4.3.2. Влияние лесов на кругооборот воды

На сушу ежегодно выпадает 1,1 ⋅ 1014 тонн осадков, что соответствует слою воды ∼ 740 мм. Осадки распределяются крайне неравномерно: есть места, где дождей практически не бывает (Дахла, Египет — 1 мм в год; Икике, Чили — 3 мм/год), но есть и районы с чрезмерным увлажнением (Черапунджи, Индия — 12000 мм/год ; Дебунджа, Камерун — 9660 мм/год). Это могло бы создать всемирный потоп, если бы выпадающие осадки не уходили по нескольким каналам. Об этом уже говорилось в гл. 3, но, чтобы не отсылать читателя к прежнему тексту и сохранить связность изложения, повторим здесь пути ухода осадков:

Конечно, речной сток имеет важное и многогранное значение в жизни природы и для хозяйственной деятельности человечества, однако с точки зрения запасов влаги для растений, в том числе для сельскохозяйственных культур, два первых пути ухода влаги следует отнести к потерям. Только влага, просачивающаяся в почву, обеспечивает жизнь сухопутных растений; поэтому этот путь рассмотрим подробнее.

Для нормального развития растений требуется, чтобы верхний слой почвы, где расположены корни, был достаточно (но не чрезмерно) увлажнён. Эта влага с растворёнными в ней минеральными добавками всасывается корнями и поступает наверх (транспирация), где идёт фотосинтез и создаётся биомасса. На создание 1 килограмма сухой биомассы обычное растение расходует от 200 до 300 кг воды, которая почти вся испаряется через листья в процессе транспирации. Легко подсчитать, что при общем годовом приросте биомассы всех сухопутных растений всей Земли 130 ⋅ 109 тонн (см. табл. 4.1, строка 19), на транспирацию будет затрачено от 2,6 до 3,9 ⋅ 1013 тонн воды, т. е. от 25 до 35 % всех выпадающих на сушу осадков.

Если транспирация прекращается, например, из-за того, что почва в зоне корней высыхает, то растения чахнут, продуктивность этой «фабрики» снижается, урожаи падают, иногда до нуля. И тогда наступает голод.

Слишком влажная, насыщенная водой почва для растений тоже нехороша (за исключением видов, приспособленных к условиям болот): в почву не проникает воздух. И хотя листья буквально купаются в воздушном океане, растениям требуется, чтобы воздух был ещё в зоне корней. Да и организмам, которые живут в почве и обеспечивают её плодородие, тоже это необходимо. Вот такая почва, не слишком влажная, но и не сухая, является наиболее благоприятной.

Поток влаги, проникающий в землю в результате инфильтрации, как правило, делится на две части. Одна из них, пропитывая верхний слой почвы, увлажняя его, создаёт запас влаги, необходимый для растений: дождь идёт не всегда, а растения «хотят пить» каждый день. Если осадков достаточно, часть воды проходит вниз и достигает уровня грунтовых вод и вместе с ними через землю медленно просачивается в реки, озёра, а на морских побережьях — прямо в море. Когда поверхность земли высыхает, грунтовые воды (если они расположены не слишком глубоко) по порам в почве поднимаются вверх и питают корни растений.

В умеренных и северных широтах большая часть осадков выпадает зимой в виде снега и сразу никуда не уходит, разве что переносится ветром. Некоторая, но очень небольшая часть этой влаги испаряется, а основная масса остаётся на месте. Весной, когда начинается бурное таяние снегов, часть образовавшейся воды пропитывает почву, создавая влагозапас на летний сезон, но другая, как правило, гораздо большая часть уходит с поверхностным стоком. Наступает весенний паводок, ручьи и реки оживают: мало того, что они бесполезно уносят нужную растениям воду, они ещё смывают часть почвы, создают новые и углубляют старые овраги, размывают берега рек. Поэтому большинство рек течёт в широких, а иногда и глубоких речных долинах.

В тех местах, где из-за низких температур снег летом не тает или тает только частично, он с каждым годом нарастает, уплотняется, создавая ледники, вообще непригодные для жизни. К таким местам относится Антарктида, Гренландия, полярные льды в Северном Ледовитом океане, высокогорные ледники.

Распределение осадков между испарением, поверхностным стоком и инфильтрацией зависит от многих обстоятельств: характера местности, метеорологических и климатических условий, типа почвы и растительности и ряда других факторов. Выполнено и опубликовано много исследований по этим вопросам [32; 33; 45 и др.]. Не останавливаясь на подробных и количественных характеристиках, отметим только самые общие, качественные закономерности и роль лесов в формировании водного баланса.

Прямое испарение, как и отдача влаги в атмосферу за счёт транспирации, в лесах больше, чем в лугах или на пашнях. Испарение с чистой земли без растительности (например, вспаханной и оставленной под паром), ещё меньше. Это объясняется большой площадью листьев (или иголок у хвойных деревьев).

Поверхностный сток в лесах всегда меньше, чем на открытых пространствах. Это связано с тем, что в лесу почвенный слой, пронизанный и скреплённый корнями деревьев, препятствует образованию оврагов. Основная часть осадков не стекает по поверхности, а проникает в почву и запасается в ней. В лесу верхний почвенный слой, прикрытый лесной подстилкой (хвоя, листья), не имеет такого плотного травяного покрова, как в лугах; он гораздо более проницаем для влаги.

В умеренных широтах, где зимой выпадает снег, лес препятствует сдуванию снега ветром, создавая влагозапас и сохраняя его до весны. Весной таяние снегов происходит по-разному в лесу и на открытой местности. В лесу всегда прохладнее, солнечные лучи не проникают до земли и снег держится дольше, чем на открытых пространствах, тает медленнее. Поэтому бурные весенние паводки, которые выносят огромное количество воды (вместе с почвой), типичные для открытых степей, лугов, пашен, в лесных территориях ослаблены, а то и вовсе отсутствуют. Запас воды сохраняется; лесные реки не так разливаются весной, а летом не пересыхают, питаясь запасённой влагой. Для горных районов способность леса сохранять запас снега и замедлять весеннее снеготаяние имеет особенно большое значение.

Вопрос о запасах воды и их распределении крайне важен, причём не только для сельского хозяйства, но и для промышленности, для бытовых нужд. С ростом городов во многих местах уже теперь стал ощущаться недостаток воды. Поэтому может сложиться впечатление об отрицательном влиянии лесов на водный баланс в связи со значительным расходом на транспирацию. Чтобы рассеять это ложное впечатление, необходимо привести доводы в защиту лесов.

  1. Уход влаги в атмосферу путём прямого испарения с мокрых листьев после дождя, конечно, уменьшает другие потоки воды. Однако количество уходящей таким образом влаги зависит от характера дождей, преобладающих в данной местности. Там, где преобладают мелкие моросящие дожди, потери растут, так как значительное количество влаги испаряется с листьев, не успев достичь почвы. Однако такие дожди наиболее характерны для северных районов и холодного времени года. Но в таких районах и как раз в это время года недостатка влаги не ощущается. Для летних периодов и южных, даже умеренных широт типичны непродолжительные дожди большой интенсивности. При этом основная часть влаги достигает почвы; потери на испарение невелики.
  2. Что касается ухода влаги в атмосферу за счёт транспирации, которая как раз велика в тёплое время года и в южных районах, то эту влагу нельзя относить только к потерям; с ней связан прирост биомассы лесов. Эта влага «работает», даёт продукцию.
  3. Следует иметь в виду, что испаряемая влага никуда из атмосферы не уходит; она снова выпадает в виде дождя где- то в другом месте. Правда, некоторые учёные, исследовавшие этот вопрос [42; 46], пришли к выводу, что такое «повторное» выпадение осадков даёт не слишком большой вклад для суши (т. е. пары воды уносятся в море, где выпадают без всякой пользы). Однако это ведь зависит от географических районов, времени года, характера преобладающих ветров. В приложении 3 показано, что основная часть влаги, поступающая в атмосферу путём транспирации в лесных районах, снова выпадает на сушу.

  4. Как в самом лесу, так и на прилегающих к лесу открытых площадках всегда уменьшена скорость ветра, а это снижает испарение с почвы. Этот эффект, накладываясь на сохранение снега от выдувания, задержку снеготаяния и облегчённое проникновение влаги в лесную почву, создаёт дополнительный почвенный запас влаги не только внутри леса, но и на некотором расстоянии от него. В [32] со ссылкой на исследования А. Ф. Калашникова приводятся данные об урожайности озимой пшеницы на поле в степи вблизи лесной полосы.

    Согласно этим исследованиям, по мере приближения к краю леса, начиная от расстояния 500 метров, урожай растёт: на расстоянии 150 м — на 49%; на расстоянии 60 м — на 63%; на расстоянии 15 м — в 2,6 раза. В литературе [32; 47; 48 и др.] приводится множество примеров, когда сохранение лесных участков при вырубке или насаждение новых лесных полос приводило к повышенным урожаям пшеницы, кукурузы, подсолнечника, овощных и бахчевых культур по сравнению с окружающей местностью, где лесов не было. Особенно отчётливо это проявлялось в засушливые годы.

  5. Существует много районов, в частности, на водоразделах, с плохим стоком и избыточным количеством осадков. В таких местах грунтовые воды достигают поверхности и образуются болота. Повышенное испарение воды лесами способствует понижению уровня грунтовых вод, осушает местность, делает её пригодной как для лесного хозяйства, так и для земледелия.

Таким образом, в целом леса положительно влияют на водный режим почвы.