Вплив породного складу на фітоклімат

Морфологічні особливості деревних порід проявляються в пропусканні променистої енергії наметом деревостану і створенні під ним своєрідного мікроклімату. Для порівняння взято 13 похідних асоціацій, а саме: грабова, дуба звичайного з модриною (6Дз, 4М), сосни звичайної, берези, кленів ясенолистого, гостролистого і явора, ясенів звичайного та зеленого у віці 20-25 років.

Найконтрастніше виділяються мікрокліматичні особливості асоціацій зі щільним наметом — граба, клена гостролистого, дуба північного, явора. Асоціації, в яких дерева-едифікатори утворюють ажурну крону (береза, акація біла, клен ясенолистий, модрина європейська, ясени звичайний та зелений і сосна звичайна), відрізняються меншими контрастними характеристиками. Близький до цих порід мікроклімат асоціації дуба звичайного з модриною. Найтеплішою асоціацією виявився сосняк. Підвищений температурний режим сосняків пояснюється пониженою вологістю повітря. Порівнюючи наші дані з матеріалами міської метео­станції, бачимо, що вони підтверджують висновок Є.С. Лахно (1972) про те, що в сосновому і в сосново-широколистяному лісі з переважанням сосни повітря за показниками відносної вологості аналогічне міському, а іноді більш сухе.

За рівнем різниць температури і вологості повітря виділяють три групи асоціацій:

" холодні-вологі" (з різницею температур відкритого і закритого прос­тору 3,2-4,0°С і різницею вологості повітря 13,2-16,5%). До цієї групи належать угруповання граба, дуба північного, клена гостролистого і клена-явора;

"помірні" (з різницею температур відкритого і закритого простору 2,4-3,2°С і різницею вологості повітря 9,9°13,2%). До цієї групи належать угруповання дуба звичайного з модриною, дуба звичайного, ясена звичайного та ясена зеленого;

"теплі-сухі" (з різницею температур відкритого і закритого простору 1,6-2,4 С і різницею вологості повітря 6,6-9,6%). Об'єднують асоціац: сосни звичайної, акації білої, берези повислої, модрини європейської та клена ясенелистого, тобто "теплих угруповань".

За рівнем вітрового режиму асоціації згруповані таким чином:

"затишні" (співвідношення швидкостей вітру в закритому просторі лісового фітоценозу й у відкритому просторі поля становить 0,8-0,17%), включають асоціації сосни, дуба звичайного з модриною, модрини євро­пейської, ясенів звичайного і зеленого;

"середнього затишку" (співвідношення швидкості вітру 0,17-11,26%)

дуба північного, граба, кленів — гостролистого й явора;

"незатишні" (співвідношення швидкості вітру 0,26-11,35%) — асо­ціації берези повислої, клена ясенелистого, акації білої.

За рівнем освітленості асоціації об'єднані в такі групи:

"темні" (співвідношення освітленості підпологового простору і від­критої місцевості становить 2,0-3,4%). Це асоціації дуба північного, граба, кленів гостролистого й явора;

"середньої освітленості" (співвідношення освітленості — 3,4-4,8%)

асоціації сосни звичайної, дуба звичайного, дуба звичайного з модри­ною, ясенів звичайного та зеленого;

"світлі" (співвідношення освітленості — 4,8-6,2%) — асоціації берези повислої, клена ясенелистого, акації білої, модрини європейської.

Метеорологічні показники досить добре корелюють з показниками розвитку другорядної трав'яної синузії. У "темних", "холодних-вологих" асоціаціях дуба північного, граба, кленів гостролистого, як правило, трав'яний ярус або зовсім відсутній, або його проективне вкриття не перевищує 5% (в асоціації явору). У фітоценозах "середньої освітленості", "помірних" проективне вкриття коливається в межах 12-85%. У "світлих", "теплих" фітоценозах, крім сосняку, який за рівнем освітленості належить до середньої категорії, проективний покрив становить 90-100% (в сосновій — 29%). Приблизно такі ж закономірності спостерігаються у видовому складі трав'яного покриву, кількості та якості природного відновлення.

Згідно зі шкалою естетичної цінності рослинних угруповань (Куче­рявий, 1981) (таксаційно-фітоценотичної та емоційної), до 1-го класу на­лежать "світлі", "теплі-сухі" фітоценози, до 2-го класу — фітоценози "середньої освітленості", "помірні", до 3-го — "темні", "холодні-вологі".

Згідно зі встановленою для досліджуваних асоціацій радіаційно-ек-вівалентно-ефективною температурою (РЕЕТ) та шкалою тепловідчуттів В.І. Русанова (1965), перші "світлі" та "теплі-сухі" фітоценози оцінюються як "теплі", "середньої освітленості" і "помірні"-"комфортні".

Таким чином, знаючи кліматоутворювальні властивості едифікаторів головної синузії (намету), можна створювати паркові і лісопаркові фітоценози з високою естетичною цінністю та сприятливими санітарно-гігієнічними характеристиками. Наприклад, у лісопарковому поясі Львова "світлі" типи фітоценозів займають лише 6% лісопокритої площі, що вимагає подальшого збільшення площі насаджень з ажурною кроною, особливо в грабо-букових лісах, та формування галявин.

Вплив зімкнутості намету і повноти

На пропускання променистої енергії найбільше впливає зімкнутість намету. Наприклад, у стиглих сосняках зміна зімкнутості на 0,1 зумовлює зростання радіації на 6-10%. Оскільки зімкнутість відображає лише проективний покрив, а залежність між пропусканням радіації та зімкнутістю намету все ж не є тісною, беруть до уваги повноту насадження. Такий підхід зумовлений і тим, що діаметр стовбура на висоті близько 1,5 м добре корелює з діаметром крони.

Опівдні різниця температури поля та лісового фітоценозу стає вираз­нішою: у насадженні з повнотою 0,7 вона нижча, ніж у контрольній точці, на 3,2⁰ С, а при повноті 0,9 — на +3,7⁰ С вища, ніж у деревостані з повнотою 0,7. Таким чином, зрідження насаджень до повноти 0,4 значно ослаблює їх вплив на температурний режим і наближає останній до умов відкритого простору. До вечора різниця температур падає: при повноті 0,7-0,9 вона менша температури поля на 2,6-3,0°С, а в умовах зрідженої ділянки — вище на 0,6⁰ С.

За даними Р.Гейгера (1950), 2/3 показників добового ходу відносної вологості повітря зумовлені тільки змінами температури. Відносна воло­гість зменшується одночасно з ростом температури, особливо різко опівдні, коли її різниця становила 10,4-12,0%. В окремі дні вона сягає 22% при різниці температури 4,8.

Дослідження вітрового режиму свідчать, що швидкість вітру у високовнотному насадженні (0,9) дорівнювала 0,12 м/с проти 3,4 м/с у полі, або 3,5%. При повноті 0,7 різниця досягала відповідно 7%, а в рідинах — 20,4%. Отже, зменшення повноти деревостану (в межах 0,9-0,4) на 0,1 в середньому сприяє зростанню швидкості руху повітря на 4%.

Прямо залежить від повноти насадження також пропускання проме­нистої енергії: освітленість стосовно відкритого простору в бучняку при повноті 0,4 становила 79%, при 0,7 — 2,3%, а при 0,8 — лише 0,9%.

Особливості піднаметової освітленості

Розподіл світла під наметом крон листяних насаджень протягом року змінюється залежно від появи на них листя. У хвойних насадженнях рівень піднаметової освітленості у всі пори року приблизно однаковий. У листяних фітоценозах Шевченківського гаю у Львові взимку рівень освітленості становить 69%, у період розпускання (квітень-травень) — 18-37%, а влітку — 8-12%.

Прогріванню лісових насаджень і створенню гри світла та тіні спри­яють невеликі парцели відкритого простору — "вікна" і галявини, які значною мірою визначають горизонтальну структуру фітоценозу, мозаїчність трав'яного покриву, що має важливе значення при формуванні паркових пейзажів. Найоптимальнішими є такі розміри "вікна" і галявин, які не ведуть до задерніння освітлених ділянок.

Ослаблення світлового потоку починається вже за декілька метрів до стіни лісу, різко знижується при входженні під намет і вирівнюється залежно від висоти деревостану й ярусності фітоценозу в глибині масиву на віддалі близько 30-40 м від узлісся. Важливе значення має конструкція узлісся, яка стримує світловий потік і перешкоджає процесу задерніння.

Зміна фітоклімату з віком деревостану

Зміни в житті фітоценозу Г.Ф.Хільмі (1957) пов'язує зі зміною повноти насаджень, яка різко впливає на його мікроклімат. Внаслідок мік­рокліматичних спостережень у різновікових сосняках свіжої сосново-гра­бової субучини 1-1а бонітетів Брюховицього лісопарку під Львовом у п'ятирічних культурах, які не зімкнулися: молодняку (25 років), серед-ньовіковому (50 років), стиглому (95 років) і перестійному (120 років) деревостанах, відзначено зміну мікроклімату насаджень, пов'язану зі зміною повноти деревостану за рахунок його природного самозрідження або господарського втручання (Кучерявий, 1981).

Найнижча амплітуда коливань температури і відносної вологості ви­явлена в молодняку і середньовіковому насадженні. Мікроклімат при­стигаючого сосняку близький до клімату відкритого простору. В молодниках, які не зімкнулись, і перестійних насадженнях зафіксовані різкіші перепади температури і вологості повітря, ніж у ландшафтах відкритого простору.

Мікроклімат ландшафтів закритих, відкритих і напіввідкритих просторів

Формування високодекоративних паркових і лісопаркових ландшафтів, а також забезпечення комфортних умов відпочинку вимагають знання фітокліматичних особливостей ландшафтів різного типу відкритості. Для цього були проведені мікрокліматичні дослідження в урочищі Майорівка Винниківського лісництва під Львовом у таких типах ландшафтів (Кучерявий, 1981):

Закритих просторів — тип І (одноярусний деревостан з рівномірним розміщенням і горизонтальною зімкнутістю крон (0,9) асоціації сосново-волосиста грабова бучина).

Напіввідкритих просторів — тип ІІа (представлений ділянкою опи­саної вище асоціації, в межах якої є три невеликі (0,25-0,20 га) сполучені між собою галявинами різноманітної конфігурації, покриті різнотрав'ям).

Напіввідкритих просторів — тип ІІб (галявина з участю граба й берези зі загальною повнотою деревостану 0,3; підлісок відсутній, травостій — злаковий).

Напіввідкритих просторів — тип II (зріджене насадження зазначеної вище асоціації з повнотою 0,5, в підліску бересклет бородавчастий (зімкнутість 0,3), 3-5-річний підріст клена гостролистого й ясена звичайного (менше 3 тис. шт. на 1 га, у трав'яному покриві переважає снить з осокою волосистою).

Відкритих просторів — тип III (велика галявина, вкрита злаками, з одинично стоячими деревами і чагарниками).

У ландшафтах напіввідкритого типу (Па і Пб) температура повітря виявилась трохи вищою, ніж на відкритому просторі, що пояснюється меншою швидкіс­тю вітру, а отже, і повільнішим перемішуванням повітряних мас. Застій повітря характерний для невеликих галявин з щільними узліссями.

Вивчення мікроклімату різних типів ландшафтів підтверджує доці­льність ландшафтного поділу насаджень приміської зеленої зони для правильної рекреаційної організації парків і лісопарків.

Вплив рельєфу на мікроклімат фітоценозів

Відомо, що мікрокліматичні відмінності у рельєфі пов'язані з особ­ливостями нагріву по-різному орієнтованих схилів, а також впливом вітру. Якщо питання дослідження мікроклімату відкритих просторів, зокрема сільськогосподарських угідь, знайшли в літературі достатнє висвітлення, то лісовий фітоклімат пересіченого рельєфу вивчений слабо.

Для багатоденних мікрокліматичних спостережень, підібрана широка просіка лінії електропередач, яка перетинає горбистий ландшафт Винниківського лісопарку поблизу Львова з півночі на південь.

Загальний прояв мікроклімату залежно від рельєфу, характерний як для відкритих, так і для закритих типів ландшафту. Теплішим є південний схил. Тут, як і слід було сподіватися, нижча вологість повітря. Показники температури і вологості повітря добре корелюють з показниками освітленості: південний схил, незважаючи на полудневе стояння сонця, отримує більшу кількість сонячного випромінювання, ніж північний.

Як і в рівнинних ландшафтах закритих просторів, у горбистій місце­вості під наметом деревостану швидкість руху повітря незначна і не перевищує 0,45 м/с (22,5 % відкритого простору). В інших випадках вона коливається в межах 0,05-0,3 м/с (3,0-15%).

Південні схили необхідно краще використовувати для створення май­данчиків тихого відпочинку. Особливо комфортні умови для відпочинку тут навесні і восени, коли загальний рівень сонячної радіації невеликий, а південні схили прогріваються значно краще, ніж північні або рівнинні ділянки.

Вплив фітоценозу на баланс вологи біотопу

Структура фітоценозу, зокрема едифікаторний ярус, відіграє важливу роль у затримці опадів і їх пропусканні крізь намет.

На кількість затриманих опадів впливає густота крон деревних порід. Ця якість крон відзначена при дослідженні глибини снігового покриву під деревним наметом різних фітоценозів. Важливе значення мають і інші фактори: конфігурація ділянки, розміщення біогруп, ярусність та ін.

Затримка опадів лісом має захисне значення для ґрунтів. Насамперед під наметом відбувається рівномірне і помірне накопичення ґрунтової вологи. Той факт, що лісовий фітоценоз не використовує значної кількості опадів, і вони надходять у загальний резерв вологи, в загальну суму випаровувань, корисний як і для сусідніх господарських угідь, так і для міських кварталів, куди спрямовуються повітряні потоки, "збагачені вологою в лісі і над лісом" (Погребняк, 1968).

Баланс вологи подається з її надходженням у вигляді опадів і розходу на випаровування, стік, фотосинтез і транспірацію. Його вираховують або за вегетаційний період, або за рік чи за 10 років, кори­стуючись формулою

Dс = Dкр +Т + Іфг +Сп + Сг + ф +-г, мм шару води,

де Dс — річні опади, мм;

Dкр — кількість опадів, затриманих кронами деревостану, а згодом фізично випаровуваних;

Т — витрати води на транспірацію рослинністю;

Іфг — витрати вологи на фізичне випаровування з ґрунту та трав'яно­го чи мохового покриву;

Сп — стік з поверхні ґрунту;

Сг. — стік внутрішній (ґрунтовий);

ф — витрати води на створення річного приросту усієї фітомаси Ф, і її збільшення у живому стані Ф.,;

г — витрати води на поповнення ґрунтових вод і вологості ґрунту або ж запозичення вологи з ґрунту в посушливі роки, в середньому за 5-10 років г дорівнює 0.

Як зазначає С.В.Бєлов (1983), наведені рівняння приймають для зна­чних територій і плакорних ділянок. Для ділянок місцевості, які розташовані на понижених елементах рельєфу, спостерігаються додатковий підтік води з розташованих вище частин поверхні.

Затримування опадів кронами деревного ярусу залежить від складу порід, які формують намет, а також його зімкнутості та характеру опадів (дощ, стік, мряка та їх інтенсивності).

Затримування опадів деревним наметом залежить значною мірою від віку насадження: збільшується від 5 до 60 років для хвойних порід і від 5 до ЗО років для листяних, а згодом поступово сповільнюється. У віці 40-60 років для хвойних і 25-35 років для листяних спостерігається найбільша зімкнутість намету і кульмінація поточного приросту (Бєлов, 1983). Згодом зімкнутість зменшується, але зростають довжина і ширина крон, загальна товщина намету збільшується. Все це зумовлює поступове зниження затримки опадів кронами.

Взимку затримання твердих опадів для хвойних і листяних порід є різним. Крони хвойних дерев затримують снігу значно більше, ніж оголені крони листяних, з яких сніг легко здувається вітром або спадає з гілок під час відлиги.

Затриманий кронами сніг як хвойних, так і листяних дерев згодом попадає під намет, частина ж його випаровується в атмосферу, минаючи рідку фазу. Перетворення води з пари в твердий стан, і навпаки (сублімація) можна спостерігати під час утворення інею і його випаровування вдень. Випаровування снігу на кронах призводить до того, що до землі не доходить 8-10% зимових опадів у сосняках і смеречниках і 1-1,5% у листяних лісах.

Наступним фактором значних витрат води фітоценозом є транспірація ("випотівання") її рослинами. Вода виділяється порами та продихами листя у вигляді пари. Конкретне значення витрат залежить від кількості опадів, радіаційного балансу та характеру насаджень.

Наприклад, витрати води на транспірацію деревостанами тайги ста­новлять 150-310 мм, або 1500-3100 т на 1 га, в гірських лісах Кавказу транспірація сягає 380-450 мм. У лісостеповій і степовій зонах, де кількість річних опадів коливається в межах 400-450 мм, фітоценози намагаються зменшити транспірацію. Тут вона дорівнює лише 100-150 мм, що, в свою чергу, негативно впливає на продуктивність деревостанів, природне відновлення, тривалість життя тощо.

Для свіжих дібров річна величина транспірації становить 300-400 мм. Коливання величини транспірації, становить 218-389 мм.

Гідрологічний режим рослинності має важливе фітомеліоративне зна­чення для урбоекосистем. Ліс (а це може бути міський лісопарк або парк) випаровує вологи в 2,3 разу більше, ніж луг або поле, і в 4,4 разу більше, ніж вигін (в міських умовах газон або пустир з переущільненим ґрунтом). Водночас ліс забезпечує "щадний" режим випаровування: під наметом випаровування з ґрунту є втричі нижчим, ніж на полі, лузі чи вигоні. Отже, в посушливих умовах газони можуть лише на певний період, до висушування ґрунту, віддавати вологу навколишній атмосфері, тоді як паркові фітоценози будуть віддавати її рівномірно. Цьому, на наш погляд, сприяє й те, що під затінюючим впливом пануючого намету деревні та чагарникові породи, які перебувають у нижніх ярусах деревостану, знижують транспіраційний розхід у 3-5 разів порівняно з незатіненими ділянками. Збільшенню вологи сприяє і нічна роса. Таким чином, повночленні деревні фітоценози поліпшують якість як кліматопу, так і едафотопу.

Фізичне випаровування з ґрунту і трав'яного покриву в 2-3 рази менше, ніж на безлісних ділянках. У густих смеречниках і сосняках з повнотою 0,7-0,9, але різного віку, Іфг коливається в межах 50-80 мм, в березняках і осичниках — 60-90 мм, тоді як на луках — 160-170 мм. За даними досліджень, на Придеснянській, Велико-Анадольській і Закарпатській стокових станція сумарне випаровування з лісу в середньому на 10-15% перевищувало сумарне випаровування з поля. Безпосередньо з ґрунту під дубовим лісом випаровування було в 3-3,5 разу менше сумарного випаровування з поля. В ялинових деревостанах Закарпаття суттєво зменшується випаровування з ґрунту (до 10-12%) і збільшується питома вага випаровування з крон дерев (до 9%).

Зменшення Іфг у насадженнях С.В. Бєлов (1983) пояснює:

високою вбиральною здатністю пухких лісових ґрунтів; наявністю мертвої підстилки;

зменшенням в 6-10 разів швидкості вітру порівняно зі швидкістю його на відкритих просторах;

більш високою відносною вологістю повітря під наметом лісу, а отже, і пониженою випаровуваністю.

Величина Іфі. значною мірою залежить від густоти деревостану, роз­витку підліску і трав'яного покриву. У зріджених насадженнях Іфг займає проміжне становище між високоповнотним лісом і лукою.

Опади, затримані кронами, аналогічно Іфг також випаровуються за рахунок тепла, одержаного лісом. Тому затрати на випаровування у ве­гетаційний період Окр+Іфг доцільніше визначити разом.

Витрати води на створення річного приросту фітомаси (Ф) дорівнюють Ф,+Ф2 і є незначними за своєю величиною, але важливі для життя дерев і усього насадження. Наприклад, Ф, — це витрати води на побудову рослин. Для створення 1 т фітомаси в абсолютно сухому стані потрібно в середньому 0,55 т води. Ця вода необхідна для всіх фізіологічних процесів, які відбуваються в організмі. Водночас для зволоження 1г сухої фітомаси деревостану в середньому потрібно Ф2 — 1,5 т води. Отже, Ф = 0,55 + 1,15 = 1,7 т на 1 т фітомаси.

За даними С.В.Бєлова (1983), високопродуктивне насадження сосни і смереки у віці 40-60 років дає щорічний приріст сухої фітомаси (нетто) 7 т/га, бучняка і дубняка — до 10—12 т/га. Під нетто мається на увазі маса речовини, створена фотосинтезом і наступними реакціями до зими, за вирахуванням речовини, використаної на дихання рослин, тобто мі­нус 35-45% загальної продуктивності фотосинтезу. На створення 7-10 т сухої фітомаси (нетто) та її зволоження потрібна така кількість води:

Ф =∆М • 1,7 = (7+10) • 1,7 = 12 — 17 т, або 1,2-1,7 мм опадів. Причому в AM фітомаси приріст стовбурної дере­вини в середньому становить 45%. Для смеречників і сосняків 3,15 т/га, а в кубометрах для смеречників — 8,3 м3/га, сосняків — 7,9 м3/га.

Згідно з рівнянням балансу вологи, частина опадів витрачається по­верхневими (Сп) і внутріґрунтовими (Сг) стоками. Для лісових фітоценозів загальний стік (Сп+Сг) є більш значним, ніж для лугових чи польових. Поверхневий стік під лісом в однакових умовах зменшується порівняно з луками і полями в 2-5 разів, а з вигонами — в 4-8 разів. Така різниця пояснюється позитивною роллю лісової підстилки та мохового покриву, які відзначаються високою вологоємністю, опушеним корінням і ґрунтовою фауною, перехватом 15-25% опадів кронами дерев. Наприклад, лісова підстилка в напівмінералізованому стані здатна поглинати води при повному насиченні в 4-5 разів більше власної маси, а зелені мохи — в 10-14 разів, сфагнум — в 12-16 разів.