З усіх видів господарської діяльності в лісах головні рубки є найістотнішим фактором зміни їх природного середовища. Вони найбільше змінюють екологічні умови, які сформувалися тут протягом тривалого часу.

Особливо помітний вплив рубок, зокрема суцільних, в гірських лісах, де вони викликають перш за все різкі зміни річкового стоку і водного балансу. Зміни ці вважають критерієм впливу рубок на гідрологічний режим гірських схилів.

У наш час як в СРСР, так і за рубежем приділяється посилена увага вивченню особливостей, масштабів і форм проявлення гідрологічної ролі лісу і її змін під впливом господарської діяльності людини. Знання тенденцій, динаміки та характеру кількісних змін складових водного балансу і особливо річкового стоку під впливом господарської діяльності має важливе практичне значення. Воно сприяє як збереженню природних лісових екосистем, так і охороні природного середовища в цілому.

Вплив лісу як гідрологічного фактора має особливе значення для зони Карпат — найбагатшого водними ресурсами і лісами регіону республіки. Лісовий покрив Карпатських гір представлений в основному такими головними породами, як бук і ялина. Буковими лісами зайнято 502,8 тис. га, або 35,1 %, ялиновими — 531,3 тис. га, або 37,7 %, від загальної вкритої лісом площі регіону. Решту, тобто 27,2 % займають інші лісоутворюючі породи дерев. Це в основному передгірні дубові ліси або ж ліси, утворені іншими листяними, хвойними породами. Вони не мають значного поширення в горах і здебільшого представлені окремими масивами, а також як домішка у букових і ялинових деревостанах. Таким чином, основне лісоутворююче значення в гірських умовах Карпат належить букові і ялині.

Бучини не випадково обрано для вивчення гідрологічної властивості гірських лісів Карпат, а також впливу рубок та наступного лісовідновлення на зміну середовищетвірної, в тому числі водоохоронно-захисної ролі лісу. Це викликане, по-перше, тим, що букові деревостани з цієї точки зору вже за своєю природою є цікавим об’єктом. Повністю сформовані, вони відзначаються складною віковою структурою. Як правило, такі деревостани багатовікові. Зумовлене це тим, що вони дуже добре відновлюються під материнським наметом. Відомо, що такі складні деревостани більше впливають на зовнішнє середовище, ніж прості, представлені одновіковими насадженнями. Вони повніше використовують як підземну глибинну грунтову товщу, так і надземний повітряний простір. По-друге, природний вертикальний пояс поширення букових лісів Карпат зазнав у минулому істотного антропогенного перетворення. Букові ліси тут посилено замінювались монокультурами ялини. Щоправда, цей господарський захід не завжди давав бажаний ефект. Утворити чисті насадження ялини в поясі букових лісів, як показав досвід минулих років, не вдалося.

Бук як сильніший едифікатор своїх природних місцезростань витісняв ялину. Хоч ялина в цих природних умовах досить швидко росте, проте вона терпить від вітроломів і особливо сніголомів. Деревина її досить крихка, але вже у віці приблизно 60 років досягає технічної стиглості. І, враховуючи саме швидкий ріст, впровадження її невеликими масивами у пояс букових лісів в економічному відношенні доцільне.

Зазначимо, що букові ліси Карпат значно більшою мірою, ніж ялинові, поступалися місцем сільськогосподарським угіддям. В результаті природна лісистість регіону зазнала помітних змін. Це не могло не позначитись на природному середовищі. Невідповідні гірським умовам режими і способи ведення лісового господарства в минулому (значні за розмірами сконцентровані в одному місці лісосіки) призвели до значного погіршення водоохоронно-захисних функцій лісового покриву. Так, молодняки і середньовікові деревостани сконцентровані тут у межах одних річкових водозборів або їх частин, а стиглі та перестійні — в інших. Це зумовлює нерівномірність формування водного балансу і річкового стоку в межах регіону.

У поясі букових лісів Карпат ведеться відносно посилене лісокористування, оскільки тут знаходиться чимало стиглих та перестійних лісів. Необхідність використання цієї деревини, за винятком лісів І групи і особливо приполонинних, охоронних, не викликає сумніву. Проте лісокористування на гірських схилах повинно вестись так, щоб воно не завдавало шкоди природному середовищу.

Ось чому виникла потреба з’ясувати суть гідрологічної ролі букових лісів Карпат та змін її під впливом антропогенної діяльності, тобто виявити зміни природного середовища під впливом головних рубок і наступного лісовідновлення. З цією метою на стаціонарі «Свалява» проводився багаторічний (більше двадцяти років) активний експеримент. Місцем його проведення став найбільш типовий район зростання природних карпатських бучин.

Суть активного експерименту зводилась до двохетапного виявлення розподілу вологи атмосферних опадів по складових елементах водного балансу. Для цього в першу чергу проводився облік атмосферної вологи на відкритій місцевості, тобто прихідної частини балансу. Одночасно вивчався розподіл її по таких складових витрачальної частини балансу, як грунтовий і поверхневий стоки, затримання вологи лісовим наметом, акумуляція вологи грунтовим покривом і сумарне випаровування в цілому. Згадані роботи виконувалися на трьох експериментальних водозбірних басейнах, вкритих однорідними стиглими буковими деревостанами. Перший етап робіт тривалістю п’ять років, або період калібрування водозборів, зводився до виявлення гідрологічної схожості та відмінності експериментальних водозборів, вкритих стиглими буковими лісами, без втручання людини, тобто без проведення будь-яких лісогосподарських заходів. Площа експериментальних водозборів невелика (І водозбір — 3,94 га, II — 6,67, III – 7,27 га).

Після завершення калібрування провели рубку лісу на І водозборі — суцільнолісосічну, якою була охоплена вся площа водозбору, й одночасно на II водозборі — перший прийом з вибіркою ЗО % загальної маси деревини, а через 8 років — другий, кінцевий прийом рівномірно-поступової рубки. III водозбір використано як контрольний, на ньому не проводилось жодних рубок та інших лісогосподарських втручань.

Рельєф водозборів — типово гірський із чітко виявленими вододілами та постійними водотоками в глибоко врізаних у схили долинах. Безперервна реєстрація рівнів води з допомогою самописців «Валдай» проводилась на гідрометричних лотках, встановлених у створах водозборів. Водозбори досить однорідні як за рельєфом, геологічною будовою, грунтовим покривом, гідрологічними умовами, так і за породним складом, віком, структурою і продуктивністю деревостанів. Вони мають спільні вододіли, розміщені поруч в одному висотному діапазоні (340—530 м над р. м.), тобто в однакових кліматичних умовах.

Проведений експеримент дав можливість кількісно оцінити порушення екологічної рівноваги і передусім водоохоронно-захисних функцій лісу під впливом рубок, а потім ступінь, напрям та інтенсивність змінних функцій або їх відновлення в результаті росту і розвитку нового покоління лісу. Така оцінка значення лісу особливо актуальна в наш час, оскільки лісокористуванням охоплюються дедалі більші площі. Розробка практичних заходів щодо найбільш раціонального лісокористування, яке включає й охорону природного середовища лісу, в тому числі водоохоронно-захисні функції, є першочерговим завданням.

Наскільки важливе знання наслідків невдалих, а тим більше невідповідних гірським умовам способів лісокористування, свідчить сучасний етап лісів деяких річкових басейнів, які в минулому надмірно експлуатувалися. Для прикладу візьмемо басейни річок Тур’ї та Пінії на Закарпатті, тобто район діяльності в дорадянський період колишньої фірми «Латориця». Тут ліси вирубувались великими суцільними лісосіками, в результаті чого близько 80 % лісової площі нині зайнято одноманітними середньовіковими деревостанами, водоохоронно-захисні функції яких значною мірою втрачені. Звідси невеликий річковий об’єм стоку і його низька зарегульованість, що негативно позначається на стані й величині водних ресурсів. Слід зауважити, що лісовий покрив Карпатських гір дуже нерівномірний за віковими категоріями. Викликано це тим, що в першу чергу ліси вирубувались поблизу деревообробних підприємств, шосейних та залізничних шляхів, а відтак рубки лісу поступово віддалялись у менш доступні бездорожні масиви. Нерівномірність лісокористування спричинила відповідний розподіл лісів по вікових категоріях і на території. Таким чином, на сьогодні ліси стиглого та перестійного віку знаходяться вище в горах, у малодоступних місцях, а молодняки і середньовікові деревостани — нижче, поблизу шляхів і населених пунктів. Це стало основною причиною неоднакового формування лісового середовища, що проявляється в різному впливі його на водний баланс і річковий стік. Зазначимо, що мова йде не про різновіковий ліс, який з водоохоронно-захисної точки зору має певні переваги над одновіковим, а про ті ліси, в яких в одних місцях сконцентровані молодняка чи середньовікові деревостани, а в інших стиглі та перестійні.

Відомо, що ліси відносно молодого віку (тобто, коли вони досягають кульмінації поточного приросту деревини або коли найінтенсивніше проявляється їх ріст) споживають більше вологи на життєдіяльні процеси і тим самим зменшують витрати води на річковий стік. Отже, говорячи про річковий стік як один з головних кількісних показників водних ресурсів, можна сказати, що на вищих положеннях річкових водозборів він більший, ніж на нижчих. Але при цьому не можна забувати, що з висотою місцевості зростає кількість атмосферного зволоження, що, звичайно, позначається і на величині річкового стоку. Проте рубки мають не другорядне значення, коли вони є головною причиною порушення водоохоронно-захисної ролі лісу.

Як впливає рубка після її завершення, ріст і розвиток молодого покоління дерев на водоохоронно-захисні функції лісу, можна показати на прикладі багаторічного активного експерименту. Брались до уваги зміни в розподілі вологи атмосферних опадів, тобто прихідної частини балансу, по його витрачальних елементах порівняно з контрольним водозбором, постійно вкритим стиглим лісом (табл. 1).

Таблиця 1 РОЗПОДІЛ АТМОСФЕРНИХ ОПАДІВ (мм) ПО ЕЛЕМЕНТАХ ВОДНОГО БАЛАНСУ (багаторічні дані по водозборах стаціонару «Свалява»)

Умовні позначення: О — атмосферні опади на відкритій місцевості, С сум. — стік сумарний, І сум. — випаровування сумарне, І нам. — випаровування вологи, затриманої наметом лісу, ±Вз. — зміна вологозапасів грунту за гідрологічний рік.

Результати активного експерименту можуть бути прийняті як середні показники впливу рубок і наступного лісовідновлення на зміну водного балансу для всієї зони букових лісів Українських Карпат. Відхилення як в бік зменшення, так і в бік збільшення цього впливу залежатиме від природних умов того чи іншого району в межах поширення букових лісів.

Достовірність одержаних даних в тому, що вони є результатом тривалого вивчення кількісного антропогенного впливу на природне середовище лісу як основного фактора його зміни. Шляхом відповідних зіставлень цих даних та розрахунків можна виявити зміни, які відбулися у розподілі витрачальних складових елементів водного балансу по відношенню до стиглого лісу. В цьому головна суть зміни водоохоронно-захисних функцій лісу як під впливом рубок, так і наступного природного відновлення.

Під час другого етапу робіт, тобто після проведення рубок лісу, випадало значно більше атмосферної вологи порівняно з періодом калібрування. Особливо істотно позначилися рубки на формуванні водного балансу, що призвело до збільшення поверхневого стоку та зменшення сумарного випаровування з водозборів, пройдених рубками. Але кількісні зміни витрачальних складових водного балансу не в однаковій мірі простежуються за весь період після рубок. Очевидно, зв’язане це із впливом рубок на природне середовище та наступний ріст і розвиток нового покоління лісу.

Слід відзначити також, що формування водного балансу на всіх трьох водозборах неоднорідне, незважаючи на їх лісівничу, геоморфологічну і грунтову подібність. Це слід врахувати при аналізі багаторічних даних. Гідрологічна відмінність встановлюється з допомогою контрольного водозбору як еталону. Спочатку зіставляються дані за період калібрування водозборів, тобто коли вони були вкриті однорідним стиглим лісом.

Стік грунтовий на І водозборі порівняно з контрольним становив 99 %, поверхневий був на 80 % вищий, а сумарне випаровування — 93 %. Аналогічні зіставлення показали, що на II водозборі стік грунтовий становив лише 43 % порівняно з контролем, стік поверхневий був вищий на 104 % і сумарне випаровування на 7 %.

Таким чином, стік грунтовий з І водозбору і сумарне випаровування з обох водозборів, тобто з І і II, мали близькі кількісні показники порівняно з контрольним водозбором. Це повинно враховуватися при з’ясуванні впливу рубок і наступного лісовідновлення на зміну водоохоронно-захисних властивостей лісу. Щоб повніше з’ясувати цей вплив, необхідно знати, як змінився розподіл вологи атмосферних опадів по складових водного балансу за весь час спостережень на контрольному водозборі. Це потрібно тому, що після рубок істотно збільшилась кількість атмосферних опадів, тобто прихідна частина водного балансу, що в свою чергу могло відповідно позначитись на формуванні водного балансу на контрольному водозборі, те зачепленому рубками. Як показали розрахунки, після рубок атмосферне зволоження водозборів збільшилось в середньому на 25,3 % порівняно з періодом до рубок. Величину збільшення опадів визначено з допомогою багаторічної норми.

Зростання атмосферного зволоження після рубок лісу викликало збільшення як грунтового, так і поверхневого стоку і відповідно зменшення сумарного випаровування на контрольному водозборі. Змінилось також співвідношення стоку грунтового до поверхневого (показник водорегулюючої ємкості водозборів). Так, якщо за перший етап робіт, коли випадало менше атмосферних опадів, цей показник становив 2,14, то за другий етап, коли зросло атмосферне зволоження, він знизився до 1,9, а сумарне випаровування — на 14,9 %.

Величина атмосферного зволоження суттєво впливає на розподіл інших витрачальних елементів балансу. Покажемо це на прикладі контрольного водозбору, на якому за весь час експерименту не було ніяких лісогосподарських втручань. Так, за перший етап робіт, тобто за п’ятирічний період калібрування, в середньому за рік випадало 869 мм атмосферної вологи, або 83,5 % багаторічної норми. Витрачальні складові балансу розподілялись так: на стік грунтовий припадало 202 мм, або 23,2 % від прихідної частини балансу, на стік поверхневий — 69 мм, або 7,9 %, і на сумарне випаровування — 598 мм, або 68,8 %.

Протягом наступних 15 років (тобто після рубок на І і II водозборах) в середньому за рік випадало 1132 мм атмосферних опадів, тобто 108,8 % багаторічної норми. Витрачальні складові водного балансу за цей час розподілялись так: на стік грунтовий припадало 342 мм, або 30,2 % прихідної частини балансу, на стік поверхневий — 180 мм, або 15,9 %, і на сумарне випаровування— 610 мм, або 53,9 %.

На підставі цього можна зробити висновок, що прямі зіставлення витрачальних складових водного балансу І і II водозборів до і після проведення на них рубок не дають об’єктивного уявлення про вплив як рубок, так і наступного лісовідновлення на кількісні зміни витрачальних елементів водного балансу. Різницю в їх розподілі виявлено не тільки між періодом калібрування й наступним після рубок етапом, але й за окремі роки.

Особливо відчутна відмінність зразу після рубок і на початку заростання лісосік (табл. 2).

Таблиця 2  ВІДНОШЕННЯ ВИТРАЧАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ВОДНОГО БАЛАНСУ І і II ВОДОЗБОРІВ ДО КОНТРОЛЬНОГО ПО ГІДРОЛОГІЧНИХ РОКАХ

Джерело: Чубатий О.В. Гірські ліси – регулятори водного режиму. Карпати. Ужгород. 1984