ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2013, том 40, № 4, с. 339-349
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ ^^^^^^^^^^
И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 630:556.53
ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ЛЕСОВ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ НА ГОДОВОЙ РЕЧНОЙ СТОК1
© 2013 г. Е. А. Кашутина, Н. И. Коронкевич
Институт Географии РАН 119017Москва, Старомонетный пер., 29 E-mail: hydro-igras@yandex.ru Поступила в редакцию 23.04.2012
На основе методики О.И. Крестовского и современных сведений о лесном хозяйстве Европейской части страны дана оценка воздействия на речной сток и испарение осуществившихся в последние десятилетия трансформаций в структуре лесов. Показано, что произошедшие при этом изменения стока сравнительно невелики, однако в XXI в. они могут быть гораздо больше и проявиться не только на локальном, но и на региональном уровнях.
Ключевые слова: речной сток, испарение, лес, лесохозяйственная деятельность, водные ресурсы XXI века
Б01: 10.7868/80321059613040068
Влияние леса и лесохозяйственной деятельности на водные ресурсы — одна из самых острых проблем гидрологии. Если в отношении регулирования стока лесами ситуация в целом очевидная (расхождения существуют лишь в оценке степени выравнивания внутригодового распределения стока лесами), то оценки их влияния на величину годового стока неоднозначны [1, 3—7, 9, 11—17]. Причины таких расхождений — разная степень дренирования реками сравниваемых лесных и полевых угодий, разные взгляды ученых на влияние леса на величину атмосферных осадков, недостаточный учет биологической продуктивности полевых угодий, с которыми сопоставляется лес. Главная же причина — в разном возрастном и породном составе лесов. На необходимость учета этих различий указывали многие авторы [1, 3, 14, 16], но в наибольшей степени теоретико-методический подход к оценке влияния леса и лесо-хозяйственной деятельности на сток и испарение, позволяющий свести к минимуму фактор различия в состоянии лесов и объяснить имеющиеся различные оценки, представлены в работе О.И. Крестовского [6]. Им обосновано, что интегральным показателем состояния леса могут служить его возраст и породный состав, и даны обобщенные количественные соотношения между этими показателями и величиной стока и испарения при-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 12-05-00838).
менительно к таежной зоне европейской части России (ЕЧР). Чем выше продуктивность леса, тем больше он испаряет. Наибольшей продуктивности лес достигает в среднем возрасте. Соответственно возрастает в условиях достаточного увлажнения и испарение. Испарение и сток с лесов при их росте и старении меняются очень похоже для лесов с разным породным составом древостоя, хотя и различаются по величине. На лишенной леса территории в результате рубок биомасса незначительна и испарение обычно ниже, чем на полевых участках, а сток значительно выше. По мере восстановления леса, роста его биологической продуктивности испарение возрастает, а сток снижается, они достигают соответственно максимальных и минимальных значений при некоторых средних возрастных показателях. Затем по мере старения леса испарение вновь снижается, а сток возрастает. О.И. Крестовским оценены произошедшие и ожидаемые изменения стока и испарения для ряда северных и северо-западных областей ЕЧР.
Воспользовавшись методическими подходами О.И. Крестовского и последними сведениями о породной и возрастной структуре лесов на территории ЕЧР [12, 20], авторы попытались оценить влияние изменений состояния лесов на речной сток и испарение за 1973—2003 гг., а также оценить это возможное влияние в будущем. При этом допускалось, что осадки над лесом и безлесными
K
1.8 г 1.6 --ч
0 i_i_i_i_i_i_i_i_i
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Возраст леса, лет
— Ел/Ео ■ ■ YR/YQ
Рис. 1. Отношение (К) годовых величин испарения (Ел) и стока (Ул) с леса разного возраста и зональных испарения (Е0) и стока (У0) при постоянных осадках (по О.И. Крестовскому [6]).
территориями практически одинаковы, а возможное изменение климата не учитывалось.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА
На основании данных О.И. Крестовского [6] были построены графики соотношения испарения и стока в зависимости от возраста леса (рис. 1). Соответствующие зависимости нелинейны. Для расчетов требуется задание возрастной структуры леса, т.е. площадей, занятых лесом возраста 5, 10, 20 лет и далее с 10-летним шагом.
Для расчетов использовались данные системы Государственного учета лесного фонда (ГУЛФ) [8, 20]. В ней все леса разделены на группы по основным лесообразующим породам: хвойные (сосна, ель, пихта, лиственница, кедровые сосны — сибирская и корейская), твердолиственные (дуб, бук, граб, ясень, клен, вяз, береза желтая, береза каменная и береза черная) и мягколиственные (береза бородавчатая, береза пушистая, тополь, ива древовидная, осина, ольха, липа). В системе учета лесов используются также категории "прочие породы" (представленные на небольших площадях и включающие интродуценты, дикорастущие плодовые деревья и т.д.) и "кустарники" (учитывающиеся как лесная растительность в регионах, где "высокие" леса не могут произрастать — за пределами высотной и географической границ произрастания леса). К 2003 г. [12, 20] на Европейско-Уральской части России площадь, занятая основными лесообразующими породами, составила 145 млн га, прочие древесные породы (каштан, груша и др.) и кустарники занимают 0.5 млн га. Это составляет менее 0.5% общей площа-
ди лесов. В дальнейших расчетах предполагалось, что вся лесопокрытая площадь занята только основными лесообразующими породами. Каждая группа пород в системе ГУЛФ разделена на группы по возрасту, с которыми связано большинство хозяйственных мероприятий. Обычно для хвойных и твердолиственных древостоев один класс возраста соответствует 20 годам, для мягколист-венных — 10 годам. Так и было принято в расчетах. Классы возраста обозначаются римскими цифрами: I, II, III и т.д. В учете выделяются 4 группы возраста: молодняки (классы возраста I—II), средневозрастные (III—IV), приспевающие (V — лесные насаждения одного или двух классов возраста, предшествующих возрасту рубки или спелости леса), спелые, достигшие установленного возраста рубки (VI), и перестойные леса (начиная с VII—VIII) [6]. При этом возможны региональные отклонения от этой схемы. Так, для Московской области установленный возраст спелости для ели — 81 год (начало класса возраста V), для сосны — 101 год (начало класса возраста VI). Для разновозрастных насаждений указывается тот класс возраста, к которому относится преобладающая по запасу древесины часть древостоя [18, 19].
В данных ГУЛФ за 1973 и 2003 гг. приведена информация о площадях, занятых лесом четырех классов возраста (молодняки, средневозрастные, приспевающие, спелые и перестойные леса), для разных групп лесообразующих пород. При расчетах эти данные по каждому классу возраста и по каждой группе пород были равномерно распределены по 10-летним периодам возраста. Получены соответствующие кривые для каждой группы пород деревьев. Затем эти кривые были осреднены с учетом занимаемых породами деревьев площадей. В результате для каждой области ЕЧР получена осредненная возрастная структура леса.
Далее с учетом данных рис. 1 были рассчитаны значения суммарного испарения и годового стока с леса по отношению к безлесным участкам. С учетом известной лесистости территорий субъектов РФ эти данные пересчитаны на весь субъект, т.е. были приведены значения составляющих водного баланса за 1973 и 2003 гг. Следующий этап расчетов — определение изменений возраста лесов, лесистости территорий субъектов РФ и составляющих водного баланса за 1973—2003 гг.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ ПРОИЗОШЕДШИХ ИЗМЕНЕНИЙ СОСТОЯНИЯ ЛЕСОВ, СТОКА И ИСПАРЕНИЯ
Динамика возрастной структуры лесов для ряда субъектов РФ представлена на рис. 2, а харак-
%
25 20 15 10
Архангельская область
5 -
%
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
%
16 14 12 10 8 6 4 2 0
%
16 14 12 10 8 6 4 2 0
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100120140160
Республика Карелия
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100120140160
Кировская область
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100120140160
Пермская область
%
25 20 15 10
Республика Коми
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100120140160
Возраст, лет
%
14 12 10 8 6 4 2 0
%
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
%
14 12 10 8 6 4 2 0
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100120140160
Вологодская область
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100120140160 Костромская область
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100120140160 Свердловская область
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100120140160
Возраст, лет
5
0
0
Рис. 2. Динамика возрастной структуры лесов отдельных субъектов ЕЧР с 1973 (темные колонки) по 2003 г. (светлые колонки).
Таблица 1. Возраст леса, лесистость и составляющие водного баланса отдельных субъектов РФ в 1973 и 2003 гг. Здесь и в табл. 2, 3: Ср — в среднем по субъекту, Хв — хвойные, Тв — твердолиственные, М — мягколиственные породы, Ел — суммарное испарение с леса, Е — суммарное испарение с территории субъекта, Е0 — зональное суммарное испарение, Л — лесистость, Ул — суммарный сток с территории, занятой лесом, У — суммарный сток с территории субъекта, У0 — зональный годовой сток
Субъект РФ Возраст леса Для лесной части субъекта Л, % Для всего субъекта
Год
Ср Хв Тв М Ел/Е0 Ул/У) Е/Е0 У/Ус
Архангельская область 1973 100 110 0 33 0.97 1.03 36.9 0.99 1.01
2003 86 100 0 29 0.99 1.01 54.1 0.99 1.00
Вологодская область 1973 66 87 35 1.03 0.92 66.6 1.02 0.95
2003 60 76 130 41 1.05 0.90 69.9 1.03 0.93
Кировская область 1973 60 78 80 37 1.02 0.94 57.7 1.01 0.97
2003 53 69 105 36 1.04 0.91 63.5 1.02 0.94
Костромская область 1973 50 68 0 34 1.04 0.92 68.2 1.02 0.94
2003 48 58 130 39 1.06 0.86 74.0 1.05 0.90
Нижегородская область 1973 43 53 58 32 1.03 0.93 41.6 1.01 0.97
2003 40 45 79 32 1.06 0.88 48.0 1.03 0.94
Пермская область 1973 78 96 87 34 0.98 1.01 66.5 0.99 1.01
2003 60 78 32 32 1.01 0.96 69.0 1.01 0.97
Республика Карелия 1973 83 91 0 31 1.00 0.97 45.9 1.00 0.99
2003 64 67 0 38 1.02 0.95 52.6 1.01 0.97
Республика Коми 1973 98 110 0 43 0.98 1.02 70.3 0.99 1.01
2003 91 103 0 39 1.00
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.