Оценка влияния лесных ресурсов на формирование стока поверхностных вод

Большой научный и практический интерес представляют результаты сопоставления годового и минимального стока рек с различной облесенностью водосборных бассейнов, полученные в лаборатории лесоведения АН СССР по массовым данным сети гидрометеорологических станций (Идзон, Пименова, 1975). Для этого в пределах европейской части СССР было отобрано 300 пар водосборных бассейнов. Вся территория, где расположены бассейны, была разделена на девять отличающихся друг от друга по физико-географическим условиям районов; по три района, расположенных в подзоне южной тайги, в зоне хвойно-широколиственных лесов и в зоне широколиственных лесов и лесостепи. В пределах районов пары бассейнов рек с различной лесистостью подбирались на небольшом (до 150 км) расстоянии друг от друга. Кроме того, если безлесный бассейн сравнивался с лесным, расположенным на север от него, то сток с безлесного бассейна в этом случае сравнивался с другим лесным, расположенным южнее. Расчеты выполнялись по нескольким вариантам. При первом варианте - по всем парам бассейнов; при втором не учитывались те пары рек, в которых разница в средней высоте бассейнов превышала 60 м; при третьем помимо пар с разницей в высоте 60 м исключались водосборы, где лесистость малооблесенных водосборов составляла более 30-40%; при четвертом были исключены, кроме перечисленных, бассейны, где разница в заболоченности превышала 10% или имелись карстовые явления.

В пределах отдельных районов влияние лесистости бассейнов на сток рек проявляется по-разному. По данным П. Ф. Идзона и Г. С. Пименовой (1975), в подзоне южной тайги по всем вариантам подсчета сток с лесных рек больше, чем с малолесных. Такая же картина наблюдается в центральной части зоны смешанных лесов, западной, хорошо увлажненной части зоны широколиственных лесов и в лесостепи. На востоке и западе зоны смешанных и в центральной и восточной частях зоны широколиственных лесов годовой сток на лесных реках в среднем оказался примерно равным или меньше, чем на малооблесенных.

Итак, анализы стока большого количества рек свидетельствуют о том, что в большинстве районов годовой сток рек с увеличением лесистости водосборных бассейнов возрастает. Однако наиболее существенно благоприятное влияние леса проявляется в регулировании стока рек по сезонам года и в улучшении качества воды.

Если в вопросе о влиянии леса на общий сток рек нет единой точки зрения, то этого нельзя сказать о водорегулирующей роли леса, которая признается учеными всех стран. Как было сказано выше, в период снеготаяния суммарный поверхностный и внутрипочвенный сток с покрытых лесом элементарных водосборов ниже, чем с безлесных. На основании этого часто в лесоводственной литературе делается вывод о том, что лес в весенний период резко уменьшает сток рек.

Анализ материалов весеннего стока, проведенный в лаборатории лесоведения АН СССР на 300 парах рек европейской части СССР, показал, что по объему половодья реки с большой лесистостью водосборов сравнительно мало отличаются от рек с водосборами небольшой лесистости. При анализе многолетних (1950-1965 гг.) данных стока 25 рек Литвы и Калининградской обл. выяснилось, что в реках с более залесенными бассейнами объем весеннего стока меньше, чем в реках со слабозалесенными бассейнами (Рагуотис, 1973).

Водорегулирующая роль леса проявляется также в увеличении стока за летне-осенний и зимний периоды, т. е. в выравнивании его по сезонам года, что имеет большое практическое значение. При сопоставлении стока рек с различной лесистостью водосборных бассейнов европейской части СССР оказалось, что во всех районах, за исключением центральной части лесостепной зоны, модули минимального стока на реках с большим процентом лесистости в основном выше, чем на малооблесенных (Идзон, Пименова, 1975). По данным А. Рагуотиса (1973), в Литве и Калининградской области в летне-осенний период больший процент годового стока отмечается также на реках с более облесенными бассейнами. Подобные же выводы делает Т. Н. Чижмакова.

В бассейне верхней Волги летне-осенне-зимний сток возрастает на 0,8-1,2 мм на каждый процент лесистости (Рахманов, 1975). При увеличении лесистости наблюдается снижение летних паводков и уменьшается амплитуда колебаний расхода воды в реках в течение вегетационного периода. В Белорусском Полесье при лесистости бассейнов 6% подъем воды в наибольший паводок летом возрастает по сравнению с предпаводковым периодом в 7-8 раз, а при лесистости 70% всего в 2 раза (Юркевич, 1976).

В том же районе с повышением лесистости на каждые 10% наибольший паводковый среднесуточный модуль стока уменьшается на 1,8 л/с/км2.

Исследования, выполненные в Румынии (Gaspar, Abagin, 1974), показали, что с увеличением лесистости водосборных бассейнов максимальный сток при выпадении ливневых осадков резко снижается. Если с водосборов с лесистостью менее 25% удельный сток равнялся в среднем 2,90 м3/с/км2, то с водосборов, где лесистость была более 75%, он составил 1,46м3/с/км2.

По данным А. П. Клинцова (1973), даже в горных районах с большим количеством осадков (Сахалин) лес резко снижает образование катастрофических паводков. Например, 8-11 ноября 1968 г. в полностью облесенном бассейне максимальный модуль стока был примерно в 6 раз меньше по сравнению с малооблесенным. На равнинах водорегулирующее влияние леса, как показали исследования Л. И. Сидоркиной (1956), Д. Л. Соколовского (1959) и А. В. Лебедева (1964), более рельефно проявляется в маловодные годы.

Влияние леса на сток зависит не только от процента лесистости, но и от состава и возраста древостоев, а также от типологической структуры лесов. На водосборах Дальнего Востока преобладание лиственных древостоев (более 75% площади) приводит к значительному увеличению весеннего стока и уменьшению летне-осеннего по сравнению с водосборами, где господствуют хвойные породы. Это обусловлено различиями в снеготаянии и особенностями формирования стока в лиственных и хвойных лесах (Опритова, 1970).

Исследования, проведенные в Румынии (Gaspar, Бbagin, 1974), показали, что при выпадении ливневых осадков максимальный сток с водосборов, где преобладают хвойные породы, составил 1,35 м3/с/км2, а с водосборов, покрытых в основном лиственными породами, - 1,75 м3/с/км2.

Вместе с тем по-разному проявляется и водорегулирующая роль хвойных лесов. Наибольшее водорегулирующее влияние оказывают насаждения с более глубокой корневой системой, которые изменяют водно-физические свойства почвы на большой глубине. К таким породам относятся сосна и лиственница. Пихта и ель чаще имеют неглубокую корневую систему, поэтому рыхлящее влияние их корней проявляется на небольшую глубину, что способствует лишь увеличению внутрипочвенного стока (Лебедев, 1964). Для тех бассейнов рек, где преобладают лишайниковые, вересковые и брусничниковые боры, характерна более интенсивная инфильтрация вод, в связи с чем увеличиваются подземная составляющая стока, а следовательно, продолжительность половодья и питание рек в летне-осенний период (Юркевич и др., 1976).

Лес оказывает влияние и на качественные показатели стока. Одним из показателей качества воды является ее температура. При повышении температуры усиливаются многие физические, химические и бактериологические процессы, которые определяют пригодность воды для потребления человеком и как среды обитания рыб. Любой запах или привкус воды более заметны при повышении ее температуры. Наиболее благоприятные условия для нереста рыб создаются при температуре воды, °С: лососевых 12-14, осенней кеты 5-6, симы 9-12. Для инкубации икры горбуши в зимнее время необходима температура выше 0°С, а кеты +2-3°С. Повышение температуры воды во время нереста до 20-25Х вызывает прекращение захода лососей в реки (Клинцов, 1973). Резкие колебания температуры и перегрев воды оказывают отрицательное влияние на нерест и развитие молоди лососевых рыб.

Лес играет важную роль в обеспечении оптимального теплового режима воды в реках. В теплое время года более низкая по сравнению с открытыми участками температура почвы в лесу понижает и температуру воды, которая через внутрипочвенный и грунтовый сток поступает в реки, водоемы и действует на них охлаждающе. В ряде случаев этот процесс продолжается почти до середины лета из-за медленного таяния снега и меньшего нагревания почвы под пологом леса. В Литовской ССР и Калининградской обл., например, во всех залесенных бассейнах температура воды рек в апреле-октябре ниже, чем в реках с малолесными водосборами (Рагуотис, 1973). В зимний же период грунтовые воды, температура которых выше, подогревают нерестовые реки, предохраняя нерестилища от промерзания.

Особенно велика роль приречных лесов вдоль узких рек. Когда по берегам таких рек произрастает высокий лес, они освещаются солнцем небольшой период, что не способствует нагреву воды. Наиболее отзывчивы на поступление тепла солнечной радиации мелководные реки в меженный период. Наблюдения на двух водотоках Сахалина с облесенностью 100 и 20% показали, что в период с июня по сентябрь вода в полностью облесенном бассейне была холоднее по сравнению со слабооблесенным на 3,7°С (по среднедекадным данным); в отдельные дни разница достигает 4,1°С.

По данным Р.Ф. Тарранта (1970) и Д. С. Ротачера (1970), в северо-восточной части США удаление прибрежной растительности на расстоянии 0,8 км от реки привело к увеличению температуры воды в ней на 5,5-8°С.

Интересные данные зависимости химического стока от лесистости водосборов, получены на трех рядом расположенных водосборах в Ульяновском Поволжье, имеющих разную залесенность, но одинаковое геолого-геоморфологическое строение (Чесовникова, 1977). По данным за 1974 г., вода с безлесного водосбора (пашня) во время половодья содержала в 3,6 раза больше растворенных веществ, чем с покрытого лесом (дуб, липа, клен, осина, береза).

Весенняя вода, стекающая с лесных и не покрытых лесом водосборов, обладает определенными химическими и физическими свойствами. Различные древесно-кустарниковые породы неодинаково влияют на качество воды. Очень существенно, что в воде, прошедшей через насаждения, особенно через сосновые, уменьшается количество азота аммиака - важнейшего показателя загрязнения.

Существенно различается бактериологическое состояние воды, поступающей с покрытых лесом и безлесных водосборов. По данным Е. С.Спиридонова (1965), в 1 л воды, поступающей в водохранилище с выгона, обнаружено 920 кишечных палочек (коли-индекс), в воде же, поступающей из сосновых насаждений, их в 18 раз, а из смешанного дубового в 23 раза меньше. Коли-титр воды (наименьшее количество воды, в которой содержится одна кишечная палочка), прошедшей через смешанное дубовое насаждение, равен 15, а поступающей с выгона лишь 1,1. По данным В. Г. Николаенко и др. (1973), количество кишечных палочек (бактерий) в ил воды, прошедшей через лесную полосу шириной 30-45 м (Московская область), в 2 раза меньше, чем в воде, стекающей с открытых площадей. Число бактерий в 1 см3 воды, проходящей через полезащитную, водорегулирующую и приовражно-балочную лесные полосы (Орловская обл.), сокращалось в 26 раз и более.

Итак, вышеприведенные данные свидетельствуют о значительных принципиальных отличиях формирования стока с лесных и безлесных участков, а также об огромной стокорегулирующей и водоохранной роли лесов, которая в пределах однородных физико-географических условий во многом зависит от состава, возраста, типов леса и других лесоводственно-таксационных показателей. Стокорегулирующая и водоохранная роль лесов зависит также от процента лесистости и размещения их по водосбору.

Более благоприятный гидрологический режим рек наблюдается при сравнительно равномерном распределении лесов, а также при наличии их на склонах водоразделов, вдоль гидрографической сети, вокруг озер и водохранилищ.

Глава 3. Классификация лесов по водоохранно-защитному значению

Как было показано в предыдущих разделах, все лесные массивы в той или иной мере выполняют водоохранно-защитные функции. Леса, произрастающие в горных районах, а также вдоль гидрографической сети, играют огромную водоохранную, водорегулирующую и почвозащитную роль. В то же время леса, расположенные на равнинных и пологих участках с хорошо дренированными суглинистыми почвами, имеют сравнительно меньшее защитное значение. Водоохранно-защитную роль леса всегда необходимо рассматривать в комплексе с геологическим и геоморфологическим строением местности. Под влиянием различных лесохозяйственных мероприятий, в первую очередь рубок главного пользования и механизированных заготовок, водоохранно-защитные функции леса могут, как мы уже отмечали, существенно изменяться. Следовательно, при проведении лесохозяйственных мероприятий в пределах природно-географического района необходимо в каждом конкретном случае учитывать его водоохранно-защитную роль, для чего необходимо разработать научно обоснованную классификацию лесов по их водоохранно-защитному значению. Однако даже при наличии самой совершенной классификации нельзя успешно решать вопросы, связанные с рациональным использованием лесов и усилением их многогранной защитной роли. Наиболее успешное выполнение указанных функций, особенно в малолесных районах, возможно только в том случае, когда в пределах каждого водосборного бассейна площадь лесов будет соответствовать той оптимальной лесистости, при которой наиболее полно проявляется водоохранная, почвозащитная и климаторегулирующая роль леса.

3.1 Размещение лесов на водосборах

Во всех природно-географических районах, за исключением тайги, водосборные бассейны облесены лишь частично. Наряду с лесными участками на них расположены сельскохозяйственные угодья (пашни, луга, выгоны и т. д.). В связи с этим часто приходится решать вопрос о том, как лучше разместить в пределах водосборов леса и другие угодья, чтобы наиболее полно использовать их положительное влияние на гидрологический режим рек, предотвращая водную и ветровую эрозию, улучшая качество воды, повышая урожай сельскохозяйственных угодий. В последние годы в нашей стране проведены широкие исследования по определению оптимальной лесистости.

Оптимальной лесистостью местности следует считать такой процент лесной площади (на определенной территории), при котором древостой вместе с остальными компонентами леса наиболее полно и разносторонне удовлетворяли бы запросам народного хозяйства в древесине и других полезностях леса, выполняли водоохранную, почвозащитную и климаторегулирующую роль, создавали благо- приятные условия для жизни рыб в водоемах и полезных животных в лесу, способствовали бы повышению продуктивности сельского хозяйства, а также улучшению состава воздуха и качества воды (Молчанов, 1973). А. А. Молчановым (1973) разработаны нормативы определения оптимальной лесистости для некоторых областей, краев, автономных республик. Оказалось, что в ряде областей, например Орловской, Тульской, Ростовской и других, лесистость значительно ниже оптимальной. Оптимальная водоохранная лесистость речных водосборов равнин- ной части Украинской ССР разработана А. И. Миховичем (1976). Согласно его определению, под оптимальной водоохранной лесистостью следует понимать лесистость, при которой положительное влияние лесных насаждений на водный баланс водосборов и речной сток проявляется в максимальной степени. По данным А. И. Миховича, в Полесье УССР оптимальная водоохранная лесистость колеблется по отдельным речным бассейнам от 35 до 65%, в лесостепи от 20 до 35%, в степи от 15 до 20%. При достижении указанной лесистости подземная составляющая речного стока во всех районах увеличится в 2-2,5 раза, что особенно важно, так как в этом случае будет поддерживаться более высокий уровень воды в летне-осенний период. Суммарный речной сток при оптимальной водоохранной лесистости в Полесье возрастет в среднем на 21%, а в степи на 32%. Следует отметить, однако, что средних показателей оптимальной лесистости для зон и административных областей далеко недостаточно, чтобы обеспечить наиболее благоприятное влияние леса на гидрологический режим рек, снижение водной и ветровой эрозии, улучшение качества воды, повышение урожайности сельскохозяйственных угодий. Успешное решение этих задач в значительной мере зависит от рационального размещения лесов в границах каждого водосборного бассейна рек, а каждом бассейне - на отдельных мелких элементарных водосборах, в которых формируются ключи, ручьи и временные водотоки.

Оптимальная лесистость в бассейнах с более расчлененной территорией должна быть выше, чем в бассейнах со 140 слаборасчлененной. Можно привести много примеров, когда лесистость водосборов, находящихся в близких природно-географических условиях, одинакова, но влияние их на гидрологический режим рек и окружающую среду различно. Часто водосборы с меньшим процентом лесистости оказывают более благотворное влияние на режим рек, чем водосборы более облесенные. В. В. Рахманов проанализировал весенний сток двух рек: Суры до г. Пензы (площадь 15400 км2) и Мокши до г. Темникова (15 800 км2). Обе реки имеют почти одинаковую площадь водосборов и расположены в сходных природно-географических условиях. Лесистость водосборного бассейна Суры - 27%, леса расположены главным образом вдоль реки и основного его притока - р. Кадады. Лесистость бассейна Мокши - 16%, леса расположены преимущественно на склонах и водоразделах. На р. Суре наблюдается кратковременное половодье с очень высокими пиками. Это обусловлено тем, что на полностью безлесной части водосбора происходит дружное одновременное таяние снежного покрова. В лесу снег начинает таять позднее, но так как леса расположены вдоль реки, то талые воды, как с безлесных, так и лесных участков попадают в реку почти одновременно, вызывая образование дружных, но кратковременных паводков. Иная картина наблюдается на р. Мокше. Здесь лес сравнительно равномерно размещен по водосбору. Вода с безлесных нижних частей склона, расположенных ближе к речным долинам, поступает в реку быстрее. Значительное время требуется для стекания талых вод, которые образуются от медленного таяния снега на удаленных от реки участках леса. Большое количество воды, образующейся в лесах и перехваченной ими с вышележащих безлесных участков, просачивается в грунт и постепенно поступает в реки.

Благодаря этому половодье становится длительным, максимальные расходы воды в реке уменьшаются, а в меженный период поступление воды усиливается. Как было указано выше, при относительно равномерном размещении лесов по водосбору не только происходит постепенное поступление воды в реки в период снеготаяния и ливневых осадков, но улучшается также качество воды и усиливается противоэрозионная роль леса. При этом наибольший эффект получается при условии, если облесены и берега гидрографической сети (овраги, балки, ручьи, речки, водоемы). Когда на площади того или иного водосбора проводится лесоразведение, оно обязательно должно осуществляться с учетом имеющихся и за- планированных полезащитных полос, государственных лесных полос, а также участков существующих лесов. На непригодных для сельского хозяйства площадях (песчаные и супесчаные легкоразвеваемые почвы, заболоченные участки) целесообразно создавать сплошные лесные массивы, конфигурация которых должна соответствовать геоморфологии местности и почвенным условиям. На площадях с развитой эрозионной сетью под лес должны быть использованы в первую очередь овраги, балки, их бровки и крутые склоны. На склонах между балками целесообразно создавать водопоглотительные и почвозащитные полосы шириной от 30 до 50 м, на пологих склонах - на расстоянии 400-500 м, а на крутых с тяжелыми, плохо водопроницаемыми почвами - не более 250 м. При подборе древесных по- род следует учитывать, кроме почвенно-климатических условий, целевое назначение лесов (почвозащитное, кольматирующее, водорегулирующее и т. д.). Если в малолесных районах основное внимание уделяется рациональному размещению лесов в пределах водосборов, то в многолесных и особенно в горных районах при проведении рубок и осуществлении других лесохозяйственных мероприятий следует обращать внимание не только на выбор тех способов ведения хозяйства, которые бы способствовали сохранению и усилению водоохранно-защитных функций лесов, но и рациональному размещению лесосек в пространстве.

3.2 Классификация лесов

В нашей стране разработано несколько классификаций лесов по водоохранно-защитному значению. Наиболее полной является классификация И. В. Тюрина (1949), которая построена на зональной основе. В пределах зон в ней учитываются рельеф местности, почвенные условия, состав древостоя, виды водоохранно-защитной роли леса. Все леса по степени выполнения ими водоохранно-защитной роли делятся на четыре класса.

I класс - леса с наивысшей степенью проявления водоохранно-защитных свойств.

1. Противоэрозионные (берего- и склонозащитные) и руслоохранные леса: берегозащитные заросли ивняков и кустарников по кромке поймы и по крутым подмываемым берегам; склонозащитные леса по высоким крутым склонам (коренным берегам) речных долин, суходолов, балок, оврагов, логов, при всех степенях облесения водосборов.

2. Грунтоувлажняющие леса: водопоглощающие и кольматирующие по склонам и дну лощин с карстовыми воронками; стокоперехватывающие по водосборным ложбинам и поперек падения пологих склонов при безлесной вышележащей площади водосбора; колки по степным западинам; родниковые леса (ольшаники) вдоль водотоков (ручьев) в поймах и надлуговых террасах.

3. Почвозащитные (пескоукрепительные) леса: сосновые боры на сухих песчаных почвах и в первую очередь в степных и лесостепных зонах; пойменные леса на песках вблизи русла реки.

4. Полезащитные полосы в лесостепной и степной зонах. В лесах I класса И. В. Тюрин (1949) выделяет подкласс 1а с наивысшей степенью водоохранно-защитных свойств. В него включены берего- защитные ивняки, леса по высоким крутым склонам, водопоглощающие леса по лощинам с карстовыми воронками, осиновые колки по степным западинам и пескоукрепительные леса.

II класс - леса, характеризующиеся высокой степенью проявления водоохранной и защитной роли.

1. Противоэрозионные леса: на покатых склонах вдоль всех звеньев гидрографической сети, за исключением площадей, относящихся к I классу, и лесов на покатых склонах возвышенностей, удаленных от речных долин; пойменные на суглинистых почвах при слабой облесенности склонов водосбора.

2. Грунтоувлажняющие леса: на нижних частях пологих склонов при необлесенности вышележащих частей склона; на ровных террасах в части, прилегающей к необлесенным вышележащим склонам; отдельные небольшие участки или полосы леса на пологих склонах, широких террасах и водораздельных плато, занятых полевыми или луговыми угодьями.

3. Почвозащитные (пескоукрепительные) леса: сосновые боры на сухих песчаных почвах при бугристом рельефе в северной половине лесостепной зоны, в зоне смешанных и частично хвойных лесов; леса на песчаных наносах в поймах рек при значительной облесенности водосборов (в таежной зоне я в зоне хвойно-широколиственных лесов).

III класс - леса, характеризующиеся средней степенью проявления водоохранно-защитной роли. В этот класс включены: лесные площади значительных размеров на пологих склонах и водораздельных плато при умеренной облесенности водосборов в лесостепной зоне, в зоне хвойно-широколиственных лесов и частично в таежной зоне; сосновые леса на свежих и влажных песках и супесях при равнинном рельефе в лесостепной зоне и в зоне хвойно-широколиственных лесов; пойменные леса на суглинистых почвах при значительной облесенности склонов водосборов в зоне хвойно-широколиственных лесов.

IV класс - леса низкой степени проявления водоохраной и особенно защитной роли. В этот класс отнесены крупные лесные массивы, расположенные в таежной зоне. Указанная классификация разработана для равнинных лесов европейской части СССР. С некоторыми изменениями и дополнениями ее можно применять и в равнинных лесах Сибири. Как уже отмечалось, горные леса имеют высокую степень проявления водоохранно-защитных свойств, и все они, за исключением лесов на пологих склонах, должны быть отнесены к I и II классам. В горных районах, кроме лесов, перечисленных в рассмотренной классификации, большую водоохранно-защитную роль выполняют леса, произрастающие по границам с высокогорными безлесными пространствами, на крутых склонах с мелкими почвами и на лавиноопасных участках, в местах оборудования минеральных источников, вдоль бровок и осыпей, вокруг мест образования наледей и ледников и других. Среди условий, определяющих гидрологический режим, ведущее место в горных районах принадлежит высотно-поясным комплексам, отличающимся природно-климатическими особенностями. В каждом таком поясе - своеобразный гидрологический режим, в частности и режим стока. По результатам исследований, проведенных в бассейне о. Байкал, установлено, что тундрово-гольцовый комплекс, занимая 15% площади, формирует 28% стока, поступающего с этой территории в озеро (Лебедева, Усков, 1975). Кедрово-таежный пояс, занимающий 4,3% всей площади, формирует 8% стока, поступающего в озеро, кедрово-пихтовый и пихтовый (6,8% площади) - 7,4, лиственно-таежный (37,5% площади) - 39,4, подтаежно-степной (19,5% площади) - 10, лугово-степной (17% площади) - 17%. Всего горно-таежный пояс обеспечивает перевод в грунтовый сток 70-80% осадков, тогда как нижнегорный только 30-50%. Подобные же данные получены и в других регионах.

По данным И. П. Коваля (1976, 1977), в высокогорном поясе Черноморского побережья Кавказа, занятом высокопродуктивными насаждениями, где выпадает 2000-3000 мм осадков в год, в водном балансе преобладает инфильтрация в почвоподстилающие породы (65%); суммарное испарение составляет 29%, на склоновый сток приходится 6% годовой суммы осадков, а доля поверхностного стока незначительна - 0,01%. Леса в этом поясе способствуют накоплению снега в зимний период (175 мм), при снеготаянии вода поступает в почвогрунты и расходуется в течение 6 и более месяцев. Иная картина наблюдается в нижнем поясе, где выпадает 500-800 мм осадков и произрастают низкобонитетные дубравы. Здесь основная доля расходной части водного баланса (65%) падает на суммарное испарение, а на сток и инфильтрацию приходится 35% осадков. Результаты исследований показывают, что площади под дубовыми насаждениями Северного Кавказа не могут регулировать дренажным стоком ливни интенсивностью более 30-40 мм, тогда как почвы под буковыми древостоями в верхнем поясе способны вместить воды в 2,5-3 раза больше (Коваль, 1976). По данным В. И. Таранкова (1970), в горных лесах Приморского края с увеличением высоты над уровнем моря от 650 до 1050 м мощность снежного покрова возрастает в 3 раза, а запас воды более чем в 2 раза. Эти примеры убедительно показывают, что различные пояса гор выполняют далеко не одинаковую гидрологическую роль, поэтому режим хозяйства в них должен иметь существенные различия. Классификации лесов по водоохранно-защитному значению, предложенные И. В. Тюриным и другими авторами, применяются при лесоустройстве, научных исследованиях, разделении лесов на группы, а также учитывались при разработке «Основных положений по проведению рубок главного пользования в лесах СССР» (1967) и региональных правил рубок. Согласно «Основам лесного законодательства Союза ССР и союзных республик» (ст. 15), леса государственного значения разделяются на первую, вторую и третью группы, а колхозные леса - на первую и вторую группы. К первой группе относятся: водоохранные леса (запретные полосы лесов по берегам рек, озер, водохранилищ и других водных объектов, включая запретные полосы лесов, защищающие нерестилища ценных промысловых рыб); защитные леса (противоэрозионные, в том числе участки леса на крутых горных склонах, государственные защитные лесные полосы, ленточные боры, степные колки и байрачные леса, защитные полосы лесов вдоль железных дорог, автомобильных дорог общегосударственного, республиканского и областного значения, особо ценные лесные массивы); санитарно-гигиенические и оздоровительные леса (городские, зеленых зон вокруг городов, других населенных пунктов и промышленных предприятий, зон санитарной охраны источников водоснабжения и округов санитарной охраны курортов); леса заповедников, национальных и природных парков, заповедные лесные участки, а также леса, имеющие научное или историческое значение, природные памятники, лесопарки, леса орехопромысловых зон, лесоплодовые насаждения, притундровые и субальпийские леса.

В лесах первой группы рубка леса проводится способами, направленными на улучшение лесной среды, состояния древостоев, водоохранных, защитных и других свойств леса и на своевременное и рациональное использование спелой древесины. Ко второй группе относятся: леса в районах с высокой плотностью населения и развитой сетью транспортных путей, имеющие защитное и ограниченное эксплуатационное значение, а также леса с недостаточными лесосырьевыми ресурсами, для сохранения защитных функций которых требуется более строгий режим лесопользования; все колхозные леса, не вошедшие в состав первой группы. В лесах второй группы рубки главного пользования проводятся способами, направленными на восстановление лесов хозяйственно-ценными древесными породами и на сохранение защитных и водоохранных их свойств, позволяющими вести эффективную эксплуатацию этих лесов. К третьей группе относятся леса многолесных районов, имеющие преимущественное эксплуатационное значение и предназначенные для непрерывного удовлетворения потребностей народного хозяйства в древесине без ущерба для защитных свойств этих лесов. Участки леса, выполняющие исключительно большую водоохранно-защитную роль, относятся к особозащитным и в них предусматривается ограниченный режим лесопользования.

Особозащитные участки выделяются в лесах первой и второй групп, а в горных лесах во всех группах. В горных районах в категорию особозащитных участков следует включать полосы леса шириной 250-500 м по границам с горными тундрами и субальпийскими лугами. Почвы этих угодий обычно отличаются слабой водопроницаемостью и во время снеготаяния и летних ливней здесь имеет место поверхностный сток. Расположенный ниже этих безлесных пространств лесной пояс отличается почвами с благоприятными физическими свойствами. Это обеспечивает перевод поверхностного стока с вышележащих безлесных пространств во внутрипочвенный. Кроме того, в полосах леса, расположенных близ безлесных пространств, накапливается мощный слой снега. На Северном Урале, например, высота снежного покрова в таких лесах составляет 4-5 м. Этот мощный снежный покров, содержащий огромное количество воды, тает медленно и обеспечивает поддержание высокого уровня воды в реках в засушливый период. Полосы леса по границам с безлесными участками способствуют также сохранению лесорастительной среды на нижерасположенных вырубках, что создает благоприятные условия для естественного и искусственного возобновления леса. Велика роль этих лесов на лавиноопасных склонах: они гасят кинетическую энергию лавин, предохраняя нижерасположенные населенные пункты, сельскохозяйственные и лесные угодья от их опустошительного действия. В тех случаях, когда имеются постоянные русла снежных лавин, к особо защитным следует относить полосы леса шириной 100 м вдоль этих русел. В горных лесах к особо защитным необходимо относить и полосы леса (шириной до 100 м) вдоль бровок обрывов и осыпей. Переводом поверхностного стока в почвенно-грунтовый они уменьшают рост не пригодных для выращивания леса площадей. Все участки с выходом на поверхность камней и скальных пород, а также леса вдоль гребней и водоразделов также следует относить к вышеназванной категории. Как уже указывалось, леса, занимающие крутые склоны, имеют большое водоохранно-защитное значение, и они отнесены также в категорию особо защитных. В бассейне оз. Байкал в эту категорию включены все леса, произрастающие на склонах крутизной свыше 25°, в остальных горных районах - на склонах в 30°.

Велика и многогранна роль лесов вдоль гидрографической сети и вокруг водоемов и водохранилищ. Эти леса защищают места выклинивания подземных вод от заиления. Известно, что поверхностные и подземные воды, расположенные в верхних слоях земли, тесно связаны между собой. Наиболее четко эта связь проявляется в долинах рек и близ водоемов. Нередко можно наблюдать, как небольшие ручьи превращаются за счет дренирования родников в речки. Благодаря выклиниванию подземных вод происходит питание рек в меженные периоды (летом и зимой). Леса речных долин защищают от загрязнения подземные воды, так как в период паводков, когда затапливается значительная часть поймы, происходит питание грунтовых вод, а затем их подпор. Следует иметь в виду, что подземные пресные воды, особенно расположенные в верхних слоях земли, являются важным, а очень часто и единственным источником снабжения пресной водой городов, других населенных пунктов и промышленных предприятий. Леса, произрастающие непосредственно вдоль гидрографической сети и вокруг водоемов, имеют также большое санитарно-гигиеническое и эстетическое значение. Они являются местом отдыха населения. В данное время почти половина жителей городов и поселков отдыхает у водных источников. Поэтому во всех приречных лесах, в том числе и в запретных полосах, необходимо выделять особо защитные участки. Утверждение «Основ лесного законодательства Союза ССР и союзных республик» вызывает необходимость пересмотра некоторых вопросов, связанных с выделением запретных полос и особо защитных участков в приречных лесах. Например, на Южном Урале, в верховьях р. Белой, из общей длины, водотоков 5709 км запретные полосы выделены на протяжении 484 км, что составляет 8,5% общей длины водотоков. На Уфимском плато (Башкирская АССР) протяженность запретных полос не превышает 13% длины всех водотоков. Подобная картина наблюдается и в других районах. 148 Уместно отметить, что существующая практика выделения запретных полос вдоль рек, имеет существенные недостатки.

Несмотря на принципиальные отличия строения речных долин в равнинных и горных лесах, до сих пор при выделении запретных полос лесоустройство пользуется одинаковыми нормативами. Ширина выделения таких полос в ряде случаев не имеет должного научного обоснования. Нередко в горных районах в запретные полосы включают участки, расположенные на склонах, обращенных в противоположную от реки сторону. Если в особо защитных участках, выделение которых предусмотрено в запретных полосах, лесное хозяйство ведется, как правило, с учетом сохранения водоохранно-защитных функций, то этого нельзя сказать о тех приречных лесах, в которых запретные полосы еще не выделены. Там заготовка древесины, особенно в лесах третьей группы, проводится сплошными лесосеками, вследствие чего по берегам рек и речек часто возникают эрозионные процессы и оползни. Иногда в результате рубок и неумеренной пастьбы скота отсутствует возобновление древесных пород, и коренные берега представлены обнаженными склонами с выходом на поверхность коренных пород. Под влиянием сплошных рубок на многих лесосеках идет усиленная смена хвойных пород лиственными, а такие древостой, особенно в молодом возрасте, не всегда удовлетворительно выполняют водоохранно-защитные функции. Чтобы обеспечить выполнение лесами водоохранно-защитных функций и создать условия для нереста рыб, необходимо установить соответствующий режим хозяйства не только в выделенных запретных полосах, но и во всех приречных лесах. Вдоль водотоков, вокруг водоемов и водохранилищ необходимо выделять особо защитные участки.

Ширина таких участков в разных природно-географических условиях должна быть различна. Например, в горных лесах Урала особо защитные участки, как показали исследования (Побединский, Чурагулов, 1975), целесообразно выделять на крупных реках от уреза воды до вершины первого склона, обращенного к водохранилищу или к реке. В этом районе в подавляющем большинстве случаев ширина таких участков обычно не будет превышать 0,5-0,8 км. Вдоль остальных горных рек этого региона ширина участков должна составлять от 50 до 200 м по каждому берегу реки. При установлении ширины полос следует учитывать лесоводственные свойства древесных пород, крутизну и протяженность склонов, почвенные условия. В тех случаях, когда запретные полосы или особо защитные участки, расположенные вдоль рек и вокруг водохранилищ, прилегают к сельскохозяйственным угодьям, сформировавшийся на этих угодьях поверхностный сток часто проходит сквозь полосу леса сосредоточенным потоком, неся с собой огромную массу эрозионного материала, минеральных и органических удобрений. Это способствует заилению русел рек, озер и водохранилищ, а также ухудшению в них качества воды. Чтобы обеспечить перевод поверхностного стока во внутрипочвенный и предохранить воду от химического, бактериологического и физического засорения, необходимо в местах возникновения таких потоков создавать простейшие гидротехнические сооружения (например, водозадерживающие валы и т. д.). Перечисленные и некоторые другие особо защитные участки являются общими и их следует выделять во всех природно-экономических районах, другие особо защитные участки являются региональными и выделяются в определенных районах. Например, в Забайкалье в качестве таких участков необходимо выделять полосы леса (шириной до 100 м) вдоль мест образования наледей, снежников: они создают условия для постепенного таяния снега и льда. Весной (в мае-июне) в этих районах мало осадков, поэтому до выпадения интенсивных летних осадков многие ручьи питаются за счет медленного таяния снежников и Наледей.

В районах с развитым карстом весь слой талой воды, образующейся на закарстованных водосборах в период таяния снега, поступает в карстовые образования, а оттуда в гидрографическую сеть (Письмеров, 1973). Наблюдения показали, что в процессе тракторной трелевки, особенно в бесснежный период, многие карстовые воронки заиливаются, теряя способность поглощать талую и ливневую воду. В результате этого вода быстро стекает с поверхности почвы. Поэтому в период снеготаяния и ливней расход воды в реках резко возрастает, а в другие периоды уменьшается. Для устранения этих отрицательных явлений целесообразно при отводе лесосек в рубку оставлять защитные участки вокруг карстовых воронок и запрещать прокладку по ним трелевочных волоков. В особо защитных участках должны проводиться выборочные и иногда постепенные рубки. Выборочные рубки проводятся преимущественно в разновозрастных лесах, остальные в одновозрастных. В каждый прием следует удалять не более 20-25% запаса древостоя. Рубки сплошными узкими лесосеками следует допускать в особо защитных участках только по лесоводственным соображениям. Лесосечные работы при всех способах рубок должны осуществляться преимущественно в зимний период и с соблюдением ряда лесоводственных требований, о которых говорилось в предыдущем разделе.

Заключение

Лес оказывает огромное трансформирующее влияние на солнечную радиацию, температуру и влажность воздуха, почвы, на осадки, снегоотложение и снеготаяние, промерзание и размерзание почвы, а следовательно, на водный баланс, формирование стока, гидрологический режим водных источников и рек. Трансформирующее влияние леса в различных природных условиях проявляется по-разному. В пределах каждого природно-географического района гидрологическую роль леса необходимо рассматривать в комплексе с геологическим и геоморфологическим строением местности. Иногда при одинаковой лесистости и одинаковых свойствах почвы подземное питание рек может существенно меняться в зависимости от наклона водоносных горизонтов и положения их относительно местных базисов эрозии. В сходных условиях трансформирующее влияние леса зависит от состава, строения, сомкнутости и возраста древостоя, от типа леса и других лесоводственно-таксационных показателей.

Различными лесохозяйственными мероприятиями трансформирующее влияние леса можно усилить или ослабить. В период снеготаяния и ливней поверхностный сток в лесу, как правило, отсутствует или бывает незначителен. Существенный удельный вес на покрытых лесом участках имеет внутрипочвенный сток, доля которого на безлесных участках невелика - не более 10% (здесь, особенно в весенний период, преобладает поверхностный сток). При весеннем снеготаянии с безлесных участков в гидрографическую сеть поступает значительно большее количество воды, чем с лесных. Слой и коэффициент стока с без- лесных участков в этот период в 2-4 раза больше, чем с лесных. В отдельные годы эта разница становится еще более существенной. Средний максимальный модуль стока с безлесных водосборов в 5, а в отдельные годы в 10-12 раз выше, чем с лесных. Более высокий суммарный поверхностный и внутрипочвенный сток наблюдается в северных районах на подзолистых почвах, меньший на черноземах и серых лесных почвах лесостепи. Это вызвано не только большими снегозапасами, но и строением почв. На подзолистых почвах наличие иллювиального горизонта В затрудняет просачивание воды в нижележащие слои и способствует образованию внутрипочвенного стока, который выклинивается в логах. Еще более рельефно стокорегулирующая роль леса проявляется в горах, где суммарный коэффициент весеннего стока обычно составляет сотые доли, тогда как на открытых участках он часто возрастает в десятки раз. Таким образом, в период весеннего снеготаяния, а также при выпадении ливневых осадков лес по сравнению с открытыми участками способствует не только усилению внутрипочвенного стока, но и переводу значительной части воды в нижележащие горизонты, пополняя тем самым запасы подземных вод, которые обеспечивают питание рек в меженные периоды.

Следует особо подчеркнуть, что подземная пресная вода является важным, а часто основным и в ряде случаев единственным источником снабжения водой городов, других населенных пунктов, промышленных пред- приятий; часто она используется и для орошения сельскохозяйственных земель. Реки, водосборы которых имеют незначительный процент лесистости, в период весеннего половодья несут 60-70, а в степных районах до 90% общего годового количества воды. Такой резкий сброс воды уменьшает запас влаги в почве, что отрицательно сказывается на росте растительности, затрудняет судоходство и уменьшает запасы используемой человеком пресной, в том числе и подземной воды. Анализ многолетних данных большого количества гидрометеорологических станций, выполненный в последние годы для разных природно-географических районов нашей страны, показал, что в большинстве случаев с увеличением лесистости водосборных бассейнов суммарный годовой сток рек несколько возрастает. Получены также данные о положительном влиянии леса на регулирование стока рек по сезонам года и на улучшение качества воды. Установлено, что по объему половодья реки с большой лесистостью водосборов в сходных природно-географических условиях мало отличаются от рек, бассейны которых имеют меньшую лесистость. Вместе с тем доля стока половодье первых рек (с более высокой лесистостью) уменьшается и составляет одну треть годового, тогда как с малолесных бассейнов сток в период половодья составляет более двух третей годового стока. С ростом лесистости водосборных бассейнов замедляется подъем половодья и увеличивается его продолжительность, а также уменьшается максимальный модуль весеннего стока.

Особенно заметно водорегулирующая роль леса проявляется в летне-осенний и зимний периоды. Анализ многолетних данных гидрометеорологических станций показал, что модули минимального стока, характеризующие подземное питание рек, во всех районах, за исключением центральной части СССР, на реках с большим процентом лесистости выше, чем на малооблесенных водосборах. Увеличение лесистости способствует также снижению летних паводков. Исследования последних лет убедительно свидетельствуют о том, что в сходных условиях влияние леса на сток зависит не только от процента лесистости, но и от состава, возраста древостоев, а также от типологической структуры лесов. На водосборах с преобладанием лиственных лесов, особенно молодого возраста, увеличивается составляющая весеннего стока и уменьшается летне-осенняя, по сравнению с водосборами, покрытыми хвойными и хвойно-лиственными древостоями. В бассейнах рек с преобладанием лишайниковых, вересковых и брусничниковых типов леса вследствие более сильной инфильтрации воды и уменьшения внутрипочвенного стока, в сравнении с другими типами леса, возрастает продолжительность половодья и улучшается питание рек в летне-осенний период. В последние годы все большее признание находит не только водорегулирующая, но и водоохранная роль леса, которая проявляется в увеличении суммарного стока рек. Однако эту роль нельзя сводить только к количественной оценке, необходимо также учитывать те весьма важные водозащитные функции, которые выполняют леса. Установлено, что лес оказывает существенное влияние на качество воды, поступающей в реки и водоемы. Вода в реках с более облесенными водосборами и особенно на тех из них, где вдоль рек, оврагов, балок имеются лесные насаждения, отличается пониженной температурой, более благоприятными физическими, химическими и бактериологическими показателями, чем вода в реках с безлесными и малолесными водосборами. Следовательно, все леса, произрастающие вокруг водохранилищ, вдоль рек и других элементов гидрографической сети, выполняют весьма важные водозащитные функции. Лес имеет не только водоохранное, водорегулирующее, но и большое почвозащитное значение. Он предохраняет почву от ветровой и водной эрозии как на той территории, где произрастает, так и на значительном расстоянии.

Особенно велика почвозащитная роль леса в тех случаях, когда он произрастает на песчаных легкоразвеваемых почвах по берегам рек, водохранилищ, в овражно-балочных системах, в местах образования лавин и селей. Большую кольматирующую роль выполняют леса в поймах рек, вокруг карстовых воронок. Велика почвозащитная роль и всех горных лесов. Вследствие большого выпадения осадков и значительной крутизны склонов безлесные участки в горах имеют очень высокие коэффициенты стока и подвержены эрозионным процессам. Вместе с тем следует отметить, что отдельные пояса гор выполняют далеко неоднородную гидрологическую роль. Особенно велика роль лесов по границам с тундрово-гольцовыми комплексами, альпийскими и субальпийскими лугами. Все высокогорные леса выполняют значительно большую водоохранную роль, чем нижерасположенные. Поэтому приемы ведения лесного хозяйства в различных поясах должны существенно различаться. Водоохранные, водорегулирующие и почвозащитные функции лесов взаимосвязаны. Основной причиной водной эрозии почв является поверхностный сток. Леса, выполняющие одновременно водоохранные и защитные функции, называют водоохранно-защитными. Во всех природно-географических районах, за исключением многолесных таежных, водосборные бассейны облесены лишь частично. Поэтому возникает вопрос об установлении оптимальной лесистости, при которой леса наиболее полно и всесторонне выполняли бы водоохранную, почвозащитную, климаторегулирующую функции и способствовали повышению продуктивности сельского хозяйства. В настоящее время разработаны нормативы оптимальной лесистости, по которым она уже определена для ряда районов страны. Однако успешное выполнение лесами водоохранно-защитной роли во многом зависит также от рационального размещения лесов в границах каждого водосборного бассейна рек, а в пределах их - и на отдельных мелких элементарных водосборах, в которых формируются ключи, ручьи и временные водотоки. Наиболее ярко водоохранно-защитные свойства лесов проявляются в тех случаях, когда они сравнительно равномерно размещены по площади водосбора и в первую очередь - на склонах водоразделов, вдоль оврагов и балок, коренным и меженным берегам рек, а также вокруг озер и водохранилищ.

Под влиянием различных лесохозяйственных мероприятий (рубки главного и промежуточного пользования, механизированная трелевка леса, лесовосстановительные работы и т. д.) могут существенно изменяться водоохранно-защитные функции леса. Как было показано выше, эти изменения имеют не только локальное, но и общегидрологическое значение. Из всех способов рубок, применяемых для заготовки древесины, наибольшие изменения в водоохранно-защитную роль лесов вносят сплошные и в первую очередь концентрированные рубки. Отрицательное влияние этих рубок особенно сильно проявляется в горных лесах и в районах с холмистым рельефом. В ряде случаев сплошная рубка леса большими площадями может отрицательно сказаться и на гидрологическом режиме не только малых, но и более крупных рек (усиление паводков, уменьшение уровня воды в меженный период и т. д.). Для устранения таких отрицательных последствий необходимо, в первую очередь в горных лесах, переходить к ведению хозяйства с учетом границ элементарных водосборных бассейнов. При проведении рубок в многолесных горных районах не следует снижать лесопокрытую площадь менее 50-60% общей площади элементарных водосборов. На тех водосборах, где лесопокрытая площадь составляет менее 40-50%, целесообразно проводить только выборочные и постепенные рубки. Механизированные лесозаготовки, проводимые без учета лесоводственных требований, оказывают не менее существенное влияние на изменение водоохранно-защитных функций леса, чем способы рубок. В настоящее время разработаны лесоводственные требования к проведению механизированных лесозаготовок, практическое осуществление которых без существенного увеличения затрат труда и денежных средств на лесозаготовки уменьшает возможность усиления поверхностного стока, эрозии, снижения плодородия лесных почв и ухудшения качества воды.

При проведении лесозаготовок в горных лесах необходимо стремиться к уменьшению размера минерализованной поверхности почвы. Это достигается применением на трелевке воздушно-трелевочных установок и совершенствованием технологического процесса лесозаготовок при тракторной трелевке. Исследования показали, что при оценке новой лесозаготовительной техники нельзя исходить только из учета повышения производительности труда на лесосечных работах и снижения стоимости заготовленного кубометра древесины; в этом случае должен быть всесторонний подход. В первую очередь следует отдать предпочтение тем машинам и технологическим схемам организации лесосечных работ, при которых суммарные за- траты труда и денежных средств на заготовку древесины и восстановление каждого гектара леса будут наименьшими, а лесорастительная среда будет лучше сохранена. Протекающая в настоящее время под влиянием сплошных рубок смена хвойных лесов на лиственные часто снижает водоохранно-защитные функции лесов. Лиственные древостой, особенно в молодом возрасте, значительно хуже выполняют водорегулирующую роль, чем смешанные хвойно-лиственные. Это обстоятельство следует учитывать при проведении основных лесохозяйственных мероприятий в лесу. Некоторые приемы лесовосстановления горных лесов, например посев и посадка в площади и полосы, подготовленные корчевателями и бульдозерами, не способствуют выполнению основной задачи горного лесоводства - сохранению водоохранно-защитной роли и повышению продуктивности лесов. При таких способах создания лесных культур водоохранно-защитные свойства лесов восстанавливаются обычно через 30-40 лет. Установлено, что все леса в той или иной мере выполняют водоохранно-защитную роль, но в пределах каждого лесного массива не все лесные участки выполняют ее в одинаковой мере. Трудно переоценить водорегулирующую, защитно-аккумулятивную роль лесов, произрастающих вдоль водотоков.