Антропічні аспекти

Загальна схема

Потоки води у вертикальному профілі геосистеми мають величезне значення як для її окремих елементів, так і для забезпечення зв’язків між ними. Цілісність геосистеми багато в чому зумовлена потоками води, які пронизують її подібно до кровоносної системи. Водні потоки забезпечують міграцію хімічних елементів, транспортування поживних речовин до рослин, продуційні процеси тощо. Вода – один з основних лімітуючих екологічних факторів і від її кількості в геосистемі, збалансованості потоків залежать численні властивості геосистеми, що визначають її потенціал.

Як видно із загальної схеми водних потоків (рис.9), потоки вологи об’єднані в цикл, тобто в геосистемі здійснюється круговорот води. Він може бути збалансованим (маса води на вході в геосистему дорівнює її масі на виході), і тоді водний і пов’язані з ним режими лишаються незмінними. При незбалансованих потоках у геосистемі відбувається прогресуюча гідроморфізація (при додатньому балансі) або ксерофітизація (при від’ємному).

Волога до геосистеми надходить з атмосферними опадами R, за рахунок конденсації водяної пари V, а також з підземними водами G (якщо вони зв’язані крізь гідравлічні вікна з грунтовими), поверхневим стоком S (якщо геосистема розташована на схилі), з річковими водами F під час повені та паводків (якщо геосистема розташована на заливній заплаві).

Надходячи до геосистеми, дощові води частково затримуються фітогеогоризонтами (цей процес називають інтерцепцією). Перехоплена листям волога RF лише в мізерних частках засвоюється ним, деяка частина води RS 5-20%) стікає по стовбурах, а основна маса FE випаровується, а відтак не бере участі ні в транспірації, ні в зволоженні грунту (так звана інтерцепційна втрата). Розмір цієї втрати залежить від інтенсивності та тривалості опадів, сумарної листяної поверхні фітогоризонтів.

Частина опадів М, що потрапляє до земної поверхні, може затримуватись мортгоризонтом (лісовою підстилкою або степовою повстю). Цей горизонт відзначається високою гігроскопічністю та вологоємністю, тому всмоктує та

утримує значну кількість вологи, яка може і зовсім не досягти поверхні грунту. Ця волога витрачається майже виключно на фізичне випаровування ME. Дійшовши до поверхні грунту, напрямок та інтенсивність потоків води залежать від стану зволоженості поверхневих горизонтів грунту в момент випадання опадів. Якщо грунт знаходиться в стані повного водонасичення, низхідного потоку вологи у грунті не буде, і вона витрачатиметься на фізичне випаровування з поверхні грунту SE, а якщо ця поверхня схилова – і на площинний стік SS. Проте здебільшого в момент випадання дощу вологість грунту менша за величину його польової вологоємності і тому формується потік води в глибину грунту. Інтенсивність цього потоку залежить від вологопроникності грунту. При глибокому рівні залягання грунтових вод найбільш водопроникні дернові піщані грунти, найменш – солонці, глинисті каштанові.

З грунту волога поглинається коренями рослин. Це поглинання тим інтенсивніше, чим більша всмоктуюча поверхня кореневої системи та чим легше входять у контакт корені та грунтова волога. Активна поверхня коренів у трав’янистих рослин становить приблизно 1 см²/см³, а у дерев – 0,1 см²/см³. Контакт коренів з вологою грунту визначається його механічним складом: найгірший він у глинистих грунтах, найкращий у піщаних.

Надходження води до рослин залежить також від температури грунту, оскільки вона впливає на всмоктуючу здатність коренів і на їх ріст. З теплих грунтів рослини витягують воду легше, ніж з холодних, а при зниженні температури до кількох градусів вище нуля більшість рослин поглинати воду нездатна.

Надходячи до рослин, вода з кореня транспортується до її транспіруючих поверхонь. Залежно від фізіологічних та анатомічних особливостей рослин швидкість цього потоку різна. Найбільша вона в ліан (150 м/год) та трав’янистих рослин (10-60), а у хвойних складає в середньому 1,2 м/год.

У рослині дуже незначна частина вологи витрачається на фотосинтез Ph, а основна її частина (97 % і більше) випаровується (транспірується) – Т. Для продукування 1 г сухої речовини рослинам необхідно витратити на транспірацію в 400-600 разів більшу масу води: дуб витрачає 340 г води, бук – 170, сосна – 300, пшениця – 540, люцерна, конюшина 700-800 г. Це зумовлює досить тісну залежність маси транспірованої води від фітомаси геосистеми. Так, при однаковій кількості опадів (850-870 мм) буковий ліс витрачає на транспірацію 522, а субальпійські луки 100-200 мм вологи. Величина та інтенсивність транспірації Т залежать не тільки від надземної фітомаси, а й від едафічних факторів, особливо від освітленості, сухості повітря, вітру. Проте, чітка залежність транпірації від цих факторів існує лише до того часу, поки відкриті продихи рослин. При нестачі вологи рослини, закриваючи продихи, регулюють витрату вологи. Так, при повністю закритих продихах хвойні дерева здатні зменшити транспірацію на 97%, листяні – на 80-90, трави – на 70-85%.

Потоки вологи в геосистемі відзначаються високою чутливістю до дії антропічних факторів. З цим пов’язана можливість їх регулювання людиною, що й робиться при водних та агролісомеліораціях. Проте через недостатнє врахування складних закономірностей структури водних потоків у геосистемах меліорація часто призводить до небажаних або катастрофічних наслідків.

Надмірне зволоження геосистем при іригації призводить до посилення низхідних потоків вологи в грунті, які можуть досягти засолених горизонтів порід або мінералізованих грунтових вод, де насичуються солями і, піднімаючись у міжполивний період до поверхні, засолюють грунтову товщу. При зрошенні водоспоживання рослин поліпшується, але якщо грунтово-іригаційні води насичуються солями, споживання вологи з грунту зменшується і може бути навіть меншим, ніж у богарних умовах. Так з’являється антропогенна фізіологічна сухість рослин – неможливість споживати воду при її достатній кількості. Крім змін водного режиму, зрошення призводить і до комплексу змін інших процесів у геосистемі – насамперед грунтових (розвиваються процеси оглеєння, заболочення, вторинного засолення грунтів), геоморфологічних (іригаційна ерозія), енергетичних (внаслідок зміни альбедо та збільшення витрат тепла на випаровування).

Не менш суттєво змінюються водні потоки при осушенні земель. Тут головна небезпека – переосушення, тобто зниження рівня грунтових вод нижче деякої критичної глибини, що може зумовити дефляцію, обміління річок, відмирання їх верхів’їв тощо.

Вплив лісу та лісонасаджень на водний режим досліджено досить грунтовно. Вислів Г.М.Висоцького (1932) “ Ліс сушить рівнини та зволожує гори ” зберіг значення й досі, хоч і деталізований та підправлений новими дослідженнями. Друга його частина (“зволожує гори”) залишається без змін, якщо під “горами” розуміти будь-який сильно почленований рельєф та схили.

Основною причиною більшої зволоженості лісових схилових геосистем є зменшення лісом такої важливої витратної статті водного балансу, як поверхневий стік води. З численних досліджень експериментальних водозборів у гірських регіонах США видно, що зведення лісу призводить до збільшення поверхневого водного стоку на 200-400 мм на рік. В Карпатах, як стверджує О.В.Чубатий (1966), суцільне зведення лісу зумовлює збільшення стоку на 266-302 мм, а вирубування 28% запасу деревини – на 132 мм.

Дата добавления: 2015-05-24