1. Введение

Одной из проблем современности является недостаток пресной воды. Огромны потребности в пресной воде для сельского хозяйства и промышленности. Известно [1], что для производства 1 т. хлопчатобумажной ткани требуется 6, стали – 18, сахара – 600, алюминия – 1500, синтетического каучука – 3000 м3 пресной воды. Особенно остро стоит проблема недостатка пресной воды в южных районах.

В связи с наблюдающимися изменениями климата [2], [3] отмечается повышение температуры воздуха, уменьшение количества осадков и увеличение скорости ветра во многих регионах планеты, то есть отмечается аридизация климата. Известно [4], [5], что леса оказывают существенное влияние на поступление и перераспределение осадков. Особенно велика роль лесной растительности в переводе поверхностного стока во внутрипочвенный. Последнее обеспечивает постоянство воды в реках и других водных объектах, минимизирует опасность паводков, загрязнения и заиления водных объектов.

Не случайно уже многие годы изучается роль лесов в перераспределении зимних осадков [6], [7], [8], [9]. При этом влиянию леса на перераспределение жидких осадков в научной литературе уделено значительно меньшее внимание. Однако ливневые осадки на незащищенных лесной растительностью участках почвы приводят к ее эрозии, что особенно наглядно проявляется в горной местности с мелкими неполноразвитыми почвами. Древесная и травянистая растительность скрепляет почву своими корнями, предотвращая ее размывание. Кроме того, часть осадков перехватывается кронами. Таким образом, данные о перехвате осадков пологом древостоя и нижними ярусами растительности имеют важное значение при оценке обеспеченности влагой растений и составлении водного баланса. При этом большинство авторов отмечает, что наибольшее количество осадков перехватывается темнохвойными насаждениями, а доля осадков, перехватываемых лиственными насаждениями, значительно ниже [10], [11].

Ограниченность данных о перехвате растительностью жидких осадков в условиях Рудного Алтая предопределила направление наших исследований.

2. Цель, объекты и методики исследований

Цель работы – установление количественных показателей перехвата жидких осадков в насаждениях березы, осины, пихты и зарослях акации желтой (караганы древовидной) на территории Рудного Алтая.

Исследования проводились на территории Журавлихинского лесничества коммунального государственного учреждения «Ридерское лесное хозяйство» (Рудный Алтай, Республика Казахстан).

Климат Рудного Алтая резко континентальный, с большой амплитудой суточных, сезонных и среднегодовых колебаний температуры воздуха. Распределение осадков крайне неравномерное и зависит во многом от расположения хребтов относительно западных воздушных масс, откуда поступает влага. Среднегодовое количество осадков варьируется от 1000 до 1200 м на низкогорных участках, увеличиваясь до 2200 мм в районе Ивановского хребта. Указанное количество осадков объясняет опасность эрозионных процессов, особенно с учетом горного рельефа местности.

В основу исследований положен метод пробных площадей (ПП), заложенных в соответствии с требованиями апробированных методик [12], [13]. Насаждения, в которых заложены ПП, находятся в непосредственной близости друг от друга на склонах западной экспозиции крутизной 20–250. Одна ПП заложена в коренном пихтовом насаждении, а остальные в производном березняке, осиннике и кустарниковых зарослях из акации желтой или караганы древовидной (Caragana arborescens Lom.).

На каждой ПП, помимо определения основных таксационных показателей, устанавливался осадкомер Третьякова на участках, не перекрытых кронами деревьев, для анализа общего объема поступающих осадков. Для определения перехвата осадков кронами древостоя и нижними ярусами растительности. Кроме того, на каждой ПП устанавливалось по 20 осадкомеров «Давитая» на поверхности почвы под травянистой растительностью. Из-за ограниченности осадкомеров «Давитая» вместо них в ряде случаев использовались осадкомерные емкости с известной площадью поверхности. В нашем случае при отклонении площади поверхности мерной емкости от площади осадкомера «Давитая» производился перерасчет с приведением площади мерных емкостей до стандартных размеров 86 см2.

Полученные данные о поступлении осадков к кронам деревьев и к поверхности почвы пересчитывались на 1 га. При этом разница указанных показателей является объемом жидких осадков, перехваченных растительными компонентами исследуемых насаждений.

Исследования проводились в период с 18.08.2022 по 31.08.2023 гг.

3. Основные результаты

В соответствии с программой работ и методиками исследований на подобранных участках были заложены ПП. Основные таксационные показатели древостоев ПП приведены в таблице 1.

Материалы табл. 1 свидетельствуют, что производные насаждения березы и осины, сформировавшиеся после сплошнолесосечных рубок в насаждениях пихты сибирской (Alies sibirica Ledeb.), травяно-папоротникового типа леса. При этом запас производных насаждений превосходит таковой в пихтовом насаждении, несмотря на более высокий возраст древостоя последнего.

Данные о количестве осадков, задерживаемых компонентами лесных насаждений разного породного состава в Рудном Алтае, приведены в таблице 2.

Материалы таблицы 2 свидетельствуют, что количество осадков, выпадавших на ПП, существенно отличается от такового, зафиксированного на ближайшей метеостанции. Так, если на метеостанции 14.08.2023 г. выпало 17 мм осадков, то в березовом насаждении их выпало 42,1 мм или 2,5 раза больше.

Доля задерживаемых кронами деревьев и нижними ярусами растительности жидких осадков в березняках варьируется от 13,1 до 36,2%, в осинниках от 19,7 до 39,7%, в пихтарниках от 8,6 до 39,3% и в кустарниковых зарослях от 2,5 до 29,8%. Количество задерживаемых растительностью осадков зависит от их количества, точнее от интенсивности выпадения и ветра. Так, при количестве выпавших осадков 5,8 мм их перехват растительностью в березняках, осинниках и пихтарниках является максимальным.

Интересные данные получены при установлении доли задержанных растительностью жидких осадков в среднем за все дни наблюдений. Установлено, что в березовых насаждениях древостой, подрост, подлесок и живой напочвенный покров перехватывают в среднем 26,1% выпадающих осадков. В осинниках перехват осадков составляет 32,4%, в пихтарнике – 18,6%, а в кустарниковых зарослях – 16,8%. При этом полученные нами данные противоречат результатам исследований многих авторов о том, что темнохвойные насаждения перехватывают больше осадков, чем производные мягколиственные. Анализ литературных данных о перехвате осадков различными видами древесных пород показал, что данные приводятся в целом за год. Наши данные приводятся за летний период, когда лиственные породы перехватывают листвой и испаряют со своей поверхности больше осадков, чем пихтовые насаждения с примесью березы.

В зимний период, из-за отсутствия листвы, снега в березовых и осиновых насаждениях выпадает на поверхность почвы больше, чем в пихтарниках, однако, весной он тает значительно быстрее в лиственных насаждениях и талая вода уходит поверхностным стоком, создавая опасность эрозии почвы.

При этом в летний период картина с проникновением осадков под полог древостоя и к поверхности почвы меняется. Если учесть, что задержание осадков пологом древостоя и другими растительными компонентами древостоя является непродуктивной статьей расходов воды, то есть расходуется на смачивание растений и испарение в атмосферу, то можно сделать вывод о перспективности выращивании коренных пихтовых насаждений в водоохранных лесах.

Кустарниковые заросли перехватывают осадков в 1.9 раза меньше, чем осинники. Однако при этом они практически не продуцируют древесину и нуждаются в замене на коренные пихтовые насаждения [14].

4. Заключение

1. Важная гидрологическая роль лесных насаждений вызывает необходимость формирования состава древостоя, направленного на максимальный перевод поверхностного стока во внутрипочвенный.

2. Одной из непродуктивных статей водного баланса является перехват жидких осадков кронами деревьев и нижними ярусами растительности.

3. В условиях Рудного Алтая коренные пихтовые насаждения в 80-летнем возрасте перехватывают жидких осадков в 1,7 раза меньше, чем 60-летние производные осинники и в 1,5 раза меньше, чем производные 40-летние березняки.

4. С целью повышения гидрологической роли лесов в условиях Рудного Алтая необходимо увеличивать долю коренных пихтовых насаждений в лесном фонде за счет кустарниковых зарослей, а также производных осинников и березняков.

5. Кустарниковые заросли характеризуются минимальными показателями перехватываемых жидких осадков, но при этом они практически не продуцируют древесину.

The additional file for this article can be found as follows: