Леса водоохранные, категория лесов, выделяемых обычно вдоль берегов крупных рек, озёр, водохранилищ, каналов и др. водоёмов для улучшения водного баланса, гидрологического режима, а также уменьшения эрозии почвы в их бассейнах и улучшения качества вод, особенно в степной и лесостепной зонах Европейской части СССР. Леса замедляют движение воздушных масс, обостряют фронтальные процессы в атмосфере, усиливают конвекцию воздуха и ускоряют выпадение осадков (например, в среднем на равнине в Европейской части СССР при увеличении лесистости на каждые 10% годовая сумма осадков возрастает на 10—15 мм). Создание лесами благоприятного микроклимата, задержание стока воды с бассейнов приводят к поддержанию высокой водности рек и увеличению запасов подземных вод.
Единого понимания водоохранных лесов пока нет: одни специалисты называют водоохранными лишь прибрежные леса, другие включают в это понятие и удаленные от водоемов леса водосборов. Некоторые ученые считают целесообразным отличать леса водоохранные и водорегулирующие, другие не видят в этом необходимости. Одни авторы вкладывают в понятие водорегулирующие леса более широкий смысл по сравнению с водоохранными, другие, признавая правомерность обоих понятий, считают их понятиями одного ранга, третьи склонны считать понятие водоохранные леса наиболее широким, охватывающим основные аспекты проблемы — лес и вода. В практике пока более распространено последнее толкование, оно более понятно и доступно широкому кругу лиц и заслуживает предпочтения.
Задачи водоохранных лесов в широком понимании могут быть очень различными и даже противоречивыми в зависимости от климата, рельефа, почвы, растительности, демографических особенностей и т. д., в связи с чем и обращение с ними будет неодинаковым. Так, в регионах с влажным климатом и в то же время дефицитом питьевой воды или воды для технических целей задача сводится к обеспечению максимального стока влаги. В связи с этим в некоторых лесных регионах земного шара может возникать потребность проведения в этих целях даже сплошнолесосечных рубок (по мнению некоторых американских лесогидрологов). Наоборот, при опасности горных лавин, снежных обвалов, эрозии почвы, наводнений, обмеления водоемов сохраняется традиционное понимание водоохранной роли леса и необходимость усиления его защитных свойств в этом плане.
Степень водоохранности леса, его влагораспределяющая роль связаны со многими факторами, в том числе:
с характером леса и, прежде всего с его составом и структурой — лиственные породы и лиственница способствуют снегонакоплению, почвы в лиственных лесах имеют много макропустот, способствующих водопоглощению; ель — слабый снегонакопитель, но она может играть роль регулятора весеннего снеготаяния и, следовательно, поступления воды в реки; пихта, благодаря ее способности давать отводки, имеет большое берегоукрепительное значение; водоохранная оценка леса зависит от морфологии насаждения в целом; повышение водоохранной роли может достигаться регулированием формирования отдельных насаждений (состава, возраста, сомкнутости и полноты и т. д.) и соответствующим их территориальным размещением;
с рельефом — по мере увеличения крутизны склонов увеличивается водоохранная и вообще защитная роль леса;
с почвой — лес играет особенно благоприятную роль на тяжелых по механическому составу почвах благодаря древесным корням, улучшающим ее структуру, способствующим просачиванию влаги; на песчаных почвах при ровном рельефе лес существенно не влияет на сток вод, но при выраженном рельефе его водоохранная роль сказывается и на этих почвах;
с лесистостью водосборов, размещением лесных и нелесных территорий. В решении проблемы водоохранных лесов эта сторона имеет особенно важное значение, В качестве придержек необходимой для этих целей лесистости еще в начале ЗО-х годов прошлого столетия назывались цифры от 2О до ЗО %. Некоторые более поздние исследования дали близкие показатели и их можно считать средними практическими придержками. Однако в зависимости от географических условий они могут заметно отличаться.
При вычислении Л. И. Миховичем (1972) водоохранной лесистости (на основе учета увеличения подземного стока) речных бассейнов Украины средневзвешенная лесистость по природным зонам оказалась в пределах от 15—17 % (степь) — 26 % (лесостепь) до 46—5о % (Предкарпатье и Полесье). При достижении такой лесистости, по тем же расчетам, подземное питание рек может быть увеличено в 2,8—3,5 раза. Вычисленная таким путем водоохранная лесистость оказалась выше так называемой оптимальной лесистости, определенной в этих же условиях с учетом ряда других сторон (лесопромышленной, озеленительной, противоэрозионной, берегозащитной, полезащитной и др). Это показывает относительность понятия оптимальная лесистость. При определении оптимальной (а чаще минимально необходимой — и это более правильно) лесистости приходится считаться е реально сложившейся лесистостью в данных конкретных условиях. Не везде существующая и необходимая лесистость совпадают. Не везде имеется и возможность в кратчайшие сроки повысить процент лесистости до требуемого оптимума, но о необходимом и реально достижимом минимуме заботиться надо при всех условиях, не оставляя эту задачу на далекую перспективу. При вычислении минимальной, как и оптимальной лесистости, необходим многофакторный анализ.
Очень важное значение имеет пространственное размещение лесных и нелесных площадей. При определенном сочетании леса с открытыми местами может быть обеспечен более длительный период таяния снега и равномерное поступление воды в реки. При этом имеет значение направление течения рек и особенно — течет ли река с севера на юг или с юга на север (с этим связаны сроки таяния снега, вскрытия рек и т. п.).
В прибрежной зоне, где проявляется прямой водный сток, усиливающий опасность эрозии, необходимо облесение, обеспечивающее лучшее водопоглощение. Однако в этих условиях может проявляться и опасность разрушения берегов под тяжестью крупных деревьев. В связи с этим необходим под бор древесных и кустарниковых пород, обладающих берегоукрепительной способностью, например: пихта, ива, многие кустарники. Эта способность обеспечивается также соответствующим смешением пород и возрастным регулированием. Определять протяженность зоны водопоглощения в стороны от реки также нельзя шаблонно, она зависит от тех физико-географических условий и характера леса, параметры которых назывались выше.
Важное значение для установления ширины приречных защитных лесов имеют характер долин, их ширина, облесенность, выраженность коренных берегов, что пока в практике выделения запретных полос не учитывается (Рубцов, 1972). Леса приречных полос выполняют преимущественно противоэрозионную роль, являются своеобразным фильтром и аккумулятором почвенных выносов и имеют большое эстетическое значение. Но одни эти леса не могут выполнить все защитные функции по охране и регулированию вод. Очень важная роль в этом принадлежит лесам на водосборах, где рубки должны проводиться с комплексной целью получения древесины и обеспечения нормального водного режима рек.
Большая необходимость в защитных прибрежных насаждениях поя вилась в связи с созданием искусственных водохранилищ для защиты берегов от волновых ударов потребовалось введение древесных пород, которые бы еще на подступах к суше, то есть в воде, выполняли волногасящую роль. Такую роль способна выполнять ива.
Учеными сделаны ценные попытки количественной оценки и построения классификаций защитных лесов (Ткаченко, 1939; Дубах, 1951; Харитонов, 1963; Козменко, 1961; Смарагдов, 194о; Жилкин, 194(1; Рутковский, 1949; Тюрин, 1949; и др.). М.Е. Ткаченко (1939, 1955) выделял четыре группы лесов: водоохранные, водорегулирующие, защитные и водоохранно-защитные леса. Водоохранные леса содействуют равномерному поступлению воды в источники или увеличивают ее поступление особенно в периоды минимума запасов воды или предохраняют водоемы от засорения и загрязнения. Водорегулирующие леса, не увеличивая общего поступления воды в источники, смягчают наводнения, предотвращают заболачивание или содействуют лучшему дренажу почвы. Защитные леса предохраняют почву от водной и ветровой эрозии, а также защищают населенные места в земельные угодья от вредного влияния атмосферных факторов (ветров, температурных крайностей, снежных заносов и лавин). Леса, выполняющие одновременно функции водоохранности и защитности, М. Е. Ткаченко называет водоохранно-защитными.
Козменко С. А. (1961) называл защитные леса равнинных районов европейской части России мелиоративными и делил их на две группы: водорегулирующие и ветрорегулирующие. Каждая из этих групп состоит из несколько более дробных подразделений.
Водорегулирующая группа включает: 1 —противоэрозионные леса, предохраняющие почву от смыва, размыва и подмыва сточными поверхностными водами: берегоукрепительные, склоноукрепительные, руслоукрепительные; 2 — грунтоосушительные леса — способствуют разболачиванию избыточно увлажненных участков, препятствуют образованию оползней на склонах с близким залеганием грунтовых вод; З — кольматирующие леса — задерживают взмученный ил, песок водного стока и тем предохраняют водоемы от загрязнения; они делятся в зависимости от характера охраняемых водоемов на карстовые, приканальные, прирусловые; 4 — водопоглощающие леса — переводят поверхностный сток во внутрипочвенной.
Ветрорегулирующая группа включает леса пескоукрепительные, полезащитные, снегосборные.
Большая работа по выделению лесогидрологических районов в средней и южной частях европейской территории России была проделана ВИ. Рутковским (1949). Она ценна географическим подходом.
Смарагдовым Д. Г. дана формула числовой оценки водоохранного значения леса по его влиянию на питание грунтовых вод:
Хл — Хп = Wл — Wп
Где Хл —Хп — разность водопоглощения почв в лесу и в поле, мм;
Wл — Wп — разность валовых расходов влаги в атмосферу с лесных и полевых площадей. Формула позволяет определить величину водопоглощения почвы, равную годовым осадкам с вычетом годового поверхностного стока.
Числовая оценка водоохранной роли леса в баллах была предложена Б. Д. Жилкиным (1940). Участок леса оценивается трехзначным числом, каждая цифра которого отражает пятибалльную оценку водоохранности леса. Первая цифра означает оценку влияния леса в зависимости от лесорастительной области, вторая от типа местности, третья — от характера леса. Лесорастительная область выделяется с учетом климатических данных и отражается на специальной картограмме. Тип местности устанавливается по рельефу и степени водопроницаемости грунта. Так, при ровном местоположении и водопроницаемом грунте оценочный балл выражается 1 (степень водоохранности леса незначительная), в противоположных условиях, то есть при крутом склоне и водонепроницаемом грунте, — 5 (водоохранное значение леса наибольшее). Между этими крайними условиями и соответствующими им оценками находятся все промежуточные оценки, отражаемые в отдельной таблице (табл. 12). Точно так же в специальных таблицах даны и оценочные баллы в зависимости от характера леса.
Получена комплексная числовая схема по трехчленно-пятибалльной системе, дающая возможность оценки степени влияния леса на водный баланс по накоплению влаги и переводу ее в грунтовые воды. Наивысшая оценка 555, наименьшая, при которой водоохранная роль леса крайне незначительна, — 111.
Классификация Б. Д. Жилкина (см. табл.) не лишена недостатков, связанных особенно с исходными оценками лесорастительных областей и лесов. В частности, она может привести к недооценке некоторых сторон гидроклиматического значения лесов Севера и их влияния на водный баланс. Наименования оценок в таблице не очень удачны. Но это одна из первых попыток количественной оценки водоохранности лесов. Количественный подход к оценке водоохранной роли лесов заслуживает внимания, особенно теперь, при возможности использования ЭВМ. Необходимо дальнейшее уточнение и расширение исходных материалов, улучшение натурной диагностики, получение и использование экспериментальных данных.
Оценка водоохранной роли леса (Жилкин, 1940)
| Лесорастительные области | Типы местностей | Лесные фитоценозы | Комплексная оценка воодоохранной роли леса | |||
| Пятибалльная оценка по картограмме | шифр | Пятибалльная оценка по таблицам | Шифр | Пятибалльная оценка по таблице | Шифр | |
| Леса очень плохого влияния на водный баланс | 100 | Типы местностей в которых леса очень плохого влияния | 10 | Леса очень плохого влияния на водный баланс | 1 | 111 |
| То же, плохого | 200 | То же, плохого | 20 | То же, плохого | 2 | 222 |
| То же, удовлетворительного | 300 | То же, удовлетворительного | 30 | То же, удовлетворительного | 3 | 333 |
| То же, хорошего | 400 | То же, хорошего | 40 | То же, хорошего | 4 | 444 |
| То же, отличного | 500 | То же, отличного | 50 | То же, отличного | 5 | 555 |
В нашей стране и за рубежом проведен ряд экспедиционных и экспериментальных исследований лесов водоохранного значения с установлением значимости различных категорий этих лесов. Продолжаются методические поиски определения количественной оценки гидрологической роли леса (Бочков, 1970; Воронков, 1970; Львович, 1963; Михович, 1969; Молчанов, 1960; Николаенко, 1973; Рахманов, 1971, 1975; Рубцов, 1972, и др.). Эти вопросы обсуждались на международных симпозиумах. Наибольшее внимание было уделено определению водного баланса водосборов, влиянию лесистости бассейнов и их отдельных частей на сток рек, территориальному размещению лесов, водной эрозии почв.
Появляются новые аспекты водоохранной проблемы вопросы к а — ч е с т в а воды, выражающиеся не только в заботе о сохранении при по мощи леса природной чистоты воды, поступающей в реки, но и об улучшении, об очистке вод, загрязненных вредными отходами промышленных и других предприятий. В какой степени и как в решении второй стороны задачи может быть использован лес — вопрос очень трудный. Решение его возможно в результате комплексных исследований. К настоящему времени выявились два подхода к установлению водоохранной роли леса: показателем этой роли является увеличение суммарного речного стока, включающего и подземный, и поверхностный стоки (Рахманов, 1971, 1975, и др.); таким показателем считают речной сток в меженный период, то есть зависящий от величины подземной составляющей речного стока (Молча нов, 1960; Михович, 1969, и др.).
Большое значение грунтового стока, обеспечивающего за счет запасов грунтовых вод подземное питание водоемов, бесспорно и давно признано. Сохраняет силу требование максимально использовать лес для перевода поверхностного стока в подземный в целях не только грунтового увлажнения, но и борьбы с эрозией почвы. Поэтому имеются основания для определения водоохранной роли леса по подземному стоку. Но можно ли считать такой подход исчерпывающим при оценке водности рек и других водоемов? Ведь водность их определяется общим объемом речного стока. Имеет немалое значение выявление соотношений поверхностного и подземного стоков при различной лесистости, разном характере и размещении лесов, а также и качественных особенностей поверхностного стока в разных условиях. Таким образом, эти два подхода вряд ли следует пока противопоставлять друг другу. Они дополняют один другого, и правомерно их использование при изучении водоохранной роли лесов. По мере дальнейшего изучения возможно будет судить с большей определенностью о предпочтительности того или иного метода.
Водоохранное значение леса означает сохранение и накопление им влаги в любых проявлениях — в виде увеличения ее запасов в почве и грунте, а через них и в реке, экономного расходования на испарение с поверхности почвы, снегонакопление, особенно заметное в лиственных древостоях и на лесных прогалинах, замедленного таяния снега и растянутого периода питания реки. Оно означает также очищение воды от примесей, улучшение ее качества.
Понятие водорегулирующая роль леса, по мнению некоторых лесогидрологов (Михович, 1969, и др.), более широкое, включающее влияние леса на весь водный баланс, в том числе и на его расходные составляющие. Л. И. Михович дал балансовую формулу водорегулирующей роли леса:
?СГ=?О — ?СП — ?И
где ?СГ— изменение средней многолетней величины годового подземного стока под влиянием леса, мм;
- ?О— изменение средней многолетней суммы осадков, мм;
- ?СП — изменение годовой величины поверхностного стока, мм;
- ?И — изменение годового суммарного испарения влаги лесом по сравнению с полем, мм.
По мнению автора, эта формула позволяет определить влияние леса в чистом виде. Конечный результат оценки водорегулирующей роли леса определяет прежде всего знак показателя 11СГ. Если он больше нуля, лес играет увлажняющую, если меньше нуля, — иссушающую роль.
Если исходить из приведенного наиболее широкого понимания водорегулирующей роли леса, то, естественно, вытекает вывод, что водорегулирующие функции присущи всем лесам, хотя и в разном виде, в разной степени, то есть все леса являются водорегулирующими, или, точнее сказать, влагораспределителями. В таком случае понятие водоохранные леса, хотя и представляется относительно более узким, но вполне определенным, отражающим четкую самостоятельную категорию большой значимости. Эта категория может включать ряд более мелких подразделений, выделяемых, на пример, по территориальному принципу (приречные пойменные леса, леса коренных берегов, полосы вдоль водоразделов, леса у истоков рек и т.д.) и по функциональному (берегоукрепительные насаждения, водопоглотительные полосы и т. д.). Таким образом, водоохранные леса можно понимать в более широком и в более узком смысле.
Большое разнообразие природных условий в бассейнах рек и других водоемов, осложненное последствиями воздействия человека (эродированные площади, искусственные насаждения, гари, вырубки, сельскохозяйственные угодья и т. д.), все более вызывает необходимость дифференцированного подхода к разработке мероприятий по регулированию водного режима. Наиболее полное обеспечение водоохранной роли лесов и рациональное распределение и использование воды может быть достигнуто системой контроля, регулирования и управления по отдельным бассейнам и водосборам.
Водно-химические аспекты. В разработке лесогидрологических систем приобретают все большее значение методы моделирования. Однако чтобы вписать гидрологическую модель в общую модель экосистемы или, точнее, эколого-гидрологическую или, еще точнее, лесогидрологическую модель в природную систему леса, определяющую среду, необходимо подключить к гидрологическим параметрам также и примыкающие к ним параметры других циклов, прежде всего химического, то есть химических примесей к воде, образующихся и преобразуемых в процессе ее передвижения в границах и за границами лесного биогеоценоза.
Необходимо учитывать состав химических веществ, источники и пути их превращений и передвижений. Эти вещества могут выпадать на водосборной площади вместе с дождевыми осадками. Они могут включать и атмосферную радиоактивную пыль. Часть химических веществ образуется в процессе разложении лесных органических материалов (опада, подстилки и пр.), растворения определенных составных частей материнской гор ной породы и т. д. Они претерпевают ряд превращений, попадая на крону, ствол, подстилку, затем, просачиваясь в глубинные слои грунтов, в почвенно-водную систему, и окончательно выходя в водные резервуары — ручьи, реки, озера и т. п. Влияние этих водно-химических превращений и передвижений через различные природные фильтры в условиях леса сказывается, в конечном счете, благоприятно на водных экосистемах, их биологических компонентах, в том числе на рыбном населении. Лес — самоочистительная система, создающая чистую воду.
Таким образом, водный, или гидрологический, и химический циклы взаимосвязаны, действуют совместно, образуя в условиях леса природную саморегулирующуюся систему. Вода в этой системе действует как транс портер и как один из реактивных компонентов. Одна из попыток создания модели, отражающей гидрологический и химический циклы в водоохранных экосистемах, принадлежит И. Курлину (Сurlin, 1970).
Безусловное положительное влияние леса на состав воды, на ее очищение от химических загрязнителей возможно не при всех условиях. При систематическом загрязнении водоемов и прилегающих к ним территорий отходами промышленности или сельского хозяйства, коммунально-бытовыми выбросами и другими загрязнителями лес, хотя и может некоторое время ослаблять отрицательное действие химикатов, но полностью исключить его не в состоянии при отсутствии специальных охранительных мероприятий (по стройка очистных сооружений, административные меры по запрещению загрязняющих выбросов и т. д.). Более того, сам лес остро нуждается в этих случаях в защите от отрицательного действия химических загрязнителей. В Лесном кодексе Российской Федерации предусматривается необходимость осуществления мероприятий, обеспечивающих охрану лесов от отрицательного воздействия на них сточных вод, химических веществ, промышленных и коммунально-бытовых выбросов, отходов и отбросов.
Выполнение лесом защитных функций зависит от занимаемой им площади, территориального размещения и характера самого леса. Эти параметры применительно к условиям загрязнения, связанного с техногенными, анропогенными и другими антропогенными воздействиями, наукой еще не установлены. Наряду с недопущением и ограничением этих воздействий на лес следует изыскивать дальнейшие пути повышения защитных функций леса, в том числе определения оптимальных параметров.
Подробнее: vuzlit.ru