Вода обладает чрезвычайно ценными свойствами, обеспечивающими существование живых организмов на Земле и развитие процессов их жизнедеятельности. Вода является наилучшим растворителем, обладает большой теплоемкостью, входит в состав клеток и тканей животных и растений. В молодых растениях количество ее может достигать 90--95 % общей их массы. В зависимости от концентрации воды в тканях растений меняется количество поглощаемой углекислоты. Максимальная ассимиляция происходит при оптимальном содержании влаги. На дыхание растений уходит 0,9 % энергии, 0,08 % воды и 45 % углекислоты. Большая потеря воды растениями, так же, как и ее недостаток, отрицательно сказывается на фотосинтезе древесных, кустарниковых и напочвенных растений. Благодаря способности к фотосинтезу и ассимиляции растения занимают определяющее место в круговороте веществ в природе. Вода как химическое соединение участвует в реакциях фотосинтеза. Сильно транспонирующие древесные породы - береза, ясень, бук и сосна. Слабо транспонируют влагу граб, клен остролистный, дуб и ель. Активность транспирации зависит от многих физических и метеорологических факторов среды: ветра, влажности воздуха, влажности почвы, интенсивности солнечной радиации, атмосферного давления и самой площади испаряющей поверхности. Таким образом, транспирация леса зависит от состояния погоды и влажности почвы. Транспирация дерева зависит также от формы и структуры кроны, освещения и действия ветра на отдельные органы Деревьев и кустарников. Например, при достаточном водоснабжении кроны ели работают равномерно, при недостатке влаги наиболее активна верхняя и освещенная часть кроны.
Наиболее транспортирующие породы - тополя и ивы, предпочитающие влажные места. Среднее положение занимают остальные лиственные породы. Менее транспортирующими являются хвойные. Транспирация леса обеспечивает саморегуляцию живых растений. Через транспирацию дерево реагирует на увеличение солнечной радиации или ускорение движения воздуха. Резкое падение относительной влажности воздуха отрицательно сказывается на устричной транспирации листьев. Транспирацию леса следует рассматривать как один из важнейших процессов его жизнедеятельности. Этот процесс то ослабляется, то усиливается у деревьев и в целом у лесного полога в зависимости от возрастной структуры леса, типа леса, характера почвы и обеспеченности их влагой, уровня грунтовых вод, метеорологических условий, массы листьев и их расположения и многих других факторов.
Распределение осадков в лесу
Выпавшие над лесом атмосферные осадки проникают под полог и стекают с поверхности почвы, часть их проникает в почву, некоторая доля задерживается кронами деревьев, кустарников, живым напочвенным покровом, а часть испаряется обратно в атмосферу. Наибольшее количество осадков задерживают еловые и пихтовые насаждения, меньше задерживают сосновые и лиственные. Количество задержанных осадков зависит от их интенсивности, а также от состава, полноты, возраста и структуры насаждения. Чем медленнее выпадают осадки, тем больше их задерживается кронами и меньше попадает в почву. При сомкнутости крон 0,9 значительная часть выпадающего дождя задерживается кронами верхнего яруса древостоя. Однако проникновение влаги под полог леса зависит от длительности и характера выпадающих осадков. Молодые высоко полнотные насаждения задерживают осадков кронами больше, чем насаждения зрелого возраста.
Отношение древесных пород к влаге
Древесные породы по-разному относятся к влажности почвы и воздуха. Некоторые из них произрастают только в теплых районах с большой влажностью воздуха, например бук, а другие древесные породы могут выдерживать сухой климат (дуб). Обеспеченность древесных пород влагой зависит от количества осадков и температуры воздуха. Чем температура воздуха выше, тем интенсивнее испарение с поверхности почвы и тем больше потребность растений во влаге при транспирации.
У древесных пород, которые произрастают при недостатке влаги в почве и воздухе, корневая система обычно сильно разветвлена, листья или хвоя покрыты кожицей (у сосны, дуба, можжевельника). У некоторых растений (саксаул) листья редуцированы в чешуйки. Другие древесные породы, как ясень обыкновенный, хорошо чувствуют себя в пониженных местах, ольха черная на мокрых почвах, но с проточной водой.
Лиственница, ель, пихта, липа, береза, дуб, бук, орех и др. хорошо растут на свежих почвах. На состав и характер древесной растительности большое влияние оказывает разный режим влажности. Многие древесные породы плохо реагируют как на недостаток, так и на избыток влаги. Временное затопление переносят такие породы, как дуб, тополь, ива. На увлажненных почвах успешно растут сосна обыкновенная, кедр сибирский, береза пушистая. Избыточное увлажнение часто приводит к заболачиванию лесов.
Потребность и требовательность к влаге. Количество влаги, необходимое для нормальной жизнедеятельности растения, называют потребностью. Под требовательностью понимают способность растений удовлетворять свою потребность при той или иной влажности почвы.
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.
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 высоко полнотные насаждения. Лиственные леса из бука и липы задерживают осадков больше, чем березовые и осиновые насаждения.
Изменяя состав леса, его полноту, форму и возрастную структуру, можно регулировать количество задерживающихся на кронах и проникающих под полог леса осадков.
Лес оказывает положительное влияние на чистоту стоковой воды, поступающей в водоемы с водосборных площадей. Лесные насаждения уменьшают щелочность, жесткость, улучшают органолептические свойства воды (прозрачность, цвет, запах и т. д.). Чтобы вырастить богатый урожай, человек употребляет все больше минеральных удобрений. Для борьбы с вредителями и сорняками применяются также химикаты. Их значительная часть достигает цели. Но другая доля с талыми водами весной, а также во время ливневых дождей попадает в водоемы, и тогда эти вещества становятся опасными. В воду также попадают отбросы промышленных предприятий. Сейчас в стране действует законодательство, установившее ответственность за чистоту окружающей среды. Для очистки стоков промышленных вод строятся специальные сооружения. Но на огромных пространствах сельскохозяйственных полей таких сооружений не построишь. Единственным защитником здесь может быть лес. Вода несет в озера различные примеси. Но вот на пути потока встречаются различные насаждения. Сила потока гасится. Лесная подстилка, подобно губке, впитывает воду. Встречаясь с мелкими корнями, взрыхлениями в почве, воды постепенно проникают в почву, пополняют грунтовые воды, выходят на поверхность, питают реки, озера, водохранилища. Проникновение воды в почву зависит от ее физических свойств и в первую очередь от ее водопроницаемости. Пока вода проходит по почво-грунту, она фильтруется, химически вредные вещества чаще всего вступают в реакцию с элементами почвы и нейтрализуются.
Насаждения по-разному влияют на чистоту и качество воды. Вода, поступающая с безлесной площади, имеет высокую цветность, а после прохождения соснового насаждения цветность резко снижается. Прозрачность воды, поступающей с безлесной площади, отсутствует, а после прохождения через сосновое насаждение увеличивается. Лесные насаждения уменьшают жесткость воды. Таким образом, лесные насаждения играют роль естественного фильтра очистителя и улучшают органолептические свойства воды.
Лес влияет на изменение химического состава воды; например, атмосферная влага, проникая сквозь древесный полог, обогащается минеральными веществами, качество и количество которых зависит от состава, возраста, полноты насаждения. Количество химических элементов в осадках, проникающих сквозь древесный полог, выше, чем в осадках, выпадающих на безлесный участок. Атмосферные осадки, проникающие через насаждения ясеня, содержат больше химических элементов, чем осадки, проникающие через полог дубового насаждения. Вода, соприкасаясь с почвой, занятой лесом, и остатками органических веществ, вымывает из них различные соединения, приобретая определенный химический состав. Поэтому способы рубки леса и очистки лесосек влияют на качество воды.
Гидрологическое значение леса
Лес влияет на количество влаги и характер ее распределения. Над лесом воздух всегда влажный, конденсация водяных паров больше. Водорегулирующая роль лесов зависит от лесистости водосбора и размещения в нем лесных массивов. Лес увлажняет климат и почву и высушивает болота и подпочву. Действительно, в степных районах лес является увлажнителем, на севере он может быть осушителем. Эти особенности леса имеют большое значение при его выращивании и эксплуатации.
Леса выполняют водоохранную и водорегулирующую роль, снижают паводки и предупреждают наводнения. Реки, протекающие среди лесных массивов, круглый год имеют достаточное количество воды, в то время как реки безлесных районов весной выходят из берегов, а в летнее время часто пересыхают.
В степных условиях лес является собирателем и накопителем влаги на полях. Лесные массивы и лесные полосы в степях повышают влажность атмосферы и почвы, задерживают снег на полях, способствуют пополнению грунтовых вод, закрепляют почвы, приостанавливают черные бури. В горных условиях лес предохраняет склоны от разрушения потоками воды. В весеннее время снег в лесу тает медленнее. Образовавшаяся влага проникает в почву и пополняет грунтовые воды, а грунтовые воды в свою очередь являются источником равномерного пополнения водой горных рек и озер.
Леса в зависимости от их назначения и роли условно можно разделить на 4 категории: водоохранные, водорегулирующие, защитные и водоохранно-защитные.
Водоохранные - леса, обеспечивающие непрерывное и равномерное поступление воды в реки, озера и другие водоемы и предохраняющие естественные и искусственные водоемы от загрязнения и засорения.
Водорегулирующие леса - леса, предотвращающие наводнение и заболачивание и содействующие лучшему дренажу почв.
Защитные - леса, предохраняющие почву от обвалов, размыва и смыва (водной и ветровой эрозии) и защищающие поля и населенные пункты от неблагоприятных последствий атмосферных осадков.
Водоохранно-защитные леса - леса, выполняющие одновременно и водоохранные и защитные функции.
Атмосферные осадки являются основным источником влаги для жизнедеятельности насаждений. Недостаток влаги, как и ее избыток, отрицательно влияет на рост и развитие древесных пород. Насаждения, произрастающие на сухих почвах, характеризуются однообразным составом, редким размещением деревьев. По площади насаждения, произрастающие на умеренно влажных почвах, имеют примесь других пород в составе, деревья крупнее, количество их, на единицу площади возрастает.
Насаждения, произрастающие на сильно увлажненных почвах с застойной водой, не достигают крупных размеров по высоте и диаметру, качество древесины низкое. Недостаток влаги в почве может привести к гибели лесных культур ели, а также приводит к снижению среднего годичного прироста и общей продуктивности насаждений. В период подтопления наблюдается кратковременный избыток влаги в лесу. В весеннее время в период разлива рек, в местах водохранилищ, где изменяется уровень воды, отдельные насаждения затопляются. У ивы и ольхи черной в период избытка влаги не нарушаются физиологические процессы роста. Дуб реагирует болезненно на временные подтопления, а длительные не переносит - погибает. Сосна замедляет рост, а иногда подтопление вызывает изменения в корневой системе.
Из множества минеральных веществ растениям необходимы три: азот, фосфор, калий. В разный период жизни эти элементы нужны в разном количестве. Например, в период интенсивного роста растениям необходим азот, в период плодоношения - фосфор, в конце вегетации необходим калий, повышающий морозостойкость. Растениям также необходим зольный элемент, который представляет собой соединение металлов (железо, кальций, магний, цинк и т.д.). Питательные элементы поступают в почву в основном благодаря разложению подстилки. На питомниках при отсутствии подстилки вносится комплекс минеральных удобрений. Азот в почву также поступает из атмосферы, благодаря разряду молний. Какая-то часть азота поступает в почву в результате деятельности клубеньковых бактерий бобовых растений, чем часто пользуются лесоводы, высевая люпин, акацию на бедных лесных почвах.
Вывод: вода играет важную роль в жизни леса. Она растворяет минеральные вещества почвы, участвует в фотосинтезе, транспирации, является составной частью клетки. Вместе с водой растения потребляют минеральные питательные вещества, необходимые для жизни леса. Вода обладает чрезвычайно ценными свойствами, обеспечивающими существование живых организмов на Земле и развитие процессов их жизнедеятельности. Вода является наилучшим растворителем, обладает большой теплоемкостью. Лес, в свою очередь, перераспределяет выпадающие осадки, формирует водный режим, представляющий совокупность явлений, определяющих поступление атмосферных и грунтовых вод в лес, использование их лесом, а также передвижение воды внутри леса и за его пределы.