Определение роли травяно-мохового покрова в водном балансе территории проводилось в Рыбинском лесхозе Ярославской обл. в течение 1964—1968 гг.
Исследования сводились к составлении карты растительности изучаемого водосбора, тщательному изучению травяного покрова с учетом динамики нарастания фитомассы (дифференцированно по видам травянистых растений), наблюдению за динамикой испарения травяным покровом в зависимости от состояния травостоя (накопления растительной массы) и в связи с изменением метеорологических условий.
Об испарении растительностью имеется обширная литература. Однако лишь в небольшой части работ затрагиваются вопросы испарения травяно-моховым покровом в лесу. Видовой состав травяно-мохового покрова и его характеристика с той или иной степенью подробности приводятся обычно при описании пробных площадей. Фитомасса травяно-мохового покрова привлекает все большее внимание исследователей. В последнее время появилось довольно много публикаций по этому вопросу, но только в единичных из них приводятся данные по фитомассе травянистой растительности по видам растений, в то время как одновременное рассмотрение и сопоставление процессов накопления фитомассы и испарения воды растениями до сих пор освещения в литературе не получило.
Территория изучаемого водосбора имеет площадь 308 га и сплошь покрыта лесом. Больше трети общей площади составляют березняки долгомошные, вейниково-долгомошные и сфагновые; примерно треть — березняки разнотравно-злаковые (с преобладанием вейника лесного и луговика дернистого) и черничные. Остальная территория занята березняками и ельниками кисличными, кислично-щитовниковыми и таволговыми лесами (ольховыми и березовыми с примесью ивы и осины).
На водосборе заложено пять пробных площадей, охватывающих наиболее распространенные типы леса; березняки долгомошные, черничные, кислично-щитовниковые, ельник кисличный и сероольшатник таволговый.
В березняке долгомошном 35 лет пробная площадь расположена на плоском водоразделе между двумя небольшими ручьями. Поверхность пробной площади кочковатая. Грунтовые воды большую часть вегетационного периода залегают на глубине около 1 м. Почва сильноподзолистая. Древостой одноярусный, состоит из березы. Сомкнутость крон 0,7. Распределение деревьев равномерное, расстояние между ними 1,0—1,5 (до 2,0) м. Древесные породы возобновляются в основном вегетативным путем (поросль березы, ивы), подрост ели встречается редко. На стволах деревьев довольно часты лишайники. Подлесок из ивы козьей и крушины ломкой, проективное покрытие 0,3—0,4, высота 1,0—1,5 (2,0) м. Почва покрыта кукушкиным льном (проективное покрытие 1,0—0,7), в микропонижениях в смеси со сфагнумом. Единично и пятнами располагаются травянистые растения—вейник лесной, марьянник, седмичник, черника, кипрей, майник и др. Проективное покрытие каждого из них < 0,1, яруса они не образуют. Мощность слоя мха, несущего зеленые листья, 7—10 см, бурого цвета — 6—10, на кочках — до 20— 25 см.
В березняке черничном 65 лет пробная площадь заложена на очень пологом склоне западной экспозиции. Микрорельеф выражен слабо — небольшие повышения у стволов деревьев. Почва среднеподзолистая, грунтовые воды на глубине 2—3 м. Древостой одноярусный, составлен березой. Сомкнутость крон 0,6— 0,7. Возобновление слабое, изредка встречается подрост осины до 0,6—1,0 м высотой (как правило, в плохом состоянии). Под пологом березы имеется подрост ели. Его единичные экземпляры выходят во II ярус. Подлесок редкий — из рябины, крушины, жимолости—высотой 0,4—0,8 (1,3) м. Травяной покров распределен по площади более или менее равномерно, но по видовому составу не однороден. I подъярус (0,9—1,0 м) составляет вейник лесной, II (0,5—0,6 м) — черника, III (0,2—0,3) — щучка, костяника, сныть, дудник и другие растения, IV подъярус (0,05—0,15 см) — земляника, майник, кислица и др. Общее проективное покрытие 0,6—0,7. Довольно часты пятна кукушкина льна, изредка небольшие куртины хилокомиума, на валежнике — плеуроциум.
В березняке кислично-щитовниковом 35 лет для пробной площади выбран пологий склон ручья северо-западной экспозиции. Микрорельеф выражен довольно четко, на площади имеются пологие бугры диаметром 2—3—5 м, высотой 0,2—0,3 м, возникшие, по-видимому в результате вывалов деревьев. Почва слабо — и среднеподзолистая. Большую часть летнего времени грунтовые воды находятся на глубине 1—2 м. Древостой одноярусный — из березы с небольшой примесью осины. Расстояние между деревьями 0,5—2,5 м. Сомкнутость крон 0,7—0,8.
Подрост ели встречается довольно часто (преимущественно на полусгнивших пнях), господствующая высота до 1 м, но есть и более высокие (1,5—2 м), состояние хорошее. Часто встречается подрост осины, но он, как правило, в плохом состоянии. Кора березы чистая и гладкая, лишь изредка попадаются плодовые тела трутовых грибов, довольно часто — лишайники. Подлесок редкий (проективное покрытие 0,2—0,3) — из рябины, жимолости, крушины. Травяной покров не всюду одинаков. На более повышенной части преобладает вейник лесной, на большей части территории — щитовник австрийский, являющийся доминантом; часто встречаются голокучник Линнея, черника, бор, костяника. Всюду присутствует кислица, часто в сопровождении майника, седмичника, звездчатки ланцетолистной. I подъярус (0,5—0,7 м) образует щитовник австрийский, II (0,2—0,4 м) — голокучник, вейник, черника, III (0,03—0,1 м) — кислица, майник, седмичник и др. Проективное покрытие — 0,8.
В ельнике кисличном пробная площадь заложена на пологом склоне к ручью. Древостой здесь разновозрастный и многоярусный. Возраст ели — 120, 90 и 40 лет. Есть примесь березы в возрасте до 120 лет. Почва слабоподзолистая, грунтовые воды на глубине около 1,5—2 м. Возобновление ели хорошее, имеется подрост ели различных возрастов и высот, местами образует густые куртины. Подлесок не густой — из рябины, жимолости, крушины. Травяной покров в разных частях пробной площади неоднороден. На большей части территории доминирует кислица, довольно часто встречается щитовник игольчатый. Ниже по склону растет перелеска, медуница, сныть, бор; в микродепрессиях — пятна сфагнума, черника, лютик ползучий и др. Среднее проективное покрытие 0,4—0,5. Из мхов встречается кукушкин лен и изредка хилокомиум и климациум.
В сероольшатнике таволговом пробная площадь расположена в тальвеге ручья. Почва темноцветно-глеевая. Грунтовые воды на глубине 0,6—1,5 м. Древостой одноярусный, из ольхи с примесью березы, ивы. Сомкнутость крон 0,8.
Изредка встречается подрост ели, вегетативно возобновляется береза и ольха. В подлеске рябина, черная смородина (проективное покрытие 0,2). В травяном покрове таволга болотная с примесью других растений. I подъярус (1,0— 1,2 м) составляют таволга и крапива; II (0,3—0,5 м) — сныть и бор; III (0,05—0,1 м)—фиалка болотная и селезеночник. Общее проективное покрытие 0,6—0,8.
Таков в общих чартах травяной покров водосбора. За май — сентябрь 1964—1967 гг. испарение с этого водосбора было следующим: 1964 г.—132 мм, 1965—146, 1966—127, 1967—115 мм, что составляет 28—45% от выпадавших за это время осадков. Общее количество испаренной воды распределяется по типам леса неравномерно, вернее, участие различных лесов в испарении неодинаково. Наибольшей интенсивностью испарения отличается травяно-моховой покров лесов долгомошных, сфагновых и таволговых; наименьшей — ельника кисличного. Остальные типы леса занимают промежуточное положение.
Разница в испарении травяно-моховым покровом в разных типах леса зависит от ряда причин. Наряду со степенью сомкнутости крон и неодинаковым составом древостоя, наличием, подлеска и подроста, глубиной залегания грунтовых вод и другими факторами, большое значение имеет продуктивность травяно-мохового покрова, т. е. количество самой испаряющей растительной массы.
На продуктивность травяно-мохового покрова большое влияние оказывает видовой состав травостоя, который в исследуемых нами типах леса различен. Важное значение имеет доля участия каждого вида растений в травостое и его способность к испарению.
Не остается одинаковой интенсивность испарения травяномоховым покровом в течение вегетационного периода, а также в различные годы, что связано с динамикой накопления растительной массы травостоя и с изменениями метеорологических условий.
Какие же изменения происходят в течение вегетационного периода и в различные годы в весовых соотношениях между видами растений, составляющих травяной покров в изучаемых типах леса? Наименьший интерес в этом отношении представляет березняк долгомошный, поскольку напочвенный покров в нем состоит почти целиком из одного кукушкина льна, а травянистые растения играют очень небольшую роль. Сопоставление процентных соотношений по весу между кукушкиным льном и другими растениями показало, что вес кукушкина льна от общего веса травянисто-моховой массы составляет 68—98%, причем к концу вегетационного периода происходит повышение доли его участия и соответственно понижение доли участия травянистых растений. По-видимому, это связано с продолжением прироста кукушкина льна и увяданием к концу вегетационного периода травянистых растений.
В березняке черничном наблюдается большое число видов растений, составляющих травостой. В табл. 8 приводится процентное содержание (по весу) лишь доминирующих в травяном покрове видов.
Черника составляет по весу примерно половину, вейник — до одной четверти, остальное приходится на все прочие виды. Черника и вейник до конца вегетационного периода сохраняют ведущее место в общем весе; у других растений вес снижается (в процентах), особенно у таких, как седмичник, марьянник, которые кончают вегетировать сравнительно рано. Кроме того, в отдельные годы меняется и процентное содержание (по весу) отдельных видов. Так, вейник дал больший вес в 1964, 1966 и 1968 гг. В 1965 г. его было сравнительно мало, что, по-видимому, связано с метеорологическими условиями разных лет (вегетационный период 1965 г. был наиболее дождливым и холодным, что, вероятно, не способствовало развитию вейника).
В березняке кислично-щитовниковом также более удобно проводить сравнение не по всем видам, а по доминантам.
Здесь основную массу травостоя по весу составляет щитовник австрийский, значение которого возрастает в течение вегетационного периода (1964 г.). В июне он составлял 11 — 15% от общего веса, в конце августа — 78%. Это связано с интенсивным наращиванием щитовником растительной массы, а также со значительным числом растений в травостое, сравнительно рано кончающих вегетацию. Так, голокучник, бор, звездчатка, кислица, майник, седмичник с течением вегетационного времени неуклонно снижают степень участия в общем весе травостоя. Щитовник же соответственно его наращивает, что объясняется его биологическими особенностями. Не только в августе, но и значительно позже (конец сентября) он почти не меняет своего внешнего облика — остается свежим, упругим и ярко-зеленым. Остальные перечисленные растения свой облик сильно меняют, а соответственно меняются и физиологические процессы в них. В частности, способность транспирировать сильно снижается вследствие уменьшения площади поверхности листьев и изменения их состояния.
Однако такое заметное нарастание значимости щитовника австрийского по весу в течение вегетационного периода, как это было в 1964 г., идет не всегда. В 1965 г. содержание щитовника с мая по август изменилось очень мало, возможно, это связано с большей влажностью 1965 г. и в связи с этим меньшим завяданием и уменьшением в весе сопутствующих растений. 1965-й год принес и другие изменения. В травостое, сравнительно с 1964 г. значительно возросло процентное содержание бора развесистого, что трудно связать с большей влажностью в этом году, поскольку хорошее развитие бора наблюдалось и в последующие годы.
В ельнике кисличном резкого преобладания какого-либо вида растения по весу не наблюдается, так как эдификатором травяного покрова является кислица, обладающая незначительным весом. Однако, несмотря на это, она занимает одно из ведущих мест по весу: 10—20 (до 30)% от общего веса травостоя.
В ельнике содержание кислицы (по весу) в течение вегетационного сезона остается более или менее постоянным, в отличие от березняка кислично-щитовникового, в котором к концу вегетационного периода кислица значительно теряет в весе. Вероятно, это связано с большей затененностью елового леса по сравнению с березняком, в результате чего условия произрастания кислицы в течение вегетационного периода под пологом елового леса меняются сравнительно мало. Кроме того, в сохранении веса кислицы имеет значение ее способность давать новые побеги вплоть до поздней осени, что наряду с уже сказанным приводит к сохранению ее веса, а в ряде случаев и к возрастанию его к концу вегетационного периода.
Сероольшатник таволговый отличается сравнительно небольшим числом видов, составляющих травостой. Однако и здесь сравниваются только доминанты. Эдификатором травяного покрова в сероольшатнике таволговом является таволга болотная, на которую по весу приходится больше половины общей травянистой массы.
С течением вегетационного периода вес таволги меняется не столь значительно, как у растений, рано кончающих вегетировать. в ряде случаев процентное содержание ее веса не снижается, а возрастает.
Следующее растение по весовому содержанию — крапива. К концу вегетационного периода она значительно снижает свой вес (листья у крапивы опадают раньше, чем у таволги). Сныть, дудник, гравилат теряют в весе постепенно, лютик кашубский и хвощ снижают его значительно быстрее (у лютика кашубского к осени остаются лишь прикорневые листья, хвощ к концу вегетационного периода заметно сохнет и увядает).
Проведя анализ состава травостоя и процентного соотношения доминирующих растений по весу, можно себе представить, из чего слагается общее количество испаренной травяно-моховым покровом влаги, какие растения и в какой степени участвуют в испарении. Общее количество воды, которое испаряется травянистой растительностью водосбора, зависит от многих причин, в том числе в значительной степени от видового состава травяномохового покрова и весовых соотношений составляющих его растений, своеобразных и характерных для каждого типа леса, слагающего водосбор в целом.
Таким образом, в водном балансе территории травяной покров, его состав и особенности строения играют значительную роль.