До змісту

З давніх-давен існує думка про те, що ліси збільшують кількість атмосферних опадів. У другій половині минулого століття цю думку підтвердили, хоч і не в прямому розумінні, дані спеціальних спостережень лісометеорологічних станцій.

Паралельні вимірювання кількості атмосферних опадів на лісових і безлісних територіях, які проводились у Франції поблизу міст Мансі і Монтаграс, в Австрії (недалеко від Відня) та в інших країнах, показали що над лісами випадає на 25-30% опадів більше, ніж над сусідніми безлісними районами. Результати цих спостережень послужили причиною для висунення деякими вченими гіпотези про те, що ліси здатні притягати хмари. Це необгрунтоване пояснення спростоване Є. Ебермайєром (1893), а пізніше Й. Ганном (1932), які збільшення опадів над лісами пояснювали істотним впливом останніх на зволоження та охолодження повітря. Це пояснення пізніше знайшло широке визнання. Але у багатьох дослідників виникли сумніви про достовірність таких даних. Мало правдоподібним вважалось те, що опади, проходячи значний шлях від хмар до землі, випадали у більшій кількості лише над лісом і не переносились вітром на безлісні сусідні площі. Аналізуючи детальніше дані, отримані лісометеорологічними станціями, вони прийшли до висновку, що різниця в кількості атмосферних опадів між відкритою місцевістю і лісом викликана різними умовами зовнішнього оточення дощомірів, які у лісі захищались від видування опадів вітром, особливо в зимовий період.

У зв’язку з цим певний інтерес мають багаторічні спостереження за кількістю атмосферних опадів, проведені нами на опадомірних пунктах гідростаціонару «Свалява» на відкритій місцевості, на невеликій прогалині в стиглому буковому лісі та під його наметом (табл. 4). Порівняно з відкритою місцевістю на прогалині випало в середньому на 6,2% атмосферної вологи більше. Під намет лісу опадів потрапило менше: значна їх кількість затримана кронами дерев.

У зимовий період опадів у вигляді снігу в лісі нагромаджується більше, ніж на відкритій місцевості, що характерно для зони букових лісів. В ялинниках значна кількість опадів затримується кронами. Але ця особливість снігонагромадження ще не дає підстав вважати, що над лісом випадає, більше опадів. В даному випадку лісовий покрив обумовлює рівномірне залягання снігу. На безлісних ділянках він здувається вітром в пониження рельєфу або нагромаджується біля природних чи штучних механічних перешкод.

Таблиця 4. Річна кількість атмосферних опадів на відкритій місцевості, на прогалині та під заслоною лісу

Гідрологічні роки	Опади, мм
	на відкритій місцевості	на прогалині	під заслоною
1959/60	900,5	961,1	672,6
1960/61	804,4	806,2	574,2
1961/62	922,4	980,2	726,9
1962/63	800,6	831,8	602,1
1963/64	820,9	907,6	652,1
1964/65	1.191,5	1197,1	848,2
1965/66	1178,9	1187,6	866,9

Ряд дослідників розглядають лісовий покрив саме як елемент ландшафту, що створює механічні перешкоди на шляху свобідного просування повітряних мас. Зменшуючи швидкість просування повітря, вони аналогічно, як орографічні перешкоди, викликають висхідні повітряні потоки, які сприяють охолодженню повітряних течій, утворенню хмар та випаданню додаткової кількості опадів.

Особливої уваги заслуговують досліди Г. Бланфорда, проведені в другій половині минулого століття в Індії. Користуючись довгорічними даними 14 метеостанцій у південних центральних провінціях Індії, він порівнював кількість атмосферних опадів, що випали за період з 1867 по 1875 роки, коли значна територія, на якій розташовані метеостанції, була безлісною, з опадами за період з 1876 по 1885 роки після появи тут лісів. Виявилось, що середньорічна сума атмосферних опадів у період, коли появився лісовий покрив, збільшилась на 178 мм, або на 12% порівняно з середньорічними показниками першого періоду.

В Сілезії аналогічні спостереження провів І. Шуберт (1905). Використовуючи дані 250 метеостанцій, він прийшов до висновку, що при збільшенні лісистості території на 1 % збільшується кількість атмосферних опадів на 0,78 мм.

Подібні результати впливу лісу на кількість атмосферних опадів отримані в Швеції, США та інших країнах. Щодо величини збільшення опадів під впливом лісу, то дані ці досить різноманітні. Проте привертає увагу узгоджена трактовка більшістю дослідників принципіального питання про те, що лісовий покрив впливає на збільшення кількості атмосферних опадів. Це природне явище найбільш повно висвітлене в працях відомого вітчизняного кліматолога А. І. Воєйкова (1952). За його даними, при вході в ліс повітряний потік уповільнюється в результаті тертя й утворення висхідних потоків, тобто підняття повітряних мас над деревами. Це сприяє конденсації водяних парів, що знаходяться у повітрі.

Щодо впливу гірських лісів на розподіл атмосферних опадів, то ці природні явища ускладнюються ще особливостями рельєфу і геоморфологічної будови Карпат. Свобідній циркуляції повітряних мас у тропосфері перешкоджає підняття гірського утворення, яке, в свою чергу, обумовлює вертикальну поясність клімату. На загальному фоні поясного клімату регіональні зміни відбуваються під впливом складної геоморфологічної будови. Рослинний покрив в усіх випадках є загальним модифікатором клімату, оскільки впливає на кругообіг вологи в природі, регулює тепловий режим.

Важлива гідрокліматична роль належить лісам Карпат. Однією з їх головних гідрокліматичних особливостей є здатність захоплювати в кругообіг значні маси вологи. Це явище має свої як позитивні, так і негативні сторони. З одного боку, в результаті інтенсивного кругообігу вологи, особливо у вегетаційний період, зменшуються її непродуктивні витрати, оскільки значні маси вологи беруть безпосередню участь в життєдіяльності живих організмів — посилюється транспірація деревними рослинами, а в зв’язку з цим і синтез органічної речовини, тобто посилюється ріст. При надмірному зволоженні цей процес має зворотний характер. Внаслідок перенасичення повітря водяними парами транспірація практично сповільнюється, послаблюється фотосинтез, посилюється непродуктивний поверхневий стік, розвиваються паводки та ерозійні процеси. Це найчастіше буває там, де з різних причин сильно порушена цілісність лісового покриву, тобто порушена рівновага в природі.

Нижче ми детальніше зупинимося на багатогранних захисних властивостях лісових ценозів Карпат, а зараз розглянемо лише, одну з їх гідрологічних особливостей, а саме: роль надземної частини дерев у затриманні вологи атмосферних опадів і дальшого її витрачання.

Відомо, що намет лісу, утворений кронами дерев, є першим приймачем атмосферної вологи. При невеликих та недовготривалих дощах майже вся волога затримується листям дерев. У холодний період року, коли з дерев опаде листя, лісовий намет менше перешкоджає проникненню опадів до поверхні грунту. Головним приймачем вологи стає пухкий, вологоємкий шар лісової підстилки, утворений переважно опалим листям. Твердих опадів у вигляді снігу намет листяних лісів затримує набагато менше, порівняно з хвойними лісами. За даними німецького дослідника Є. Ебермайєра (1893), в 60—70-річному буковому деревостані крізь намет лісу зимою проникає 84%, а літом 82% вологи від опадів па відкритій місцевості. Значно більшу кількість опадів затримує намет ялинового лісу: в середньому за рік 35%, з них протягом літнього періоду — 46%, а зимою 22%.

З метою вивчення впливу лісового намету головних лісоутворюючих порід Карпат бука та ялини на динаміку затримання вологи атмосферних опадів проводились багаторічні систематичні спостереження за кількістю атмосферних опадів па ряді опадомірних пунктів під наметом лісу і на відкритій місцевості. Опадомірні пункти розташовувались в безпосередній близькості, щоб уникнути впливу неоднорідності розподілу атмосферних опадів. Спостереження проводились на гідростаціонарах Закарпатської лісової дослідної станції «Свалява» (зона букових лісів) та «Хрипелів» (зона ялинових лісів).

Семирічні дані спостережень па стаціонарі «Свалява» (табл. 5) показують, що в стиглих букових деревостанах Карпат в середньому за рік під намет лісу проникає 74,9% вологи атмосферних опадів, а 25,1% затримується кронами дерев, за вегетаційний період – відповідно 67,6% і 32,4%. За холодний безлистяний період року під намет лісу проникає значно більше атмосферних опадів – 85,3%, затримується лише 14,7%. Як бачимо, фенологічний стан дерев відіграє в даному випадку важливу роль. Завдяки листяній поверхні у вегетаційний період вологи затримується на 17,7% більше, порівняно з холодним періодом року.

Таблиця 5. Розподіл атмосферних опадів на відкритій місцевості і під заслоною стиглих букових деревостанів гідростаціонару «Свалява» по сезонах року

Гідро-логічні роки	Холодний період				Вегетаційний період				За рік
	опади мм		% опадів		опади мм		% опадів		опади мм		% опадів
	від- крита місце- вість	під лісом	про- никло під засло- ну лісу	затри- мано крона- ми дерев	від- крита місце- вість	під засло- ном лісу	про- никло під намет лісу	затри- мано крона-ми дерев	від- крита місце- вість	під лісом	про- никло під засло- ну лісу	затри- мано крона- ми дерев
1959/60	281,1	241,6	85,9	14,1	619,4	411,0	66,3	33,7	900,5	672,6	74,7	25,3
1960/61	241,0	207,0	85,8	14,2	563,4	367,2	65,2	34,8	804,4	574,2	71,4	28,6
1961/62	527,6	448,7	85,0	15,0	394,8	278,2	70,4	29,6	922,4	726,9	78,8	21,2
1962/63	385,3	326,5	84,7	15,3	415,3	275,6	66,4	33,6	800,6	602,1	75,2	24,8
1963/64	310,3	276,3	89,0	11.0	510,6	375,8	73,6	26,4	820,9	652,1	79,4	20,6
1964/65	413,3	353,5	85,5	14,5	778,2	494.7	63,6	36,4	1191,5	848,2	71,2	28,8
1965/66	504,4	411,7	81,6	18,4	674,5	455,2	67,5	32,5	1178,9	866,9	73,5	26,5
В серед- ньому	—	—	85,3	14,7	—	—	67,6	32,4	—	—	74,9	25,1

Аналогічні спостереження на гідростаціонарі «Хрипелів» показали дещо іншу картину (табл. 6). В ялинниках крізь крони дерев проникає значно менше опадів, порівняно з буковими лісами. В середньому за рік під намет лісу надходить тут 63,1% опадів, а 36,9% затримується кронами, за холодний період — відповідно56,9% і 43,1%. У вегетаційний період крізь намет проникає більше опадів – 67,9%.

Таблиця 6. Розподіл атмосферних опадів на відкритій місцевості і під заслоном стиглих ялинових деревостанів гідростаціонару «Хрипелів» по сезонах року

Гідрологічні роки	Холодний період				Вегетаційний період				За рік
	опади мм		% опадів		опади мм		% опадів		опади мм		% опадів
	від- крита місце- вість	під лісом	прони- кло під заслону лісу	затри- мано крона- ми дерев	від- крита місце- вість	під запоною лісу	про- никло під заслону лісу	затри- мано крона- ми дерев	від- крита місце- вість	під лісом	про- никло під засло- ну лісу	затри- мано крона- ми дерев
1961/62	580,9	342,2	58,9	41,1	576,0	369,9	64,2	35,8	1156,9	712,1	61,6	38,4
1962/63	396,5	224,7	56,7	43,3	363,5	235,2	64,7	35,3	760,0	459,9	60,5	39,5
1963/64	448,1	282,1	63,0	37,0	1005,7	748,3	74,4	25,6	1453,8	1030,4	70,9	29,1
1964/65  .	455,8	257,7	56,5	43,5	791,1	545,6	69,0	31,0	1246,9	803,3	64,4	35,6
1965/66	438,1	215,8	49,2	50,8	414,1	278,4	67,2	32,8	852,2	494,2	58,0	42,0
В середньому	—	—	56,9	43,1	—	—	67,9	32,1	—	—	63,1	36,9

Такі вологозатримуючі особливості намету ялинових лісів обумовлені, в першу чергу, відсутністю сезонних змін у фенологічному стані, які бувають у листяних порід, в тому числі і в бука. Наявність у ялини хвої і в холодний період обумовлює затримання кронами дерев значної маси твердих опадів — снігу. Ця особливість має до деякої міри позитивне гідрологічне значення, особливо для тих висотних положень Карпат, де поширені ялинові ліси, тобто, де випадає найбільше опадів.

В результаті затримання снігу кронами ялини збільшується загальна поверхня його контакту з атмосферою, тобто збільшується площа випаровування вологи, а отже, зменшуються витрати вологи на стік при весняному сніготаненні, коли він здебільшого має бурхливий характер.

Здатність ялинових лісів затримувати своїми кронами значні маси снігу має і негативне значення, особливо коли випадає мокрий сніг. Дерева часто не витримують ваги снігу, що нагромадився на кронах, і ламаються. При сильному вітрі сніголами охоплюють значні площі.

Витрати вологи на випаровування із снігової поверхні намету мають другорядне значення. Як правило, ці процеси нетривалі і мають місце в спокійну безвітряну погоду. Невеликий вітер струшує сніг з дерев.

На протязі року наметом ялинових лісів, порівняно з буковими, затримується більше атмосферної вологи. Проте букові ліси затримують її більше протягом вегетаційного періоду, а ялинові, навпаки, у зимовий. Тому, якщо розглядати тільки одну із складових водорегулюючих особливостей лісового покриву водозатримуючу роль їх надземної частини, то перевагу слід віддати мішаним буково-ялиновим деревостанам, які здатні регулювати, у певних межах, доступ атмосферної вологи до поверхні грунту і тим самим проявляти позитивний вплив на внутрішньорічний розподіл стоку. У літній період, коли атмосферні опади мають характер переважно інтенсивних злив, мішані ялиново-букові деревостани затримують своїм наметом більше вологи, порівняно з чистими лісами. У зимовий період водозатримуюча роль цих порід діаметрально протилежна. Крім того, процеси радіаційного сніготанення у мішаних деревостанах, завдяки більшій затінюючій здатності ялини, проходитимуть повільніше. Створення мішаних хвойно-букових насаджень потрібно практикувати передусім в суміжних лісорослинних районах, де випадає багато атмосферної вологи, а тим самим існує більша загроза виникненню повіней та інших стихійних явищ. Створення мішаних насаджень в цих висотних положеннях значно зменшить загрозу вітровалів, якими в останній час була охоплена досить велика площа ялинових лісів Карпат.

У наведених вище даних по вологозатримуючій здатності лісового намету не враховано стікання частини опадів по стовбурах дерев. Звичайно, залежить це в першу чергу від кількості опадів, їх інтенсивності, а також від породного складу лісостанів та їх віку. Характер поверхні кори, її шершавість, що обумовлює стікання різної кількості вологи, залежить від породи дерев та їх віку. За даними Е. Гоппе, у 28-річпому буковому деревостані, залежно від інтенсивності опадів, по стовбурах стікає від 9 до 20,7% опадів, у ялини –від 0,1 до 4,8%. Як відмічає американський дослідник Гортон, найбільший стік по стовбурах спостерігається у бука. При дощах в 33 мм по стовбурах бука стікає 10% опадів, тоді як в інших порід величина ця коливається від 0,6 до 5%. Отже, кількість атмосферної вологи, що стікає по стовбурах дерев, незначна, проте для букових лісів вона не така вже й мала, щоб нею нехтувати.

В досліджуваних нами букових деревостанах спостерігалось тим більше стікання вологи, чим вища інтенсивність дощу (табл. 7). Максимальну величину стоку отримано при інтенсивній зливі (42,5 мм на протязі 3 год. 8 хв.) – 12,7% вологи від опадів на відкритій місцевості. Стік води по стовбурах створює сприятливі умови для водопостачання кореневої системи, а з точки зору водорегулюючих властивостей проявляється позитивно як фактор трансформації частини опадів, що стікають по стовбурах безпосередньо у внутрішньогрунтовий стік.

Таблиця 7. Стік опадів різної величини по стовбурах букового деревостану (гідростаціонар «Свалява»)

Характеристика деревостану	Надійшло опадів, мм	3 них стекло	по стовбурах, %
10Бк поод. Гр, вік – 90	до 2	0,03	1,76
років,	2,1 – 3,0	0,08	2,96
повнота 0,8	3,1 – 5,0	0,17	4,25
зімкнутість крон 0,8	5,1 – 10	0,49	5,46
середній діаметр – 45,9 см,	10,1 – 15	0,82	5,85
середня висота – 32,2 м, 1 бонітет	15,1 – 20	1,05	6,17
Свіжа карпатська бучина D2	20,1 – 30	1,93	8,05

Стік вимірювався з допомогою спеціальних спіральних уловлювачів.

Необхідно відмітити, що залежно від величини опадів та їх інтенсивності під намет лісу надходить різна кількість атмосферної вологи, аналогічно як проходить і стік по стовбурах. Щоб з’ясувати залежність проникнення атмосферних опадів під намет лісу від величини та інтенсивності дощу, ми спостерігали за опадами різної величини на відкритій місцевості і під наметом лісу протягом теплого періоду року (табл. 8 ) і прийшли до висновку, що еквівалентно зростанню величини дощу збільшується кількість проникнення атмосферної вологи під намет лісу.

Таблиця 8. Проникнення опадів в літній період крізь крони дерев залежно від інтенсивності дощу (в %)

Деревостани	Вік, років	Проникло крізь крони дерев при дощах (в мм)
		0-1	1,1-2,0	2,1-5,0	5,1-10	10,1-20	20,1-30	30,1-40	40,1-50	більше 50 мм
Буковий
наші дані	90	18,0	30,0	58,8	71,4	79,4	83,6	90,0	96,8
дані Е. Гоппе (1902)	84			62,0	76,3	80,8	86,7	89,6
Ялиновий
наші дані	75	28,6	31,5	40,4	55,1	71,9	74,9	76,3	82,9	88,5
дані Е. Гоппе	61			29,2	43,1	54,9	67,0	71,2

З точки зору захисних функцій лісового покриву і, зокрема, гідрологічного впливу надземної частини вегетативних органів дерев, на перший план висувається здатність останніх затримувати певну кількість атмосферної вологи, яка випаровується, не потрапляючи до грунту. Це важливо в умовах Карпат, оскільки наявність тут пересіченого гірського рельєфу при великій кількості опадів створює умови для інтенсифікації стоку, тобто для виникнення повіней та інших стихійних явищ. Проте, здатністю лісового намету затримувати певну кількість опадів не обмежується комплексний гідрологічний вплив гірських лісів. Нестачі вологи деревні породи в даних умовах не відчувають, навпаки, більш актуальним є питання знаходити методи і шляхи раціонального використання за певних умов надмірної кількості водяних мас. Тому зволоження повітряних мас, яке відбувається при безпосередній участі лісового покриву, і дальше перенесення їх повітряними течіями на прилеглі території є головною гідрокліматичною особливістю карпатських лісів.

Поповнення повітря вологою над лісовими територіями відбувається як за рахунок біологічного випаровування, транспірації, так і за рахунок безпосереднього випаровування вологи з поверхні грунту і надземної частини вегетативних органів. Перший вид випаровування має більш стабільний характер і залежить від умов погоди. Коли повітря більш насичене водяними парами, транспірація зменшується і, навпаки, при вищій сухості повітря та ясній погоді транспірація посилюється. Фізичне випаровування вологи, особливо з вегетативних органів дерев відбувається лише тоді, коли вони мокрі, тобто після дощів. Процес цей відносно недовготривалий, швидкість його визначається умовами погоди. Чим скоріше після дощу настає ясна погода і підвищується температура повітря, тим вища інтенсивність випаровування.

Таке поповнення повітря водяними парами відіграє важливу роль як фактор прискорення кругообігу вологи. Суть цього явища полягає в тому, що затримана вегетативними органами волога, хоч і знаходиться у вигляді мінімального шару на листі, гілках, в той же час займає колосальну поверхню, з якої, зрозуміло, випаровування проходить дуже швидко. Тому зразу після дощів повітря наповнюється водяними парами. В горах це спостерігається по долинах потоків, зворів. Повітря над ними, як правило, холодніше, що призводить до утворення туманів. При низькому баричному тиску теплі і вологі повітряні маси піднімаються швидко вгору, де, охолоджуючись, утворюють хмари, і знову випадає дощ. Нерідко тумани по долинах потоків утворюються і під час дощу.

Ми розглянули вплив гірських лісів Карпат па формування в атмосфері так званих вертикальних опадів, що випадають у вигляді дощу і снігу. Вони відіграють домінуюче значення у зволоженні тієї чи іншої території. З другого боку, лісовий покрив затримує певну частину опадів, тобто служить перепоною на шляху свобідного проникання опадів до поверхні грунту. Але відомо, що певна кількість атмосферної вологи при відповідних метеорологічних умовах осідає у вигляді роси, інею тощо. Такі опади, на відміну від звичайних вертикальних, називають горизонтальними.

Зрозуміло, що у конденсації горизонтальних опадів важливу, якщо не основну роль відіграє лісовий покрив, який з усіх рослинних формацій займає найбільший приповерхневий повітряний простір. Своїми гілками, стовбурами і листям ліс збирає, повислу в повітрі вологу (при туманах) і спрямовує її в грунт. Але нагромаджені таким чином на деревах конденсаційні опади лише, частково потрапляють у грунт. Значна їх кількість знову випаровується в атмосферу, поповнюючи вертикальні опади.

На думку Г. Н. Висоцького (1938), значні конденсаційні опади спостерігаються з боку навітряних узлісь, на водороздільних підняттях рельєфу і особливо у горах. Додаткове, зволоження за рахунок конденсаційних опадів у горах досягає 84%, а на рівнині – близько 6% від річної кількості опадів. Можливо, це частково послужило причиною висунення Г. Н. Висоцьким тези про те, що ліси висушують рівнини і зволожують гори.

Роль конденсаційних опадів особливо відчутна у високогір’ї Карпат, про що свідчать деякі природні явища. Так, у зимовий час іній настільки товстим шаром окутує поодинокі дерева ялинового рідколісся, що повністю спотворює їх природний вигляд.

В. В. Рахманов (1962), узагальнюючи дані деяких зарубіжних авторів, приходить до висновку, що в гірських країнах із значною вологістю і помірною температурою повітря конденсаційні опади істотно збільшують загальну кількість опадів. Цьому, головним чином, сприяє формування по гірських схилах висхідних повітряних течій, які, піднімаючись вгору, охолоджуються, що й сприяє утворенню туманів і випаданню атмосферної вологи. У збільшенні кількості атмосферних опадів проявляється одна із особливостей водоохоронного значення гірських лісів.

Джерело: Чубатий О.В. Захисна роль карпатських лісів. Вид. “Карпати”, Ужгород, 1968