Оценка влияния осушения на гидроклиматические факторы лесных массивов осуществляется по разработанной нами методике, включающей в себя несколько основных положений, обеспечивающих наиболее достоверную оценку наблюдаемых изменений в экологической среде и позволяющих утверждать, что данные изменения действительно произошли в результате осушения, а не каких-либо других антропогенных воздействий на факторы среды или условий погоды.
К таким основным положениям относятся.
1. Балансовый метод исследования (изучение в едином звене радиационного баланса, теплового баланса и водного баланса объекта).
2. Перекрестный контроль, т. е. контроль с нескольких позиций, а именно: пространственный контроль, когда объекты располагаются в идентичных условиях, но в разных зонах влияния изучаемого воздействия, в нашем случае вне зоны влияния осушения; временной контроль, когда изучаемые участки (в нашем случае различные типы леса) впоследствии сами оказываются в зоне влияния осушения. Следует заметить, что данный контроль, если он охвачен наблюдениями в течение всего цикла: период до осушения — осушение — период после осушения, приобретает особое значение. Это наиболее объективный контроль. Причем с увеличением и лет наблюдений повторность каждого изучаемого участка увеличивается в 11 раз; контроль «фона» подбирается с помощью гидрометстанций, расположенных вблизи изучаемого объекта (не далее 100 км), так называемые опорные ГМС.
3. Одновременность наблюдений на исследуемом объекте и на контроле. Значение любого контроля усиливается в том случае, если наблюдения проводились параллельно, в одни и те же сроки, в аналогичных природных микроусловиях, но в разных зонах: в зоне осушения и вне ее. Причем не только в различных типах леса, но и на открытых пространствах (лес — поле; лес — вырубка; лес — поляна) с тем, чтобы был дополнительный контроль при сравнении данных, полученных в лесу с данными, полученными на ГМС.
4. Установление зависимостей. Поскольку все факторы среды между собой в большей или меньшей мере взаимозависимы, важно установление количественных зависимостей между ними. В этой связи наибольшую ценность представляют те данные, которые имеют большую повторность и высокую точность измерений.
5. Методы оценки количественных изменений факторов среды. При условии выполнения предыдущих 4 пунктов оценку изменения можно проводить методом связи, либо методом разности, либо методом отношений (приведения) соответственных величин. Следует заметить, что для перекрестного контроля и наибольшей достоверности полученных изменений следует проводить оценку сразу всеми методами, т. е. методом связи в комплексе с методом разности и методом отношений.
В результате проведенных исследований выявлено следующее.
Степень понижения уровня грунтовых вод в осушенной зоне зависит не только от дальности расположения объекта осушения, но и от типа грунтового питания, причем именно последнее зачастую играет решающую роль.
Так, в сосняках черничных и долгомошных I—IV класса возраста, располагающихся вблизи осушенного объекта (100—300 м) на участках с типом грунтово-напорного питания (Замошский ЛГИС, участки V, IV и Юровичский ЛГИС, участки I, IV, VI), где приходные статьи (осадки, дренаж со стороны и подток восходящих напорных вод) превышают расходные статьи — испарение и отток, понижение УГВ относительно контроля незначительное, не более 0,5 м. В таких же типах леса, на том же расстоянии от объекта осушения, но на участках с типом инфильтрационно-стокового питания (Березовский ЛГИС, Замошский ЛГИС, Юровичский ЛГИС), где преобладают расходные статьи (испарение и отток), уровень грунтовых вод понизился относительно контроля на 1,5 м и более. Причем, несмотря на обильные (ГД — 2 нормы) осадки, выпавшие в вегетационном периоде 1977 г. уровень грунтовых вод в почвах сосняка черничного находился на глубине 2 м и более. Поэтому объективное суждение о влиянии осушительных мелиораций на прилегающие территории возможно лишь в том случае, если известно, в пределах какого типа (или подтипа) грунтового питания располагается изучаемый объект.
На изменение влажности почвы в корнеобитаемой зоне влияет комплекс факторов, из них основные — осадки, радиационный баланс, испарение, тип почвы и уровень грунтовых вод. В целом в осушенной зоне влажность верхнего корнеобитаемого слоя почвы (0—20 и 0—80 см) во всех изучаемых типах леса независимо от погодных условий вегетационного периода оказалась в 1,2—3,8 раза меньше, чем в тех же самых типах леса неосушенной зоны как в целом по слоям, так и раздельно по генетическим горизонтам.
Данный вывод весьма важен для прогнозной оценки состояния и трансформации напочвенного покрова лесных массивов, находящихся в зоне влияния осушения, а также для лесовосстановительных работ в осушенных зонах.
В каждом конкретном типе леса до осушения и в период проведения осушительных работ сохранялась определенная граница интервала изменений радиационного режима от погодных условий, присущих именно этому, а не другому типу леса, т. е. радиационный баланс в какой-то мере определял тип леса.
После проведения осушительных работ наблюдалась перестройка радиационного баланса тех типов леса, которые оказались под активным влиянием осушения (где уровень грунтовых, вод опустился ниже 140 см). Так, радиационный баланс сосняка черничного оказался близким к радиационному балансу типа сосняков мшистых, а величина радиационного баланса ельника черничного, находящегося в 100 м от осушительной канавы, приближалась к величине радиационного баланса сосняков лишайниковых и т. д. Таким образом, радиационный баланс оказался хорошим индикатором для оценки влияния осушения.
В осушенной зоне во всех типах леса, где понижение уровня грунтовых вод достигло 140 см и ниже, альбедо увеличилось в 1,3—2,5 раза (при однозначных типах погоды), а эффективное (тепловое) излучение подпологовой фитосреды увеличилось в 3—12 и более раз. Увеличение альбедо привело к уменьшению количества поглощенной радиации, в зависимости от типа леса, на 10—31%.
Установлено, что R6 лесных массивов уменьшился неоднозначно в зависимости от типа леса и расстояния от осушенного объекта в среднем в 1,7—1,2 раза.
КПД энергии роста значительно снизился в тех типах леса, у которых наблюдалось уменьшение радиационного баланса свыше 20%. Так, например, в ельниках черничных КПД энергии роста снизился на 235%, в сосняках черничных — на 142%, в. сосняках сфагновых — на 121% и т. д. К тому же установлено, что после изменения радиационного баланса различных типов леса изменился текущий прирост древостоев.
Расход влаги древостоями довольно значительный и широка варьирует в зависимости от породы, типа леса и условий увлажненности корнеобитаемой зоны почв. Этот момент следует учитывать при хозяйственных мероприятиях, проектировании и: эксплуатации осушительных систем в конкретных природных условиях. С этой целью нами получены расчетные номограммы влагопотребления и среднемесячные нормы испарения древостоями изучаемых типов и пород леса в естественных условиях. Для расчета испарения лесов в осушенной зоне к номограммам получены переводные коэффициенты.
В целом суммарное испарение типов леса осушенной зоны в 1,1—1,5 раза меньше, чем суммарное испарение тех же типов, леса в неосушенной зоне. Исключение составляют те участки, где наблюдается грунтово-напорное питание или боковой приток в размерах, превышающих расходную часть водного питания — испарение и отток — независимо от проведенных осушительных мероприятий, т. е. уровень грунтовых вод после осушения либо, не понизился, либо понизился до 0,5 м и менее.
Установлено, что после осушения во всех изучаемых типах леса уменьшилось не только физическое испарение (испарение влаги почвенным покровом и подстилкой), что само по себе явилось положительным моментом, но и транспирационное (физиологическое) расходование влаги (Тр), что нежелательно для роста и состояния древостоя, а также кустарничкового яруса. В среднем Еф уменьшилось на 5—46%, Гр — на 10—59%.
Режимы влажности воздуха и температурный в осушенной зоне различаются, причем в лесных условиях, где адвекция воздушных масс замедлена, отчетливее, чем в полевых на открытых пространствах. В среднем в зависимости от микроклиматических условий конкретного типа леса температура воздуха (t%) уменьшается до 2,4°С (в безоблачную погоду до 6°С); абсолютная влажность воздуха уменьшается на 7—13% (в безоблачную погоду на 50% и более); дефицит влаги увеличивается на 7—16% (в безоблачную погоду на 48—52%).
В осушенной зоне амплитуда колебания температуры воздуха, абсолютной влажности и дефицита влаги в межкроновом пространстве и в кронах в период засушливых фаз увеличивается в 1,3—2 раза.
В осушенной зоне отчетливее изменяется температурный и влажностный режим воздуха под пологом насаждений. Так, в черничных типах леса осушенной зоны температурные и влажностные условия в подкроновом пространстве в среднем приближаются к микроклиматическим условиям мшистого, а в засушливые периоды — верескового типа леса.
В осушенной зоне температура подстилки на 3—6° С (в безоблачную погоду на 8—11° С) выше, чем в тех же типах леса неосушенной зоны.
На осушенном объекте в зоне аэрации лесных почв повторяемость пороговых (критических) температур (17° С и выше) участилась в несколько раз, а повторяемость оптимальных температур в том же порядке убывает, т. е. тепловой режим корнеобитаемой зоны почв ухудшается.
Амплитуда колебания температуры почвы в суходольных лесах осушенной зоны гораздо больше, чем в неосушенной, причем наибольшие колебания температур наблюдаются не в лишайниковых и вересковых борах, как это привычно для естественных условий, а в сосняках и ельниках черничных, именно в тех типах леса, которые в естественных условиях выделены нами доминантами оптимальных условий температурного и влажностного режима, почв и воздуха.
Итак, в осушенной зоне амплитуда температуры почвы увеличивается в период вегетации от 15% (май) до 37% (сентябрь) в сосняках вересковых и мшистых; от 22 до 69% — в березовых насаждениях и от 66 до 342% — в сосняках и ельниках черничных.
В верховье р. Ясельды, в прилегающих к осушенному объекту лесах (L = 100—2000 м), продолжается уменьшение годичного текущего прироста во всех, кроме лишайниковых, изучаемых типах леса: в сосняках мшистых в 1,2—2,6 раза; в сосняках черничных в 1,2—1,5 раза; в ельниках черничных в 1,5—2,3 раза; в ольсах крапивных в 1,5—2,4 раза; в березняках брусничных в 1,5—3 раза относительно текущего прироста, зафиксированного в данных типах леса до осушения (1971 г.).
Исключение составляют те типы леса, которые располагаются на участках с грунтово-напорным питанием, где после осушения уровень грунтовых вод не опустился ниже 0,5 м. В них прирост уменьшился либо незначительно (на 11—17%), либо остался на прежнем уровне.
В заключение следует обратить внимание на то обстоятельство, что любое, пусть даже незначительное, изменение какого-либо фактора среды влечет за собой целую цепь последовательных изменений других соподчиненных, взаимосвязанных и взаимообусловленных факторов. Так, например, в нашем случае резкое понижение грунтовых вод ниже той оптимальной черты, которая была присуща конкретному типу леса грунтового питания, в целом привела к изменению влагообеспеченности зоны аэрации, что, в свою очередь, кроме всего прочего, вызвало изменение напочвенного покрова, его окраску. Изменение фона и окраски напочвенного покрова, казалось бы, столь несущественных факторов привело к увеличению альбедо, а значит, к понижению поглощенной радиации. Более «высушенные» лесные почвы начали отдавать тепло интенсивнее, чем прежде, в атмосферу, т. е. эффективное излучение увеличилось. Все это привело к понижению радиационного баланса, а следовательно, к понижению энергопотока в почву и к понижению суммарного влагопотребления древостоев. Уменьшение суммарного испарения, помимо уменьшения физического испарения влаги лесной почвой, с одной стороны, привело к понижению влажности и повышению температуры воздуха в лесу, с другой — к понижению физиологического расходования влаги древостоями. Уменьшение физического испарения почвы и увеличение эффективного излучения напочвенного покрова привели к ухудшению температурного режима лесных почв, к резкой амплитуде колебаний тепловых потоков и увеличению повторности пороговых значений в корнеобитаемой зоне и т. д.
Все эти вместе взятые факторы обусловили ухудшение прироста насаждений, располагающихся в 2-километровой зоне вокруг осушенного объекта. К тому же, если погодные условия таковы, что в период вегетации наблюдается довольно четкое повторение пусть кратковременных, но все же засушливых фаз, на влияние гидромелиоративного фактора (осушение) накладывается еще один фактора (засуха), усиливающий общую картину влияния осушительных мелиораций на водный режим изучаемого объекта, и особенно на водный режим лесных массивов, которые по своей физиологической структуре выполняют роль мощного насоса влаги из зоны аэрации.