Оценка изменения стока под влиянием вырубок и восстановления лесов

Для оценки изменения средних годовых величин стока ЛК под влиянием вырубок и восстановления лесов на водосборах средних и крупных рек в подзонах южной и средней тайги европейской территории России, а также в подзоне смешанных лесов необходимо знать возрастную структуру лесов в долях (А) от площади лесов речного бассейна:

где К у, Ку₂ ,…, Ку — коэффициенты влияния возраста леса на годовой сток в долях от единицы (снимаются с рис. 2.7); А_]9А₂,…, А_п- доля площади лесов с возрастом 10,20,.140 лет. Аналогично можно определить изменение суммарного испарения за год.

Влияние леса на сток.

Основная причина, порождавшая противоречивые выводы о влиянии леса на сток рек, — это отсутствие учета многообразных условий произрастания древостоя, типа леса,.

Рис. 2.7. Влияние возраста леса на средние многолетние величины суммарного испарения Е за год (1) и стока У (в % нормы) в подзонах южной и средней тайги ЕТР: 2 — годовой сток; 3 — весенний сток (март-май); 4 — меженный сток (июнь-февраль) [17].

его состава, продуктивности и возраста не только на суходольных участках, но и на переувлажненных почвах, облесенных болотах, а также кратковременность проведения экспериментальных и экспедиционных исследований.

С давних пор исследования влияния леса на годовой сток проводятся путем:

• • сопоставления стока и других элементов водного баланса для залесенных и безлесных стоковых площадок и малых водосборов;
• • проведения активных экспериментов (вырубок леса или восстановительных работ) на малых экспериментальных водосборах;
• • сравнения стока и других гидрометеорологических характеристик для различных, но степени залесенности речных бассейнов с площадями от десятков до тысяч квадратных километров;
• • изучения физических процессов формирования стока и изменений элементов водного и теплового балансов для открытой местности и для лесов разного вида и возраста.

Вырубка лесов резко и на многие десятилетия изменяет весь комплекс лесных биогеоценозов. На месте старого леса вырастает новый лес. В течение десятков лет жизни нового леса по мере его роста и изменения видового состава непрерывно изменяются гидрологические свойства и водный баланс лесных участков; изменяется суммарный сток с них в гидрографическую сеть.

Из работ О. И. Крестовского и других исследователей следует, что для подзоны южной и средней тайги европейской территории России вырубка спелого (старого) леса с последующим восстановлением древостоя кардинально изменяет соотношения водного и теплового балансов лесного участка. Сразу же после вырубки леса начинается процесс лесовосстановления, который происходит в результате лесопосадок или естественным путем. В первом случае старый хвойный лес сменяется на молодой, лес полностью восстанавливается через 80−110 лет. При естественном восстановлении леса первые 20−60 лет после вырубки преобладают лиственные породы. Хвойные породы десятилетиями находятся во втором и третьем ярусах и только через 60−80 лет, когда лиственные породы (береза, осина) практически перестают расти, выходят в первый ярус (рис. 2.8).

Главная причина изменения стока рек заключается в изменении суммарного испарения в результате вырубки или восстановления леса. Суммарное испарение с леса меняется в зависимости от вида леса и его возраста, что и обусловливает изменение общего стока с участка в гидрографическую сеть.

В течение всего последующего 120−150-летнего цикла роста и старения нового леса знакопеременно изменяется сток с участков, где производились вырубки. На свежих и зарастающих вырубках он больше в 1,5−2 раза, так как испарение резко снижается: растительность, оставшаяся после вырубки спелого леса, не требует большого количества влаги. Особенно возрастает поверхностный сток, что может привести к усилению эрозии почв и.

Рис. 2.8. Изменение высоты и состава древостоя (а) и объема фитомассы (б) при восстановлении леса после вырубки: 1 — ель; 2 — сосна; 3 — береза, осина [17].

увеличению стока наносов. К 15−23-летнему возрасту древостоя сток примерно равен величине, которая была до рубки леса, далее он резко снижается и достигает своего минимума (69−70% нормы) к 40−60 годам для хвойных и 30−50 годам для смешанных лесов. В этот период общее количество зеленой массы достигает максимума, испарение с леса также становится наибольшим. Затем сток снова увеличивается, достигает нормы в спелом возрасте и превышает его на 5−10% при достижении фазы старости (см. рис. 2.8).

Когда на лесосеке проводят искусственную посадку хвойного леса, восстановление и леса, и стока происходит на 25−50 лет быстрее. Если же на месте лесосеки создают сельскохозяйственные угодья, то изменение величины стока будет зависеть от вида сельскохозяйственных культур и от того, больше или меньше они испаряют воды по сравнению с лесом. Во многих случаях годовой сток с сельхозугодий приблизительно такой же, как и с леса.

В целом за 100-летний период водные ресурсы лесного массива (средний годовой сток) становятся меньше на 10% по сравнению с водными ресурсами спелого леса и на 15% меньше, чем в старых лесах; весенний суммарный сток увеличивается на 10%; сток за меженный период снижается на 30%. Наибольшее уменьшение меженного стока (до 60−80% по сравнению со стоком в старом лесу) происходит на участках с 30−60-летним древостоем. Этим и объясняется обмеление рек, связанное с рубками леса. Таким образом, вырубка старых лесов с последующим восстановлением уменьшает водные ресурсы и увеличивает неравномерность внутригодового распределения стока.

На свежих вырубках из-за уплотнения почвы и повреждения почвенного покрова резко уменьшается питание грунтовых вод и возрастают поверхностный сток и водная эрозия почв. В горных условиях коэффициент поверхностного стока увеличивается в среднем на 0,3. Если в 1957 г. площади лесов в бассейне верхнего течения р. Янцзы (Китай) составляли 22% территории, то к 1996 г. сведение лесов в этом районе сократило его облесенность до 10%. В верхнем течении Янцзы активизировались процессы эрозии почв, интенсивное заиление русла было характерно для среднего и нижнего течения реки. В 1998 г. на р. Янцзы произошло катастрофическое наводнение, одной из причин которого было заиление и поднятие русла. Его последствия затронули в общей сложности 223 млн человек.

Усиление эрозии почв в бассейне обусловливает резкое увеличение выносов наносов в реки, особенно из оврагов. Поступление такого большого количества наносов в малые реки наряду с резким уменьшением меженного стока может приводить к отмиранию этих рек. По данным К. М. Берковича, вследствие эрозии почв на водосборе верхней Оки (при одновременном снижении водности реки в межень) аккумуляция наносов с конца XIX в. до начала 50-х годов XX в. привела к повышению уровней воды в реке на 30 см, что соответствует интенсивности накопления аллювия в русле 0,5 см/год.

Выполненные для ряда крупных бассейнов лесной зоны европейской территории России оценки возможных изменений стока за 100−140 лет под влиянием лесотехнических мероприятий показали, что эти изменения имеют плавный характер и разную направленность в течение длительных периодов. При небольших изменениях годового стока (до ±4−8%) существенно увеличивается его неравномерность — уменьшается меженный сток (до 14−17%) и увеличивается весенний (до 8−12%). По некоторым прогнозным оценкам ожидается, что годовой сток небольших и средних рек северо-востока европейской территории России в XXI в. уменьшится на 10%; это связано с омоложением лесов в результате рубок старых лесных массивов.