Влияние леса на водный режим почвы

Поселяясь в какой-либо местности, лес несомненно влечет за собой некоторые изменения климатических, а главное — гидрологических условий; такое заключение должен сделать почвовед, наблюдающий те изменения, которые вызывает долговременное существование леса на степных почвах, изменения, отражающиеся не только на поверхностных горизонтах почвы, но и на более глубоких. Гораздо труднее отвечать на допрос, в чем заключаются эти изменения климатических факторов, так как исследование этого вопроса требует многолетних, тщательно и хорошо обдуманных наблюдений. При обсуждении вопроса о влиянии леса на климат страны и, в частности, на ее обводнение приходится считаться не только с явлениями метеорологическими, но и с явлениями, относящимися к областям растительной физиологии и геологии. Сложность явления и недостаточное внимание исследователей к различным сторонам процесса, отражавшееся и на точности различных наблюдений, послужили причиной того обстоятельства, что после целого ряда работ метеорологов, лесоводов, почвоведов, агрономов вопрос все же долго не получал общего решения, и в литературе нередко можно было встретить диаметрально противоположные взгляды по поводу частностей этого вопроса.

Вопрос о климатической и гидрологической роли леса, по выражению Отоцкого, дитя улицы, и нет такой профессии, представители который не брались бы за решение этого вопроса. Это, собственно, и являлось одной из главных причин, мешавших правильной постановке дела.

Еще в шестидесятых и семидесятых годах XIX столетия отдельные исследователи спорили о том, каковы отношения леса к влаге. Одни из них, как Becquerel, Matthieu, Fautrat и Sartiaux признавали за лесом способность увеличивать количество дождя и повышать влажность почвы, другие, как Vaillant, Ebermayer и пр., отрицали такую способность и скорее были склонны приписать лесам иссушающее влияние, третьи, как Biihler, занимали промежуточное положение между этими крайними воззрениями, полагая, что влияние леса на выпадение влаги сводится к нулю.

Если так резко различались взгляды исследователей по вопросу о влиянии леса на выпадение и задержание влаги, то несколько больше единообразия во взглядах было по другим вопросам, каково влияние леса на температуру воздуха и почвы, на абсолютную и относительную влажность воздуха и пр., хотя и здесь не обходилось без споров и несогласий.

При учете количества выпадающих атмосферных осадков исследователи не всегда обращали внимание на абсолютную высоту тех пунктов, где велись метеорологические наблюдения, не всегда достаточно точно ставили опыты с дождемерами и, наконец, не всегда строили заключения на достаточно продолжительных наблюдениях.

В особенности много разногласий вызывал вопрос о влиянии леса на грунтовые и почвенные воды, что опять-таки понятно, в виду большой сложности этого вопроса.

Мы начнем с вопроса о температурах воздуха и почвы в лесу. Matthieu; сводя результаты наблюдений на трех станциях в окрестностях Нанси за десятилетний период (1867—1877 г.), получил следующие величины для средней годовой температуры воздуха на высоте

1,5 м от поверхности:

На открытом месте

8,65°

В лесу

8,19°

Температурные разницы в летние месяцы более значительны, чем в зимние. Амплитуда колебаний в лесу значительно меньше, чем на открытом месте.

Fankhauser для трех станций Швейцарии (Интерлакен, Берн, Прун- трут) за период 1869—1880 гг. получил такие данные:

Интерл.

Берн

Прунтрут

На открытом месте

9,79°

9,15°

9,26°

В лесу

8,91°

8,31°

8,5°

Nordlinger пришел к заключению, что воздух в лесу холоднее и понижение температуры наиболее значительно для хвойного леса. В сосновом лесу, в среднем, понижение температуры (сравнительно, с открытым местом) достигает 1,3°, а в буковом 0,9°. В общем разница между температурой воздуха в лесу и в поле может быть выражена величиной в 1/2°. Воейков на целом ряде примеров подтверждал то соображение, что лес влияет на понижение температуры воздуха не только в зоне умеренного климата, но и в тропической полосе. Miittrich, сводя наблюдения на ряде параллельных (в лесу и на открытом месте) метеорологических станций Германии, приходит к следующим выводам.

  • 1) Дневные колебания температуры в лесу во все месяцы меньше, чем на открытом месте. Их ход в течение года различен в зависимости от характера насаждений.
  • 2) В сосновом и еловом лесах величина дневных колебаний температуры возрастает вначале медленнее, затем быстрее, достигает максимума в июне или мае, относительно сильно падает в июле, слабее в августе, а в сентябре и октябре дает опять сильное понижение, которое ослабевает в сосновых лесах в ноябре, достигает здесь минимума и имеет в декабре такую же величину. В еловом лесу минимум колебаний наступает в декабре.
  • 3) Дневное колебание температуры в зимние и весенние месяцы меньше всего в буковом лесу (0,8°), несколько больше в еловом (1,2°), температуры возрастает вначале медленнее, затем быстрее, достигает в буковом лесу 4,1°, в сосновом 3,7°, в еловом 2,8°.
  • 4) Влияние леса на максимальные и минимальные температуры состоит в том, что первые понижаются, а вторые повышаются; это влияние выражается одинаково в одинаковых лесах и различно в различных.
  • 5) На всех лесных станциях минимальные температуры не падают так низко, как на открытых местах. Помимо характера насаждений, на температуру воздуха влияет и густота последних.

Таково же, в общих чертах, влияние леса и на температуру почвы, сказывающееся не только на поверхности, но и на некоторой глубине (Miittrich, Schubert).

В прилагаемой таблице сведены результаты наблюдений на глубинах в 60 см и в 1,2 м. Из них видно, что средняя годовая температура почвы в лесу ниже на 1° с небольшим, но в то же время в лесу температура не падает так низко, как на открытом месте.

Январь

Февраль

Март

Апрель

Май

Июнь

Июль

Август

Сентябрь

Октябрь

Ноябрь

Декабрь

Год

Глубина 60 см

Поле

1,7

1,4

1,9

4,5

9,1

13,0

15,0

14,9

13,1

9,3

5,5

3,0

7,7

Лес

2,1

1,7

2,0

3,7

7,1

10,2

12,0

12,4

11,5

8,6

5,6

3,4

6,7

Глубина 1,2 м

Поле

3,3

2,7

2,7

4,1

7,3

12,7

12,8

13,8

12,8

10,3

7,2

4,8

7,7

Лес

3,5

2,8

2,7

3,6

5,8

8,4

10,1

11,0

10,8

9,2

6,9

4,9

6,6

Из той же таблицы ясно, что максимальные температуры в поверхностных горизонтах лесной почвы несколько запаздывают по сравнению с максимумом полевой почвы и что амплитуда температурных колебаний в лесу заметно меньше, чем в поле.

Относительно влияния леса на влажность воздуха имеются, между прочим, данные Эбермайера (1873 г.), согласно которым абсолютная влажность в лесу едва заметно больше, чем на открытом месте, а относительная больше на 3-9 %. Fautrat (1877 г.), определяя относительную влажность воздуха в лесу и на открытом месте, получил следующие результаты (наблюдения охватывают только период одного года):

Над листв. лесом

На поле

Над хвойн. лесом

На поле

Среднее за год

71,6 %

68,6 %

67,1 %

60,4 %

По данным Miittrich’a (1877 г.), на всех тридцати германских станциях, свод наблюдений которых он делал, относительная влажность воздуха в лесу больше, чем на открытом месте. По наблюдениям van Bebber’a лесной воздух во все времена года влажнее, чем воздух открытых мест.

Таким образом, все приведенные наблюдения совершенно определенно говорят о влиянии леса на понижение температуры почвы и воздуха и увеличение относительной влажности последнего.

Вопрос о влиянии леса на влажность почвы и грунтовые воды решается, как уже говорилось выше, не так просто. В виду того, что прямые наблюдения в этом направлении подвергались со стороны защитников благотворного влияния лесов критике, мы попробуем, прежде чем говорить о наблюдениях, решить вопрос теоретически, на основании данных о выпадении осадков в лесу, о их испарении, просачивании и транспирации при помощи деревьев. Этот путь позволит нам с большей или меньшей вероятностью ответить на вопрос, действительно ли приход влаги в лесах больше, чем в открытых местах, и есть ли основание думать, что леса способны увеличивать влажность почвы и влиять на подъем уровня грунтовых вод.

В виду сказанного, остановимся прежде всего на данных, касающихся влияния лесов на выпадение атмосферных осадков. По наблюдениям Fautrat (1875 г.), с 1 февраля по 26 декабря 1874 г. выпало осадков:

Над лесом

555 мм

На открытом месте

421 »

Его же наблюдения за период с 1874 по 1878 г. включительно, наблюдения, в которых регистрировалось количество атмосферных осадков, выпадающих в лесу над кронами деревьев и параллельно, на открытых местах, в период с февраля по декабрь, доставили нижеследующие данные, сопоставленные в прилагаемой таблице:

Лиственный лес

Годы

Над кронами деревьев

На поле

Разница в пользу леса

1874

464,25 мм

429,25 мм

35,00 мм

1875

644,5 »

635,75 »

8,75 »

1876

654,0 »

626,5 >»

27,5 »>

1877

918,6 »

892,4 »

26,2 »

Хвойный лес

Годы

Над кронами деревьев

На поле

Разница в пользу леса

1875

557,25 мм

515,0 мм

42,25 мм

1876

607,2 »>

546,0 »>

61,2 »

1877

836,75 »

769,5 »

67,25 »

Van Bebber приходит к заключению, что вероятность дождя в лесу больше, чем на открытом месте. Matthieu также говорит о том, что в лесных областях выпадает больше дождя, у Воейкова находим указания на увеличение количества осадков лесами, при чем это увеличение, по автору, сказывается, главным образом, в зимний период. Следует отметить в той же группе работ статьи Riegler’a, Nordlinger’a и труд Miittrich’a, который пытался выяснить вопрос, какое влияние оказало на количество осадков облесение Люнебургской равнины, начавшееся с 1877 г. В первые годы облесению подвергалось ежегодно 400— 500 гектаров, а в последующие посадки шли медленнее. Распределение угодий до облесения и после такового различалось таким образом:

До облесения

После облесения

12 % полей, лугов

10 % полей, лугов, воды

85 % песчаного пустыря

10 % пустыря

30 % старого леса

80 % леса

Лесная метеорологическая станция расположена среди насаждений 10—12-летнего возраста, и наблюдения на ней начались с 1882 г. Эти наблюдения удостоверяют, что количество осадков увеличивается вместе с увеличением площади, подвергающейся облесению. Работа Miittrich’a вышла в свет раньше исследования Брикнера1, установившего смену влажных и сухих периодов, и потому не могла быть согласована с выводами последнего. Повидимому, облесение Люнебургской равнины как раз совпало с периодом общего увеличения осадков.

К сказанному прибавим, что как наблюдения Blandford’a в Индии, так и наблюдения на о-ве Яве, а отчасти и в СССР[1] [2] приводят к признанию за лесом способности увеличивать количество атмосферных осадков[3].

К противоположным выводам приводили некоторые исследования в Сев. Америке (Henry Gannet), в Алжире, а отчасти и в Швеции (Hamberg). Hornberger высказал мнение, что в теплых климатах благотворное влияние леса на количество выпадающих атмосферных осадков вероятно, что же касается более высоких широт, то там это влияние мало и не всегда благоприятно (ссылка на Швецию).

В последние годы полагают, что лесные массивы действуют так же, как возвышенности, т. е. увеличивают количество осадков, но если мы и примем это положение, как доказанное, то конечный вопрос о влиянии леса на влажность почвы и грунтовые воды будет далеко еще не исчерпан.

Необходимо прежде всего принять во внимание, что не все то количество осадков, которое выпадает над лесом, достигает лесной почвы, а часть их остается на листве и ветвях деревьев и испаряется, не попадая на землю.

Относительно количества осадков, задерживаемых кронами деревьев, существует целый ряд наблюдений. Biihler утверждает, что в густом сосновом лесу 40—80-летнего возраста до почвы достигает только 55—60 % воды, выпадающей в виде атмосферных осадков, в буковом лесу 20-летнего возраста почти все количество осадков попадает в почву, а в 50—90-летнем — только 75—80 %. По словам Breitenlohner’a, кроны деревьев вообще задерживают значительное количество дождя, и действие хвойных пород (сосна и ель) в этом направлении сильнее, ибо они круглый год покрыты листвой. Riegler, на основании трехмесячных наблюдений, дает следующие цифры:

Лесные

породы

Количество дождя, попавшего на кроны деревьев

Через кроны попало в почву

Стекло по стволам

Всего попало на почву

%

потери

% полученный почвой

Литров

Бук

26 081

17 068

3 343

20 411

21,8 %

78,2 %

Дуб

24 273

17 873

1 387

19 260

20,7 %

79,3 %

Клен

36 901

26 384

2198

28 582

22,5 %

77,5 %

Сосна

12 044

4793

165

4959

58,8 %

41,2 %

По словам Эбермайера, буковый лес задерживает в среднем до 20 % осадков, еловый — от 30 до.45 % (в зависимости от густоты насаждений), сосновый — около трети всего выпадающего количества. Разница в количестве осадков, падающих на лесную почву и на почву безлесного пространства, колеблется в зависимости от климата страны, в особенности же от распределения и количества осадков. В областях с частыми небольшими осадками, выпадающими периодически, процентная разница осадков в лесу и на открытом месте значительно больше; чем в климатах с сильными дождями. Выпадающие на поверхность лесной почвы количества дождя различны также в зависимости от степени об- листвения пород, устройства листьев, возраста, плотности насаждения, развития и смыкания крон, но во всех случаях они значительно меньше, чем на соседней безлесной местности. Густая травянистая растительность хотя и способна также задерживать часть осадков (по опытам Вольни от 1/4 до 1/3 падающего дождя), но в среднем за год травы задерживают на своих стеблях гораздо меньше воды, чем лес.

Из всех приведенных выше наблюдений очевидно, что лесная почва получает далеко не все то количество влаги, которое выпадает над кронами деревьев, так что если принять, как это сделано выше, что над лесами выпадает больше дождя, чем над безлесными пространствами, то отсюда еще нельзя сделать вывода что лесная почва в конечном результате, получит больше влаги, чем полевая. Наоборот, с большим правом можно, полагать, что первой достанется меньше влаги, чем последней.

Проследим теперь дальнейшую судьбу влаги, попавшей на поверхность почвы, и с этой целью остановимся над вопросом об испарении в лесу и на открытом поле. Уже a priori нужно заключить, что испарение с поверхности почвы в лесу будет меньше, чем на поле, так как лесная почва подвергается гораздо меньшей инсоляции, действие ветра в лесу также значительно ослабляется, а, кроме того, роль защитника от испарения в лесах может иногда играть лесная подстилка.

Опыты, впрочем, показывают, что только свежая или мало разложенная лесная подстилка легко пропускает сквозь себя воду, а чем больше она разложена, тем сильнее ее влагоемкость, тем больше она способна задержать воды. Последняя, таким образом, не достигши почвы, испаряется обратно в воздух. По словам Fautrat, испарение в лесу равно лишь 1/3 того, что испаряется на поле. Цифры Breitenlohner’a несколько иные, хотя иногда и довольно близки, а именно:

Испарилось в одно и то же время

На поле

В лесу

1.

66,3 мм

26,5 мм

2.

59,0 »

18,3 »

3.

51,1 »

23,2 »

4.

61,8 ».

30,3 »

5.

61,8 »>

37,7 »

По Эбермайеру, испарение в лесу на 64 % меньше, чем в открытом поле. Весьма возможно, что мы будем близки к истине, если предположим, что с лесной почвы испаряется, в зависимости от возраста, густоты и индивидуального характера насаждений, от 1/3 до 1/2 того, что испаряет почва открытых мест. Данное условие уже в пользу леса. Лесная почва, получив извне меньшее количество влаги, чем полевая, до некоторой степени уравнивает это количество, отдавая в воздух меньше путем испарения. Но это еще не все. Почва лишается влаги не столько путем непосредственного испарения с ее поверхности, сколько путем транспирации живущих в ней растений. Насколько удаляющееся путем транспирации количество воды больше непосредственно испаряющегося с поверхности почвы, можно видеть из следующих цифровых данных Волыни:

1875 год. С 23 апреля по 31 октября

Род почвы

Количество дождя В мм

Испарение в миллим.

Отношение испарения к количеству осадков в процентах

Трава

Голая почва

Трава

Голая почва

Кварцевый песок

475,5

183,1

82,7

32,0

Суглинок

572,5

517,2

339,9

90,3

59,2

Торф

556,3

302,9

97,1

52,9

Нам предстоит, следовательно, еще ответить на вопрос, какая растительность транспирирует больше воды: травянистая или древесная. Необходимо прежде всего иметь в виду, что в данном случае важно не относительное, а абсолютное количество траспирируемой влаги. Некоторые опыты (Risler), довольно, впрочем, искусственные, показали, что относительно большей транспирацией отличаются луговые травы, за ними идут зерновые хлеба, затем лиственные древесные породы и, наконец, хвойные. Из этих опытов выводили заключение, что наиболее способствуют иссушению почвы травянистые растения, а хвойные деревья наиболее благоприятствуют сохранению почвенной влаги. На самом деле такое заключение не всегда будет правильным: во- первых, результаты опытов, произведенных над молодыми деревьями, нельзя переносить на старые, а, во-вторых, если принять во внимание абсолютные количества воды, удаляемой путем транспирации, то может оказаться, что, по степени влияния на иссушение почвы, упомянутые выше растения придется расположить почти в обратном порядке. Хвойные деревья, правда, испаряют относительно слабее, но зато период их транспирации в течение года значительно больше, чем лиственных. Обсуждая эти вопросы, Вольни приходит к заключению, что, при прочих равных условиях, вечнозеленые хвойные деревья вытягивают из почвы наибольшее количество воды. Затем следуют, в нисходящем порядке, лиственные деревья и многолетние травы, тогда как на последнем месте стоят сельскохозяйственные растения.

Не лишне будет привести здесь и соображения, высказываемые Эбермайером. Большая потребность в воде деревьев сравнительно с многолетними луговыми травами и клеверными растениями легко понимается, если принять в соображение, что первые производят на определенную площадь почвы больше органического вещества, чем травы и культурные растения. С этой большей работоспособностью лесных пород связана и более высокая потребность их в воде. Отношение между произведенным органическим веществом и транспирирован- ным количеством воды можно выразить цифрами. На этом зиждется самый простой и точный метод вычисления потребности в воде деревьев по сравнению с культурными сельскохозяйственными растениями. Гелльригель в 1868—1873 гг. опытами в песчаных культурах определил, что средняя относительная величина транспирации наших важнейших культурных растений, при нормальной силе роста, колеблется между 273 и 376, в среднем достигая 324. Таким образом, клеверное поле, дающее при среднем урожае ежегодно около 4500 кг сухого вещества на га (относительная величина транспирации красного клевера определяется числом 310), требует от почвы 1395000 кг воды. Буковый лес (II бонитет) производит ежегодно в среднем 7057 кг сухого вещества на га, и если даже принять для бука такую же величину транспирации, как для клевера (на самом деле она больше), то его ежегодная потребность в воде определится 2187670 кг воды.

Все изложенные до сих пор факты и соображения заставляют по меньшей мере усомниться в способности леса сберегать подземную влагу.

Корни лесных пород черпают влагу в более глубоких горизонтах, чем корни травянистых растений, и поэтому должны особенно иссушать более глубокие горизонты почвы, а следовательно, мешать пополнению грунтовых вод. Что касается верхних горизонтов, то, на основании всего вышеизложенного, возможно ожидать, что они окажутся влажнее соответственных горизонтов открытых пространств, не занятых лесом.

Все эти заключения подтверждаются многочисленными наблюдениями как у нас, так и в Западной Европе. Не останавливаясь здесь на тех исследованиях, при помощи которых стремились определить количество влаги, просачивающееся в почву под лесами, так как эти исследования не отличались особенною точностью, переходим к определениям влажности лесной и полевой (степной) почв на различных глубинах. Такие определения делались и в Западной Европе и в некоторых пунктах нашей степной полосы. В прилагаемой ниже таблице помещены средние цифры из наблюдений Эбермайера, относящихся к лесам и безлесным пространствам Германии. Из этих цифр нетрудно усмотреть, что наибольшей влажностью характеризуются верхние горизонты лесной почвы и особенно в весенний период, когда медленно тающий снег дает значительное количество воды, впитывающейся почвой. Почва открытых полей, где снег тает быстро и где быстро стекает полученная вода, не успевает впитать значительного количества влаги. Этому процессу мешает иногда и то, что почва открытых мест весной бывает мерзлой.

Содержание воды в весовых процентах

1885— 1886 г.

Молодой сосновый лес (25 лет)

Сосновый лес среднего возраста (60 лет)

Старый сосновый лес (120 лет)

Почва

без растительности

На глубине 0—5 см

На глубине 15—80 см

На глубине 0—5 см

На глубине 15—80 см

На глубине 0—5 см

На глубине 15—80 см

На глубине 0—5 см

На глубине 15—80 см

Осень

24,05

18,46

21,32

16,37

33,34

19,21

22,32

20,53

Зима

36,52

19,99

30,83

18,57

43,28

20,74

25,36

21,05

Весна

39,36

19,73

42,16

18,17

46,56

19,67

25,58

20,80

Лето

15,96

16,52

23,63

16,19

37,84

19,24

16,07

19,47

Общ.

среды.

30,93

18,65

29,48

17,30

40,32

19,71

22,33

20,46

По мнению Эбермайера, различие между влажностью лесной почвы и почвы безлесных мест должно сказываться тем менее, чем больше снега выпадает зимой. Лес, как собиратель снега и надежный охранитель его от слишком быстрого таяния и бесполезного стока получающейся воды в речные бассейны, несомненно, имеет большое преимущество перед безлесными пространствами. Отсюда следует, что в климатах с продолжительными и снежными зимами влияние леса на влажность, по крайней мере, поверхностных горизонтов почвы, будет больше, чем в климатах с бесснежными или малоснежными зимами.

Из таблицы Эбермайера видно также, что в то время как верхние горизонты лесной почвы в среднем за год увлажняются больше, чем те же горизонты безлесных мест, более глубокие слои лесной почвы, оказываются, наоборот, беднее влагой, чем те же слои безлесной почвы.

Аналогичные наблюдения были сделаны Высоцким в б. Екатеринос- лавской и Морозовым — в б. Воронежской губ. Высоцкий для своих исследований избрал четыре пункта, а именно: лес, целину, поле и пар и получил следующие цифры:

Глубина от поверхно- сти в метрах

Влажность почвы в %% веса сырой навески

Лес

Целина

Поле

Пар

Поверхность

13,9

5,6

9,7

3,5

ОД

15,5

11,0

13,2

17,9

0,25

15,6

14,3

15,5

19,5

0,5

15,1

14,9

15,4

19,6

0,75

15,8

20,0

1,0

12,9

13,6

14,8

19,6

1,5

12,9

14,4

14,6

17,2

2,0

12,4

15,0

15,3

16,3

Запас влаги в миллим.

456

473

505

641

Из приведенных цифр ясно видно, что глубокие горизонты почвы сильнее всего иссушаются под лесом; это иссушение, как показали дальнейшие исследования Высоцкого, простираются на значительные глубины даже под сравнительно молодым 20-летним насаждением.

Общий запас влаги под лесом, даже весной, оказался значительно ниже, чем под залежью.

Более детальный анализ водного режима почвы в пределах Велико- анадольского лесничества, произведенный тем же исследователем, позволяет притти к следующим выводам:

  • 1. Расход влаги в лесу значительно больше, чем в поле с сел.-хоз. культурами.
  • 2. Лес потребляет весь годовой запас влаги, поступающий в почву из атмосферы.
  • 3. Потребление происходит в верхних слоях промываемого грунта, обыкновенно не глубже 3 м, вследствие чего ниже образуется «мертвый горизонт»[4] с постоянной и малой влажностью и вода в грунтовые воды не поступает.
  • 4. Количество выпиваемой лесом грунтовой воды поступает со стороны, но, во всяком случае, не из собственных лесных запасов влаги.

Исследования Морозова, произведенные первоначально в Хренов- ском бору (супесчаные и песчаные почвы), позволили ему формулировать следующие заключения:

  • 1. Грунт под лесом, будучи весной влажнее, становится в течение вегетационного периода суше соответствующих слоев безлесного пространства.
  • 2. Верхние горизонты почвы, будучи весной влажнее под лесом, чем вне его, сохраняют тот же перевес во влаге в большинстве случаев; но под некоторыми формами насаждения — под старыми одноярусными и чистыми сосновыми насаждениями, полнотою 0,5—0,7, на боровой песчаной почве — и она становится раньше или позже, в зависимости от густоты леса, суше верхних горизонтов почвы соседнего безлесного пространства (лесосеки, поляны, пустыря).
  • 3. Степень весеннего перевеса под лесом находится в зависимости, кроме других моментов, и от формы насаждения, состава и степени густоты.
  • 4. При однородных грунтовых условиях, во время вегетационного периода можно отличить тип распределения, свойственный безлесным пространствам и покрытым лесом. Первый отличается большей равномерностью в распределении влаги и отсутствием резкого минимума в области распространения корней.

В общем те же выводы получились позже Морозовым и для дубового Шипова леса, находящегося среди степи на суглинистых породах. И здесь поверхностные горизонты оказались влажнее, чем в степи, а глубокие — суше.

Предыдущие исследования относятся к местностям с более или: менее глубоким залеганием грунтовых вод, но та же картина получается и при условиях близкого к поверхности почвы уровня грунтовой воды, как это видно из наблюдений Димо, относящихся к долине Вислы в ближайших окрестностях Ново-Александрии. Наблюдения, над влажностью почвы велись в течение летнего периода и дали следующие цифры:

Глубина

Влажность в процентах % сырой почвы

Луг

Лес

Поверхность

15,20

22,82

10 см

20,02

21,98

25 »

19,72

19,72

50»

19,08

16,24

80»

19,41

12,68

110»

15,94

13,14

140»

20,35

15,10

Уровень грунтовой воды на лугу держался на глубине около 140 см, под лесом же его на этой глубине не было.

Вопроса о распределении влаги под защитными полосами, лесными полянами и пр., как более частного, мы здесь не касаемся[5].

Переходя к влиянию леса на глубину залегания грунтовых вод, остановимся на многочисленных наблюдениях Отоцкого, охватывающих десятилетний период и относящихся к различным областям. Исследования производились в б. губ. Воронежской (Павловский и Бобровский уу.), б. Херсонской (Александрийский и Елисаветградский уу.), Тульской (Тульский и Крапивенский уу.), б. Новгородской (Старорусский и Новгородский уу.) и б. Ленинградской (Ленинградский, Детско-сельский и Лужский уу.). Не имея возможности подробно останавливаться здесь на всех данных, полученных Отоцким, укажем лишь на некоторые главнейшие результаты.

В пределах степной полосы исследователь прежде всего остановился на двух лесах: Шиповом (б. Павловского у. б. Воронежской губ.) и Черном (б. Александрийского у. б. Херсонской губ.). Первый лес, по своим физико-географическим условиям (рельеф, геологическое строение и пр.), типичен для юго-восточной части русских степей, второй — содержит в себе типические черты районов юго-запада. Оба леса старые, лиственные и занимают, каждый в отдельности, пространство до 100 кв. километров. Первоначальное беглое обследование этих лесов обнаружило, что они менее богаты водой, чем соседняя их окружающая степь. Специальные разведки подтвердили это наблюдение. Разведки состояли в заложении нескольких серий буровых скважин, по направлению от степи к лесу, в таких пунктах, которые имели одинаковый рельеф, геологическое строение и пр. Во всех без исключения случаях, по мере приближения к лесу, исследователь констатировал понижение уровня грунтовых вод. В некоторых пунктах понижение уровня под лесом оказалось весьма значительным: так, в Шиповом лесу, вблизи Еры- шевского кордона, на протяжении 190 метр, уровень грунтовых вод понижался на 10,96 м; у Лаптевского кордона, на протяжении всего 32 м, наблюдалась разница в уровнях в 10 м.

В Черном лесу, у Зандровского кордона, на протяжении около 200 м, уровень падал на 4,95 м; у Цыбулевского кордона, на протяжении 114 м, падение достигло 10,78.

Такого рода факты наиболее ясно выступали там, где леса были более старые, в молодых лесах явление выражалось не столь резко. Однако, даже и в последних случаях водный горизонт понижался до 1,57 м на протяжении 80 метров. Замечательно, что во многих случаях понижение уровня грунтовых вод направляется в сторону, противоположную общему падению рельефа исследованных районов.

Продолжая свои исследования, Отоцкий перенес наблюдение на север, в б. Ленинградскую губернию, где им были обследованы Удельный лес, лес Павловской обсерватории и лес Дружноселья. Несмотря на иные физико-географические и климатические условия (близость ж. поверхности и обилие грунтовых вод, влажный и холодный климат, проницаемость поверхностных пород и пр.), в лесах северной полосы СССР автор встретил то же, что и в степях: всюду в исследованных лесах первый горизонт грунтовых вод находится ниже, чем в соседнем поле. В Удельном лесу первый горизонт грунтовой воды даже совершенно отсутствует. В общем, однако, по понятным причинам, влияние северных лесов на грунтовые воды более слабое, чем степных лесов. В лесу Дружноселья на протяжении 86 м уровень падает на 1,16 м, в лесу Павловской обсерватории, на протяжении в 42 и 90 м, разница уровней достигала 0,7 и 0,5 м.

Все только что изложенные наблюдения Отоцкого были им произведены в летние периоды, почему и не могли иметь еще решающего значения в вопросе о влиянии леса на грунтовые воды. Так как данное обстоятельство давало повод к возражениям, то исследователь организовал постоянные наблюдения за колебанием уровня воды в губ. б. Воронежской, б. Херсонской и б. Новгородской. Эти наблюдения показали, что указанное выше соотношение сохраняется круглый год и только в Новгородской губ., где воды не глубоки и обильны, в продолжение одной — двух весенних недель уровни под лесом и вне его сглаживаются, но затем, с началом вегетации, уровень под лесом быстро падает и разница достигает 3 и более метров[6].

Результаты, полученные Отоцким, вызвали в Западной Европе интерес к рассматриваемому вопросу, лесные опытные станции Термании, Австрии и Швейцарии выработали проект программы для изучения влияния леса на режим воды, а во Франции были произведены наблюдения проф. Анри, подтвердившие выводы Отоцкого.

Наблюдения были организованы в казенном лесу Мондон, близ Лю- невилля (департамент Meurthe et Mosselle). Лес расположен на древнем аллювии рр. Мерты и Везузы и занимает площадь около 2000 гектаров. Грунтовые воды держатся на глубине 5 м, на вязких кейперских глинах. Климатические условия опытного района таковы: средняя годовая температура +9,4° Ц.; количество атмосферных осадков в 1900 г. — 713 мм, а в 1901 — 891 мм.

Для наблюдения было изготовлено 4 пары параллельных буровых скважин (в лесу и на открытом месте), уровень воды в которых определялся ежемесячно с 4 мая 1900 г. по 24 августа 1902 г. Принимая во внимание разницу в высоте устьев скважин, понижение уровня грунтовой воды под лесом выражается следующими цифрами:

Для первой пары скважин

0,30 м

»второй » »

0,63 »

» третьей » »

0,42 »

»четвертой » »

0,31 »

Понижение уровня, по словам Анри, весьма слабо и не заключает в себе ничего тревожного, но, конечно, не в тревоге здесь дело. Важно было доказать, что даже при обильном сравнительно выпадении осадков и легком их проницании (почва Мондонского леса песчано-гра- вельная и галечная) лес способствует понижению уровня грунтовых вод. Свои выводы Анри формулирует следующим образом:

«Вопрос, повидимому, следует считать решенным, по крайней мере, относительно Европы. И можно утверждать, что в лесах равнин, где почва сложена однородными поверхностными образованиями с горизонтальным напластованием, где, следовательно, воды неподвижны:

  • 1) никогда уровень воды в лесу не бывает выше, чем на открытом месте;
  • 2) грунтовые воды всегда были найдены более удаленными от поверхности под лесом, чем вне его, принимая в расчет рельеф;
  • 3) понижение уровня более резко под старым лесом, чем под молод- няками;
  • 4) оно также более резко в климатах сухих, чем влажных».

Выводы эти, как видно, вполне согласуются с заключениями Отоц-

кого. Иссушающая способность леса хорошо известна и иллюстрируется примерами Гасконских и Солонских ланд во Франции. По словам Эбермайера, в Германии давно известно дренирующее действие сосны. Весьма интересный пример дренирующего действия лесных пород представляют окрестности Рима (Tre Fontana, монастырь траппистов). Местность издавна отличалась избытком влаги и известна была в качестве области с опасными лихорадками. В 1868 г. монахи-трапписты насадили здесь эквалиптов, отличающихся своей глубоко идущей корневой системой, быстрым ростом и сильной транспирацией. Теперь можно наблюдать, что в местах, где раньше грунтовая вода стояла на глубине нескольких сантиметров от поверхности, в настоящее время она понизилась до 1 метра.

Те выводы, которые были сделаны исследователями относительно влияния лесов на грунтовые воды, оказались применимыми не только к зоне умеренного климата, но и к тропической зоне. В 1907 г. Пирсоном для окрестностей Godhra в Индии (Distrikt Panch Mahals) получены были, в общем, те же результаты, что и Отоцким, Тольским, Анри и др.

Таким образом, резюмируя все сказанное до сих пор по поводу влияния леса на климат и подземные воды в области равнинных[7] пространств, мы должны притти к следующим заключениям:

  • 1. Лес понижает среднюю годовую температуру воздуха и почвы и увеличивает влажность воздуха.
  • 2. Лес задерживает таяние снега и сток талых вод по поверхности земли, понижает испарение с поверхности и способствует поддержанию большей влажности в поверхностных горизонтах почвы.

3. В то же время он в значительной степени иссушает глубокий горизонт грунта и понижает уровень грунтовых вод.

Второй из перечисленных выводов представляет особый интерес для почвоведа, так как дает ему ключ к пониманию тех процессов, которые ведут к образованию так называемых деградированных почв черноземной полосы и к соответственным изменениям чернозема под влиянием поселившихся на нем лесов.

Следует отметить, что грунтовые воды в лесах степной полосы далеко не отличаются той соленостью, какая нередко характеризует воды черноземной степи.

Литература

Адамов Н. Психрометрические наблюдения в лесу и в степи. — Труды Опыты. Лесничеств, 1903 г., вып. 1.

Anderlind. Meteorolog. Zeitschrift, 1886, III, S. 471.

Анри (Henry). Леса равнин и грунтовые воды. „Почвоведение", 1903, № 1.

» Bull, de la Soc. de Sc. de Nancy, 1900.

Bebber, von. Zentralbl. fur das gesammte Forstwesen, 1878, S. 261.

Becquerel. Des climats et de l’influence qu’exercent les sols boisds et non boises. Paris, 1853.

» Comptes rendus, T. LVII, 1867, T. LXIV.

Breitenlohne r. Zentralbl. fur das gesammte Forstwesen, 1877, S. 325,1878, S. 16 u. 407.

Biihler, Ebermayer, Hoppe, Miittrich. Meteorolog. Zeitschr. 1899, H. 10,

S. 469—472.

Димо, H. «Почвоведение», 1904, № 1.

Ebermayer. Die physik. Einwirkungen des Waldes auf Luft u. Boden. Aschaffenburg, 1873.

» Woilny’s-Forschungen. Bd. XII, 1889, S. 147—174.

» Physiologische Chemie der Pflanzen. 1882.

» Meteorolog. Zeitschr., 1895, 12, S. 169.

» Einfluss der Walder auf die Bodenfeuchtigkeit etc. 1900.

Энгельгардт M. Леса и климат, 1902.

Fankhauser. Woilny’s-Forschungen, Bd. V, 1882, S. 316.

Fautrat. Comptes rendus, T. LXXX, 1875, p. 206.1454, T. LXXXIII, 1877, T. LXXXV, p. 340, 1115.

» Observations meteorologiques, faites de 1874 a 1878.

» et Sartiaux. Comptes rendus, T. LXXIX, 1874, p. 409—411.

Ferrel. The americ. meteorol. Journ. 1889, Vol. V, p. 433.

Гейнц ‘ E. Лес и климат. С.-хоз. энциклопедия Девриена, т. V.

Gravelius Н. Peterman’s-Mitteilungen, 1901.

Hamberg, От skogarnes inflytande pa Sveriges klimat. Stockholm, 1885; русский перев. под редакцией Квитка. Полтава, 1894.

Hann I. Meteorolog. Zeitschr. 1886, III, S. 412.

Hellriegel. Beitrage zu den naturwissenschaft. Grundlagen des Ackerbaues. 1883. Hoehnel. Woilny’s-Forschungen, Bd. II, H. 4, 1879, S. 398.

Hornberger. Forstl. Blatter, 1888, XII, S. 225.

Костычев П. Отечеств. Записки, 1876, № 3.

Кравчинский Д. Вопрос о влиянии леса на климат. Лесной журнал, 1876, № 6. Кудрицкий. Зап. Киев. Общ. Естеств., т. XI, 1890.

Lendenfeld. Petermann’s Mitteilungen, 1888, Н. 3.

Lorenz v. Liburnau, J. Wald, Klimat u. Wasser, 1878.

» u. Eckert. Meteorol. Zeitschr. 1890, VII, H. 10, S. 361.

» » Mitt, von forstl. Versuchswes. in Oesterreich, XIII, S. 1—447.

Марин H. Метеорол. Вестник, 1892, № 1, 4, 5.

Matthieu. Meteorologie сошрагёе agricole et forestiere. Paris, 1878.

Морозов Г. «Почвоведение», 1899, № 3, 1900, № 2, 1901, № 1 и 3.

» Труды Опытн. Леснич., 1900 и 1902.

» Лес и почва. Энциклопедия Девриена, т. V.

» Лесопромышленный Вестник, 1903, № 40.

Muttrich. Beobachtungen der Erdtemperat. auf den forstl.-meteorolog. Station, in Preussen und d. Reichslanden, 3 Jahrg. 1877.

» Beobacht, d. Erdtemperat, auf den forstl.-meteorol. Stat. in Preussen, Braun schweig u. Elsass-Lothringen. Berlin, 1880.

» Zeitschr. f. Forst- u. Jagdwesen, 1890.

» Meteorol. Zeitschr., 1900, H. VIII, S. 356.

Ney C. Der Wald und die Quellen. 1894.

» Forstwiss. Zentralbl. 1901; на русском языке изложено Оппоковым в журн. С. Хоз. и Лесов., 1902, май, стр. 63.

Nordlinger. Naturforsch. 1886, XIX.

Оппоков. Лес и воды. С.-Хоз. энциклопедия Девриена, т. V.

Отоцкий П. Труды Вольн.-Экон. Общ., 1896, № 6.

» «Почвоведение», 1899, № 2, 1900, № 3.

» Дневник X съезда Русск. естеств. и врачей, 1901, № 3.

» I. Грунтовые воды, их происхождение, жизнь и распределение. II. Грунтовые воды и леса, преимущ. на равнинах средних широт. — Труды опытн. леснич. 1905 (литература).

Pearson R. S. The Indian Forester. 1907, 57.

Riegler. Mitteil. aus dem forstl. Versuchswes. Oesterreichs. Bd. II, H. 2, 1879. Risler. Biedermann’s Centralbl. f. Agrikulturchemie, 1872, S. 160.

Ruthimeyer A. Zentralbl. f. das gesammte Forstwesen, 1893.

Schubert. Das Wetter, 1891, III, 68.

» Meteorol. Zeitschrift, 1895, S. 185 u. 361, 1898, S. 15, 134.

» Der jahrliche Gang der Luft- u. Bodentemperatur im Freien u. in. Waldungen und der Warmeaustausch im Erdboden.

Тольский. «Почвоведение», 1902, № 3.

Вейнберг Я. Лес, значение его в природе и меры к его сохранению. 1884. Воейков А. Климаты земного шара, 1884.

Метеорол. Вестник, 1892, № 2.

Wollny’s-Forschungen, Bd. X, 1887, Bd. XIII. 1890 u. Bd. XVII. 1894.

Wollny Vierteljahresschrift d. bayerisch. Landwirtschaftsrathes, 1900, H. 3. Высоцкий Г. «Почвоведение», 1899, № 3, 1901, 1902, 1904.

» Труды III съезда деятелей по опытн. делу, 1905.

» О взаимных соотношениях между лесной растительностью и влагой,

ч. I, 1904.

» Труды Опытн. Лесничеств. — Мариуп. Леснич., 1901.

» Степное лесоразведение. С.-хоз. энциклопедия Девриена.

Zschocke. Wollny’s-Forschungen, 1891, S. 462.

  • [1] Bruckner Ed. Klimaschwankimgeri seit 1700. Wien, 1890.
  • [2] Клинген для Воронежской губ., Кудрицкий для Киевской, Адамов для опытныхучастков особой экспедиции Лесного Д-та.
  • [3] См. также статью Анри. Литература вопроса у Отоцкого, стр. 268—269.
  • [4] Мы не понимаем «мертвый горизонт» в том смысле, что сквозь него не поступаетсовсем воды вглубь почвы, а полагаем только, что вода передвигается в нем медленнои в небольших количествах.
  • [5] См. Морозов; об интересном опыте Морозова на поляне, очищенной из-подлеса, см. Отоцкий, стр. 249 и след.
  • [6] См. также наблюдения Тольского.
  • [7] Горные леса находятся в иных условиях.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >