Повышение грунтовых вод (подтопление) выше уровня, к которому насаждение приспособилось в процессе роста, приводит к резкому изменению среды и нарушению у деревьев физиологических процессов.
В насыщенных водой почвах обычно идет процесс денитрификации, токсичного уровня достигает концентрация восстановленных форм железа и марганца, накапливаются сульфиды и метан. Избыток гравитационной воды вытесняет из почвы воздух, заполнявший ее поры, нарушается дыхание корней. При недостатке кислорода в корнях накапливаются спирты, молочная кислота и другие не полностью окисленные соединения. Недостаточная аэрация замедляет поглощение воды и минеральных солей, что приводит к подсыханию листьев и снижению фотосинтеза. После кратковременного затопления фотосинтез у деревьев, как правило, восстанавливается, а при длительном затоплении в корнях накапливается этилен, который диффундирует вверх, к побегам, и вызывает хлороз: листья и хвоя приобретают бледно-зеленую или зеленовато-желтую окраску. Известно, что древесные породы относительно легко переносят затопление весной или осенью и трудно летом, поэтому гидрологический режим в летние месяцы является решающим по своему влиянию на состояние древостоев.
Избыточное увлажнение почв обычно бывает приурочено к местам естественного заболачивания и поднятия уровня почвенно-грунтовых вод вследствие обильных осадков, превышающих естественную норму в течение нескольких лет подряд. Обильные осадки могут вызвать устойчивое поднятие уровней равнинных рек, удлинение периода весеннего паводка и стояния весенних вод в пойменных лесах. Избыточное увлажнение почв может быть приурочено к местам строящихся и эксплуатируемых дорог, преграждающим сток весенних и дождевых вод, и к осушительным каналам, не обеспечивающим сток воды вследствие их загрязнения. Низинный рельеф местности и слабая водопроницаемость подстилающих пород способствуют застою воды и усыханию произрастающих здесь насаждений. В засушливые периоды, которые могут охватывать несколько десятилетий, западины и понижения снова зарастают лесом, чаще всего сосной или березой. Например, в Западном Полесье с первой четверти текущего столетия шло интенсивное зарастание понижений и болот. Затем начиная с 1965 г. стали чаще повторяться годы с количеством осадков выше нормы. Особенно дождливыми были 1974 и 1980 гг. За период с 1965 по 1983 г. в Волынской обл. усохло около 2,5 тыс. га сосновых и березовых насаждений. При повышении грунтовых вод усыхают на одних и тех же площадях молодые и средневозрастные насаждения, что, очевидно, объясняется чередованием сухих и влажных периодов определенной продолжительности. Повышение уровня грунтовых вод и связанное с ним локальное усыхание лесов — процесс закономерный и естественный, не зависящий от ослабления лесов какими-либо иными факторами.
Влияние поднятия уровня почвенно-грунтовых вод на состояние насаждений сосны и березы мы рассмотрим на примере лесов Мордовского заповедника, расположенного в восточной части Окско-Клязьминского полесья, представляющих остаток когда-то знаменитых Муромских лесов. В период 1976—1980 гг. количество выпавших осадков здесь превышало среднегодовую норму на 30—40%. Динамика залегающих на средней глубине почвенно-грунтовых вод за период с апреля по октябрь анализировалась, по материалам заповедника за 1976—1983 гг., по трем точкам с неглубоким средним уровнем — от 21,9 до 36,6 см. Было отмечено повышение уровня в 1978—1980 гг. Амплитуда крайних его отметок по трем точкам за анализируемый период составляла (в см): от — 57 (1983) до + 3 (1978), от — 64 (1983) до + 9 (1980) и от — 59 (1981) до — 14 (1980).
Ослабление и усыхание насаждений началось в 1979—1980 гг. Общая площадь насаждений сосны, березы, осины и липы с различной степенью усыхания на переувлажненных почвах в 1983 г. составляла 900 га, в том числе ослабленные насаждения занимали 36%, сильно ослабленные —13, усыхающие —15 и усохшие — 36 % площади. Неблагоприятный режим, сложившийся в местах избыточного увлажнения, наибольшее влияние оказал на состояние сосновых (площадь 490 га) и березовых древостоев (340 га). Усыхающие и усохшие насаждения сосны приурочены к типам леса — сфагновому, осоко-сфагновому, долгомошниковому, черничниковому и майниково-черничниковому.
Сосняки сфагновые. Занимают замкнутые понижения с торфянистыми почвами. Увлажнение избыточное, застойное. Древостой чистые или с примесью березы, низкополнотные и низкопроизводительные, IV—V классов бонитета, в условиях заповедника широкого распространения не имеют (0,1 % площади), полностью усохли от переувлажнения.
Сосняки осоко-сфагновые. Увлажнение избыточное, но менее застойное. Древостой преимущественно с примесью березы, IV—V классов бонитета. Занимают 0,8 % общей площади сосновых древостоев.
Отпад варьировал от 98 до 20 %. Преобладали усыхающие и усохшие древостой — 108 га, или 85 % площади всех осоко-сфагновых сосняков.
Сосняки долгомошниковые. Произрастают в пониженных местоположениях на площади 182 га (1 %). Рельеф мелкозападинный. Почвы торфянисто-подзолисто-глеевые. Уровень грунтовых вод располагается на глубине 25 см. Древостой чисто сосновые или с примесью ели и березы,, 70—120 лет, бонитет II—III, полнота 0,5—0,8. Состояние неудовлетворительное, характерно наличие деревьев всех категорий состояния с преобладанием усыхающих и сухостойных (60—80%).
Сосняки черничниковые и майниково-черничниковые. Усохшие насаждения приурочены к блюдцеобразным микропонижениям площадью до 0,2 га. Всего на территории заповедника усыхание сосны по микропонижениям отмечено на площади 52 га.
Усыхающие и усохшие насаждения с преобладанием березы были сосредоточены в основном в осоко-сфагновом и долгомошниковом типах леса с большим количеством усыхающих и сухостойных деревьев (60—90%), а также в отдельных участках черничника, где отпад не превышал 20%.
Из насекомых-ксилофагов в усыхающих от избытка увлажнения сосняках заповедника преимущественное распространение имели большой и малый сосновый лубоеды (встречаемость соответственно 87 и 65%), полосатый древесинник (42%) и черный сосновый усач (16%); влияния на ускорение усыхания они не оказывали: по данным пробных площадей заселенность ими усыхающих деревьев не превышала 3%, свежего сухостоя — 86 и старого сухостоя — 96%.
Наиболее ярким примером ослабления и усыхания пойменных насаждений в результате аномального изменения гидрологического режима рек может служить гибель дубрав и черноольшаников в пойме Припяти и ее притоков. Данные приводятся по результатам экспедиционного лесопатологического обследования (1982 г.) Микашевичского и Столинского лесхозов Брестской обл. Лесхозы располагаются на Полесской низменности в подзоне грабовых дубрав. Ослабление и усыхание пойменных насаждений (в Микашевичском лесхозе — 1080 га дубрав и 600 га черноольховых насаждений, в Столинском лесхозе — 870 га черноольховых насаждений) было связано с устойчивым изменением уровня Припяти. По данным гидропоста «Туров», средний уровень Припяти за май — сентябрь 1969 г. по сравнению с периодом 1951 —1968 гг. поднялся более чем на 70 %. В 1975 г. продолжительность половодья в период активной вегетации растений составила 90 дней, что на 30 дней больше средних многолетних данных. В этот же год было отмечено начало усыхания дубрав. Аномальные отклонения, но уже в смягченной форме продолжались и в год лесопатологического обследования (1982). Аномальные отклонения в гидрорежиме реки были вызваны обильными осадками в вегетационные периоды 1976—1977 гг. — на 40 % и 1979—1981 гг. — на 10—15% выше нормы. Негативный эффект усилило мелиоративное осушение местности. Анализ пробных площадей с превышением относительно друг друга в пределах 2 м и расстоянием до русла Припяти от 1,5 до 6,5 км показал, что большинство усохших деревьев приурочено к пониженным местам, а наибольший текущий отпад — к насаждениям, занимающим промежуточное положение.
Усыхание черноольховых насаждений было отмечено со II класса возраста, усыхающие насаждения IV—VI классов возраста занимали наибольшие площади.
Известны случаи, когда избыточное увлажнение увеличивается сильной или полной дефолиацией листвы древостоев, которые теряют функцию природных насосов и испарителей влаги в процессе транспирации. Такое явление имело место в первой половине 80-х гг. в Северном, Горячеключевском и Апшеронском районах Краснодарского края в период вспышки массового размножения комплекса филлофагов — непарного шелкопряда, зеленой дубовой листовертки, зимней пяденицы, пяденицы-обдирало и дубовой углокрылой пяденицы в смешанных и чистых насаждениях дубов черешчатого и скального, произрастающих на плоских водоразделах на светлосерых почвах, подстилаемых водонепроницаемым смытым горизонтом. Наличие последнего служит причиной образования почвенной верховодки с конца ноября по май, а в годы с повышенным количеством осадков — до середины июня. Плохой дренаж и застой воды способствуют оглеению почвы по границе с водоупорным горизонтом. Устойчивость произрастающих здесь древостоев, таким образом, находится в прямой зависимости от мощности верхнего горизонта. Чем ближе к поверхности почвы водоупор, тем выше подпор воды. Потеря в течение трех лет листвы в сочетании с обильными осадками увеличивало продолжительность подпора почвенной верховодки и сопровождалось отмиранием корней и усыханием ослабленных филлофагами деревьев.
Насаждения, периодически подвергающиеся ослаблению и усыханию от избыточного увлажнения почв, должны стать постоянными объектами надзора, а в будущем и мониторинга. Их ослабление и усыхание с большой долей вероятности может прогнозироваться ЭВМ по специальной программе на основе обработки прогнозов метеоданных. Оптимальными сроками обследования поднадзорных сосняков в средней и южной полосе европейской части страны являются начало июня и середина сентября.
Характерным признаком ослабленности древостоя служит окраска хвои. Хвоя вымокающих сосен сначала принимает бледно-зеленый цвет, а при более сильном ослаблении желтеет. Кроны ослабленных деревьев выделяются на фоне здоровых. Признак надежно определяется как при наземном обследовании, так и при авиатаксации.
Чрезмерное повышение уровня грунтовых вод губительно сказывается и на почвенном покрове, например, интенсивно отмирает черника, что может служить индикатором при определении границ ослабления соснового древостоя. Обследование лиственных насаждений рекомендуется проводить до начала естественного пожелтения листвы. Обычно признаки и степень ослабленности легче определяются во второй половине августа. Данные обследований и прогнозов могут быть использованы для своевременного назначения и проведения рубок до потери древесиной деловых качеств. В затопляемых насаждениях рубки возможны только в зимнее время.