Лісівництво І семест ...

•                                                                                          Лекція №3

Вода необхідна для рослин як будівельний матеріал клітин та тканин, а також для життєдіяльності плазми, підтримання клітинного тургору, переміщення поглинутих корінням з фунту речовин у крону та пластичних речовин з асиміляційного апарату до інших органів рослин, для транспірації, яка в значній мірі захищає рослину від дії високих температур.

Першоджерелом забезпечення лісів вологою є опади холодного періоду року: сніг, іній, ожеледь. Джерелами вологи в лісі є також опади літнього періоду, ґрунтові води, що утворилися від опадів зимового та літнього періодів, води річок та прісних озер.

Вода завжди знаходиться в атмосфері у вигляді водяної пари. Її маса в одиниці об'єму становить абсолютну вологість, яка вимірюється у мілібарах або міліметрах ртутного стовпу, а процентний вміст пари вказує на відносну вологість. Пароутримуюча здатність повітря залежить від температури. Так, при температурі +27°С повітря може утримати у 2 рази більше вологи води, ніж при 16°С, хоча відносна вологість може бути в обох випадках рівною 100%.

Різницю між максимальною та фактичною пружністю водяної пари при однаковій температурі і тиску називають дефіцитом вологості повітря.

Між деревними рослинами і атмосферою відбувається обмін водяною парою. Якщо тиск водяної пари у рослині вищий ніж тиск у атмосфері, то волога із рослини надходить у атмосферу. Це спостерігається вдень, коли не йде дощ. Якщо ж картина зворотна, то волога може надходити із атмосфери у рослину, наприклад, при випаданні дощу або коли листя покрите росою. При рівному тиску в атмосфері і рослині також іде вологообмін. Це відбувається вночі.

У звичайних умовах росту повітря, що знаходиться всередині листя, насичене вологою більше ніж зовнішнє, тому водяна пара надходить у навколишній простір. Це явище називається транспірацією. Інтенсивність транспірації залежить від температури рослини, повітря, відносної вологості повітря та його руху на межі листя. Транспірація — основний процес, який відображає залежність рослин від води, бо вона забезпечує енергетичний градієнт, який викликає переміщення води у рослинах та її вихід у атмосферу. Транспірація також викликає дефіцит води у рослинах, що може негативно впливати на їх ріст і, навіть, призводити до загибелі (при певних умовах). Транспірація з поверхні листя дає можливість переміщення вологи до вершин високих дерев, поповнюючи у той же час атмосферу вологою. Опади прямо або опосереднено поповнюють запаси води у ґрунті.

Таким чином, кругообіг води є невід'ємною частиною кругообігу елементів живлення. Це — важливо для розуміння екології лісу.

Для нормального росту деревних рослин потрібно, щоб у ґрунт безперервно надходили волога і повітря. Як правило, великі за розміром порожнини у фунті заповнює повітря, а малі - вода. Оскільки надходження води і повітря прямо протилежні, то при збільшенні надходження одного зменшується надходження другого.

Вміст вологи у фунті залежить від його водоутримуючої здатності. При повному насиченні фунту водою вона розподіляється на три чітких категорії: гравітаційна вода заповнює більші за розміром пори; капілярна знаходиться у вигляді плівок навколо фунтових агрегатів; гігроскопічна вода. Перша категорія доступна для рослин у короткий період, друга — має здатність переміщуватися від більш зволожених ділянок до менш зволожених, вона споживається рослинами довше, а гігроскопічна вода — недоступна для рослин.

Дослідженнями встановлено, що розповсюдження лісів на планеті залежить від кількості опадів. Ліси зростають там, де опадів випадає 400 мм і більше на рік і не ростуть при меншій сумі опадів. Г.М.Висоцький ще в 1895 р. запропонував для визначення межі поширення лісів лісову ксерохору, що визначається величиною відношення річної кількості опадів до величини випаровуваності за Вільдом, що дорівнює 1,0. Цей показник Г. М. Висоцький назвав омброевапорометричним корелятивом (ОК).

Ліс росте там, де показник рівний 1,0 і більше, а в степу він знижується до 0,3. Пізніше, коли з'явилися можливості більш точно визначати випаровуваність, межі розповсюдження лісу визначалися іншими величинами, але ОК був першим за часом вдалим цифровим показником.

В умовах України річна сума опадів зменшується у напрямку з північного заходу на південний схід. Важливе значення для лісу має можливість використання опадів. Нерівномірність випадання (великі періоди без дощу) можуть згубно діяти на ліс. Негативний вплив може бути і від надлишку вологи. Так, при надмірному зволоженні ґрунту утворюються шкідливі для рослин сполуки заліза та алюмінію, знижується активність нітрифікуючих бактерій, утворюється дефіцит кисню у корененаселеному шарі ґрунту.

Вплив опадів на ліс залежить від їх характеру. Сніг є не тільки джерелом зволоження ґрунту, але й теплоізолятором, який захищає коріння рослин від низьких температур, насіння — від пошкодження, зберігає ґрунтову фауну. Насіння таких порід, як ялина, переноситься по поверхні снігу (насту) на досить значні відстані. Але, накопичуючись у кронах, особливо, коли сніг випадає мокрим, а температура повітря знижується, - він примерзає до хвої. Відбувається пошкодження дерев у вигляді сніголому та сніговалу. Від сніголому більш пошкоджуються сосняки, гілля яких та стовбури непластичні, від сніговалу — ялинники у віці жердняків. Зимньоголі ліси часто пошкоджуються ожеледицею (бук, тополі).

Вологість повітря впливає на ліс як позитивно, так і негативно. При вологості нижче 40% різко підвищується транспірація дерев, може трапитись передчасне усихання листя і навіть відмирання окремих дерев. Висока вологість повітря призводить до прискореного поширення і розвитку захворювань.

Ліс впливає на вологість повітря, підвищуючи її влітку порівняно з відкритим простором на 10-14%. У самому лісостані вологість повітря найвища над поверхнею фунту і найменша біля верхівок крон дерев.

Потреба у волозі — це кількість вологи, яка необхідна рослині для підтримання тургору у клітинах, нормального ходу фізіологічних процесів (фотосинтезу, дихання, ін.), захисту від перегрівання, обміну речовин між різними органами тощо.

Г. М. Висоцький спрощено виразив баланс вологи формулою: опади дорівнюють стоку плюс випаровування, плюс буфер. Кожну складову балансу він детально розшифрував. Опади — це як спадаючі, так і горизонтальні опади, а також надходження води через поверхневий стік, ґрунтові води та внутрішньо-ґрунтову конденсацію водяної пари.

Стік — поверхневий, винос снігу, надходження у ґрунтові води, глибинний стік.

Випаровування — фізичне випаровування з поверхні рослин, ґрунту, снігу, транспірація та витрати на органічний синтез.

Буфер — вологість ґрунту та запас ґрунтових вод.

Вибагливість до вологи — це відношення деревних порід до вологості місцезростання, тобто здатність отримувати необхідну кількість вологи з ґрунту у тих чи інших умовах.

П. С. Погребняк підкреслював, що вільха чорна, як порода з великою потребою вологи, росте тільки у вологих місцях, а тополя може рости і в інших. Тобто, вільха чорна має не тільки велику потребу у волозі, але і високу вибагливість до неї.

 Практичне лісовирощування та лісорозведення у посушливих умовах базується на підборі посухостійких деревних порід, які мають могутню кореневу систему.

Вплив лісу на поверхневий стік. Розрізняють поверхневий і внутрішньогрунтовий стік води. Перший може викликати ерозію грунту, вимивання та винесення дрібнозему, замулення цими виносами рік та інші негативні наслідки.

Грунтозахисне значення лісу полягає у зменшенні поверхневого стоку та ерозійних процесів, що відіграє особливу роль у гірській місцевості при зливах та інтенсивному таненні снігу. 

Водорегулююча роль лісу проявляється у специфічних умовах відкладання і танення снігового покриву у лісі, переведенні поверхневого стоку у внутрішньогрунтовий. 

Водний баланс лісу складається з надходження вологи у вигляді опадів та її витрат у вигляді випаровування, стоку, інфільтрації в глибинні горизонти грунту, акумуляції вологи рослинністю тощо.

Найпростішу формулу водного балансу запропонував А. Баумгартнер (1971):

N = V+A,

де: N – опади; V – сумарне випаровування; А – стік води.

Г.М. Висоцький баланс вологи у лісі виразив наступною формулою:

N = A+F+V+T

де: N – опади; A – поверхневий стік; F – грунтовий стік; V – випаровування;

T – транспірація.

Спостереження у різних районах Східно-Європейської рівнини засвідчили, що у всіх природно-кліматичних умовах кількісні показники складових водного балансу коливаються у наступних межах: А = 15-35%; F = 20-40%; V = 15-50%; Т = 30-50%.

Вода у лісових грунтах знаходиться у різних формах. Найбільш сучасною і повною є класифікація А.А. Роде згідно з якою розрізняють такі форми грунтової води: тверда, хімічно-зв’язана, пароподібна, фізично-зв’язана, вільна вода.

Тверда вода – потенційне джерело рідкої та пароподібної води, в яку лід переходить внаслідок танення і випаровування.

Хімічно-зв’язана вода поділяється на конституційну і кристалізаційну. Перша представлена гідроксильною групою (ОН) хімічних сполук: гідроксилу заліза, алюмінію, марганцю, органічних та органо-мінеральних речовин, глинистих мінералів.

Пароподібна вода знаходиться у складі грунтового повітря. Внаслідок добових температурних коливань водяна пара конденсується і перетворюється у доступну для рослин вологу.

Фізично-зв’язана водаадсорбується на поверхні частинок грунту, які володіють визначеною поверхневою енергією за рахунок сил притягання.

Вода у вигляді плівки безпосередньо вкриває частинки грунту і утримується на їх поверхні силами молекулярного притягання – адсорбції. За фізичним станом неоднорідна і представлена полімолекулярною плівкою. 

Гігроскопічна вода адсорбується частинками грунту з атмосфери і повністю недоступна для рослин. Максимальна кількість води, яка може бути поглинута грунтом з атмосфери за відносної вологості повітря 100%, називаєтьсямаксимальною гігроскопічністю.

Вільна водапредставлена у грунті у формі капілярної та гравітаційної. 

Капілярна вода заповнює вузькі капіляри грунту і утримується силами поверхневого натягу менісків. Вона активно поглинається рослинами, підтримує життєдіяльність бактерій і найпростіших. 

Гравітаційна вода частково накопичується після дощу і танення снігу у великих порах грунту або стікає в нижчі горизонти під дією сили тяжіння, поповнюючи запаси грунтових вод: на добре дренованих піщаних грунтах швидко, у щільних глинистих – повільно.