Лекция 8. Биогенная миграция (стр. 6 )

Многообразие газовой функции живого вещества неоспоримо, хотя в ее познании еще существует много “белых пятен". Однако нет сомнений в том, что атмосфера, наш воздух - это, как говорил , "создание жизни". Конечно же, он имел в виду огромное значение организмов как фактора, контролирующего состав и физические свойства атмосферы.

Водорегулирующая функция заключается в том, что система растительный покров - почва - подпочвенный грунт представляет собой единый емкий резервуар влаги. Через поверхностный, но главным образом, подземный сток из этого коллектора влаги подпитываются ручьи, реки и другие водные объекты.

Поэтому на реках лесных территорий паводки ниже и более растянуты, чем в безлесных районах с таким же количеством осадков. Зато в сухие периоды водность рек лесных районов всегда больше.

Зимой на лесных землях скапливается больше снега, чем на безлесных. Объясняется это тем, что незащищенные от ветра снежные массы чаще сдуваются, поднимаются в воздух и сублимируют. Кроме того, летом наличие нагретых и сухих воздушных масс над открытой обширной территорией служит определенным противодействием для выпадения осадков. Насыщенные влагой воздушные потоки могут как бы рассасываться в нагретом и сухом воздухе. Поэтому, несмотря на значительные потери влаги на транспирацию, речной сток с залесенной площади может нередко быть выше, чем с открытой. Например, многолетние наблюдения в бассейне р. Кокшага (левый приток Волги) показали, что сток с залесенных водосборов был на 89 м3/га×год больше, чем с выгоревших.

Специалисты полагают, что с увеличением лесистости бассейнов рек на каждые 10% средний годовой слой стока с них увеличивается на 10-15 мм.

Рис. 1. Динамика транспирации и физического испарения при восстановлении лесов через хвойные (А) и лиственные (Б) породы после сплошных рубок в подзоне южной тайги Европейской территории России. Ход кривых показывает значительное изменение слоя стока - от максимума в момент вырубки деревьев к минимуму в фазу 40-60-летних лесов с последующим плавным увеличением при их старении (по ).

Однако так бывает не всегда. Если потеря лесистости не ведет к уменьшению осадков и запасов влаги на водосборах, то наблюдается обратная картина, ибо функционирование лесных ландшафтов связано со значительными затратами влаги на транспирацию и сопутствующее ей испарение с крон деревьев.

Например, во влажных тропиках потери стока за счет перехвата осадков пологом леса и транспирации в сумме имеют порядок несколько мм в сутки. Характерное время возвращения воды при перехвате осадков пологом леса составляет несколько часов, а характерное время возвращения воды из почвы имеет порядок месяца. Согласно и , 10-20% от суммы осадков возвращается в атмосферу в виде испарения с почвы, остальные 80-90% транспирируются растительностью или же испаряются с зеленого полога леса.

Лесная и луговая растительность выступает в виде наиболее совершенного природного насоса. Учитывая быстроту, с какой леса возвращают влагу в атмосферу, и одновременно их водоаккумулирующий эффект в течение года, можно говорить, что высокая залесенность территории - надежная гарантия достаточно регулярного снабжения ее осадками в вегетационный период. Такого мнения придерживались , и ряд других ученых, указывая на необходимость сохранения лесов во всех зонах, где они произрастают. Они призывали к широким лесомелиоративным мероприятиям там, где леса были сведены в чрезмерных масштабах.

Для понимания особенностей водорегулирующей функции леса большое значение имеет вывод (1986) о том, что составляющие суммарного испарения подчиняются физиологическим фазам развития лесов. На примере лесов южной подзоны тайги он установил, что при сплошной рубке леса транспирационная составляющая испарения почти перестает действовать и в этот момент суммарное испарение снижается на 20-40% по сравнению с тем, какое имеет место в спелых лесах (рис. 1).

Происходит увеличение речного стока. Однако рубки, как известно, ухудшают режим стока. В межень реки сильно мелеют и несут меньше воды, чем до сведения леса, несмотря на практически полную ликвидацию его насосной функции.

При восстановлении лесов лишь в первые 20 лет с занятых ими водосборов испаряется меньше влаги, чем с участков со зрелым лесом 100-летнего возраста. Затем масса и прирост леса становятся таковыми, что воды в атмосферу уходит больше, чем на участках со 100-летним лесом, особенно в период от 20 до 50 лет, когда величина транспирации непрерывно увеличивается, а сток снижается. После 50 лет роста наблюдается плавное снижение масштабов транспирации, которое прослеживается во все стадии развития леса вплоть до 160-летнего возраста. Данных наблюдений над более старым лесом не приводит.

Помимо всего, им было подтверждено, что амплитуда масштабов транспирации в зависимости от возраста у лиственных лесов больше, чем у хвойных. Это согласуется с цифрами удельного расхода воды различными породами деревьев на создание фитомассы. Так, еловые насаждения испаряют всего 85 куб. м, сосновые - 190, осиновые - 450 и березовые - 500 куб. м при создании 1 т органического вещества (Крестовский, 1986).

Насосная функция растений может ослабляться или усиливаться в зависимости от условий внешней среды. Открытием чрезвычайной важности было установление антитранспирационного эффекта СО2. Этому явлению, которое несомненно должно иметь как положительные, так и серьезные теневые стороны, пока уделяется слишком мало внимания. Опыты с пшеницей и кукурузой показали, что при повышении концентрации СО2 с 300 до 600 частей на млн. транспирация у этих культур снижалась соответственно на 5 и 20%. Оказалось также, что по увеличению эффективности использования воды в условиях дополнительной подкормки углекислотой кукуруза превосходит хлопчатник. С помощью специальной аппаратуры была установлена причина указанного явления. Оказалось, что рост концентрации СО2 в воздухе вызывает снижение устьичной проводимости и повышает эффективность использования воды у всех растений, подвергающихся опытам (рис.2). Устьица - это маленькие отверстия на поверхности листьев, обычно около 10 мкм длиной и от 2 до 7 мкм шириной. Через них растения осуществляют газообмен с атмосферой.

мгCO2/1гH2O

Рис.2. Изменение эффективности использования (мгCO2/1гH2O) при различных концентрациях атмосферного CO2 Science. 1983. V. 220. N 4595. P. 428.

Пока еще трудно сказать, как меняется водорегулирующая функция живого вещества суши в условиях современного стремительного увеличения содержания атмосферного СО2 . Однако ясно, что роль его в этом процессе в целом велика и что оно весьма активно посредством водорегулирующей функции участвует в круговороте воды. Это отмечено . “Можно сказать, что весь растительный покров геохор (природных зон - С. Г.) закономерно связан прежде всего с влажностью воздуха, с газообразным и жидким состоянием молекул воды, с парами и каплями. Растительность своими корнями высасывает воду из подземных частей почвы и подпочвы, понижает уровень грунтовых вод и играет основную роль в круговороте воды нашей планеты. Трудно исчислить следствие из этого явления первостепенного значения в истории планеты (Вернадский, 1987, с. 230).