CC BY
70
Вопросы экологии
М.В. СЫРИЦА
Роль транспирации в оценке водоохранных качеств дубовых лесов южного Приморья
Рассматривается значение транспирации в водном режиме дубовых лесов. Показано, что восстановление вторичных дубняков до состояния коренных повысит уровень увлажнения и будет способствовать сохранению водных ресурсов территории.
Ключевые слова: транспирация, транспирационный расход влаги, водный режим дубняков.
The role of transpiration in the assessment of water quality of oak forests.
M.V. SIRITSA
Considers the importance of transpiration in the water regime of oak forests. Shows the restoration of secondary oakery to enhance the status of indigenous wetting and the contribution it has on the water conservation in the area.
Key terms: transpiration, transpiration water consumption, water treatment oakery.
Для общей оценки водоохранных и водорегулирующих функций леса необходимо учитывать напряженность водного баланса, обусловленную комплексом факторов среды.
Применительно к условиям горно-лесных экосистем южного Приморья особенно важен уровень влажности корнеобитаемого слоя почвы. Однако, будучи сильно каменистыми, почвы горных склонов не обеспечивают нормального водоснабжения влагой надземных органов растений, т. к. выпадающие осадки, даже очень сильные, не создают длительного резерва влаги вследствие быстрого внутрипочвенного стока. В лимитированные в отношении количества осадков годы отток воды за пределы корнеобитаемого горизонта вообще прекращается, и выпадающие осадки почти полностью затрачиваются на испарение.
Нами неоднократно отмечалось, что на территориях, покрытых растительными сообществами, суммарное испарение определяется транспирацией, от динамики и интенсивности которой зависит влаго-обеспеченность экосистемы в целом. В неблагоприятных климатических условиях транспирация приобретает первостепенное водоохранное значение [2, 4].
В настоящее время в южном Приморье ценные в природоохранном, в том числе и водоохранном, значении коренные леса, с доминированием кедра корейского и пихты цельнолистной, сменились разно-
образными типами вторичных лесов. Смена высокопродуктивных хвойных лесов малоценными древостоями, интенсивность транспирации которых в 2-3 раза выше, чем у хвойных, вызвала сдвиг в сторону усиления колебания составляющих водного баланса территорий, а в целом привела к напряженному водному режиму.
Дубовые леса, часто занимающие крутые инсолируемые южные склоны, приспособились к недостатку почвенной влаги за счет снижения прироста органической массы. В своеобразных условиях Приморского края решение вопроса о повышении их производительности и усилении водоохранно-защитных функций является одной из актуальных задач.
Наблюдения за сезонной динамикой влажности верхнего горизонта почвы в трех эколого-фитоценотических пунктах показало, что уровень увлажнения связан с режимом выпадения осадков (рис. 1). Нарастающая к середине вегетационного периода сухость почв (июнь-июль) обусловлена интенсивным расходом влаги на транспирацию растений и физическое испарение с поверхности земли. Затем к осени (август-сентябрь), с снижением физиологической активности растений и началом дождливого периода, влажность почвенных горизонтов возрастает.
Май Июнь Июль Август Сентябрь
Б
Май Июнь Июль Август Сентябрь
Рис. 1. Динамика влажности верхнего горизонта почвы в трех типах дубняков (1 - леспедецевый на юго-западном склоне, 2 - рододендровый на гребневидном водоразделе, 3 - кустарниково-разнотравный на северовосточном склоне) в течение вегетационного периода: А - 1999 г. (при количестве осадков 383,3 мм); Б - 2000 г. (при количестве осадков 787,3 мм)
Более увлажнены почвы северных склонов, менее - южных (в среднем на 5-7 %). В засушливые годы эта разность увеличивается. Наиболее напряженные условия водного режима растений создаются на инсолируемых местоположениях (южные склоны) и участках с повышенной каменистостью почв (водораздельные).
Вегетационная динамика скорости транспирации позволяет проследить особенности транспирации дуба монгольского (как вида-эдификатора) в различные фазы его развития. Средние величины интенсивности транспирации помогают отобразить тенденцию и своеобразие данного показателя в разных климатических условиях (рис. 2).
А
Б
К
Я 3 й р а в
с л
Май Июнь Июль Август Сентябрь
Май Июнь Июль Август Сентябр ь
Рис. 2. Динамика скорости транспирации дуба монгольского в трех типах дубовых лесов в течение вегетационных периодов: А - 1999 г., Б -2000 г.; 1 - дубняк кустарниково-разнотравный на северо-восточном склоне, 2 - дубняк рододендровый на гребневидном водоразделе, 3 - дубняк леспе-децевый на юго-западном склоне
Измерения проводились в разные по условиям увлажнения годы, однако можно выделить общие закономерности:
1) скорость транспирации дуба монгольского выше в течение активной фазы вегетации (май-июнь); на водоразделе и северном склоне низкие показатели скорости транспирации в мае объясняются тем, что листья дуба здесь развертываются медленнее, чем на склоне южной ориентации, и к моменту измерения транспирации ткани листа еще не вполне дифференцированы;
2) на северо-восточном склоне, где сохранялся высокий уровень влажности почвы, скорость транспирации зависела от изменения водного потенциала воздуха; такую же зависимость мы отмечали и в других пунктах измерения в дождливые периоды;
3) в напряженных условиях водоснабжения (в периоды засух, на инсолируемых участках) у дуба монгольского отмечались явления депрессии или стабилизации процесса транспирации, которые выражаются в способности коллоидов цитоплазмы сопротивляться избыточному обезвоживанию при возрастании температуры окружающей среды;
4) к концу вегетации интенсивность транспирации либо снижается (1999 г.), либо повышается (2000 г.); увеличение количества воды на транспирацию было вызвано нерегулируемым испарением с поверхности физиологически неактивного листа, произошло усиление физического испарения, оттого и общая цифра, отражающая транспирацию + испарение, увеличилась в сентябре;
5) интенсивность транспирации дуба монгольского выше на юго-западном склоне (0,26 г/г сырой массы в час), чем на северо-восточном (0,19 г/г сырой массы в час), а на гребневидном водоразделе занимала промежуточное значение (0,22 г/г сырой массы в час).
Для оценки количественного вклада транспирационного расхода влаги дубовыми древостоями в общий водный баланс изучаемой территории нами из материалов гидрологических исследований В.Н. Волкова [1] и А.Н. Прилуцкого [3] были взяты средние величины суммарного испарения, стока и задержания осадков надземной частью фитомассы в дубовых лесах Горнотаежной станции ДВО РАН. Используя эти значения, мы рассчитали составляющие водного баланса для двух типов дубовых лесов, учитывая, что за вегетационный период 1999 г. выпало 383 мм осадков, а в 2000 г. за тот же период -787 мм (рис. 3).
2 (20 %)
1 (45 %)
3 (10 %)
4 (25 %)
Рис. 3. Составляющие водного баланса в целом по трем исследованным эколого-фитоценотическим пунктам: 1 - траспирация древостоя, 2 - задержание осадков кронами, 3 - сток, 4 - испарение с напочвенного покрова
По нашим расчетам, леса, состоящие преимущественно из дуба монгольского, в течение вегетационного периода расходуют в среднем 200-300 мм, что составляет около 45 % от количества поступающих осадков. При этом леспедецевый дубняк транспирирует 227 (231) мм, кустарниково-разнотравный - 189 (168,8) мм, а на гребне водораздела переходный тип леса расходует 209 (167,8) мм воды.
Транспирационный расход может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от морфофизиологических особенностей вида-доминанта. Дубовые сообщества слабее аккумулируют влагу на маловлагоемких каменистых почвах по сравнению с кедрово-широколиственными лесами. Однако доминирование вместо дубовых лесов трав и кустарников, ин-
тенсивность транспирации которых на порядок выше, привело бы к еще большему иссушению почв горных склонов. Поэтому адаптированные к недостатку почвенной влаги дубовые леса выполняют в Приморье важные водоохранные функции. Сокращая потери воды на физическое испарение с поверхности почвы и напочвенного покрова, они повышают общее увлажнение территорий и способствуют сохранению водных ресурсов.
Таким образом, исследования показывают, что в дубняках, занимающих водораздельные и южные экспозиции, наиболее часто создаются напряженные условия водного режима, поэтому основным направлением лесного хозяйства в этих дубняках следует считать их максимальное сохранение по водоразделам и южным склонам, тем более что леспедецевые дубняки в таких условиях выполняют и почвозащитные функции. Водоохранная роль этих лесов сводится к сокращению расходной части водного баланса, прежде всего суммарного испарения, за счет снижения интенсивности транспирации, т. к. сток в условиях маловлагоемкого каменистого почвогрунта регулировать невозможно.
В наибольшей степени водоохранными функциями обладает кустарниково-разнотравный дубняк, занимающий преимущественно склоны северной экспозиции. В этом типе дубняка поддерживается высокий уровень влажности, и его роль в накоплении влаги наиболее значима. Достаточно высокий уровень влажности почв в кустарниково-разнотравном дубняке на северном склоне позволяет определить его в качестве исходного фитоценоза для восстановления сложных хвойно-широколиственных лесов Приморья.
Создание на месте производных типов дубняков, особенно по склонам северной ориентации, смешанных кедрово-дубовых и дубово-кедровых лесов приведет к ослаблению колебания составляющих водного баланса данной территории. С этой же целью рекомендуется проводить реконструкцию малоценных древесно-кустарниковых зарослей в полноценные дубовые леса.
Литература
1. Волков В.Н. Гидроклиматический режим дубняков южного Приморья и его изменение под влиянием вырубок ухода: авто-реф. дис. ... канд. с.-х. наук / В.Н. Волков. - Владивосток, 1966. -25 с.
2. Дюрягина М.А. К вопросу о водоохраной роли дубовых лесов южного Приморья / М. А. Дюрягина, В. Д. Чернышев // Материалы IV регион. конф. молодых ученых. - Владивосток: ВГУЭС, 2000. - С. 218-219.
3. Прилуцкий А. Н. Структура водного баланса в дубняках южного Приморья / А. Н. Прилуцкий // Гидроклиматические исследова-
ния в лесах Дальнего Востока. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1973. С.125-129.
4. Сырица М.В. Роль транспирации в водном режиме дубовых лесов юго-западного Приморья: автореф. дис. ...канд. биол. наук / М.В. Сырица. - Уссурийск: ПГСХА, 2002. - 24 с.
© Сырица М.В., 2009 г.
