Горизонтальные связи в лесном ландшафте и их экологическое значение

1. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ СВЯЗИ В ЛЕСНОМ ЛАНДШАФТЕ И ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

1. Противоэрозионная функция
2. Регулирование стока растворенных
веществ
3. Водоохранная функция (объем стока)
4. Стокорегулирующая функция (режим
стока)

2.

ПРОТИВОЭРОЗИОННАЯ ФУНКЦИЯ ЛЕСОВ
ВЛИЯНИЕ ЛЕСА НА УМЕНЬШЕНИЕ СТОКА
НАНОСОВ
1. Уменьшение силы воздействия дождевых капель на
почву
2. Большая водопроницаемость лесных почв
3. Наличие лесной подстилки
4. Наличие мощной корневой системы
5. Перевод поверхностного стока в почвенно-грунтовый

3.

ПРОТИВОЭРОЗИОННАЯ ФУНКЦИЯ ЛЕСОВ
Смыв почвы обычно возникает в лесной зоне при
крутизне склона 1,5-2º, в лесостепи – 2º.
Повышенная почвозащитная роль лесов проявляется:
на песчаных легкоразвеиваемых почвах,
по берегам рек, водохранилищ,
в овражно-балочных системах,
на небольших участках лесов, расположенных среди
сельскохозяйственных угодий,
по границам с альпийскими лугами
на горных склонах крутизной более 10º
в карстовых районах (кольматирующая роль).

4.

ВИДЫ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ В СОСТАВЕ
ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ (1):
1) Полезащитные водорегулирующие лесные полосы,
создаваемые на склонах крутизной более 1,5—2°, а в
районах интенсивного проявления водной эрозии —
более 1°.
2) Прибалочные лесные полосы вдоль обеих бровок
суходольного звена гидрографической сети, а при
невыраженной бровке — на участке склона кpутизной 8—
10°. Назначение таких полос заключается в
снегораспределении на прилегающих полях,
предотвращении сноса снега в балку, поглощении
остаточного жидкого и твердого стока с полей,
мелиоративном влиянии на прилегающие угодья.
3) Приовражные лесные полосы вдоль бровок крупных
оврагов, непосредственно у бровки. Они регулируют
снегоотложение на прилагающих полях, поглощают сток
с полей, снижают скорость роста оврагов в ширину.

5.

ВИДЫ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ В СОСТАВЕ
ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ (2):
4) Водорегулирующие береговые лесные полосы на
относительно пологих и длинных берегах балок с
целью снижения эрозионных процессов,
мелиоративного влияния на травостой
лугопастбищных угодий.
5) Береговые лесные насаждения в балках на
непригодных для сельскохозяйственного
использования участках для предотвращения
эрозионных процессов, восстановление плодородия
смытых почв.
6) Насаждения-илофильтры по днищам оврагов и балок
для кольматации твердого стока, смываемого с полей и
недопущения попадания его в водоемы.

6.

ВИДЫ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ В СОСТАВЕ
ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ (3):
7) Лесные насаждения по дну и откосам оврагов для их
закрепления, создания местообитаний диких животных.
8) Лесные насаждения вдоль рек, вокруг прудов и
водоемов, сокращающие их заиление, непродуктивное
испарение с водной поверхности, уменьшающие
разрушение плотин и берегов от волнобоя.

7.

ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ
ПРОТИВОЭРОЗИОННОЙ РОЛИ ЛЕСОВ
1.В субтропическом поясе смыв больше, чем в
умеренном поясе из-за более высокой повторяемости
ливней.
2.В умеренном поясе в северном направлении - переход
от области преимущественно ливневого к области талодождевого смыва, в т.ч. зимой (СЗ ЕТР)
3. К северу растет повторяемость зим с устойчивым
снежным покровом, уменьшается вероятность
выпадения сильных дождей в период таяния снега
4. Уменьшение ливневого смыва отчасти компенсируется
ростом темпов смыва в период снеготаяния
5. В лесотундровой зоне противоэрозионная роль лесов
минимальна, переходит к многолетней мерзлоте
6. В мерзлотных районах лес выступает в качестве
регулятора не столько стока, сколько теплового режима
почвогрунтов

8.

Зимние
паводки
в
субтропических
горах
вызывают
резкий
рост
стока
наносов
из
обезлесенных бассейнов
Западный Кавказ
Красная Поляна

9.

В мерзлотных районах лес регулирует тепловой режим
почвогрунтов и тем препятствует усилению
поверхностного стока
Якутия
Верхоянский
хребет

10.

ПОКАЗАТЕЛИ ПРОТИВОЭРОЗИОННОЙ ФУНКЦИИ ЛЕСОВ
Соотношение вкладов бассейновой и русловой эрозии в
формирование стока наносов - наиболее информативный
показатель, характеризующий защитную роль
растительного покрова по отношению к почвам.
Бассейновая эрозия - размыв почв междуречий в
результате нарушений растительного покрова (55-60%),
Русловая эрозия – вовлечение твердого вещества в сток
непосредственно в русле (40-45%).
По мере роста нарушенности возрастает вклад
бассейновой эрозии и сокращается вклад русловой
эрозии в стоке наносов.
Экологической ценностью считается преобладание
русловой эрозии над бассейновой. Лес защищает от
бассейновой эрозии

11.

ЗНАЧИМОСТЬ ЛЕСИСТОСТИ ДЛЯ СОКРАЩЕНИЯ ЭРОЗИИ
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕЛЬЕФА
Пересеченный рельеф
Плоский рельеф
Большая доля склонов
Плоскостная эрозия
Важна общая
лесистость
бассейна
Важен характер
расположения лесов в
бассейне по отношению к
эрозионным формам
Эрозионные процессы
в относительно узких
придолинных полосах
Важна лесистость
овражно-балочных
систем

12.

ЗОНАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЛИЯНИЯ
РАСПАХАННОСТИ НА ЭРОЗИЮ
В широколиственной зоне особенно сильный рост стока
наносов наблюдается при распаханности выше 50 %.
В лесостепи при залесенности 15-25 % и распаханности до
60 % около 80 % взвешенных наносов имеют бассейновое
происхождение. При большей лесистости поверхностный сток
минимизируется.
В степи на долю бассейновой эрозии приходится 90 %
наносов. Под противоэрозионные лесонасаждения отводится
от 3 до 7 % сельскохозяйственных угодий
В лесостепных и степных ландшафтах, критическое
значение распаханности,при которой происходит резкое
увеличение эродированности, находится в пределах 10-30 %.

13.

Зависимость содержания нитратов в водах от лесистости
среднетаежного бассейна
Scatterplot (hydro 80v*50c)
Scatterplot (hydro 80v*50c)
NO3spr13 = 8.9711-0.2509*x+0.0017*x^2
р.Смутиха
14
NO3aut13 = 19.8195-0.3757*x+0.0022*x^2
28
26руч.Камешница
12
24
10
22
8
руч.Становские балки
20
6
16
18
р.Смутиха
4
12
руч.Камешница
2
р.Межница
р.Мозголихар.Межница Заячьерецкая
р.Козловка
0
NO3aut13
NO3spr13
14
р.Заячья д. Орюковская
р. Стругница
р.Мозголиха
8руч.Становские балки
р.Межница
10
р.Козловка
р.Межница Заячьерецкая
6
р. Стругница
4
-2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
2
100
р.Заячья д. Орюковс
0
%Лес_Поросль:NO3spr13: r = -0.5898; p %Лес_Поросль
= 0.0946
-2
0
Scatterplot (hydro 80v*50c)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
%Лес_Поросль:NO3aut13: r = -0.7248; p%Лес_Поросль
= 0.0272
NO3sum14 = 23.3122-0.4993*x+0.0029*x^2
35
руч.Камешница
30
25
20
41
р.Смутиха
15
sum NO3
10руч.Становские балкир.Мозголихар.Межница Заячьерецкая
р.Межница
5
р.Козловка
р. Стругница
р.Заячья д. Орюковская
0
%Лес_Поросль:NO3sum14: r = -0.7585; p = 0.0178
-5
0
10
20
30
40
50
60
%Лес_Поросль
70
80
90
100
В весенний и осенний
паводки рост лесистости
бассейна более 30 %
способствует понижению
выноса нитратов, в зимнюю и
летнюю межень
закономерность отсутствует
100

14.

Зависимость содержания органического фосфора в
водах от лесистости среднетаежного бассейна в летнюю
межень 2014 г.

15.

Зависимость содержания магния в водах от лесистости
среднетаежного бассейна в летнюю межень 2014 г.
Scatterplot (hy dro.sta 75v *50c)
Mg_spr13 = 22.5238-0.2371*x
35
30ру ч.Станов ские балки
25
р.Сму тиха
20
Mg_spr13
15
ру ч.Камешница
р.Мозголиха
10
р.МежницаЗаячьерецкая
р.Межница
р.Козлов ка
5
р. Стру гница
р.Заячья д. Орюков ская
0
0
10
20
30
40
50
60
%Лес_Поросль
%Лес_Поросль:Mg_spr13: r2 = 0.6929; r = -0.8324,
p = 0.0054
70
80
90
100

16.

Оптимальная площадь лесных полос на склонах в
степной зоне (по Г.А.Харитонову)
Уклоны, °
Необходимая
лесистость, %
3-5
2-6
6-10
10
>10
15
Оптимальная лесистость в зоне смешанных лесов
Уклоны, °
Суглинки
Супеси
2-6
4-8
3-6
6-12
10
5

17.

Необходимая лесистость овражно-балочных систем
зависит от пораженности бассейна оврагами в целом
Для лесостепной зоны (по Г.И.Воробьеву (1977)) :
Пораженность бассейна
оврагами
Очень слабая
Слабая
Необходимая лесистость
овражно-балочных систем, %
9
15
Средняя
35
Сильная
Очень сильная
60
86
Для степной зоны (по В.М.Ивонину (2011) :
Залесенность Залуженность
Балочный водосбор в целом
6-10
10-20
Балочная подсистема (без
прибалочных лесополос)
30-40
40-60

18.

Необходимая лесистость водосборов в лесостепи
обеспечивается полезащитными лесополосами

19.

МЕХАНИЗМЫ РЕАЛИЗАЦИИ БУФЕРНОЙ
РОЛИ СКЛОНОВЫХ ЛЕСОВ
Уменьшение
Перевод
поверхностного стока промерзания и рост
фильтрации за счет
в подземный
накопления снега
Биологическое
Механическое
поглощение
осаждение наносов
растворенных
(кольматирование)
веществ
Морозная запруда для
холодного воздуха

20.

РАЗМЕЩЕНИЕ БУФЕРНЫХ ВОДООХРАННЫХ ЛЕСНЫХ
ПОЛОС В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЛАНДШАФТНОГО
КОНТЕКСТА
Расположение и ширина зависит от формы, уклона,
длины склона, характера соседних угодий, типа берега.
Защищаются перегибы рельефа!

21.

ВОДООХРАННАЯ И СТОКОРЕГУЛИРУЮЩАЯ РОЛЬ
ФУНКЦИИ ЛЕСОВ В БАССЕЙНЕ
Основная ценность - вклад леса в регулирование
стока:
выравнивание годового стока
повышение уровня вод в летнюю и зимнюю межень
за счет
• удлинения срока снеготаяния (по сравнению с
безлесными территориями)
• и усиления питания грунтовых вод
По вопросу о влиянии леса на объем стока и количество
осадков, т.е. о водоохранных функциях леса, единого
общепринятого мнения не существует, что выразилось в
современной концепции неопределенного влияния леса на
сток

22.

ВЛИЯНИЕ ЛЕСА НА ВОДНЫЙ БАЛАНС
1. Рост количества осадков
рост шероховатости поверхности
усиление восходящих потоков воздуха
усиление горизонтальных (конденсационных) осадков
2. Рост годового стока
сокращение метелевого переноса
сокращение испарения снега
усиление снегонакопления (особенно в лесостепных и
степных регионах)
3. Рост подземного стока и уменьшению поверхностного
рост водопроницаемости почв и грунтов,
задерживающая роль лесной подстилки
сокращение скорости снеготаяния
более слабое промерзания почв или непромерзание
рост минимального стока и сокращение максимумов

23. ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЛИЯНИЯ ЛЕСОВ НА ОСАДКИ

• Прирост доли горизонтальных осадков в равнинных
лесах, по сравнению с безлесными территориями,
оценивается в 10-15 % (Рахманов, 1971).
• Прирост конденсационных осадков доказан для горных
лесов и в основном – у верхней границы леса (до 30 %),
причем этой функцией леса обладают в возрасте 40-60
или 40-80 лет
• Прирост годовых осадков в европейской части
оценивается в 8-10 мм на каждый 10 % прироста
лесистости, в 12-13 мм – в Западной Сибири
(метелевый перенос, реже оттепели).

24.

У верхней границы леса возрастают горизонтальные
осадки.
При обезлесении возрастает расход осадков на
поверхностный сток
Австрия
Альпы

25.

• В континентальных регионах усиливается накопление
сухого рыхлого метелевого снега лесами.
• Снег меньше испаряется
• Водоохранная роль лесов возрастает
Северный
Казахстан

26.

ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ВЛИЯНИИ ЛЕСИСТОСТИ НА
ГОДОВОЙ СТОК
1) Существует
оптимальный
верхний
предел
лесистости,
ниже
которого
рост
лесистости
способствует
росту
водоохранных
и
водорегулирующих функций, а выше прирост
ослабевает (Михович, 1981).
2) Существует более или менее линейная связь
лесистости с полезными функциями леса по
отношению к стоку (Рахманов, 1971, 1975).
3) Зависимость стока от лесистости носит характер
возрастания
функций
только
до
некоторого
критического значения

27. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СТОКОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ ФУНКЦИИ ЛЕСОВ В БАССЕЙНЕ

коэффициент поверхностного стока
доля стока за период половодья
отношение подземного стока к суммарному
отношение продолжительности подъема половодья к
длительности половодья
• отношение максимального расхода в половодье к его
среднему расходу
• отношение максимального месячного объема стока к
минимальному
• отношение наивысшего расхода половодья к
минимальному годовому

28.

Прямая зависимость стока от лесистости в
смешанных лесах

29.

Обратная зависимость поверхностного стока от
лесистости в лесостепях
По А.В.Побединскому (1979)

30.

Отношение максимальных весенних расходов к средним
за половодье снижается с ростом лесистости
(смешанные леса)

31.

После рубок (пунктир) весеннее половодье становится
более высоким, а летняя межень – более низкой
По А.В.Побединскому (1979)

32.

ВЛИЯНИЕ МОЗАИЧНОСТИ ЛЕСНОГО ЛАНДШАФТА НА
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ И ВЫСОТУ ПАВОДКА
Паводок в п. 3 более
длинный и менее высокий

33.

Параболическая зависимость подземного стока от
лесистости в лесостепях
Оптимальная лесистость
Широколиственные леса 35-65 %,
Лесостепь 19-24 %
Степь 16-19 %.
Михович, 1981

34.

РАСПОЛОЖЕНИЕ ЛЕСОВ В БАССЕЙНЕ КАК ФАКТОР
РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЕСЕННЕГО СТОКА
Продолжительность прохода весенней воды (Дубах,1951)
22 дня
с
большим
подземным
стоком
22
дня
с
большим
поверхностным
стоком
37 дней
29 дней
Размещение
лесов по
бассейну
имеет
значение
только в
достаточно
больших
бассейнах –
примерно 2го порядка,
считая от
моря (Вятка,
Ветлуга,
Унжа, Вага и
т.п.)

35. ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТОКОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ РОЛИ ЛЕСОВ

ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
СТОКОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ РОЛИ ЛЕСОВ
Чем ближе к степям, тем большую водорегулирующую роль
играет лесная растительность
В регионах дефицитного увлажнения поверхностный сток
может быть сведен лесом к нулю
Чем более поверхностная корневая система (в еловых и
пихтовых лесах, в регионах с высоким уровнем стояния
грунтовых вод, в мерзлотных регионах), тем слабее
водорегулирующая роль леса
В регионах с континентальным климатом Сибири сильнее
выражен метелевый перенос более сухого (по сравнению с
ЕТР) снега, который сильнее задерживается лесными
массивами, реже оттепели, сильнее происходит потеря
влаги за счет испарения снега. Накопленный лесными
массивами снег весной обеспечивает устойчивое
подземное питание рек в засушливый летний меженный
период.
Вклад лесистости в регулирование стока в
континентальный секторах может возрастать, по сравнению
с приморскими и умеренно-континентальными секторами.

36. ЛАНДШАФТНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЛИЯНИЯ ЛЕСИСТОСТИ НА СТОК

• Чем глубже и гуще расчленение, тем больше
величина необходимой лесистости
• Для горных регионов оптимальная лесистость
выше, по сравнению с равнинными.
• В горных регионах при сильной
водопроницаемости трещиноватых скальных
пород стокорегулирующая роль леса снижается
• В бассейнах с высокой долей песчаных отложений
стокорегулирующая функция менее выражена, чем
в бассейнах с преобладанием суглинков и глин
• Прирост стока на суглинистых равнинах больше,
чем на пластовых (с большим подземным стоком)

37. ЛАНДШАФТНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЛИЯНИЯ ЛЕСИСТОСТИ НА СТОК

• При заболоченности до 20 %, влияние болот
на сток не сказывается, при большей
заболоченности сток падает.
• Повышение заболоченности и
заозеренности бассейнов способствует
выравниванию годового стока
• Стокорегулирующие функции леса сильнее
проявляются на реках с малыми
водосборами, чем с большими

38. ФИТОЦЕНОТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЛИЯНИЯ ЛЕСИСТОСТИ НА СТОК

• Почвы под лиственными и смешанными лесами способны
в большей степени задерживать влагу и снижать
поверхностный сток, чем под хвойными.
• Смешанные древостои более оптимальны для
регулирования стока, чем однопородные
• Суммарный сток максимален в лиственных лесах, средний
в смешанных, минимальный в хвойных (сток снижается за
счет большого испарения с крон )
• Питание грунтовых вод оптимизируется при наличии
лесных полян, при снижении сомкнутости крон до 0,5-0,6.

39. СУКЦЕССИОННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЛИЯНИЯ ЛЕСИСТОСТИ НА СТОК

• Стокорегулирующей функцией не обладают молодняки в
возрасте до 10-15 (30) лет.
• Максимальное испарение и сокращение стока свойственно
лиственным лесам 30-50 лет.
• Лиственные леса раньше начинают выполнять
гидрологическую роль, которая в меньшей степени зависит от
возраста, по сравнению с хвойными лесами
• Водорегулирующие функции леса усиливаются в
маловодные годы, ослабляются – в многоводные

40.

РЕГИОНАЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНОЙ
ЛЕСИСТОСТИ БАССЕЙНОВ
Регион
Оптимальная
лесистость, %
Урал
Саяны
Сахалин
Кавказ
50-60
60-90
40-50
75-90
Сихотэ-Алинь
Равнинная тайга
Равнинные смешанные леса
60-70
40-50
30-40
Равнинная лесостепь
Равнинная степь
20-25
10-15

41. ОБЩИЙ ВЫВОД О ВЛИЯНИИ ЛЕСА НА СТОК

Несмотря на отсутствие однозначной
зависимости между лесистостью и стоком,
рост лесопокрытой площади с целью
максимального использования всех
средообразующих функций леса никак не
приведет к снижению подземного стока,
а во многих случаях будет способствовать его
росту,
то есть будет достигаться основная
экологическая гидрологическая ценность
лесных экосистем (Идзон,1980).

42.

Классификация лесных урочищ по водоохранной роли
(Тюрин, 1949)