Лес и жизнь

Занимая третью часть поверхности суши, леса оказывают большое и разнообразное влияние на покрытые ими участки территории и прилегающие пространства. В процессе фотосинтеза, дыхания и транспирации (расход влаги) леса выделяют во внешнюю среду энергию и биологически активные вещества, а также воздействуют на окружающее пространство как физические тела, отражая и поглощая солнечную радиацию, задерживая часть атмосферных осадков, изменяя поверхностный и подземный сток, ветровой режим и турбулентный обмен, аккумулируя частицы пыли и промышленных выбросов.

Интенсивность трансформационного влияния лесов на основные факторы среды зависит от типологического состава, морфологических признаков и размещения насаждений, общего количества их фитомассы и времени года. Продуктивность фитомассы определяет влажность, температуру воздуха и почвы, испарение, освещенность, жидкие и твердые осадки. В активный вегетационный период увеличивается приток солнечной радиации, усиливаются физиологические, биохимические процессы и влияние лесных фитоценозов на окружающую среду. Зимой лиственные деревья не имеют ассимиляционного аппарата, а хвойные почти прекращают фотосинтез, и поэтому сохраняется в основном только физическое воздействие лесов на природу.

Средообразующая роль леса проявляется прежде всего в способности зеленых насаждений снижать концентрацию углекислого газа в воздухе и одновременно обогащать его кислородом. История познания этого вопроса довольно интересна. В 1889 году известный английский физик Томсон опубликовал сенсационную статью, в которой указывал, что через 400-500 лет все живое на земле погибнет от недостатка кислорода, атмосферные запасы которого будут истощены. Несостоятельность заявления Томсона доказал русский профессор К. А. Тимирязев. Он заявил, что при разработке своей теории Томсон не учел силу зеленого листа и его способность пополнять воздух новыми запасами кислорода. Весь атмосферный кислород накоплен в процессе жизнедеятельности зеленых растений. Доводы были столь убедительными, что Томсону пришлось официально признать свою ошибку.

Все же заявление Томсона привлекло внимание к состоянию атмосферы, и начиная с 1910 года во многих странах начаты регулярные наблюдения и систематические исследования состава воздуха. Ученые подсчитали, что за время существования человека израсходовано 273 миллиарда тонн кислорода, в том числе за последние 500 лет - 246 миллиардов тонн, причем расход кислорода постоянно растет^*.

^* (Протопопов В. В. Средообразующая роль темнохвойного леса. Новосибирск: 1975. - с. 241.)

За год человек перегоняет через свой организм 8000 килограммов воздуха, в том числе 1800 килограммов кислорода, из которого только 400 используются на жизненные функции. За это же время он выдыхает около 550 килограммов углекислого газа.

Атмосферный кислород расходуется на дыхание живых существ, сжигание топлива, гниение и разложение органического вещества. По данным ЮНЕСКО, в 1978 году население нашей планеты составляло 3,2 миллиарда человек, а расход кислорода превышал потребности на дыхание 50 миллиардов жителей. В ближайшей перспективе потребление кислорода должно увеличиваться примерно на 10 процентов в год.

Необходимо отметить, что мнения ученых по вопросу кислородного голодания различны. Часть исследователей считает, что запасы кислорода на земле практически безграничны и относят атмосферный воздух к категории неисчерпаемых ресурсов. Член-корреспондент АН СССР М. И. Будыко указывает, что современное содержание кислорода в атмосфере близко к его максимальному значению, когда-либо имевшему место на протяжении известной нам геологической истории земли, и убывание массы кислорода за последние 100-150 миллионов лет пока еще не создает угрозы для существования живых организмов.

Не менее важное экологическое значение имеет поглощение растительностью' из атмосферы углекислого газа. При среднем содержании углекислоты в атмосфере равном 0,032 процента, ее минимальная концентрация отмечена на Шпицбергене - 0,015, а максимальная - в промышленных центрах юга США - 0,078 процента. Известно, что повышение содержания углекислого газа в воздухе угнетающе действует на животных, вызывая при 0,07 процента ухудшение дыхания, а при концентрации свыше 4 процентов приводит их к гибели.

Большая часть поступающего в воздух углекислого газа расходуется на фотосинтез и поглощается при выветривании горных пород. Остальная - задерживается в атмосфере. Наблюдения, которые проводятся с середины прошлого века, показывают, что за последние 50 лет концентрация углекислоты в атмосфере увеличилась примерно на 10 процентов. Предполагается, что к 2000 году количество углекислого газа увеличится на 20 процентов.

С ростом концентрации углекислого газа возрастает интенсивность фотосинтеза, однако создаваемое при этом дополнительное органическое вещество через ограниченное время минерализуется, освобождая затраченную на него углекислоту. Повышение содержания углекислоты поднимает среднюю глобальную температуру воздуха за счет так называемого "парникового эффекта". Именно с глобальным потеплением ученые связывают рост частоты засух в умеренных широтах северного полушария. В 1972- 1980 годах крупные засухи ежегодно отмечались в Европе, Азии и Северной Америке, в том числе дважды (в 1972 и 1975 годах) на территории нашей страны. Получены данные об уменьшении площади морских полярных льдов.

Есть все основания полагать, что климатические условия ближайших десятилетий будут определяться дальнейшим нарастанием концентрации углекислого газа. Сжигая запасы угля и нефти, накопленные природой за сотни миллионов лет, человек с быстротой восстанавливает химический состав древней атмосферы. Как известно, концентрация углекислоты на протяжении известной нам истории земли до середины третичного периода была постоянно высокой, и в прошлом преобладал более теплый климат, характерной чертой которого было отсутствие полярных льдов.

Обеднение атмосферы углекислым газом в олигоцене и плиоцене, когда его концентрация была ниже современной, наряду с изменениями в строении рельефа привело к образованию полярных оледенений.

Происходящее в наши дни обогащение атмосферы углекислотой, некоторое потепление и увеличение продуктивности зеленых растений можно рассматривать как своеобразное "омоложение" биосферы. Такие изменения могут быть благоприятными в зоне холодного и континентального климата. На территориях с неустойчивым увлажнением уменьшится количество осадков, изменится баланс прессой воды и уровень внутренних водотоков. Дальнейшее развитие потепления может привести к частичному или полному таянию морских полярных льдов, последствия которого на хозяйственную деятельность оценить сейчас невозможно. Поэтому резкое повышение концентрации углекислого газа в атмосфере нельзя считать желательным.

Для предотвращения последствий потепления необходимо найти пути оптимального планирования хозяйственной деятельности в условиях происходящего изменения климата. По нашему убеждению, важное место в регулировании климатических условий будущего будет отведено зеленым насаждениям. Проведение эффективных мероприятий по охране природы и своевременного выполнения крупных лесохозяйственных работ может оказать положительное влияние на поглощение углекислого газа и поступление в атмосферу свободного кислорода.

Наблюдения показывают, что в теплые солнечные дни один гектар леса поглощает за сутки 220-280 килограммов углекислого газа и выделяет 150-220 килограммов кислорода, достаточного для дыхания 40-50 человек. Гектар елово-лиственного леса в возрасте 30-40 лет ежегодно использует до 17,5 тысячи тонн углекислоты и выделяет до 13 тысяч тонн кислорода.

Ежегодный прирост органической массы в лесах СССР составляет примерно 2,2 миллиарда тонн. Для его формирования поглощается 4 миллиарда тонн углекислого газа и выделяется при этом 3,11 миллиарда тонн кислорода.

Ассимиляционная и продуцирующая способность насаждений определяется интенсивностью фотосинтеза, продолжительностью вегетационного периода, общей поверхностью листвы и в значительной степени зависит от их возраста, бонитета, типологической принадлежности и прироста фитомассы. Максимальное количество кислорода вырабатывают древостой в возрасте от 40 до 60 лет в период кульминации прироста органического вещества. Вырабатываемый лесами кислород переносится ветром на большие расстояния, улучшает состав воздуха городов и поселков.

Основным источником энергии для фотосинтеза и транспирации является солнечная энергия. Многочисленными опытами установлено, что зеленые растения усваивают лишь один процент падающей на землю солнечной энергии, переводя ее в потенциальное состояние. Если учитывать только поглощаемые хлорофиллом лучи видимого спектра (поскольку инфракрасные лучи не адсорбируются), то величина связываемой солнечной энергии составит примерно два процента. Принимая во внимание сезонное развитие зеленого покрова, высчитали, что в среднем используется лишь 0,1-0,2 процента годовой величины солнечной радиации.

Зеленые насаждения значительно снижают как прямую, так и рассеянную радиацию. Величина светового потока под пологом древостоев характеризуется большим разнообразием и находится в прямой зависимости от состава, возраста, производительности, строения, структурны и условий произрастания насаждений, сомкнутости и ажурности полога, площади листовой поверхности.

Интенсивность освещения второго яруса и напочвенного покрова сильно изменяется в течение дня. В полуденные часы она бывает почти в два раза выше, чем в утренние и вечерние. На сплошных вырубках освещенность достигает максимального значения, однако в местах с сохранившимся подростом или на небольших куртинах молодняка можно встретить участки, которые по суммарной интенсивности света приближаются к условиям лесной среды. В дальнейшем под влиянием восстановления древесной растительности интенсивность проникающего под полог света уменьшается.

Заметное влияние на режим солнечной радиации на вырубках оказывают примыкающие к ним стены леса, при этом южная опушка древостоя высотой 25 метров влияет на уменьшение интенсивности света на вырубке на расстояние до 30 метров от стены леса к центру вырубки, а северная - ограничивается узкой полосой шириной пять метров.

Интенсивность солнечной радиации прямо или косвенно определяет другие факторы среды и, прежде всего, ее термические условия. Используя тепловую энергию солнца, лесные сообщества трансформируют климатические ресурсы тепла на занятой ими территории. Под пологом леса создаются свои микроклиматические условия. Они связаны с составом, возрастом, состоянием насаждений и прохождением ими фенологических стадий развития. На микроклимат леса оказывают влияние рельеф, экспозиция склона, крупные озера, водохранилища и другие факторы. В разных типах леса изменения основных климатических факторов среды во многом сходны в количественном и качественном выражениях. Разница бывает лишь в насаждениях, резко отличающихся между собой по ряду признаков. Однако она всегда меньше, чем это кажется на первый взгляд.

Температура воздуха в лесу отличается большей устойчивостью, чем в поле, минимумы и максимумы выражены здесь менее резко. Среднегодовая температура воздуха в темнохвойном лесу ниже, чем на поляне или вырубке на 0,5-0,7 градуса. В зависимости от погодных условий в отдельные годы разница температур может увеличиваться или уменьшаться, но не более чем на 0,2-0,3 градуса, а зимой она никогда не превышает среднегодовых величин. С наступлением весны разница в температурах постепенно нарастает до 0,7-0,9 и достигает максимума 1,2-1,5 градуса в наиболее теплые месяцы. Осенью отмеченные раз-личия снова уменьшаются.

При некотором общем понижении среднегодовой температуры воздуха лес может оказывать утепляющее влияние на занятую им территорию. Минимальная температура воздуха зимой в лесу обычно на три-четыре градуса выше, чем на открытом участке. Однако более типичным для леса является охлаждающее влияние на среду, которое проявляется особенно контрастно в теплое время. Наиболее ясно утепляющее или охлаждающее влияние зеленых насаждений выражено в периоды экстремальных температур. В это время темнохвойные и смешанные древостой понижают максимальную температуру на четыре-шесть градусов и повышают минимальную - на три-четыре градуса. В Средней Сибири годовая амплитуда температур на вырубках достигает 60-75 градусов, а в еловом древостое она не превышает 52-61 градуса.

Особенно большие различия в температурах наблюдаются на высоте пять сантиметров от поверхности почвы. При поднятии до 150 сантиметров разница крайних показателей в лесу и на вырубках меньше в два-три раза.

Нижние ярусы древостоя в зависимости от состава, высоты особей, формы листовых пластинок, густоты и веса фитомассы также оказывают различное влияние на микроклимат в нижнем приземном слое воздуха. Роль нижних ярусов особенно контрастно проявляется в периоды экстремальных значений. Специфические температурные условия создаются в биогруппах подроста. Они проявляются в охлаждающем влиянии на среду в дневные часы и в незначительном утепляющем эффекте в раннее утреннее время. Влияние биогрупп распространяется на окружающее пространство в радиусе до 1,5 метра.

Формируясь под пологом древостоев, лесной фитоклимат оказывает влияние на прилегающие сплошные вырубки, прогалины и поляны. Температурные условия вырубок определяются их размерами и формой. При большой площади вырубки влияние насаждений ограничивается узкой полосой вдоль сохранившихся стен леса. На остальной территории ветер перемешивает массы воздуха в приземном слое, и температурный режим остается аналогичным климату открытых пространств. Уменьшение размера вырубок способствует застою воздуха, его перенагреванию днем и переохлаждению ночью. На небольших полянах температурные колебания сглаживаются воздушными массами, поступающими из-под полога примыкающего леса. Это влияние тем сильнее, чем реже опушка. Если опушка сильно облиственна или заросла подростом, проникновение воздуха затруднено. Таким образом, путем изреживания опушек можно избежать появления морозобойных ям на небольших полянах и вырубках.

В горных лесах наиболее холодными бывают верхние и нижние части склонов. Середина склона отличается более теплым климатом и меньшими амплитудами температурных колебаний. Вверху воздух охлаждается, становится более тяжелым и стекает вниз по склону. Если на пути встречается препятствие в виде расположенной поперек склона полосы леса, то холодный воздух накапливается у его верхней границы. Примыкающее к лесу пространство" у нижней части склона освобождается от холодного воздуха, который скатывается вниз, и температура здесь оказывается значительно выше, чем у верхней его части. Поэтому верхнюю и нижнюю части склонов часто покрывает низкопродуктивная растительность, а середина обычно занята высокопродуктивными лесами.

Зеленые насаждения оказывают значительное влияние на температурный режим городов. При наличии вблизи города крупных лесных массивов или лесистости пригородов, более 30 процентов, температура воздуха в городе в течение вегетационного периода снижается на 5-13 градусов. При увеличении лесистости на 10 процентов температура воздуха повышается на два десятых градуса. Температура воздуха среди внутригородских зеленых насаждений летом на семь-десять градусов, в скверах - на пять-шесть, в палисадниках - на три-четыре и в однорядных уличных посадках - на два-три градуса ниже, чем на городских улицах и площадях. Вследствие усиления циркуляции воздуха вблизи зеленых насаждений, в жилых кварталах, расположенных в 100 метрах от них, температура воздуха на 1-1,5 градуса ниже, чем на более удаленных участках

Большое и разностороннее влияние оказывает лес на температуру почвы. Лес затеняет поверхность почвы и уменьшает приток тепла в дневные часы, предохраняет почву от излучения и уменьшает потери тепла в ночное время, отнимает тепло от почвы и расходует его на создание органического вещества, затрудняет турбулентные перемещения воздуха и снижает отдачу почвой тепла в приземные слои атмосферы. В летние месяцы лес действует на почву охлаждающе. Зимой почва в лесу промерзает на меньшую глубину по сравнению с безлесным пространством, потому что снежный покров в лесу выше и рыхлее, чем в поле.

Известно, что почва сама оказывает заметное влияние на формирование микроклимата приземного слоя воздуха. Она является своеобразным аккумулятором тепла, регулирующим тепловой режим территории. Так как температура почвы непосредственно связана с теплообменом между почвой и нижними слоями воздуха, в ней отмечаются те же различия, которые наблюдаются в температурном режиме воздуха под пологом леса и на открытом пространстве. Так же как и температура воздуха, температура почвы отличается пространственной неоднородностью, которая определяется особенностями строения древесного полога, возрастом древостоя, общим запасом фитомассы, насыщенностью занятого ею пространства, живыми организмами и рядом биометрических показателей. В отличие от теплового режима воздуха температурный режим почвы сильно изменяется в зависимости от типов леса.

Исследованиями В. В. Протопопова установлено, что темнохвойные леса оказывают в основном охлаждающее влияние на почву. В течение года на глубине 40-320 сантиметров почва в лесу холоднее в среднем на 1 -1,8 градуса. Однако в конце осени и начале зимы она теплее, чем на открытых участках. Несколько теплее почва в январе, феврале и марте. Понижение температуры почвы, особенно в теплый период, является более характерным и значительным по величине.

Летом в хвойно-лиственных молодняках на глубине пять сантиметров почва холоднее в среднем на 0,8-1,7 градуса, а в спелых и приспевающих древостоях на 3,2 градуса. На глубине 20 сантиметров разница увеличивается до 1,7-3,7 градуса. Еще заметнее эти различия на поверхности почвы. Максимального значения разница достигает во внутригородских насаждениях, где она составляет 17-24, а в однорядных уличных посадках на 6-10 градусов ниже, чем на незалесенных территориях города.

Изменения температурного режима почв в течение вегетационного периода определяются их типом, составом, возрастом насаждения и рядом других причин. В хвойно-лиственных молодняках почва быстрее прогревается в начале вегетации и охлаждается после ее окончания. В спелых хвойных древостоях отмечается замедленное накопление тепла в весенние месяцы и более медленное остывание осенью. На торфянисто-перегнойных глеевых почвах температура обычно значительно ниже, чем на подзолистых. Это объясняется низкой теплопроводностью верхнего торфянистого горизонта.

Биогруппы подроста действуют на почву как дополнительный охлаждающий фактор. В куртинах возобновления темнохвойных пород температура почвы в среднем на 0,5 градуса ниже, чем на соседних участках насаждений. Здесь она холоднее и в зимнее время. Удаление подстилки и травянистой растительности всегда способствует значительному повышению температуры почвы как в лесу, так и на вырубках.

Влияние леса на водный баланс территории проявляется прежде всего в конденсации горизонтальных осадков, задержании или перехвате кронами части вертикальных осадков, изменении химического состава прошедших через кроны жидких осадков. Длительное время дискуссионным оставался вопрос о влиянии леса на количество выпадающих осадков.

Более ста лет назад существовало мнение, что лес повышает количество осадков. Это объяснялось его способностью "притягивать дожди". Несколько позднее влияние леса на увеличение осадков связывалось с его охлаждающим и увлажняющим эффектом. Одновременно высказывались сомнения, основанные, главным образом, на различиях в точности измерения осадков в лесу и на вырубках за счет разного улавливания их дождемерами.

Только в последние годы данные многочисленных метеорологических станций окончательно убедили скептиков в. том, что с увеличением лесистости количество осадков возрастает как по сезонам, так и в течение всего года. Наблюдениями установлено, что с повышением лесистости на 10 процентов, осадки в различных природных зонах увеличиваются на 2 процента. Причиной этого является шероховатость лесного полога, который действует на осадки, как небольшие возвышенности, вызывая дополнительную аккумуляцию водяных частиц и выпадение их в виде дождя и снега.

Одной из форм влияния леса на водный баланс местности является его способность улавливать горизонтальные осадки. Находясь в лесу рано утром, можно наблюдать, как с листьев или хвои стекает вода, образовавшаяся при конденсации паров в предутренние часы. Имея огромную охлаждающую поверхность в виде листьев, ветвей, сучьев и стволов, лес содействует конденсации паров лучше, чем другие типы растительности, и накапливает их в виде изморози, инея и росы. Количество конденсированных осадков зависит от общего веса фитомассы и может достигать значительных величин. В приморских районах такие осадки достигают двух-трех миллиметров в сутки, а за год превышают величину вертикальных осадков в 1,5-2 раза.

В условиях Сибири больше осадков конденсируется на ветвях пихты, затем кедра и значительно меньше на березе, что связано в основном с их листовой поверхностью. Зимой в еловые насаждения поступает дополнительной влаги в среднем 13 процентов, в смешанные елово-лиственные - 14, в кедровые - 7-10 процентов от их общего количества, проникающего под полог.

Одним из ярких проявлений влияния леса на окружающую среду является изменение количества и качества осадков, проникающих под полог леса. Не все выпадающие над лесом осадки достигают поверхности почвы. Часть их задерживается кронами и непродуктивно испаряется, часть по стволам, через кроны и напочвенный покров, проникает непосредственно в почву. Некоторое количество попадающей в почву влаги стекает в виде поверхностного или грунтового стока, перехватывается корнями и путем продуктивной транспирации расходуется на построение органического вещества или возвращается в атмосферу.

В засушливых районах непродуктивное испарение воды с поверхности листьев охлаждает их и тем самым увеличивает продолжительность дневной жизнедеятельности растений.

Суммарный перехват атмосферных осадков зависит от породного состава древостоев, их возраста, запаса фитомассы, индивидуальных особенностей древесных пород, охвоения, угла наклона сучьев, длины хвои, угла ее прикрепления к ветвям и ряда других причин. Влияние температуры воздуха, силы ветра и других метеорологических факторов на перехват осадков сказывается меньше, однако в жаркие летние месяцы полог леса задерживает больше осадков. Максимальное количество влаги задерживают спелые плотно сомкнутые насаждения, минимальное - кустарники. Естественно, что в любом случае на количество задержанных осадков оказывает влияние интенсивность дождя.

Насаждения разного возраста в различных зонах и почвенно-климатических условиях за теплый период задерживают от 12 до 32 процентов осадков от количества выпадающих на открытом участке. Больше дождевой влаги перехватывают пихтовые и еловые насаждения, за ними следуют кедровые, сосновые и лиственничные. Чистые березняки и с примесью хвойных пород улавливают 12-18 процентов осадков, меньше, чем любые хвойные древостой, кроме кедрово-лиственных редколесий у верхней границы леса, которые перехватывают менее 12 процентов, что объясняется небольшим объемом их фитомассы. Максимальное количество влаги задерживается кронами при тихих моросящих дождях интенсивностью 1-5 миллиметров, минимальное - при осадках более 20 миллиметров.

Под полог каждого участка леса проникает различное количество жидких осадков, которое часто выходит за пределы средних значений. Влага достигает почвы через просветы между кронами, стекая с хвои, листьев и непосредственно по стволам деревьев. Количество осадков под кронами увеличивается от центра к периферии. Величина стока по стволам зависит от интенсивности дождя, диаметра деревьев, шероховатости коры, протяженности кроны и обычно не превышает одного процента от осадков открытого пространства. Несколько больше осадков стекает по стволам кедра, меньше - пихты, что объясняется различиями охвоения их крон и разным углом наклона сучьев.

Каждый древостой оказывает значительное физическое влияние на твердые осадки путем перехвата их кронами и накопления под пологом леса. Кроны равнинных темно-хвойных лесов могут задерживать в зависимости от снежности зим от 10 до 18 процентов снега. Формирование снежного покрова в лесу зависит от состава, возраста и сомкнутости насаждений, а также от характера ветра.

На опушках, в лесных колках и горных лесах снег накапливается в результате сноса его из близлежащих открытых территорий. Обычно много снега собирается на небольших полянах или прогалинах среди хвойного леса. С увеличением возраста хвойно-лиственных древостоев глубина снежного покрова больше. Весной лес задерживает таяние снега на 7-20 дней, что замедляет распускание мелкого подроста и предохраняет его от поздних весенних заморозков.

Снег является не только накопителем влаги, но препятствует глубокому промерзанию почвы и гибели растений. При мощности снежного покрова 15-50 сантиметров разница температуры воздуха на поверхности и под снегом достигает 15-20 градусов, при этом она тем больше, чем рыхлее снег. Снег является надежной тепловой защитой для растений и зимующих в почве многочисленных представителей лесной фауны. При заготовке леса он способствует сохранению мелкого подроста. По снежному насту далеко разносятся семена древесных пород.

Мощность снежного покрова определяет географическое распространение и численность диких животных. Например, северный олень не живет в районах, где глубина снега превышает 40-50 сантиметров. Малоснежные леса предпочитает косуля. Дикий кабан не расселяется по большей части лесной зоны из-за обильных снегов. Даже самый выносливый и приспособленный для жизни в лесу лось не встречается в местах с глубиной снежного покрова более 90 сантиметров. Многоснежные зимы затрудняют передвижение и часто вызывают массовую гибель диких животных.

Под влиянием леса повышается относительная влажность воздуха. В хвойно-лиственных молодняках она обычно выше, чем на открытых территориях на 3-5 процентов, а в спелых и приспевающих древостоях - на 5-9. Максимальные различия во всех показателях влажности отмечаются в июне-июле и менее заметны в мае и сентябре. Минимальные показатели влажности обычны в 13 часов, когда наиболее интенсивно проходит испарение. Только в спелых еловых насаждениях минимумы насыщенности воздуха водяными парами сдвигаются на более поздние полуденные часы, когда ослабленный турбулентный обмен, пониженные температуры и постоянное поступление влаги за счет испарения способствуют сохранению высокой влажности воздуха более продолжительное время. В пасмурные дни влажность воздуха под пологом леса и на открытых участках отличается незначительно.

Под кронами деревьев влажность изменяется в зависимости от высоты над поверхностью почвы. Максимального значения она достигает в приземном слое воздуха, затем до высоты двух метров уменьшается и остается примерно неизменной до высоты четырех-пяти метров. С началом кроны влажность вновь повышается, достигая второго максимума в ее середине и затем заметно понижается к верхней границе полога. При наличии второго яруса и вертикальной сомкнутости древостоя эти различия незначительны.

В разных типах темнохвойного леса в 13 часов влажность воздуха на высоте пять сантиметров под густым травяным покровом изменяется от 38 до 82 процентов, а на высоте 150 сантиметров над травами - от 37 до 53 процентов. В другие часы суток разница уменьшается.

Особенно заметны изменения относительной влажности воздуха под влиянием зеленых насаждений в городских условиях. По наблюдениям Л. О. Машинского, на улицах и в жилых кварталах Москвы в летнее время воздух нагревается до 30-35 градусов, его относительная влажность понижается до 20-24 процентов. Вследствие этого создаются условия, сходные с климатом пустынь с их иссушающей жарой и крайней сухостью воздуха. В это же время в городских парках, скверах и вблизи от них воздух влажнее на 7-10 процентов.

Лес как совокупность физических тел задерживает движение масс воздуха и тем самым уменьшает скорость ветра. Интенсивность этих изменений зависит от состава, высоты, сомкнутости, формы насаждения и скорости ветрового потока. При скорости ветра 6-7 метров в секунду внутри сомкнутых хвойных древостоев на удалении 150-200 метров от опушки наблюдается почти полный штиль. Под пологом пихтово-елового леса на удалении 70 метров от опушки средняя месячная скорость ветра в 3-8, а годовая в 5 раз меньше, чем на открытом месте. Спелые еловые насаждения на высоте двух метров уменьшают ветровой поток в 7-17 раз, а елово-лиственные молодняки - в 2-5 раз. Высокопродуктивные кедровые древостой снижают скорость ветра в 5-7 раз.

Тормозящее влияние полога леса на скорость ветра особенно ясно выражено в пространстве, занятом кронами деревьев. При усилении ветрового потока тормозящее влияние крон проявляется слабее. Характер вертикальных профилей ветра определяется составом насаждений. В одноярусном древостое скорость ветра между поверхностью травяного покрова и кронами примерно одинакова. Попадающий под полог воздушный поток еще более ослабляется подростом и кустарниковым ярусом. На поверхности почвы внутри травяного покрова обычно наблюдается почти полное затишье.

Лесные насаждения значительно преобразуют окружающую среду в процессе своей жизнедеятельности. Один гектар хвойно-лиственных молодняков при транспирации за вегетационный период выделяет в атмосферу до четырех тысяч тонн воды, а суммарное выделение влаги с учетом физического испарения с поверхности почвы и осадков, задержанных кронами деревьев, достигает пяти тысяч тонн. Исследованиями последних лет установлено, что при транспирации вместе с парами воды в воздух попадают различные органические и минеральные вещества, значительно изменяющие химический состав атмосферы.

Из древесных пород Сибири наиболее высокой интенсивностью транспирации отличаются сосна и береза, наименьшей - ель. С увеличением возраста древостоев интенсивность испарения уменьшается.

Значительное количество вещества в окружающую среду выделяется с опадом. Исследованиями А. А. Молчанова установлено, что за период жизни одного поколения леса количество опада в три-четыре раза превышает величину органического вещества, находящегося в его живой фитомассе. Вместе с опадом в почву и атмосферу поступает материал и энергия, накопленные насаждением в процессе жизнедеятельности и аккумуляции лучистой энергии солнца. Кроме того, опад существенно влияет на термическое состояние почвы и воздуха, обогащает последний углекислотой, создает лесную подстилку, роль которой в жизни леса огромна.

Один гектар темнохвойного леса ежегодно дает до четырех тонн опада. В хвойно-лиственных: молодняках эта величина изменяется от одной до двух с половиной тонн, в спелых ельниках составляет около трех тонн, а в кедровых насаждениях в возрасте 150-200 лет - до четырех тонн на гектар. Поток энергии, поступающей за счет отмирающей фитомассы, колеблется в пределах от 0,9Х106 до 17,3X106 килокалорий на гектар.

Одновременно с опадом в почву поступает химическая энергия, о количестве которой можно судить по содержанию в органическом веществе зольных элементов. Основная часть химических элементов в опаде представлена азотом, калием и кальцием. Зольные элементы поступают в почву и с жидкими осадками, которые стекают с крон и по стволам деревьев. Общее количество вещества, попадающего под полог леса, в 3-20 раз больше, чем в осадках на открытых участках. Однако по сравнению с опадом эта величина небольшая и составляет от 10 до 25 килограммов на гектар. Химический состав осадков характерен большой макрогеографической изменчивостью. В условиях Западных Саян с жидкими осадками под полог леса на каждый гектар поступает до 20 килограммов кальция, столько же калия, до шести килограммов азота,' до четырех - магния и не более двух килограммов фосфора.

Известно, что почва, климатические условия и влага определяют состав, пространственное размещение и продуктивность лесов. Влияние почвы на состав древостоев всегда можно наблюдать в природе. Так, на чистых песках и болотах обычно растет сосна. На заболоченных участках встречается береза, но там никогда нет пихты, которая предпочитает богатые и дренированные почвы. По берегам и поймам рек обычны топольники и заросли ив. Нередко состав насаждений определяется подстилающими материнскими породами. Эта связь настолько заметна, что геологи по растущим деревьям часто могут определить характер геологических напластований.

Почвы оказывают большое влияние на технические качества древесины, ее цвет, удельный вес, суковатость, прочность, стойкость к загниванию. Они определяют развитие корневой системы. По отношению к почвам все породы можно разделить на требовательные, которые растут только на богатых гумусом и влажных почвах, и малотребовательные, способные занимать бедные почвы с односторонне выраженными свойствами.

Вместе с тем, занимая определенную территорию, лес оказывает обратное воздействие на почву, которое проявляется в формировании определенных ее типов - подзолистых, лесных суглинков, серых лесных и других. Под воздействием хвойных, а в некоторых случаях буковых и осиновых древостоев, образуются подзолистые почвы. Влияние хвойных пород всегда было настолько велико, что подзолистая зона занимает более половины площади европейской части страны и более трех пятых территории Сибири.

Лесные суглинки, буроземы, деградированные черноземы своим появлением обязаны лиственным и прежде всего дубовым и березовым лесам. Впервые теорию деградаций черноземов под влиянием лиственных лесов высказал С. И. Коржинский. Затем она была подтверждена многими видными исследователями - П. А. Костычевым, В. Р. Вильямсом, М. Е. Ткаченко и другими.

Влияние отдельных пород на почвы весьма различно. Оно может быть как положительным, так и отрицательным. По суммарному воздействию древесные породы разделяются на почвоулучшающие и почвоухудшающие. К почвоулучшающим относятся: береза, ильмовые, лещина, ольха, а из хвойных - лиственница. К почвоухудшающим породам чаще всего относят ель, иногда - осину. Влияние на почву одной и той же породы изменяется в зависимости от возраста, полноты древостоя, его происхождения, подстилающей коренной, породы и других причин.

Наиболее сильно и за короткий срок оподзоливают почвы еловые насаждения, сравнительно слабым подзолообразователем является сосна. Хвоя ели плотно слеживается, содержащиеся в ней смолы задерживают разложение и способствуют накоплению грубого гумуса. Густое охвоение ельников определяет слабое освещение, недостаточное прогревание и сильное уплотнение почвы. В еловых лесах всегда мало дождевых червей, что приводит к ухудшению структуры почвы и ее заболачиванию в годы с обильными осадками или сильному пересыханию в засушливые периоды. Поверхность подзолистых почв часто заплывает после дождей, что еще больше нарушает их водный и кислородный режимы. Формирование подзолистого горизонта особенно ясно выражено на песчаных материнских породах при высоком стоянии грунтовых вод. На тяжелых суглинистых почвах подзолообразование выражено слабо.

Деревья своей корневой системой извлекают из глубоких слоев почвы зольные элементы и азот, переносят их в листья и возвращают в почву с опадом, способствуя тем самым обогащению ее верхних горизонтов. Сосна, лиственница чаще имеют глубокую корневую систему, а на легких почвах даже ель своими корнями проникает на глубину до двух метров и более. Пополняя запасы питательных веществ из глубины, лес даже на бедных материнских породах может произрастать в течение очень дли-тельного времени. При благоприятных климатических условиях ель успешно растет на почвах с мощным подзолистым горизонтом.

Способность леса обогащать почвы гумусом и азотом особенно ясно выражена на бедных песках после посадки на них сосны. Через 20-25 лет после закультивирования верхний слой почвы заметно темнеет, здесь образуется гумусовый горизонт значительной мощности. Из хвойных пород хорошим почвоулучшателем является лиственница, которая своими корнями создает хорошую структуру почвы и, сбрасывая на зиму хвою, способствует обогащению гумусом и накоплению снега и влаги. Кроме того, лиственница превращает органические вещества в нитраты и переводит калий и фосфор в легко растворимые соединения. Даже такой подзолообразователь как ель может превращать зольные элементы из малоподвижных форм в легко усвояемые соединения и тем самым оказывать положительное влияние на почву.

По разному влияют на почву лиственные породы. Часто одинаковые по составу насаждения в зависимости от их состояния, климатических, топологических условий оказывают на почву различное действие. При этом большое значение имеет характер листовой пластинки и ее способность давать плотную или рыхлую подстилку. Так, спелая семенная осина, имея грубые кожистые листья, формирует плотную подстилку из грубого гумуса, а осина семенного происхождения в молодом возрасте и особенно порослевая осина обычно накапливает рыхлый опад, который препятствует созданию грубого гумуса.

Березу принято считать почвоулучшающей породой. Она так же, как рябина, лещина, ольха и некоторые другие породы дает легко скручивающуюся и быстро перегнивающую листву. Поселяясь на подзолистых почвах, береза дает пищу дождевым червям, обогащает почву, уменьшает кислотность, улучшает состав гумуса и повышает влагоемкость. Высокополнотные березовые молодняки могут повышать кислотность почвы и тем самым ухудшать ее плодородие. При сильном изреживании березняков почва зарастает светолюбивыми злаками, что приводит к ее задернению, ухудшению водного режима и снижению плодородия. Но эти случаи не дают основания относить березу к почвоухудшающим породам.

Отрицательное влияние древостоев на почву часто предопределяет смена их состава другими, в большинстве случаев почвоулучшающими породами. Таковы, например, смены ели, пихты и кедра березой, которые нередко отмечаются в таежных условиях Сибири, особенно после сплошных рубок или уничтожения темнохвойной тайги пожарами. Управляя составом насаждений и регулируя смены пород, лесоводы могут повышать плодородие почвы и поднимать продуктивность лесов. Способность леса пополнять запасы питательных веществ позволяет отводить под лесные посадки бедные, деградированные почвы, непригодные для сельскохозяйственного использования.

Некоторые древесные породы кроме органического опада обогащают почву свободным атмосферным азотом за счет клубеньковых бактерий корней. К ним относятся желтая акация, облепиха, лох узколистный, ракитник и другие. Такие породы рекомендуется вводить в состав насаждений подзолообразователей для обогащения почвы и улучшения ее структуры, но при этом следует учитывать их отношение к другим факторам - климату и фауне.

Таким образом, комплексное влияние леса на окружающую среду проявляется в значительном ослаблении солнечной радиации и скорости передвижения воздушных масс. Древостой уменьшают приток тепла на поверхность почвы днем и ослабляют его излучение ночью, увеличивают влажность воздуха, изменяют химический состав и уменьшают поступление под полог леса атмосферных осадков, несколько повышают их выпадение на окружающую территорию. Извлекая из глубоких горизонтов, минеральные элементы и влагу, лес вовлекает их в активный биологический круговорот, способствует обогащению почвы и повышению ее плодородия.

Поглощая углекислый газ и выделяя кислород, зеленые насаждения стабилизируют газовый баланс атмосферы, увеличивают содержание в ней парообразной влаги, обеспечивая тем самым необходимые условия для жизни человека.