Какие леса испаряют больше влаги: Какие леса средней полосы испаряют больше влаги?

Баланс влаги в различных типах леса

В отдельных типах леса лесостепной зоны выяснен расход влаги по элементам водного баланса за 10-летний период.

В основу вычисления баланса влаги положены исследования влажности почвы под пологом насаждений в толще почвы, равной 4,4 м. Влажность почвы определялась через 10 дней после исчезновения снега, затем ежемесячно в течение весны и лета и, наконец, осенью в первой декаде октября.

На середине прогалин, отстоящих от стен леса на 1,3—1,5 высоты деревьев, выставлялись дождемеры для улавливания осадков, которые приняты за основу на открытых местах. В лесу как минимум выставлялось по 15 дождемеров в каждом типе леса в древостоях 220-летнего возраста. На основании дождемерных съемок устанавливалось количество осадков, проникших сквозь кроны деревьев. Для учета испарения с покрова и верхних горизонтов почв устанавливались по два испарителя на каждый вид наиболее распространенных растений.

Транспирация учитывалась двумя способами: по балансу влаги в почве и термовесовым методом Л. А. Иванова. Испарение с крон деревьев определялось по разнице запасов воды в снеге между прогалиной и под пологом леса, а испарение со снега по испарителям. Расчет испарения основывался на данных, полученных в дни без осадков. Поверхностный сток в лесу определялся по стоковым площадкам и водосборным бассейнам, а инфильтрация по разности запасов влаги в первую декаду октября текущего года и через 10 дней после исчезновения снега на следующий год, а также по инфильтрационным площадкам.

Сток с водосборных бассейнов определялся по замыкающим водотоки водосливам.

Баланс влаги установлен для восьми наиболее распространенных типов дубрав: снытевой, ясене-осоково-снытевой, липово-осоково-снытевой, бересклетовой, солонцовой, полево-кленовой и ясене-осоково-снытевой.

В снытевой дубраве суммарное испарение летом составляет 87,2% от общего количества выпавших осадков, а испарение с крон и поверхности снега — 5%. На долю транспирации от общего количества осадков расходуется 54,4%, на поверхностный сток 5,4% и инфильтрацию 5,7%.

Перерасход влаги на испарение достигает в среднем за 10 лет 3,3%.

Расход влаги на испарение в пределах 41,5% осуществляется из почвы и в размере 45,7% за счет выпадающих летом осадков. Расход осадков на испарение повышается с увеличением количества осадков.

Суммарное испарение летом в ясене-осоково-снытевой дубраве за счет влаги, содержащейся в почве, равно 38,5%, за счет осадков, поступивших на поверхность почвы летом, — 39,5%.

В зимний период испарилось с крон и с поверхности снега 6,3%. Таким образом, общий расход осадков на испарение составил 84,3%. На транспирацию от общего количества осадков израсходовано 51,1%, на испарение с крон 13,6% и на испарение с травяного покрова и снега 21,9%. На поверхностный сток израсходовано 4,1% и на инфильтрацию 17,2%.

Запасы влаги в конце периода наблюдений падают до наиболее низкого уровня — 1159 мм, а во влажные годы держатся около 1450 мм.

В засушливые годы наблюдается перерасход влаги из почвы в размере 5,6% от годового количества осадков, выпавших над пологом древостоев.

В липово-осоковой дубраве, расположенной на северо-западном боковом склоне балки, расход влаги из почвы на суммарное испарение равен 39,2%, а за счет летних атмосферных осадков — 46%. На испарение с крон летом израсходовано 11,5%, на испарение с покрова — 18%, а на транспирацию — 55,6%.

На испарение с Крон и с поверхности снега — 5,1%.

Таким образом, в родовом испарении влаги использовано 90,3% атмосферных осадков. Поверхностный сток осадков равен 8,6% и на инфильтрацию влаги глубже 4,5 м израсходовано 6,4%. Перерасход влаги в среднем за 10 лет выразился в 6,3%.

Расход влаги на испарение и в этом типе леса резко меняется по отдельным годам. С повышением осадков расход влаги на испарение увеличивается

В полево-кленовой дубраве израсходовано из почвы влаги на испарение и транспирацию 32,8% и из атмосферных осадков, выпавших летом, 45,4%, или всего 78,2%. Из израсходованных на транспирацию 49,5% испарение с крон и травяного покрова составляет 30,7% от общего количества атмосферных осадков.

В зимний период на испарение с крон израсходовано 3% и на испарение с поверхности снега 2,8%. Среднее общее годовое испарение составляем 84,2%. Остальная часть осадков израсходована на поверхностный сток и инфильтрацию влаги в почвогрунт и перерасход влаги в размере 2,9%.

Расход по отдельным частям водного баланса в отдельные годы сильно варьирует

Расход влаги из почвы на испарение равняется 29,9%, испарение за счет летних атмосферных осадков достигает 45,6%. Суммарное испарение за вегетационный период составляет 75,5%. Общий расход влаги на испарение в течение года равен 81,3%.

Поверхностный сток за год в бересклетовой дубраве увеличился до 14,4%, а инфильтрация влаги в почву уменьшилась до 5,3.

В солонцовой Дубраве расход влаги из почвы на испарение выражается в 23,1%, а за счет атмосферных осадков в летний период 45,8%, или всего 68,9%, в том числе на транспирацию 41,1%, остальное количество израсходовано на испарение с крон — 9,2%, травяного покрова и подстилки—19,6%. На испарение с крон и снега зимой израсходовано 7,6%.

Так как испарение меньше, чем количество выпадающих осадков, остающаяся часть их расходуется на поверхностный сток и инфильтрацию вглубь почвы. В отдельные годы с недостаточным количеством осадков испарение увеличивается, вследствие чего усиливается иссушение почвы и уменьшаются запасы влаги осенью.

По некоторым вопросам лесной гидрологии до сих пор еще много споров. Например, нет единого мнения относительно влияния леса на речной сток. Некоторые исследователи склонны считать, что отсутствие стока или незначительный объем его в лесу является неоспоримым показателем иссушающего влияния леса, тогда как после сплошной и интенсивной выборочной рубки сток воды с оголенных водосборов увеличивается. Ни в какой мере не отрицая эти явления, все же нельзя пренебрегать и инфильтрацией воды в грунт как в лесу, так и на сплошных вырубках. Нет основания отрицать и того, что в зоне степи при недостатке осадков на лёссовидных суглинках не наблюдается сплошного промачивания грунта и на полях и в лесу, в то же время на супесчаных и песчаных почвах оно не только возможно, а и хорошо выражено. Вряд ли кто будет спорить, что в лесостепной зоне Воронежской обл. происходит сплошное промачивание лёссовидных суглинков. В общем, с продвижением на север количество осадков увеличивается, а промачивание грунта и питание грунтовых вод атмосферными осадками усиливаются. Эта точка зрения в моих исследованиях оставалась неизменной.

До исследований в Деркуле я был согласен с работами Г. Н. Высоцкого. Данные, полученные о влажности почвы в процессе исследования в лесостепной зоне и об отсутствии полного промачивания почв и меньших запасах влаги под пологом леса по сравнению с полевыми угодьями на суглинистых почвах, не были неожиданными. Мы высказываемся против формулы Высоцкого, что лес сушит равнины и увлажняет горы. Этого вообще не может быть, так как водный режим почв изменяется в зональном разрезе, а в пределах зон зависит от возраста, состава, полноты древостоев и в какой-то мере от степени проницаемости влаги в почву. А. С. Скородумов (1964) заявляет, что такая точка зрения высказывалась ранее и что в наших суждениях и выводах ничего оригинального нет, так как все это давно освещено в трудах Эбермайера, С. Ф. Храмова, Г. Н. Высоцкого (его учеников Б. Н. Гаврилова и Ю. Ф. Готшалка) и Г. Ф. Морозова. Однако в наших работах роль этих ученых отнюдь не отрицается. В этом нетрудно убедиться, просмотрев хотя бы две мои работы, опубликованные в 1949 и 1952 гг.

Относительно некоторых работ, например о работе Ю. Ф. Готшалка, я отметил, что данные о расходе влаги в 11- и 44-летних древостоях слишком завышены. Если принять эти данные, то все осадки полностью расходуются на испарение с крон и лесного покрова. При изменении полноты древостоев возможно уменьшение расхода влаги из почвы, при условии защиты ее мхом. При развитии травяного покрова расход влаги из почвы резко повышается. После меня высказался за уменьшение влаги в почве в изреженных древостоях в связи с развитием травяного покрова также И. И. Шишков (1949).

Г. Н. Высоцкий отмечал: «На песчаных пространствах чистый сосновый лес той или иной полноты, а в особенности более изреженный как в молодом, так и старом возрасте усиленно иссушает не только грунт, но и большей частью даже почвенный горизонт. Но это усиленное сравнительно с полянами иссушение верхнего почвенного слоя наступает значительно позже, чем иссушение грунта. Густые сосновые жердняки, однако, по-видимому, вследствие большей влагоконсервирующей способности, представляют иногда исключение, причем под ними может наблюдаться повышенная влажность собственно почвенного слоя и в течение всего лета до начала нового осеннего осырения» (1962, сир. 226).

Г. Ф. Морозов более четко говорил, что влажность почвы меняется в зависимости от возраста, состава и полноты древостоев. Эта мысль не присвоена мной, о чем свидетельствует ссылка в моей книге на стр. 333. Мы знаем теперь, что и Эбермайер в 80- сантиметровой толще почвы установил под приспевающими еловыми древостоями 60-летнего возраста понижение влажности почвы по сравнению с безлесным пространством на 2,9 и на 2,5% меньше, чем в 120-летних. Мы не ограничивались исследованиями физических процессов расхода влаги в отдельных древостоях. Мы подошли к этим явлениям в тесной связи с биологическими процессами, происходящими в лесу в связи с ростом древостоев от момента возникновения до спелости. Мы рассматривали лес как динамическую систему, в которой как процессы передвижения, так и расхода влаги в почве находились во взаимодействии и взаимовлиянии. В связи с ростом древостоев во времени меняются охвоение и сомкнутость полога, а в связи с ними меняются освещение и проникновение осадков сквозь древесный полог. Эти факторы, в свою очередь, вызывают изменение температуры воздуха и почвы, которая влияет на транспирацию, испарение с поверхности почвы, активность микрофлоры летом, а зимой на промерзание почвы; все это через ряд взаимосвязей влияет на микробиологические процессы, круговорот азота и зольных элементов. Эта взаимосвязь и взаимодействие компонентов выражаются в непрерывном изменении каждого из них, а также древостоя и его среды. Естественно, в связи с ростом древостоя во времени непрерывно меняется и суммарное испарение от момента возникновения до старости, в этой же связи меняется и влажность почвы. Меняется потребление вещества из почвы, обусловливающее новое поступление их в почву в форме опада; изменение количества поступающей влаги порождает различие в притоке воды к корням, а вместе с ней и в поступлении в почву растворенных веществ. Как же еще «нужно чувствовать взаимосвязи наблюдений за влажностью с другими элементами плодородия почвы»? (Скородумов, 1964, стр. 67). Если бы цитируемый критик читал мои работы 50-х годов, то, вероятно, не сказал бы этого, потому что в этих работах делается заключение о том, что в процессе роста древостоя меняется в связи с изменением влажности почвы ее баланс, меняются и другие компоненты леса. В этом основная суть моей работы, что признается не только в нашей стране, но и за рубежом. Эти особенности позволяют более надежно обосновать интенсивность рубок ухода и определять время их проведения. А установление расходов влаги в древостоях разного возраста на кубометр прироста позволяет устанавливать гидрологическую спелость древостоев и возраст рубки.

А. С. Скородумов обращает внимание на большое количество испаряющейся влаги с голого песка. Мы неоднократно проверяли эти данные и не находим возможным их изменить в тех случаях, когда частое выпадение осадков сменяется частым наступлением солнечной погоды. Что касается стока со стволов, то всякий беспристрастно думающий человек поймет, что вода не может двигаться вверх по стволу и что в формуле допущена опечатка. Конечно, она не снимает вины с автора, но, полагаю, и не свидетельствует о его невежестве. Однако следует сказать несколько слов о книге А. С. Скородумова, в которой он критикует других. Книга в ряде разделов изложена нечетко, главы написаны на неодинаковом уровне, усложнены (разбором влажности почвы по горизонтам в громоздких таблицах. Раздел об осадках написан явно неудовлетворительно, без приведения фактических материалов автора. Нет в ней данных не только об общих количествах осадков в районах исследования, но и о задержанных на кронах. Отсутствует цифровой материал об испарении с травяного покрова, подстилки и верхних горизонтов почвы. Трудно понять, каковы количественные расходы влаги из двух — и четырехметровой толщи почвы. Где данные по расходам влаги с травяного покрова летом и зимой со снега и голой почвы? Наконец, нет данных о количестве выпавших осадков за год и по сезонам. Все это должно быть уточнено заглавиями таблиц. Только при наличии этих материалов можно судить, все ли учтено в расходных статьях водного баланса и как это увязывается с поверхностным стоком и инфильтрацией влаги в почву. Это не позволяет судить и о балансе воды. Всегда ли наблюдается отрицательный баланс, а если нет, то откуда поступает дополнительная влага? К сожалению, все внимание уделено автором на критику данных других и забыто о своих. Одно лишь ясно, что Скородумовым выражение Высоцкого «лес сушит равнины и увлажняет горы» в первой его части признано, что «лес сушит равнины не везде», так как разнокачественна гидрологическая роль в лесных насаждениях, выросших в различных условиях. Этого нам более чем достаточно.

Расход влаги из двух — и четырехметровой толщи почвы вычислен автором неизвестно за какой период. Если исходить из длительности наблюдений, указанных в табл. 19 его книги, то они варьируют от 4 до 6 месяцев и 10 дней. Неизвестны начало и конец взятия образцов почвы для определения влажности. Отсюда не только трудно, но и невозможно сравнить расходы влаги на эвапотранспирацию по отдельным годам. Почему в лесу определена в основном влажность почвы в двухметровой, а не в четырехметровой толще почвы? Ведь корни распространяются по крайней мере до 3 м. Маловероятны одинаковые расходы влаги — и в двухметровой и в четырехметровой толще почвы.

В гидрологии принято определять баланс влаги за гидрологический год с 1 октября по 31 сентября. К тому же и баланс влаги учитывается за этот период. Его, к сожалению, нет ни для Владимировки, ни для Черного леса, что простительно Эбермайеру, но непростительно Скородумову, так как в основу различной гидрологической роли леса должен быть положен баланс влаги в почве, а не только влажность ее. Впрочем, этого автор сделать не мог, так как осадков под пологом массивного леса он не изучал. К тому же данные по осадкам он заимствовал на метеорологических станциях. Если бы было иначе, то глава об осадках не была бы так бедно представлена цифровым материалом.

В главе об изучении осадков отсутствует фактический материал. Поэтому сомнительно авторство по осадкам, проникшим сквозь кроны, тем более, что не указано выпадение осадков на полянах и прогалинах в лесу. Поэтому и накопление влаги в почве не имеет связи с осадками.

Нет общего расхода влаги на десукцию, задержание на кронах, испарения с покрова, подстилки, поверхности снега. Неизвестно, сколько выставлено дождемеров в лесу и какова точность определения количества осадков, достигших почвы?

Почему в табл. 35 учтен расход запасов влаги в почве только за весенний период, а за какой же период даны осадки и задержание кронами? Вместе с тем общий расход влаги дается за вегетационный период. Отсюда, правомерно ли изменять данные других исследователей, когда собственные данные, как видно из материалов, не привязаны к срокам и не позволяют читателям получить четкое представление о количестве выпавших осадков по годам у мест наблюдений. Для Черного леса такие данные и вовсе отсутствуют.

Подзащитный А. С. Скородумова И. С. Шпак (1968) обвиняет Молчанова в том, что последний является сторонником увлажняющей роли леса. Это недоразумение. Леса разнообразны по составу, возрасту и сомкнутости, и растут они в различных климатических зонах. Поэтому нет и не может быть того, что все леса или только увлажняют почву, или иссушают ее. В книге «Гидрологическая роль сосновых лесов на песчаных почвах» (1952) мной указано, что еловые леса расходуют влаги больше, чем сосновые, а сосновые — полные, приспевающие больше, чем молодые и старые, и разница в расходах влаги достигает большей величины, чем разность в расходах спелым древостоем и полем. Равно не может быть и такого положения, что все облесенные реки дают меньший сток, чем необлесенные. Однако и облесенные реки, если они не расположены на закарстованных площадях, дают меньший сток, чем незакарстованные. Доказательством этому могут служить реки Волошка, Моша, Ваймуга и Емца, наблюдения за которыми нами проводились в 20—30-х годах в Архангельской обл.

Лесная растительность на закарстованных площадях слабее влияет на сток, чем карст. Однако при удалении леса может произойти заиление и кольматаж воронок, что и вызовет некоторое увеличение стока. Из таблицы видно, что высокая аккумулирующая способность карстовых образований сильно уменьшает сток талых вод в карстовых районах и снижает слой стока большинства рек.

И. С. Шпак высказывает сомнение в достоверности приведенных мною показателей элементов водного баланса. Критику должно быть известно, что количественное задержание осадков кронами подтверждено со статистически вычисленными отклонениями от средних величин. Что касается точности определения влаги, а отсюда, и точности расхода ее, то по независящим от меня причинам в свое время я не мог привести обоснованные данные, а указал лишь на то, что расходы влаги из почвы определены с ошибкой, не превышающей 10%. Для того чтобы ее обосновать здесь, прежде всего считаю нужным сказать, что как А. С. Скородумов, так и И. С. Шпак, очевидно, путают песчаные почвы с песками и заставляют меня сказать, что в исследуемых почвах всюду имеются суглинистые прослойки. Фактически же они обнаружены в одном месте на площади 1,5 га, что отмечено и в работе.

Песчаные почвы отличаются от песков тем, что в них в процессе почвообразования длительное время поступал на почву опад хвои и мелких ветвей, продукты разложения которого, естественно, мигрировали в почву и отлагали в горизонте В илистые частицы, различные минеральные вещества и окиси железа, которые представлены в почве краснобурыми пятнами и прерывистыми узкими (менее 0,5 см) полосками, получившими название ортзандовых пятен. Эти особенности присущи всем почвам, длительное время занятым лесом. Отметим, что ортзандовые пятна имеют несколько повышенную влажность почвы и отличаются повышенным содержанием в них обменного магния.

Анализ валового химического состава ортзандовых пятен показал относительное обогащение их окисью железа, алюминия и обменного магния.

Содержание минеральных веществ в песчаном сероватом слое пахотной почвы несколько выше, чем в лесу. С глубины 20 см и более химический состав почвы как под пологом леса, так и в поле отличается незначительно. На глубине 66—76 см в слое почвы, содержащем ортзандовые пятна, наблюдается повышенное содержание алюминия, железа и магния.

Учитывая пестроту почвы, вызванную возникновением ортзандовых, но отнюдь не суглинистых прослоек, я был вынужден изменить метод учета влажности в песчаных почвах. Отмеченные особенности вынудили меня рыть траншеи шириной 70—80 см и глубиной 150 см. Стенка шурфа разбивалась на 12 частей по горизонтали и на 12—15 частей по вертикали (глубине). Во избежание просыхания образцов почвы они брались не с открытой поверхности вертикальной стенки, а с предварительно очищенной от наружного слоя почвы на 6—10 см. Такая работа проводилась два раза в течение года в пяти разных местах: в одном типе леса в начале наблюдений — весной, и в конце наблюдений — осенью. Глубже 1,2—1,5 м почва бралась буром.

Данные, полагаем, убедят критиков, что мне еще перед началом исследований было известно, с какой точностью я работаю. Отсюда видна необъективность суждений моих оппонентов.

И. С. Шпак, вероятно, не понял, каким испарителем определялось испарение с покрова. Испаритель имеет слабое сходство с испарителем Рыкачева. Во-первых, он цилиндрической, а не квадратной формы, площадью 500 см², во-вторых, имел высоту 50 см, в-третьих, он имел два дна: нижнее, непроницаемое для воды, и верхнее, продырявленное для стекания с монолита почвы избыточной воды и расположенное в цилиндре на 15 см выше. Монолит почвы с ненарушенной структурой имел высоту 35 см. Такой испаритель я условно назвал испарителем типа Рыкачева. В 1945 г. я не знал испарителя ГГИ. Возможно, он был на испытании, но серийного выпуска не было. Гречиха и рожь в монолиты не заряжались. Это достаточно хорошо показано в работе. Переувлажнение почвы в испарителе исключено.

Чем вызвано утверждение Шпака, что испарение по испарителям проводилось только два пода, а в другие два года приведены расчетные данные, мне не известно. Для того чтобы убедиться в неправильности этого утверждения, достаточно посмотреть на одной странице таблицу, а на другой трафик.

При наступлении увядания растений монолиты заменяются другими. Отток или сток грунтовых вод за пределы изучаемых площадок устанавливался в зимний период по методу, предложенному А. А. Роде.

Величина транспирации определялась приближенно, но двумя способами: термовесовым и балансовым. Если критик знает другие способы, пусть предложит. Кроме этих двух, я знаю третий—метод теплового и радиационного баланса. Однако и последний в настоящее время не точнее ранее известных.

Скачки повышенной влажности вызывались обильным выпадением осадков. В летнее время известно неравномерное выпадение осадков по площади при грозовых дождях.

И. С. Шпак обвиняет меня в том, что у меня было мало дождемеров. В ответ на это я могу заявить, что уже в первый год исследований (1946) их насчитывалось в 5—11 раз больше, чем при исследованиях самого Шпака, т. е. 55, вместо пяти, расположенных в двух разных по составу древостоях. На второй год их число у меня почти удвоилось. Замечу, что осадки определялись дождемерами, а не осадкомерами Третьякова; последние еще не были предложены гидрометслужбой.

Методика составления баланса влаги в почве осуществлялась по известному уравнению водного баланса. Учет влаги по элементам водного баланса описан в книге и объяснений не требует. Они хорошо известны гидрологам.

Полагаю, что я достаточно подробно ответил критикам на все их основные вопросы. Теперь же позволю себе высказаться по поводу опубликованного в 1968 г. труда И. С. Шпака, имеющего одинаковое название с диссертацией, защищенной в Почвенном институте имени В. .В, Докучаева.

Прежде всего, следует остановиться на одной особенности разработки методики наблюдений над влажностью почвы на логах Опытном и Лесном.

Лесной лог полностью покрыт лесом. Основная порода — дуб. Верховье водосбора покрыто молодым березняком, встречается осина (полнота насаждений 0,5—0,7). Пробы на влажность почвы отбирались здесь в 12 пунктах, они усреднены без учета состава древостоев так же, как Шпак сделал с моими данными, полученными в различных древостоях в Прокудином бору.

Такой подход к обработке и обобщению материалов ничем не может быть оправдан. С таким же успехом можно взять влажность почвы в лесах, начиная от Белгорода и кончая Архангельском, и на первых попавшихся по пути участках, обработать все пробы на влажность статистически и привести среднеарифметическое со статистическим уклонением от средней.

При таком подходе математическая статистика приводит к неверным выводам. Лесоводы-гидрологи по этому пути идти не могут. Почвы на водосборных бассейнах, как известно, располагаются на различных горных породах (гранитах, гнейсах, сланцах, известняках, меловых отложениях). Вода, проникшая в них, передвигается в водосборном бассейне по-разному. В известняках и меловых отложениях по проделанным водой ходам последняя может передвигаться вполне свободно. Поэтому трудно, а подчас и невозможно сравнивать сток двух парных рек. Возможно, целесообразнее определять сток лесных и безлесных рек по крупным регионам, расположенным между возвышенностями.

Исходя из перечисленных особенностей, есть все основания заявить, что сток с речных бассейнов при одинаковой облесенности их не может быть одинаковым, даже при массовом сравнении пар водосборных бассейнов, отличающихся различной облесенностью. Массовое сравнение пар различно облесенных бассейнов, предпринятое П. Ф. Идзоном, в какой-то мере приурочивается к большой части Русской равнины. Это метод позволяет выяснить значение повышенной облесенности водосборов для формирования слоя стока воды по сравнению с менее облесенными.

Расчеты речного стока, проведенные Идзоном и его сотрудниками (1961), показали следующее.

1. Из 82 пар рек 50% дали повышенный сток с наиболее облесенных бассейнов, 23% нулевой сток и только 27% водосборов с повышенным облесением территории дали пониженный сток.

2. В 79 случаях, или 54,1%, из 146 бассейнов годовой сток на более облесенном водосборе превысил сток относительно безлесных водосборов. В 13,7% случаях сток на относительно лесных и относительно безлесных водосборах был одинаков, только 20 случаев из 146, или 32% водосборов с повышенной лесистостью, дали меньший сток, чем менее безлесные водосборы.

Река является дорогой, по которой вода идет в океан с суши. Потому именно речной сток может служить мерилам водоохранной роли лесов. При таком освещении вопроса правомочно еще раз повторить, что «там, где лес, там и вода» (имеется в виду вода в меженный период).

На водосборных бассейнах расположены различные типы лесов с разными древесными пародами, отличающимися разным отношением к атмосферным осадкам. Естественно, совершенно недопустим усредненный учет влажности и такое же установление баланса влаги для лесов разных типов, возраста и состава. Ведь И. С. Шпак и сам заявляет, что суммарное испарение в лесу и в поле одинаково, а на суглинках оно разное. Говорит он и о том, что на лесном водосборе увлажнение в отдельных пунктах зависит кроме выпадающих осадков над лесом также от степени задержания осадков кронами, изменяющихся не от квартала к кварталу, а от насаждения к насаждению, и в таких случаях правильно рекомендуется проводить воднобалансовые наблюдения на отдельных участках. Так почему же он так мало ставит осадкомеров и не считается с возрастом и составом насаждений? Ведь недоучет одного элемента водного баланса сводит к нулю всякую статистическую обработку.

Испарение с покрова и поверхности почвы с помощью испарителей тоже проведено весьма ограниченно, не учитывался состав растительности и подстилки в лесу, не сказано, сколько их выставлено и в поле. Ясно одно — их было недостаточно. Надо приветствовать математические расчетные методы испарения и других элементов водного баланса, но мысленные рассуждения надлежит проверять много раз повторенным опытом. На это указывал еще М. В. Ломоносов.

Полуметровые и менее глубокие испарители, безусловно, пригодны в лесной зоне, но они не дают надежных результатов в степи.

Все изложенное позволяет сказать, что гидрологические процессы, происходящие в биосфере, отличаются исключительно большой сложностью и связаны с почвой, горной породой, растительностью, атмосферными осадками и солнечной радиацией. В силу многообразия взаимосвязей весьма трудно выявить сложные взаимодействия компонентов и дать всесторонне вполне объективное освещение вопроса в целом. Однако наука развивается сейчас такими бурными темпами, что в скором разрешении неясных пока вопросов можно не сомневаться; вместе с тем возникнут, конечно, и новые вопросы, для разрешения которых потребуются еще немалые усилия ученых.

распределение осадков в лесу – Часть 2

Испарение влаги с поверхности растений. Кронами деревьев задерживается значительная доля выпадающих осадков, а затем снова под действием тепловой энергии и движения воздуха превращается в парообразное состояние и уходит в атмосферу. Величина и скорость испарения влаги с поверхности древесного полога зависят от типа леса, возраста деревьев, степени сомкнутости лесного полога, а также от интенсивности осадков, силы ветра, температуры воздуха и его влажности.

В отличие от лиственных хвойные насаждения задерживают значительно больше осадков летом и зимой. Так, сосновые насаждения задерживают 17,4 % осадков, березовые — 24,7 %, осиновые — 26,6 %, еловые — 53,4 %.

Меньшее задержание осадков сосной в сравнении с елью объясняется структурой ветвления и охвоения и направленностью ветвей вверх, что увеличивает стволовой сток. Крона­ми отдельно стоящих деревьев задерживается влаги на 8—13 % больше, чем в древостоях. Стекание осадков по стволам составляет 0,6—5 % и зависит от древесной породы и ха­рактера дождя. Меньше всего пропускают осадков под полог леса пихтовые и еловые высокополнотные насаждения. Лиственные леса из бука и липы задерживают осадков больше, чем березовые и осиновые насаждения. Если под лиственным лесом на поверхность почвы попадает в отдельных случаях 424 мм осадков, то в одном и том же районе под сосновым пологом их оказывается 280 мм. Таким образом, хвойный лес значительно сильнее увлажняет воздух, возвращая атмосфере до 10—22 % годовых осадков.

Изменяя состав леса, его полноту, форму и возрастную структуру, можно регулировать количество задерживающихся на кронах и проникающих под полог леса осадков.

Испарение с поверхности почвы. Значительная часть выпадающих осадков проникает под полог леса, достигает поверхности почвы и испаряется, поступая обратно в атмосферу. При этом испаряется и влага, задерживающаяся в результате различных причин на поверхности почвы и поднимающаяся по капиллярам почвы. Эту влагу транспирируют напочвенные растения, забирая ее в различных почвенных горизонтах.

Интенсивность испарения с поверхности почвы зависит от многих факторов. Главные из них: тип леса, полнота, форма, видовое разнообразие напочвенных трав, кустарников и взаимосвязанные с ними влажность воздуха, ветер, солнечная радиация. Кроме того, на испарение с поверхности почвы под пологом леса влияют механический состав почвы, температура и глубина залегания грунтовых вод. В целом почва под пологом леса испаряет влаги меньше, чем почва открытого места. Это происходит в результате ослабленного ровного движения воздуха в лесу у поверхности почвы, которое возникает благодаря более низким температурам воздуха и почвы летом. Кроме того, лесная почва более рыхлая, изрытая червями, кротами, личинками насекомых и т. д.

Лучшему испарению воды из верхних горизонтов почвы способствуют также корневые системы, непрерывно изменяющие свою величину, состояние и направление роста. В каждом типе леса имеется лесная подстилка. В качестве естественной покрышки она предохраняет почву от солнечных лучей и ветра. Непрерывно передвигающиеся в ней представители животного мира и сам процесс ее разложения нарушают капиллярную связь с почвой и тем самым в 4—6 раз задерживают испарение с поверхности почвы по сравнению с испарением на открытом месте. Скорость испарения влаги зависит от состава и строения лесной подстилки.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:

Страницы: 1 2 3

Что вырубка лесов делает с климатом в регионе

Последнее обновление: пт, 03 февраля 2023 г. |
Растительность

Что произойдет, если снести лес и заменить его гораздо более открытой растительностью, такой как пастбища или посевные поля? В целом на местный климат будут оказывать два конкурирующих воздействия. Во-первых, альбедо будет больше на более открытых пастбищах или пахотных землях с участками более светлой почвы между листьями. Это приведет к охлаждению поверхности, потому что солнечная энергия отражается обратно в космос. Однако более гладкая поверхность пастбища или растительного покрова и меньшая общая площадь листового покрова будут уменьшать испарение воды. Как упоминалось выше, шероховатость увеличивает испарение / транспирацию, а чем больше листьев, тем больше площадь поверхности для испарения воды, поэтому их уменьшение уменьшит испарение. Это снижение имеет тенденцию повышать локальную температуру, потому что поглощается не так много скрытой теплоты испарения.

Баланс между этими двумя противоположными эффектами альбедо и испарения варьируется в зависимости от типа леса. В тропических районах, таких как Амазонка, обильные дожди означают, что лес может очень быстро возвращать воду обратно в атмосферу через все эти листья. Очень высокая скорость поглощения скрытого тепла всем этим испарением означает, что тропический лес холоднее, чем более открытая земля, несмотря на то, что он имеет более темный цвет (более низкое альбедо). Таким образом, когда вырубается тропический лес, можно ожидать, что преобладает уменьшение площади испарения листьев и уменьшение шероховатости, а после вырубки леса температура должна иметь тенденцию к повышению (рис. 6.4а). В бореальных хвойных лесах Канады, Сибири и Аляски прогнозируется в основном обратный баланс. Скорость подачи воды от дождя или таяния снега меньше, и при обычно более низких температурах вода не будет так быстро испаряться с листьев. Так что испарение не так сильно влияет на температуру вокруг полога леса. С другой стороны, северный хвойный лес очень «темный» — даже темнее, чем влажный тропический лес, — поэтому его вырубка имеет большее значение для альбедо. Компьютерные климатические модели предсказывают, что потеря бореальных лесов приведет к снижению температуры, поскольку преобладает эффект альбедо (рис. 6.4b). Кроме того, расчистка бореальных лесов обнажает снег на земле, который в противном случае был бы скрыт под деревьями. Этот открытый снег обеспечивает гораздо больший эффект альбедо, еще больше снижая температуру в результате потери бореальных лесов.

А как насчет леса умеренного пояса, расположенного в средних широтах между тропическим и бореальным лесом? В этом случае кажется, что, как и в случае с бореальным лесом, преобладает охлаждающий эффект повышенного альбедо (хотя не все с этим согласны). Большую часть года температуры довольно низкие, поэтому испарение не является важным фактором — отражение или поглощение тепла от поверхности оказывается более значительным. На самом деле леса умеренного пояса в прошлом больше страдали от вырубки лесов, потому что их почвы, как правило, настолько хороши для выращивания сельскохозяйственных культур, поэтому идея вырубки их в больших масштабах не просто воображаемая. На основе компьютерных моделей обычно считается, что вырубка лесов, которая уже произошла в средних широтах, могла фактически повлиять на историю климата за последние несколько тысячелетий. В нескольких исследованиях климатических моделей сравнивалось влияние исходного растительного покрова сплошного леса с нынешним смешанным покровом лесов и пахотных земель. Они склонны обнаруживать, что в средних широтах будет небольшой, но значительный

Поглощение солнечного света

Поглощение солнечного света

Эвапотранспирация

Рисунок 6.4. (a) в тропических лесах доминирует потеря скрытого поглощения тепла и шероховатость, и, по прогнозам, обезлесение приведет к региональному повышению температуры; , Источник: Автор, охлаждающий эффект от фактического количества вырубки леса. Например, на востоке США преобразование 40% первоначального леса в пахотные земли (приблизительно так обстоят дела в настоящее время) увеличило бы альбедо и уменьшило бы шероховатость поверхности. Согласно большинству моделей, повышение альбедо снижает летние температуры примерно на 0,5°С, а осенние примерно на 1,5-2,5°С. Таким образом, независимо от глобального потепления или любой другой фоновой тенденции в климате, кажется, что потеря части своего леса сделала восточную часть США более прохладной, чем она могла бы быть в противном случае.

Модели сами по себе очень хороши, но лучше всего иметь наблюдения, которые в целом согласуются с тем, что предсказывает модель. Это может дать нам некоторую уверенность в том, что то, что говорит модель, верно. Например, было бы идеально иметь хорошие временные ряды данных о температуре и осадках со всей восточной части США, начиная со времен первых европейских поселений в Северной Америке. Затем мы могли бы сравнить «до» и «после» вырубки лесов в регионе. Однако таких рядов данных нет, потому что в то время никто не собирал климатические данные, поэтому мы должны искать возможность проверки моделей другими способами. К счастью, сегодняшние наблюдения частично подтверждают общую картину, основанную на моделях, о влиянии лесного покрова на климат в Северной Америке. Это происходит в форме непреднамеренного «эксперимента»: что произойдет, если у вас есть один регион, в основном покрытый сельскохозяйственными культурами, а другой регион рядом с ним в основном покрыт лесом? Для регионов средних широт, таких как США, модели говорят, что по сравнению с лесом площадь пахотных земель будет иметь тенденцию быть более прохладной в пик дня, потому что открытые пахотные земли отражают гораздо больше солнечного света обратно в космос, предотвращая его нагревание. так много под солнцем. Ночью весенние температуры имеют тенденцию к понижению примерно до одного уровня, потому что в это время года нет большой разницы в содержании водяного пара в воздухе, какой бы ни был растительный покров. В тропиках более сильный солнечный нагрев в сочетании с уменьшением транспирации листьев может иметь противоположный эффект, делая пахотные земли более горячими, но в этих районах средних широт влияние альбедо имеет тенденцию быть более важным. Сравнивая наблюдения за дневной температурой диапазон на Среднем Западе США (где почти нет лесов и в основном сельскохозяйственных культур) с востоком США (где лесов больше, чем сельскохозяйственных культур) показывает, что они различаются именно так, как предсказывают модели. На Среднем Западе дневной диапазон весной и осенью меньше, чем на лесистом востоке, потому что дневные температуры на пахотных землях Среднего Запада не поднимаются так далеко от их ночного уровня. Разница между востоком и западом наибольшая поздней весной, когда восточные леса распустились, но сельскохозяйственные растения Среднего Запада все еще представляют собой маленькие всходы. В это время на полях Среднего Запада много голой почвы, отражающей солнечный свет, а восточные леса уже темнеют и нагреваются. Это согласуется с тем, что можно было бы ожидать от моделей: расчистите лес умеренного пояса и замените его пахотными землями, и в среднем станет немного прохладнее.

Другим интересным набором наблюдений, который согласуется с ожиданиями моделей, является тренд этой разницы температур между востоком и западом за последнее столетие, зарегистрированный климатическими станциями. С конца 1800-х годов леса снова распространяются по заброшенным пахотным землям в восточной части США. Тем не менее, на Среднем Западе лесов, пожалуй, меньше, чем на рубеже 20-го века, поскольку там активизировалось сельское хозяйство. Модели предсказывают, что контраст весенних температур между востоком и западом будет увеличиваться по мере того, как восток станет более лесистым; и действительно, это то, что произошло.

Однако важно понимать, что согревает или охлаждает лес умеренного пояса местный климат в целом, зависит именно от того, с чем его сравнивают. Естественные пастбища и луга, как правило, испаряют гораздо меньше воды, чем леса, поэтому добавление к ландшафту лесов умеренного пояса увеличит испарение и приведет к общему похолоданию климата. Напротив, засеянные пахотные земли, такие как кукуруза или пшеница, испаряют достаточное количество воды из своих листьев, но также образуют более светлую поверхность, чем лес, в течение большей части года (когда сельскохозяйственные растения молодые, поэтому их листовой покров над землей очень открыт). или даже не существует), поэтому считается, что добавление леса за счет пахотных земель способствует теплому климату. Однако нет полной уверенности в том, что эта зависимость сохраняется повсеместно в умеренной зоне. Например, некоторые наблюдения в восточной части США, сравнивающие небольшие участки леса и прилегающие поля, показывают, что лиственный лес настолько хорошо испаряет воду летом, что скорее охлаждает местный климат, чем нагревает его, будучи более темным и захватывая больше солнечного света. Если это так, то в локальном масштабе умеренный лес на самом деле больше похож на тропический лес (который больше охлаждает, чем согревает, по сравнению с открытой землей), чем бореальный лес (который больше согревает, чем охлаждает), а вырубка лесов на востоке США в последние несколько столетий могли согреть, а не охладить региональный климат, как многие предполагали. Недавняя модель Стрэка и Пилке, в которой подчеркивается охлаждающая роль лесов умеренного пояса, предполагает, что в восточной части США, где около 60% современного лесного покрова, сейчас в отдельные части года почти на 0,5 °C теплее, чем было бы в прошлом. 1650 год, время, когда восточные леса были почти нетронуты. Если это так, то, возможно, вырубка лесов в восточной части США действительно помогла миру выйти из Малого ледникового периода!

Все это приводит к запутанной и неопределенной картине, и я предполагаю, что на самом деле ответ на вопрос, согревает или охлаждает ли умеренный лес местность в балансе, может зависеть от типа почвы, среднего климата и возраста деревьев. Это может даже зависеть от погодных условий в ближайшие недели и месяцы. Например, в засушливые годы на востоке США посевы отмирают, а уменьшение испарения с листьев может позволить выжженным полям быть более чем на 13°С теплее, чем лес, который продолжает испарять воду, подносимую его глубокими корнями. . В такие времена не может быть никаких сомнений в том, что лес охлаждает местный климат (вопреки тому, что обычно считается в более влажные годы). Однако, несмотря на то, что роль лесов умеренного пояса в локальном масштабе может быть довольно неопределенной, нет никаких сомнений в том, что их присутствие нагревает нашу планету в целом за счет эффекта захвата дополнительного солнечного света с низким альбедо — даже если часть этой захваченной энергии временно попадает поглощается скрытой теплотой испарения.

В США также могли произойти изменения в режиме выпадения осадков из-за изменения лесного покрова. Моделирующее исследование, проведенное Коуплендом и его коллегами, предполагает, что вырубка юго-восточных прибрежных равнинных лесов (рис. 6.5) в США и замена их пахотными землями с ранних колониальных времен сместила пик области осадков на юг. Ранее, как предполагает модель, самым дождливым местом в регионе был пояс Аппалачей. Но теперь — и в реальности, и в модели — больше всего осадков выпадает над северной окраиной прибрежной равнины, на границе между пахотными землями и лесом. Этот гипотетический сдвиг произошел в результате усиления атмосферного апвеллинга из-за внезапного разрыва ландшафта между горным лесом и холмистой местностью Пьемонта на севере и пахотными землями на юге. Тот факт, что максимальное количество осадков теперь выпадает именно там, где, согласно модели, должно быть, является обнадеживающим результатом, который говорит о том, что разработчики моделей все делают правильно.

Последствия вырубки тропических лесов для климата уже несколько десятилетий занимают ученых-экологов, подпитываемых как старыми традиционными проблемами, так и новыми результатами моделирования климата. Поскольку вырубка лесов в Амазонии в последние десятилетия происходила очень быстро, большая часть научной работы по наблюдению и моделированию обратной связи лесов с климатом была сосредоточена в этой области. Различные проекты сравнивали местный климат в районах, которые недавно были вырублены под ранчо, с прилегающими участками нетронутого леса. Эти полевые наблюдения показали, что на локально расчищенных участках, как правило, наблюдается повышенный диапазон дневных температур,

Рисунок 6.5. В Джорджии на юго-востоке США модели предполагают, что после обезлесения низменностей область максимального количества осадков сместилась от гор (а) к границе между лесными землями и пахотными землями (б). Это связано с тем, что граница в условиях поверхности земли помогает создать атмосферную нестабильность и движение, которые вызывают дождь.

Рисунок 6.5. В Джорджии на юго-востоке США модели предполагают, что после обезлесения низменностей область максимального количества осадков сместилась от гор (а) к границе между лесными землями и пахотными землями (б). Это связано с тем, что граница в условиях поверхности земли помогает создать атмосферную нестабильность и движение, которые вызывают дождь.

и повышенный суточный диапазон влажности с пиком температуры и спадом влажности в середине дня. Однако общая средняя температура и влажность изменились незначительно. Это были исследования местного масштаба, но что произойдет, если Амазония будет вырублена в гораздо более широком масштабе, и все ее леса будут заменены лугами? Компьютерные модели, которые смоделировали этот сценарий широкомасштабного разрушения, предполагают, что будет повышенная температура, меньшее испарение воды растительностью и меньше осадков.

Повышение температуры в обезлесенной Амазонке в среднем примерно на 1,4 °C будет связано с меньшим количеством скрытого тепла, поглощаемого листьями, а также с испарением дождевой воды, находящейся на верхней части листьев. Листья пастбищ, которые могли бы заменить тропический лес, не могут соперничать со всем пологом леса в качестве испаряющей поверхности, а дерн пастбищ не может сравниться с плотной сетью корней и губчатого органического вещества почвы в лесу для удержания воды. Обратите внимание, однако, что даже если температура в Амазонии повысится, мир в целом станет холоднее в результате обезлесения. Это связано с тем, что скрытое тепло, охлаждающее Амазонию, в конечном итоге является важным источником тепла для высоких широт (см. раздел ниже об отдаленных последствиях обезлесения).

Модели предсказывают, что если весь лес Амазонки будет вырублен, количество осадков внутри суши в бассейне Амазонки уменьшится примерно на 20%, что будет достаточно, чтобы сделать лес слишком сухим в некоторых наиболее климатически маргинальных районах тропического леса. Основной причиной этого является потеря рециркуляции водяного пара в районе тропических лесов. Когда дождь падает на нетронутый лес, большая его часть улавливается корневой подстилкой и почвой, в конечном итоге поглощается деревьями и испаряется с листьев полога. Увлажненный воздух затем дрейфует дальше вглубь суши, где он снова может дать дождь, питающий лес. Если бы не было лесного покрова, большая часть этого дождя могла бы стекать прямо в реки и спускаться в море, а не перерабатываться. Во внутренней части бассейна Амазонки большая часть (около 50%) осадков зависит от этого переработанного водяного пара из лесов в других местах бассейна. Луговой покров тоже может перерабатывать часть этих осадков, но не так эффективно, как лес.

До сих пор в Амазонии не было обнаружено уменьшения количества осадков, хотя к настоящему времени обезлесена лишь относительно небольшая часть региона (около 12-15%). Тем не менее, в других частях мира наблюдается некоторое тревожное уменьшение количества осадков, которое выглядит так, как будто они могут быть результатом обезлесения. Например, в Тайланде в течение последних 30-40 лет наблюдается тенденция к засушливости с уменьшением сентябрьских осадков на 30% (сейчас на 100 мм меньше). Модели климата и растительности предполагают, что эта тенденция может быть вызвана обширной вырубкой лесов, которая произошла в Индокитае с 19 века.50-е годы. Отчасти причиной этого изменения климата является меньшая переработка осадков за счет испарения с полога леса (поэтому вместо этого вода стекает в виде ручьев и рек в море). Но есть и другой механизм. Более сухой воздух не способствует такой большой конвекции в атмосфере, потому что влага не конденсируется и не выделяет скрытое тепло, которое может поддерживать подъем воздуха. Из-за этого атмосферная нестабильность, необходимая для дождя, меньше. Интересно, что тенденция высыхания в Таиланде ограничена определенным временем года; его нет, например, когда в июле и августе действует летний муссон. Моделирование системы объясняет, почему это так, и далее указывает на вырубку лесов как на причину. Во время муссонов региональное влияние испарения с полога леса фактически смывается сильными ветрами с запада, которые приносят влагу с океана. Таким образом, мы видим эффект обезлесения только после того, как система «успокоится» после сезона дождей, когда западный ветер перестанет дуть, а осадки будут поступать в основном из более локальных источников испарения.

Еще одним районом, где вырубка лесов могла вызвать долгосрочное уменьшение количества осадков, является юго-западная Австралия. С середины 20 века количество осадков в районе Перта резко сократилось. Притоки рек примерно на 42% меньше, чем раньше, что создает серьезные проблемы для города Перт, который использует реки в качестве источника питьевой воды. Попытка моделирования предполагает, что почти половина этого сокращения связана с изменением растительного покрова, когда леса заменяются пахотными землями и пастбищами. В этом случае, по-видимому, основным действующим механизмом является уменьшение шероховатости земной поверхности. Когда там были деревья, неровная крона создавала большее вертикальное движение воздуха и меньшее горизонтальное движение (из-за сопротивления кроны). Раньше это способствовало образованию дождя из водяного пара, который дул а) ДО ОБЕЗЛЕСЕНИЯ НИЗМЕНИ

a) ДО ОБЕЗЛЕСЕНИЯ В НИЗНАХ

b) ПОСЛЕ ОБЕЗЛЕСЕНИЯ НА НИЗИНАХ

Менее облачно и выше потолок облачности

Менее облачно и выше потолок облачности

Рисунок 6.6. В Коста-Рике, до обезлесения, испарение из низинных лесов создавало обильные облака, покрывающие вершины гор и поддерживающие облачный лес (а). Теперь вырубка лесов на низменностях привела к меньшему поступлению влаги в атмосферу из низменностей, поэтому в горах облака редки и выше (б). Это изменило экологию горных лесов.

Рисунок 6.6. В Коста-Рике, до обезлесения, испарение из низинных лесов создавало обильные облака, покрывающие вершины гор и поддерживающие облачный лес (а). Теперь вырубка лесов на низменностях привела к меньшему поступлению влаги в атмосферу из низменностей, поэтому в горах облака редки и выше (б). Это изменило экологию горных лесов.

вглубь суши из моря или испаряется из леса, падая обратно над тем же лесным участком. Теперь, согласно модели, влажный воздух просто перемещается дальше вглубь суши и выпадает дождем там, вне пределов досягаемости для Перта водосборных бассейнов.

С 1940-х годов Коста-Рика потеряла большую часть своего равнинного лесного покрова, и это, по-видимому, изменило климат прилегающих гор. Облака теперь формируются реже, а количество осадков уменьшилось над зоной «облачного леса» в горах (рис. 6.6). Облака также, кажется, формируются выше в атмосфере, поэтому они «пропускают» горные вершины, которые раньше использовали для укрытия и поддержания влажности. Наблюдения подтверждают модель, составленную Ричардом Лоутоном и его коллегами, которая, по-видимому, прочно связывает причину и следствие: меньшее испарение, меньшая конвекция и меньшая турбулентность над территорией, которая когда-то была лесом, изменила распределение облаков и образование дождя в горы. Прогнозируется, что облака будут образовываться реже и выше в небе, когда они действительно образуются. Считается, что высыхание облачного леса способствовало загадочному исчезновению нескольких видов разноцветных древесных лягушек, известных как лягушки-арлекины, которые встречались только в этих горах.

Последствия удаления древесного покрова проявляются не только в районах, ранее полностью покрытых лесом. Как правило, из моделей видно, что климатические эффекты увеличения листового покрова «насыщаются» при высоких значениях; нет большой разницы между очень густым и довольно густым пологом леса с точки зрения того, что он делает с климатом. Но разница между полным отсутствием деревьев и просто рассеянным открытым покровом из деревьев может быть гораздо важнее. Даже удаление очень открытого, неполного древесного покрова может повлиять на местный климат. Моделирование саванн в Бразилии показало, что потери лишь части древесного покрова достаточно, чтобы значительно уменьшить количество осадков, повысить температуру, увеличить скорость ветра и снизить влажность. Все эти изменения будут способствовать распространению пожаров, еще больше уменьшая лесной покров; эффект первоначального удаления деревьев усиливается, так что теряется больше деревьев.

Однако в некоторых районах небольшое разрушение лесного покрова может увеличить количество осадков. В модельном исследовании, проведенном Роджером Пилке и его коллегами, замена первоначального лесного покрова северной части Джорджии (на юго-востоке США) нынешним сочетанием полей и леса фактически увеличила количество осадков. Ключевым в этом случае было то, что лесные массивы были настолько влажными, что большая часть доходящей до них солнечной энергии шла на скрытое тепло, а не на нагрев воздуха. При таком небольшом потеплении было трудно поддерживать большую конвекцию (поднимающийся воздух). Напротив, на полях скрытое поглощение тепла было невелико, поэтому воздух над полем мог нагреваться. Это заставило его подняться в атмосферу за счет конвекции, и когда это произошло, он втянул в себя влажный воздух, испаряющийся из прилегающих лесных массивов. Это дало грозовые тучи и дождь, когда он достиг достаточно высокого уровня атмосферы. Ключевым моментом здесь является то, что открытые поля действуют как «фокусы» конвекции (рис. 6.7), а усиленная конвекция способствует выпадению осадков9.0003

Важно иметь в виду, что в этих последних двух исследованиях, как и в большинстве работ по влиянию региональной растительности на климат, отсутствуют соответствующие климатические данные, которые можно было бы показать. Перерыв в лесу на поле

Рисунок 6.7. Наличие небольших открытых участков в основном лесном ландшафте, как в случае с полями, может фактически увеличить количество осадков, создавая фокусы для восходящего воздуха, который может подниматься вверх и конденсировать дождевые облака.

Прорыв в лесу на поле

Рисунок 6.7. Наличие небольших открытых участков в основном лесном ландшафте, как в случае с полями, может фактически увеличить количество осадков, создавая фокусы для восходящего воздуха, который может подниматься вверх и конденсировать дождевые облака.

действительно ли природа работает так, как говорит модель. В большинстве мест в мире тщательно контролируемые наблюдения за климатом или растительным покровом (которые необходимы для проверки модели обратной связи между растительностью и климатом путем сравнения сценариев «до» и «после») отсутствуют. Часто это происходит потому, что «до» произошло задолго до того, как велись подробные записи, или потому, что «после» еще не произошло. Такие исследования, как исследования в Коста-Рике, Таиланде и Западной Австралии, являются драгоценными жемчужинами в мире моделирования обратных связей между растительностью и климатом, поскольку они обеспечивают подробные наблюдения за изменением климата, которые коррелируют с изменениями в растительности и которые также могут быть хорошо объяснены модель. Воодушевленные уверенностью в том, что по крайней мере некоторые вещи хорошо изучены, разработчики моделей могут с уверенностью попытаться предсказать обратные связи между растительностью и климатом в гораздо более широком масштабе.

Продолжить чтение здесь: Лесовосстановление

Была ли эта статья полезной?

13

13

Содержимое
— Предыдущий — Следующий

Это старый сайт Университета ООН. Посетите новый сайт по адресу http://unu.edu

.

Эвапотранспирация в лесах и полях

Оценка

Эвапотранспирация в лесу
(E _forest ) — сложный физический процесс. Это
включает транспирацию зеленой массой крон деревьев (Е _т.р. ),
испарение с почвы и наземной растительностью (E _s ),
и испарение перехваченных осадков (E _p ).
Методы оценки каждого вида испарения довольно
другой. E _{Значения s} обычно оцениваются прямым
наблюдения за испарением с различных типов лесных почв и
наземной растительности с помощью взвешенных эвапориметров и лизиметров. Е _р
значения получены из осадков, измеренных датчиками
устанавливаются под разным типом и плотностью полога леса.
Транспирация (Е _тр ) труднее всего измерить; это
можно определить с помощью большого дренажа или взвешивания
лизиметров, по коэффициентам водопользования (безвозвратному использованию), по
тепловой баланс растений, так и методом экспресс-взвешивания с использованием
свежесрезанные ветки. Очень часто E _tr оценивается по
водно-балансовый метод с использованием метеорологической эвапотранспирации
значения или измерения испарения.

Чаще всего испарения из
лес (E _лес ) определяется путем вычисления воды
баланс лесных массивов, небольших покрытых лесом водоразделов или относительно
бассейны крупных рек. Используя этот метод, значение испарения
сильно зависит от точности измерений других
компоненты водного баланса, такие как поправочные коэффициенты для
датчики осадков и точная оценка объемов воды
инфильтрация зоны аэрации и водоносных горизонтов (для небольших площадей
и небольшие водоразделы). Многие исследователи (Бочков 1970; Булавко
1971 год; Водогрецкий 1979; Лебедев 1982; Рахманов 1971) есть
получены средние значения испарения из лесов в разных
регионов страны, использующих многолетние водные балансы
полностью покрытые лесом средние и крупные водоразделы. Предоставил
имеются надежные данные об осадках и стоке, можно получить
усредненная величина испарения для всех типов и возрастов леса.
Иногда E _forest вычисляется по тепловому балансу или
турбулентно-диффузионные методы. Эти два метода являются трудовыми.
трудоемкий в сборе данных, особенно для высоких насаждений,
и дают оценки относительно низкой точности.

Испарение с полей (E _поле )
обычно определяют с помощью лизиметров, различных
типов, а полученные значения корректируются сравнением с
оценки водно-теплового баланса сельскохозяйственных угодий и
водоразделы.

С учетом различных методов
использованные и внесенные поправки, оценки испарения с
леса, полученные разными авторами в разное время часто
показать плохое согласие. Некоторые исследования испарения из леса делают
не приводить сравнительных данных по смежным месторождениям, поэтому нет
возможность сравнения значений испарения и, следовательно, получения
достоверные выводы о влиянии леса.

Очень много оценок
испарение с небольших лесных водоразделов или с лесных участков,
не учитывать просачивание воды в глубокие грунтовые воды
водоносные горизонты. К ним относятся исследования Г. Н. Высоцкого; В. И.
Рутковский; И. С. Васильев; Н. А. Воронков; А. А. Роде; А. И.
Михович; И. С. Шпак и соавт. По их оценкам
эвапотранспирация из леса во всех регионах страны
от северных влагоизбыточных районов к южным засушливым
регионахзначительно превышает эвапотранспирацию (на 50-150 мм)
из безлесных мест. Их выводы и результаты исследований
критически рецензируется в работах Раунера (1966, 1972),
Константинов (1968) и Рахманов (1971, 1981). Сомнительно такое
вывод, поскольку он не подтверждается критическими экспериментами
(Молчанов 1960, 1961, 1963а,б, 1970, 1973; Федоров 1970).

Эвапотранспирация в лесу

Испарение из леса часто
оценивается теплобалансовым методом (Крестовский, 1983а;
Кузуэцова 1957; Федоров 1977). Используя этот подход, Раунер (1966)
рассчитано испарение из лесов европейской части СССР и
составлены карты изолиний. По Раунеру среднее испарение
значения для лесов на севере от 400 до 450 мм, на
Ленинградская и Вологодская области 500 мм, в верховьях р.
Волге и Днепру 525 на 550 мм, в районе Москва-Воронеж
области 575 мм, а в Белоруссии, севере Украины и
Курская область, 576 на 600 мм. Было предложено (Зубенок 1976;
Рахманов 1981; Гидромет. 1976 год; Федоров 1977), что Раунер
завышенная оценка лесного испарения примерно на 5-15%; его
данные не согласуются с экспериментальными данными по испарению из
леса и с последними картами испарения с суши
полученный из уравнения водного баланса и др.
расчетные методы (Булавко, 1971; Гидромет., 1976, 1980).

Для изучения тепла и влаги
обменные процессы в лесах и расчет эвапотранспирации
высокорослым еловым лесом в 1958
на станции Валдай. Он состоит из трех мачт, каждая по 45 метров.
высотой и системой тросов, поддерживающих приборы.
установка оснащена телеметрическими устройствами для сбора
все основные метеорологические данные на 10 уровнях (от 1 м до 47 м),
радиация и осадки (Федоров, 1977). Среднегодовой
значение испарения из леса, рассчитанное на Валдае по
метод теплового баланса составляет около 480 мм, что ниже, чем у Раунера.
норма испарения 540 мм для этого региона.

Недавно программа
были проведены экспериментальные исследования в различных
районы лесной зоны Европейской части СССР. Исследования
частично сообщил Крестовский (1980, 1982, 1983а, б),
Федоров и др. (1981), Федоровым (1977, 1981) и обобщены
другие (А. А. Молчанов, С. А. Брацев, А. В. Лебедев и др.).
программа произвела пересмотренные оценки испарения от
различных лесов и позволил обнаружить влияние
порода леса и возраст деревьев, почвенные условия и климат
факторы испарения. Отношения сложились между
испарение и метеорологические факторы, тепловой баланс и
биологические характеристики.

Компоненты эвапотранспирации
спелые леса разных типов приведены в таблице 3.
возраст хвойных (ель и сосна) 100-120 лет,
лиственные породы (береза ​​и осина) от 50 до 60 лет.
абсолютные значения (мм) указывают на испарение в южной тайге
подзона в европейской части СССР. Относительные значения (нижняя часть
таблица) указывают испарительное разбиение на две соседние
подзоны лесов, средней тайги и смешанных лесов на площади
около 2 000 000 км ² . Для хвойных требуется больше влаги.
поглощается спелыми ельниками (490 мм) и меньше транспирируется
из сосны (450 мм).

Значительные изменения среди
компоненты испарения происходят в течение года. Зимой хвойные
перехватывают и испаряют на 20 мм больше, чем лиственные леса. Этот
во многом объясняет разницу в количестве снега, хранящегося в
хвойные и лиственные леса к началу снеготаяния.

ТАБЛИЦА 3. Составляющие среднегодовой
Эвапотранспирация в спелых лесах южной тайги
подзона Европейской части СССР (нормальные значения водного баланса
компоненты: P= 700-750 мм, E=450-500 мм, R= 250 мм).

E _лес = всего
эвапотранспирация; E _tr = транспирация деревьями; Е _с
= испарение с почвы и напочвенной растительности; Е _р =
испарение осадков, перехваченных кронами деревьев.

Весной эвапотранспирация
в хвойных насаждениях также больше, чем в лиственных лесах (на
15 мм). Различия в накоплении снега и весеннем испарении
обусловливают основные различия весеннего талого стока: водоотдача
из лиственных лесов на 20-30% больше, чем из
хвойные насаждения.

В теплый период (с мая по
октябрь), лиственные леса испаряются и транспирируют 95%
суммарная годовая эвапотранспирация, тогда как для хвойных
соотношение составляет 85 к 90%. В засушливые летние периоды
эвапотранспирация в лиственных лесах падает до 90%, а в
хвойных лесов до 75% годовой эвапотранспирации. Этот
снижение связано, в основном, с сокращением
испарение осадков, перехваченных кронами.

Отношения между
компоненты эвапотранспирации в течение всей жизни хвойных
и лиственные виды показаны на рисунке 1. Зрелые лиственные
леса испаряются на 100 мм (25%) больше, чем взрослые хвойные (табл.
3), тогда как молодые и средневозрастные хвойные (от 40 до 60 лет)
испаряют такое же количество воды, как лиственные виды
одинакового возраста. Максимальные различия между E _р и Е _с
компоненты встречаются в молодняках и средневозрастных лесах. Эти
различия для хвойных обратны таковым для лиственных
леса. Различия в транспирации (E _tr ) меньше.
В старых лесах разного типа (от 140 до 160 лет)
эвапотранспирация на 10% (40 мм) меньше, чем в спелых лесах.

Годовой режим почвы
влага и грунтовые воды сильно зависят от суммы
компоненты E _tr и E _s , так как они
работают в основном в теплый период. Разница между
сумма Е _tr и E _s для лиственных и хвойных пород
леса составляют 25-30% (100 мм) в молодняке и среднем возрасте.
насаждений, тогда как в старых лесах разница составляет 57%. Высыхание почвы
понижение уровня грунтовых вод в лиственных лесах
поэтому намного больше, чем в хвойных насаждениях. В засушливое лето
периоды все запасы почвенной влаги и грунтовых вод
образован молодыми и средневозрастными лиственными деревьями, которые
значительно снижает летнюю межень по сравнению со стоком из
участки, покрытые хвойными породами.

В южной и средней тайге
подзоны Европейской части СССР преобладают листопадные породы.
молодняки и средневозрастные насаждения, а в спелых преобладают хвойные.
леса. Происходит это потому, что к тому времени, когда хвойные становятся взрослыми,
лиственные породы (береза ​​и осина) стареют и отмирают.

В течение жизни леса,
Эвапотранспирация и ее компоненты имеют тенденцию к изменению, тогда как
осадки относительно постоянны (рис. 1). На четко вырубленных участках
испарение самое низкое (60% испарения со зрелых
100-летний лес). Молодняки и средневозрастные леса транспирируются 10
на 20 % больше воды, чем в спелых лесах, и на 20–30 % больше, чем в старых
140-летние леса. Поэтому при анализе гидрологической
воздействие лесов, следует учитывать как лесной
вид и его возраст. Этими факторами часто пренебрегают, только
учитывается площадь под лесом, что приводит к
противоречивые оценки воздействия лесов на водные ресурсы.

Сравнение лесов и полей

Самый надежный подопытный
данные об эвапотранспирации с древостоев различных типов
и возрасты по сравнению с испарением с безлесных территорий были
полученные в 1960-х и 1970-х годах Молчановым (указ. соч.).
Он проводил водно-балансовые исследования с учетом
глубокое просачивание воды. Согласно его (1970) экспериментальному
результаты, ельники (полнотой 0,7-1,0) северной
тайга на суглинках возрастом от 80 до 160 лет испаряется
ежегодно от 250 до 370 мм (в среднем 300 мм), тогда как луга
испаритель 300 мм и клевер 370 мм. Тайга в центральных районах
(Вологодский район), состоящий из еловых и березовых насаждений на
суглинки возрастом от 40 до 140 лет, испаряемость от 320 до 450 мм
(в зависимости от возраста) или в среднем 400 мм; испарение от
лугов и клеверных полей в те же годы составляла 375400 мм. В
степная зона (Луганский район) лесополосы от 20 до 50 лет
старый испар 460 мм и окружающие поля 435 мм. Таким образом,
по этим данным (при поддержке других молчановских
находки), северные таежные леса испаряют на 10 % меньше, чем
поля и луга вокруг них. В центральной части р.
Европейская часть СССР, эвапотранспирация с полей и лесов
в среднем одинаково, тогда как на юге леса испаряются примерно
на 5-10% больше, чем окружающая открытая земля. Последний
исследования водного баланса, проводимые Государственной гидрологической
института (Гидромет. 1976, 1980; Водогрецкий 1979; Крестовский,
Постников, Сергеева 1979; Федоров 1977) согласен с
сравнительные оценки Молчанова, но указывают на то, что его абсолютная
значения испарения несколько занижены, так как он использовал
нескорректированные данные осадкомеров. Поправки на ветер
эффект, начальное увлажнение ведра и испарение из
ковш может быть размером от 100 до 200 мм в регионах, где
доля снега и мелкого дождя велика.

РИС. 1. Вариации в
компонентов эвапотранспирации в период роста новых
лес в южной подзоне водорослей Европейской части СССР;
Е = 475 мм.
E _лес = эвапотранспирация;
E _tr = транспирация деревьями;
E _s = испарение с почвы и наземной растительности;
E _p = испарение осадков, перехваченных деревом
короны.
Типы леса: 1 = хвойный; 2 = лиственные смешанные, в основном хвойные
после 70 лет; 3 = лиственные.

Последствия землепользования

Испарение из лесов и
полей, по оценкам за длительный период, составляет от 50 до 80%
годовая сумма осадков. Минимальная потеря осадков на
испарение происходит в северно-таежных районах, а максимальное
потери характерны для лесостепных районов европейской
СССР.

Испарения от сельскохозяйственных
полей следует годовому физиологическому циклу растений
разработка. Поскольку метеорологические условия меняются незначительно в течение
10 или 20 лет, годовая эвапотранспирация для полей также
незначительно меняется в течение 10 или 20 лет (коэффициент
изменение годовых значений эвапотранспирации, C _v , составляет
0,15-0,25). Поэтому при сравнении водопотребления по полям
к лесным массивам, среднее испарение с полей
можно использовать на период от 10 до 20 лет.

Испарение с безлесных равнин
Европейской части СССР колеблется от 300 до 350 мм г ^-1
в подзоне северной тайги и от 500 до 550 мм г ^-1
в смешанных лесах и лесостепных зонах (Гидромет. 1976, с.
1980 г.; Зубенок 1976). В подзоне южной тайги р.
Испаряемость Европейской части СССР с безлесных территорий колеблется от 450 до
500 мм и составляет в среднем 475 мм y ^-1 в большинстве
область, край. Эта оценка подтверждается многочисленными данными водного баланса.
разведки (Крестовский 1969б; Федоров 1977).

ТАБЛИЦА 4. Коэффициенты годового испарения с лесов
разного возраста к годовому испарению с полей на юге
таежная подзона Европейской части СССР

Лес			Поле
Тип	Возраст (лет)	Испаритель Рацион (мм)	открытый наземный	культур			пар
				зимние зерновые	яровые зерновые	ряд урожай
			Соотношение от E леса до E поля
Сосна	140	430	0,90	0,83	0,93	0,98	1,08
Сосна	100	450	0,95	0,86	0,98	1,02	1,12
Сосна	60	530	1. 11	1,02	1,15	1,20	1,32
Сосна	40	580	1,22	1,12	1,26	1,32	1,45
Ель	140	440	0 93	0,85	0,96	1,00	1,10
Ель	100	490	1,03	0,94	1.06	1.11	1,22
Ель	60	570	1,20	1,10	1,24	1,30	1,42
Ель	40	540	1,14	1,04	1,17	1,23	1,35
Лиственные	140	430	0,90	0,83	0,93	0,98	1,08
Лиственные	100	470	0,99	0,90	1,02	1,07	1,17
Лиственные	60	590	1,24	1,14	1,28	1,34	1,48
Лиственные	40	550	1,16	1,06	1,20	1,25	1,37
Лиственные	20	445	0,94	0,86	0,97	1,01	1. 11
Лиственные	10	350	0,74	0,67	0,76	0,80	0,88
Лиственные	5	310	0,65	0,60	0,67	0,70	0,78

Эвапотранспирация безлесных
площади (475 мм y ^-1 включает испарение с пастбищ
(475 мм), заболоченные участки (490 мм), озимые культуры (зерновые и
многолетние травы, 520 мм), яровые культуры (зерновые и технические
культур, 460 мм), пропашных культур (картофель, овощи, 440 мм) и
чистый пар (400 мм). Для обширных безлесных территорий (многие тысячи
га) севооборот относительно постоянный и это позволяет нам
использовать среднее значение эвапотранспирации с полей. Для
небольшие безлесные водоразделы (до 1000 га) Эвапотранспирация
с сельскохозяйственных полей может не равняться региональному
эвапотранспирация.