на Земле, они такж е — главный источник биологической фикса­
ции углекислоты (исключая ископаемое горючее, которое может быть
большей частью удалено из цикла углерода). Л еса содержат около 400—
500 биллионов туглекислоты, составляющей примерно две трети углекис­
лоты, находящейся в атмосфере. Приведенная для лесов цифра установ­
лена приблизительно для среднего возраста насаждений около 30 лет.
В лесах такого возраста насчитывается 15 биллионов г углерода в фор­
ме угольной кислоты, ежегодно трансформируемой в древесине. Это ко­
личество довольно близко к истине, так как ежегодная общая ассимиля­
ция угольной кислоты в древесине равняется 20—30 биллионов т.
Производительность почвы существенно ограничивается наличием в
ней пресных вод и содержанием фосфора и других минеральных элемен­
тов. Чем больше солей, тем ниже продуктивность растительности.
Циркуляция частиц углерода в море резко разнится от циркуляции
частиц на суше.
248
Р и с . 49, Ц ик л у г л е р о д а н ач и н а я с ф и к с а ц и и а т м о с ф е р н о г о у г л е р о д а
В океанах лимитируют продуктивность неорганические элементы, так
как фитопланктон требует не только обильных запасов фосфора, но и
различных металлов, особенно железа.
Подсчеты показывают, что в атмосфере содержится около 700 биллио­
нов т углерода. Из этого количества ассимилируется сушей 64,3% с уче­
том возвращения углерода обратно в атмосферу в процессе дыхания
(14% ).
В процессе отпада деревьев и опада листьев, мелких корней и ветвей
скопилось 700 биллионов т углерода в мертвом органическом веществе,
которое, разлагаясь, выделяет в процессе дыхания почвы 36% углерода.
Поступает в океан 100 биллионов т углерода. Ассимилируется водами
океана 40%, фитопланктоном 5%, зоопланктоном около 5%. Н акаплива­
ется мертвого органического вещества 3000 биллионов т, из которых
часть поступает в обмен с водой.
В осадочных породах моря и суши содержится 20 000 000 биллионов г
углерода, в углях и н е ф т и — 10 000 биллионов т.
О бразование и разрушение органических веществ протекает в каждой
части биосферы. Эти противоположные процессы — биогенная аккумуля­
ция и минерализация — не протекают изолированно, они вместе обра­
зуют единый биологический круговорот.
Цикл углерода начинается с фиксации атмосферного углерода в про­
цессе фотосинтеза. В этом процессе участвуют угольная кислота и вода,
реагирующая в форме карбогидратов с ассимиляцией свободного угле­
рода. Часть углекислоты фиксируется растениями и используется живот­
ными, выдыхающими угольную кислоту. Растения и разрушающие орга­
нические вещества микроорганизмы выделяют углекислоту в атмосферу.
Эта последовательность явлений, после которых данная система возвра­
щается к отклоняющемуся от первоначального положению, развивается
по спирали. Цикл углерода иллюстрируется рис. 49.
Циркуляция углекислоты в биосфере осуществляется двумя путями —
один наземный, а другой морской. Обмен происходит динамически меж­
ду океаном и сушей. Цикл углекислоты в океане не отделим от системы
фито- и зоопланктона, ассимилирующей углекислоту и выделяющей кис­
лород при дыхании. Р асп ад органического вещества возмещает углекис­
лоту, ассимилированную фитопланктоном.
24»
Закономерность биологического круговорота элементов в биогеоце­
нозах сводится к миграции большинства химических элементов, в ходе
которой они многократно поступают в живые организмы и вновь выделя­
ются в результате минерализации. Развитие каждого отдельного биогео­
ценоза в значительной степени обусловливается специфической конкрет­
ной системой биологического круговорота.
В течение 4 лет растения суши и моря усваивают углекислоты столь­
ко, сколько ее содержится в атмосфере, а в течение примерно 300 лет
усваивают количество углекислоты, равное содержанию ее в гидросфере.
Следовательно, за время геологической истории углерод атмосферы
участвовал такж е многократно в биологическом круговороте в форме ор­
ганических и неорганических соединений. Гумус, торф, сапропели, кар­
бонаты кальция и другие соединения нередко захороняются в осадках,
погружаясь в более глубокие горизонты литосферы, и на целые геологи­
ческие периоды остаются выключенными из кругооборота веществ.
Только при извержении вулканов, горообразовании и других процес­
сах углерод снова переходит в форму С 0 2. В результате широкого ис­
пользования человеком различных горючих материалов он также посту­
пает в атмосферу.
Емкость биологического круговорота зависит от количества химиче­
ских элементов, находящихся в составе сухого вещества и его биомассы,
от структуры биомассы (соотношения зеленой части растительности, кор­
ней животных, микрофлоры и т. д.), от скорости биологического кругово­
рота и количества живого вещества, образующегося и разлагающегося
в единицу времени (ежегодный прирост биомассы и опад). Эти показа­
тели должны дифференцироваться для отдельных химических элементов
(азота, фосфора, калия и др.) в биомассе, приросте и опаде (рис. 50).
Биологический круговорот в биогеоценозе оказывает значительное
влияние на атмосферу, окружающую биогеоценоз, особенно на почвен­
ный и грунтовый воздух. Подземная атмосфера богаче углекислотой,
водяными парами и беднее кислородом, местами содержит повышенное
количество редких газов — метана, радона и др.
В лесных ландш аф тах в припочвенном слое воздуха содержание угле­
кислого газа может быть на 200%
более выше среднего содержания его
в атмосфере благодаря выделению С 0 2 растениями и почвенными микро­
организмами в процессе дыхания.
Мир микроорганизмов, мир почвенной фауны и мир растительности в
каждом биогеоценозе составляет единое целое, они находятся в тесном
взаимодействии и взаимосвязи. В результате этого взаимодействия в
почве и на ее поверхности образуется гумус (органические кислоты, уг­
лекислый газ и вода) и минеральные вещества (кальций, магний, натрий,
калий, сера и др.) освобождаются из органических соединений и образу­
ются катионы и анионы (Са2+, M g2+, S 0 42~ и т. д.).
Разрушение органического вещества
Н аряду с биогенной аккумуляцией минеральных соединений протека­
ют и процессы разрушения органических веществ и выделения химиче­
ских элементов, а такж е высвобождение энергии. Большое количество
веществ выделяется в процессе дыхания, в результате которого сложные
органические соединения распадаются до простых минеральных соеди­
нений, углекислого газа и воды. Следует отметить, что синтез органиче­
ских веществ в растениях существенно превышает распад и в растениях
происходит накопление органических минеральных веществ.
Большую роль в разложении органических веществ растений и живот­
ных играют почвенная фауна и микроорганизмы. Некоторым организмам
необходим для дыхания кислород химических соединений, а также хи­
мическая энергия, содерж ащ аяся в органических соединениях.
250
Рис.
50.
Связь
биохи м и ч еск и х,
химических
и гидрологических
циклов
Все органические вещества с той или иной быстротой поддаются раз­
ложению, д а ж е такие устойчивые, как смолы, воск, хитин и др. Микроор­
ганизмы и почвенная фауна выполняют в биогеоценозах функцию очист­
ки от остатков почвенной фауны и микроорганизмов.
Значительно интенсивнее протекает разложение органических ве­
ществ в теле животных, для которых растения являются единственным
первоисточником химической энергии. Необходимость передвижения и
поддержания температуры тела вызывает потребление животными боль­
шого количества органических веществ, включаемых таким образом в
круговорот веществ.
Геоценозы не содержат в себе живого вещества, миграция химических
элементов в них протекает в результате физических и химических про­
цессов, без прямого участия жизни (снега, ледники).
Важной геохимической характеристикой биогеоценоза является также
химическая денудация, т. е. величина понижения земной поверхности за
счет выноса растворенных веществ с поверхностным и подземным стоком.
Д л я основных ландшафтов Г. А. Максимович (1955) приводит сле­
дующие величины денудации:
т}кмг
т/км2
вмк
вмк
Тундра
Лесная зона
Лесостепная
Степная
10
20
32
40
4
9
12
16
Пустыня
Тропики,субтропики
Горные ландшафты
27
29
25
11
' 12
1 ,0
ТЕМПЕРАТУРА ВОЗДУХА И ПОЧВЫ
При любой температуре выше абсолютного нуля молекулы находятся
в непрерывном движении. Это движение ускоряется пропорционально ко­
личеству тепловой энергии, введенной в любую природную систему.
Различные реакции в биологических системах протекают в очень уз­
ком диапазоне температур. При слишком низких температурах биоло­
гические реакции подавляются из-за недостатка энергии, а слишком вы­
сокие температуры приводят к разрушению сложных белковых структур.
Диапазон температур, в котором атомы остаются неповрежденными,,
очень широк — от абсолютного нуля до 10 000° К. Вместе с тем биологи­
ческие системы активны лишь в пределах 273—333° или от 0 до 50° С.
Нижний предел биологической активности определяется температурой
замерзания воды, а верхний — температурой денатурации белка. В об­
щем, жизнь возможна в чрезвычайно узком диапазоне температур, со­
ставляющем менее 0,5% общего диапазона, в котором могут существо­
вать атомы.
Температура растения зависит от потока солнечной радиации, кото­
рый сильно меняется в зависимости от времени года.
К аж дое растение в течение суток имеет свою динамику температуры,
отличающуюся от температуры окружающего воздуха. Так, проникнове­
ние тепла в дерево запазды вает и часть его расходуется на нагревание
или охлаждение поверхности коры и периферийных годичных слоев. На
склонах южной экспозиции температура незатененных деревьев березы
(на глубине 4 см) на 2°, а иногда и на 8° выше, чем на северных. Затенен­
ные деревья в подавляющем большинстве случаев имеют более низкуютемпературу, чем освещенные деревья. Температура дерева меняется в
зависимости от цвета и толщины коры, чем кора тоньше и темнее, тем
температура дерева выше.
Очень сильно реагируют на изменение температуры листья. Наиболь­
шее повышение температуры листа по сравнению с температурой возду­
ха наблюдается у березы бородавчатой. Несколько меньше у дуба и ли­
252
пы мелколистной, еще меньше у тополя канадского, ясеня обыкновенно­
го и очень незначительная разница у тополя пирамидального и осины.
Температура листа изменяется в зависимости от его ориентации к
Солнцу. При перпендикулярном положении пластинки листа к солнеч­
ным лучам температура его повышается от 4,8 до 6,1° С, при падении
солнечных лучей на лист под углом 30°— от 1,4 до 3,0° С.
Нагрев листьев, совершающийся под влиянием солнечных лучей,
уменьшается с увеличением скорости ветра. Наблюдаются резкие разли­
чия в температуре облиствленных и необлиствленных деревьев. У шейки
корня температура дерева немного выше, чем в почве, нередко даж е ни­
же, чем воздуха днем, в период распускания листьев, на 6— 11° С. На
высоте 2 м температура дерева в 5 часов утра на глубине 15 см, выше,
чем воздуха, а в 8 часов утра температура воздуха больше на 1,5е, чем
•температура дерева; в 18 часов температуры воздуха и дерева уравнива­
ются. По мере удаления от поверхности почвы разница между темпера­
турой воздуха и температурой дерева (в облиствленном состоянии) уве­
личивается как в стволе, так и в ветвях. Одинаковая температура возду­
ха и дерева наблюдается на высоте 3 ж в 16 часов, на высоте 7,5 м —
от 16 до 18 часов, на высоте 9,5 м -— от 14 до 18 часов.
Н аибольш ая разница между температурой воздуха и дерева наблю­
д ается в период распускания листьев. Д о и после распускания листьев
разница в температурах воздуха и дерева заметно сокращается. Тепло­
обмен особенно резко выражен в ветвях и вершинной части дерева. Су­
щественно влияет на температуру дерева ветер.
В дневные часы высокие температуры древесины не оказывают отри­
цательного влияния на рост деревьев при условии окружения их соседя­
ми, т. е. при затенении.
Очень заметное влияние оказывает отрицательная температура воз­
духа, особенно весной. Н а вырубках, возобновившихся елью на севере
•и дубом в лесостепи, большой вред самосеву причиняют поздние весен­
ние заморозки.
В лесостепи продолжительность заморозков при температуре —4° на
вырубках шириной 300 м равняется 30 минутам, при —3° они продолжа­
ются 1,6 часов, при —2° — 3 часа, температура воздуха — 1° наблюда­
ется в течение 4,5 часа, а нулевая температура наблюдается 8 часов.
Н а 100-метровых вырубках в это ж е время заморозки с температурой
—4° не зафиксированы, заморозки с температурой ■
—3° продолжаются
Ю,5 часа, при —2° наблюдались в течение 1,5 часа, при ■
— 1° — 3 часа, а
нулевая температура продерж алась 5,6 часа.
Н а вырубках шириной 50 м при тех ж е температурах —4° заморозки
не превышают — 2° и продолжаются 0,25 часа, с температурой— 1° про­
должаю тся только 15 минут.
Н а вырубках 30-метровой ширины отрицательная температура не опу­
скается ниже — 1° и продолжается всего лишь 30 минут. Таким образом,
окружаю щий лес смягчает температуру воздуха как весной при поздних
весенних заморозках, так и летом в жаркую погоду тем сильнее, чем
меньше ширина вырубки.
При температуре —4,2° на высоте 2 м температура воздуха на поверх­
ности почвы составляет —5,2°, а на высоте 5 см — 4,8°. При этих условиях
температуры весной полностью повреждается дуб на середине 50-метро­
вой вырубки на площади 10—20% и частично на 40% площади.
При заморозках под кронами, когда температура опускается до —3,3°,
-на бывшей вырубке шириной 250 ж было обнаружено сильное поврежде­
ние листвы в 27-летних насаж дениях на площади 50—60%.
Н а склонах балки, и в особенности на дне ее, при ширине вырубки
300 м сильно повреждены морозом дуб, ясень, клен. Только береза боро­
давчатая, сибирская яблоня и бересклет европейский не были поврежде-ны заморозком.
253
На севере в Архангельской обл., при температуре —4,5° (на 2 м
от почвы), подрост на вырубках ели сильно поврежден морозом.
Подробно данные об устойчивости различных пород к заморозкам
приведены в нашей книге «Лес и климат» (1961).
ТЕПЛООБМЕН ЛИСТЬЕВ
Температурные условия в листьях зависят от четырех главных факто­
ров: поглощения тепла и теплоотдачи за счет проведения и обратного
излучения.
Энергия, поглощаемая листом, поставляется в основном лучами види­
мой области спектра с длиной волн от 400 до 700 ммк. Большая часть
падающего солнечного света с длиной волн, превышающей 700 ммк, либо
отражается листом, либо пропускается. Большая часть поглощенной
листом энергии используется в процессе фотосинтеза, однако избыток
энергии создает постоянную проблему теплообмена.
Поглощение тепла при солнечном освещении происходит главным об­
разом за счет видимой части спектра. Кривая поглощения тепла расте­
нием имеет два максимума, соответствующих максимумам поглощения
хлорофилла. Значительное количество тепла растения получают также
благодаря поглощению инфракрасных лучей с длиной волн 1000 ммк.
Поглощение тепла в большей мере зависит от положения листа. Если
лист повернуть под углом 10° к плоскости, перпендикулярной направле­
нию падающего луча, то поглощение тепла уменьшится приблизительно
на 15%. Если лист повернуть более чем на 70°, то поглощение тепла ста­
новится ничтожным.
Защ ита листьев от действий прямого солнечного луча приводит к зна­
чительному уменьшению нагревания.
Ветер значительно ускоряет теплоотдачу у листьев древесных пород.
Почти все листья отражаю т и пропускают основное количество света с
длиной волн от 750 до 1000 ммк.
Температура листа уравновешивается очень быстро и становится по­
стоянной через 100 секунд после начала освещения солнечным светом.
При затенении листья быстро охлаждаются. Большое количество тепла в
листьях уходит на процесс транспирации.
Во многих случаях главную роль в процессе теплоотдачи играет про­
ведение тепла. Тонкая пластинка листа приспособлена для отдачи тепла.
Энергия проведения солнечного света, поглощаемого листом, достаточ­
на для испарения 5— 6 г воды на 1 дм2 за час.
В обычных условиях интенсивность испарения воды листом составля­
ет 1—2 г на 1 дм2 за час. Лист шириной 10 см при скорости ветра 4 м/сек
теряет 63% поглощенного им тепла его проведением, 23% на транспира­
цию и 9% на излучение. Оставшиеся 5%, по-видимому, расходуются на
протекающие в листе химические процессы.
Зависимость между ростом листьев, побегов и температурой имеет
вид кривой: сначала в интервале от 0 до 15° происходит быстрый подъем,,
в интервале 15—30° более медленный подъем, а при более высоких тем­
пературах быстрый спад.
По мере снижения температуры растворимость 0 2 и С 0 2 возрастает
не в линейной зависимости, а несколько быстрее.
Помимо обмена веществом и энергией листьями растений, происходит
взаимный обмен различными веществами и энергией между почвой и
другими природными телами (атмосфера, грунт и надземные живые ор­
г а н и зм ы — растительные и животные). В этом обмене участвует также
лучистая энергия Солнца, которая, поступая на поверхность почвы, пре­
вращ ается в другие формы энергии. Часть ее превращается в тепловую
и расходуется на нагревание почвы и испарение почвенной влаги, как н а
254
физическое, непосредственно из почвы, так и на транспирацию. В послед­
нем случае испарение происходит с поверхности листьев растений и вы­
зывает десукцию влаги из различных частей почвенной толщи. В обоих
случаях иссушение почвы влечет за собой увеличение сорбционной энер­
гии.
Таким образом, здесь происходит трансформация радиационной энер­
гии сначала в тепловую, а затем в поверхностную. Так как степень иссу­
шения, как правило, уменьшается сверху вниз, в почве создается направ­
ленный вниз градиент всасывающего давления, противоположный по на­
правлению градиенту силы тяжести и обусловливающий восходящее пере­
движение почвенного раствора. Лучистая энергия Солнца, оказывается,
тормозит элювиальные процессы. Другое проявление того же эффекта —
это поток минеральных зольных веществ и азота, осуществляемый выс­
шими растениями.
Высшие растения извлекают корнями различные минеральные ве­
щества и соединения азота из разных горизонтов почвы, с разных глу­
бин. Вещества, поступившие из почвы в корни, в дальнейшем переме­
щаются в надземные органы растений. Это передвижение происходит в
составе растворов, восходящая миграция которых связана с транспи­
рацией растений, а следовательно, тоже с участием радиационной энер­
гии. Надземные органы растений, отмирая, поступают на поверхность
почвы и в самые поверхностные ее слои, где и заканчивается биологиче­
ский поток зольных веществ и соединений азота, начинающийся в более
или менее глубоких слоях почвы. Следовательно, и этот поток имеет вос­
ходящее (антиэлювиальное) направление и происходит при участии
радиационной энергии. Одновременно высшие растения через свой
опад вызывают восходящее движение минеральных веществ азота из.
глубоких слоев почвы на ее поверхность, определяя при этом и состав
потока. Включение трансформированной радиационной энергии в про­
цессе почвообразования обеспечивается другой группой живых организ­
м о в — почвенной фауной и микроорганизмами.
При поступлении на почву вместе с солнечной энергией осадков и уг­
лекислоты формируется растительность, продуктивность которой нахо­
дится в тесной связи с плодородием почвы, степенью увлажнения ее и
притоком физиологически активной радиации, а также в тесной зависи­
мости от интенсивности разложения органических продуктов животны­
ми, микроорганизмами.
ВЕТЕР И СНЕГ
Ветер— весьма важный фактор в жизни растительности. Его роль
настолько велика, что Н. С. Нестеров (1908) ставит его в один ряд стакими факторами, как свет и влага. Ветер, рассеивая пары водьг, выделя­
емые листьями, и принося более сухие массы воздуха, способствует
транспирации. Кроме того, ветер содействует усиленному обмену возду­
ха, он уносит от листьев массы воздуха, обедненные углекислотой, и
приносит новые запасы углекислоты. Движение ветра, в особенности его
скорость, содействует увеличению испарения, изменению температуры
воздуха и влажности в лесу. Ветер оказывает большое влияние на разви­
тие корней древесных пород и на жизнь растений. Он ускоряет перемеши­
вание воздуха, понижает его влажность, иссушает почву и ухудшает снаб­
жение водой растения. Ветер является переносчиком влаги с морей и
океанов. Слабый ветер содействует опылению растений. Ветер зимой пе­
рераспределяет снег и нередко совсем сносит его с полей и тем самым
ухудшает условия перезимовки зерновых культур. Весной и летом силь­
ный ветер в некоторых районах порождает черные бури, повреждает
всходы, обнаж ает корни растений и нацело выдувает посевы.
255’
Значительное возрастание скорости ветра, увеличивая транспирацию,
ухудшает условия ассимиляции и снижает прирост деревьев в высоту.
Л ес задерж ивает движение воздуха в своих пределах и также с под­
ветренной стороны от древостоев. Об этом более подробно уже говори­
лось.
Сильные ветры нередко причиняют большой вред лесу, сплошь выва­
л ивая деревья на значительных площадях. Степень вреда, причиненного
ветром, сильно меняется от типов леса. Так, плохой устойчивостью к вет­
ру отличаются ельники травянистые и травянисто-кисличные. В этих
типах леса сплошной вывал деревьев наблюдается на 78% площади, в
кисличнике на 66%, в черничнике на 36%, в брусничнике на 24%, в долгомошнике на 17%) и в ельнике приручейном на 4% площади. В общем,
чем хуже лесорастительные условия, тем выше устойчивость деревьев
против ветровала.
Ветер содействует переносу семян и листвы древесных пород. От сте­
ны леса в поле на расстояние 10 м переносится на 1 м 2 3,2 г сухой лист­
вы, на 20 м — 1г, на 30 м —0,5 г, на 50 м —0,1 г. Под пологом леса запас
листвы на 1 м2 составляет 50 г.
Под влиянием снега и ветра нередко происходят поломки спелых де­
ревьев в нижней части кроны, а при условии влажной незамерзшей почвы
и вывал деревьев с корнем. В Свердловской обл. в ряде древостоев по­
гибло до 50% запаса. Эти явления происходят при выпадении мокрого
снега на кроны. Примерзший к хвое и ветвям снег способствует усилению
разрушительной силы ветра. Выпавший 15 октября 1971 г. снег под
Москвой на облиствленный лес и хвойные породы нанес сильные повреж­
дения деревьям. До 25% массы сосновых и еловых молодняков (до 20летнего возраста) оказались поврежденными. В березовых древостоях
стволы под тяжестью снега были согнуты в дугу и не распрямились сле­
дующей весной и летом.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПОВЫШЕНИЕ
ПРОДУКТИВНОСТИ ФОТОСИНТЕЗА
Способность растений синтезировать органические вещества из дву­
окиси углерода (углекислого газа) оказала огромное влияние на биосфе­
ру. Д о появления фотосинтезирующих растений в земной атмосфере ф ак­
тически не было кислорода. Мы вправе поэтому считать, что примитив­
ный обмен веществ у самых ранних форм жизни был анаэробным. Ясно
такж е, что ультрафиолетовое излучение, достигавшее поверхности Земли,
было в то время значительно интенсивнее, так как главным фильтром
для ультрафиолетовых лучей солнечного света служит в настоящее вре­
мя озон, образовавшийся из атмосферного кислорода. В результате рас­
пространения на суше и в морях фотосинтезирующих растений происхо­
дило накопление кислорода, что создавало как бы защитный зонт против
ультрафиолетовых лучей, а такж е обеспечивало возможность развития
более эффективных аэробных типов обмена веществ.
Органические продукты фотосинтеза явились теми субстратами, ко­
торые живые организмы могли использовать для поддержания своего
существования.
Фотосинтетическая фиксация С 0 2, в результате которой образуется
органическое вещество, протекает весьма интенсивно. Достаточно у ка­
зать, что через каждые 2000 лет растения пропускают весь запас С 0 2,
имеющийся в земной атмосфере.
К ак известно, фотосинтез состоит из двух главных фаз: световой и
темновой. При повышении интенсивности света усиление активности фо­
тосинтеза происходит не безгранично, а только до некоего предела, так
как под влиянием света осуществляется только часть реакций фотосин­
256
теза и если эта часть насыщена, то дальнейшее повышение интенсив­
ности света не может привести к усилению скорости фотосинтеза. Уро­
вень насыщения значительно понижен при низких концентрациях СОг.
Свет необходим не для всех реакций фотосинтеза. Скорость фотосин­
теза не влияет на сокращение продолжительности освещения. Этот факт
можно объяснить, допустив существование двух фаз: одной, протекаю­
щей под действием света, и второй, не зависящей от света и лимитирую­
щей скорость фотосинтеза (особенно при высокой интенсивности света).
При 25° для насыщения темновых реакций достаточно коротких интерва­
лов, при 1° требуются более длительные. Вычислено, что Qю для темновой реакции равен 2,0. Эта величина близка к температурному коэффи­
циенту ферментативных реакций, для фотореакций она слишком высока.
Другими словами, существует ферментативная ф аза в процессе фотосин­
теза.
Во время световой фазы фотосинтеза образуются богатые энергией
связи восстановительных перидиннуклеотидов в аденозинтрифосфате
(АТФ), а во время темновой фазы запасенная энергия используется на
восстановление С 0 2 до углеводов и промежуточных продуктов. При све­
товых реакциях должны образовываться такие вещества, как восстанов­
ленный трифосфопиридиннуклеотид никотинамидадениндинуклеотидофосфат (НАДФНг) и АТФ, обеспечивающие позднее протекание темно­
вых реакций.
Температура и содержание СОг могут резко влиять на фотосинтез.
Перечень лимитирующих факторов можно дополнить, включив в него
обеспечение растений водой и питательными веществами, а такж е неко­
торые особенности, присущие самому фотосинтезирующему листу, на­
пример, возраст и степень адаптации к данным условиям.
Снижение скорости фотосинтеза начинается незадолго до полудня и
захваты вает ранние послеполуденные часы. Одной из причин снижения
активности фотосинтеза в полдень является накопление продуктов фото­
синтеза и затруднительность оттока ассимилятов, а такж е закрывание
устьиц в середине дня, связанное с усилением транспирации.
Суточный ход фотосинтеза накладывается на его другую периодич­
н о с ть — сезонную. Например, в условиях Воронежской обл. наибольший
прирост сухого вещества начинается в июле и заканчивается в конце
августа.
Наибольшие количества радиоактивного углерода Ci4 накапливаются
в недавно развернувшихся листьях. По мере старения растения фотосинтетическая активность постепенно снижается, наиболее эффективно фото­
синтез происходит в молодых, недавно развернувшихся листьях. Среди
многих факторов, влияющих на скорость фотосинтеза, доминирующим
является свет (рис. 51).
Наклон кривой отраж ает максимальный квантовый выход фотосин­
теза в клетках данного листа, и, следовательно, эта величина служит
характеристикой листа. Д лина линейного участка В зависит от того, в
какой момент фотосинтез начинают лимитировать кроме света и другие
факторы. Такими факторами могут оказаться низкое содержание С 0 2,
скорость движения воздуха и т. д. Компенсационная точка С изменяется
в зависимости от любого фактора, влияющего на газообмен. Например,
в зависимости от интенсивности дыхания и концентрации углекислоты с
увеличением возраста листа, а та кж е при снижении содержания С 0 2 в
окружающем лист воздухе она сдвигается к более высокой интенсивности
света. Н асы щ аю щ ая интенсивность света D в значительной степени з а ­
висит от адаптации листа к свету; у растений одного и того же вида в
тени она ниже, чем на свету. Н асы щ аю щ ая интенсивность изменяется
под влиянием тех ж е факторов, которые влияют на длину линейного
участка световой кривой. Е — м аксимальная интенсивность фотосинтеза,
17 А. Молчанов
257
достигаемая при максимальных значениях всех других факторов окру­
жающей среды, составляет 8—80 мг С 0 2 в час 100 см2 листовой поверх­
ности.
Вопреки ожиданиям, оптимальные физические условия для фотосин­
теза не вполне совпадают с теми условиями, при которых фотосинтез
обычно протекает в природе.
Н а ярком солнечном свету освещенность растений по большей части
превышает оптимальную. В большинстве стран мира климатические ус­
ловия таковы, что оптимум температуры фотосинтеза также обычно ока­
зывается превышенным. С двуокисью углерода дело обстоит как раз
наоборот. Содержание ее в воздухе 0,03—
0,035% значительно ниже того, которое
может считаться оптимальным для фото­
синтеза.
К ак бы то ни было, но содержание С 0 2
в воздухе чаще всего оказывается глав­
ным лимитирующим фотосинтез факто­
ром в полевых условиях. Легко видеть на
рис. 51, что наклон кривой при высоких
температурах и интенсивностях света
больше. Однако особенно отчетливо ли­
митирующее влияние света проступает в
сочетании с недостатком С 0 2.
Содержание С 0 2 в течение суток в
Р и с. 51. С х ем а т и ч е ск а я кр ив ая ск о ­
р о ст и ф о т о с и н т е з а в за в и си м о с т и
воздухе меняется, в соответствии с этим
о т и н т ен си в н о ст и с в е т а
меняется и фотосинтетическая актив­
ность. По мере снижения С 0 2 ассимиля­
ционная способность зеленого листа приближается к пределу, при кото­
ром слабая фиксация С 0 2 едва компенсирует выделение С 0 2 в процессе
дыхания. Ниже этого предела растение не в состоянии поглощать С 0 2.
Локальное снижение С 0 2 может легко наступить, если воздух непод­
вижен над поверхностью листа; фотосинтез усиливается при движении
воздуха до 20%.
В процессе фотосинтеза перерабатывается много воздуха. Например
кукуруза, даю щ ая урожай 65 ц/га, должна ассимилировать 6,3 т С 0 2,
т. е. то количество, которое содержится примерно в 21 000 т воздуха.
Так как растение способно извлечь из воздуха около половины имею­
щейся в воздухе углекислоты, то растениям приходится перерабатывать
вдвое больше воздуха — 42 000 г. Кукуруза способна развить большую
площадь листвы, превышающую площадь посева в 35 раз. Следователь­
но, каждый метр листовой поверхности должен пропустить за сезон
140 м3 воздуха, а за день 0,14 мг.
Хотя хлорофилл совершенно необходим для фотосинтеза, содержание
этого пигмента в растениях оказывает поразительно слабое влияние на
фотосинтез в полевых условиях.
Фотосинтетическая фиксация С 0 2 двумя одинаковыми партиями ли­
стьев вяза, содержащими нормальное и недостаточное количество хлоро­
филла, вы раж ается такими результатами:
Фиксация С 0 2, г
Листья
Содержание хлорофилла,
м г/г сухого вещества
в час
на г хлорофилла
Нор мальные
Хлоротичные
258
13,00
0,95
0,89
0,75
68
78,9
Недостаток некоторых неорганических питательных веществ, след­
ствием которого является значительное снижение хлорофилла в листьях,
может отрицательно сказаться на активности фотосинтеза.
Недостаток серы, азота, ж елеза, магния может вызвать хлороз ли­
стьев и ослабить фотосинтез. Пик кривой фотосинтеза приходится на вес­
ну. Содержание хлорофилла достигало максимума в середине лета, но в
это время не наблюдалось повышения фотосинтеза из-за высокой тем­
пературы воздуха и недостатка осадков. Только осенью снижение хло­
рофилла совпадало с понижением фотосинтеза. Повышенную эффектив­
ность поглощения света хлорофиллом в листьях, которые содержат мало
хлорофилла, можно объяснить тем, что обычные световые реакции не ли­
митируют фотосинтеза; световая ф аза выступает в качестве лимитирую­
щей только при низкой интенсивности света, а так как в полевых усло­
виях освещенность обычно высока, то зависимость фотосинтеза в этих
условиях не является линейной. Зависимость фотосинтеза от темпера­
туры воздуха носит сложный характер. У световой фазы, которая пред­
ставляет собой физическую реакцию, Q ю равен 1,0, а у темновой фазы
Q ю превышает в два раза.
Фиксация СОг при повышении температуры усиливается. При темпе­
ратуре около 20° лимитирующее значение имеют обычно световые реак­
ции. При еще более высоких температурах фотосинтез уже не усиливает­
ся; может наблюдаться д аж е и его угнетение в силу таких физических
причин, как недостаточная скорость поступления С 0 2 или тепловая инак­
тивация ферментов. Реакция фотосинтеза на изменение температуры з а ­
висит такж е от количества доступной растению С 0 2. Установлено, что
очень медленно фотосинтез может проходить д аж е при температурах,
леж ащ их ниже точки замерзания. Очевидно, растения могут адаптиро­
ваться к низким температурам.
При обсуждении вопроса о влиянии температуры на скорость реак­
ций пользуются термином «температурный коэффициент Qio». Эта вели­
чина показывает, во сколько раз возрастает скорость реакции при повы­
шении температуры на 10°. Этот коэффициент относительно низок (1,2—
1,4) для физиологических процессов, таких, как диффузия, а также для
реакций, протекающих под влиянием света. Д л я ферментативных реак­
ций значения Qio могут быть гораздо выше — от 1,3 до 5,0; обычно они
составляют около 2, при воздействии тепла на вещества, участвующие
в процессе, общее увеличение количества энергии приводит к значитель­
но более резкому увеличению частоты столкновений, при которых реаги­
рующие вещества достигают энергии активации, необходимой для ка та ­
лиза. При снижении температуры физические процессы замедляются в
меньшей степени и скорость процессов ограничивают теперь фермента­
тивные реакции.
Поскольку температура является мерой энергии неупорядоченного
движения частиц, низкие температуры у растений означают низкую реак­
ционную способность молекул (Леопольд, 1968).
РАСХОД УГЛЕКИСЛОТЫ НА ДЫХАНИЕ
Рассм атривая биологический круговорот С 0 2, необходимо, кроме уче­
та углекислоты, израсходованной растениями на формирование органи­
ческой массы, .выявить и выделение углекислоты в атмосферу в процес­
се дыхания растений. Известно, что дыхание обеспечивает энергией про­
цессы ассимиляции и синтеза углеводов, белков, жиров и других орга*
нических веществ, а та кж е поглощение растениями элементов питания
из почвы. Рост корней и всхожесть семян часто тормозятся почвенными
условиями, ограничивающими дыхание. Дыхание сопровождается погло­
щением кислорода, освобождением С 0 2 и уменьшением сухого веса.
17*
259
Зависимость между фотосинтезом и дыханием растений в отдельных
биогеоценозах может быть выражена за год чистым весом первичной
продукции, полученной в процессе фотосинтеза (N p p ), и расходом угле­
кислоты на дыхание (R s ).
Общ ая продуктивность чистой первичной продукции равна валовой
продукции без расходов С 0 2 на дыхание:
NPP = g p — Rs ,
где gp — валовая продукция.
Определение чистой первичной продукции биогеоценоза— довольно
трудная задача. Она может быть выражена такж е уравнением:
NEP = gp —•R sa
+
RSH.
В данном случае N E P — это чистая первичная продукция биогеоценоза,
которая состоит из ежегодного прироста биологической массы в биогео­
ценозе.
R s a — расход на дыхание автотрофных растений в биогеоценозе,
R s h — расход на дыхание гетеротрофных сообществ, включая разлагаю ­
щиеся организмы.
Это первая задача, которую необходимо решить, чтобы установить
интенсивность функционирования сухопутных биогеоценозов.
Изучение продуктивности органической массы биогеоценозов и круго­
ворота минеральных элементов осуществлялось начиная с 1951 г.
Н. П. Ремезовым с соавторами (1959) и его учениками; продолжаются
эти работы и в настоящее время (Родин, Базилевич, 1965). Н аш а первая
работа по общей продуктивности органической массы биогеоценозов бы­
л а опубликована в 1951 г. Полная сводка работ, проведенных в СССР
в этой области, составлена А. И. Уткиным. К сожалению, многими иссле­
дователями учитывалась не вся первичная органическая масса, не говоря
уже о вторичной биологической массе. К числу работ, наиболее полно
охарактеризовавших органическую массу различных сообществ, следует
отнести работы Н. П. Поликарпова (1962), JI. К. Позднякова, В. В. П ро­
топопова и В. М. Горбатенко (1969), В. В. Смирнова (1971), J1. Ё. Роди­
на, Н. И. Базилевич (1965), А. А. Молчанова (1971). Как уже отмеча­
лось, для характеристики биогеоценоза очень важны данные по чистой
органической массе, валовой продуктивности и расходам на дыхание.
З а рубежом учет продуктивности производился Овингтоном и Маджвик (Ovington J. D., M adgwik, 1959), Вудвелом и Борден (Woodvell, Воurden, 1965).
Расходы углекислоты на дыхание изучались Вудвелом и Дикеман
(Woodvell, Dykeman, 1966), а такж е Зелитч (Zelitch, 1964). Этими авто­
рами разработан а методика учета расходов углекислоты на дыхание.
Методикой предусматривается установление связи между первичной про­
дуктивностью и дыханием.
Учет дыхания поверхностью стволов на единице площади проводится
с помощью приемной камеры, устанавливаемой в разных частях ствола.
Учет расхода углекислоты на дыхание листьев может быть осуществлен
газоанализатором. Дыхание почвы определяется такж е с помощью спе­
циальной камеры.
Общее выделение углекислоты древостоем и почвой можно определить
и другим путем. В тихую безветренную погоду, в периоды с ярко выра­
женной инверсией температуры воздуха на поверхности почвы, с помощью
газоанализатора измеряется содержание углекислоты на разных высотах
от поверхности почвы, а затем над кронами на равной высоте до 20 м.
Наблюдения, проведенные в дни с инверсией температуры на поверх­
ности почвы, при штилевой погоде, были приурочены к разным месяцам
с 1 мая по август включительно. Таких дней всего было 15. Они отлича­
лись разной среднесуточной температурой.
260
Среднее содержание концентрации углекислоты на высоте 20 м над
пологом леса вы раж алось такими показателями:
Время наблюдения, часы
С02 в млн.-1
17
320
18
318
19
318
20
329
21
322
22
321
23 1
319 322
3
320
5
320
Д л я иллюстрации приведем данные, характеризующие связь между
температурой воздуха на высоте 9 ж и содержанием углекислоты
(в г/'м2) на поверхности коры по окружности дерева:
Средняя температура,°С
С 02 г/ж3 в день
5
11,0
7,5
12,2
10
13,5
12,5
15,0
15
16,5
17,5
17,2
20,0
18.0
М аксимальный расход углекислоты отмечен в середине июня —
250 мг/С02 па 1 м 2 коры в час, несколько меньше в середине июля (220)
и в середине сентября (160/Иг/С0г), а ми­
нимальный расход наблюдался в январе 395 _15м
и в декабре, соответственно 5 и 6 мг/С 0 2
I I I ! I .
3/5
на 1 м 2 коры в час.
JOm
Фотосинтез растений ночью почти пре­
кращается, зато температурная инверсия
сильно выражена. При инверсии темпе­ ^475 5,0м
«г
ратура в нижнем приземном слое сильно
Х395
понижается относительно температуры на
различных уровнях от поверхности поч- g j #
T i i i . i -1 вы. Чем ближе к поверхности почвы, тем y 47Jхолоднее и гуще воздух во время темпе- §
ратурной инверсии. С восходом Солнца
начинается фотосинтез и повышенное по­
глощение углекислоты, что устанавлива­
20 24 4
8 /г
ется определением углекислоты в возду­
Часы суток
хе газоанализатором. Увеличение количе­
ства углекислоты ночью и уменьшение Рис. 52. Изменение содержания
его до предельного минимума днем по­ углекислоты в дубовом древостое
32-летнего возраста в течение суток
зволяет установить выделение раститель­ в штилевую погоду
ностью углекислоты ночью и поглощение
ее в процессе фотосинтеза днем (рис. 52).
Максимум концентрации углекислоты в воздухе ночью приходится на
припочвенный слой, по мере подъема к поверхности крон содержание уг­
лекислоты уменьшается. Например, в отдельные дни в дубраве на уровне
почвы максимальное содержание углекислоты выражается в 0,68 мг/л, на
высоте 5,25 м — 0,46 мг/л, на высоте 11,5 м —0,46 м г/л и на уровне крон
иа высоте 18 м от поверхности почвы содержится 0,31— 0,41 мг/л. Высо­
кая концентрация углекислоты у поверхности почвы вызвана выделе­
нием ее из почвы.
Неравномерность выделения углекислоты наблюдается не только в те­
чение суток, но и в течеьше года. Самое высокое дыхание стволов дуба
наблюдается от 15 июня до 15 июля. Весной, в конце апреля, и осенью, в
ноябре, дыхание наименьшее.
В связи с неравномерностью потребления углекислоты растениями в
суточном и годичном циклах, несмотря на постоянное выравнивание дви­
жением воздуха его состава, наблюдается значительная концентрация
С 0 2 в приземном слое воздуха.
В летние месяцы количество углекислоты в воздухе меньше, чем зи­
мой, а днем, и особенно в 10 часов вечера — меньше, чем ночью. Если
принять содержание углекислоты в 8 часов утра за 100, то в 10 часов оно
составит 71, в 12 часов 68 и в 18 часов 58. Н а рис. 52 изменения содержа­
ния углекислоты при непрерывном наблюдении в течение суток вы раже­
но еще резче.
Г
261
Продуктивность фотосинтеза можно характеризовать количеством
фиксируемого СОг. Подсчитано, что в процессе фотосинтеза ежегодно
фиксируется 150 млрд. туглерода. Эта величина дает представление о раз­
мерах органической массы, которая образуется в процессе фотосинтеза.
Одновременно с фиксацией С 0 2 выделяется 120 млрд. т кислорода.
Большое количество С 0 2 связывается фотосинтезирующими организма­
ми, обитающими в морях и океанах, и меньше приходится на долю назем­
ных растений. Однако на единицу площади фотосинтетическая актив­
ность наземных растений примерно в 10 раз выше (в основном за счет
лучшего газообмена). И з всей солнечной энергии, падающей на Землю,
улавливается в процессе фотосинтеза только 0,1%, но эффективность
самого процесса фотосинтеза в зеленых листьях довольно высокая.
В экспериментальных условиях коэффициент полезного действия этого
процесса достигает 25%, а в полевых условиях составляет в среднем 2,5%.
Все количество органического вещества на Земле составляет биллион
тонн. Установлено, что масса ископаемого горючего составляет 5 биллио­
нов т, что вполне достаточно для увеличения количества углекислоты в
атмосфере. Углекислый газ атмосферы, повторяем, поглощается только
сообществами зеленых растений. Другие компоненты биогеоценоза, а
та кж е растения при дыхании, наоборот, выделяют углекислоту в атмо­
сферу.
В атмосферу такж е поступает большое количество водяных паров и
углекислого газа в процессе вулканических извержений. Надо отметить,
что в атмосферу выделяется такж е некоторое количество Н 2СО, N2, S 0 2,
S 2, Cl2, H2S, НС1, B ( O H ) 3, Нз, С Н 4, хлоридов, фторидов и металлов.
Атмосфера является важным и существенным путем миграций живых
организмов. По воздуху переносится огромное количество живого ве­
щества. Очень большую роль играет атмосфера при перелете птиц с юга
на север и обратно.
КРУГОВОРОТ АЗОТА
Подобно круговороту воды, кислорода и углекислоты, в природе про­
исходит и круговорот азота. Схема круговорота азота подана по А. И. П е­
рельману (1966) (рис. 53). Хотя содержание азота в биосфере и неисто­
щимо, но он должен быть комбинирован прежде всего с кислородом. П о­
мимо углерода, водорода и кислорода, в состав молекул некоторых в а ж ­
ных для жизни органических веществ (и прежде всего белков, липопротеидов, ферментов, хлорофилла и др.) входят такж е атомы азота, серы,
фосфора, а иногда и других элементов (магния, железа, меди, кобальта).
Учитывая это, можно сказать, что в круговорот углерода, воды и энер­
гии, одним из звеньев которого является синтез органических веществ,
вовлекаются такж е азот, сера, фосфор и другие органогены. Все они до­
бываются растениями из почвы или из водной среды в виде ионов солей,
главным образом в окисленном виде. Фосфор в виде ионов фосфорной
кислоты (Н 2Р 0 4, Н Р 0 4, Р 0 4), сера в виде серной кислоты (H2S 0 4), азот
в виде азотной кислоты ( H N 0 3) или в виде ионов аммония (NH4).
Азот атмосферы весит 3 800 000 млрд. т, что составляет 78,08% веса
воздуха. Вовлечение в биологический круговорот атмосферного газооб­
разного азота, находящегося в воздухе в виде молекул N 2, осуществляют
микроорганизмы путем так называемой фиксации молекулярного азота
из воздуха. Микроорганизмы связывают азот с водородом и вводят в ви­
де аминогрупп (N H 2) в состав аминокислот. Эту работу выполняют клу­
беньковые бактерии, живущие на корнях некоторых бобовых растений.
Энергию, нужную для фиксации атмосферного азота, эти бактерии черпа­
ют из органических веществ, созданных зелеными растениями в процес­
се фотосинтеза. Кроме клубеньковых бактерий в процессах азотофиксации
участвуют синезеленые водоросли, очень тесно связанные с фотосинте262
Рис. 53. Круговорот азо та (по Перельману)
зом, а такж е живущий в почве азотобактер, связывающий азот из возду­
ха за счет энергии органических веществ.
Азотфиксирующие организмы в течение года вырабатывают до
30 кг!га связанного азота. В данном случае фотосинтез является источ­
ником энергии, при помощи которой в биологический круговорот вовле­
кается большое количество азота.
Круговорот фосфора, тесно связанный с круговоротом углекислоты,
осуществляется, когда фосфорная кислота соединяется с различными ор­
ганическими веществами, накопленными зелеными растениями.
Считается, что годовое количество элементов в круговороте углерода
составляет: азота 6,109 т, фосфора 8 ,5 - 108 т и серы 8 ,5 - 108 г в год.
Эти элементы входят в состав органических веществ, а затем выделя­
ются в процессе их минерализации.
ЗНАЧЕНИЕ ЛЕСА В ОЧИЩЕНИИ ВОЗДУХА
Определение предельно минимальной функции действия леса, как
«зеленых легких», ставит вопрос: оказывает ли лес вообще в значи­
тельной мере прямое благоприятное влияние на местный климат ок­
ружающей среды и на жизнь человека? Ощутимое и продолжительное
влияние леса на состояние влажности и температуры окружающей атмо­
сферы проявляется только в крайних (экстремальных) климатических
условиях. Облесение полупустынь и степей, когда есть доступная для
корней грунтовая вода, приводило во многих случаях к повышению ко­
личества осадков. Высокая эвапотранспирация леса во влажных тропи­
ках потребляет энергию, которая в менее лесопокрытых засушливых об­
л астях обеспечивает циркуляцию ветра с моря на сушу.
Однако, вообще, прямое влияние леса на климат окружающей его сре­
ды в этом отношении несущественно и д а ж е при длительном наблюдении
определяется только с трудом.
Исследования структуры в тропическом дождевом лесу показали, что
поверхностные площади насаждений с аэродинамической точки зрения
являются тем неровнее, чем благоприятнее водный режим в отношении
условий освещения почвы. Вычисленные показатели аэродинамической
протяженности неровностей (неровного рельефа) составили 1 м в одно­
родных ассоциациях (лесных сообществах) на неблагоприятных почвах
и более 6 ж в комплексных ассоциациях на благоприятных почвах (Bruni,ng, 1970).
263
Чем больше аэродинамическая неровность поверхности под расти­
тельностью, тем интенсивнее обмен массы и энергии и над кронами де­
ревьев. Баумгартнер (B aum gartner, 1970) указывает на то, что в густо­
населенных или промышленных ландш аф тах леса обеспечивают большой
полезный эффект с точки зрения рассеивания выхлопных газов в возду­
хе, так как в лесу эмитенты отсутствуют и так как течение воздуха поверх
неровных древесных крон способно к большему рассеиванию, чем поверх
всякого другого почвенного покрова.
Лесистость изменяет характер потоков в самой нижней части атмо­
сферы благодаря насаждениям древесной растительности, которые обра­
зуют препятствие, наподобие компактного холма (Holmes, 1970),
структурами поверхностей крон. В аж н ая роль леса в очищении воздуха
от вредных примесей требует, чтобы древесные насаждения входили в
комплекс ландш аф та таким образом и их структура была такова, чтобы
обеспечивался возможный максимальный вертикальный круговорот воз­
духа в самых нижних слоях атмосферы.
Л еса являются самым ясно выраженным естественным биоэлементом
аэродинамического разнообразия земной поверхности. Результаты ис­
следований в тропическом дождевом лесу показали тесную корреляцию
между аэродинамической неровностью естественных лесод и почвенной
поверхностью. Л еса увеличивают турбулентность воздуха, создают уси­
ленное смещение воздушных течений в самых нижних слоях атмосферы
внутри лесного полога, над пологом насаждения и с наветренной его сто­
роны. Усиленное смещение воздушных течений заставляет загрязнения
в нижней атмосфере более быстро рассеиваться. Это является, по-види­
мому, самой важной продуктивной функцией лесов в населенных райо­
нах, за исключением использования лесов как места отдыха, поглощения
ими шума и пыли и защиты почвы.
Лесоводы должны разрабаты вать схемы расположения и структуры
насаждений и ландшафтов с оптимальными возможностями использова­
ния их для производства древесины и одновременно для создания благо­
творной среды для человека. Все это потребует радикального изменения
целей и задач традиционного лесоводства.
П рактика работы тропических лесоводов и соответствующая корреля­
ция экологии и структуры насаждений в естественных лесах может ока­
зать существенную помощь в проведении необходимых исследований в
умеренных зонах земного шара.
ПРОДУКТИВНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКОЙ МАССЫ
В РАЗЛИЧНЫХ ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫХ ЗОНАХ
Поверхность суши составляет 21% от площади планеты, в том числе
леса 9%. Из 13,4 млрд. га всей суши под пашней и многолетними насаж де­
ниями занято 1,4 млрд. га, под лугами и пастбищами 2,9 млрд. га, под
лесами 4,0 млрд. га. Не используемые, но пригодные к обработке, а также
и неудобные земли составляют 5 млрд. га. Таким образом, под пашней и
лугами с пастбищами занято 30% всей земли, а под лесами — 29,9%.
Лесные площади расположены в лесотундре, лесной зоне, лесостепи и в
степи по балкам. Леса, в зависимости от их зональной приуроченности,
разделяю тся на лесотундровые, таежные, хвойно-широколиственные,
широколиственные, субтропические и тропические.
В СССР распределение площадей по зонам и подзонам (в млн. га и в
%) следующее:
Подзоны
Площади, млн. га
%
264
I
II
III
IV
639,0
28,7
387,8
17,4
401,7
18,0
319,4
14,3
V
157,4
7,1
VI
VII
317,3
14,2
7,4
0,3
И то го
2230
В пределах каждой лесорастительной зоны в предшествующих дан­
ных приводятся более мелкие подзоны, резко отличающиеся друг от дру­
га по продолжительности дня, по климатическим условиям, интенсивно­
сти солнечной радиации, количеству осадков, испарению, составу и про­
дуктивности древостоев, а такж е интенсивности разложения органиче­
ского вещества.
Превращение вещества при большой массе может быть медленным
в условиях слабого разложения органического вещества. Такой процесс
ведет к накоплению торфа или грубого гумуса. Это наблюдается в усло­
виях избыточного увлажнения, пониженной температуры воздуха и ко­
роткого летнего периода.
То, что мы знаем сегодня относительно метаболизма в различных био­
геоценозах, позволяет считать, что величина превращения вещества и
энергии в различных зонах последовательно увеличивается по мере пере­
хода от тундры к пустыне, к хвойным субтропическим и тропическим
лесам.
Разнообразие видов древесных пород в различных зонах увеличивает­
ся с переходом от холодной Арктики к тропикам. Распределение многих
видов растений зависит от температуры, осадков и других сезонных ф ак ­
торов.
Т у н д р о в ы й т и п растительности отличается своеобразием сооб­
ществ в разных соотношениях арктических, альпийских и бореальных
растений, приспособленных к короткому прохладному вегетационному
периоду. Здесь характерны мхи, лишайники, кустарники и травы, наи­
большее значение, если исключить болота, имеют лишайники и мхи.
В условиях замедленного теплооборота и влагооборота растительные
сообщества дают здесь небольшую продукцию органического вещества.
Годовой прирост растительной массы в тундре около 20 ц/га. Н а фото­
синтез расходуется 0,2—0,3% суммарной солнечной радиации.
Общее количество органического вещества, накопленного автотрофными растениями, по сообщению Б. А. Тихомирова (1971), различно в
разных подзонах тундры. В арктических тундрах оно достигает 53—
100 ц/га; в типичных тундрах — около 110,0 ц/га. Более половины обще­
го запаса составляют мхи, подземная масса органического вещества во
много раз превосходит наземную.
Тундровые почвы отличаются довольно обильной микрофлорой, в ко­
торой преобладают грибы и бактерии . В тундре обильно плодоносит
морошка, урожаи ее в среднем составляют 500—800 кг/га. Хорошие уро­
ж аи морошки наблюдаются на заболоченных участках лесотундры, за
исключением затененных мест. Н а верховых болотах урожай морошки
достигает 1180 кг/га, а в дождливые холодные годы не превышает
260 кг/га.
Голубика, отличаясь высокой требовательностью к свету, обычно при­
урочена к окраинам болот, встречается такж е во всех заболоченных ти­
пах леса и в изреженных сосняках и ельниках черничниках. Она плодо­
носит часто, но дает невысокие урожаи ягод (100— 150 кг/га).
Очень высока урожайность клюквы. В солнечные периоды она дает
от 1080 до 2000 кг/га ягод, а в дождливые холодные не более 490 кг/га.
Урожаи шиповника в редких случаях достигают 1200 кг/га, чаще всего
не превышают 100 кг/га.
В ягодах морошки содержится 4,7% сахаров, 0,78 кислот, с преобла­
данием лимонной кислоты (50% ). Каротин в морошке содержится в трех
изомерах: а, |3 и у. Содержание аскорбиновой кислоты (в мг/кг): в брус­
нике 8,7, в голубике 259, в морошке 107 и в шиповнике до 5900 (на абсо­
лютно сухой в е с ).
В сезонном развитии в тундровых сообществах отсутствует или почти
отсутствует смена аспектов и разгар вегетации охватывает очень корот­
кие сроки.
265
Лесов в тундре практически нет вследствие неблагоприятных эколо­
гических условий для роста леса. Низкий рост тундровых растений имеет
приспособительное значение, способность растений улучшать среду выра­
жена слабо.
При лучших климатических условиях растут низкорослые, до 10 м
высоты, древесные породы сосны и ели. Древостой обычно изреженные,
редко встречаются с сомкнутостью до 0,5—0,6.
Л е с о т у н д р а , вследствие короткого лета, большой облачности и
высокой влажности воздуха, характеризуется низкой испаряемостью
(270 мм) при общем годовом слое стока 400—450 мм. Коэффициент
этого слоя стока от общего количества осадков варьирует от 0,7 до 0,8.
Растительный покров на склонах формируется за счет ели сибирской
и березы пушистой и представлен редколесьями. Типичные редколесья
из ели сибирской имеют сомкнутость около 0,3—0,4. Высота деревьев не
более 10 м. Под елями часто встречается ерник (береза карликовая), там
ж е растут черника, брусника, багульник, а в отдельных случаях плауны,
грушанки и другие таежные растения. Моховой покров состоит из зе­
леных мхов.
В наиболее сухих возвышенных местах встречаются еловые насаж де­
ния, под пологом которых можно встретить лишайники, воронику, брусни­
ку и чернику. Наиболее распространенные типы еловых лесов — чернич­
ники (80% ), менее распространены брусничники ( 4%) , лишайниковые
( 7%) и сфагновые ( 5%) .
Н а более возвышенных дренированных местах, покрытых песчаными
почвами, встречаются изреженные сосняки V—Va бонитета. Под пологом
сосны встречаются такие кустарнички, как вороника, голубика, багуль­
ник и кое-где ерник.
Наиболее распространены в Мурманской обл. сосняки брусничники
( 41%) , черничники (30%) и лишайниковые ( 14%) . Редко встречаются
сосняки багульниковые, сфагновые и верещатники.
П о ч в о о б р а з о в а н и е в л е с о т у н д р е . В любой природной зоне
процесс почвообразования определяет преобладающая порода древо­
стоя. Тундровый тип почвообразования характеризуется накоплением
подвижных, сравнительно глубоко проникающих по профилю гумусовых
соединений битумо-фульватного состава. Почвенные растворы этих почв
слабокислые или же кислые, что обусловлено растворением кремнезема,
миграцией вниз по профилю и образованием гидрокислот алюминия и
железа.
Тундрово-лесные почвы отличаются небольшим накоплением огранического вещества на поверхности с ясно выраженным обеднением гори­
зонта А железом и алюминием (Крейде, 1962). Химический анализ почв,
проведенный Крейде, характеризуется показателями, приведенными в
табл. 107.
Почвы отличаются заметно выраженным выносом в нижние горизонты
кремнезема, а такж е высоким содержанием А120 3 и Fe20 3. В почве проис­
ходит накопление щелочноземельных и щелочных оснований. Лесные
почвы относительно мало накапливают органические вещества на поверх­
ности почвы и отличаются значительным обеднением горизонта Ai желе­
зом и алюминием и обогащением ими и гумусовыми веществами горизон­
та В (10— 15 см). В это же время в них наблюдается накопление полу­
торных окислов ж елеза и алюминия, что подчеркивает принадлежность
почв к тундровым.
В тундрово-лесных почвах наблюдается высокое содержание раство­
римых в щелочной и оксалатной вытяжках алюминия и железа в наибо­
лее активной толще (табл. 108).
Распределение кремнезема по профилю почв характеризует его под­
вижность и передвижение вниз.
266
LO (Г^1
t—о
о со
ЮС
ОС
О
о
о
СО
2
О
MC
М
05 C
05
СM
ОС
О
j
СО *<f СО
о
00
г—<
*
Т
5
о С
О
о Nt
05
со
О v*
-3« С
МО 00 05
С
МC
MС
М
о
—
см Г
см
05
>>
S
о
«о
д
а
о
см ол
со со
о vf ,
а.
ссио
Я
t;
О
^
СО
ГГ5 1>05 СО О тн
СО СМ
~СО
ю t—
,_ ч 0
5
'«ГН
^
о
с
X
М
00 ПО
5 -^чНсо
v}< ^ С
*
<
t<
съ
3
О О О О О
о
on
00
о
О
оГ
ГО С
о
^Ю 'Н
vfМ»
М
о
а.
п
х
О О О О О
>.
н
о
О
*
tL
,
о
X
о.
о
С
ОМ О N с
СО
чг«
Ю
СО
о
со
С
ОL
O
f—
Г
—
С
ОС
О
г—V
чгН *
О
<
»s
состав горнотундровых
Химический
Т аблица
107
лесных почв
О
н
О о О о о
о
С
О со
ОО 00
N ^-Н Г
со
05
5)
5Ч
ячс
о
X
о
f м
о
С
О yСМ
СО сС-1О сСТ
О
SоS
Vf С
О-Н vn C
D
С—
г— со со
00 О О Г- Г
->
0-1
С
Оо
со
X
со о
t—
*<t<
3*
о
ч
Ю
05
со Ю
СО N
СО С
ОО
Го
и
£С о-я
сх
X
К
со
аои
fe
ЯS
яЛ
е
иси
=с
а>
СО ^
C
M “"tf* 05
МО С
ОтН о
&.аэ
2
*
к
X
00 §
ЕГ
О
О ю
■гНСМ
О
^
с
ts
S
X
Л
к
< < CQ CQ U
о
я
Й
4
»о=);
мS
5 vn ^ g vt- i
g* Ю & П'
ад
о
о
<D
<D
X
к
I
*
о.
IV
=t
о
267
Источником энергии биогеохимических процессов в биогеоценозе яв­
ляется солнечное излучение. Влияние солнечной энергии на миграцию
элементов исключительно многообразно — это и непосредственная роль
тепла, ускоряющего пеяктш и и круговорот воды, и растрескивание гор­
ных пород, и движение воздушных масс и многое другое. Однако наиболь­
шее влияние солнечная энергия оказывает через живое вещество, через
биологический круговорот элементов.
В лесотундровой зоне органическая масса, наращиваемая лесными
древостоями, очень м ала (табл. 109).
Т аблица
109
Продуктивность органической массы в сосновых и еловых древостоях лесотундры
(по Манакову, 1961, 1962)
Порода
Сосна
Ель
Ель
Воз­
раст,
лет
100
120
—
Сумма Средп ло­
НЯЯ
щадей
высо­
сече­
та, м
ния, м2
16,49
—
7,8
10,9
-
Фитомасса, mjea
Бони­
тет
V
Va
V6
ство­
лы ветви плоды хвоя
И ТО ГО
нижние
корни всего ярусы
всего
45,90 16,30 0,30 3,23 65,73 17,80 83,53 6,81 90,34
27,88 5,0 0,32 2,80 36,00 11,29 47,29 4,02 51,31
3,03 3,81 — 0,89 7,73 2,92 10,65 —
—
Первый древостой приурочен к сосняку голубичнику, второй к ельнику
черничнику и третий к ельнику сфагновому V6 бонитета.
В зеленой части опада роль хвои тем меньше, чем хуже условия про­
израстания древостоев, что свидетельствует о незначительном круговоро-,
те органической массы, она определяется прежде всего, как и в тундре,
наземным растительным покровом (мхом, кустарничками и лишайника­
ми). В таблице приводится только чистая продукция, опад и отпад из-за
кратковременности наблюдений не выяснены.
Содержание азота и зольных элементов лесной растительности и воз­
вращение их с опадом приводится в табл. 110.
В тундре и лесотундре наименьшее количество минеральных веществ
участвует в круговороте. Повышено участие в круговороте кремнекислот и кальция, несколько меньше калия. Чем выше продуктивность на-'
саждений, тем больше количество опада, поступающего в круговорот.
Н изкая геохимическая контрастность находит отражение и во внешнем
облике лесных биогеоценозов лесотундры.
С е в е р о т а е ж н ы е л е с а е в р о п е й с к о й ч а с т и С С С Р . Леса,
расположенные к югу от Белого моря до ст. Обозерская (63° с. ш. и ю ж ­
нее к востоку), развиваются в условиях сурового климата, вызванного
широтой местности и летними воздушными вторжениями: прохладными
влажными атлантическими и холодными арктическими. Пониженные
температуры и избыток влаги способствуют заболачиванию и определя­
ют широкое развитие торфяно-глеевых подзолистых почв, к которым при­
урочены северотаежные ельники IV—V бонитета.
Н а подзолистых суглинках, подстилаемых карбонатной мореной, ело­
вые древостой относятся к III бонитету. В их почвенном покрове участ­
вуют Rhytidiadelphus triquetrus, Hylocomium proliferum, в травяном по­
крове майник, кисличник, седмичник и др.
Сосновые леса к почвенным условиям малотребовательны, они могут
расти и на сухих песчаных почвах и на весьма влажных. Глубокая кор­
невая система сосны позволяет черпать воду и минеральные вещества из
глубоких слоев. Хорошо развивается сосна на известняках и меловых
субстратах и растет д а ж е на голых гранитных склонах. Однако на бога­
тых суглинистых и супесчаных почвах она растет лучше всего. Здесь сос­
новые древостой достигают высокой продуктивности и образуют наиболее
268
Ю О
00
а
Ф
0
Ю
СО
sf
V*
00
о
00
и
- LO
о со
L
O С'Д
05 с- 00
•н со Nf
о
оГ
СО
СО
■<ГН tr— -\1
00
05
О
СО
vf
м
О
fcf
о
оЬЛ
CD
00
05
t—
W
05
со ю со
(в кг/га) (по Манакову, 1961, 1962'
в лесотундре
икание зольных элементов
&
g
Н
о
05
Ю
00
О
C\J
05*
О
^
<
СО
00
СО
ч
1Л со о
со -н оо
О
с?
Ь
00
а^ Я
и. У
2
•
СО
СО
00
СО
О»
СО
t—
сО
D)
СО
s'
О)
9О
"
С
со
Он
о
РЭ
ос— о—Г
*чн СО
as
о
05
о
СО
СО
XD
СО
О
СМ
СО ю ю
05
С
чтО
ч тСМ со
СМ
Г—
сч
05
СО
g 8
о'йоU *
CQ
О
СО
-чн
ССО
СМ
ю
•'■н
М
СО
м
м
К
Я
М
К
®
К
3 5
£П
О
н Ч
Щ
О
М
К
я
ч о
W U
К
Я
оа
* я 2о
я 'S. я
ё.
Ч CL)
о/ о Ч
<U
М
к М
о; Мк
к
а: к
►
а
Ч оо ч*о
w a w
269
полнодревесные стволы. В северной тайге средний класс бонитета сосны
IV. 7, а ели IV—V. Н а снижение бонитета оказывают влияние заболочен­
ные почвы. Н изкая температура почвы в сочетании с повышенной влаж­
ностью, плохой аэрацией и кислотностью почв способствует развитию на­
почвенного мохового покрова, особенно сфагнума и политрихума. Вслед­
ствие этого около половины лесных площадей или заболочено, или забо­
лачивается.
Наиболее распространенные типы заболоченных ельников—-ельники
таволговые, долгомошные и сфагновые. В сосновых формациях
большое распространение имеют сосняки долгомошники, сфагновые, а
такж е сфагново-ерниковые.
Характеристика сильноподзолистых супесчаных почв, не насыщенных
основаниями, в северной тайге в сосново-еловом зеленомошном чернич­
нике представлена данными табл. 111.
Т а б л и ц а 111
Химический состав почвы
Гори­
зонт
Глуу
бина,
см
pH
Гумус,
%
ВОД'
ной
вы­
тяжки
Валовое содержание* % на прокаленное
вещество
SiOz
a i 2o 3
Обменные катионы,
MB'же
СаО
MgO
РА
н~
4,50
2,62
2,27
0 61
0,48
0,04
2,80
Ао
0-2
73,64*
4,60
69,14
14,37
3,41
Аг
2 — 10
0,34
4,64
75,83
13,46
2,76
10-24
3 4 — 46
2,89
5,31
67,14
16,54
6,76
3,47
2,30
0*07
0,03
0,02
0,10
6,41
71,48
13,98
5,34
3,12
1,76
0,04
0,02
в
с
А13-
Саг+
Mg2+
2 , 3 4 20,19
0,31
0,19
0,74
0,2»
0,12
0,03
0, 05.
0,06
0,16
0,92
* Потеря при прокаливании.
Содержание кремнекислоты в почвах в северной тайге довольно вы­
сокое, но несколько ниже, чем в лесотундре. Алюминия и железа заметно
больше. Содержание кальция в почве тундры и северной тайги почти
одинаковое.
В верхней части (горизонт А0) биогенным путем аккумулируется
кальций, фосфор и другие элементы, а такж е весьма заметное количество
гумуса. Н иже (горизонт А2) идет подзолистый горизонт, в котором накап­
ливается кремнекислота в повышенном количестве.
Продуктивность органической массы в молодых березовых древостоях
с участием сосны, в приспевающих древостоях с преобладанием сосны
и в спелых и перестойных древостоях сосны с участием ели показана в
табл. 112.
Заметим, что береза к 135— 137-летнему возрасту вся выпала, поэто­
му в 140-летних древостоях не участвует.
Р астущ ая часть древостоя в северотаежной зоне в три раза превос­
ходит растущую органическую массу в лесотундре.
Отпад древесных пород под воздействием грибов и микроорганизмов
превращается в гумус, минеральные вещества и азот. Такой исход может
быть в тех случаях, когда леса находятся в неосвоенных районах и отпад
не может быть использован для хозяйственных надобностей. Разлож ив­
шаяся до стадии минеральных веществ и азота древесина используется
оставшимися растениями в процессе фотосинтеза или же идет на удобре­
ние почвы и поддерживание плодородия ее на определенном уровне. Не­
которая часть минеральных веществ мигрирует с водой поверхностных и
грунтовых стоков в соседние или ж е удаленные биогеоценозы.
Опад недревесных органических веществ значительно быстрее распа­
дается на основные элементы и поступает в большой и малый кругово­
рот.
270
Таблица
112
Продуктивность растущей
черничник (в т / г а )
части сосновых древостоев III бонитета, тип леса сосняк
Возраст, лет
Ч асть дерева
60
20
100
140
180
240
260
Сосна
Ствол
Ветви
Ветви
Корни
Корни
крупные
мелкие
крупные
мелкие
Итого
4,92
1,11
0,22
1,70
2,10
43,65
7,02
0,85
20,0
6,93
132,80
19,77
3,41
45,60
12,20
163,35
22,15
5,91
58,60
17,60
171,00
20,12
9,43
43,78
20,80
161,01
18,97
12,60
46,80
22,50
160,02
10,64
14,02
47,08
22,80
10,05
78,45
213,78
267,61
270,13
261,88
254,56
19,63
2,46
3,10
4,80
2,90
43,65
7,02
4,60
18,00
5,10
33,20
4,95
4 ,0
11,40
3,90
—
—
—
—
—
—
—
32,94
78,37
57,45
Береза
Ствол
Ветви
Ветви
Корни
Корни
крупные
мелкие
крупные
мелкие
Итого
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
Ель и лиственница
Ствол
Ветви
Ветви
Корни
Корни
крупные
мелкие
крупные
мелкие
Итого
Всего растущей
древесины
—
-
—
40,09
1,71
0,45
0,04
0,49
0,20
8,32
0,83
0,80
0,83'
0,27
30,27
3,46
0,25
2,83
0,94
19,0
1,92
0,53
1,83
0,60
17,89
1.89
0,26
1.90
0,64
17,89
1,80
0,26
1,90
0,66
2,89
10,35
37,75
23,53
22,59
22,59
159,71
281,37
305,26
293,66
284,47
283,27
Данные по количеству древесного отпада древостоев разного возра­
ста приводятся в табл. 113.
Д л я наращ ивания живой органической массы до 283,27 г/га к 260летнему возрасту расходуется 386,02 т/га древесины на отпад. Как вид­
но, очень большая органическая масса расходуется в природных услови­
ях на удобрение почвы и не используется человеком. Из таблицы видно,
что после 140 лет вообще нерационально держ ать древесину на корню,
так как отпад начинает превосходить прирост растущей древесины. Н а ­
до при этом отметить, что в древесине содержится наименьшее количе­
ство минеральных веществ. Д л я поддержания в почве достаточного ко­
личества минеральных веществ вполне можно ограничиться удобрения­
ми почвы недревесным органическим веществом. Данные о массе недре­
весного органического вещества в связи с возрастом древостоя приводят­
ся в табл. 114.
Наибольшую часть недревесного опада составляет хвоя, затем шиш­
ки, травяной покров, заметно меньше количество мохового покрова и
ягодников и мужских соцветий (стробилы). Опад существенно увеличи­
вается с возрастом.
271
Т а б л и ц а 113
Масса отпада в древостоях разного возраста (в т / г а )
Возраст, лет
Ч асть дерева
20
60
0,69
0,08
0,04
9,93
1,69
2,51
48,93
9,45
13,87
114,96
19,36
32,13
164,50
23,56
41,35
197,79
35,79
46,75
212,33
48,43
51,25
0,81
14,13
72,25
166,45
234,41
280,33
312,01
—
—
—
--
100
140
180
220
260
Сосна
Стволы
Ветви
Корни
Итого
Береза
Стволы
Ветви
Корни
Итого
2,75
0,31
0,17
16,51
1,65
2,51
17,28
5,30
3,05
—
—
—
—
—
—
—
—
—
3,23
20,67
25,63
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
0,54
2,15
0,10
6,14
3,17
1,12
9,83
3,97
1,72
11,45
4,85
2,22
—
—
—
2,79
10,43
15,52
18,52
22,8
26,0
—
12,0
Ель
Стволы
Ветви
Корни
Итого
Отпад ветвей сосны
»
»
березы
»
»
ели
0,6
2,16
—
6,8
7 ,0
—
17,1
8,1
—
20,8
9 ,3
10,6
24,8
—
11,3
Итого
2,76
13,8
25,2
30,1
33,4
36,1
33,0
Всего
стволов
ветвей
корней
мелких корней
отпад ветвей
3,44
0,39
0,21
2,50
2,76
26,44
3,34
5,02
1,50
13,80
66,21
11,80
17,92
12,50
25,20
115,50
51,67
32,23
17,00
30,10
170,09
33,72
32,87
19,80
32,2
207,62
39,70
48,47
21,80
36,10
223,78
48,27
53,47
22,50
38,00
9,30
58,10
133,63
211,62
288,68
353,69
386,02
Всего
—
—
^ * Отпад в процессе очищения ствола от сучьев.
В круговорот минеральных веществ в бору черничнике включены
многие минеральные вещества, образующиеся при распаде хвои и лист­
вы, ветвей крупных и мелких, корней крупных и мелких, шишек, семян,
мужских соцветий (стробил). Однако не всегда учитывались такие в а ж ­
ные элементы, как натрий и микроэлементы.
В табл. 115 приводится содержание наиболее распространенных эле­
ментов в лиственно-сосновом и сосново-лиственном древостоях, приуро­
ченных к типу леса сосняк черничник, расположенного в северной тайге.
Количество калия в растущей массе древостоя превышает количество
всех других элементов и достигает 11,678 кг/га в год. Заметно меньше
272
Таблица
114
Изменение массы недревесного опада в связи с изменением возраста (в о т /г а )
Возраст, лет
Ч асть дерева
20
60
100
140
180
220
260
Сосна
Хвоя растущая
Хвоя опад
Мужские цветки
Шишки
Семена полнозер­
нистые
Семена пустые
0,400
18,603
130,800
225,600
282,100
300,000
0,040
0,200
0,003
0,180
2,600
0,010
0,630
6,800
0,023
1,290
12,800
0,039
2,014
19,200
0,053
2,520
25,800
0,087
2,92
30,10
0,081
0,001
0,005
0,007
0,013
0,019
0,029
0,038
Итого
0,644
21,395
138,250
239,742
303,336
328,416
408,039
Листья
Мужские цветки
Шишки
Семена
22,90
0,0Э7
0,103
0,015
71,32
0,860
1,0
0,521
81,6
1,064
1,195
0,618
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—*
—
—
—
—■
Итого
23,156
73,70
84,477
—
—
—
—
Хвоя
Мужские цветки
Шишки
Семена
0,09
0,290
0,018
0,530
0,050
0,252
О; 002
4,710
0,151
1,152
0,013
11,750
0,241
2,170
0,033
17,980
0,291
3,030
0,061
21,400
0,030
3,033
0,036
Итого
0,03
0,308
0,844
6,026
14,199
21,362
24,534
Моховой покров
Травяной покрэв
Ягодники
0,15
0
0
0,87
0,10
0,21
1,31
2,00
0,81
2,23
3,51
1,33
3,99
' 6,51
1,88
3,45
4,84
1,95
3,86
6,62
1,95
Итого
0,15
1,18
4,12
12,78
10,24
10,45
12,43
24,04
0,013
96,584
6,20
227,70
43,60
253,36
75,20
330,07
94,03
360,02
100,0
445,02
124,43
374,90
Береза
Ель
Всего
в том числе
хвоя опад
кремния и марганца и очень небольшое количество ж елеза и натрия.
Значительное участие в круговороте принимает азот, его особенно много
в хвое растущей части древостоя. Незначительно участие в отпаде д р е ­
весной массы азота, хотя по сравнению с другими элементами его боль­
ше. В отпаде та кж е доминируют кальций и калий.
В общем, в смешанных лиственно-хвойных древостоях таежной зоны
в золе растений содержится сравнительно немного сильных оснований
(Са, M g и К), но все же больше, чем в еловых древостоях. Органические
кислоты, возникающие при разложении растительных остатков, полно­
стью не нейтрализуются основаниями.
] 8 А. Молчанов
273
Таблица
115
Вынос минеральных веществ из почвы в процессе наращивания древесной и недревеснок
массы (в к г / г а )
Группа органических веществ
(в среднем за год)
Растущая древесина
Отпад древесной массы
в процессе роста
Опад недревесной массы
Всего
Г руппа органических веществ
(в среднем за год)
Растущая древесина
Отпад древесной массы
в процессе роета
Опад древесной массы
Всего
'
Si
А1
Fe
Mn
Са
Mg
1,676
0,481
0,365
0,109
2 ,3 9 0
0,777
1,386
0,463
10,141
2,804
2,580
1,001
0,035
0,037
0,096
0,105
0,904
0,217
' 2 ,1 9 2
0,511
3 ,2 6 3 '
1,954
13,849
3,798
К
Na
р
S
N
1 1,678
4 ,2 6 4
0,535
2,856
1,360
2,523
0,870
26,626
10,745
0,641
0 ,220
0,304
0 079
1,045
4 ,5 2 0
3 ,4 7 2
38,417
1 6,583
—
—
В таежной зоне процессы минерализации и гумификации заметно
ослаблены.
Типичные подзолы в северной подзоне тайги распространены в ель­
никах кисличниках и ельниках черничниках. Они изучались К- А. Уфимцевой (1956). Результаты химических анализов слабо- и сильноподзоли­
стых почв'приводятся в табл. 116.
Содержание гумуса снижается от слабо- к сильноподзолистым поч­
вам. В этом ж е направлении повышается кислотность и значительно рез­
че выделяется элювиальный горизонт. Слабоподзолистые почвы по
своим свойствам близки к дерново-подзолистым.
В северотаежных еловых типах леса при уровне грунтовых вод в чернично-кисличном типе леса весной на глубине 80— 100 м и в начале осе­
ни 300 см от поверхности масса стволовой древесины на 1 га равна
400 м3 в 120 лет. Н а слабоподзолистых почвах в ельнике черничнике на
подзолистых почвах при уровне грунтовых вод весной 30—40 см и осенью
100 см от поверхности в 120-летнем возрасте масса древесины равна
350 м й!га. С дальнейшим повышением уровня грунтовых вод весной д а
поверхности и осенью, до начала дождей, до 50 см от поверхности на
суглинистых торфяно-подзолистых глеевых влажных почвах масса дре­
весины в чернично-сфагновом типе равна 230 м3/га. На суглинистой поч­
ве, покрытой древесно-торфяным слоем в торфяно-болотном типе леса„
при уровне грунтовых вод у самой поверхности почвы весной и на глу­
бине 25 см в начале осени масса древесины равна 130 мг!га. В ельнике
сфагновом, сформировавшемся на сфагновых торфяниках, масса стволо­
вой древесины составляет 90 м ъ/га.
Мы уж е подчеркивали, что продуктивность древостоев зависит от пло­
дородия почвы. Данные табл. 117 иллюстрируют некоторые химические
особенности почв в рассмотренных типах леса.
Азот с углеродом, как известно, входят в группу органогенов. Между
количеством азота и органического вещества в почве существует тесная
связь, и от содержания этих элементов зависит плодородие почв, а зна­
чит, и рост древесных пород.
274
О
гт>
О
оъо
со
ю
t—
го
о
т-Н
со
г—
ю
о
см о
см о
о
оГ
см
о
Л
о
Л
со
ю
о
СО
t -
и
ч
со
СМ г-~
о
о
о
о
00
см
’*н
со
. Г—
о
ё:
со о см с—
со см СО со
см
Ч
ей
С
О
о
<
о
Гг
со
©
^■н
тЧ‘.'
СО
05
о
ю
со
•^Н
со
со
я3"
я
см
чН
со
^
0 0 00
ю
ю
О СО 00 00
05 О
тН
о
05
я
со
<М
00
00
‘
СО
С<1
см
СМ СМ
со
с—
00
с—
я
я
а.
gs
В О
2д
§! $ s
Химические особенности
Таблица
116
типичных
подзолистых
почв (по Уфимцевой, 1956)
« о
00
CD
со
£ и;
со со
ч
о
о
со
с
о
V
eO
g
И ск
(X
о? ^
-Н I
к
о
5
о
я
о
X
J3
о. Vt<
ч-H
М
О
ГН О
СО
н
Ю
Ю
к
ч
а
05 ио
см со
и
о ж
ПО
X
о
со
XЯ
СО 00 СО 05 СО Ю Н
sf Ю
1=3
I*03
°- ^
5 «
СМ СО
я
8
я
а>
НСО (N
XLO СО
г
а
ю
ю
см см
in Ю Ю
о
со
00
СО >
4
1
о
ю
о" о
СО
о
см ю
00 см СО 00
СО
я
О
О
О
05
О
Ю
00
00
СО
Ю
О
ТН
м
Н
Ч
со
чГ Ю Ю Ю 0О н
СО
(ГО Sf SP «41 sj< о
«
>>
2
>»
>>
ч
U
W СО о
t 00 о §■
© со со о
О
h
О
о
н гн Ю Ю М
гн
СО (М со sf
м ю
т-ч CM t—
-Г* С
О
о
«4
< < < m в?
Ч*
®
<
C-J
< Г? <^
г*
« PQ
е»
ьо
< < <с < аз и
18*
275
СО
о"
00
ю
CD
L
O
«<
гн
00
05
00
t-
05
СО
СМ ю
05
о
C4J
<Г4
00
05
СЧ
СО
со
о
со
О
^ St* W
St*
Ю
о
05
00
о
*Я
о
X
а.
<
и
ей
о
о
о
ю
00
со
о
О
X
2
са
о
4
а>
Xв
еС
5
н
X
2
X
л
>*
ич
ю
С -1
о
00
со
00 *
о
со со со
о
о
cd
О.
(М о
сч Т-. 05
ю
О
00
00
СО
см
c'i
05
C
M
<м о
sS
s
оJ
O
т
s
s
я
&
Ю*
CO
Ю
CD
l>*
LQ
Ю
CD
О
00
CD
05
X
SS
2
X
CO
Ю
О <\>
со
9S ^
r
s
X
eO
CO
w
s
Ч
\o
^
x
X
^
ef s>
TO J
H
О
2
b
о
П
>>
XСи и>*
,
зН
Я
Я.
и
J3 *
«
0
Ч
СО«со
2
м <*
,s ^
»я.
2 ^
2
к
я „
Я
я ^
ф
<
и
сг
Е
*
9
Э *я
о оО, здз оч Ь£ «а
05 CQ
М ^^ сО
С иS' ос С
00
ос_ а*
О
3ж >>
2C
с
о
Q
я О сг
о ®о
*§ с
ё И’§
§С
О^g °tv>
g 'О
а. к о
>, л
о 5 Й
Я
£ С
О
К W
CQСи9®
I
° Й £ е*
с
&
о
а> с ^
*то са-S
°
* Й-""
Он О со
Q
|=J1’в4
о Д>
О <\
О
CJ S § и-е-з*
СО
о
о
05
«О
СО -чн
СО
fO
csf
•8*
О
о
О
С—
ю
СО
о
05
00
СО
00
Ю
05
00
о
00
о
о
00
о
о
05
со
со
о
00
I I
СО
Та б л и ц а
117
(окончание)
СО
о^
со
*я
^5 х°
5 >>
£Л °.
а,
2
н
ж <5
2 ^®
2_
>> р*? 2& лИ I7й
СП» И
S г
г
5
*
*
з"
О
^
© uо eо С ^ gя
Xо.
C
С О) я>г>
а- 3о »я
>, -Q
24
й2
i &•!
m2 О
2s «« в
СЛо
►
VX1
а;
яя А
_>
о
са оя <и
л£ с:-о
о
3о 4СОСО
О мя
S
о
J
2?
Я Oh5S С
5 5 | С
=О
*
Я о
ja
Ч)
ос1<“0 О
<
v
я О *J3
;о
|о.| О- я
"в- я
К( о
*
О О го
Т а б л и ц а 118
Продуктивность органической массы в елово-лиственных кисличниках разного возраст»
(в т / г а ) *
Возраст, лет
Часть дерева
20
60
100
140
180
220
240
Ель
Ствол
Ветви
Корни
Итого
3,27
1,60
1,80
79,9
23,65
41,55
155,19
27,38
83,18
172,56
26,64
81,83
160,27
17,63
73,73
129,72
11,44
5?, 37
115,62
9,02
51,13
6,67
145,10
265,75
281,03
251,68
199,53
175,77
13,65
3,77
5,46
40.31
6,67
15.31
43,83
5,59
15,79
39,47
4,37
12,42
22,88
62,29
65,24
56,26
Береза
Ствол
Ветви
Корни
Итого
Итого
Ствол
Ветви
Корни
Итого
16,92
5,34
6,26
120,21
30,32
56,85
199,05
32,94
98,97
212,03
31,04
94,24
160,27
17,68
73,73
129,72
11,44
58,37
115,62
9,02
51,13
28,52
207,38
330,96
337,31
251,68
199,53
175,77
■* Из-за экономии места i'-cv таблицы по продуктивности лесов в северной тайге приведены в сокращен­
ном виде. Подробнее см. в книге А. А. Молчанова (1971).
В почвах рассматриваемых нами типов леса содержание азота изме­
няется незначительно. Однако меньше всего его под чернично-сфагновым
типом леса, больше — под травяно-зеленомошным, где под мощным сло­
ем торфяной подстилки залегает темный перегнойно-аккумулятивный
горизонт мощностью до 40 см. Верховодка в летний сухой период зал е­
гает здесь на глубине 100 см, продуктивность древостоев 390—4 0 0 л 3/га.
Кроме азота, важным показателем плодородия почв служит содер­
жание в них обменных оснований. Высокая насыщенность почвы осно­
ваниями в горизонте Ао наблюдается во всех типах леса, а также на глу­
бине 40—50 см, но в горизонте Аг (подзолистом) она очень низкая, осо­
бенно в чернично-сфагновом типе леса. Очень высокая насыщенность ос­
нованиями в травяно-зеленомошном типе леса даж е на глубине 70 см.
Кислотность почвы такж е меняется в зависимости от типов лесных
биогеоценозов.
В елово-березовых и березово-еловых древостоях различного возра­
ста, приуроченных в северной тайге к типу леса ельник чернично-кислич­
ный, продуктивность березняков в молодом возрасте, смешанных в при­
спевающем и почти чистых в спелом возрасте, показана в табл. 118.
Наивысшая масса стволов и ветвей приходится на 140-летний, а мас­
са ветвей и корней на 100-летний возраст, наибольшая масса стволов,
ветвей и корней березы наблюдается в 100-летнем возрасте. По данным
таблицы видно, что ель, возраст которой превысил 140 лет, оставлять на
корню не следует из-за увеличения массы отпада за счет растущих де278
Таблица
119
'Отпад древесины стволов, корней и ветвей вместе с отпадом стволов и отпадом ветвей
в процессе очистки стволов (в т / г г )
дерева
20
60
.100
Возраст, лет
1
|
140
180
220
240
Ель
Стволы
Ветви
Корни крупные
Корни мелкие
Отпад ветвей при
очистке стволов
Итого
1,04
0,57
0,36
0,13
10,03
20,50
6,86
3,80
1,94
34,00
75,80
17,05
12,64
3,98
63,00
167,70
31,30
25,03
8,03
90,0
265,40
42,53
33,70
12,91
98,0
367,00
52,19
33,72
16,84
108,0
417,00
56,19
42,75
19,14
112,00
12,10
67,10
172,47
322,12
452,54
580,75
647,08
Береза
Стволы
Ветви
Корни крупные
Мелкие корни
Отпад ветвей при
очистке стволов
5,16
1,46
1,51
0,12
6,20
38,47
7,37
7,68
1,76
12,60
82,60
13,32
17,73
3,50
17,90
114,70
16,95
22,73
7,16
23,80
148,51
20,60
24,10
10,20
—
—
—
—
—
—
■—
—
—
—
Итого
14,45
67,88
135,05
185,34
203,41
—
—
Всего
26,55
134,98
307,52
507,46
655,95
583,75
647,08
58,74
342,35
638,98
844,75
908,63
789,28
822,79
Всего
сины
древе­
—
^евьев. К 240-летнему возрасту переходит в отпад свыше 100 м3 органи­
ческой массы.
Отпад стволов, ветвей и корней приводится нарастающим итогом.
Д л я получения их прироста за тот или иной период вычитывается коли­
чество прироста младшего возраста из количества старшего и разность
делится на число лет периода.
В процессе накопления массы растущей еловой древесины в размере
.281 т/га к 140-летнему возрасту в отпад поступает в результате взаимоот­
ношения деревьев между собой, почвой и грибами, поселяющимися на
деревьях, 322 т/га древесной массы. З а этот же период растущая часть
древесной массы березы равнялась 56 м ъ, а превратилось в отпад 185 т/га.
Эти данные свидетельствуют об интенсивности взаимоотношений деревь­
ев древостоев, вызывающей значительный переход органической массы
из растущих деревьев в отпад. Все отмершие деревья используются в
природе для удобрения почвы и дальнейшего использования минераль­
ных веществ растущей частью насаждения (табл. 119).
Наибольшее количество органического вещества возвращается на по­
верхность почвы с опадом (табл. 120).
В смешанном елово-лиственнсм и в лиственно-еловом древостоях наи­
большая масса опада представлена хвоей, листвой и шишками, а также
травяным и моховым покровом. Заметно меньшее количество почечных
чешуек, цветков и семян.
279
Т а б л и ц а 120
Опад неодревесневших органических веществ в ельнике чернично-кисличном (в т/ га )
Неодревесневшее
органическое
вещество
Возраст, лет
20
60
100
140
180
220
240
Ель
Хвоя растущая
Хвоя опад
Почечные чешуйки
Цветки
Шишки
Семена здоровые
Итого
2,170
0,990
0,097
43,950
14,650
0,397
0,180
0,240
0,020
84.000
28.000
0,737
0,720
2,520
0,130
143,820
47,780
1,130
1,638
11,700
0,380
20,880
69,600
1,450
2,508
21,700
0,610
274,300
81,600
1,700
3,078
30,300
0,860
308,400
102,500
1,750
3,248
33,800
0,980
3,257
59,437
116,107
196,448
116,748
391,838
450,678
Береза
Листва
Цветки
Шишки
Семена
101,70
0,101
0,112
0,059
239,90
0,912
1,013
0,533
344,70
1,082
1,202
0,632
389,10
1,162
1,393
0,706
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Итого
101,972
242,358
347,616
392,361
0
0
0
Моховой покров
Травяной пок-ров
0,45
10,90
3,77
13,50
15,87
15,81
37,13
18,60
67,90
19,51
93,0
19,70
98,00
19,70
Итого
11,35
17,27
31,68
55,73
87,41
112,70
117,70
Всего
116,579
319,065
495,403
644,539
204,19
504,538
568,378
661,41
113,30
Общая продуктив­ 175,33
ность органическо­
го вещества вместе
с опадом и отпадом
1497,928 1310,97
1293,82
1390,57
Эта форма опада, в отличие от древесного, как увидим в дальнейшем,
разрушается и превращается в минеральные элементы заметно быстрее.
Исключением могут быть лишь мелкие корни, которые такж е заметно
участвуют в пополнении минеральных веществ в почве.
Продукты опада — основная пища беспозвоночных почвенных живот­
ных, а такж е грибов и микроорганизмов.
Растущей частью древесины аккумулируется в год незначительное
количество минеральных веществ (табл. 121). Максимальный вынос из
почвы приходится на кальций и марганец, в три раза меньше выносится
калия, азота и кремния. Остальные минеральные элементы аккумулиро­
ваны в древесине в совсем незначительном количестве. Заметно большее
количество минеральных веществ возвратилось на землю с древесным
отпадом, и в процессе разложения древесины они будут поступать с
почву.
Наибольшее количество минеральных веществ поступает с опадом
листьев, семян травяного покрова, еловых шишек и других образований,
которыми в вегетационный период аккумулируются минеральные веще280
Таблица
121
Вынос минеральных веществ из почвы в процессе наращивания древесной и недревесной
массы (органических вещ еств) и возвращ ение с опадом и отпадом в год в 90-летнем
ельнике чернично-кисличном с примесью березы до 0,3 в северной тайге (в к г / г а )
Группа органических
веществ (в среднем
за год)
Si
Растущая древесина*
5,29
Отпад древесной мас­ 0,57
сы в процессе роста
Опад недревесной мас­ 6,53
сы
Общая продуктивность 12,43
А1
Fe
Мп
р
S
Са
Mg
1,34 0,32 10,32
1,73 0,90 0,80
13,01
16,78
1,94
4,25
4,50 0,92
6 ,0 1 1,43
1,52
2,82
4,32
10,78
3,17 5,14
34,89 11,67 28,97 6,90
7,74
75,85
64,68 17,86 39,48 9,25 12,08
90,95
5,27
6,23 6,36 16,39
К
N
* Включена хвоя, остающаяся на деревьях более 2 лет; листва, семена, цветки, пыльца и шишки, травяной покров и опадающий мох переведены сразу ж е в опад.
Т а б л и ц а 122
Продуктивность растущей части лиственничных древостоев в типе леса лиственничник
травянисты й (в т / г а )
Вэзраст, лет
Ч асть дерева
260
379,500
29,856
7,030
66,800
9,100
390,430
28,176
6,596
57,429
5,000
392,000
30,042
6,300
46,530
3,000
477,605
492,286
487,631
477,872
21,433
22,770
22,254
21,952
60
Ствол в коре
Крупные ветви
Мелкие ветви
Крупные корни
Мелкие корни
22,180
3,737
1,964
8,078
4,340
158,400
22,344
3,689
42,536
14,952
310,000
29,199
6,545
81,706
21,626
351,360
27,712
7,179
76,737
14,617
Итого
40,299
241,921
449,076
6,299
44,583
23,250
из них кора
стволов и ветвей
100
220
20
140
180
ства, поступающие с опадом летом и осенью на поверхность почвы. С опа­
дом поступает на почву до 76 кг азота, 39,5 кг калия, 64,7 кг кальция,
18 кг магния, 16,4 м г .марганца и 12 кг кремния на 1 га. Таким образом,
подавляющую часть азота и минеральных веществ лес возвращает еж е­
годно на землю, а затем в течение 3—4 лет (в этом типе леса) эти ве­
щества поступают в почву.
Масса растущей древесины в лиственничных древостоях I бонитета
достигает 680 м3, сосны при тех ж е почвенных условиях — 500 м3 и бере­
зово-елового древостоя в 160-летнем возрасте — 530 м 3 на 1 га. Лист­
венница возобновляется плохо из-за низкой всхожести семян, а также изза густого елового яруса.
Вместе с изучением продуктивности березово-сосновых древостое»
проведена аналогичная работа в лиственничных древостоях. В табл. 122
показано в сокращенном виде изменение массы растущей части древо­
стоев от 20 до 260-летнего возраста.
По сравнению с другими лесообразующими породами (сосной, елью,
березой и д а ж е осиной) лиственница отличается повышенной продуктив­
ностью.
М аксимальная масса ее растущей части накапливается к 180-летнему
возрасту и составляет почти 500 г древесины. Дополнением к этой массе
является еще отпад деревьев, масса которого от 20 до 260 лет приведена
в табл. 123.
281
Таблица
123
М асса древесины, превративш ейся в отпад в процессе роста (в т / г а )
Возраст, лет
Ч асть дерева
100
140
180
220
260
20
60
2,98
0,49
24,93
66 .3 4
104,96
141,90
172,70
138,04
2,53
11,40
13.80
4,49
7,00
13,20
8,54
0,83
5,39
11.35
14,70
14,50
14, 50
Ствол
Крупные ветви
Крупные корни
Мелкие ветви
Мелкие корни
0,85
5,70
10,10
13,60
15,30
16,00
17, 30
0,43
2,58
8,63
12,01
15,80
14,80
15.80
Итого
5,58
40,2 6
101,81
150,77
196,24
229,40
259,44
282,181
551,035
631,915
687,906
717,03
737,222
Всего растущей
древесины и отпада
46,29
Данные по недревесному опаду приведены в табл. 124; в него входят
шишки, цветки, пыльца, травяной покров, хвоя, чешуйки и почки.
Опад семян, шишек, цветков, хвои определялся по опадоуловителям.
О б щ ая масса растущей х,вои устанавливалась по моделям. Вес пыльцы
определялся на ветках с цветочными почками, поставленных весной в со­
суды с водой и выдержанных в них до полного опадения пыльцы. После
этого ветки и пыльца высушивались до абсолютно сухого веса и высчи­
тывалось соотношение между пыльцой и ветвями.
Таблица
124
Отпад недревесных органических материалов (в т / г ч )
Возраст, лет
Часть фитоценоза
Шишки
•Семена
ЦЕетки
Пыльца
Травяной покров
Хвоя
Чешуйки почек
Всего
20
60
100
140
180
220
260
12,400
0,00
0,080
0,570
1,620
4,4 20
10,800
0,00
0,01
0,020
0,190
0,540
1,000
1,540
1,400
0,250
0,422
0,540
0,585
0,680
0,682
0,840
0,980
0,04
0,010
0,200
0,716
3,00
11,400
60,800
0,758
71,000
238,600
33,800
655,000
46,800
41,80
21,800
454,000
0,150
0,241
0,270
838,000
0,286
973,030
0,292
1108,500
0,03
45,91
253,440
477,563
792,355
831,868
1048,048
1292,35
0,310
Совершенно иные результаты наблюдаются в круговороте минераль­
ных веществ в лиственничных древостоях, выросших на перегное на кар­
бонатных почвах (табл. 125). Из данных таблицы видно, что как в рас­
тущей древесной массе, так и в опаде древесной массы содержится боль­
шое количество азота, кальция и серы. В растущей части древостоя со­
держится повышенное относительно смешанно-лиственно-сосновых дре­
востоев количество всех других элементов.
Особенно высокое содержание в опаде недревесной массы азота, ка ­
лия и кальция. Высоко такж е содержание фосфора, железа, алюминия,
марганца, магния и др.
В данном случае геохимические процессы определяются типом почвы
и древесной породой. В конкретном случае в органических остатках про­
дуктов наблюдается высокое содержание азота, калия и кальция. Дру282
Таблица
125
вынос минеральных веществ из почвы в процессе наращивания древесной и недревесной
массы (органических веществ) и возвращение с опадом и отпадом в год в лиственничном
древостое 90-летнего возраста в северной тайге (в кг/г%)
Группа органических веществ
<в среднем за год)
Растущая древесина
Отпад древесины в про­
цессе роста
Опад недревесной массы
Si
Fe
Al
Mn
Са
1,304
0,835
6,850
3,265
5,756
3,689
2,108
1,10Э
18,107
8,970
3,904
14,478
11,580
5,821
39,160
6,043
24,593
21,025
9,029
66,237
Группа органических веществ
(в среднем за год)
Mg
К
р
S
N
Растущая древесина
Отпад древесины в про­
цессе роста
Опад недревесной массы
3,603
1,587
3,628
0,405
19,840
38,960
1,383
9,339
1 9 , 31 1
6,244
73,460
8,834
41,027
79,703
10,235
78,656
12,927
70,20о
137,980
Всего
Всего
2,602
гими словами, в северной тайге мы имеем дело и с кальциевым классом
лочвы. К ак видно, геохимические особенности рассматриваемого биогео­
ценоза связаны с высокой миграцией и аккумуляцией калия и кальция.
К тому ж е и содержание азота в органических продуктах очень высокое.
Е в р о п е й с к и е с р е д н е т а е ж н ы е л е с а на Русской равнине
занимаю т большую площадь. Они составляют один из крупных массивов
темнохвойной тайги. В бассейне р. Камы среднетаежные ельники про­
стираются на юг до 57° с. ш., а в бассейне Онежского озера примерно до
60° с. ш. На востоке среднетаежные леса образуют более широкую поло­
су, чем на западе. Они развиваются в условиях умеренно континенталь­
ного климата с умеренно теплым и влажным летом и суровыми погод­
ными условиями зимой. Среднетаежные ельники относятся преимущест­
венно к IV и реже к III классу бонитета. Леса сравнительно однообраз­
ны. Характерны типы леса зеленомошной группы с незначительным
участием немногих видов кустарничков. На более богатых почвах не­
редко встречаются ельники кисличники.
Н а значительном протяжении с запада на восток ельники меняются.
Изменяются составы древостоев и нижних ярусов фитоценозов. Основ­
ными породами здесь являются ель европейская и сибирская и сосна
обыкновенная.
В лесах средней тайги, около станции Харовская, преобладающей
лесообразующей породой является ель. Сосняками занято 25% лесной
площади, б ерезн якам и — 15% и осинниками — 3%. В средней тайге з а ­
метно увеличивается площадь кисличников и брусничников и уменьша­
ется площадь долгомошников и сфагновых типов леса. Необходимо от­
метить, что отпад деревьев происходит неравномерно, скачками. Б ы ва­
ют годы, когда его вовсе нет, а затем наступает время, когда он усили­
вается. Очевидно, противоречивые взаимоотношения между деревьями,
а такж е их взаимоотношение со средой протекают с разным напряжени­
ем; после отпада части деревьев эти противоречия ослабевают и затем
283
снова нарастают постепенно. По этим причинам периоды наблюдений от
1 до 3 лет не позволяют достоверно выяснить массу отпада, среднюю
для достаточно длительного периода.
В средней тайге изучение типологического состава лесов и почв про­
водилось К- А. Гавриловым и В. Г. Карповым (1962) на моренных карбо­
натных суглинках средней полосы таежной зоны, входящей в состав Вытегорско-Кенозерского, Каргопольско-Белозерского, южной части Нян­
домского и Важского геоботанических округов.
Наиболее детально изучены типы леса и почвы в междуречье Сиги
и Вожеги на территории Харовского лесхоза. Д л я леса здесь характерны
следующие почвы.
I. Подзолистые: 1) подзолы (главным образом маломощные) и 2)
слабоподзолистые, реже среднеподзолистые почвы.
II. Подзолисто-болотные: 1) торфянисто- и торфяно-подзолистые глеевые и глееватые и 2) желтоподзолистые почвы.
III. Перегнойные (темноцветные): 1) перегнойные с непосредствен­
ным залеганием под подстилкой мощного перегнойного аккумулятивного
горизонта; 2) перегнойно-псдзолистые (с явными признаками оподзоливания); 3) торфянисто-перегнойные (с верхним оторфеневшим горизон­
том, переходящим в перегнойно-аккумулятивный горизонт). Эти почвы
по степени оглеения делятся на глеевые и глееватые.
IV. Болотные: 1) торфяно-глеевые, 2) низинные торфяники, 3) пере­
ходные торфяники, 4) верховые торфяники, 5) торфянисто-иловато-глеевые (аллювиально-болотные) почвы.
В исследуемом районе основной формацией являются еловые леса.
Ельники объединены Карповым в три группы: зеленомошники, травяни­
стые и сфагновые.
К первой группе относятся ельники черничные, ельники кислично­
разнотравные и ельники чернично-разнотравные. Во всех трех типах зе­
леные мхи в напочвенном покрове играют большую роль в накоплении
органического вещества. Ко второй группе относятся ельники травянозеленомошные, ельники травяно-болотные, ельники таволговые, ельники
крупнотравные приручейниковые. К третьей группе относятся ельники
чернично-сфагновые, ельники хвощово-сфагновые и сфагновые, осоково­
сфагновые и травяно-сфагновые.
Сосновая формация представлена сосняком сфагновым, сосняками
кассандрово-багульниковыми и сосняками пушицево-сфагновыми.
Основные таксационные показатели ельников черничников приведены
в табл. 126.
Древостой, как правило, разновозрастные. Под пологом черничников
имеется значительное количество подроста, расположенного группами,
высота его 1,5—2 м. В напочвенном покрове преобладают черника, кисли­
ца, майник двулистный. Основу мохового покрова составляет мох Шребера. Механический состав подзолистых почв этого типа указывает на
некоторое обогащение иловатой фракцией горизонта, залегающего под
лесной подстилкой, по сравнению с нижележащим оподзоленным гори­
зонтом, обедненным этими частицами. Довольно ясно также выделяется
илистой фракцией горизонт В.
Процент частиц меньше 0,001 и 0,01 мм по горизонтам изменяется
гак:
Ф ракция, мм
Глубина взятия образца,, сч
0,001
1 0 — 20
3,85
15,39
2 5 — 35
6,90
19,58
35,02
1
СП
О
0
6 0 — 70
284
0,01
21.34
6,95
29,73
Таблица
126
Основные таксационны е показатели древостоев ельника черничника IV бонитета
Состав
10Е
Ед. Ос
Ед. Б
Сомкну­
тость
0,7
Возраст
господст­
вующего
поколе­
ния, лет
105
60
60
Итого
7Е
20с
1Б
10Е
0,6
0,2
110
70
75
75
Итого
10Е
Ос
Б
10Е
0,7
Итого
110
70
70
70
Число стволов
на 1 га
живых сухих
32
20
472
4
4
1272
480
828
172
84
320
28
8
12
564
1404
612
1232
20
63
221
33
25
221
1536
279
1220
—
Средние
высота,
м
19,6
24,0
19,2
22,8
22,1
10,2
19,2
22,8
22,1
10,2
диа­
метр,
см
18,4
16,0
30,1
22,0
22,0
19,0
10,0
18,6
26,2
17,2
10,5
Сумма
площадей
сечения,
м2
Зап -с, м 3/га
живых
сухих
32,40
0,10
1,40
330
3
24
16
1
3
33,90
357
20
24,00
6,72
2,38
2,53
220
53
26
15
7
15
25
И
35,63
314
58
33,7
0,05
0,03
1,80
33,7
1,0
1,5
10,0
6,5
0 ,5
—
33,0
35,58
349,5
40,0
Подзолы отличаются небольшим содержанием перегноя, перегнойно­
аккумулятивный горизонт в них отсутствует (табл. 127).
Данны е табл. 128 позволяют судить о соотношении массы между ство­
ловой древесиной, крупными и мелкими ветвями и корнями у ели и у бе­
резы. Изменение органической массы в связи с изменением возраста ело­
вой части древостоя не отраж ает определенной закономерности вследст­
вие различного участия березы в смешанных молодых древостоях и спе­
лых. В 105— 130-летних древостоях участие березы заметно снижено.
Другими словами, подбор насаждений по составу в приведенном выше
ряду не отраж ает закономерного изменения состава березы с увеличени­
ем возраста. Однако такие древостой в средней тайге распространены
(Смирнов, 1971). В основном изменение общей массы ели и березы до
58-летнего возраста более или менее выдержано.
Следует отметить, что рассматриваемый ряд по общей продуктивно­
сти больше подходит для северной тайги. А елово-лиственные и листвен­
но-еловые древостой ельника чернично-кисличного северной тайги отра­
ж аю т продуктивность средней тайги.
М асса травяного покрова (Смирнов, 1971) в абсолютно сухом состоя­
нии в молодняке семилетнего возраста равна 1,57 т/га, в 18-летнем —
1,03 т/га, 37-летнем— 1,02 т/га, в 105-летнем — 0,31 т/га. Вес живой ч а ­
сти мхов соответственно по возрастам: 0,62, 0,05, 0,03 и 0,64 т/га.
Опад хвои и листьев в семилетием возрасте равен 1,060 т/га в год,
18-летнем — 2,262, в 37-летнем— 2,570 и в 105-летнем-— 2,230 т/га в год.
Содержание выносимых ежегодно минеральных элементов показано
в табл. 129.
В ельнике травяно-зеленомошном содержание минеральных веществ
беднее, чем в ельнике чернично-кисличном. Здесь в растущей древесине
285
f- . о к
о л ч 2
СО — I — I
| со со о
|
Чн « 3 +
тч
О О 1> *Я «
Я О 'О
« Я О Ч <
£S
1?
ч *
. О CR
сС -
о л к; й
ч н 3 к
>х «
Xч
—J
I00
00 СО
О гн
СОсм со см
1CО СО — |
нМ N м
0) I
I I I
у о >.х
S
SOI yOlU^wI
л о
I I I
^ сГ
X I
о о о о о о
SS
03 •
S
juЧ ь
я S о о
w* Н
5а:Од
Сс
vf
00 со
I I I е» \л
о
со
\0 0 я о
о о * к
со ю о
°я !к
is5* SЭ
х н s
с
и
и
их
,NO(4s
О я а еа а
(у
9, и О А 43о 2
со 00 со
СГ5
^ 1
см см см
гю со см со
*V
*
1 1 ! г- со V
vt*
1
см см см V
F СО
■ч- СО с о
СО
05
Sк ,
СО
Г* Ю 05
00
00 00 05 |
СО ю о
I I I е"со
со
см о
СО
Ю
ю
Ю о*
LO
i
9S
о
я
X
К -»
5О т о
см П
с- о ^
I I I s4.
о о О
V
I4
GO —Н СО
»=з
S
5я°
I I I
о«О f\jс
vf VГf 0000
~
I
00
ч
а « <гу^ 5_
g- g =
о*
->чо
I I I м
5*8
г l=?ё
C
«=с
"Й
8
5: 2 *я2
о
_л
&*5Н
в*
tC
л *з
з. аJ3
нч
о <х>
о
Химический состав
почв средней тайги (по Гаврилову)
rt -0 _
«os
ьо ошЗ«
о
о
со
СО
СМ СМ <35
О О 05
я S о g о
и, щ С 5 с
127
00 г—ю 00 ю
■*■
4 г— со
1
Ч
Т
Н см 1>
* см
о
с
Ч
Л£
о
g я
Та б л и ц а
1
|
05
Ю Г75
00 00 СО О
=(
о
1
|
|
|
О 00 СО
СМ 1> ю
00
ю о о со
СО СО Г Н
ТИ
ТН
г-
8 J J J о
о
с
СМ 00 00 о см о
тН О О
со Sf
o ' о © со со со ю
чН О О О о о
см
00
о
05 СО ю о О СО ^
У О
О
О. £
й) Лй
>
О й)
СОс
'g S s
^ N О
t— 05
5 в-
и .
а"
32 CJ
6
&
О
£Гд
С
в<
l
>
сн
£
С
?ч
О
.Я
5
О аз
О) £
03 00 ю
i e§
Я
So S
и в о 3
со с
41 СО 05 со
j j | 05 00 t
— со CM
o' о о о о
со м о
ф- ю- ю- I I I I I
н о а
о а я
с с я
SoJtf
сог-- со см 35
-ю см о о о о
оо о о о о
о ю о
со со ^ м со »
I I I I I I
О СО 00 о ю о
гН м 0
I 0055- Ю
10- I I I I I I I
00
00 Ю00 ю
© о
00 О о Ю
ю 00 ^ ^
I ОI О
I
I ОI ЮН
I IО IО О
ОI МI ^ О
гн СО s f h- 05 ^
со Г- 00
V
, ж
я « О
н
о>2s дя
Я у О.
1> о> О
U ЕГ и
<
о с» »н еа CJ
<
CQ CQ CQ и
03
03««У
CQ и
Т а б л и ц а 128
П родуктивность растущ ей части органического вещ ества в древостоях различного
возраста (в / и / г а ) в абсолю тно сухом состоянии
Возраст, лет
Ч асть дерева
37
18
7
39
58
105
130
Ель
0,0
3.7
22,9
16,2
23.5
89,5
74,3
0
0
0,2
2,8
2,2
3,6
5,8
1.7
3,8
3,2
7,4
5,1
5,3
0
0
1.7
0
13,3
0,7
3,2
9,0
0,5
12.5
0,8
39,0
3,6
32,9
1,66
0,0
7,3
43,5
31,1
43,6
145,3
119,26
2,2
21,8
60,1
96,2
122,4
9,0
—
4,1
3,7
4,0
1,7
3,9
8,3
3,7
0,5
—
0,9
3,5
0,3
0,9
1,0
0,5
12,7
2,1
17,3
1,5
21,6
1,8
37,2
4,0
2 6
4,4
И того
3,5
41,0
86,7
127,5
175,6
12,4
Всего
3,5
48,3
130,2
158,6
219,2
157,7
0,8
2,8
2,3
2,9
0,2
0,5
4,4
10,8
8,6
0,3
6,3
Ствол
Ветви
Ветви
Корни
Корни
крупные
мелкие
крупные
мелкие
Итого
Береза
Ствол
Ветви
Ветви
Корни
Корни
крупные
мелкие.
крупные
мелкие
Недревесные органи­
ческие вещества
листья
хвоя
шишки
17,4
--24,4
143,66
2,4
5,5
2,3
4,7
0
0
0
0
0
Итого
0,8
5,2
7,8
7,0
7,3
11,3
15,4
Всего
4,3
53,5
138,0
165,6
226,5
169,0
159,06
Таблица
__
129
Вынос минеральных веществ из почвы в процессе наращ ивания древесной и недревесной
массы в год в ельнике травяно-зеленомош ном и возвращ ение их с опадом и отпадом
в 90-летнем возрасте (в к г / г а )
N
0,56
1,72
8,58
0,40
0,90
6,25
10,35
2,27
4,24
45,95
17,12
3,23
6,86
60,78
К
р
4,56
1,70
5,82
5,34
1,15
0,95
0,61
42,76
6,04
0,92
52,66
8,89
Si
Fe
А1
Са
Растущая древесина
Отпад древесной массы в
процессе роста
Опад недревесной массы
0,74
0,49
0,21
0,27
0,29
0,10
16,2 2
2,93
17,23
3,71
Итого
S
Mg
Г руппа органических веществ
287
и отпаде содержится небольшое количество минеральных веществ: каль­
ция 4,56 кг/га в растущей древесине и 5,34 кг/га в отпаде. В опаде наблю­
дается высокое содержание кальция и азота, а также повышенное коли­
чество калия, кремния и магния. Фосфора в растущей древесине, отпаде
и опаде незначительное количество.
Микробиологическая деятельность в почвах лесных биогеоценозов,
направленная на превращение вещества и энергии, имеет свои особенно­
сти. Характер и направленность микробиологических процессов в них от­
личается от процессов в луговых и окультуренных почвах.
Ниже показан состав микрофлоры в подзолистой почве ельника чер­
ничника 120— 140-летнего возраста в Вологодской обл. около станции
Харовская.
Неспорообразующие бактерии
Спорообразующие бактерии
Актиномицеты
Микроскопические грибы
Общее число микроорганизмов
В тыс. на I г
сухой почвы
Соотношение,
%
632
2
80
5
719
87,8
0,3
11,2
0,7
В оптимальных условиях увлажнения кислотность почвы меняется
по генетическим горизонтам: повышенная наблюдается в подзолистом
горизонте, слабая создается в слое вымывания. Избыточно увлажненная
почва, расположенная в слабопроточных понижениях, приуроченных к
таволговому ельнику, менее кислая, чем при оптимальном увлажнении.
В травяно-зеленомошном типе леса в верхнем горизонте реакция почвы
слабокислая, в нижних она приближается к нейтральной. В верхних го­
ризонтах сфагновых ельников под слоем торфа кислотность почвы повы­
шается, по мере углубления она уменьшается и на глубине 62—70 см
pH равна 7,0. Гидролитическая кислотность рассмотренных почв, отли­
чающихся высокой емкостью поглощения, в верхних горизонтах высокая.
Поэтому степень повышения продуктивности лесов на этих почвах не­
много выше, чем на подзолах.
Важную роль в повышении продуктивности лесов играет подвижный
фосфор. Его очень мало в торфянистых ельниках, в слабоподзолистых
почвах ельников кисличников и травяно-зеленомошных подвижного фос­
ф ора в горизонте А2 п о ч т и нет, очень мало его и в нижележащих гори­
зонтах до глубины 60 см. Деревья, растущие в ельниках кисличниках и
травяных зеленомошниках, используют подвижный фосфор из горизон­
тов почвы, расположенных глубже 50 см.
Подзижного калия в верхнем 30-сантиметровом слое больше всего в
чернично-кисличном ельнике, примерно столько ж е его в черничнике на
подзолистых почвах, заметно меньше в травянистом зеленомошном ель­
нике на торфянисто-перегнойных глееватых почвах и в сфагновых ель­
никах. В почве, и особенно в подстилке под ельниками чернично-кислич­
ными, черничниками и травяно-зеленомошными, подвижного калия со­
держится достаточное количество для удовлетворения потребностей дре­
весных пород. Это дает основание считать, что основной причиной низ­
кой продуктивности древостоев на избыточно увлажненных почвах явля­
ется длительное сезонное увлажнение, тормозящее жизнедеятельность
почвенной фауны и микроорганизмов и замедляющее распад органиче­
ских веществ на элементы минеральных веществ.
Еловые леса в средней тайге представлены в основном ельниками
черничниками, средние запасы древесины в спелых древостоях которых
доходят до 300 мъ!га, и ельниками кисличниками, в которых максималь­
ная масса древесины достигает 500 м 3/га. Значительно меньшую площадь
составляют ельники зеленомошники, которые приурочены к вершинам
склонов невысоких моренных холмов.
288
Сосновые леса занимают 20—30% площади лесов средней полосы.
Отдельные массивы сосновых лесов приурочены к песчаным отложениям
возвышенностей северо-западной и средней частей территории.
Сосновые леса на песках азональны, они мало изменяются с севера
на юг, а с запада на восток представлены вересковыми и беломошными
типами леса. Встречаются и сложные боры на древних террасах р. Мос­
квы, Оки и др.
В настоящее время широко распространены березовые леса. Береза
образует очень светлые разреженные насаждения. Структура березня­
ков чаще двухъярусная, однако подлесок явно не выражен.
На долю мягколиственных пород приходится 57% площади, на долю
сосны — 20 %, ели — 18,5 % и твердолиственных — 3,5 %.
Ю ж н а я т а й г а в основном представлена еловыми насаждениями
и производными от них мягколиственными древостоями березы и осины.
Еловые южнотаежные леса на Русской равнине простираются почти от
устья Нарвы на западе до среднего Урала на востоке. На пространстве
от Финского залива и до верхней части бассейна Сухоны южнотаежные
леса в условиях сравнительно мягкого климата заходят севернее 60° с. ш.,
восточнее Сухоны северный предел их распространения не идет за
59° с. ш. Зато в восточной части Русской равнины юж ная тайга прони­
кает значительно дальше на юг, достигая 56,5е с. ш.
Развитие южнотаежных ельников происходит в достаточно влажном
климате с относительно длинным вегетационным периодом. Грунтовые
воды залегаю т на глубине 1,5—2 м. Наиболее распространены дерновоподзолистые почвы, но встречаются такж е подзолистые и дерново-карбо­
натные почвы.
В настоящее время южнотаежные ельники сохранились на относи­
тельно небольшой территории. Значительная часть площадей занята
пашнями и другими нелесными угодьями. Самые крупные массивы ю ж ­
нотаежных лесов расположены в верховьях рек Костромы, Унжи, Ветлуги, на водоразделах их с Северной Двиной, а такж е в бассейне р. Камы,
в южной части Пермской обл., и в Удмуртской АССР. Древостой этих
лесов нередко относятся к II и III классам бонитета.
В южной тайге спорадически распространены липы, клен, ильм и ча­
стично дуб. Довольно сильно распространены дубравные травы. К ним
относятся копытень, ясменник, зеленчук, звездчатка ланцетовидная, па­
поротник мужской, медуница и др.
На холодных заболоченных почвах растительность мало отличается
от долгомошных и сфагновых лесов средней тайги.
В южной тайге распространено два вида елей — европейская и сибир­
с к а я — и сосна обыкновенная.
Сосновые леса в средней и южной тайге расположены на песчаных
и супесчаных почвах древних ложбин стока, вдоль долин всех более или
менее крупных рек Русской равнины. Ю жнотаежные сосняки растут на
подзолистых и дерново-подзолистых почвах. Древостой их относятся к
III и IV бонитетам. Из кустарничков здесь распространены черника,
брусника и голубика.
Большие территории заняты долгомошными и сфагновыми сосняка­
ми. Химический анализ дерново-среднеподзолистой почвы в южной тайге
характеризуется данными, приведенными в табл. 130.
И листая фракция распределяется по периферии и выражена очень
четко. Она резко повышена в горизонтах А2В и сильно понижена в гори­
зонтах Ai и А2. С ильно понижено содержание обменных катионов в го­
ризонте Аг- Кислотность почв заметно уменьшается с глубиной. Содержа­
ние азота очень низкое. В условиях плоского рельефа формируются дерново-подзолисто-глеевые почвы, а иногда и болотные.
Валовые анализы дерково-сильноподзолистых почв приводятся в
табл. 131. Данные валового анализа указывают на высокое содержание
19
Молчанов
283
О
св Я
СО
CD'HOOcOlOfOOOO
ООСМСО^ЮСОООО)
о
S*
S
§
->> о
г
>>
О и
‘О
0
0
5
5
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
5
5
0
0
5
5
0
0
А
<
со
со
ю
со
М
vfCDСО h
н Оо ^
I—
СО
О О О
о
o ' о" o '
о
о" о"
ю
О ■
*тн тН С
М
см
05 05 1>
o v fOo cnsf
o ckOCO
o^sf
sf foOOi
Ъд
£
М
тн
(N
ю"
СО
05 -Н 0 >
O5 h - C DOO I > C MO O
05«
со г-** о" c\f
м
051> ю с 0 0
'гН
05 05 ^
!*"*Ь f*~*>
05
О
l>
О
О О О О
S f СО St<
СО M
M
M
05 СО СО ю
СОСОЮЮЮСООЬ
о о о о о о о о
СО 00 05 СО СО
о со ^ ю ю
га _
(X3
*&£
о о о о о о
СО Ю СО 05
СО СО о ^
05 05 О О
290
Химический состав дерново-среднеподзолистых
Таблица
130
почв южной тайги
-<4 05 СО V* г-
оь
г
чо
я о.
CQ С
СО С
М
с о ^ о о о ^ оv-f^от—
о о о о о о о о
со
05 ’Н СО СО
t—
1Л
»•
СО
юююю
о
ж
ВС
св
со
СО (N 'П
о
СО^ОСОГ'
Г^МСМ
"гН "^Ч ЧГ“! О 5
чтН
сГ
О
О
О
О
О
О
О
О
ю ю ю
Ю
Ф 00 4f
м
СО N N
05 СО
СО СМ М
о
о
о
CM v f
vf tr—
с-1 со СО Sf
о
ю ю
О
Г
4
со см
О
О
Ю
yf
со о
05 05 00 00 00
О 05 С
М
СО -tf СО
со со ю
CM СО LO СО
СО О СО N
СО
I s-3-?
о s S ?
U
я сГ5*
00 00 00 00 00
t— С
М 05 о
ю со М
■
»Н ■
ч-н С
М СО
к
я
СП Я
ит
*<Ню
CMоvH о00
%
I I I I
оU
о
со
- fts
Л
S
аЯУОо <j
\о
о о о
СО ю
ГН
С <
N
<
Т*
CQ
Sf
есо
в
S
О)
ч
ю
2
ин
ев
е*
w
ао
О
o' сп
я я
н о,
S
яi 1о
_
<и
'
V*
05
со с-
О Ю
'ГН со оо
М М М !
>ч к
Ч Я
оЕЗ
CQ
IN
СО Sf 05
V* Ю
CQ
Таблица
1&2
Продуктивность органической кассы в елово-лиственных древостоях южной тайги в
типе леса чернично-кисличном (в т / г а в абсолютно сухом состоянии) (Смирнов, 1971)
Ветви
Возраст
древостоя,
л ет
21
26
75
Возраст
древостоя,
лет
21
26
75
Порода
Ель
Лиственные
Итого
Ель
Лиственные
Ель
П арода
Шишки ж и­ Хвоя, лист­
вые
ва
—
_
0,6
Общий вес
надземной
части
5 ,5
0 ,8
толстые
итого
4,1
1,9
1,5
—■
5,6
1,9
17,8
6 ,4
7, 5
10,5
2 ,7
27,4
24,2
28,7
11,1
191,6
Отмершие
ветки
Отпад в
год*
6, 3
6, 0
1, 5
8,1
1,1
12,8
6 ,8
2 ,7
10,5
3,7
Корни
Стволы
тонкие
—
16,9
Вся фито­ Травянис­
масса д ре­ тая расти­
востоя
тельность
Ель
Лиственные
28,9
9,1
5 ,9
2 ,7
34,8
11,8
Мертвый
покров
Итого
Ель
Лиственные
Ель
38,0
8,6
46,6
_
1,9
47,3
14,9
232,4
9,1
4 ,5
51,5
56,4
19,4
283,9
Мертвый
покров
3,1
0 ,8
9,6
1,9
0,63
1,2
2,6
—
* Расчетная величина; в тексте действительная величина древесного отпада по северотаежным ельни­
кам.
кремнекислоты, повышенное количество окиси алюминия и железа,
особенно в нижних горизонтах, и обеднение профиля почвы кальцием,
магнием и фосфором.
Отпад стволов в 75-летнем ельнике равен 1,62 т/га в год, крупных вет­
в е й — 1,891 т/га в год, мелких ветвей — 0,271 и всего — 3,782 т/га. Опад
листвы, хвои, почечных чешуй, семян составил 2,883 т/га в год (табл. 132).
Вес травяного покрова в абсолютно сухом состоянии в том ж е 75-летнем
древостое равен 0,751 т/г в год.
В березовых древостоях южной тайги продуктивность фитомассы
изучалась А. Ф. Ильюшенко (1970).
Таксационная характеристика березовых древостоев, сформировав­
шихся после рубки ельников черничников, кисличников, кислично-папо­
ротниковых и долгомошников, приводится в табл. 133.
Березняки, особенно кислично-черничные, разнотравные и кислично­
папоротниковые отличаются высокой продуктивностью и относятся к 1а
и 116 бонитету. Только березняки долгомошные относятся к IV бонитету.
Продуктивность березовых древостоев, вы раженная в т/га в абсолют­
но сухом состоянии, приводится в табл. 134.
В березовых древостоях в первые годы их жизни листва составляет
значительный процент от общего веса наземного органического вещест­
ва. С увеличением возраста относительный вес листвы в древостое умень­
ш ается в го ж е время процент веса стволов возрастает. Процент коры в
19*
291
Таблица
133
Таксационная характеристика березовых древостоев
Тип березняка
Состав
Воз­
раст,
л ет
Средний
диаметр,
см
Средняя
высота,
м
Черничник
Черничник
Разнотравно-вейниковый
Черничник
Разнотравно-злако­
вый
Кислично-черничный
Разнотравно-боро­
вой
Кислично-папорот­
никовый
ЮБ + Ос
10Б
ЮБ-НИва
8
18
31
1,5
4 ,0
6,8
3 ,3
7 ,4
12,1
ЮБ
ЮБ -( Ос
50
33
13,7
8 ,0
9Б Юс
ЮБ
65
38
9Б Юс
70
II яр. 104
8Б 20 с
65
33
Долгомошник
Сумма пло­
щадей се­
чения, м2
Полнота
Пб
5,22
19,62
26,74
0,7
1,13
1,24
21,2
12,0
I
116
25,35
18,7
0,9
1,0
20,0
12,8
21,8
19,8
Пб
I?
14,1
30,1
0,5
1,18
26
28,8
1а
32,3
0,9
6 ,2
1,7
IV
4,1
14,6
0,3
1,0
6,0
4 ,6
Бэнитет
ш
ш
—
молодом возрасте составляет 18, по мере увеличения возраста уменьша­
ется до 5. Со снижением возраста уменьшается масса облиствленных
веток.
П о д & о н а х в о й н о - ш и р о к о л и с т в е н н ы х л е с о в . Леса сред­
ней полосы европейской части СССР представляют основную зональную
формацию на большей части этой территории.
В центральной части средней полосы в составе смешанных лесов, по­
мимо ели и дуба, обычны клен, липа, местами ясень, в подлеске лещина.
В восточных районах исчезает ясень, дуб встречается спорадически, ель
нередко сменяется пихтой. В травяном покрове исчезают некоторые х а ­
рактерные западные виды, например зеленчук желтый.
Хвойно-широколиственные леса по своему видовому составу и струк­
туре близки к широколиственным лесам, от которых отличаются присут­
ствием ели. В травяном покрове преобладают кислица, майник двулист­
ный, седмичник европейский, щитовник Линнея. Древесно-кустарнико­
вый полог обычно четырех-, пятиярусный. Травяной покров многоярус­
ный, причем нижний ярус образован таежны м мелкотравьем.
Л еса занимают 32% площади средней полосы. В наиболее лесистых
районах они покрывают до 50% площади (Горьковская обл.), в Литов­
ской С С Р — 19,2%, Эстонской СС Р — 22%, Калининградской обл.— 12%,
Гомельской и Брестской о б л ас т ях — 14— 15%, Гродненской— 12%. На
Русской равнине темнохвойные леса являются южным форпостом тайги.
Типичные древесные породы этой зоны— ель европейская и сибирская,
а на песчаных грунтах сосна обыкновенная. Особое положение занимают
формации широколиственно-сосновых лесов, в которых в смеси, а иногда
и отдельно растет дуб. В составе лесов принимают большое участие бе­
реза пушистая и бородавчатая.
Европейские широколиственно-еловые леса занимают переходную
область между тайгой и широколиственными и широколиственно-сосно­
выми лесами. Область этих лесов образует треугольник, расширяющийся
к западу по всему побережью Балтийского моря. Необходимо отметить,
что раньше, в досельскохозяйственный период, большие площади, в на­
стоящее время распаханные, были заняты здесь еловыми лесами. Обшир­
ные пространства песков такж е были заняты лесами. После пожаров и
вырубок широколиственно-еловые и еловые леса менялись на березовые
292
Таблица
134
Вес органического вещ ества в надзем ной части березовых древостоев (в т / г а )
(Ильюшенко, 1970)
Ч асти дерева и фитоценозы
вэтви
Ярус фитоценоза
листья
> 3 см
облист3—1 см < 1 см вленные
в том
числе
кора
ствол
мерт­
вые
ветви
итого ор­
ганичес­
кой массы
Пробная площадь 1,10Б +О с, 8 лет
Древостой
Подрост
Подлесок
Травы
Итого
1,119
0,040 —
0,008 0,008
1,839 —
3,006 0,008
_
_
1,222
0,009
—
0,0024 1,222 0,779
0,0290 —
0,023
0,0050 —
0,0Э0
—
—
—
—
-
9,144
0 ,0Э2
0,082
1,893
0,009
0,0364 1,222 6,892
1,222
—
11,211
0,737
—
-
—
—
Пробная площадь 2,10Б, 18 лет
Древостой
Подрост
Подлесок
Травы
Итого
4,986
0,062
0,025
0,120
_
5,193
5,123
0,037
0,317
—
0,870
—
—
0,490 1,230 3,510
—
0,046 —
—
0,038 —
—
—
—
—
0,490 1,314 3,510
5,477
_
—
—
—
—
—
—
—
0,870
0,737
—
3,700 4,050 1,410 2,590 5,150 105,089
—
—
0,037 0,028 —
0,021
—
—
0,023 0,016 —
0,192
0,512 —
—
—
—
—
11,760
—
—
—
0,820
—
—
—
—
—
—
4,272 4,094 1,410 2,590 5,150 105,202
11,760
0,820
—
3,240 2,088 2,357 3,104 1,940 101,190
—
—
0,517 0,393 —
0,225
—
—
0,018 0,016 —
0,110
0,860 —
—
—
—
—
0,469
—
—
—
0,52
—
—
—
—
—
—
4,635 2,497 2,357 3,104 1,940 101,525
0,469
0,52
—
—
-
—
Пробная площадь 3,10Б + Ива, 31 год
Древостой
Подрост
Подлесок
Травы
Итого
_
Пробная площадь 4Д 0Б + Е, 50 лет
Древостой
Подрост
Подлесок
Травы
Итого
_.
Пробная площадь 5 , 10Б -| Ос. 33 года
Древостой
Подрост
Подлесок
Травы
Итого
_
1,700
—
—
—
52,20
—
—
—
5,28
—
—
—
0,52
—
—
—
—
—
—
2,822 4,287 3,386 8,701 1,700
52,20
5,28
0,52
—
1,975 4,136 3,014 8,701
0,113 0,105 0,090 —
0,054 0,046 0,282 —
—
0,680 —
—
293
Т а б л и ц а 134
(окончание)
Части дерева и фитоцценозы
В2тви
Ярус фитоценоза
листья
облист*
> 3 см 3—1 см < 1 см вленные
ствол
в том
числе
кора
мерт­
вые
ветви
итого ор*
ганической массы
3,67
0,723 102,065
—
—
3,67
0,723 102,065
9,91
Пробная площадь 6,9Б 10с, 65 лет
Древостой
Подрост
Подлесок
Травы
Итого
3,446
0,023
0,224
7,80
11,493
_
—
—
—
12,544
0,021
0,167
—
— ■ 12,732
_
_
—
—
—
—
—
—
85,352
0,011
1,172
—
—
—
86,535
Пробная площадь
Древостой
Подрост
Подлесок
Травы
Итого
4,100
0,147
0,021
0,868
5,136
_
—
11,890
0,172
0,123
-
—
12,185
—
—
—
—
-
—
—
—
—
7, ЮБ, 38 лет
—
—
147,500
0,138
—
—
—
—
—
—
—
—
0,443 1639,330
—
0,457
—
0,144
—
0,868
—
—
9,91
0,443 1640,799
147,638
—
Пробная площадь 8,9Б 10с, 70 лет
Древостой
Подрост
Подлесок
Травы
Итого
2,956
1,765
0,110
0,340
5,171
—
21,000
3,108
0,067
—
24,175
—
—
—
—
—
225,00
15,95
0,56
241,51
Не опр.
»
»
0,04 248,96
1,65 22,473
—
0,737
0,340
—
1,63 272,510
Пробная площадь 9,8Б 20с, 33 года
Древостой
Подрост
Подлесок
Травы
Итого
1,782
0,003
0,173
1,770
3,734
—
4,475
0,003
2,930
—
7,414
—
_
_
—
—
-
—
—
29,752
0,005
1,511
0,564 36,573
—
0,023
—
4,614
1,770
—
—
31,268
0,564 42,980
и осиновые. Дуб восстанавливается еще хуже ели, и поэтому его в насто­
ящее время здесь так мало.
Широколиственно-сосновые леса расположены вдоль наиболее круп­
ных рек и на водоразделах Приволжской возвышенности. Они приуро­
чены к пескам и песчаникам. По мере движения на восток сосновые леса
в хвойно-широколиственной подзоне постепенно выклиниваются, господ­
ствуя лишь на древнеаллювиальных равнинах (Мещерская низина, М а ­
рийская низина).
Н а обширных территориях средне- и южнотаежных лесов сосняки
и хвойно-широколиственные леса не остаются однотипными на всем про­
странстве от берегов Балтийского моря до Енисея.
/
Основные группы типов леса сосняков следующие: зеленомошники,
долгомошники и сфагновые сосняки.
294
Взаимоотношения между хвойными и широколиственными породами
зависят от суровости зим или ж е от засушливости погоды. В морозные
зимы дуб сильно страдает от морозов, а ель в засушливые годы усыхает
и поражается грибами и насекомыми.
Л еса Русской равнины на западе в большей степени насыщены та е ж ­
ными элементами европейского типа, а на востоке — сибирского и харак­
теризуются простой структурой. Среди них значительный удельный вес
имеют сообщества с господством в древостое ели. Из широколиственных
пород доминируют липа и дуб.
Хвойно-широколиственные леса приурочены к дерново-подзолистым,
дерново-среднеподзолистым, дерново-сильноподзолистым и бурым лес­
ным почвам.
Дерново-среднеподзолистые почвы характеризуются резким снижени­
ем содерж ания гумуса с глубиной. Реакция почвенного раствора кислая
или слабокислая, а в нижних горизонтах профиля нейтральная. Емкость
поглощения и степень насыщенности основаниями верхних горизонтов
по сравнению с дерново-сильноподзолистыми почвами возрастают.
Дерново-слабоподзолистые почвы отличаются слабокислой реакцией
и менее резким снижением содержания гумуса с глубиной.
Различия дерново-подзолистых почв проявляются в разной мощности
и в разной степени оструктуренности генетических горизонтов, обуслов­
ливающих различие в водном, воздушном, тепловом и питательном режи­
мах. Так, почвы на флювиогляциальных и древнеаллювиальных песчаных
отложениях бесструктурные, с плохо сформированными генетическими
горизонтами, отличаются наименьшим плодородием. Дерново-подзоли­
стые почвы, развивающиеся на моренных валунных отложениях, отлича­
ются плохими водно-воздушными свойствами, слабо поддаются окульту­
риванию. Наиболее богатыми среди дерново-подзолистых почв являются
почвы, формирующиеся на лёссовидных покровных суглинках, облада­
ющих хорошей структурой и благоприятным для растений водно-воздуш­
ным режимом.
Чистые сосновые древостой с примесью ели приурочены к песчаным
почвам, развивающимся на послетретичных отложениях. В Прокудином
бору, где выявлялась продуктивность сосновых древостоев, преоблада­
ют дерновые, в различной степени песчаные и супесчаные почвы на глу­
боких песках.
Грунтовые воды во всех типах леса залегают неглубоко — от 1 до
3.5 м. Наши исследования проводились на повышенных местоположени­
ях, занятых преимущественно сосняками зеленомошниками и бруснични­
ками. Почвы по всему профилю кислые, pH солевой вытяжки равна 4,3—
4.6 и только на глубине 110— 120 см повышается до 5,4. Эти почвы бедны
перегноем. Л ишь в горизонте А0 количество перегноя равно 41,3%. В сле­
дующем горизонте — А2— на глубине 10—20 см перегноя содержится
только 1,01%; в горизонтах В) и В2 количество его понижается до
0,24%, а в горизонте В3 снова повышается до 0,41—0,51% (табл. 135).
Количество гигроскопической воды довольно равномерно убывает
с увеличением глубины почвы. Лесная подстилка богата обменными
катионами кальция и магния.
Почва Прокудина бора заметно беднее, чем в Серебряном бору. Вы­
сокое содержание кремнекислоты в почвах Прокудина бора свидетельст­
вует о большей их оподзоленности.
Обменный кальций в большом количестве содержится лишь в гори­
зонте А0, а в наименьшем в горизонте Аг. Обменный магний, равный
5,2 м г-экв, обнаружен лишь в горизонте А0. В более глубоких слоях обна­
ружены только его следы. Поглощенный водород в повышенном количе­
стве обнаружен в горизонте Bi и Аг.
Состав обменных оснований на песчаных почвах в типе бруснично­
мшистого бора с еловым ярусом приведен в табл. 136.
295
Таблица
135
Химический состав песчаных почв в сосняке зеленомошнике
Глубина
горизонта,,
Горизонт
см
А0/ Ах
а2
Bi
в2
0 -8
1 0 -2 0
4 0 -5 0
80—90
Вз
1 1 0 — 120
Макси­
мальная
Гигроско­ гигроско­
пическая
пичность,
вода,, %
по Митчерлиху
5,501
0,765
0,478
0,465
0,401
11,314
1,541
0,897
0,952
0,783
Валовое содержание элементов
Перегной,
по Тюри­
ну, %
pH соле­
вой вы­
тяж ки
41,31
1,01
0,24
0,24
0,41
4 ,3
4 ,3
4 ,6
4 ,6
5 ,4
sio2
R2O3
Fe20 3
88,14
92,44
95,37
98,17
92,76
2,811
2,689
3,086
3,129
3,189
0,603
0,838
0,838
0,765
0,738
Содержание гигроскопической влаги уменьшается от верхних гори­
зонтов к нижним, за исключением горизонта А2, где содержание гигро­
скопической воды значительно ниже, чем в верхнем А0 и нижнем гори­
зонте Вь М аксимальная гигроскопичность почвы в горизонте Bi также
выше, чем в соседних.
Почвы в бруснично-мшистых борах под пологом сосны на всю глуби­
ну кислые. Почвы под сосняком бруснично-мшистым с еловым ярусом
более супесчаные и д а ж е легкосуглинистые на песках, что подтвержда­
ется данными механического анализа. Здесь до глубины 50 см глинистая
фракция с диаметром менее 0,01 мм составляет 17—24% .В ортзандовой
прослойке глинистых частиц такж е больше, чем в прилегающих к ней
слоях. Обменных кальция и магния в горизонте А0 соответственно 22,47
и 5,25 мэкв.
Подробное распределение их по горизонтам видно из табл. 136.
Данны е продуктивности сосновых древостоев в подзоне хвойно-широ­
колиственных лесов приводятся в табл. 137. Общая продуктивность орга­
нической массы, включая отпад деревьев и всех их частей, к 150-летнему
возрасту составляет 579,24 г/га. В то ж е время в растущей части сосре­
доточено 392,82 т/га. Наибольш ая часть органической массы содержит­
ся в стволовой растущей древесине— 271,70 т/га и 61,38 т/га в стволах,
отмерших в течение 150 лет.
Данные по органической массе опада приводятся в табл. 138.
Соотношение меж ду общей продуктивностью древесной массы и р а ­
стущей по отдельным 20-летним классам возраста видно при сопоставле­
нии данных табл. 137 и 138.
М асса недревесных материалов нарастающим итогом превышает в
рассматриваемых древостоях общую древесную массу вместе с опадом
Таблица
136
Состав обменных оснований в типе леса бруснично-мшистом
Гори­
зонт
Ао
А2'
Bi
В2
Вз
с
с
296
Глубина Гигроско­
горизонта, пическая
см
вода, %
0—6
1 0 — 20
25—35
40—50
60—70
100— 110
140—150
6,140
0,650
1,305
0,982
0,593
0,240
0,439
Максималь­
ная гигро­ Перегной, pH солевой
скопич­ по Тюрину вытяжки
ность
13,813
1,761
2,812
1,919
1,141
0,506
0,919
41,31
1,040
0,503
0,523
0,245
0,226
0,056
4 ,3
4 ,3
4 ,5
4 ,8
4 ,8
4,6
4 ,5
Обменные катионы,
Са! +
M g2+
22,47 5,25
0,64 Следы
»
0,97
»
0,86
»
0,81
»
0,71
»
1,0
мг-экв
Сумма
поглощен­ основа­
ний
ный Н-
0,31
0,50
0,10
0,05
0,05
0,04
0,05
28,03
1,14
1,07
0,71
0,86
0,75
1,05
Сумма обменных оснований, мг-экв
Валовое содержание элементов
А12О з
Р 2о 6
СаО
M gO
МпО
Са2+
M g2+
н-
2,208
1,851
2,248
2,347
2,457
0,92
0,031
0,028
0,024
0,031
0,717
0,263
0,261
0,294
0,286
0,333
0,248
0,243
0,241
0,281
0,585
0,156
0,117
0,117
0,123
17,67
0,56
0,71
0,71
Следы
3,39
Следы
0,35
0,10
0,05
0,04
0,07
»
»
»
Сумма ос­
нований
21,41
0,660
0,76
0,75
—
Обменный
алюминий, по
Соколову
6,79
3,04
1,81
2,53
2,88
к 150-летнему возрасту почти на 121 т/га. Следовательно, в течение 150 лет
сосновый древостой производит 1279 г/га органической массы, или в
среднем 8,53 т/га в год. Р астущ ая хвоя в среднем за 150 лет составляет
массу менее 3 т/га в год, с максимумом в 40 лет.
Наибольшее общее потребление минеральных веществ в 90-летнем
чистом сосновом древостое приходится на калий, затем серу и кальций,
заметно меньше — на алюминий, кремний, магний и фосфор. Незначи­
тельно потребление марганца, серы, натрия и ж елеза (табл. 139).
Значительная часть эгого количества ежегодно возвращается с Дре­
весным опадом. Поступление минеральных веществ в почву в опаде про­
исходит в течение длительного периода: мелкие ветви разрушаются в
первые 5 лет после выпадения на землю, крупные ветви и корни распада­
ются в течение 10 лет, мелкие деревья в течение 15 лет, а крупные (диа­
метром 25 см и выше) в течение 30—50 лет. Недревесный годичный опад
разруш ается в течение 2— 3 лет.
Таким образом, процесс самоснабжения растущей части древостоя
минеральными веществами происходит непрерывно из года в год. В наи­
большем количестве участвует в этом круговороте веществ азот, при­
чем подавляющее количество его возвращается с опадом.
Продуктивность растущей части сосновых древостоев разного возра­
ста в подзоне хвойно-широколиственных лесов (Мордовская АССР) в
70-летнем возрасте составляет 274,6 т/га, а в 94-летнем —248,5' т/га
(табл. 140).
Продуктивность органической массы в еловых древостоях ельника
крупнопапоротникового изучалагч R В. Смирновым (1971), (табл. 141).
Под пологом 85-летнего елового древостоя масса травяного покрова
в абсолютно сухом состоянии составила 0,196 т/га, а мохового покрова
0,425 т/га.
Опад в ельнике кислично-разнотравном равен 3,193 т/га и отпад
3,252 т/га в год.
Химический состав лесных подстилок детально изучал Б. П. Граду­
сов (1958) в ельнике зеленомошнике и березняке разнотравном Звениго­
родской биостанции МГУ. Химический состав подстилки приводится в
табл. 142.
Почва в ельнике зеленомошнике — подзол на грубопесчанистом валун­
ном суглинке. В составе древостоя 0,1 березы.
В березняке разнотравном, имеющем состав 7БЗС + Е, почвенный мо­
ховой покров довольно развит.
Почва слабодерновая, сильноподзолистая, песчанисто-суглинистая.
Подстилка мощностью 2— 3 см.
Почвы обладают близким строением почвенного профиля, но в берез­
няке они отличаются большим развитием перегнойно-аккумулятивного
горизонта Ai в результате воздействия подроста. Общий запас подстил297
Таблица
137
П родуктивность растущей части и отпада чистых сосновых древостоев в Прокудином
бору (в абсолю тно сухом состоянии в т / г а )
Возраст, лет
Ч асть древостоя
40
80
60
100
120
140
150
Растущая часть
Стволы с корой
Ветви крупные
Ветви мелкие
Корни крупные
Корни мелкие
39,03 104,50 163,80 203,40 227,00 247,80 264,50
3,57
8,13 14,4 21,50 28,82 25,30 26,30
8,90 10,57 9,19 7,26 6,28 5,37 7,46
20,86 30,59 39,0 50,26 55,44 55,20 60,43
0,26
2,93 6,43 9,83 12,10 17,63 21,50
Итого
271,70
27,80
8,39
60,43
24,50
72,62 156,72 232,82 292,25 329,64 351,30 380,19 392,82
Отпад
Стволов
Ветвей крупных и мелких
Корней ^крупных
Корней мелких
Отпад ветвей в процессе очист­
ки стволов
1,73 14,18 34,16 45,03 50,69 55,28 59,35 61,38
0,39 2,22 4,22 4,83 5,03 5,14 5,24 5,30
1,22 6,72 14,12 17,88 19,79 21,13 22,40 23,12
0,63 2,63 5,73 8,28 10,92 11,98 12,76 11,12
Итого
Всего древесины
5,02 50,85 106,03 134,42 156,43 170,83 182,05 186,42
77,64 207,57 338,85 426,67 486,07 522,13 562,24 579,24
Таблица
1,05 25,10 47,8
58,40 70,10 77,30 82,3
85,50
138
М асса опада сосны в подзоне хвойно-ш ироколиственных лесов (в т / г а )
Возраст, лет
Недревесное органи­
ческое вещество
Живая хвоя на де­
ревьях
•Опад хвои
Шишки
Мужские цветки
Пыльца
Семена
Моховой покров
Всего недревесной
массы
20
40
66,360 147,94
32,720 73,96
0
0
0
0
0,003
0,150
60
220,19
109,60
0,20
80
279,40
139,70
1,60
0,15
0,05
0,011
0,45
0,48
0,07
0,021
1,95
0,98
0,12
0,025
2,99
99,233 222,561
332,511
424,815
100
331,50
165,70
5,00
1,69
0,14
0,032
3,95
120
140
150
372,50 424,40 444,13
191,30 212,2 221,67
12,20 19,00 21,10
2,65 3,61 3,91
0,17 0,22 0,23
0,058 0,067 0,067
5,80 8,06 9,10
508,012 584,69 667,56 700,21
ки б ельнике 21 г/га, в березняке 18 r /га в абсолютно сухом состоянии.
Распределение по слоям следующее (в т/га):
Ельник
L
2,89
F
8,23
Н
10,13
Бгрезняк
L
1,06
F
6,07
Н
10,86
Анализ подстилки показывает, что с глубиной, по мере гумификации,
содержание органической части уменьшается, а минеральной возрастает
(табл. 143).
298
Таблица
139
Вынос минеральных веществ из почвы в процессе наращ ивания древесной и недревес­
ной массы (органических веществ) в год и возвращ ение с опадом и отпадом в сосновом
древостое 90-летнего возраста в подзоне хвойно-ш кроколиственных лесов (в к г [ г а )
Г руппа органических веществ
(в среднем за год)
Растущая древесина и хвоя
зеленая
Отпад древесины в процессе
роста
Опад недревесноя массы
Всего
Si
Fe
А1
Мп
Са
Mg
0,729
0,165
0,879
0,276
1,578
0,581
0,301
0,477
0,030
0,133
0,293
0,618
0,0Э2
0,195
0,254
1,425
0,259
0,041
1,508
0,328
1,790
0,563
3,257
1,241
Группа органических веществ
(в среднем за год)
к
Растущая древесина и хвоя
зеленая
Отпад древесины в процессе
роста
Опад недревесной массы
Всего
Таблица
Na
Р
S
N
2,931
0,363
0,500
2,131
1,996
0,782
2,33
0,139
—
0,257
0,373
0,341
1,71
0,599
7,410
1,130
4,182
10,005
6,043
—
140
Продуктивность органической массы сосны в сосновы х древостоях Мордовской АССР
■(в т ! г % в абсолю тно сухом состоянии)
(по Ремезову, Быковой ^ Смирновой, 1959)
Вес корней
Вес надземных органов
Ч исло д е­
ревьев на
1 га
8280
3820
1476
820
556
Возраст,
лет
14
32
45
71
94
ветвей
хвоя
5,37
4,1
6 ,6
8 ,6
3,9
мелких
6,89
5,7
4 ,2
6,9
4 ,2
круп ­
ных
_
—
10,8
11,5
8 ,6
ствол
круп­
ных
мелких
итого
42,13
79,1
116,0
184,0
169,0
3,01
11,4
36,9
58,9
51,9
6,87
8 ,1
101
4,7
10,9
9,87
19,1
4 7,0
63,6
62,8
Вес всего
древостоя
64,3
108,0
184,6
274,6
.248,5
По мере гумификации лесного опада происходит снижение содержа­
ния углерода, водорода и в меньшей степени кислорода. Величины содер­
ж а н и я этих элементов отражаю т не только минерализацию лесного опа­
да, но и синтез перегнойных веществ, отличающихся более высоким со­
держанием углерода. Это видно по увеличению содержания азота, осо­
бенно в слое ферментации (F). С глубиной, по мере перехода к нижней
части подстилки, увеличивается содержание кремния, алюминия и ж еле­
з а при одновременном уменьшении кальция, магния, серы и фосфора,
что указывает на вымывание из подстилки этих элементов.
299
Таблица
141
Масса органического вещества в еловом древостое 85-летнего возраста в ельнике
крупнопапоротниковом (по Смирнову, 1971)
Абсолютнр сухое состояние
Ч асть дерева
т]га
Ствол
Кора
Древесина
Ветви
Толстые
Тонкие
Итого
Итого
Хвоя
Итого надземная часть
Пни
Корневые лапы
Корни
И т о г о подзе мная часть
с пне м
Весь древостой
Ветви отмершие
Таблица
Вода
Фракция
%
%
т/га
13,0
148,8
8
92
15,0
143,2
53,6
49,0
161,8
17,1
13,0
63,4
158,2
49,4
56,8
43,2
12,9
8 ,8
43,0
40,4
30,1
17,1
11,8
6,7
21,7
23,5
42,1
57,9
209,0
81,9
2 ,8
8,9
6, 7
203/4
6,3
22,8
17, 2
7,9
20,5
13,4
49,3
55,6
47,3
43,9
46,3
255,3
11,0
18,1
100
—
41,8
245,2
—
47,4
49 ,0
—
142
Состав лесных подстилок по генетическим слоям (в % на абсолютно сухое вещество)
Еловая подстилка
Слой подстилки
минераль­ органичес­
ные вклю­ кая часть
чения
зола
Елово-березовая подстилка
зола
минераль­ органичес­
ные вклю­ кая част>чения
Опад
|
3,16
|
0,27
|
96,57
Подстилка
Побуревший, но сохранив­
ший анатомическое строение
листьев и хвои — L
Полуразложившиеся темно­
бурые листья березы, хвоя
ели — F
Сохранил лишь отдельные
веточки, еще сохраняет ана­
томическое строение — Н
300
3,14
4,98
91,88
3,19
6,53
3,61
16,12
80,27
3,98
17,83
4,17
29,13
66,70
4,53
31,68
Таблица
143
Данны е валового химического анализа лесных подстилок
(в % на высушенное вещество) (по Градусову, 1958)
Слой
под­
стилки
с
О
Si
N
Н
А1
Са
Fe
Mg
К
S
Р
Ельник зеленомошник
Опад
50,44 38,30
5,83
0,91
0 , 7 1 1 0,15 | 0,03
1,26
0,41
0,26
0,18
1,23
1,18
0,76
0,31
0,30
0,30
0,24
0,13
0,03
0,14
0,11
0,03
1,36
1,38
1,25
0,32
0,32
0,27
0,31
0,18
0,05
0,21
0,21
0,17
Подстилка
L
Г
н
46,43 38,58
40,87 34,58
36,96 26,87
6,91
4,85
2,83
1,17
1,45
1,32
3,01
8,66
15,23
0,32
0,58
1,03
0,14
0,22
0,35
Березняк разнотравный
Подстилка
L
F
JH
44,92 39,13
35,36 35,37
34,43 25,40
Таблица
6,24
5,47
3,86
1,37
1,66
1,18
3,86
8,83
15,84
0,43
0,48
1,26
0,22
0,38
0,47
144
Химический состав органического вещ ества лесных подстилок (в % )
<(по Градусову, 1958)
стилки
Водораст­
Лнгнин воримые
вещества
ГемиБитумы целлю ­ чатка
л о за
Ельник
L
F
Н
11,8
10,4
10,5
12,6
7,3
6,8
25,7
18,4
16,3
27,3
21,9
19,3
Березняк
L
F
Н
9, 9
9,3
8 ,4
14,5
9,7
6,3
26,1
19,0
16,6
27,7
20,1
18,7
ты
Фуль- воривокислоты
таток
Отношение
гуминовых
кислот к
фульрокислотам
Степень
разложе­
ния по
ацетифомиду
зеленомошник
3,3
2 ,4
1,5
2,9
6 ,4
7 ,2
4 ,3
13,7
15,2
8,6
16,4
18,5
0 ,6
0,5
0,5
7 ,8
16,0
17,9
0 ,5
0,5
0,6
разнотравный
2 ,8
2,2
1,0
2,6
7,5
8,5
5,3
14,0
14,3
В подстилках различных насаждений накапливается значительное
количество азота и зольных элементов (кг/га):
N
Si
Р
А1
Fe
Са
Mg
S
к
Ельник зеленомошник
Березняк разнотравный
2,87 23,42 1,67
2,43 22,95 1,71
0,58
0,76
2,10
2,34
0,59
0,52
0,29
0,20
0,22
0,33
0,18
0,60
Данные анализа химического состава органического вещества лесной
подстилки ельника зеленомошника и березняка разнотравного показы­
вают, что, по мере перехода от верхнего слоя лесной подстилки к нижне­
му, уменьшается содержание органических соединений, входящих в со­
с т а в органических остатков (гемицеллюлозы, клетчатки, лигнина) и воз301
Т а б л и ц а 145
Органическая масса в березовых древостоях различного возраста (в т /г а )
Ствол
Ветви
Возраст,
л ет
22
44
50
62
82
Хвоя,
лрства
Древесная порода
Лиственные
Береза
Береза*
Ель
Лиственница
2 ,6
22
44
50
62
итого
древе­
сина
кора
итого
3,3
3 ,7
6 ,4
2 ,7
6 ,0
148,8
13,0
161,8
8 ,0
—
—
1 2 0 ,0
—
—
117,6
2 ,9
2 ,1
2 ,1
2 ,1
5 ,2
11,4
И того**
5,0
7,3
13,5
Береза и ель***
3 ,0
5,1
14,8
Д ревесная по­
рода
Лиственные
Береза
Береза*
Ель
Лиственница
И т о го * *
82
тол­
стые
11,7
18,1
4 ,2
16,6
2 ,4
2 ,2
Корни
В оз­
раст,
лет
тонкие
Береза и
ель***
Общий
вес
над­
земных
частей
11,7
209,0
134,1
149,9
13,5
1 ,2
8 8 ,0
10,9
129,6
14,7
98,9
2 0 ,8
101,5
1 2 ,1
113,6
139,4
1 9 ,9
128,6
—
—
151,5-
Вся
Травянистая расти­
ж ивая
тельность
орга­
ничес­
кая
надзем­
итого
корни
масса ная
2 1 ,8
Мохо­ , Общая Отмер­
вой
фито­ шие
покров масса ветви]
тонкие
тол ­
стые
ИТОГО
2 ,7
4 3 ,6
4 6 ,3
2 5 5 ,3
0 ,2
0 ,8
1 ,0
0 ,4
2 5 6 ,7
1 1 ,0
5 ,8
—
3 9 ,7
4 5 ,5
1 9 5 ,4
—
—
—
—
—
—
—
3 J
4 , 6
3 1 ,3
3 5 ,9
1 5 3 ,2
4 , 6
3 1 ,3
3 9 ,0
1 7 8 ,1
0 ,4
1 ,9
2 ,3
—
183,1
0 ,7
—
—
—
—
—
—
—
—
—
2 4 ,9
—
* Вес надземных частей подлеска 3,9 т /г а .
*•* Вес подр'оста 2,4 т /га (2,0 mjaa, надземная часть, 0,4 корни).
***' Общий вес надземных частей 7,1 т /га, из них 5,6 m/га стволы.
растает содержание специфических почвенных органических соединений
(гуминовые кислоты и фульвокислоты, нерастворимый остаток). Это по­
казывает , что разложение растительных остатков сопровождается син­
тезом перегнойных веществ (табл. 144).
Слабо изменяется с глубиной содержание в подстилке битумов, в под­
стилке ельника несколько больше, чем в подстилке берязняка. Сравни­
тельно небольшую разницу в содержании битумов в подстилках следует
поставить в зависимость от участия в березняке подроста ели. Заметно
небольшое содержание гуминовых кислот (2,6— 2,9%) и фульвокислот в
слое хвои и листвы, мало затронутых разложением.
Березовые древостой в подзоне хвойно-широколиственных лесов пред­
ставлены вторичными лесами, возникшими на месте ельников и сосняков,
уничтоженных пожарами, или появившимися на вырубках. Березовые леса
европейской части СССР представлены двумя видами. Береза бородав­
чатая приурочена в основном к сухим и дренированным почвам, а бере­
за пушистая к более увлажненным местообитаниям. Однако оба вида
растут и совместно. Березы являются почвоулучшающими породами, их
опад, особенно листва, задерж ивает процесс образования грубого гумуса.
Густое заселение березой заболачивающихся вырубок ведет к их разбо302
лачиванию и разрушению грубого гумуса. Однако наблюдающееся улуч­
шение почвы березой не восполняет потерь хвойной древесины.
Вызываемая деятельностью человека смена хвойных на лиственные
направлена к созданию неполноценных и менее продуктивных древостоев. Процесс смены хвойных выражен тем сильнее, чем лучше условия
местопроизрастания и богаче почва минеральными веществами и азотом.
Н е допуская недооценки полезности березовых и осиновых лесов, все
ж е надо иметь в виду, что непрерывное пользование не должно вести к
истощению вообще запасов древесины за счет лиственных, тем более, что
их продуктивность, и особенно быстрая потеря качеств древесины, свя­
занная с грибами-разрушителями, заставляет думать о заблаговремен­
ном предотвращении возникающей хозяйственной диспропорции. Высо­
кую интенсивность нельзя понимать только в направлении усиления вы­
рубки лесов и расширения площадей лесозаготовок, а надо понимать и
как сумму лесохозяйственных работ и всестороннего использования всей
органической массы, создания оптимального состава лесов посредством
естественного и искусственного возобновления на вырубках.
В этой связи по существу и начаты работы по учету органической
массы разных пород в различны х зонах, а такж е и для того, чтобы полу­
чить представление о тех богатствах, которыми страна располагает, и
что может использовать дополнительно к тому, что уже используется.
Продуктивность березовых древостоев в подзоне хвойно-широколист­
венных лесов ниже, чем хвойных. Следовательно, в интересах увеличения
продуктивности на единицу площади необходимо выращивать древостой
из других древесных пород.
В подзоне хвойно-широколиственных лесов продуктивность органи­
ческой массы изучалась В. В. Смирновым (1971) в 22, 44 и 50-летних чи­
стых березовых древостоях, а такж е в елово-березовых 62-летних
(табл, 145).
Исследования проводились на дерново-среднеподзолистой суглини­
стой почве, подстилаемой моренным суглинком, в типе леса березняк
разнотравный.
Нами изучалась продуктивность органической массы полных сомкну
тых чистых березовых древостоев Московской обл. (табл. 146).
Исследования проведены в кислично-черничных березняках на дерно­
во-суглинистой почве, подстилаемой моренным суглинком.
Суммарное накопление древесной массы за 100 лет составило326,79 г/га.
Недревесный опад, или масса органического вещества, нарастающая
ежегодно, а затем опадаю щ ая весной, летом или осенью, составляет
28,21 т/га. О бщ ая масса листвы за 100 лет составляет около 400 т/га.
Таким образом, общая продуктивность рассматриваемого фитоценоза
за 100 лет составляет около 730 т/га.
Круговорот минеральных веществ зависит не только от вида древес­
ной породы, но и от ее продуктивности. Береза отличается повышенным
содержанием в древесине кальция, калия и азота, однако низкая продук­
тивность березовых древостоев вызывает незначительное поступление с
опадом в почву этих элементов по сравнению с дубовым опадом. Однако
по сравнению с чистыми сосновыми древостоями, выросшими в этой же
подзоне хвойно-широколиственных пород, опад березы отличается бога­
тым содержанием минеральных веществ.
В березовом опаде содержится 10,5 кг/га кальция, 7,69 кг/га калия,
17,28 кг/га азота и 4,071 кг/га магния. Заметно меньше содержание алю­
миния, фосфора и кремния, мало марганца, серы и очень мало железа
(табл. 147).
Сочетание в насаждениях сосны с березой будет содействовать увели­
чению поступления с опадом калия, кальция и азота, обеспечит наиболее
полное снабжение древостоев необходимыми минеральными веществами.
303
Таблица
146
М асса в березовых древостоях разного возраста в типе леса кислично-черничном в
подзоне хвойно-широколиственных лесов (в т / г а в абсолю тно сухом состоянии)
Возраст, лет
Часть дерева
10
20
|
30
40
|
50
60
70
80
90
100
Масса растущей древесины
Стволы
в том числе кора
Ветви
крупные
мелкие
Корни
крупные
мелкие
Итого
12,15 30,01 56,51 87,55 108,51 132,14 145,53 160,51 167,52 174,13
4,11 8,03 12,16 16,13 16,05 16,52 16,51 18,52 18,14 18,12
0,81
1,95
1,01
1,32
4,03
3,61
8,12 12,14 14,81 15,14 17,81 20,12 23,54
6,02 8,13 10,14 14,81 14,31 15,14 15,30
1,14
0,89
2,00
1,15
4,05
2,00
6,93
3,35
9,86 13,67 11,43 11,48 13,50 13,21
4,08 5,15 5,98 6,51 650,00 6,80
16,94 35,49 70,20 111,97 142,72 175,91 192,89 210,62 222,73 232,98
Масса древесного отпада
Стволы
Ветви
Корни
Отпад ветвей в
процессе очистки
стволов
Корнепад у расту­
щих деревьев
0,07
0,02
0,21
1,02
0,26
0,41
3,15
0,80
1,04
6,11 10,31 13,22 15,24 22,98 24,14 25,41
1,52 1,86 2,86 3,52 4,48 4,60 4,81
1,65 3,01 4,40 6,52 8,01 8,21 8,47
0
2,06
2,32
6,80 10,10 16,81 26,82 38,12 46,31 52,11
0
0,17
0,30
0,43
Итого
от п а д а
0,30
3,92
7,61 16,51 26,75 39,79 54,67 76,29 86,11 93,81
Итого дре­
в е с н о й массы
1,47
2,50
2,57
2,70
2,85
3,01
17,24 39,41 77,81 128,48 169,47 215,70 247,56 286,91 308,89 326,79
Масса недревесного отпада
Листва
Мужские сережки
с пыльцой
в том числе пыльца
Женские зрелые се­
режки
в том числе семена
Чешуйки без семян
Масса травяного
п крова
Масса отпада мха
Масса ягодников
Итого
не­
древесной
массы
Вся орга­
ническая
масса
2,91
0
3,42 3,61 3,71 3,85 3,93 4,10 4,61 5,00 5,35
0,059 0,100 0,185 0,300 0,384 0,443 0,521 0,588 0,640
0
0
0,056 0,070 0,105 0,165 0,206 0,254 0,320 0,380 0,425
0,003 0,051 0,132 0,207 0,261 0,295 0,328 0,339 0,345
0
0
1,63
0,001 0,017 0,044 0,089 0,087 0,038 0,103 0,113 0,115
0,002 0,034 0,088 0,132 0,174 0,197 0,219 0,226 0,230
2,90 0,030 0,180 1,36 4,90 8,03 12,43 16,21 19,70
0
0
0
0
0
0
0,03
4,54
6,38
3,85
4,297 5,913 9,795 13,363 18,479 22,972 28,210
0,13 0,200 0,25 0,31 0,44 0,58
0,035 0,110 0,185 0,280 0,395 0,825
21,78 45,78 81,66 132,79 175,38 225,49 280,92 305,39 331,86 354,23
М а с с а л и с т ­ 29,1
вы, с у м м а р ­
ные и т о г и
63,3
99,4
132,5 170,0 209,3 250,3 296,4 346,4 399,9
Таблица
147
Вынос минеральных веществ из почвы в процессе наращ ивания древесной и
недревесной массы в год в березняке чернично-кисличном 55-летнего возраста и
возвращ ение их с опадом и отпадом в подзоне хвойно-широколиственных лесов (в к г / г а )
Группа органичес­
ких веществ (в сред­
нем за год)
Растущая древеси­
на
Отпад древесной
массы в процессе
роста
Опад недревесной
массы
Общая продуктив­
ность
Si
А1
Fe
Mn
Са
Mg
К
р
S
1,101 1 , 8 0
N
4,045
0,344
2,185
1,337
0,536
3,408
1,642
2,706
0,170
1,503
0,035
0,112
2,467
1,072
1,551 0 , 4 3 4
0,573
1,593
2,0i4
0,181
0,824 10,488 4,071
7,690 1,742
0,685 17,278
2,107
5,772
1,603
1,472 16,363 6,785 11,947 3,194
3,058 23,674
2,351
Ш и р о к о л и с т в е н н ы е л е с а л е с о с т е п н о й з о н ы . В широко­
лиственных лесах изучение продуктивности древостоев проводилось нами
в дубравах Воронежской обл. на базе Теллермановского опытного лесни­
чества Л аборатории лесоведения АН СССР. П режде чем приступить к
характеристике продуктивности дубрав, мы скажем несколько слов о ши­
роколиственных лесах.
Широколиственные леса в европейской части СССР состоят из следу­
ющих видов: дуба черешчатого, липы мелколистной, ясеня, кленов остро­
листного, полевого и ильма. В подлеске клен татарский, лещина и береск­
лет бородавчатый.
Д л я широколиственных лесов характерны по составу сложные дре­
востой, состоящие из нескольких ярусов. Травяной покров широколист­
венных лесов состоит из зеленчука, ясменника, европейского копытеня,
пролеска меркуриалис, звездчатки, сныти, осоки волосистой. В весенний
период расцветка поверхности почвы разнообразится сциллой, хохлаткой
и анемоной. Летом в мезофитных тенистых лесах представлены Galeobdolon luteum, A sperula odorata, A sarum europaeum.
М ежду Днепром и Волгой отдельные массивы дубовых лесов распо­
ложены в лесостепи, встречаются дубравы на Среднерусской и Приволж­
ской возвышенностях.
Широколиственные леса избегают очень выщелоченных почв и отсут­
ствуют на олиготрофных болотах. Наиболее типичны для широколиствен­
ных лесов серые, темно-серые и бурые лесные почвы, но в редких случаях
они встречаются и на выщелоченных черноземах, красноземах коричне­
вых и иловато-болотных почвах. Широколиственные леса произрастают
в районах, обеспеченных влагой.
Емкость биологического круговорота веществ здесь довольно высокая,
но скорость распада органической массы значительно ниже, чем в север­
ных лесах. Это способствует накоплению в почвах гумуса, содержание ко­
торого достигает 10%. Особенно высока зольность листьев (до 5% ), в
золе много кальция (около 30% С аО ). Поэтому при разложении расти­
тельных остатков освобождается много кальция и других оснований, ней­
трализующих большую часть органических кислот.
Биогенная аккумуляция элементов выражена очень сильно, помимо
Са и Р, биогенным путем накапливаются В, Mn, Ni, Ag, As, Au, Be, Co,
Zn, Cd, Sn, Pb и другие редкие элементы. Живое вещество в широколист­
венных лесах преобразует литосферу, влияние биологического кругово­
рота в сильной степени сказывается лишь в почве, слабее затрагивая кору
выветривания.
20
А. Молчанов
305
Водопрочные агрегаты в почве имеют большое значение для расте­
ний, так как они способствуют повышению плодородия почвы. Под влия­
нием агрегатного состава не только улучшаются физические свойства
почвы, но и создаются благоприятные условия для деятельности микро­
организмов, накапливающих в почве питательные вещества, улучшаются
водно-физические свойства почвы.
Скважность темно-серой почвы с увеличением возраста древостоев
изменяется. В 20—60-летних древостоях она наибольшая. С дальнейшим
увеличением возраста она уменьшается и становится минимальной в 220летнем возрасте (Молчанов, 19646). С глубиной скважность уменьша­
ется.
Впитывание воды в почву такж е изменяется с возрастом древостоев.
На выгоне и пашне оно наименьшее, несколько больше на вырубке и еще
больше под пологом 220-летних древостоев. В лесу слабое впитывание
наблюдается в 20-летних древостоях, несколько большее — в 25-летних
и наибольшее количество воды впитывается в 45-летних древостоях.
В лесостепной зоне химический состав водных вытяжек из разных ге­
нетических горизонтов приводится в табл. 148.
Содержание кальция заметно меньше в 35 и 66-летних древостоях.
Такое ж е изменение и в тех ж е возрастах наблюдается и в содержании
фосфора.
Процентное содержание водорастворимого гумуса на 100-метровой
лесосеке через 2 года после рубки заметно выше, чем через 5 лет. На
200-метровой лесосеке, за исключением первого 10-сантиметрового гори­
зонта, содержание гумуса еще ниже, чем на 100-метровой лесосеке. Со­
держание водорастворимых Са и M g меньше всего на второй год после
рубки, на 100-метровой лесосеке заметно уменьшается содержание N 0 3
и Н С 0 3. Содержание в почве общего азота уменьшается с возрастом ле­
сосеки. Количество водорастворимого кальция в почве на лесосеках пя­
тилетней давности заметно повышается по сравнению с кальцием, содер­
ж ащ им ся в почве на двухлетней лесосеке. В количестве обменных осно­
ваний заметной разницы на лесосеках различного возраста не обнаруже­
но (Молчанов, 19646).
Содержание фосфора (по 'Груогу и Лебедянцеву) заметно больше на
100-метровой лесосеке двухлетнего возраста, чем пятилетнего. Это, воз­
можно, вызвано не только быстрым разложением подстилки и вымыва­
нием минеральных веществ из верхних горизонтов почвы, но и вовлече­
нием этих веществ в биологический кругооборот. Наибольшая кислот­
ность почвы наблюдается под пологом 56—60-летних древостоев, а такж е
старых 220-летних.
Содержание гумуса, за исключением горизонта А ь меньше всего в
приспевающих 35, 62— 60-летних древостоях. Таким образом, увеличен­
ное потребление минеральных веществ приспевающими древостоями з а ­
метно сказалось на содержании гумуса, кальция и магния, а также ни­
тратов и нитритов.
Обменные основания в темно-серых почвах в типе леса ясене-осоковоснытевая дубрава характеризуются (в м г-экв на 100 г абсолютно сухой
почвы) следующими показателями:
Обменные основания
Са2+
Mg2+
Сумма
Генетические горизонты
а;
а;
АГ
47,35
7,51
54,86
27,79
23,80
7,21
31,01
7,61
35,40
22,31
8,01
30,32
В отличие от выше рассмотренных почв содержание обменных осно­
ваний в почве значительно выше и располагается по отдельным горизон­
там сверху более равномерно.
306
Помимо кремния в почве содержится повышенное количество алюми­
ния и ж елеза. Недостаточно фосфора, марганца и магния. Калия в тричетыре раза больше, чем кальция. Окиси кремния больше, чем алюминия
(табл. 149). Биологическая продуктивность органической массы в ясенеосоково-снытевой дубраве приводится в табл. 150.
М аксимальный прирост связан с периодом кульминации текущего
прироста, наступающего в возрасте 50—60 лет. В дальнейшем он посте­
пенно уменьшается и в 180—200 лет становится отрицательным.
Прирост древесной массы вместе с опадом в период кульминации при­
роста достигает 9,0 т/га в год.
Немногим уступает прирост недревесной (биологической) массы: ли­
ствы, желудей, травяного покрова, грибов — разрушителей древесины
и др., а такж е представителей животного мира. Наибольший прирост
этой массы в период кульминации текущего прироста составляет свыше
7,0 т/га в год, в 10-летнем в о зр а с те — 3,0 т/га и в перестойном возрасте —
4,9 т/га в год.
Недревесная растительная масса почти целиком является продуктом
работы биогеоценоза одного года. Она поступает на поверхность почвы в
основном в конце вегетационного периода. Древесная масса, поступаю­
щ ая на почву в конкретном году, накапливается в течение ряда лет и вы­
падает из растущей части в результате взаимоотношений деревьев между
собой, почвой и животным миром, вредных насекомых, грибов.
Животные, особенно позвоночные, составляют незначительную массу.
Однако работа, совершаемая ими, очень существенна. Лоси на вырубках
сплошь объедают все мелкие, обычно годичные ветви — ежегодно с
каждого гектара 13— 15 кг веток в абсолютно сухом состоянии. После
обкусывания вершинок дубки очень медленно оправляются, обычно з а ­
медляют рост.
Сильное влияние на прирост биологической массы оказывают насе­
комые: непарный шелкопряд, зимняя пяденица и листовертка. Они, силь­
но объедая листву, значительную часть огрызков листвы сбрасывают на
землю, после чего резко падает фотосинтез деревьев и как следствие силь­
но снижается текущий прирост древесины. Мышевидные грызуны унич­
тож аю т и запасаю т на зиму до 700 кг/га отборных, очень высокого каче­
ства желудей. Незначительную часть в весовом отношении составляет
масса почвенной фауны и микроорганизмов, которые перерабатывают
большое количество органической массы.
Из табл. 151 видно, что в дубовых лесах лесостепи содержатся значи­
тельно больше запасов минеральных веществ по сравнению с подзоной
хвойно-широколиственных лесов и особенно — зоной тайги.
В дубравах лесостепи содержится до 85 кг/га азота, до 90 кг/га каль­
ция, 70 кг/га калия, меньшее, но значительное количество кремния, алю­
миния, магния и серы. Н а круговорот минеральных веществ оказывают
влияние состав древесных пород, их продуктивность и быстрота распада
органических веществ. В лесостепной зоне разрушение органических
веществ под влиянием почвенной фауны и микроорганизмов происходит
в подавляющей массе через 2 года и полностью годичный опад превра­
щается в гумус и минеральные вещества через 3 года.
РОЛЬ ЖИВОТНЫХ И НАСЕКОМЫХ
В ПРЕВРАЩЕНИИ ВЕЩЕСТВА И ЭНЕРГИИ
В БИОГЕОЦЕНОЗАХ
Дикие животные, как и растения, принадлежат к числу возобновимых
компонентов биосферы, но, в отличие от растений, они относятся к гете­
ротрофным организмам. Животные являются продуктом растений, поч­
вы и воды^ поэтому благоприятное сочетание водных и почвенных ресур­
сов среды с растительным покровом — надежное условие жизни живот20*
307
1 а б лица
148
Содержание гумуса, Са, Mg, Р 20 Г) и других веществ на вырубках и в древостоях различного
Возраст
древо­
стоя,
лет
9
20
Гори­
зонт
35
52
66
110
220
pH
вод­
ной
вы­
тяж ки
Щ елочность о,т
Гумус
%
Плотный
остаток,
%
0,081
1,008
0,022
1,124
0,231
0,408
0,027
0,083
0,008
0,003
0,045
0,050
—
0,002
7,35
0,144
0,285
0,031
0,503
0,018
7,45
0,089
1,121
0,013
0,006
0,038
0,208
0,125
0,004
0,005
0,084
0,003
6,90
3,66
6,85
0,143
0,077
17— 32
32-34
3,69
4,45
6,70
в
6,15
7,40
0,036
0,089
7,18
0,031
0,0046
6,40
0,152
0,064
0—6
6,81
3,77
Ai
1 8 — 39
3 9 — 43
4,29
4,87
мг-экв
0,018
0,035
5,14
7 — 17
6 — 18
%
0,014
0,038
0-7
Ai
1
мг ■же
0,277
Ai
Ах
Са2+
нсо3
%
Ах
Ai
В
28
Глубина
взятия об­ Гигроско­
пическая
разца и
горизонта, вода, %
см
Ax
0 -6
Ax
Ax
6-18
1 8 —37
5,39
3,90
6,15
4,28
6,50
В
3 7 — 45
5,28
5,85
—
1
0,122 ,
0,132
0,893 j
0, 314 !
0,189
0,131
0,284
0,015
0,254
0,016
0,791
0,013
0 , 360
0,010
0,203
0,165
0,007
0,037
0,162
0,036
0,035
0 , 23 4
0,031
0,070
0,005
0,085
0,003
0 , 13 9
6,40
6,65
0,149
0,071
0,260
0,015
0,252
0,010 0 , 1 6 6
0,015
0,007
0, 751
0,123
6,45
0,046
0,083
0,003
0,042
0,005
0,244
6,95
0,034
0,034
—
—
0,004
0,187
0,008
0,008
0,126
0,125
0,018
0,005
0,910
0,034
0,178
0,084
0,004
0,004
0,178
0,018
0,007
0,341
Ai
0 -1 0
5,05
Ai
10-25
Ai
25-44
3,98
4,35
В
44-48
5,01
Ax
0-9
9-25
5,24
5,85
0,158
0,297
Ax
4,00
6,15
0,124
Ax
2 5 — 35
4,51
6,60
0,074
0,042
В
35-40
5,03
6,30
0,026
0,032
0,003
0,005
Ax
Ax
0-7
5,03
6,30
0,161
0,300
0,026
0,420
7 — 17
3,78
6,80
0,086
0,112
0,003
0,042
Ax
17— 34
0,039
0,075
0,003
0,042
0,004
0,218
3 4 — 38
4,13
5,47
6,60
В
6,60
0,032
0,049
—
0,030
0,148
Ax
Ax
0-5
4,72
8,95
0,167
5 — 12
3,26
8,20
0,199
0,127
0,563
0,446
0,113
—
0,015
0,452
0,011
0,125
0, 341
0,265
0,887
Ax
12-30
4,20
7,10
0,069
0,042
0,032
0,008
0,005
0,083
0,003
0,005
В
30-35
4,54
6,85
0,032
0,071
0,005
0,084
0,005
Ax
Ax
6,39
3,57
5,85
0,1 62
0,436
0,033
0,642
0,025
1,271
6 , 5 — 25
6,25
0,065
0,165
0,015
0,009
Ax
2 5 — 33
3,47
6,80
0,034
0,010
0,004
0,463
0,207
В
33-38
4,46
6,10
0,048
0,036
0,249
0,166
0,101
—
0,002
0,034
0 -6 ,5
—
0,227
0,234
ных и растений. Взаимосвязь, взаимозависимость и взаимодействие всех
компонентов биогеоценоза обеспечивают его стабильность. Если исчезает
хоть одна составная часть биогеоценоза, то нарушается его сложивше­
еся равновесие и все остальные составные этого природного сообщества
терпят ущерб.
Подходя к животным с точки зрения их пользы для человека, надо
сказать, что все они частично хороши и частично плохи, и лишь немногие
животные не приносят вреда или пользы хозяйственной деятельности че­
ловека.
Ястребы, например, действительно враги домашней птицы, но они при­
носят большую пользу, истребляя мышей. То же самое можно сказать
308
возраста в осоково-снытевой дубраве
Р2о5
Mg2+
мг на 100 г
почвы
мг на
100 а
почвы
%
мг ■экв
%
0,0018
0,153
0,132
0,0070
6,98
19,48
0,0029
0 , 000Э
11,83
7,96
0,0002 0 , 2 2 5
—
—
%
2,871
0,057
0,0005
0,94
0,47
0,0074
0,037
0,0066
0,56
8,73
0,0018
0,149
0,0060
6,04
19,01
0,0003
0,0022
0,169
0,0014
1,39
20,85
0,00037 0, 0 6 8
—
—
0,0018
0,0007
—
—
0,759
0,0008
0,067
0,0007
0,72
11,23
0 , 0ЭЭ8
0,06
0,0006
0,58
11,54
0,0018
0,148
0,081
60 6
11,43
0,0003
0,0014
0,0007
0,114
0,057
0,0012
1,25
0,0002 0 , 1 9 6
0,84
0,0003
0,048
0,0008
0,0013
8,99
10,90
1,32
11,511
0,0015
0,122
0,0014
0,114
0,0066
Следы
6,61
5,16
5,88
—
0,006
0,047
1,05
6,60
—
0,006
0,048
0,0010
0,0010
1,05
7,35
С л? д ы
—
—
0,617
—
—
—
—
С л еды
%
С леды
»
—
Следы
—
__
»
—
—
0,0003
0,028
0,0013
1,26
6,42
—
—
—
Следы
0,0003
0,047
0,0008
0,079
7,66
—
—
—
0,0005
0,038
—
0,001
0,029
0,0007
—
4,59
0,09
8,67
0,0057
0,141
0,0069
0,883
6,21
0,0011
0 ,0 3 4
0,011
1 ,1 4
6 ,5 3
0 ,0 0 1 0
0,085
0 ,0 0 0 7
0 ,7 0
6 ,5 3
0 ,0 0 0 8
0 ,0 6 9
0 ,0005
0,54
8 ,0 0
0,0030
0,0014
0,0006
0,0003
0,240
0,115
0,048
0,028
0,0089
0,0011
0,0004
0,0006
8,88
1,14
0,42
16,54
10,49
8,00
8,81
0,58
0,00006 0 ,0 6 5
—
—
0,0004
—
0 ,0 0 1 2
С леды
—
0,435
3,298
3,257
0,0021 2 , 0 5 9
—
0,0001 0 , 0 8 5
—
—
—
—
0,0042
4,233
0,0204
Следы
—
0,399
__
—
—
—
—
—
0,008
0,0027
5,824
С леды 0 , 0 0 3 5
»
0,0018 1,785
2,696
3,437
0,0022 2 , 2 0 5
0 ,0032
3 ,1 6 0
С леды
С леды
0,0037
—
—
0,0012
—
—
—
0,0055 5,529
1,236
Слэды
Следы
—
—
—
—
Следы
»
—
0,0033
8,348
6,651
Следы
Следы
С леды
—
—
Сл.еды
7,47
С леды
1,832
0,0018 1,810 0,083
Следы С леды 0 , 0 0 6 6
—
—
0,0033
5,59
5,88
1,342
2,298
0,0002 0 , 2 4 9
0,88
6,41
0,0049
0,0023
0,0018
5,77
—
1,342
—
0,0058
8,66
0,0013
—
0,0009
0,0087
—
0,0022 2 , 2 4 6
—
0,232
0,085
__
_
0,086
0,127
мг на
100 г
почвы
0 , 0 1 0 5 10 , 4 9 1
0,0079 7,941
0,0034 3,379
Следы
0,0010
0,010
%
_
—
С леды Следы
»
мг на
100 г
почвы
0,0038 3,855
0,0030
0,0015
МН4
N03
NO*
Гигроско­
пическая
влага, %
—
0,0103
0,0047
0,004С
0,0017
3 ,6 9 0
1242
10,952
4,669
4,035
1738
и о совах. Когда уничтожаются лисицы, рыси, медведи и волки, их быв­
шие жертвы часто размнож аю тся так быстро, что только метеорологиче­
ские условия и голод снижают их численность.
Все живые существа выполняют определенные функции в природном
равновесии. Д а ж е медведь и лисица способствуют сокращению короедов,
усачей и других насекомых, употребляемых ими в пищу в стадии гусениц,
личинок, бабочек и жуков.
Мышевидные грызуны употребляют в пищу следующее количество
здоровых желудей на одном гектаре дубового леса: урожай слабый — до
700 кг/га, или 100% урожая, урожай средний — от 1165 до 1975, до 60%
урож ая, урожай хороший — от 2300 до 3080, до 30—35% урожая.
309
Таблица
149
Валовой анализ темно-серой лесной почвы в ясене-осоково-снытевой дубраве (в % на
минеральную массу, лишенную карбонатов и обменных Са и Mg)
Глубина
взятия об­
разца, см
.
Si02
Fe 20„
AI 2O3
P sOs
MnO
Si02
AI 2O3 : Fe 20 :,
CaO
MgO
К*0
NaaO
1,21
1,12
2,58
2,57
0, 91
8,7
8,8
8,6
8,6
0— 5
77,0
3,74
12,42
0,31
0,17
1,67
5 — 10
30-40
77,6
3,70
12,60
0,11
0,12
1,33
3,55
12,75
0,15
0,09
2,48
3,93
9,08
0,03
1,23
100—110
77,6
3,83
12,59
14,71
0,48
0,65
1,15
6 0 — 70
78,8
77,5
0,91
0,94
1,13
2,54
2,53
0,90
8,5
77,7
4,09
12,71
0,08
0,08
0,76
1 4 0 — 150
0,10
0,10
0,10
0,65
1,29
2,39
0,87
0,87
8 ,2
8,0
1 9 0 — 200
76,7
4,36
13,08
■2 2 0 — 230
79,9
81,0
3,11
3,04
10,79
10,56
29 0 — 3 00
0,90
0,08
0,07
0,65
1,29
2,38
0,07
1,20
0,87
2,37
0,98
10,7
0,08
0,7
0,45
0,55
2,29
0,78
10,9
Ж елудями дуба питаются 'кабаны, белки, сойки и др. Под пологом
дубовых древостоев повреждается и уничтожается самосев дуба до 35%,
.ясеня до 50%, клена остролистного'до 35%, липы 22% и ильма 12%.
Очень большой вред в настоящее время причиняют лоси и олени. Они
обкусывают вершины у молодых деревьев дуба и ясеня, а у деревьев
диаметром от 3 до 10 см обгрызают кору, вызывая усыхание дуба. После
20—25-детнего возраста деревьев использовать огрубевшую кору для
питания эти животные уж е не могут.
Насекомые относятся к одному из классов животного мира, отличаю­
щегося рядом особенностей, выдвигающих их по значению в природе
“к а Одно из первых мест.
Насекомые являются пищей большого количества видов птиц, содей­
ствуют опылению различных растений, многие из них сильно влияют на
жизнь леса. Нередко насекомые уничтожают частично или полностью
растительность, кардинально изменяя микроклимат местности и способ­
ствуя появлению новых биогеоценозов, отличающихся от предшест­
вующих.
Насекомые могут быть подразделены на 12 основных функциональ­
ных групп, характеризующихся главным образом особенностями пита­
ния: филлофагов (потребителей хлорофилла и тканей животных и расте­
ний), ксилофагов (потребителей древесины живых и мертвых растений),
ризофагов (потребителей подземных органов высших растений), антофилов (потребителей плодов и семян, пыльцы и нектара), мицетофагов
(потребителей грибов), фитодетритофагов (потребителей отмершего
разрушающегося растительного вещества), зоофагов (собственно хищ­
ников), зоопаразятоидов (развивающихся на других позвоночных), копрофагов (потребителей экскрементов позвоночных) и др.
Наиболее опасные вредители в широколиственных лесах: непарный
шелкопряд, листовертка, кольчатый шелкопряд, златогузка, гусеницы
зимней пяденицы, галлицы, яблоковидной орехотворки и др.
Д л я хвойных — сосновый шелкопряд, сосновая пяденица, сосновая
совка и монашенка.
Работа насекомых наиболее убедительно определяется количеством
использованных ими в процессе жизнедеятельности органических ве­
ществ и заключенной в них энергии. Например, гусеницы непарного шел­
копряда питаются не только листьями дуба, но и других пород, в част­
ности листьями липы, лещины, ильма, клена полевого, ясеня и клена
остролистного. Всеядность непарного шелкопряда в значительной мере
вызывается недостатком листьев дуба. Количество съеденной пищи и
310
■огрызков, упавших на землю, в дубовых древостоях разного возраста
в 1968 г. было следующее (потери фотосинтетического аппарата *)
{в кг!га):
33
650
310
59
450
214
74
700
342
228
150
726
Итого
960
664
1042
878
Экскременты гусениц
Трупы насекомых
330
15
230
10
350
17
750
35
Итого
345
240
367
785
Возраст древостоя, лет
Съедено листвы
Упало на землю огрызков
З а последние годы очень сильно активизировалась деятельность ли­
стовертки зеленой, достигшей в 1971 г. наибольшего размножения и вы­
звавш ей массовое объедание листьев.
Массовые вспышки размножения листовертки зеленой в Воронеж­
ской обл. были в 1927, 1932 и 1938 гг., а такж е и в 1952 и 1953 гг. в Воро­
нежском заповеднике. В одном и том же месте она продолжается 3—
4 года и нередко затягивается до 10— 11 лет.
Возникновение вспышек размножения листовертки тесно связано с
синхронностью в развитии почек и отрождением гусениц. Родившиеся
гусеницы дубовой листовертки выживают только в том случае, если по­
падают в почку дуба и начинают ею питаться. Попасть в почку они мо­
гут лишь тогда, когда последняя находится в фазе «открытой почки».
На ветвях и стволах дуба зимуют в значительном количестве яйцекладки
листоверток и других насекомых. Очаги размножения зимней пяденицы
то появляются, то исчезают в различных пунктах Воронежской обл. Их
можно встретить и в пойменной и в нагорной дубравах во всех типах
леса, однако очаги массового размножения пяденицы приурочены к вязовнику и дубняку злаковому.
Органическое вещество биогеоценозов расходуется насекомыми в
двух энергетических цепях: в цепи поедания и разложения. Фиксирован­
ная биогеоценозом энергия попадает в каждую из этих цепей круговорота
органического вещества, причем их соотношение имеет существенное зна­
чение для характеристики биогеоценоза.
Теоретическая основа для подобного энергетического анализа биогео­
ценозов была разработана Р. Линдеманом (см. журн. «Ecology», 1942,
v. 23) и названа им трофико-экономическим аспектом экологических ис­
следований. В данном случае полезным обобщением он считает так на­
зываемый закон 10%, выражающийся в том, что в пищевой цепи из
общей растительной продукции лишь 10—20% продукции или энергии
может быть использовано травоядными животными; 10—20% продукции
травоядных может быть отдано хищникам и т. д.
Питание птиц насекомыми в различные периоды их жизни происхо­
д и т по-разному. Д а ж е в период выкармливания птенцов пища меняется.
Например, птенцы большой синицы в первые дни получают кашицу из
размельченных яичек бабочек и мелких личинок пауков, через 7—8 дней
они питаются пауками, а в период оперения — личинками, бабочками и
жуками. В годы с сильным размножением насекомых птицами уничто­
ж ается не более 45% их численности, зато в годы со слабым размноже­
нием вредных насекомых они уничтожаются целиком. Наряду с птицами,
активное участие в снижении численности вредных насекомых принима1 Подробнее об этом изложено в книге «Продуктивность органической массы в ле
са.х различных зон» (Молчанов, 1971).
311
Продуктивность органической массы ргстений и животных в дубовых древостоях различного возраста (в абсолютно сухом состоянии
Таблица
150
в кг/г 2 в год)
о
ю
ю
СМ
I
о о
05
ю
*
т-< 1
v*
I
о
о
О
ю
05
СО
05
СО
on
со
со
1
1 !
C
\J
о о
_г
05 о
о
ю
г-
со
о о
г-~ о"
■St*
Й
М
со
00
ч*Н
со
С
-—
•
о
■N1
г~—
СО
ООО
05<1
Г00
—
*О С
М
vO -*
-t гн
о
,-T
со
со
о
со
ю
ООО
со ^ о
00
юю
о
V
*
00
V
”
*
о
см
■
^н
—
->
со
V
-Hо
С
'"О
осоОосо со
о
С
М
со
ю
С
М
о
см
100
>*
см
со оо СО
осо со ■со
“О
о
ем
со
о
со
05
ю
со
со со
ооз осо
см
со
со
1
со со
о
ю
см
о о о
05 05
00 М
vt* С
о
со
о
00
00
О со
г-] 05
со
v-и
Г'- ю
ю<
*
Н
00
оо ю LO
V
со
со-+4 со г-
ю
Ь
О
оLO00
ю
ю
СОсо
05 LO­
00
о м ^
С
О
см
та
О
C
OО
С
ОL
O
LO С
—
00
со
о
т ю
о см
сГ
чГ м
о
ООО
о?
СО Ю
С
и
со
и
^ с^М
^
05
ю
--
СО
<м'
со
со
05
со
ою о00 осо
со
со vf •<?
rt) СО h-
—< о
ою
со
со
ю
г—
3
н
О
«3
CL
ою оо
оСОсо
05
L
OО о*
С
М
о
со
со о
со
о
С
'’»
о
со
СО
со
05
со
со
о г-~
(М
00
Vf
со
'Ч
о
г^
0005 о05
00
со
Он
о
а:
05
а>
00
о
Ю
LO
см см
С
О v}<
о
on
оо
со
о о
ю
00 со
со
Vt*
га
00
С
М
СМ
о
ю
со
о о о
ч
ю 00 —
ю
Ч
Г
-1
Ю
3
>,
к
сз
ш
2 то
§m I5
О
00
СО *<F 0 3
СО -ч-1
00
ю
1.0
о
»-м
о
05
СО
СО м
о
<v
о <я
са к
а. к
о
о а>
с_ CQ
О а>
н си
=t
са
а>
ю
5Я
5 =
о3
к о
е* m
Оь
с- О
а>
*
W
CU
соТ5
оГ
со
о 'со
ю
со Г-н
см
со
со
•ч*
см
та
о
а.
ос
о
са ж
н
са
о
н
о00 v*
со
см см
5-_
оU
S
Vt*
г—гсм
00 05
со
со
о
,
шк
оS а.m оtн S
О
СО
СО
Ю Ю
0 5 СО
чтн
05
СО
^
1,0
0,19
0,08
0,35
1,62
Лоси
Птицы и белки
Мышевидные грызуны
Олени
Итого
1,69
1,1
0,16
0,08
0,35
1,37
0,8
0,17
0,10
0,30
5039,72
7224,30
6567,lz
6772,27
1,45
0,72
0,28
0,15
0,30
1,57
0,720,35
0,20
0,30
0,78
0,38
0,22
0,30
1,62
0,72
0,35
0,22
0,30
Ж и в о т н ые (п 0 3 В 0 н 0 I н ы е)
6792,44
1,12
1,27
1,62
0,72
0,38
0,22
0,30
6493,9(
0,90
1988
1,62
0,72
0,38
0,22
0,30
5986,93
0,93
1990
115
115
108
00
1,30
1866
108
1,60
0,78
0,38
0,20
0,30
5665,98
0,98
1619
96
83
145
145
138
Г—
1,44
1513
82
138
1200
240
1440
290
1440
288
1350
275
1,60
0,72
0,38
0,20
0,30
5249,01
1,01
1154
1
1
1,55
0,78
0,38
0,15
0,30
4859,15
1,15
746
Гсо
3743
59
111
1350
270
730
735
760
760
05
t'-
2533
75
1100
220
775
О СО
■
-'* -н
со
со
0,72
740
45
1433
О
СО
г-
919
985
00
vf
Плодовые тела трутови­
ков
Ит о г о
недревес­
ных р а с т и т е л ь н ы х
продуктов
650
СО
СО
265
70
ЮЮ
СМ■
О
ю
чгН
Всего желудей
Опад цветков, коры, мел­
ких ветвей и почечных
чешуек
Желуди
здоровые
пораженные долгоно­
сиком
пораженные плодо­
жоркой
пораженные фомопсисом
^1
СО
t—
05
Ю
осм
см
1
201-
00
со
• Lft
00
C
D
-200
CO
о
o'
со
CO
Ю
о
оо
Д1
3
-160
со
00
O
S
со
о
о
со
о
00
ю
о
см
со
00
,
N
j«
00
о•*г
см
VP
vf
LO
Ю
t" -
t—
<Ji
Cb
00
-120
со
о
t-
о о
00 СО
со vf
00
сч
ю
СО
00
VP
со
СО
о
СО
-6 0
о
СО
00
со
5
cd
VJ*I
CO
CO
00
oo
Ю
CO
05
CO
tH
t—
t"“
CO
CO
чг**
vf
vf
fTl
о
'"C
t"-
CO
CO
IQ
О
r-»
00
о00
1
3
rq
-i+
Г—
CO
СЧ SJH
05
S.-4H
CO
СО
г- о
CO
to
CO
T-*
4T-<
со
CO
оо
U0
CO
Ю
00
00
00
CO
IK
00
co
ю
<М
СО
00
CO
o'
о
сч
v*
ГО
C
O
Г—
со
cO
_r
co
CO
CO
лет
05
CO
,
О
О
СО
00
ЕJC
Л
ТО
О.
о
CQ
Ю
c\f
/T
S
-1
00
CD
со
0G0O
со
\Л
о
00
т
CN
OS—и
I I
00
I
о
00
о1
со
(окончание)
о
о
Таблица
150
>>
о3“ «
>£
t я
S
еССЗО5S
s ё
'«гг* К
сс
О- £
se с 2
s
ss о« 00
п
ч>
0К>С 3О е;
GJ ОнCQ
ЮО
оt3 и
£
vf4
о
4)
3“
S
u
О
E5
О 3
s о
VC с
яз
о S
u
о
Ео
S
о
с
#s
о О
CQ
Таблица
151
Вынос минеральных веществ из почвы в процессе наращ ивания древесной и недревесной
массы (органических вещ еств) и возвращ ение в почву с опадом и отпадом в дубовом
древостое 90-летнего возраста в лесостепи (в к г / г а )
Группа органических взществ (в среднем
за год)
Растущая древесина, листва и травя­
ной покров
Отпад древесной массы в процессе рос­
та
Опад недревесной массы
Группа органических веществ (в среднем
за год)
N
Si
А1
Fe
Мп
92,504
20,816
4,426
0,668
1,263
5,21
0,4 42
0,106
0,029
0 , 0Э7
80,135
19,171
4,362
0,551
1,501
Са
Mg
к
S
р
13,55
80,970
8,460
6,943
0,732
1,851
0,416
0,431
12,900
68,513
7 , 0Э0
5,920
Растущая древесина, листва и травя­ 1 1 1 , 5 4 2
ной покров
Отпад древесной массы в процессе рос­
6,366
та
Опад недревесной массы
84,931
ют такж е различные паразиты насекомых. Хотя польза птиц общеизве­
стна, однако они приносят и вред. Так, часть птиц (сойки, воробьи, дят­
лы) истребляют семена деревьев и кустарников. Но многие птицы, как
уже отмечалось, уничтожают мышевидных грызунов.
Д инамика численности птиц в древостоях зависит от сухости района.
В сухих условиях наибольшая плотность птиц наблюдается не в спелом
лесу, а в молодняках 10— 12-летнего возраста.
Большое биогеоценологическое значение имеет сопоставление числен­
ности птиц, уровня биологической массы, выраженной в ккал на 1 га,
и уровень фактического обмена на 1 га, связанный с птицами (табл. 152).
Взаимоотношение между птицами и насекомыми: «хищник — жертва»
определяется повышенной энергетической деятельностью птиц. Птицам
требуется особо обильная и питательная пища. Как уже отмечалось, при
малой численности фитофагов птицы уничтожают их почти полностью,
а при средней — уничтожают половину, таким образом они могут сорвать
или замедлить наступление вспышки непарного шелкопряда, листовертки
и других листогрызущих насекомых.
Т а б л и ц а 152
Масса и суточный обмен и усвояемость пищи птицами (в к к г л на 1 г а )
Усвояемость пищи
Групп г птиц
С большой численностью
Со средней численностью
С малой численностью
Редкие птицы
Вгс п т щ
на 1 га,
кг
Число
птиц на
1 га
Фактиче­
Обгций об­ ский об­
мен всех
мен всех
особей
особей
0,282
12,38
52,96
0,193
0,023
5,92
0,7
40,08
0,006
0,04
4,48
0,62
162,3
95,17
13,22
1,84
всех осо­
бей в спо­
койном
состоянии
0,088
0,03
0,67
0,91
всех осо­
бей в ак­
тивном
состоянии
0,268
0,03
19,39
3,82
315
ВЫДЕЛЕНИЕ КИСЛОРОДА ЛЕСОМ
И ОЧИЩЕНИЕ АТМОСФЕРЫ
Главная масса древесины состоит из органических веществ, в состав
которых входят углерод, водород, кислород и азот.
Анализы элементарного состава показывают, что содержание углеро­
да, кислорода и водорода в древесине разных пород почти одинаково
(табл. 153).
Таблица
153
Химический состав древесины (в % от абсолю тно сухого веса)
Объект анализа
с
н
о
N
Зола
Береза
Дуб
Ель
Сосна
Травянистые растения
Листья дуба, почечные че­
шуйки, цветки и др.
48,90
6,06
50,14
50,36
6,03
44,7 5
0,12
0,17
43,26
0,3
0,3
6,20
43,15
0,06
51,4
42,18
40,10
0,18
1,5
0,23
0,16
47,15
6,08
7,0
4,25
47,25
6,1
41,0
2,5
3,15
Содержание белковых веществ, смолы, золы, лигнина, гемицеллюлозы
и других продуктов приводится в табл. 154.
Л ес — источник белковых кормовых дрожжей, получаемых гидроли­
зом древесины.
Таблица
154
Состав органических вещ еств в древесине (в % )
Порода
Сосна
Береза
Ель
Осина
Белковые
вещ ества
Смол?
Зола
1,27
3,17
1,64
2,17
0,53
0,52
0,69
2,30
3,16
0,63
Гемицеллюлоза
Общее ко­
личество
пентозана
гексозаны
Лигнин
пентозаны
10,80
12,78
8,70
29,52
4,85
—
22,34
—■
27,37
0,77
24,98
14,30
0,32
24,47
—
-
28,29
18,24
Целлюлоза,
образующая
пентозан
41,93
44,66
57,84
47,11
При выработке дрож ж ей значительная часть древесной массы (лиг­
нин) идет в отход (20—2 9 % ), что снижает использование органических
веществ. З а последнее время лигнин нашел применение при выработке
строительных плит, подобных кафельным.
Все хвойные деревья выделяют смолобальзамические вещества, кото­
рые являются средством борьбы деревьев с микроорганизмами и насе­
комыми.
В растительном опаде ели содержатся органические вещества, кото­
рые при разложении дают большое количество кислых продуктов, в де­
сятки раз превышающих количество катионов золы и азота. Низкое со­
держание сильных оснований (кальция, магния, натрия, калия) в золе
растений, при отсутствии их подвижных форм в горных породах, обус­
ловливают кислый характер почвенных растворов, иначе говоря, органи­
ческие кислоты, возникающие при разложении растительных остатков,
не могут быть полностью нейтрализованы основаниями, поэтому часть
органических кислот существует в свободной форме, обусловливая кис­
лую реакцию лесной подстилки и верхних горизонтов почвы (pH = 3,5—
4,5). Это благоприятствует интенсивному выветриванию минералов.
316
В таежных ландш аф тах процессы минерализации ослаблены, в отли­
чие от черноземных ландшафтов, энергично идет образование кислых
водорастворимых органических соединений фульвокислот. Нейтрализа­
ция последних идет за счет железа, алюминия и почвенных минералов.
В пределах таежного типа выделяются три основных ландшафта, разли­
чающихся емкостью и скоростью биологического круговорота.
В абсолютно сухом веществе растущей части древостоя, в отпаде и
опаде содержится следующее количество углерода, кислорода, азота
и водорода (табл. 155).
Таблица позволяет вычислить абсолютное содержание кислорода, во­
дорода и углерода в органическом веществе растений.
Мы рассмотрели одну часть работы биогеоценоза — это аккумуляция
углерода, кислорода, водорода и азота, которые остаются на длительный
период в древесине и поступают на почву и в атмосферу.
Помимо аккумуляции кислорода и водорода растительностью в типе
биогеоценоза дубняк ясене-осоково-снытевый, важно рассмотреть выде­
ление кислорода растениями этого типа. Такая постановка вопроса не
нова. Недавно Баумгартнер (1970) вычислил поступление кислорода из
елового насаждения в еловом хозяйстве Баварии. Он установил, что это
поступление кислорода в атмосферу является слишком малым, чтобы з а ­
метно повысить содержание его в воздухе. Он сделал предположение, что
на единицу массы сухого древесного вещества приходится в среднем
50% углерода. По приведенным выше нашим данным, можно согласиться
с предположением Баумгартнера, так как в древесине сосны, ели и дуба
действительно содержится очень близкое к 50% количество углерода.
Д л я образования единицы веса сухой массы необходимо затратить
1,83 весовой единицы СОг, в это же время освобождается при расщепле­
нии воды 1,32 весовой единицы 0 2.
Если в течение года, допустим, производится 10 г сухого вещества на
1 га, используется 18,3 т С 0 2 в процессе фотосинтеза и освобождается
13,2 т 0 2, то разница между ними составляет 5,1 т углерода, другими
словами, около 50% продуцированного сухого вещества. Продукция су­
хого вещества в почве не учитывается, так как прирост его и распад
уравновешиваются. Можно такой расчет сделать для сосны, ели, березы
и других пород, но он будет'почти одинаков, что следует из табл. 156.
Баумгартнер на основании ежедневного количества выделяемого кис­
лорода вычислил поступление кислорода из еловых лесов Баварии
в среднем за день, что равняется 1,5-10-6 от общего запаса кислорода.
Он принял за основу, по Литу (Licth, 1964), лесную площадь в р а з­
мере 9% от площади всей Земли, равной 510 млн. км2.
Площ адь всех мировых лесов (9%) равна 45,9 млн. км2. Д л я вычис­
ления ежегодного выделения кислорода всеми лесами необходимы дан­
ные о производстве сухой продукции в различных лесных формациях
земного шара.
Ежегодная органическая продукция ниже всего в сухих колючих ле­
сах, несколько больше во влажной лесотундре, на болотах в лесной зоне,
заметно выше на свежих лесных почвах и выше всего в тропических ле­
сах. По расчетам Векка (Veck, 1960) и Брюнинга (Bruning, 1971), про­
дукция в других лесных формациях колеблется между отмеченными дву­
мя крайними пределами и находится в соответствии с количеством энер­
гии, водоснабжением и температурными условиями.
При умножении показателей ежегодной нетто-продукции сухого над­
земного вещества на площадь соответствующих лесных формаций мы
получаем общую чистую годичную продукцию. При последующем умно­
жении на 1,32 получаем весь выделяемый кислород по каждой формации
и в среднем по всем лесам земного шара.
Д л я расчета освобождаемого кислорода были использованы данные
Анона из Канады. Брюнинг (1971) подсчитал количество чистой продук317
Ю
Ю
о
О
О О
О
О
О
О
о
о о
о
о
о
о о
,СО
СО
СО
CD
СМ
м
ио
о
О
о
О
-Н
О
О
О
О
(С
Ю
М
СО S-C
О
О
О
СО
О
Ю 05
О
O O O O O O - ^ - i
ю
О
о
СО СО Н
Ъ
—
IГ'- С
Мо о
о
о
о
о о о
^
СО о
о" см
О
О
о о* о
о о о
ТНsf ^
о О о
О
О
О
о ю
^ 00
со со
О
о
СО
L
O
\f М 00 СО Ю Ф ю
vf
о"
05
о
Ф ^ ГН ч]< sr ЮтН
<N О
О
о
М
О
О
м ‘ -Н
^ о (М
О О О
о
о о o' о
О
по
М
О О С
М Ю СО 05 Ю
^-н С
МО О О
СО
н
00
о
о
^
CD
о
о
СО 05 N
о ^ о о
о"
о
о
о
N
О
О
о
Ю
см
о
с о чР
СО
со
о
О
го
o' o'
о
С
М 00
см см
о
т
о
о
о
о
о
Сх.
чо
о
с—
Ч
-Н
^ о
О СО
см*
о" О
см см*
СО
ко«*
Q
.
о
по
vf
О
>>
3
со
«
к
о
О
я
!=Г
к
1=3
VO
сз
н
318
ч
О
)
к
0)
а,
Е
о
л
а.
л
С
тон
О
о
н 5оК м
s^ з3 s
чк свсо*
&
' э
“> tНТО
СЧ со
0
-i>
C
кх
Т
о
ir
Н
D. О
О
а,
(V
н
t l 03
РЗ
Таблица
156
Количество нетто-продукции сухого вещ ества на площади и выделение кислорода
лесными формациями (в т / г а )
Растительная формация
Т ропическая
Сырая вечнозеленая
Влажная с опадающими листьями
Сухая с опадающими листьями
Сухая колючего типа
Полупустыня
Умеренно теплая
Вечнозеленый смешанный лес
Лиственный смешанный лес
Склерофильный лес
Умеренно прохладная
Сырой вечнозеленый смешанный гее
Сырой лиственный смешанный лес (с
опадом листвы)
Влажный лиственный смешанный лес
(с опадом листвы)
Сухой склерофильный лес
Б о р е а л ь н а я (северная)
Влажный хвойный смешанный лес
Лесистая тундра
С у м м а , исключая полупустыню
и лесистую тундру
Нетто-продукдия су­
хого надземного ве­
Площ адь, щества
га- Ю«
т- 10е
т/га
550
750
700
50
100
21
130
50
180
20
Oz (выделение)
т/га
т-108
И 550
12 750
4 900
150
28
22
9
4
29
6
5
3 770
300
900
38
8
7
5 000
400
1 260
10
20
15
400
150
26
20
520
200
220
10
2 200
13
2 900
10
6
60
8
80
600
700
3
1
4 800
-
4
—
6 330
—
3270
17
7
5
1
12,8
"
41 930
16,9
15 300
16 800
6 500
200
'
55 490
цни сухого вещества на площади (в г/га) и выделение кислорода р аз­
личными лесными формациями, выразившееся в следующих данных
(см. табл. 156).
Л еса мира ежегодно высвобождают 55,490-106 кислорода. Такое же
количество потребляется при распаде мертвой органической массы отпа­
да и опада. Конечно, положительное равновесие кислорода получается
в короткие периоды в том случае, если норма ассимиляции больше, чем
норма дыхания.
Положительное равновесие (баланс) кислорода в течение более дли­
тельных периодов (за один вегетационный период, несколько лет или
столетий) получается только там, где образуемое сухое вещество основа­
но на цепи химического распада (т. е. при образовании почвенного гуму­
са, угля или торфа, вымывании гумуса, при вырубке делового леса).
З апас кислорода в атмосфере Земли (на общей площади 510 млн. км2)
составляет 1233-1012 г (2,4 т/м2). Общее количество годичного выделения
(освобождения) кислорода лесами относится к общему запасу атмосфе­
ры, как 0,055-1012 : 1,233-1012== 1/22ооо* Следовательно, чтобы совершить
лесными формациями один круговорот всего запаса кислорода в атмос­
фере, потребовалось бы 22 000 лет. Такое соотношение благоприятно,
если принимать во внимание высокую продуктивность лесных площадей.
Тропическая плантация с быстрорастущими породами на благоприятных
почвах лесной формации «влажный тропический зеленый лес» с макси­
мальной годичной брутто-нормой фотосинтеза от 100 до 122 т (Bruning,
1971; Hozumi a. oth., 1969) имеет ежегодную нетто-продукцию, примерно
319
равную 45 т/га надземной древесной массы. Этому соответствует отдача
кислорода в количестве примерно 60 т/га, или V400 запаса кислорода (0 2)
в атмосфере над данной плантацией.
Функция леса, оказывающ ая влияние на окружающую среду с точки
зрения сохранения запаса кислорода в атмосфере, в общем и в локаль­
ном масштабе незначительна (Дювиньо, Танг, 1968). Средняя продук­
тивность растительной биомассы в океане на каждую единицу поверх­
ности меньше по сравнению с бореальным хвойным лесом. Однако в це­
лом океан во много раз превосходит лес как регулятор 0 2 и С 0 2. Это
относительно малое значение леса для кислородного режима в атмосфе­
ре соответствует более новым представлениям о том, что лес мало или
незначительно воздействует на микроклимат ландшафта.
Если подсчитать, сколько углекислого газа поглощено растениями в
результате фотосинтеза и сколько его выделено при дыхании живого
и разложении уже погибшего растения, то окажется, что эти величины
почти равны между собой. Точно так же обстоит дело и с кислородом:
при фотосинтезе его выделяется столько же, сколько в сумме исполь­
зуется для дыхания живого растения и идет на окисление его после ги­
бели.
Запас стволовой древесины основных лесообразующих пород в нашей
стране равен 74 млрд. м 3. Если принять вес одного кубометра в абсолют­
но сухом состоянии древесины равным 500 кг, то^вес всей древесины со­
ставит 3 7 - 109 т. В химический состав этой древесины входит 50% угле­
рода, 44% кислорода, 5,82% водорода и 0,18% азота. Доля углерода в
37 млрд. г абсолютно сухой древесины составит 18,5 • 109 т, кислорода
15,28-109, водорода 2 ,1 3 -109 и азота 6 ,7 -107.
Из этого следует, что на территории нашей страны в древесине акку­
мулировано большое количество углерода, кислорода и водорода и срав­
нительно небольшое количество азота. Ежегодный прирост древесины
наших лесов равен 560 млн. .кубометров стволовой древесины, или
280 млн. т. Н аряду с этим ежегодный прирост древесины ветвей равен
47.6 млн. т и корн ей — 106,4 млн. т. Отсюда ежегодная продуктивность
древесной массы составляет 434 млн. г.
В этой древесине содержится 217 млн. г углерода, 190 млн. т кисло­
рода, 26 млн. г водорода и 786 тыс. т азота.
Следует отметить, что с отпадом древесины поступает на поверхность
земли 200 млн. т углерода, 177 млн. г кислорода, 2,4 млн. т водорода и
720 тыс. т азота. Отмеченное количество газов поступает затем в атмос­
феру по мере разрушения мертвой древесины на почве.
Ежегодно с опадом, состоящим из листвы, хвои, почечных чешуй,
цветков, шишек, семян и травяного покрова, поступает также на землю
440 млн. т вещества в абсолютно сухом состоянии, что в переводе на
химические элементы составит 220 млн. т углерода, 180 млн. т кислорода,
2.6 млн. т водорода и 730 тыс. т азота. Масса четырех химических эле­
ментов приводится нами в первом приближении. Она в настоящее время
уточняется. Ее расчеты в лесах осуществляются по естественноисториче­
ским зонам, по древесным породам и возрастам насаждений. Цифры
свидетельствуют, что земная газовая оболочка, наш воздух, является
созидателем жизни и органических продуктов на Земле. «Жизнь, по з а ­
ключению В. И. Вернадского, действует, во-первых, только энергией и
составом свойственной ей материи, и отдельные организмы как таковые
отступают перед величием изучаемых явлений» (1954, стр. 54).
В геохимических процессах жизнь проявляется действием огромного
количества отдельных организмов и их совокупностей.
Вернадский считал, что для того чтобы изучить жизнь в аспекте гео­
химии, необходимо выразить ее совокупностью организмов исключитель­
но с точки зрения их веса, их химического состава, их энергии, их объема
и характера отвечающего им пространства.
320
При выполнении этого условия полностью сохраняются и получают
полное и точное определение все совокупности различных организмов.
Нам представляется, что в наше время мы достигли выражения всей со­
вокупности организмов в биогеоценозе в соответствии с требованием
В. И. Вернадского (Молчанов, 19646, 1971).
Исключительную роль во всех химических реакциях на земной по­
верхности играют кислород, углерод (углекислый газ), вода и азот.
С геохимической точки зрения живое вещество есть кислородное веще­
ство, богатое углеродом, и лишь иногда оно является, по выражению Вер­
надского, углеродистым организмом. Углерод необходим для создания
живого вещества — совокупности всех организмов.
Угольная кислота и вода, сосредоточенные на поверхности нашей пла­
неты, содействуют созданию совокупности сложных живых организмов.
Поля и леса перерабатывают углекислоту, поступающую из почвы
в процессе выделения ее микроорганизмами и почвенной фауной.
Угольная кислота проникает в растения с помощью хлорофилла. Фотосинтетический аппарат переводит углерод в углеводы или другие орга­
нические соединения. Таким образом, все живое вещество в значитель­
ной своей массе происходит из углекислоты, растворенной в воде.
Ж ивое вещество увеличивает действенную энергию земной коры р аз­
личными способами, оно выделяет ее благодаря своим обратимым про­
цессам, прежде всего выделением газов. Ж изнь создает не только газы,
но всю земную атмосферу — кислород, водород, азот и углекислый газ.
Количество кислорода и углекислоты в атмосфере подвержено значи­
тельным колебаниям. Эти колебания значительно меньше в слоях атмо­
сферы, удаленных от почвы.
ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВЫ
В СВЯЗИ С ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ
ЧЕЛОВЕКА
Хозяйственная деятельность человека может оказывать различное
влияние на почвообразовательные процессы, в частности на содержание
гумуса в лесу и на вырубках, на содержание кальция в связи с приме­
нением различных способов очистки лесосек и на изменение нитрификационной способности почв, изменение физических свойств почвы и др.
И. В. Тюрин (1937, 1949) установил изменение содержания гумуса
в почве в лесу и на лесосеках 10— 12 лет, 30 и 45 лет (табл. 157).
Содержание перегноя под лесом почти в два раза меньше, чем на ле­
сосеках в горизонте А ь В почве лесосеки выше содержание обменных
оснований и емкость поглощения, активная реакция менее кислая.
Лесосеки сплошной рубки во влажных и сырых типах леса (сосняк
черничник, ельник черничник) заболачиваются вследствие возникнове­
ния избыточного увлажнения в первые 15—20 лет.
Очистка лесосек от порубочных остатков оказывает влияние на со­
держание электролитов, щелочность водорастворимой фосфорной кисло­
ты, водорастворимого кальция после сжигания порубочных остатков
в кучах (табл. 158).
Исследования обменного кальция и обменной кислоты проведено ле­
том, а сжигание порубочных остатков — зимой.
Вероятно, другие результаты получатся, если на контрольной лесо­
секе провести повторное исследование через 2—3 года после очистки.
Оставление порубочных остатков в кучах препятствует на этих местах
возобновлению в течение 15—20 лет. Зато в дальнейшем на погнивших
остатках древесины быстро растет сосновый и еловый подрост.
На огнищах со слабопрокаленной почвой успешно идет возобновление
сосной и елью. Однако нельзя не отметить, что при сжигании древесных
остатков после лесозаготовок происходят значительные потери азота,
21 А. Молчанов
321
Т а б л и ц а 157
Содержание гумуса в почвах в лесу и на вырубках различной давности (в %)
Лес
горизонт
Лгсосека Л0—12 лет
глубина, см
гумус, %
а2
5 — 10
44,68
A iA2
10-20
2,28
Bi
2 0 — 30
В2
1 00— 110
гумус, %
0 — 10
22,31
1 0 — 16
3,96
в
17-28
3 0 — 40
1,32
0,74
Лесосека 30 лет
Лесосека 45 лет
горизонт
глубина, см
гумус, %
1 4 -2 2
30—40
58—68
9,17
1,05
0,61
—
—
1—10
12—22
26—36
52,46
5,55
0,56
Ах
A ]A 2
A 2B i
—
—
—
—
Таблица
глубина, см
Ах
А2
—
глубина,см гумус, %
А 0Ах
А
о
134
Лес
горизонт
горизонт
Вх
в2
гори­
глубина, см гумус, %
зонт
В2
1 2 -2 2
2 5 -3 2
4 0 -5 0
9,63
1,05
0,61
—
—
—
Ai
Bi
158
Влияние сжигания порубочных остатков в кучах с разбрасыванием по вырубке на
содержание обменного кальция и обменную кислотность
(по Першиной, 1935) (в мг-экв на 100 г почвы)
Обменный кальций
Обменная кислотность
Участок
Костровая площад­
ка
Лесосека с разбра­
сыванием ветвей
Лес
-^■2
в
А0
А?
А1
А2
в
9,7
1,8
20,9
—
Нет
0,2
0,2
0,1
5,6
1,1
1,0
1,0
12,8
1,8
0,5
2,0
0,1
6,8
2,3
1,1
9,7
1,1
0,5
0,2
0, 2.
Ао
А?
—
19,7
39,9
41 , 7
12
уплотнение верхнего слоя почвы, а иногда и остекление и спекание мине­
ральных частиц.
Под влиянием огневой очистки лесосек в суглинистых и супесчаных
почвах усиливается нитрификация. Исследования, проведенные в Шве­
ции Гессельманом в 1917 г. и Сушкиной в 1931 и 1933 гг., показали уси­
ление нитрификации при сжигании порубочных остатков и на гарях.
Наибольшее стимулирующее влияние на развитие процесса нитрифика­
ции оказывал слабый обжиг, при котором остается на почве тонкий слой
подстилки (1—2 см).
На песчаных почвах, покрытых лишайниками или вереском, огневая
очистка не оказывает положительного влияния. Здесь чаще всего наблю­
дается остекление почвы в процессе огневой очистки. Через 3—5 лет пос­
ле беглых пожаров нитрификационная деятельность усиливается в 15 раз.
Исследования Сушкиной подтвердили усиление нитрификационных про­
цессов в ельниках кисличниках.
Вырубка леса на значительных площадях способствует развитию дер­
ново-подзолистого и дерново-болотного процессов с иным потенциальным
плодородием. Нередко на севере пахотные земли забрасывались и пре­
вращались в пастбища, а затем зарастали древесной растительностью,
под влиянием которой формировались почвы различного плодородия:
322
Смена растительного покрова содействует изменению почвообразова­
тельного процесса, который, в свою очередь, влияет на эволюцию состава
растительности.
После вырубки леса на оголенных площадях формируется новая р а ­
стительность, отличающаяся от предшествующей. Например, после вы­
рубки ели в зеленомошниках могут сформироваться березняки или осин­
ники, а в ряде случаев появятся кустарниковые луга, пашни слабо окуль­
туренные, затем пашни средне окультуренные и, наконец, сильно
окультуренные. А может быть и иначе: после вырубки леса появятся
кустарники, затем мелколиственные леса, подсеки, снова кустарниковые
залежи, мелколиственные леса и снова коренные леса. Если коренные
леса изреживаются, то в них могут сформироваться кустарниковые луга
с остатками коренных лесов, суходольные луга и пашни. Таких примеров
можно привести много, но варианты приводят или к превращению лесов
в луга и пашни или к восстановлению хвойных лесов. Все перечисленные
и возможные другие изменения растительности сказываются на форми­
ровании почвы и изменении ее плодородия.
Определяющими факторами почвообразования лесных земель сле­
дует считать: расположение отдельных выделов леса по элементам рель­
ефа; особенности питания их водами с учетом степени увлажнения; со­
став растительного покрова по типам леса; тип почвообразования; сте­
пень развития подзолисто-дернового и болотного процессов; основные
показатели потенциального плодородия почв; особенности материнских
пород.
Н а основании этих показателей все лесные земли следует рассматри­
вать в единой производственно-генетической группировке, в которой
основные их виды, имеющие близкие показатели, объединяются в типы,
подтипы и разновидности.
Почвы, как не нарушенные деятельностью человека, так и нарушен­
ные ею, отличаются большим разнообразием. Все они должны быть из­
учены в следующих направлениях: выявление особенностей поглощаю­
щего комплекса; определение запасов подвижных форм азота, фосфора
и калия, служащих основой для правильного применения удобрений;
установление запасов органических веществ, из которых очень важно
знать валовой и водорастворимый гумус, а такж е общий и гидролизуе­
мый азот. *
Агрохимические показатели одной и той ж е почвы под влиянием р а ­
стительного покрова и ее культурного состояния претерпевают значитель­
ные изменения.
Д оказательством сказанного могут служить материалы, опубликован­
ные в книге «Агрохимическая характеристика почв СССР» под редак­
цией А. В. Соколова, изданной Академией наук СССР в 1969 г. Из этих
материалов видно, что содержание поглощенных оснований в целинных
почвах определяется механическим и химическим составом, а для гори­
зонтов А0 и А] характером органического вещества. Видовой состав по­
крова* д а ж е при отсутствии свободных карбонатов в верхних горизонтах
почвы (Ао и А]), может оказать значительное влияние на обогащение их
кальцием и магнием. Смена растительного покрова обычно вызывает
глубокие изменения в почвенно-поглощающем комплексе отдельных
горизонтов. Особенно существенные изменения происходят в содержа­
нии гумуса почвы, общего азота, подвижных форм азота, фосфора и
калия.
По основным почвенным районам северной части нечерноземной по­
лосы имеются площади, занятые карбонатными, глинистыми и суглини­
стыми почвами на древнеаллювиальных перигляциальных отложениях,
районы бескарбонатной алюмосиликатной морены, районы флювиогляциальных и древнеаллювиальных отложений, супесей и песков в поймах
рек и озер.
21*
323
S§ Si g 3
av-2 £
•*н
| ||
« |
С<1
с—
со
о
о о
*i | П Ч
О
О g а д
ir
Я«
дв
£•« 3
«£: £
°> а
гг
CD
ЫЩс
с\Г I
xf<
1 I г'З
>•
Ч“1I
оо
см
СМ
■»гН
СМ
1*0
Ss2
00
I I I
см
«О -чН
со
Cvf sl<
СМ
я\о
о
с* о
я с»
*: о
а с
•©.о
к* * <■>
О
со
-гЧ 00
v}<
СО
О
см 'см" см
со см
СО
СО
О
Ю
o'
оо
^
.СО
О
*s ч
3
«ЧЯ
Ь
. rv
3 О
п*е
о ю юо
ю
t-Г
Ю 1л N Ю
Ч«Й
о о
и са
о
см
юо юю о
N NN со Ь
ю ю
см
со
со
со
со со со со
СМ
СО
2s5* gt-н £(»•5 jrS
О
о
4
О
E=
*Я
О
к
5
л
0
1
О.
<u
&-<5 я я
тrfаl ш
>5
о т
к о
s
*л
&S
rt
3“
5?
9S
о
с ч
со
3*
9
С
ей
*
со
к « о та
Jв3—
оо
e
о
^гн
- - -о
О О О
о о о о"
а
кти
&О
+
X
+
ЬО
£
+
*та
U
ЙКST
'О
s 53
£*5 О.
C M C O -^H CSI
Н
О
О -гН
- О- О- О- о о
L O IO
н
СО-чН
СО СО ^
С М ^ -4
О
(N СО 1Л
N
CM r l
И
Ф
- - о~о о о
со
vf
CM
CO
CM СО СО^ СО O O C O
тН СМ
со
ю
СО 0 5 Ю
СМ чрч
см
00
СМ Ю
>гЧ см
Ю
00
чгЧСМ 0«0гНсм
см
СО
O iv f
СМ
см см
о
СО СО О
СМ О
*«гн CM
М О Ю О
-wt CM v f 4 СО
СМ СМ
СО Ю
Ю О
тН С
ОЮ
О О
тН С М
ЧНСМ
СП
|у*
*-< ©»
е*
>н ез
г4
*-<
< < < < CQ U < < <! «( <t, <
S
ss
cv
о
H
*
rt
o.
cd
X
№
ctf
ti
53
4
\o
CO
H
324
ъз
я
S'*-!
3*
s
s
s
X
о
P.
а
ч
Си
о
К
»К
Г>~1
Ъ4
и
33
аX
>>
ч
ксз
к
к
фL,
C
>>
к н
аз чаз
аС0 >>
и о
Лесные почвы на карбонатных суглинках, отличающиеся наличием
карбонатов с поверхности или на небольшой глубине профиля, распро­
странены в Ленинградской, Кировской, Вологодской, Новгородской, Ко­
стромской, Архангельской и других областях.
Агрохимические показатели целинных и залежных земель (Ленин­
градская обл. совхоз «Киперино») на перегнойно-карбонатной почве
представлены данными табл. 159.
В рассматриваемой суглинистой перегнойно-карбонатной почве кар­
бонаты расположены с поверхности во всех угодьях. Таблица показы­
вает, что в горизонте Ai целинных земель содержание поглощенных осно­
ваний обычно больше, чем в пахотном слое перелога или старопашни.
Высокая степень насыщенности отмечается на всех угодьях, но особенно
в горизонте А] почв на лесных вырубках.
Н а лесных вырубках кислые продукты разрушения лесной подстилки
быстро нейтрализуются, создавая благоприятные условия для дальней­
шего разложения органических веществ. Н а лугах дернина также раз­
рушается при наличии свободных карбонатов, а в смешанных листвен­
ных лесах, вследствие активной деятельности микрофлоры и почвенной
фауны, создаются благоприятные условия для распада подстилки.
По содержанию гумуса карбонатные почвы богаче подзолистых на
бескарбонатных породах. Содержание гумуса в почвах на карбонатных
породах выше, чем в других угодьях этих же почв.
Т а б л и ц а 160
Влияние смены пород на запасы гумуса в суглинистой почве на карбонатном суглинке
Древостой
Ельник сложный
Горизонт
Мощность, см
Гумус, %
3
8
12
20
4,1
0,9
0,7
Bi
2
9
10
22
3 ,5
0 ,8
0 ,8
Ао
Ах
Аг
Bi
2
10
И
20
3 ,4
0 ,8
0 ,8
Ао
Ai
Аг
Bi
2
14
8
21
3 ,6
0 ,8
0,8
Ао
А,
■^2
В
Березовый лес с примесью осины
Сомкнутый березняк 12—15 лет
Кустарниковый луг (с редким
кустарником)
Ао
Ах
Аг
_
—
—
_
Запасы органиче­
ского вещества в
слое 0,5 м, т/га
42,0
36,6
14,3
33,3
23,0
38,0
10,9
35,3
9 ,0
41,0
12,0
35,1
11,0
60,6
8,1
3,36
Наибольшее содержание гумуса в почве под пологом еловых древо­
стоев, затем, в порядке уменьшения, в березовом лесу с примесью осины,
на кустарниковом лугу и в березовом молодняке. В такой же последова­
тельности уменьшаются и запасы органических веществ (табл. 160).
Надо отметить, что содержание гумуса в слабосуглинистых почвах
на карбонатных суглинках выше, чем в среднеподзолистых карбонатных
почвах, и особенно в сильноподзолистых (табл. 161). Накопление нитра­
тов в целинных и пахотных почвах (в мг на 1 кг почвы) в горизонте А]
на глубине 2— 11 см: мелколистный лес — 32, ольшаник — 74, кустарни­
ковый л у г — 145, на старопаш не— 123 и на огороде (корнеплоды) — 215.
325
Т а б л и ц а 161
Содержание гумуса в элюзиальных горизонтах целинных земель по данный массовых
определений
Содержание гумуса, %
Угодье
Почва
1.0 1,1—1,5 1,6—2,0 2,1—2,5 2,6—3,0 3,1—3,5 3,6—4,0 4,0
Число случаев
н а 100 о п р е д е л е н И Й
Слабосуглинистая на кар­ Лесная вы­ —
бонатных суглинках
рубка
Кустарнико­ —
вый луг
Пашня
2
—
Среднеподзолистая сугли­ Лес
нистая на валунных карбо­ Кустарнико­ 1
натных суглинках
вый луг
Пашня
4
Сильноподзолистые су­
Лес
глинки на валунных бес- Кустарнико­ 3
карбонатных суглинках
вый луг
Пашня
8
—
2
10
32
30
14
12
5
16
21
37
13
6
2
12
15
29
26
И
4
1
2
13
16
31
23
15
8
23
41
17
6
4
—
20
23
22
19
10
1
1
2
15
10
22
23
32
20
7
6
34
20
3
2
1
23
28
29
7
3
1
1
—
Таким образом, обогащение горизонта А] нитратами зависит от наличия
растительных остатков на поверхности почвы.
Н а подзолистых почвах формирование их профиля и содержание орга­
нического вещества изменяется в зависимости от смены растительности
от коренного типа к временным (табл. 162).
Т а б л и ц а 162
Содержание гумуса и органического вещ ества
Горизонт
Мощ­
ность, см
Содержа­
ние гумуса, %
Общий запас
органического
вещ ества в
слое 0,5 м,
т /га
Ельник брусничник
Ао
Ах
Аа
Вх
2
5
30
15
2,9
— .
0,5
0,7
23,0
17, 8
22,3
15,5
Горизонт
Мощ­
ность, см
Содержа­
ние гумуса,
%
Общий запас
органического
вещества в
слое 0,5 м,
т /га
Сероольшаник — березняк с развитым
травяным покровом
А„
Ах
А3
Вх
2
И
22
17
—
2,5
0,6
0, 7
11,0
33,1
17,8
19,1
Смешанный лес после смены ели
А0
А-1
А2
В:
3
7
29
14
___
2,7
0,5
0,7
27,0
28,7
23,9
13, 8
Кустарниковые луга
Ао
Ах
а2
Вх
3
12
24
14
—
2,4
0,6
0,7
10,5
35,0
21,2
15,3
Целинные почвы отличаются большой пестротой по механическому
составу, степени оподзоленности и условиям увлажнения. Конечно, и ха­
рактер растительного покрова такж е оказывает значительное влияние на
агрохимические показатели. Изменение агрохимических показателей,
обусловленное растительностью, в подзолистой почве Крестецкого райо­
на Новгородской обл. показано в табл. 163.
326
Таблица
163
Агрохимические показатели целинных подзолистых легкосуглинистых почв на
моренном суглинке
Угодья
Л ес смешанный
Кустарник-сероолынаник
Суходольный
луг
Пашня
Сум­
Гумус
Н гид- ма об»
Нитрификациг
ролименpH со­ зуевэдо- онная способных
Глубина
левой
раст- ность
осно­
мый
взятия об­ сус­
вэриваний вало­
разца, см пен­
мый,
вой,
зии
мг на 1-й
2-й
мг-экв на 100 г %
100 г
срок
срок
ПОЧВЫ
почвы
Подвижные
формы
фос­
фора
калия
2—9
2—12
4,7
4 ,9
3 ,9
3 ,5
4 ,8
5 ,4
3,1
2,7
15
14
0,5
0,8
2,0
7,9
3 ,2
10,0
10,8
14,2
2—12
4 ,9
3 ,2
5,1
2,9
11
0 ,2
2,4
3,5
8 ,2
0—18
4 ,6
3 ,7
4 ,9
2,6
5
3 ,8
7,9
8,5
12,1
Содержание подвижных форм фосфора и калия в среднеподзолистой
гяжелосуглинистой почве уменьшается от пашни к перелогу, кустарни­
ковому лугу и залежи, но под лесом фосфора и калия содержится боль­
ше, чем в перелоге.
НАКОПЛЕНИЕ И РАЗЛОЖЕНИЕ
ЛЕСНОЙ ПОДСТИЛКИ
Накопление подстилки зависит от количества поступающего на по­
верхность почвы органического опада и интенсивности его разложения
в течение вегетационного периода.
Поступление опада резко меняется в зависимости от климатических
зон и типов леса. В зоне тундры опад органических веществ в абсолютно
сухом состоянии равняется 0,5—0,6 т/га в лесотундре, 0,7— 1,0 т/га в
сосновых древостоях и 1,2— 1,5 т/га в год в еловых. В северной тайге
■опад в сосновых лесах колеблется в пределах 1,6—3,5 т/га, а в еловых —
2,2—3,8 т/га. В лиственничных лесах II бонитета опад листвы, цветков
пыльцы, шишек и мелких веток колеблется в пределах 5,0—5,5 т/га в год.
В средней тайге опад в еловых и незаболоченных сосновых лесах состав­
л я е т 2,5—4,0 т/га в год. В хвойно-широколиственных сосновых незаболо­
ченных лесах опад составляет 2,8—4,3 т/га и в елойых 3,2—7,0 т/га в год.
В лесостепной зоне в дубравах опад равен 3,5—5,1 т/га в год.
Годовой опад в незаболоченных еловых и сосновых древостоях, а так­
ж е в снытевой и осоково-снытевой дубравах лесостепной зоны, в зави­
симости от возраста древостоев, показан в табл. 164.
В тропических лесах ежегодный опад листвы и других материалов
составляет от 5 до 15 т/га в год.
Количество подстилки в середине вегетационного периода в зоне се­
верной тайги в сосняке лишайниково-мшистом составляло при точных
замерах в абсолютно сухом состоянии 16,58 т/га, в брусничнике мши­
с т о м — 21,42 т/га, в черничнике—-35,75 т/га, в долгомошнике 45,65 т/га.
В подзоне хвойно-широколиственных лесов в этих же типах леса масса
подстилки вы раж алась в 14,60, 18,64, 31,04, 40,24 т/га в год в абсолютно
сухом состоянии.
В подзоне северной тайги вес абсолютно сухой подстилки в ельнике
зеленомошнике изменялся от 10,1 до 13,7 т/га. В елово-лиственном зеленомошнике он составил 23,1 т/га, в ельнике черничнике колебался от
42,7 до 48,1 т/га.
327
Т а б л и д а 164
М асса опада в древостоях различного возраста в зеленомошном типе леса (в т / г а в год)
Северная тайга
Возраст, лет
3 0 -4 0
60—80
100—150
151—200
260
Смешанные леса
Лесостепь
сосна
ель
сосна
ель
сосна
дуб
3 ,8
3 ,8
2 ,8
2,5
2,5
4 ,0
5 ,0
3 ,6
3 ,2
—
5,1
4 ,2
3,3
2,9
-
3,9
6,9
3 ,9
2,3
1,8
1,30
5,1
4 ,2
4 ,0
4Д
—
—
—
—
—
В дубовых лесах 220-летнего возраста масса подстилки также меня­
ется: в солонцовой дубраве наибольшая масса подстилки составила
11,9 т/га, в полево-кленовой— 15,10 т/га, в осоково-снытевой дубраве —
16,8 т/га и в снытевой 21,5 т/га. В пределах осоково-снытевого типа леса
в 25-летнем древостое масса подстилки вы ражается в 14,10 т/га, в 50л е тн е м — 15,10 т/га, в 70-летнем— 14,90 т/га и в 220-летнем — 16,8 т/га.
Значительно больший лиственный опад наблюдается в тропических
лесах, но распад его при изобилии микрофлоры и фауны происходит
очень быстро, в течение одного мокрого сезона. Поэтому в тропиках под­
стилка не накапливается.
В северных широтах интенсивность распада подстилки тем ниже, чем
ближе к арктическим условиям расположена исследуемая территория.
В умеренных широтах подстилка одного года разрушается за 8 месяцев.
В северной Англии в течение 6 месяцев (январь — июнь) опад березы
разрушился на 82,9%; липы — на 56,6% и дуба — на 17,4—26,2%. М еж ­
ду июлем и апрелем разрушается 91% листьев дуба (от сухого веса) и
70% бука. В штате Теннесси США от ноября до ноября листья шелко­
вицы разрушаются на 90%, белого дуба — на 55% и сосновая хвоя —
на 40% от сухого веса. Сходные.данные потерь на разложение установ­
лены по листьям бука 64% и дуба 89%. Листья ильма и березы пол­
ностью разрушаются за 1 год (Heath, Arnold, 1966).
В северной тайге европейской части СССР распад еловой, и особенно
сосновой, хвои происходит очень медленно. Здесь фактический вес под­
стилки в типе леса сосняк брусничник в 5,3 раза, а в черничнике в 7 раз
больше годичного опада, равного 3 т. В еловых зеленомошниках масса
подстилки на поверхности почвы в 3 раза, а в черничниках в 10 раз
больше годичного опада. Следовательно, годовой опад хвойной подстил­
ки в сосняках брусничниках разрушается за 5—6 лет, в черничниках в
течение 7— 8 лет, в ельниках зеленомошниках за три года и в ельниках
черничниках за 7 лет.
В заболоченных типах леса распад подстилки происходит еще медлен­
нее, а на болотах она почти не разрушается.
В подзоне хвойно-широколиственных лесов в типе леса сосняк брус­
ничник запас подстилки на почве в 5 раз, а в ельнике черничнике в 6 раз
превышает годичный опад. Таким образом, продолжительность разло­
жения годичного опада осуществляется за 4—5 лет.
В осоково-снытевой дубраве запас подстилки на поверхности почвы
в 4 р а за больше опада. Здесь опад полностью разрушается за 4 года.
Чем медленнее осуществляется распад подстилки, тем медленнее про­
исходит круговорот минеральных веществ и тем ниже продуктивность
древостоев.
Изменение массы подстилки, выраженной в т/га, изучалось И. И. Судницыным в 1964 г. в Серебряноборском опытном лесничестве ежемесяч­
ным взвешиванием подстилки:
328
1960 г.
Тип леса
6.VII 3.VIII
Сосняк дубово-лещиновый —
Липо-дубняк кленово-ле­
щиновый
4 ,5
Липняк волосистоосо­
2,8
ковый
Осинник с дубняком
3,6
1961 г.
17.VIII | 1.IX
15.IX
—
—
—
—
_
3,1
2,1
1,7
0,7
1,6
1,0
1,4
1,4
2,2
9.V
9. VI
10.VII 10.VIII | 13.IX
14,5 13,7
—
14,1
16,0
6,1
5,0
4,1
_
3 ,2
3,5
3 ,6
2 ,0
2,1
1.9
1,5
1,5
_
0,9
1,2
Полученные данные позволяют сказать, что в сосняке дубово-лещи­
новом подстилка распадается наиболее медленно. В дубняке в течение
лета разруш ается ее около 33%, в липняке волосистоосоковом — 72%
и в осиннике—-67%.
В Серебряноборском опытном лесничестве Лаборатории лесоведения
АН СССР Д. Ф. Соколовым и Н. В. Карповой была внесена на пробные
площадки, очищенные от подстилки и травянистой растительности, усред­
ненная подстилка в количестве 5300 г на каждую площадку.
Н а I площадке подлесок был вырублен полностью, на II он удален
частично (50%) и на III контрольной подлесок оставался не тронутым.
К а ж д а я площадка равнялась 12 м2. Все площадки были приурочены к
одному типу леса — сосняку дубняково-лещиновому, расположенному на
дерново-слабоподзолистых супесчаных почвах, развитых на древнеал­
лювиальных песках. З а 2 года потери подстилки в процессе распада и
выщелачивания выразились по органической массе от 71 до 74,8% и:
зольным соединениям от 64,3 до 68%.
Наибольш ая потеря органо-минеральных веществ падает на площад­
ки участка II, которому соответствуют и большие величины сопостав­
ляемых между собой компонентов.
Более сильное разложение, минерализация, а такж е и выщелачива­
ние связаны с углеродсодержащими веществами или соединениями
(74,0—76,7%), за ними следует группа растворимых зольных элементов
(64,3—60,0 %) и, наконец, азотсодержащие соединения, которых в полуразложивш емся субстрате осталось немного больше 35%.
Несколько выше интенсивность разложения и минерализации лесной
подстилки на площадках с частичным удалением подлеска. Здесь на­
блюдается меньшее иссушение подстилки. Следовательно, к вырубке
лещины следует подходить сугубо дифференцированно. Это во многом
зависит от сомкнутости древесного полога. Там, где сомкнутость первого
яруса равна 0,9, можно значительно изредить или полностью удалить
подлесок. Удаление или изреживание лещины способствует возобновле­
нию сосны. Однако с вырубкой лещины отмечается некоторое ухудше­
ние лесорастительных свойств почвы. Снижается содержание биогенных
элементов и происходит уменьшение в поглощенном комплексе Са2+ и
M g 2+, важных для роста леса.
Надо отметить, что вырубка лещины значительно изменяет условия
жизнедеятельности микроорганизмов в верхних горизонтах почвы (Боль­
шакова, Степанова, 1968). В подстилке уменьшилось количество лист­
венного опада и относительно возросла масса хвойного опада. О пад
хвойных пород, особенно сосны, минерализуется м ед леннее. (Терехов,
Еникеева, 1964). С вырубкой лещины увеличивается осветление под по­
логом, а затем обильно разрастается травяной покров, отмирающий еж е­
годно и увеличивающий массу легкоминерализуемого органического ве­
щества подстилки. В результате, по данным В. Н. Мины и И. Н. Василь­
евой (1965), на участке с вырубленной лещиной опад обогащается азо­
том и калием, при этом и общее количество опада увеличивается с 4,6
до 5,0 т/га. На осветленном участке (с вырубкой лещины) влажность
верхнего слоя почвы ниже, чем на контрольном.
\
329-
Вырубка лещины в сложном сосняке вызвала изменение сезонной
динамики микрофлоры и смещение сроков интенсивной жизнедеятель­
ности микрофлоры. В верхнем слое почвы (3— 10 см) изменения микро­
флоры менее значительны. В первый год после удаления лещины в связи
с минерализацией подстилки численность микроорганизмов повысилась.
Н а второй и третий годы только в конце снеготаяния весной наблюда­
л а сь низкая численность микроорганизмов. В прикорневой почве после
вырубки надземной массы лещины наблюдалось уменьшение количества
микроорганизмов. Принимая во внимание обогащение растительного
опада питательными веществами и повышение интенсивности разложе­
ния на осветленном участке, можно признать, что изменения микрофло­
ры почвы в этом случае в целом для роста леса благоприятны.
В елово-широколиственных лесах Подмосковья в течение года в усло­
виях опыта разложилось 70—90% свежего опада. Опыт был проведен
Л. О. Карпачевским и Т. С. Перель (1961) в девятикратной повторно­
сти. На 1 м2 расчищенной поверхности почвы был внесен 1 кг раститель­
ного материала (листья, осока, хвоя ели, ветки), что соответствует
10 т/га. При изоляции опада от воздействия дождевых червей капроновой
■сеткой за год разложилось 36% листьев дуба, 40% — березы, 50% — оси­
ны, 45% — липы и 30% хвои ели.
В варианте, допускающем участие в разложении опада дождевых
червей, в течение 5 месяцев из внесенного растительного материала 48%
было потеряно в результате выщелачивания и разложения, 23% посту­
пило в почву и 29% осталось в виде подстилки. В варианте без червей
потеря составила 30%, в почву поступило 6% и на поверхности почвы
осталось 64% опада.
Нами (1964 б) выяснялся распад подстилки, изолированной в кап­
роновых мешках с мелкими отверстиями, через которые может проходить
вода, но не проникают беспозвоночные животные (особенно дождевые
ч е р в и ) . В одни мешки укладывалась подстилка без крупных беспозвоноч­
ных, а в другие вместе с ними. Подстилка взвешивалась ежегодно и еж е­
годно определялись запасы воды в подстилке высушиванием проб опада
д о 100— 110°. Данные разложения опада дубовых листьев в лесостепной
зоне, по нашим опытам, приводятся в табл. 165.
Р аспад листьев быстрее заканчивается в молодняках пятилетнего
возраста. С повышением возраста распад замедляется. Листья ясеня
и лещины разрушаются быстрее листьев липы и дуба. При участии круп­
ных беспозвоночных животных процесс распада идет в основном быст­
рее. Наиболее медленно под влиянием погодных условий, грибов и мик­
роорганизмов разрушаются листья дуба, на втором месте по устойчи­
вости оказались листья липы, затем клена остролистного и ильма. Б ы ­
стрее всех происходит разложение листьев ясеня (табл. 165).
В дубовых молодняках разложение листьев у подавляющего боль­
шинства пород происходит быстрее, чем в приспевающих, и тем более в
■старых древостоях. Исключением является липа, у которой интенсивность
разложения листьев с увеличением возраста древостоев усиливается
(табл. 166).
В различных типах леса северной тайги время распада подстилки
существенно изменяется, что экспериментально установлено (табл. 167).
В ельнике кислично-черничном и в сосняке бруснично-лишайниковом
распад подстилки, по экспериментальным данным, осуществляется за
4 —5 лет, в ельнике кисличнике — за 4 года, в сосняке черничнике — за
7 лет, а в сосняке долгомошном — только за 8 лет. Как можно заметить,
установленный расчетным способом срок распада подстилки довольно
близок к сроку, установленному экспериментальным путем, с размеще­
нием подстилки определенного веса на почву в мешках. Сосновые шишки
полностью разрушаются через 10— 14 лет, а еловые через 11 — 15 после
опада.
330
Таблица
165
Разложение опада в осоково-снытевой дубраве за 1, 2 и 3 года (в %)
Продолжительность разложения, л ет
о .« ч
s is
Лещина
Липа
Ясень
Дуб
,8 ,
1
2
1
3
2
1
3
2
3
1
2
64, 0
60,0
54,1
50,8
63,2
60,0
57,1
54,0
75
71,6
65, 8
62,8
100
100
100
95,0
95,0
70,0
64, 0
59,0
79,0
65,0
61, 0
58,0
83,0
76,1
67, 4
65,7
100
100
98
97,0
3
Без участия крупных беспозвоночных
5
34
80
225
63, 2
60,0
5Э,0
48,0
51, 2
47,4
45,6
35, 5
100
100
98,1
74,0
61, 5
60,6
64, 8
62, 0
79,5
75,0
70, 2
67, 5
10Э
100
100
98,0
36,1
33,1
29,9
29,1
46,3
41, 0
38,6
37,1
С2 участ нем кр;,тных зеспозвоночных
5
34
80
225
68,0
63,1
47, 1
34,1
Таблица
66, 9
60, 9
56,1
46,0
100
100
95, 0
88,1
76,0
71, 4
64,3
66,1
85, 4
80,1
70,1
74, 6
100
100
95, 0
81,5
73, 0
49,1
38, 7
36,5
85, 0
56,0
49, 0
48,1
166
Быстрота разложения листьез в зоне лесогтепи в 1937— 1988 гг.
(в % от их первоначального веса в абсолютно сухом состоянии) (Кудряшева, 1969)
С участием крупных б зспозвэнэчных
Стадия спелости
древостоев
Молодые
Приспевающие
Перестойные
Таблица
дуб
ясень
липа
68, 5
47, 1
34
83,1
83,1
91
33,1
29, 2
70,0
Без участия крупных беспозвоночных
.
дуб
ясень
липа
47, 4
45,6
25, 0
65,6
65, 2
69,0
28,1
38, 7
46,0
167
Скорость разрушения подстилки в северной тайге (в % от годичного опада)
Продолжительность разрушэнля пэдстилки, лет
Тип леса
Сосняк
Сосняк
Сосняк
Ельник
Ельник
бруснично-лишайниковый
черничник
долгомошник
кисличник
кислично-черничный
1
2
3
28
15
8
42
28
51
31
19
78
48
76
45
32
90
76
4
91
60
45
100
94
7
8
_
__
_
94
75
100
88
—
100
—
—
—
—
—
—
5
6
100
78
60
—
100
331
РОЛЬ п о д ст и л к и
В ПРОЦЕССАХ ФОРМИРОВАНИЯ
СОСТАВА ПОЧВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ И ПОЧВЫ
Через несколько недель после опадения листьев подстилка подверга­
ется нападению лесной флоры, но еще не используется микроорганизма­
ми и грибами.
Под влиянием осадков из подстилки быстрее всего вымываются саха­
ра, крахмал, органические кислоты, полифенолы и протеиновые вещества,
заметно позднее разрушается гемицеллюлоза.
Опад имеет значительное количество кислых продуктов и обменного
водорода; например, опавшая хвоя в Архангельской обл. содержит его
31,5 м г-э к в на 100 г сухого вещества, в подзоне хвойно-широколиствен­
ных лесов под Москвой 25,3 м г-эк в на 100 г сосновой хвои и 43 мг-экв
в опаде березы, в дубовом опаде содержится 39 м г-эк в на 100 г сухой
почвы.
Свежий опад и лиственная подстилка отличаются значительной ем­
костью обмена, достигающей 55 м г-эк в на 100 г сухой почвы. С увели­
чением степени разложения емкость обмена возрастает до 110 м г-экв
на 100 г почвы. Из свежего опада сосновой хвои переходит в водную
вытяжку 12,6 мг-экв.
В опаде хвои и листьев содержится большое количество водораство­
римых органических веществ (1—2 8 % ), в нем большое количество са­
харов и некоторое количество азота. В опаде, конечно, больше водорас­
творимых веществ по сравнению с подстилкой. Особенно мало их в ниж­
них горизонтах почвы.
В сосновой подстилке в верхних слоях имеется 7% гемицеллюлозы
и 5% в нижних; целлюлозы — 8% в верхнем и 3% в нижнем горизонте.
И з-за плохого разложения в подстилке накапливается лигнинный ос­
таток, имеются такж е гуминовые и фульвокислоты: первых 3,0—4,5%,
вторых от 3,5 до 5,0%. К ак видим, подстилка является богатой кладовой
для питания древесных пород.
В зависимости от зольности опада и подстилок изменяется интенсив­
ность распада и их кислотность. Зольность хвойных пород изменяется
в пределах 2,3—2,6%. По мере разложения подстилки, ее зольность уве­
личивается, поэтому в верхнем горизонте она ниже, а по мере углубления
возрастает. Большую часть золы составляют минеральные элементы. Чем
быстрее подстилка разрушается, тем выше ее зольность. В ранних ста­
диях подстилка разрушается неактивно. С течением времени интенсив­
ность распада подстилки усиливается.
В умеренной зоне подстилка разрушается преимущественно Lumbricus terrestris, в этом процессе такж е участвуют энхитреиды, диплоподы,
колемболы и другие беспозвоночные животные.
Степень разрушения органического вещества и поступление его в
почву зависят от очередности питания почвенных животных и их плот­
ности в единице объема почвы и от активности почвенных агре­
гатов.
Своей деятельностью почвенные беспозвоночные в значительной сте­
пени определяют ход разложения органических остатков, характер на­
копления гумуса. Образование мягкого гумуса находится в прямой свя­
зи с обилием в почве дождевых червей и их активностью. Дождевые
черви выделяют различные по химическому составу копролиты. Чем
больше растительных остатков в зоне их оптимального развития, тем
более гумифицированы выбросы органических веществ. В кишечниках
дождевых червей, личинок пластинчатоусых тикилид, а также в кишеч­
никах мелких энхитреид и колембол перемешиваются минеральные час­
тицы почвы с органическими. Под влиянием почвенных животных и
некоторых других компонентов в почве создаются водопрочные агре­
гаты, обеспечивающие ее аэрацию, благоприятный водный и пищевой
режим.
332
' /Крупные роющие животные, обитающие в почве, усиливают в ней
некапиллярную скважность, создающую благоприятные условия для
просачивания атмосферной влаги.
Под влиянием деятельности животных изменяется мощность подстил­
ки. Л есная подстилка, в свою очередь, влияет на почву, обогащает ее
минеральными элементами. Она содействует переводу поверхностного
стока в грунтовый и изменяет химические свойства почвы. Почвенная
ф ауна находится в тесной связи с гумусом. Чем больше его в почве, тем
выше плотность населения почвенных животных и значительнее их мас­
са. 'Вес их в местах залегания мягкого гумуса равняется 70 г/м2, а в
местах кислого грубого гумуса в пять-шесть раз меньше. В почвах с гру­
бым гумусом энтомофауна состоит в основном из личинок жуков щел­
кунов, личинок двукрылых и клещей. В почвах с мягким гумусом этих
членистоногих менее 10%. Вес почвенной фауны в 10-сантиметровой тол­
ще достигает 62 г/м2 в кисличниках, 45 г/м2 в мшистых и 6— 10 г/м2 в
мокрых долгомошных (в сыром состоянии).
Сильнокислые почвы ( p H = 4 —5,2) заселяют проволочники. В под­
стилке, сформировавшейся под пологом еловых древостоев, преобла­
д аю т клещи, составляющие 85% всего ее населения, и почти совершен­
но отсутствуют дождевые черви. В лесной подстилке хвойных пород
преобладают хищные растительноядные насекомые.
В сухих чистых сосняках плотность почвенных животных весьма не­
значительна. Она резко возрастает в более богатых и увлажненных поч­
вах. М асса беспозвоночных в лишайниковом сосняке на 1 м 2 составляет
5,5 г, в мшистом сосняке — 6,21 г, в сложных б о р а х — 14,3 г.
От лесной подстилки зависит выживаемость беспозвоночных живот­
ных и насекомых. Без нее почвы сильно промерзают зимой и высыхают
летом.
Постоянно насыщенные влагой мертвые остатки растений неблаго­
приятны для развития животных. М асса их в тундре колеблется в преде­
л а х от 1 до 17 г/м2.
В северной тайге на подзолистых почвах почвенная фауна более р а з­
нообразна, но такж е численно мала и приурочена в основном к подстил­
ке. Опад не вовлекается животными в почву, в глубь ее проникают толь­
ко растворимые продукты разложения.
В переувлажненных почвах вес беспозвоночных не превышает 5—
7 г/м2, в сухих борах белом ош никах— 16,4, в вересковом бору — 24,6,
на богатых почвах сложных сосняков вес фауны достигает 55—62 г/м2
(в сыром состоянии).
В лесостепной зоне масса почвенной фауны составляет от 47 до
70 г/м2. Количество беспозвоночных животных меняется с возрастом дре­
востоев, а на вырубках их численность и масса изменяются в зависимо­
сти от ширины вырубок. Наибольшее количество почвенной фауны обна­
ружено на узких лесосеках шириной 25— 35 м.
К асаясь взаимоотношений между беспозвоночными животными и
микроорганизмами, следует отметить, что в кишечниках червей находит­
ся большое количество микроорганизмов (споровых бактерий и актиномицетов), участвующих в разложении органических веществ. Следова­
тельно, надо всячески оберегать беспозвоночных животных. Вместе с
тем стекающие по поверхности почвы осадки смывают с залежей, зарос­
ших многолетними травами, от 4,5 до 6% дождевых червей, с обрабаты­
ваемых почв от 16 до 20% и с полей, занятых черным паром, до 30—40%
дождевых червей. Кроме того, личинок насекомых смывается соответст­
венно 1— 1,5, 1,3—2 и 4,5%.
Птицы (скворцы, галки, дрозды, сойки и другие), измельчая подстил­
ку, способствуют ускорению ее разложения.
Активное участие в процессах почвообразования принимают щурки и
береговые ласточки. Щурки вырывают норы в берегах длиной до 2 м.
333
К а ж д а я пара выбрасывает при этом до 12 кг земли, тупики делают норы
длиной до 3 м и выбрасывают до 25 кг земли, а береговые ласточки стро­
ят норы длиной до 1 м. На один километр берега приходится от 300 до
500 нор, проделанных ласточками. В оборот включается огромный объем
почвы на значительную глубину. Гнезда этих птиц выстилаются травой,,
которая, перегнивая, увеличивает органическое вещество в составе
почвы.
Все изложенное выше позволяет сказать, что в природной обстанов­
ке во взаимодействии между растениями и почвой участвуют многие ви­
ды животных. Д а ж е тетерки полевые и лесные рыхлят поверхность поч­
вы, добывая себе пищу, и строят свои гнезда в специально подготовлен­
ных углублениях.
Почвообразовательный процесс под пологом леса зависит от биоло­
гического круговорота вещества и энергии. Увеличение массы опада в
древостоях разного состава и возраста и интенсивность его минерализа­
ции влияет на формирование подстилки различной мощности.
Процесс распада подстилки на составные элементы зависит от содер­
ж ания гидролизуемых форм азота. Потенциально доступная форма его
обнаружена в большом количестве в подстилке дуба, несколько меньше
ее в смешанной подстилке, заметно меньше в кленовой и еще меньше в
липовой и ясеневой подстилке.
Подвижной фосфорной кислоты в подстилке под смешанным насаж ­
дением в два с лишним раза больше, чем под кленовым, и в 1,8 раза
меньше, чем в подстилке из листьев дуба, липы и ясеня.
Смешанные лиственные насаждения по сравнению с чистыми лист­
венными (например, дубовыми древостоями) изменяют физические свой­
ства почвы сильнее.
Гумус, как известно, формируется за счет продуктов разложения под­
стилки. Наиболее богат водорастворимыми органическими веществами
осенний опад листьев клена (12% ), заметно меньше этих веществ в опа­
де листьев ясеня (8,1) и ильма (5,6%).
ВЛИЯНИЕ ПОЖАРОВ
НА ЛЕС
В опасный в пожарном отношении период степень повреждения ог­
нем лесных насаждений сильно меняется. Она зависит от типа пожара
(низовой — беглый, верховой — повальный). Созданию благоприятных
условий для возникновения пожаров и повреждения насаждений огнем
содействуют определенные метеорологические условия и неосторожное
обращение с огнем. Н изкая относительная влажность, высокая темпе­
ратура воздуха, сильный ветер, усиливающийся во время пожара, при
расстроенности насаждений и сильной захламленности их способствуют
стремительному распространению огня по площади.
В засушливые периоды на захламленных лесных площадях в много­
ярусных спелых насаждениях низовые пожары через подрост и второй
ярус переходят в верховые. В молодых насаждениях с низко располо­
женными ветвями пожары почти всегда переходят в верховые. При вер­
ховых пожарах скорость распространения огня при ураганном ветре до­
стигает 7—8 км в час, при сильном ветре — 5—6 км в час. При тихой
безветренной погоде и слабей захламленности скорость движения огня
изменяется от 60 до 500 м в час днем и 15—30 м ночью.
Сомкнутые незахламленные спелые и приспевающие древостой зна­
чительно сдерживают переход беглого низового пожара в верховой, при
условии, если они не прерываются захламленными вырубками. П ож ар с
вырубки часто переходит в верховой, если на его пути встречается сомк­
нутый лес. При такой обстановке ветер, доходя до стены леса, устремля­
ется вверх и увлекает за собой пламя в кроны. Кроме низового и верхо­
вого пожаров в лесу можег быть разная высота пламени из-за различий
сомкнутости и захламленности насаждений, вызывающих неодинаковое
повреждение деревьев в нижней части ствола и в корнях. В результате
общий отпад в поврежденных пожаром древостоях, с учетом отмеченных
крайностей, может колебаться от 5 до 100% от общего запаса стволовой
древесной массы в насаждении.
В засушливые годы пожар, при сочетании сильной, средней и слабой
захламленности древостоев, вызвал полное повреждение огнем древо­
стоев до прекращения их роста на 32% площади, а в менее засушливые
годы, при меньшей захламленности древостоев, были поражены до пре­
кращения роста насаждения на 18% всей площади пожара. В данном
случае сильно захламленные участки почти не встречались, а преобла­
дали средне захламленные. В слабо захламленных древостоях, с неболь­
шим участием средне захламленных площадей, погибли насаждения
только на 5% площади, пройденной пожаром. В подавляющем большин­
стве обследованных нами случаев пожаров 90% площади насаждений
повреждено слабо (табл. 168).
Молодые древостой, независимо от захламленности, после пожара
обычно погибают полностью. П одавляю щ ая часть сосновых древостоев
относится к категории насаждений, повреждаемых пожарами до прекра­
щения роста 25% стволов по массе. Ельники чаще всего усыхают после
беглых пожаров, вызвавших повреждение корней и камбия по периферии
ствола, до 75% и более всех деревьев.
335
Таблица
168
У стойчивость древостоев разных пород от пож ара
{Молчанов, 1934)
Отпад массы стволовой древесины, %
Средний от­
пад, %
Обследованная
площадь по*
жаров, га
6, 4
68,4
4, 5
29, 9
19,7
13,8
43, 3
57, 8
18,1
56, 0
58Э6
5896
5896
5896
2316
2316
22,3
45,6
31, 8
65, 4
3816
3816
Порода
5
25
55
85
Пожар 1919 Г.
■Сосна
Лиственница
Береза
Ель
Сосна
Ель
78, 6
84, 6
37, 2
15, 7
46, 5
27, 8
0,9
0 ,6
2 ,4
6 ,9
46, 8
5,5
3, 2
0, 2
10,7
9, 6
2,9
36,8
2, 2
—
Пожар 1933 г.
Сосна
Ель
51, 2
39,0
15,5
3, 10
11,0
47, 4
В очень засушливые годы сильно повреждаются не только молодняки, но и приспевающие и спелые древостой. В приспевающих древостоях
отпад до 50% от общей массы зарегистрирован на 60% площади пож а­
ра, а с отпадом более 85% массы деревьев зафиксирован на 32% пло­
щади. Слабо поврежденные насаждения с отпадом до 25% массы на­
блюдаются только на 15—20% площади пожара.
По исследованиям И. Н. Балбышева (1963), степень повреждения де­
ревьев разных пород в лесах Сибири в процессе пожара выражаете?'
следующими данными (в %):
Лиственница
Сосна
Кедр
Береза
Сильная
Средняя
22
51
77
69
26
37
23
31
Слабая
52
12
—
—
К слабо поврежденным относятся деревья, имеющие все данные для
продолжения нормального роста, к средне поврежденным — сомнитель­
ные деревья, полная жизнедеятельность которых не восстановится.
Образующийся после пож ара в массовом количестве сухостой и вал е ж длительное время является угрозой возникновения повальных вер­
ховых пожаров, если не будут своевременно использованы поврежденные
пожаром деревья. Самоликвидация захламленности в природе происхо­
дит медленно. М ертвая еловая древесина, оставшаяся после пожара, р а з­
рушается под воздействием насекомых, грибов, муравьев, дождевых чер­
вей и микроорганизмов до минеральных элементов и газов через 18—
30 лет. Сосновая древесина из спелых древостоев на гари разлагается
на составные элементы через 30— 60 лет. Древесина сосновых и еловых
молодняков разлагается через 10 лет после пожара.
Вскоре после пож ара возникает инвазия различных насекомых.
Обильно заселяют еловые деревья короеды: типограф, шестизубый коро­
ед, гравер и другие, на сосновых деревьях обитают лубоеды. Усачи, ро­
гохвосты и древесинники обильно заселяют как сосновую, так и еловую
древесину. Интенсивное заселение насекомыми гарей зависит от коли­
чества короедов, их видового состава, а такж е от санитарного состояния
леса. Все вредители леса заносят в древесину споры грибов (щелевого,
окаймленного трутовика, опенка, полистиктусов и многих других).
336
Процесс усыхания поврежденных пожарами древостоев продолжает­
ся 5—6 лет. З а это время все усохшие деревья поражаются насекомыми
и грибами — разрушителями древесины. Условия, благоприятствующие
размножению насекомых и грибов, продолжаются долго.
Еловые деревья, поврежденные пожаром до прекращения роста и з а ­
селенные насекомыми и грибами, пригодны для выработки строительных
сортиментов в течение 2 лет, а для разделки на пиломатериалы только
1 год, на втором году после пожара древесина уже испещрена ходами
усачей.
Еловый сухостой и валеж используется на дрова в течение 6—7 лет.
Частичная заготовка дров может продолжаться и до 9 лет. Спустя 9 лет
весь валеж разрушается до третьей трухлявой стадии гнили.
Сосновый сухостой и валеж в течение 5— 6 лет пригоден для заготов­
ки строительных сортиментов, при условии если древесина слабо пора­
жена усачами. На дрова древесина сосны может быть использована в
течение 15—20 лет.
Учитывая кратковременную устойчивость сухостойной древесины и
в алеж а против загнивания, необходимо начинать использование ее уже
в год пожара. Особое внимание надо обратить на те насаждения, где
масса усохших и усыхающих деревьев превышает 50% от общего объема
стволовой древесины.
Внешним индикатором сильно пораженных деревьев и насаждений
может служить средняя длина нагара на стволах. Связь между высотой
нагара и массой погибших деревьев сосны вы ражается такими показа­
телями:
Средняя длина нагара
на стволе от шейки
корня в высоту, м
Отпад, %
Д о 0 ,5
0
1
6
2
8 ,5
3
4
22,5
32
5
55
6
7
68
8
70
9
8594
Ель менее устойчива к повреждениям от пожаров. Она загнивает в
лпёвой части дерева и быстро превращается в валеж. Связь между вы­
сотой нагара и отпадом ели следующая:
Высота нагара, м
Отпад деревьев, %
До 0 ,5
18
1
44
2
62
3
75
4
85
5
87
6
95
Как видим, в ельниках необходима более срочная вырубка деревьев
почти во всех древостоях единовременно, за исключением 18% площади
древостоев, где нагар у пня не превышает 0,5 м.
В засушливые годы в процессе пож ара сильно минерализуется лес­
ная подстилка, которая в естественном состоянии препятствует всхоже­
сти семян и укоренению всходов сосны ели и лиственницы. В то же вре­
мя на сильно прогоревшей подстилке всхожесть семян и укоренение всхо­
дов резко возрастает. Необходимо осенью после пожара или рано весной
на будущий год произвести носев семян сосны, ели и лиственницы
на площадях с сильно поврежденными огнем насаждениями. Выбор
семян той или иной породы для посева следует осуществлять с
учетом механического состава почв и их генетических особенно­
стей.
Потери органического углерода, по данным Н. П. Ремезова (Реме­
зов, Погребняк, 1965), при полном сгорании травяно-мохового покрова
и лесной подстилки составляют примерно 5—20 т/га, потери азота 1—
1,5 т/га. Если считать, что сгорает слой перегноя мощностью в 1—2 см,
то потери углерода могут составить примерно 1,5—4 ц/га, азота 0,1 —
0,2 ц/га. Еще больше потери этих веществ при среднем или сильном поареждениях, когда выпадет половина или вся масса стволовой древеси22 А, Молчанов
337
ны. В надземной части 100-летнего сосняка I бонитета содержится 3 ц/гаг
а ельника — 5 ц/га.
Ремезов подчеркивает, что существенное значение имеет единовре­
менное освобождение заключенных в сгорающих растительных материа­
лах зольных элементов, которые высвобождаются преимущественно »
форме карбонатов и сульфатов, обладающих значительной растворимо­
стью. В условиях сравнительно медленного восстановления растительно­
го покрова на гарях это создает опасность вымывания и вовлечения вбольшой биологический круговорот значительной части растворимых
солей.
Сгорание подстилки оказывает всестороннее влияние на физические
свойства почв — ухудшается скважность и усиливается заиливание почзи повышается ее плотность.
Следует отметить, что огонь, возникающий не стихийно, а регулируе­
мый человеком, может быть полезен для естественного возобновления
леса. Так, например, организованный пуск беглого огня на вырубках спо­
собствует ускорению их естественного возобновления.
Сгорание при низовых и верховых пож арах травяного и мохового
покрова и подстилки вносит существенные изменения в круговорот мине­
ральных элементов под пологом поврежденного пожаром леса. Потери
органических веществ после пожаров возрастают в зависимости от ин­
тенсивности лесных пожаров. Чем больше отпад стволовой древесины,
тем более сильное воздействие измененной среды испытывает оставшая­
ся часть насаждения.
В практике северного лесного хозяйства приобрела широкое распространенке огневая очистка лесосек, которая оказывает существенное
влияние на микробиологические процессы и аммонификацию азота. Д а в ­
но существует мнение, что если почву нагревать, то она обогащается
азотом.
В осенний период наблюдается наиболее сильное прогорание мха и
подстилки. По мере увеличения мощности (толщины) снежного покро­
ва, мощность уцелевшего на огнищах мха увеличивается и соответствен­
но увеличивается процент площади гарей с сохранившимся мхом и под­
стилкой (табл. 169).
Таблица
169
Степень прогорания мха и подстилки при осенне-зимней очистке остатков от заготовки
леса сжиганием их в кучах и процент огнищ с сохранившимся мхом и подстилкой
(Алексеев, Молчанов, 1937)
Мощнос.ть мха и подстилки, см
Время заготовки л е ­
соматериалов и
очистки
Октябрь — ноябрь
Декабрь — январь
Февраль — март
золы и
угля
1,4
1,9
2,3
мха
подстилки
сохрани­
лись
0,7
1,2
2 ,8
зд
3 ,4
4 ,6
32
59
78
Подстилка
Сгоревший
мох, %
68
41
22
сохрани­
лась
сгоре­
ла
87
93
98
13
7
3
Несмотря на значительнее сохранение на гарях подстилки, в процес­
се огневой очистки температура в почве повышается до' 80— 100°, а на
поверхности почвы до 600—800°.
Влияние огневой очистки на азотный режим дерново-подзолистых
почв под сосновыми лесами Заур а л ья было изучено 3. Н. Арефьевой
(1964). Этот исследователь пришел к выводу, что под пологом леса в
дерново-подзолистых почвах Заур а л ья преобладает процесс аммонифи­
кации. Наибольшее содержание амм иака обнаружено в дерново-сильнэ338
подзолистой малогумусной почве (под сосняками черничниками), при­
чем больше аммиака в лесной подстилке, а меньше всего в подзолистом
горизонте Аг. Аммонификация в подстилке и почве наиболее активно
развивается к середине лета.
Вырубка леса существенно изменяет биохимическую и биологическую
активность почвы, доказательством этого является увеличение аммиач­
ного азота и общей биохимической активности.
Т абли ца
170
Д инам ика аммиака в почве в разны х горизонтах (по Арефьевой и Хреновой)
NH3,
Аммонифицирующие бактерии, тыс. на 1 г
сухого вещества
мг/кг
Вариант опыта
Ао
Огнище
Вырубка
Лес
Пал слабый
Пал сильный
А1
0
4 1 , 7 5 10Э, 7
А,
А2
Ао
46,1
22,1
123,4
74,35 59,0
—■ 474
—
212,2
2,31
20,6
0,8
21,26
122,5
22,2
34,7
233,1
121,0
28,1
—
А1
0
322,3
А,
А2
89,15
25,36
—
—
0,43
1,66
0,5
—
0,9
1,2
—
—
—
—
—
Огневая очистка лесосек и полей еще более усиливает процессы ам ­
монификации, несмотря на то, что при огневой очистке полного прогора­
ния лесной подстилки не происходит. В среднем теряется около 20—30%
подстилки, а в ряде случаев от 10 до 60%. В табл. 170 представлены дан­
ные по динамике аммиака в июле в почве в разных горизонтах на огни­
щах, вырубке, в лесу, при слабом и сильном пале.
Полное выгорание лесной подстилки происходит при сжигании пору­
бочных остатков в больших кучах или в процессе палов, пущенных по
захлам ленным местам.
Потери органического азота в подстилке обожженных почв быстро
компенсируются за счет химического, а впоследствии и биологического
накопления азота (см. рис. 53).
Нитраты, вымываемые в глубь почвы весенними дождями, а также в
процессе снеготаяния, полностью не исчезают из почвы.
Однако значительная часть нитратного азота, поступая с золой в поч­
ву, довольно быстро распространяется по почвенному профилю и боль­
шая часть его к концу первого вегетационного периода уносится грунто­
выми водами. Но с весны следующего года на огнище снова отмечается
резкое увеличение NO3. Такое явление, возможно, связано с биологиче­
скими процессами, на что указывает появление нитрифицирующих бак­
терий.
Н а слабо обожженных почвах после легких палов в горизонте А2 нит­
раты нередко отсутствуют и накопление их идет медленно. Начало появ­
ления нитратов в горизонтах Ai и А2 происходит через 2—3 месяца, а
иногда и через год после обжига.
Наибольшее накопление азота наблюдается в первые 2 года. Запас
азота на двухлетнем огнище в сосняке черничнике равен 90 кг/га, а под
пологом леса только 30 кг/га. Д а ж е на третий год содержание азота на
■огнищах выше, чем в сосняке черничнике.
Влияние обжига мохового покрова и подстилки на микробиологиче­
скую деятельность изучалось Е. В. Руновым и Е. Н. Жданниковой (1962)
в Харовском районе на территории Кадниковского лесничества, Вологод­
ской обл. на лесосеке 1955 г. До рубки на этом месте произрастал ель­
ник с небольшой примесью осины и березы. Почва участка отличается от
22*
339
типичных торфяно-перегнойных глеевых почв меньшей мощностью
торфянистого и перегнойного горизонтов. Д л я изучения влияния обжигов
на микрофлору были выбраны три площадки, расположенные в несколь­
ких метрах одна от другой; из этих площадок одна не подвергалась дей­
ствию огня и служила контрольной, а остальные две представляли со­
бой обжиги 1955 и 1956 гг.
Микробиологические исследования проводились через 1 и 3 месяца,
а затем через год и 2 года после обжига. Установлено, что обжиг вызы­
вает изменение хода микробиологических процессов в почве. После об­
ж ига в ней усиливается микробиологическая деятельность. Особенно
резко это проявляется в поверхностном слое почвы. В более глубоких го­
ризонтах почвы обжиг вызывает сравнительно малозаметные сдвиги в
составе микрофлоры, влияние обжига на микрофлору имеет временный
характер. Микробиологическая деятельность максимально усиливается
в первый сезон после обжига. В дальнейшем в течение 2—3 лет стимуляционного эффекта не наблюдается. Обжиг не вызывает изменения качест­
венного состава микрофлоры, происходят в основном изменения в коли­
чественном составе. В течение некоторого времени обжиг содействует
минерализационным процессам в почве.
Увеличение обсемененности почвы микроорганизмами после обжига
в основном происходит за счет роста численности неспорообразующих
бактерий, особенно флюоресцирующих. Состав бактериальной флоры до­
стиг максимальной численности на крахмально-аммиачном агаре через
месяц, главным образом за счет микобактерий (555 320 тыс/г общая
численность и 380 460 тыс. на грамм микобактерий), а на мясопептонном
агаре — за счет желтопигментных (146 378 т/г общие и 120 360 т/г ж ел­
топигментные). Через 3 месяца после обжига состав бактериальной фло­
ры заметно уменьшился.
Известно, что микроорганизмы являются наиболее активной частью
любого биогеоценоза, им присущи разнообразные биохимические функ­
ции и очень высокая биологическая активность.
При отсутствии микроорганизмов превращение вещества и энергии
в почве очень сильно снижается, если не прекращается полностью. Фик­
сация молекулярного азота без участия микроорганизмов почти прекра­
щается.
Микроорганизмы — очень мощные химические реагенты —•полностью
минерализуют органическое вещество; они способствуют преобразова­
нию, аккумуляции и рассеиванию химических веществ почвы.
Обжиг, увеличивая численность микроорганизмов, является стимуля­
тором почвенных процессов. При этом чем мельче организмы, тем быст­
рее они размножаются.
По исследованиям Рассела (1955), живой вес бактериальных клеток
на гектаре пахотного слоя почвы в Ротамстеде (Англия) составляет
1,68—3,9 г, что в пересчете на сухой вес дает соответственно 336—
480 кг/га. По подсчетам этого ж е автора, на долю бактерий приходится
около 0,5— 1,0 веса содержащегося в почве органического вещества. При­
близительно такими ж е величинами измеряется биомасса грибов.
В настоящее время учет микроорганизмов производится недостаточ­
но полно. Мы учитываем только часть бактериальных клеток. Особен­
ную трудность составляет изучение продуктивности почвенных микроор­
ганизмов, тем более что все процессы в почве совершаются скачкообраз­
но. Колебания жизнедеятельности микроорганизмов бывают суточные,
сезонные и многолетние. Эта периодичность тесно связана с условиями
увлажнения, температуры воздуха и почвы, структуры почвы, ее токсич­
ности (которая так ж е возникает периодически) и биологической актив­
ности почвы.
340
Общие показатели численности микробов, сколь бы условны они ни
были, представляют определенный интерес. Учитывая это, Е. Н. Мишустин вычислил примерную весовую массу организмов, населяющих
почву:
Почва
Подзол
Дерново-подзолистая
целинная
Окультуренная
Чернозем целинный
Окультуренная
Серозем целинный
Окультуренный
Вес сухой
массы микроор­
ганизмов, т}га
Микробная
масса, % к
перегною
0,10
0,1
0,15
0,60
0,61
0,86
0,42
0,83
0 ,2
0 ,8
0 ,3
0,6
1,3
2,5
Приведенные данные не отражаю т колебаний численности микроор­
ганизмов. Фактически через 4-—5 дней происходит смена одной генера­
ции другой, в результате которой прослеживается подъем и падение
численности микроорганизмов в пределах 294— 130 кг/га в течение 3 не­
дель. Нами приведены крайние значения амплитуды, нередко они быва­
ют больше.
ЭНЕРГЕТИКА ЛЕСНОГО БИОГЕОЦЕНОЗА
В ДУБРАВАХ ЛЕСОСТЕПИ
Д л я всестороннего изучения биогеоценозов должны быть выявлены по­
ток солнечной радиации, колебание плотности лучеиспускания в зависи­
мости от высоты Солнца и облачности в различные часы суток, в р а з­
личные времена года и т о месяцам.
Д о л ж н а быть определена поверхность деревьев с листвой в разных
биогеоценозах. Двойная поверхность листвы и стволов по окружности
колеблется от 10 до 20 га/га, а после опадения листвы зимой — до
1,5 га/га. Учитываются оптические характеристики листьев, изменяю­
щиеся в период их функционирования в связи с изменением содержа­
ния хлорофилла и толщины кутикулы, от чего зависит светопропускаемость. Выясняется спектральное распределение поступающей солнеч­
ной радиации.
Поглощение потоков энергии поверхностью листьев зависит от их
возраста. Наиболее слабое ее поглощение наблюдается в мае вследствие
особого структурного и химического состояния молодых лиственных тка­
ней и степени покрытия полога, еще не достигшего нормальной полно­
ты. Поглощение увеличивается до максимума в июле. Начиная с пол­
ного обнажения деревьев от листьев поглощение энергии колеблется в
д е к а б р е — марте между 55—49% от максимального.
Поглощение энергии массой листвы, имеющей удвоенную поверхность
до 8— 19 га(га, кажется низким по сравнению споглощением ее ветвями
и стволам. Но, оказывается, кора способна к активному поглощению л у­
чей, все молодые ветви содержат к тому ж е хлорофилл, а старые покры­
ты эпифитами, масса которых в абсолютно сухом состоянии колеблет­
ся, в зависимости от породы деревьев, от 12 до 25 кг!га и более.
Общий приход солнечной радиации над пологом дубовых древостоев
равен 4,41 -109 ккал/га, из которого расходуется на суммарное испа­
рение древостоем 64,1%, на турбулентный теплообмен — 20,8%, на теп­
ловой поток через границу деятельного слоя — 2% , на фотосинтез и ды­
х а н и е — 2,8%, на турбулентный обмен и испарение с покрова — 6,1%
и на проникновение тепла в почву — 3,6%.
Интенсивность фотосинтеза, рост я общая продуктивность растения
находятся в зависимости от его связи с почвой и почвенной влагой. Удов­
летворение потребности растений в воде и минеральных веществах —
вопрос первейшей важности. Другими словами, первичная продуктив­
ность в биогеоценозе есть результат цепи процессов: потока энергии, ба­
ланса воды, открытого и замкнутого циклов питания. Первичная продук­
тивность зависит от вторичной продуктивности, и главным образом от
активности составляющих биогеоценоз компонентов, в частности бак­
терий и грибов.
Теоретически рассуждая, можно отметить, что для действующих био­
геоценозов присутствие животных и человека, являющихся потребителя­
ми их продукции, не является необходимым, а присутствие бактерий,
разлагаю щ их и минерализующих отпад и опад, весьма важно.
342
При выяснении продуктивности биогеоценоза необходимо установить
общее количество органической материи, выработанное за год в процес­
се фотосинтеза, точнее, после частичной ретрансформации. Необходимо
знать брутто-продукцию, первичную нетто-продукцию, а также потери
углекислоты на дыхание растений. Необходимо также установить коли­
чество вещества, потребленного животными; вещества, освобожденного
после разложения мертвых остатков; количество продуктов, используе­
мых человеком; расход вещества на создание вторичной и других уров­
ней продукции; затраты на дыхание животных. Наконец, важно дать ко­
личественную оценку образовавшемуся в почве гумусу.
Очень важное значение для правильного учета продуктивности био­
геоценоза приобретает изучение интенсивности превращения радиацион­
ной энергии в химическую в процессе фотосинтеза.
Д о сих пор мы не располагаем оценками этой величины. Имеющаяся
в данное время информация основана на измерениях первичной продук­
тивности. В этом случае учитывается как первичная, так и вторичная
органическая масса, осваиваемая гетеротрофными биоредуцентами, ока­
зывающими сильное влияние на первичную продуктивность биогеоце­
нозов.
Первичная, вторичная и последующая продуктивность, учтенная за
год, переводилась в килограмм-калории и служила основанием для оцен­
ки энергетической продуктивности растений и животных. Активное уча­
стие в биогеоценозе принимают паразиты, которые нередко полностью
уничтожают своих хозяев и ликвидируют инвазию.
О бщ ая продуктивность древесины в пределах одного возраста очень
изменчива. Она зависит от метеорологических условий вегетационного
периода и интенсивности солнечной радиации. В северной тайге и лесо­
тундре прирост деревьев зависит от термических условий вегетационного
периода. Суровая, холодная погода летом существенно снижает прирост.
В лесостепной зоне на снижение прироста влияет недостаток осадкэз.
Кроме того, прирост зависит от инвазии соснового шелкопряда, листо­
вертки, златогузки или других насекомых. Вспышка хвое-, листогрызу­
щих насекомых приводит к гибели сосны, а в лиственных существенно
влияет на уменьшение прироста по диаметру и объему. При повреждении
листвы дуба листоверткой до 50% происходит снижение прироста на
одну треть от среднего, а при полном повреждении листвы прирост сни­
ж ается в среднем наполовину от среднего, с колебаниями от 0,4 до 0,6.
Во время вспышки размножения листогрызущих насекомых урожай ж е ­
лудей у дуба и семян других пород отсутствует. При повышенных уро­
ж а я х объемный прирост древесных пород понижается и составляет 0,5—
0,7 от среднего прироста, а при среднем урож ае — 0,2—0,3 от среднего
прироста в период отсутствия нападения листогрызущих насекомых.
В засушливый период объемный прирост древесины составляет 0,8 от
среднего, а во влажны е увеличивается до 1,2. Рубки ухода, выборочные
и постепенные интенсивностью до 25% до определенного возраста дре­
востоев такж е способствуют некоторому повышению прироста у остав­
шихся на корню деревьев.
Эти общие положения следует учитывать при вычислении органиче­
ской и вообще биологической массы в изучаемых биогеоценозах.
Общая первичная продуктивность (выраженная в энергетических еди­
ницах) древесной массы в 90-летнем дубовом древостое осоково-снытевой дубравы, вместе с отпадом, составляет 2,86-Ю7 ккал/га, из них на
отпад приходится 1,14-107 ккал/га. Ежегодно в среднем нарастает и от­
падает на поверхность почвы 2,52-107 ккал листвы, цветков, коры, тр а ­
вяного покрова и т. п.
В среднем за год аккумулируется при хорошем урожае желудей дуба
и семян других древесных пород 9,69- 10б ккал/га. В очень урожайные
годы в желудях содержится 1,67-Ю7 ккал/га, а в среднеурожайные-—
343
8 ,2 6 -106 ккал/га. В пределах десятилетия средние и высокоурожайные
годы бывают один-два раза, остальные годы бывают неурожайные или
почти неурожайные.
Вся ежегодная первичная продуктивность, выраженная в энергети­
ческих единицах (ккал/га год), вместе с отпавшими деревьями состав­
ляет 6,354-107, в том числе отпад деревьев 1,14-107.
Вторичная продуктивность биогеоценоза связана с деятельностью на­
секомых, грибов, эпифитов и животных. При нападении на листья дуба
яблоковидной ореховертки, вызывающей шаровидные вздутия на листьях,
в них утилизируется 3,07-10® ккал/га солнечной энергии в год.
Появление на древесном опаде плодовых тел различных деревораз­
рушающих грибов обеспечивает ежегодно аккумуляцию из деревьев сол­
нечной энергии в размере 6,64-103 ккал/га.
Поселение на ветвях и стволах, чаще всего и больше всего в комлевой
части деревьев, эпифитов лишайников, растущих на коре, поглощает
8,90-105 ккал/га солнечной энергии.
В целом на -перечисленную вторичную продуктивность использовано
органической массы 3,077 • 106 ккал/га в год.
' З а год различными животными использовано от растений и их семян
следующее количество солнечной энергии: лосями — 2,34-104, оленями —
1,74 -104, птицами, питающимися семенами,— 5,12-Ю2, белками — 2,12 •
• 102 и мышевидными грызунами — 7,07• 104 ккал/га в год, или всего пере­
численными животными использовано 1,06-106 ккал/га в год.
В куколках непарного шелкопряда концентрируется за год 4,68• 105 ккал/га, в зимней пяд ен и ц е— 1,10-105 ккал/га, в листовертке —
2,31 - 104 ккал/га и, наконец, в гусеницах долгоносика и плодожорки, пи­
тающихся желудями, сосредоточено 1,23-103 ккал/га, или всего в гусе­
ницах насекомых — 5,78-105 ккал/га.
В лесу обитает большое количество различных насекомых: стрекозы,
саранчовые, уховертки, листоблошки, горные цикады, тли, клопы, жуки,
в том числе щелкуны, коровки, усачи, жужелицы, стафилиниды, листоеды
и слоники, сетчатокрылые, двукрылые, перепончатокрылые, в том числе
паразиты, муравьи, чешуекрылые (моли, огневка, листовертки, пядени­
цы, шелкопряды, хохлатки, совки и др.). Распространены также пауки,
клещи, многоножки, мокрицы, моллюски, черви и другие животные. Об­
щая масса перечисленных насекомых, учтенная встряхиванием с де­
ревьев на полог, в ранние утренние часы составила в энергетическом вы­
ражении 4,56-104 ккал/га.
Питаются этими насекомыми разнообразные птицы: обыкновенные ов­
сянки, лесной конек, мухоловка, белошейка, садовая славка, восточный
соловей, дубонос, большая синица, пеночка-теньковка, славка-черноголовка, певчий дрозд, черный дрозд, горихвостка, кукушка, козодой, сред­
ний пестрый дятел, сойка, скворец, чечевица, белая трясогузка, пищуха,
л азаревка, длиннохвостая синица, речной сверчок, ястребиная славка,
славка-завирушка, зорянка, вальдшнеп, черный стриж, сизоворонка,
удод, серый дятел, ворона, сорока, щегол и др. Все перечисленные пти­
цы содержат в себе 1,33-103 ккал/га в год и даю т приплод 1,90-W ккал/га.
Таким образом, общая энергия, содержащ аяся в птицах, равна 2,03• 104 ккал/га в год.
Нельзя обойти молчанием деятельность паразитов насекомых, их мас­
са в переводе на гектар незначительна, но их деятельность может быть
весьма существенна. Инвазия дубового шелкопряда в Теллермановском
лесничестве в 1968 г. была ликвидирована паразитическими насекомы­
ми: наездниками, тахинами и др. Большую роль играли также хищные
насекомые, активнейшие истребители гусениц,— красотелы зеленые и
бронзовые. Их было в 1968 г. так много, что насчитывалось до 3 штук
на 1 м 2. Аккумулированная в них энергия выразилась в 2,14-105 ккал/га
в год.
344
В качестве приходной статьи энергии биогеоценоза следует отме­
тить и то, что с атмосферными осадками поступило на поверхность поч­
вы за летний период 51,18 кг углерода, или 2,61 • 105 ккал, а так как осад­
ки проходят через кроны деревьев, то масса углерода увеличится на
226 кг/га, или на 1,15-10® ккал.
В почве активную роль в дубравах играют дождевые черви, колемболы, энхитреиды и другие животные. Так, общая масса их в абсолютно
сухом состоянии равняется 5,7 кг/га, в которых аккумулировано 4,38•1СИ ккал/га. Почва насыщена бактериями, актиномицетами и грибами.
Первых насчитывается в среднем 3250 тыс. шт., вторых — 3250 и треть­
их — 375 тыс. шт. в 1 г сухой почвы.
Почвенная фауна совместно с микроорганизмами перерабатывает в
год, по нашим замерам, в осоково-снытевой дубраве 58% по весу массы
листьев дуба, 73% липы, 79% лещины и 76% ясеня. Не будь почвенной
фауны и микроорганизмов, лес погиб бы от своих же отходов, фактиче­
ски ж е отходы, переработанные микроорганизмами, используются рас­
тениями.
Общая аккумуляция энергии в органическом веществе, вырабатывае­
мом биогеоценозом, в осоково-снытевой дубраве в переводе на гектар
составляет 6,75 -107 ккал в год.
Расход энергии из биогеоценоза осуществляется в первую очередь за
счет отпада деревьев из древостоя. Энергия, содержащаяся в этих де­
ревьях, равняется 1,14-107ккал/га. На втором месте стоит опад листвы,
коры, цветков и травяного покрова — 1,29-107. Остальная часть листвы,
составляющая 8,13-Ю6 ккал/га, съедена гусеницами, а 4,08-106 ккал/га
листвы в виде огрызков упали на поверхность почвы. Таким образом,
1,67 -107 ккал/га, содержащихся в лиственном опаде, находятся под воз­
действием почвенной фауны и .микроорганизмов.
В процессе своей деятельности непарный шелкопряд и другие листо­
грызущие насекомые выделили 370 кг/га экскрементов, содержащих
8,12 -106 ккал. Из экскрементов было выделено 13 кг/га азота, 1 кг/га
фосфора, 11,7 кг/га калия, 6,6 кг/га кальция, 2,7 кг/га кальция и незна­
чительное количество других элементов.
Кроме того, поступили в опад плодовые тела, обитающие на отмер­
ших и упавших деревьях, их общая энергия равна 6,64■ 103 ккал-, энер­
гия эпифитов-лишайников, выросших на ветвях и стволах, составляет
8,90-105 ккал и галлов орехотворки — 3,07 - 106 ккал.
Опад желудей, пораженных долгоносиком, составляет 1,43-10®, пло­
д о ж о р к о й — 6,67-10®, грибом фомитопсис — 5,62 ■105. Мышевидными гры­
зунами съедено и заготовлено на зиму 4,04-10® ккал/га здоровых ж елу­
дей. Всего повреждено насекомыми и съедено мышами 12,66-10® и оста­
лось здоровых на почве 2,89-10® ккал/га желудей.
Надо полагать, что и эти остатки поступят в пищу оленям, которые
вместе с лосями достигли в Теллермановских дубравах такой численно­
сти, что на вырубках нет ни одного дубка естественного и искусственного
происхождения, который бы не был подстрижен и обглодан лосями и
оленями. Последние к тому ж е очень охотно собирают и едят желуди.
В общем, если не будет отрегулирована численность лосей и оленей, то
нельзя надеяться на восстановление дубрав. Замена их другими порода­
ми —-спутниками дуба •— неизбежна.
Лоси и олени при норме пять голов на 1 тыс. га объедают дубовые
ветви дуба ежегодно полностью. Энергия в съеденном ими корме исчис­
ляется в 18,4 -103 ккал/га в год.
Красотелы, в массе появляющиеся в период объедания листвы шел­
копрядом, интенсивно уничтожаются лисицами.
Птиц от хищников погибло (судя по следам оставшихся на поверх­
ности почвы перьев) 1,05-103 ккал/га и наконец, смыто органических ве­
ществ с осадками с крон в количестве 2,67 -105 ккал/га в год.
23 А. Молчанов
345
Обобщая все сказанное о продуктивности и использовании органиче­
ской и биологической массы биогеоценоза, можно представить обобщен­
ные результаты в следующих данных (энергия в ккал/га в г о д ):
Органическая и биологическая масса
Древесина растущая, с опадом
Недревесная органическая масса
Итого
Биологическая или вторичная масса
Паразиты насекомых
Вся биологическая масса
2,86 Ю 7
3 ,8 9 4 -107
6 ,7 5 4 -107
1,69 -107
2,142-Ю 6
1,693 -107
Суммарная масса биогеоценоза вместе
с поступившими огрызками, экскре­
ментами и галлами орехотворки
9,768 -107
Съедено органического вещества
Сброшено огрызков листьев
Выделено экскрементов
Галлы орехотворок
Гибель птиц от хищников
Опад органической массы
Отпад
»
»
1,253 •107
2,08 -106
8,12 -106
3,07 -10®
1,05 -103
2,914 -107
1,14 -107
Накопление органической массы
7 ,9 6 1 -107
-}-1,807-107
К ак видно из приведенных данных, баланс энергии в биогеоценозе
положительный за счет массы растущих деревьев и здоровых желудей.
Н а этом можно было бы схематическую модель биогеоценоза, х а ­
рактеризующую превращение вещества и энергии в нем в процессе
взаимного влияния и взаимодействия компонентов, считать завершен­
ной. Однако масса отложенного на поверхности почвы отпада и опада,
находящаяся под воздействием грибов, микроорганизмов и почвенной
фауны, качественно меняется. В процессе распада органического вещест­
ва выделяется углекислота и поглощается кислород. Потребителями по­
следнего являются и обитатели почвы. В результате происходит непре­
рывный обмен между подстилкой, почвой и атмосферой, взаимообмен
кислородом и углекислотой. Кислород соединяется с распадающимися
органическими остатками и расходуется на дыхание, а углекислота вы­
деляется в атмосферу и используется в процессе фотосинтеза.
Учет углекислоты, выделяемой подстилкой и почвой, осуществлялся
с помощью специальных респираторов. Одновременно устанавливалась
численность грибов, актиномицетов, бактерий и почвенной фауны, оби­
тающих в подстилке и почве. Средняя величина расхода С 0 2 на дыхание
микроорганизмами в день равна 1 м г - 109 бактерий. Эти бактерии ис­
пользуют 0,09 ккал/га в год. Расход энергии на дыхание бактерий и на­
секомых в процессе разложения органического вещества может быть ус­
тановлен для средней популяции микроорганизмов на 1 г подстилки в
текущее время или для среднего веса подстилки на поверхности почвы в
среднем за год.
Кларк рекомендовал расчет величины расхода энергии на дыхание
определять в условиях наиболее часто встречающихся температур. Он
показал, что когда разрабаты вается направление учета бактерий и осу­
ществляется учет продукции углекислоты, выделяемой бактериями из.
почвы, в полевых условиях необходим учет спор, которые неактивно
обмениваются. Т акж е необходимо провести подсчет и установить обмен
веществ популяциями в связи с дыханием на специальных культурах с
346
целью выяснения активности обмена веществ, используя для этого спе­
циальные респираторы.
Одновременно устанавливается расход энергии бактериями и актиномицетами, обитающими на листьях и подстилке дуба, чтобы осуществить
оценку численности бактерий и актиномицетов на пластинках дубовых
листьев, взятых в количестве 3,2 -107 г сухого веса подстилки. При этом
отметим, что вес дубовых листьев изменяется в зависимости от возраста
древостоев в пределах от 2363 до 5038 кг/га в абсолютно сухом состоя­
нии. Наибольший вес приходится на период от 20—40 лет, наимень­
ш и й — на 15 лет и средний — 4100 кг/га — на 228 лет (Молчанов 19466).
Уменьшение веса опавших листьев через год и более рассмотрено в
данной работе отдельно.
Оценка продуктивности энергии, используемой бактериями и актиномицетами, равна 2,2 ккал/см 2 в год. Сходный результат получен для под­
стилки из ясеневых листьев. Величина расхода на дыхание бактериями
и актиномицетами равна 1,68 к к а л / м 2 в год.
Среднее число бактерий и актиномицетов на протяжении нескольких
лет исследований в среднем в месяц равнялось 3,96 • Ю7 г сухого веса.
В гумусовом горизонте почвы, равном в среднем 1 см, при среднем су­
хом весе 10 к г / м 2, бактерии могут расходовать на дыхание 32 к к а л /м 2
в год. Среднее число бактерий и актиномицетов в горизонте А равно
6,96-10® на 1 г сухой почвы. Средняя глубина слоя 3 см, средний вес поч­
вы в этом горизонте равен 25 к г / м 2. Бактерии и актиномицеты расходу­
ют на дыхание около 16 к к а л / м 2 в год.
Среднее число бактерий и актиномицетов в горизонте А 1,73-106 на
1 г сухого веса. Средняя глубина почвы 32 см, вес около 245 кг/м 2. В го­
ризонте В бактерии и актиномицеты расходуют на дыхание 21 к к а л / м 2
в год.
Бактерии и актиномицеты расходуют из трех горизонтов 69 к к а л /м 2
в год.
Расход энергии на дыхание грибами в подстилке может быть уста­
новлен по частям гифов грибниц на единицу веса подстилки; вес под­
стилки на единицу площади и расход на дыхание зависит преимущест­
венно от температуры почвы и подстилки и ее влажности.
Потребление энергии грибами в подстилке из дубовых листьев уста­
новлено в размере 230 к ка л/м 2 в год, а в ясеневой подстилке — около
76 ккал/м 2 в год.
В .переводе на гектар расходы на дыхание бактериями, грибами, а
такж е анхитреидами и другими беспозвоночными и позвоночными выра­
зятся следующими данными (в ккал/га в год):
С татья расхода энергии на дыхание
Травоядные
Бактерии и актиномицеты
Энхитреиды, дождевые черви и др.
Позвоночные животные плотоядные
Грибы на лиственной подстилке
Грибы в верхнем слое почвы
Грибы в мертвой древесине
Увеличение в почве органического материала
Увеличение биомассы в деревьях и кустарниках
В сего
9 ,0 -104
7 ,9 -105
1,62-10®
2 ,0 8 -10е
5,83-10*
6,96-10®
9,88-10®
2 .7 8 -107
1,93■107
7,435-10’
23*
347
СОДЕРЖАНИЕ
МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
Д л я лесов характерно накопление большой биомассы, выражающейся
десятками тонн на гектар, состоящей из органических и минеральных
веществ. Органическая масса, сосредоточенная в лесах, намного превы­
шает годичный прирост. Спелый лес за десятки лет накапливает сотни
тонн органического живого вещества на гектар, а ежегодный прирост
не превышает 5—6% от общей массы. Минерализация или удаление ор­
ганических веществ в лесу протекает в две резко различные фазы: еже­
годную в результате разложения растительного опада и других остат­
ков организмов и через большой промежуток времени при отмирании или
вырубке основной массы растительного вещества. В результате значи­
тельная часть химических элементов надолго выбывает из биологиче­
ского круговорота биогеоценоза, так как задерживается в телах орга­
низмов. Опад составляет не более 10% от всей биомассы. Таким обра­
зом, в лесных биогеоценозах биологический круговорот многих элемен­
тов растянут на десятки и сотни лет. Накопление массы живого веще­
ства приводит к особо большому влиянию организмов на лесные биогео­
ценозы. П од пологом деревьев в лесу создается особый микроклимат,
изменяется состав атмосферы, повышается содержание С 0 2 и водяных
паров, появляется значительное количество фитонцидов. Большая часть
живого вещества в лесных биогеоценозах, как правило, расположена
над поверхностью почвы (масса стволов и листьев). Здесь особенно рез­
ко проявляется способность организмов создавать свою среду обитания,
в лесах организмы наиболее интенсивно преобразуют окружающую сре­
ду. Основная масса живого вещества в лесу представлена высокоорга­
низованными растениями.
Существует пять важнейших каналов, по которым можно регулиро­
вать продуктивность биогеоценозов: условия возникновения, выживае­
мости, скорости роста растений и их расселения, а такж е деятельность
человека. Важно отметить, что в различных областях ареала наших дре­
весных пород ограничивающее влияние могут определять различные
факторы среды.
В центральных областях ареала климатические условия и погода,
как правило, не относятся к основным регулирующим факторам. Здесь
несравненно большую роль играют факторы, зависящие от плотности
растений, животных и других организмов; борьба за питательные веще­
ства; грибы — разрушители растений, а такж е болезни, вредные насеко­
мые и хищничество. В любом биогеоценозе всегда действует множест­
во различных факторов и многие из них могут быть причиной того или
иного наблюдаемого эффекта. Нельзя забывать, что в биогеоценозе ж и ­
вые и неживые элементы связаны в единую систему, в которой происхо­
дит каскадный процесс передачи от одних ступеней к другим в кругово­
роте веществ, при этом мертвые ткани могут распадаться до минераль­
ных веществ, которые далее вновь участвуют в круговороте материи,
т. е. вещество может повторно возвращаться в биогеоценоз, тогда как
к а ж д а я порция энергии проходит через него лишь однажды и необра­
тимо теряется. Количество вещества, содержащееся в трофической пи­
348
рамиде, может быть использовано много раз, а порция энергии исполь­
зуется только один раз. Продуктивность обычно характеризуется вели­
чиной потока энергии на единицу площади и времени, выраженной в
килограммах калорий на гектар в год, и определяется органическое ве­
щество в калориметрической бомбе.
В пределах одного биогеоценоза продуктивность органического ве­
щества изменяется в связи с изменением состава растительности. В лю­
бом биогеоценозе поток энергии достигает максимальной величины, ко­
торую допускает плодородие почвы и ее структура, а такж е запасы
влаги.
Накопление в поверхностных горизонтах земной коры специфическо­
го органического вещества и образование гумусовой оболочки является
определенным этапом истории круговорота углерода и азота на Земле.
При этом если считать, что суммарная биомасса суши составляет величи­
ну порядка 1012— 1013 т, а величина ежегодного синтеза фитобиомассы
1,5— 5,5-1010 т, то продолжительность цикла оборота углерода, вовлекае­
мого последовательно в биогеоценозы с образованием фитомассы,
зоомассы и микробной биомассы в почвах, охватывает в среднем 200—
600 лет.
Содержание химических элементов в биосфере, а такж е отдельно в
литосфере, гидросфере и атмосфере выражается в среднем показателя­
ми, приведенными в табл. 171.
В биосфере наибольшее количество массы приходится на водород,
затем на кислород и углерод. В очень малых дозах содержатся кальций,
калий, кремний, фосфор и другие элементы.
В литосфере наибольшее количество составляют кислород, углерод
и кремний. Значительно меньше алюминий, латрий, кальций, калий и
магний.
Основную массу гидросферы составляют водород и кислород.
Таблица
171
Относительная сумма элементов (в %) (Edward, 1970)
Место элемен­
тов в сферах
Биосфера
Литосфера
Гидросфера
Атмосфера
н
о
С
49,8
2,92
24,9
60,4
66,4
33,0
0
21, 0
24,9
16,0
0,014
0,3
N
Са
к
0, 27
0,73
0,46
—
1,88
—
0,06
1,37
—
—
—
—
—
0,754
0,456
0,241
0,196
Ar
Ne
—
—
—
0,33
—
0,002
78,3
Si
Mg
0,33
0,31
1,77
20,5
—
0,034
Биологическая масса, кг/га
104,605 | 18,502
13,149
тов в сферах
р
S
А1
0,030
0,017
0,016
0 ,8
0,4
6,2
\
1,001
Na
|
Fe
Ti
2,70
Cl
г
Биосфера
Литосфера
Гидросфера
Атмосфера
—
0,17
—.
0,28
1,90
—
—
—
—
—
—
2,49
0,093
-
0,018
Биологическая масса, кг/га
0, 104
|
0,142
| 0,111
| 0,104
| 0,099| 0,077] 0,042]
—
349
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Биосфера — это область земной коры, в которой происходит трансфор­
мация космического излучения в активную земную энергию. Энергия
тесно связана с живым веществом на Земле, создает благоприятные
условия для всего живого. Поглощение коротких лучей тесно связано
с озоновым экраном, состоящим из свободного кислорода — продукта
жизни.
Ж ивое вещество в биосфере является главной движущей и могущест­
венной по своим последствиям силой. Только в ней находятся все орга­
низмы, отделенные от окружающей их косной материи.
Лесная растительность оказывает сильное влияние на биосферу и ее
отдельные компоненты: педосферу, атмосферу и гидросферу. Зеленая
часть биосферы — растительность — является связующим звеном всех
компонентов биосферы.
Лес в различных природных зонах, в зависимости от условий увл аж ­
нения, плодородия почвы и климатических условий, по-разному аккуму­
лирует минеральные соединения из почвы и углерод атмосферы и осу­
ществляет образование органических веществ. Биогенная аккумуляция
и минерализация не протекают изолированно, они вместе образуют еди­
ный биологический круговорот элементов в биогеоценозе. Емкость био­
логического круговорота в различных зонах, а в пределах их в разных
биогеоценозах происходит с различной интенсивностью, изменяется его
скорость и емкость.
Лес улавливает и частично усваивает солнечную энергию, перерас­
пределяет атмосферные осадки, очень сильно ослабляет, а в ряде случаев
полностью предотвращает эрозию. Облесение оврагов, а также соору­
жение лотков, а в некоторых случаях и-плотин сокращает базис эрозии
и способствует затуханию оврагообразования. Лес на полях изменяет
температуру, ветер и испарение.
Лес до минимума сводит вынос минеральных веществ из почвы и очи­
щает стоковые воды от твердых примесей. В процессе транспирации лес
выделяет в атмосферу наиболее чистые пары воды.
Лес предотвращает загрязнение атмосферы, способствует отложению
пыли и других загрязнений на поверхность почвы под пологом крон,
ускоряет циклы воды в атмосфере в процессе транспирации и фото­
синтеза.
В процессе фотосинтеза и дыхания в лесу совершается активный кру­
говорот углекислоты и кислорода. Почвенная фауна усиливает процессы
разрушения органического вещества и подготовляет пищу для микро­
организмов, которые ускоряют конечный распад органического вещест­
ва и обеспечивают круговорот атмосферного азота.
Л ес и другие растительные сообщества создают суточную циклич­
ность углекислоты в атмосфере, увеличивая ее содержание ночью и сокра­
щая днем.
Выделяемая промышленными предприятиями углекислота использу­
ется растениями, и в силу этого ее содержание в атмосфере в значитель­
ной мере уравновешивается.
350
Лес удовлетворяет разнообразные потребности народного хозяйства
и выполняет водоохранные и почвозащитные функции, является местом
отдыха трудящихся.
Однако лесные ресурсы не всегда рационально и всесторонне исполь­
зуются. Много древесины теряется при заготовке, а такж е в процессе
ее переработки. Большие площади лесов повреждаются пожарами и на­
секомыми.
Количественная оценка перечисленных полезностей и влияний леса
на окружающую среду позволяет рационально размещать леса между
полями, промышленными предприятиями и крупными населенными пунк­
тами в интересах создания условий, предотвращающих эрозионные про­
цессы и создающих благоприятную для жизни людей среду.
Социалистический строй создает все предпосылки для разумного
управления природой и использования ее ресурсов.
ЛИТЕРАТУРА
Агрохимическая
характеристика
почв
СССР. Под ред. А. В. Соколова. М.,
Изд-во АН СССР, 1969.
Азмайпараигвили
Л.
С.,
Чегелишвили Р. Г. Весенний сток с малых водо­
сборов различной лесистости в горах
Грузии.— Лесоведение, 1971, № 3.
Алексеев С. В., Молчанов А. А. Очистка
лесосек в практике северного лесного
хозяйства. Вологда, Изд. треста Севтранслес, 1937.
Алексеев С. В., Молчанов А. А. Выбороч­
ные рубки в лесах севера. М., Изд-во
АН СССР, 1954.
Алпатьев А. М. Влагообороты в природе
и их преобразования. Л., Гидрометеоиздат, 1969.
Андерсон Г. Лес и метеорологические
влияния на снег и талые воды и их ре­
гулирование. Доклады иностранных уче­
ных на Междунар. симпозиуме по влия­
нию леса на внешнюю среду. М., 1970
(Ротопринт).
Арефьева 3. Й. Влияние огня на азотный
режим дерново-подзолистых почв сосно­
вых лесов Зауралья. Автореф. канд.
диос. Свердловск, Уральск, филиал
Ин-та биологии, 1964.
Арнольд Ф. К. Русский лес, т. I. СПб.,
1893.
Бабиков Б. В. Влияние осушительной сети
на уровень почвенно-грунтовых вод лес­
ных болот.— Научные труды Ленингр.
лесотехнич. акад., 1970, № 142.
Балбышев И. Н. Сравнительная пожароустойчивость древесных пород таежной
зоны. Лесные пожары и борьба с ними.
М., Изд-во АН .СССР, 1963.
Басов Г. Ф. Шестидесятилетние итоги
изучения гидрологической роли лесных
полос и режима грунтовых вод Камен­
ной Степи.— Труды Ин-та леса АН
СССР, 1954, т. XXII.
Басов Г. Ф., Грищенко М. Н. Гидрологи­
ческая роль лесных полос. М., Гослес-'
бумиздат, 1963.
Басс С. В. Исследование процессов фор­
мирования весеннего стока на склонах
в лесной зоне.— Изв. АН СССР, серия
географ., 1959, № 6.
Баюшева М. И. Экспериментальные иссле­
дования факторов склонового стока та­
лых вод.— Труды Гос. гидрол. ин-та,
1959, вып. 71.
Бирюков Н. С. Методика изучения зоны
аэрации и грунтовых вод при лесогид­
352
рологических исследованиях. М., Изд-во
АН СССР, 1959.
Близнин Г. Я- Влажность почвы по на­
блюдениям с 1893 по 1896 г. Одесса,
1896.
Большаков А. Ф. Водный режим мощных
черноземов Среднерусской возвышенно­
сти. М., Изд-во АН СССР, 1961.
Большакова В. С., Степанова М. Ф. Мик­
рофлора почвы сложного сосняка после
вырубки лещины. В сб. «Сложные боры
хвойно-широколиственных лесов и пути
ведения лесного хозяйства в лесопар­
ковых
условиях Подмосковья». М.,
«Наука», 1968.
Брюкнер Э. А. Баланс круговорота воды
на земле.— Почвоведение, 1905, № 3.
Будыко М. И., Ефимова Н. А. Использо­
вание солнечной энергии природным
растительным покровом на территории
СССР.— Бот. журн., 1968, т. 53, № 10.
Будыко М. И., Дроздов О. А. О влагообороте на ограниченной территоррии суши.
В кн. «Гидрометеорологическая эффек­
тивность полезащитного лесоразведе­
ния» Л., Гидрометеоиздат, 1950.
Вадковская О. А. Почвы Главного бота­
нического
сада АН СССР.— Труды
Почв, ин-та им. В. В. Докучаева, 1955,
т. 46.
Валецкая Н. И., Кудряшева И. В. Рас­
пределение личинок цикад в дубравах
Теллермановского опытного лесничества
Воронежской обл. Проблемы почвенной
зоологии (материалы 3-го Всесоюзного
совещания). М., «Наука», 1969.
Васильев И. С. Водный режим подзоли­
стых почв.— Труды Почв, ин-та им.
В. В. Докучаева, 1937, т. 32.
Васильев И. С. К вопросу о водном ре­
жиме подзолистых почв.— Труды Ин-тя
леса, 1954, т. XXII.
Вейнберг Я■ Лес. Значение его в природе
и меры к его сохранению. М., Типогра­
фия Элис-снер и К0, 1884.
Виноградов А. П., Тейс Р. В. Изотопный
состав кислорода разного происхожде­
ния,— Докл. АН СССР, 1941, т. 33, № 9.
Вернадский В. И. Избранные произведе­
ния. М., Изд-во АН СССР, 1954.
Вернадский В. И. Избранные сочинения
т. IV, кн. 2. М., Изд-во АН СССР, 1960
Вернадский В. И. Биосфера. М., изд-вс
«Мысль», 1967.
Вишневський П. Ф. Вплив агротехшчних
заход1в на формування стоку.— Bicra
1н-ту пдрологп та пдротехшки АН
УРСР, 1960, т. 16, вип. XXIII.
Воейков А. И. Статьи метеорологического
содержания, извлеченные из изданий
Журн. русского географического обще­
ства, № 1. СПб., 1871.
Воейков В. В. Предполагаемое обмеление
рек Европейской России. Доклады на
собрании сельских хозяев. СПб., 1877.
Вомперский С. Э. Теория и практика ле­
соосушительной
мелиорации.
Лесное
хозяйство и лесная промышленность.
Доклады к VII лесному конгрессу,
М., изд-во «Лесная промышленность»,
1972а.
Вомперский С. Э. Научное обоснование
оптимального лесосушения.— Лесное хо­
зяйство, 19726, № 6.
Вомперский С. Э. Элементы водного ба­
ланса при гидролесомелиорации болот.
Труды Международного симпозиума по
гидрологии заболоченных территорий.
Минск, 1972в (Ротопринт).
Вопросы гидрологии болот. Под ред.
В. В. Романова.—-Труды Гос. гидрол.
ин-та, 1960, вып. 89.
Воронков Н. А. Водный режим и форми­
рование молодняков сосны на песках
Среднего Дона.— Биол. науки, 1963,
№ 3.
Высоцкий Г. Н. Учение о лесной пертиненции. Курс лесоведения, ч. 3. М., издво «Лесное хоз-во и лесная промышлен­
ность», 1930.
Высоцкий Г. Н. О гидрологическом к ме­
теорологическом влиянии лесов. М.,
1938.
Гаврилов К■ А., Карпов В. Г. Главнейшие
типы леса и почвы Вологодской области
в районе распространения карбонатной
морены.— Труды Ин-та леса и древеси­
ны АН СССР, 1962, т. 52.
Г аллей. Философские труды. Изд. Лондон­
ского Королевского общества. СПб., 1674.
Гмелин А. Путешествие по России для
исследования всех трех царств в при­
роде, ч. 3, половина 2А. СПб., 1785.
Голенищев-Кутузов. О полезном значении
лесов и о мерах сохранения их на юге
России. Прения и заключения II Все­
российского съезда лесохозяев в Липец­
ке. СПб. 1'875.
Готшалк Ю. Ф. Данные о гидрологиче­
ской роли насаждений в районах Тростянецкой ЛОС. М., Изд. ВНИИЛХ,
1939.
Градусов Б. П. Влияние лесных подстилок
яа химические свойства почв в подзоне
южной тайги.— Почвоведение, 1958, № 8.
Грин А. М. Динамика водного баланса
Центрально-Черноземного района. М.,
«Наука», 1965.
Гусев М. И. Проблема охраны атмосферного воздуха. В сб. «Ресурсы биосферы на
территории СССР». М., «Наука», 1971.
Данфорд Е. Д. Проблема многостороннего
пользования. Доклады иностранных уче­
ных на международном симпозиуме по
влиянию леса на внешнюю среду. М.,
i 970 (Ротопринт).
Деламетери Ж. К. Теория Земли. СПб.
1797.
Докучаев В. В. Предполагаемое обмеле­
ние рек Европейской России. Доклад.
Петербургскому собранию сельских хо­
зяев.— Леоной журн., 1877, кн. 3.
Докучаев В. В. Наши степи прежде и те­
перь. .СПб., 1892.
Докучаев В. В., Сибирцев Н. М. Труды,
экспедиции, снаряженной лесным депар­
таментом под руководством поф. Доку­
чаева. Введение. СПб., 1894.
Дубах А. Д. Гидротехническая мелиора­
ция земель. М., Гослесбумиздат, 1945.
Дубах А. Д. Лес как гидрологический,
фактор. М., Гослесбумиздат, 1951.
Дубровская Ф. И. К вопросу изучения,
загрязнения атмосферного воздуха выб­
росами производства синтетических жир­
ных кислот и спиртов.— Гигиена и са­
нитария, 1961, № 1.
Дулов А. К- Несколько данных о продук­
тивности растительной транспирации.
Труды опытных лесничеств, 1904.
Дювинье П., Танг М. Биосфера и место в
ней человека. М., Изд-во «Прогресс»,
1968.
Елпатьевский М. М., Елпатьевский М. Я.,.
Константинов В. К. Осушение и освое­
ние заболоченных лесных земель. М.,,
изд-во «Лесная промышленность», 1970.
Ефимова С. Ф. Влияние леса на годовой
сток рек.— Лесоведение, 1970, № 5.
Иванов А. А. О методике определения ис­
парения растений в естественных усло­
виях
местопроизрастания.— Лесной,
журн., 1918, № 1.
Иванов Л. А., Силина А. А., Жмур Д. Г.,
Цельникер Ю. JI. Об определении транснирационного расхода древостоев ле­
са.— Бот. журн., 1951, т. 36, № 1.
Идзон П. Ф. Некоторые новые данные огидрологической роли леса.— Докл. АН
СССР, 1961, т. 137, № 4.
Измаильский А. А. Как высохла наша
степь. Полтава, 1893.
Ильюшенко А. Ф. 1970. Распределение
фитомассы во вторичных березовых дре­
востоях. В сб. «Формирование годичного,
кольца и накопление органической мас­
сы у деревьев». М., «Наука», 1970.
Калашников А. Ф. Лесные защитные на­
саждения. М., Сельхозгиз, 1963.
Кант И. Сочинения, т. I. М., Госполитиздат, 1963.
Карпачевский JI. О., Перель Т. С. Роль
беспозвоночных животных в разложении
лесного опада. Проблемы почвенной
зоологии. М., «Наука», 1961.
Кашин К. И., Погосян У. Я. О влагообороте в атмосфере.— Метеоролог, и гид­
рол., 1950, № 2.
Коваль И. П., Битюков Н. А. Количест­
венная оценка водорегулирующей роли
горных лесов Черноморского побережья
Кавказа.— Лесоведение, 1972, № 1.
Колданов В. Я. Смена пород и лесовос­
становление. М., изд-во «Лесная про­
мышленность», 1966.
Колденкова Р. С. Защитная лесистость,
сыртового Заволжья Куйбышевской об­
ласти.— Бюлл. Всесоюзн. научно-исслед.
ин-та агролесомелиорации, 1969, вып..
6 (58).
353
.Константинов А. Р. Сопоставление различ­
ных методов определения испарения.—
Труды Гос. гидрол. ин-та, 1954, вып. 45.
Коплан С. И. Влияние леса на поверхно­
стный сток. В сб. «Водоохранная роль
леса». М., Изд. ВНИИЛХ, 1940.
Кравцов С. 3. Организационно-технические
предпосылки для выполнения работ по
защитному лесоразведению в Саратов­
ском Заволжье.— Бюлл. Всесоюзн. научно-исслед. ин-та агролесомелиорации,
1969, вып. 6 (58).
Крафт Г. В. Руководство к математиче­
ской и физической географии. СПб.,
1764.
.К рейда Н. А. О некоторых особенностях
почвообразования на крайнем севере
Русской равнины.— Вестн. ЛГУ., серия
биол., 1962, № 3.
Кудряшева И. В. О разложении опада в
ясенево-осоково-снытевых дубравах раз­
ных возрастов. Проблемы почвенной
зоологии. (Материалы 3-го Всесоюзн.
совещания). М., «Наука», 1969.
Кузник И. А. Сток с различных сельско­
хозяйственных угодий и предваритель­
ные соображения о современной величи­
не стока в Поволжье.— Метеорология
и гидрология, 1954, № 2.
Кулик Н. Ф. Водный режим песков юговостока европейской части СССР. Автореф. докт. дисс. М., 1970.
Кунин В. Н., Лещинский Г. М. Времен­
ный поверхностный сток и искусственное
формирование грунтовых вод в пустыне.
М., Изд-во АН СССР, 1960.
■Ленькова А. Оскальпированная Земля.
М., «Прогресс», 1971.
Леонардо Д а Винчи. Избранные естест­
веннонаучные произведения. М., изд-во
«Мир», 1965.
Леопольд А. Рост и развитие растений.
М., изд-во «Мир», 1968.
Лепехин И. И. Дневник, записки путеше­
ствия, ч. II. СПб., 1771.
Ливеровский Ю. А. Почвы Кольского полу­
острова. В кн. «Почвы СССР», т. 2.
М.— Л., Изд-во АН СССР, 1939.
Лопатин Г. В. Опыт анализа зависимости
средней мутности речных вод от глав­
нейших природных факторов водной
эрозии.— Изв. АН СССР, серия географ.,
1958, № 4.
■Лунгерсгаузен Г. Ф. О периодичности гео­
логических явлений и изменений клима­
та прошлых геологических эпох. Пробле­
мы планетарной геологии. М., Геолиздат,
1967.
Львович М. И. Водный баланс сельскохо­
зяйственного поля и его регулирование.
В сб. «Вопросы физической географии».
М., Изд-во АН СССР, 1958.
Максимович Г. А. Химическая география
вод суши. М., Географгиз, 1955.
Манаков К. Н. Поглощение раститель­
ностью минеральных элементов и азота
из почвы 'в лесах Кольского полуостро­
ва.— Почвоведение, 1961, № 8.
Манаков К■ Н. Поступление азота и золь­
ных элементов с опадом в лесах Коль­
ского
полуострова.—
Почвоведение,
1962, № 4.
-354
Марк Витрувий Поллион. Об архитектуре.
М., 1936.
Марш Г. Человек и природа. М., 1866.
Мина В. Н., Васильева И. Н. Влияние
подлеска на лесорастительные свойства
почв сложных сосняков. В сб. «Леса
Подмосковья». М., «Наука», 1965.
Мишустин Е. Н. Микроорганизмы и пло­
дородные почвы. М., «Наука», 1972.
Молчанов А. А. Повреждения насаждений
и убытки от лесных пожаров.— Лесная
индустрия, 1934, № 4.
Молчанов А. А. Гидрологическая роль
сосновых лесов на песчаных почвах. М.,
Изд-во АН СССР, 1952.
Молчанов А. А. Гидрологическая роль ле­
са. М., Изд-во АН СССР, 1960.
Молчанов А. А. Гидрологическая роль по­
лезащитных полос и методы ее изуче­
ния. М., Изд-во АН СССР, 1962.
Молчанов А. А. Влияние минеральных
удобрений на рост дуба.— Лесное хо­
зяйство, 1964, № 4.
Молчанов А. А. Научные основы ведения
хозяйства в дубравах лесостепи. М.,
«Наука», 19646.
Молчанов А. А. Гидрологическая роль ле­
са в различных природных зонах СССР.
В сб. «Гидрологические исследования в
лесу». М., «Наука», 1970а.
Молчанов А. А. Комплексные исследова­
ния в дубравах лесостепи. В об. «Вза­
имоотношения компонентов биогеоцено­
за в лиственных молодняках». М., «Нау­
ка», 19706.
Молчанов А. А. Продуктивность органи­
ческой массы в лесах различных зон.
М., «Наука», 1971.
Назаров Г. В. Анализ естественных и
антропогенных факторов стока в юж­
ном Заволжье. В кн. «Колебания и изме­
нения речного стока». М., Изд-во АН
СССР, 1960.
Небольсин С. И., Надеева П. П. Элемен­
тарный поверхностный сток. М., Гидрометеоиздат, 1937.
Нестеров Н. С. О влиянии леса на силу
и направление ветра. Труды Московск.
лесного об-ва, 1908.
Нестеров Н. С. Очерки по лесоведению.
М., Сельхозгиз, 1960.
Ничипорович А. А. Световое и углеродное
питание растений (фотосинтез). М., Издво АН СССР, 1955.
Онуфриенко Л. Г. Некоторые данные о
влиянии агротехнических мероприятий
на склоновый сток:—•Труды Укр. научно-исслед. гидрометеорол. ин-та, 1956,
вып. 6.
Орлов А. Я. Значение отмирающих сосу­
щих корней деревьев в круговороте ве­
ществ в лесу.—Журн. общ. биологии,
1966, т. 27, № 1.
Осипов В. В. Некоторые составляющие
водного баланса водосборов с различ­
ной лесистостью. В сб. «Гидрологические
исследования в лесу». М., «Наука», 1970.
Паллас П. С. Путешествие по разным про­
винциям Российской империи, ч. II.
СПб., 1786.
Парцев Д. П. Гигиеническая оценка за­
грязнения атмосферного воздуха в окру­
жении газонаполнительных станций для
заправки газобаллонных автомобилей.—
Гигиена и санитария, 1962, № 5.
Перельман А. И. Геохимия ландшафта.
М., изд-во «Высшая школа», 1966.
Перри Дж. Состояние России при нынеш­
нем даре. М., 1871.
Першина М. Н. Влияние способов очист­
ки лесосек на химизм дерново-подзолистых почв.—Почвоведение, 1935, № 5—6.
Платон. Сочинения, ч. VI. М., 1879.
Поздняков Л. К., Протопопов В. В., Горбатенко В. М. Биологическая продуктив­
ность лесов Средней Сибири и Якутии.
Красноярск, Красноярское кн. изд-во,
1969.
Поликарпов Н. П. Формирование сосно­
вых молодняков на концентрированных
вырубках. М., Изд-во АН СССР, 1962.
Лолипсестов. Сборник статей о сельском
хозяйстве юга России.— Зап. о-ва сель­
ского хозяйства южной России. Одесса,
1868.
Поляков Б. В. Влияние агротехнических
мероприятий на сток.— Метеорология и
гидрология, 1939, № 4.
Протопопов В. В., Горбатенко В. М. Био­
логическая продуктивность и -биометри­
ческие показатели некоторых типов сос­
новых .древостоев
Средней
Сибири.
В сб. «Географические аспекты горного
лесоведения и лесоводства». Чита, 1967.
Рабинович Е. Фотосинтез, т. I. М., Изд-во
АН СССР, 1951.
Рассел. Э. Почвенные условия и рост рас­
тений. М., ИЛ, 1955.
Рахманов В. В. Зависимость речного сто­
ка от лесистости бассейнов (по мате­
риалам сетевых станций). Доклады
-советских ученых на международном
симпозиуме по влиянию леса на внеш­
нюю среду, т. I. М., Гидрометеоиздат,
1970.
Ремезов Н. П., Быкова J1. Н., Смирно­
ва Е. М. Потребление и круговорот азо­
та и зольных элементов в лесах евро­
пейской части СССР. М., Изд-во МГУ,
1959.
Ремезов Н. П., Погребняк П. С. Лесное
почвоведение. М., изд-во «Лесная про­
мышленность», 1965.
Роде А. А. Почвоведение. М.— Л., Гослесбумиздат, 1955.
Родин Л. Е., Базилевич Н. И. Динамика
органического вещества и биологический
круговорот в основных типах раститель­
ности. М., «Наука», 1965.
Рудометов А. В. Влияние агролесомелио­
ративных мероприятий на сток талых
вод по склону в Каменной степи. Сбор­
ник работ Курской гидрометеорологи­
ческой обсерватории, вып. 1. М., Гидромет. изд-во, 1960.
Рунов Е. В., Валеева С. А. Микробиологи­
ческая характеристика лесных почв тайги
Вологодской области.— Труды Ин-та ле­
са и древесины АН СССР, 1962, т. 52.
Рунов Е. В., Жданникова Е. Н. Влияние
обжига на 'Микробиологическую деятель­
ность в лесных почвах Вологодской об­
ласти.— Труды Ин-та леса и древесины
АН СССР, 1962, т. 52.
Рутковский В. И. Гидрологическая роль
леса
и
лесное
хозяйство.— Труды
ВНИИЛХ, 1940, вып. 18.
Рутковский В. И. Климатическая и гидро­
логическая роль леса.— Труды II Всесоюзн. географ, съезда. М.— Л., 1948.
Санилова М. С. Материалы к нормирова­
нию предельно допустимой концентрации
фтористого водорода в воздухе населен­
ных мест. В кн. «Биологическое действие
и гигиеническое значение атмосферных
загрязнений», вып. 10. М., изд-во «Ме­
дицина», 1967.
Сенкевич А. А., Кравцов А. А. Оптималь­
ная защитная лесистость Саратовского
Заволжья.— Вестн. сельскохоз. науки.
М., «Колос», 1969.
Сильвестров С. И., Лисиген Е. И., Миро­
нова Е. А., Ступина Н. М. Районирова­
ние территории СССР по основным фак­
торам эрозии. М., «Наука», 1965.
Смарагдов Д. Г. Водный режим в лесах.
В сб. «Водоохранная роль леса». М.,
Изд-во ВНИИЛХ, 1939.
Смирнов В. В. Органическая масса в не­
которых лесных фитоценозах европей­
ской части СССР. М., «Наука», 1971.
Соколов Д. Ф., Карпова Н. В. Влияние
освещенности на процессы разложения
и минерализации растительных остатков
в сложных сосняках. В сб. «Сложные
боры хвойно-широколиственных лесов и
пути ведения лесного хозяйства в лесо­
парковых условиях Подмосковья». М.,
«Наука», 1968.
Сорокин И. Н. Элементы водного баланса
малых водоемов центральночерноземных
областей. В сб. «Водный баланс и заиле­
ние малых водохранилищ черноземного
центра РСФСР». М.— Л., «Наука», 1965.
Спиридонов А. И. Геологическое строение
и рельеф. В сб. «Физико-географическое
районирование нечерноземного центра».
М., Изд-во МГУ, 1963.
Спиридонов Е. С. Влияние лесной подстил­
ки на изменение химических и бактерио­
логических показателей стоковых вод.—
Лесной журн., 1966, № 4.
Старкин. Борьба с эрозией почв и защит­
ное лесоразведение. М., 1968.
Судницын И. И. Динамика лесораститель­
ных условий и свойства почв в различ­
ных типах леса Серебряноборского
опытного лесничества. В сб. «Стационар­
ные биогеоценотические исследования в
южной подзоне тайги». М., «Наука»,
1964.
Сурмач Г. П. Водорегулирующая и противоэрозионная роль насаждений. М.,
изд-во «Лесная промышленность», 1971.
Сухарев И. П. Водорегулирующая роль
лесных полос Каменной степи. В об.
«Полезащитное
лесоразведение».
М.,
Сельхозгиз, 1955.
Сухарев И. П. Уменьшение стока под
влиянием
обработки
почвы. — Бюлл.
научно-техн. информации Научно-исслед.
ин-та сельского хозяйства центрально­
черноземной полосы им. В. В. Докучае­
ва, 1957, № 3.
Сушкина Н. Н. Нитрификация в лесных
почвах в зависимости от состава насаж­
355
дения, рубки и огневой очистки.— Изв.
АН СССР, 1933.
Таррант Роберт. Изменения качества воды
с лесных водосборов, обусловленные
деятельностью человека. Доклады ино­
странных ученых на международном
симпозиуме по влиянию леса на внеш­
нюю среду. М., 1970.
Татищев В. Н. Лексикон российский, исто­
рический, географический и гражданский,
ч. I. СПб., 1793.
Терехов О. С., Еникеева М. Г. Сравнитель­
ная микробиологическая характеристика
некоторых лесных почв Серебрянобор­
ского и Подушкинского лесничеств
Московской области. М., «Наука», 1964.
Тихомиров Б. А. Особенности биосферы
Крайнего Севера.— Природа, 19711, № 11.
Троицкий В. А., Жернова М. Н. Влияние
леса на поверхностный сток. Водный
режим в лесах. М., Изд. ВНИИЛХ, 1939.
Трутнев А. Г. Северные районы европей­
ской части РСФСР. Агрохимическая ха­
рактеристика почв СССР. М., Изд-во АН
СССР, 1962.
Тюрин И. В. Органическое вещество почвы
и его роль в почвообразовании и плодо­
родии. М., Сельхозгиз, 1937.
Тюрин И. В. Географические закономер­
ности гумусообразования. Труды юби­
лейной сессии, посвященной 100-летию
со дня рождения В. В. Докучаева. М.,
Изд-во АН СССР, 1949.
Урываев В. А. Экспериментальные гидро­
логические исследования на Валдае. Л.,
Гидрометеоиздат, 1953.
Урываев П. А. Влияние осеннего увлажне­
ния почвы на потери талого стока со
склона.— Метеорология и гидрология,
1954, № 5.
Успенский В. А. Баланс углерода в био­
сфере в связи с вопросом о распределе­
нии углерода в земной коре. М., Гостоптехиздат, 1956.
Уткин А. И. Основные направления в ис­
следованиях по биологической продук­
тивности лесных фитоценозов за рубе­
жом.—Лесоведение, 1969, № 1.
Уфимцева К. А. Материалы к районирова­
нию северной части дерново-подзоли­
стой подзоны европейской территории
СССР.— Труды
Почв.
ин-та
им.
В. В. Докучаева, 1956, т. 46.
Федоров С. Ф. Испарение с леса и поля
в различные по увлажненности годы.—
Труды Гос. Гидрол. ин-та, 1965, вып. 123.
Фролов В. Я- Водная эрозия, формирова­
ние стока наносов малых водотоков в
центральночерноземных областях и ме­
роприятия по защите водохранилищ от
заиления. В сб. «Водный баланс и заи­
ление малых водохранилищ Чернозем­
ного центра РСФСР». М.— Л., «Наука»,
1965.
Харитонов Г. А. Противоэрозионная роль
леса в связи с защитой рек от заиле­
ния,— Труды ВНИИЛХ, 1939, вып. 8.
Чубатий О. В. Захисна роль Карпатських
л1с!в. Ужгород, Видавництво «Верховина», 1968.
Шаров И. А. Увлажнение и сток. М.,
Гидрометеоиздат, 192-3.
356
Шпак И. С. Влияние леса на водный ба­
ланс водосборов. Киев. «Наукова дум­
ка», 1968.
Эрперт С. Д. Рост и влагопотребление вя­
за мелколистного в условиях различной
влагоо'беспеченности. М., Изд-во АН
СССР, 1962.
Anon. Air pollution. A ray of hope from
Canada.— Commonwealth Forestry Rev.,
1970, v. 49.
Baer, Helmersen. Beitrage zur Kenntniss
des Russischen Reiches etc., Bd. IV,
St. Pbg., 1841.
Barrows H. Advances of agronomy. N. Y.„
1963.
Bates J. J., Henry A. J. Forest and Stream,
flow at Wagon Wehlgap Colorado.
Final report.— Monthly Weather Rev.,.
Suppl. 1928, v. 30.
Baumgartner A. Entwicklungslinien der
forstlichen Meteorologie. I. Erforschung.
der Waldklima.— Forstwiss. CbL, 1967,
Bd. 86, 3.
Baumgartner A. Sauerstoffmusatze von
Baumen und Waldern.— Allgem. Forstzeitschrift, 1970, Bd. 25.
Baur F. Der Wald uns seine Bodendecke
im Haushalte der Natur und Volker.
Stuttgart, 1869.
Becquerel M. Des climats et de l’influencequ’exercent les sols boises et non boises.
Paris, 1853.
Berg. Der Wald und seine nationalokonomische Bedeutung in Scandinavien.—
Jahrd. Akad. Farantd, Bd. XI.
Berghaus H. Allgemeine Lander und Volkskunde. Berlin, 1837.
Bruning E. F. Stand structure, physiogno­
my and environmental factors in some
lowland
forests
in Sarawak.— Trop.
Ecol., 1970, v. 1.
Bruning E. F. Die Sauerstofflieferung aus
den Waldern der Erde und ihre Bedeu­
tung fiir die Reinerhaltung der Luft.—
Forstarchiv, 1971, Bd. 42, N 2.
Burger H. Einfluss des Wassers auf den
Stand der Gewasser Mitteilungen der
Wasserhaushalt im Sperbel und Rappen
Graben.— Mitt. Schweiz. Anstalt forstl..
Versuchswesen, 1954, Bd. 31.
Chang J. The agricultural potential of the
tropics.— Geogr. Rev., 1968, v. 58, № 3.
Dalton D. I. Experiments and observations
made to determine whether quantity of
rain and dew is equal to quantity of
water caried off by rivers and raised byevaporation. N. Y., 1909.
Davi Marie. Annuare meteorologie deobservation physikecetale, 1873.
Deevay E. S. In defence of much. National
Commission 6. 11. 69.— Bull. Ecol. Soc.
America, 1970.
Ebermayer E. Die physikalischen Einwirkungen des Waldes an Luft und Boden
und seine klimatologische un hygienischeBedeutung, Bd. 1. Berh'n, 1873.
Ebermyaer
E.
Unteisuchungsergebnisseiiber die Menge und Verteilung der
Niederschlage in den Walden.— Forstl..
Natur. Zeitsch, 1897, Bd. 6.
Edward S. D. Mineral Cycles.— Scient.
Amer., 1970, v. 223, N 3.
j^osberg E. R. Plants and fallout.— Nature,
1959, v. 9, N 4673.
.Heath Q. W., Arnold М. K. Studies in leatlitter ibreakdown II. Breakdown rate «sun»
and shades leaves.— Pedologia, 1966,
N 6, I.
Hesselman H. Studien fiber die Verjungungsbedingungen der nordlandischen Kiefernheiden.— Medd. Statens Skogforsoksanstalt, 1916— 1917, bd. 2, 1909— 1910,
H. 6—7.
.H ibbert, Alden R. Forest treatment on wa­
ter yield. Internat. Sympos. Forest Hy­
drology, Pennsylvania, 1965.
Hidenori Nakato. Effects of changes of fo­
rest condition water yield flow and a di­
rect runoff of small watershed in Japan.
Internat. Sympos. Forest Hydrology,
Pennsylvania, 1965.
Hohnel. Ober die Transpirationsgrossen der
forstlichen Holzgewachse. Cbl. ges. Forstwesen. S. a.
.Holmes R. M. Oasis effects caused by Cypress-Proc. Forestry Microclimate Sym­
pos., Canad. Forest. Serv., Calcagy, 1970.
Hozumi, К. К■ Voda, T. Kira. Production
ecology of tropical rain forests in South­
western Cambodia. II. Photosynthetic
production in an evergreen seasonal fo­
rest.— Nature Life Southeast Asia, 1969,
v. 6.
.Humboldt A. Ansichten der Natur, Bd. 3.
Berlin, 1808.
Hviden Tand Lillegraven A. Caesium-137 in
air and precipitation in Norway during
October 1957,— Nature, 1959, v. 199.
Koeppen. Ober den Wald und Wasser. S. a.
Kuron H., Jung L., Schreiber H. 1963. Messungen von Oberflachenabfluss und Bodenertrag auf verschiedenen Boden Deutschlands. Hamburg, 1956.
Lieth H. Versuch einer kartographischen
Darstellung der Productivitat der Pflanzendecke der Erde.— In Georg. Taschebuch. Wiesbaden, Stener Verlag. Berlin,
1965.
.Lindeman R. L. The trophic dynamic-aspect
of ecology.— Ecology, 1942, N 23.
Lipman J. G., Conibeare A. B. New Jersey
Agriculture Exper. Stat. Bull., 1936, N 1.
Mirowcki L. Lesz. nauk Wyzszg Szkoly rol.
olsztynie, 1964.
Ovington I. D., Madgwick A. J. The growth
and composition of natural stands of
birch.— Dry Matter Production Plant and
Soil, 1959, N 10.
Pfaph. Ober den Einfluss der Baume auf
die Feuchtigkeit der Atmosphere und des
Bodens.— Z. Meteorol., 1871, Bd. VI.
Rabinowitch E. J. Photosynthesis. N. Y., •
Interscience Publ. Inc., 1951.
Saussure T. Voyage dans les Alpes, t. 3,
1779—11796.
Schleiden. Fur Baum und Wald. Leipzig,
1870.
The Biosphere. Scient. Amer. September,
1970.
Vetterlein E. Zur Frage der Wasserhaushalts und der Wasserversicherung im Bo­
den unter besonderer Beriicksichtigung
der
Grundwasserneubildung.— Wasserwirtschatf-Wassertechnik, 1961.
Week J. Der Holzertrag aus den Waldern
der Erde.— Umschau, 1961, Bd. 60.
Welte D. H. Organischer Kohlenstoff und
die Entwicklung der Photosynthese auf
der
Erde.— Naturwissenschaften,
Bd.
1970, Bd. 57, N 1.
Westlake D. F. Comparision of plant pro­
ductivity.— Biol. Rev., 1963, v. 38.
Wex G. Ober die Wasserabnahme in den
Quellen, Flussen und Stromen bei gleichzeitiger Steigerung der Hochwasser in
den Kulturlandern. Wien, 1873.
Wollny E. Einfluss der Pflanzendecke auf
die physikalischen Eigenschaften des Bodesn. Berlin, 1873.
Woodvell G. М., Bourdean P. E. Measure­
ment of dry-mater production of the plant
cover. Methodology of planteco-physiology. UNESKO, 1965.
Woodvell G. М., Dykeman W. R. Respira­
tion of forest measured by CO2 accumu­
lation during temperature inversion.—
Science, 1966, v. 154.
Zelitch J. Organic acid and respiration in
photosynthetic.— Annual Rev. Plant Phy­
siol., 1964, v. 15.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
.......................................................................................................................................
Методика определения оптимальной лесистости на водосборных бассейнах .
Методика гидрологических и с с л е д о в а н и й ................................................................
Впитывание и инфильтрация воды п о ч в о й ........................................................ 19
Изучение стока рек в зависимости от процента лесистости водосборных бас­
сейнов ....................................................................................................................................... 23
Картирование эродированных площадей . . .
1................................................. 23
Районирование территории для облесения ................................................................
Нормативы для определения оптимальной л е си с т о с т и .......................................... 33
Ширина водопоглотительных, противоэрозионных и полезащитныхполос .
.
3
5
6
25
38
Главнейшие ресурсы З е м л и .............................
................................................................39
Роль природных ресурсов в жизни человека................................................................43
Естественноисторические усло.вия нечерноземного ц е н т р а ................................... 44
Роль фотосинтеза во влагообороте З е м л и ................................................................54
Участие биосферы во влагообороте З е м л и ................................................................55
Метеорологические условия в лесу и на безлесных площадях различных раз­
меров ..................................................
.............................................................................. 57
К вопросу о круговороте в о д ы .....................................................................................60
Гидрологические исследования 30-х годов XX столетия.......................................... 70
Исследования испарения в различных районах СССР, проведенные до 1941 г.
72Гидрологические исследования по балансу влаги в 40—60-х годах XX сто­
летия
..................................................
..............................................................................73
Изучение поверхностного стока атмосферных осадков в послевоенный период
76
Использование запасов снега в горах и на равнинах для водоснабжения . .
82
Циклы атмосферных осадков в различных природных зонах в отдельных
типах л е с а ................................................................................................................................83
Баланс влаги в почве в различных природных з о н а х .......................................... 84
В ы в о д ы ................................................................................................................................ 109
Образование наносов, изменение температуры воды в р е к а х ................................... 111
|Чикроклиматические изменения в воздухе и в о д е ..................................................112
Поверхностный с т о к ..................................................................................................................117
Поверхностный сток на элементарных площадках в лесу ина полях .
.
.
117
Поверхностный сток в горных и равнинных условиях на малых водосборных
б а с с е й н а х ................................................................................................................................149
Поверхностный сток на малых водосборных бассейнах влесостепной зоне
160
Поверхностный сток на заболоченных п о ч в а х .........................................................172
Речной сток атмосферных о с а д к о в .............................................................................. 179
Исследование поверхностного стока в зарубежных странах................................... 182
Организация водного и многоцелевого хозяйства .........................................................
188
Установление норм оптимальной лесистости на в о д о с б о р а х ............................ 195
Оптимальная лесистость среднего П о в о л ж ь я .........................................................198
О выделении водоохранных л е с о в ..............................................................................214
Нормы лесистости в европейской части С С С Р .........................................................219
Размеры сплошных вырубок и гидрологическая роль разных систем рубок
223
358
Общие понятия о б и о с ф е р е ................................................................................................... 231'
Атмосфера — компонент б и о с ф е р ы ..............................................................................
235'
Роль воды в биосфере.......................................................................................................... 243
Биологический круговорот в е щ е с т в .............................................................................. 24S
Температура воздуха и п о ч в ы ..................................................................................... 252
Теплообмен л и с т ь е в .......................................................................................................... 254
Ветер и с н е г .........................................................................................................................255
Факторы, влияющие на повышение продуктивности фотосинтеза
. . . 256
Расход углекислоты на ды хание.....................................................................................259'
Круговорот а з о т а ..................................................................................................................
262:
Значение леса в очищении в о з д у х а ..............................................................................263
Продуктивность органической массы вразличных лесорастительных зонах
264
Роль животных и насекомых в превращении вещества и энергии в биогеоце­
нозах
.....................................................................................................................................307
Выделение кислорода лесом и очищениеа т м о с ф е р ы .............................................31&
Изменение химического состава почвы в связи с хозяйственной деятельностью
ч е л о в е к а ................................................................................................................................321
Накопление и разложение лесной подстилки................................................................327
Роль подстилки в процессах формирования состава почвенных животных
и п о ч в ы ................................................................................................................................
332:
Влияние пожаров на л е с ..........................................................................................................
335
Энергетика лесного биогеоценоза в дубравах лесостепи................................................ 342
Содержание минеральных в е щ е с т в ..................................................................................... 348
Заключение.......................................................................................................................................350
Л и т е р а т у р а ..................................................................................................................................
352:
Александр Алексеевич Молчанов
Влияние леса на окружающую среду
Утверждено Лабораторией лесоведения
Академии наук СССР
Редактор Р. С. С т е п а н о в
Редактор издательства В. X.. М а р у с и ч
Художественный редактор С. А. Л и т в а к
Худож ник Г. А. А с т а ф ь е в а
Технический редактор И. А. М а к о г о н о в а.
Сдано в набор 30/XI 1972. Подписано к печати I8/V-1973.
Ф ормат 70Xl087ie
Уел. печ. л. 31,5+1 вкл. (0,52). Уч.-изд. л. 31,4. Тираж 2000 экз.
Т-07053. Тип. зак. 5292. Бум ага № 2.
Ц ена 2 р. 21 к.
И здательство «Н аука», 103717 ГСП, Москва, К-62,
Подсосенский пер., д. 21
2-я типография И здательства «Н аука»,
121099, Москва, Г-99, Шубинсхлй пер., 10
9