Вплив зелених насаджень міста на баланс вологи

Структура зелених насаджень, зокрема едифікаторний ярус фітоценозу, відіграє важливу роль у затриманні опадів та їх пропусканні крізь намет (рис. 5). На кількість затриманих опадів впливають такі характеристики зелених насаджень: конфігурація ділянки, яку займають рослини; розміщення біогруп; ярусність; густота крон деревних порід.

Затримання опадів зеленими насадженнями має особливе значення для ґрунтів. Насамперед під наметом відбувається рівномірне і помірне накопичення ґрунтової вологи. Деревні рослини не використовують значної кількості опадів, і вони надходять у загальний резерв вологи, корисний для міських кварталів, куди спрямовуються повітряні потоки, збагачені вологою (табл. 62).

 

Таблиця 62 – Затримання опадів кронами 65-річних дерев (за О.О. Молчановим)

Крона дерев	Ялина	Сосна	Дуб	Береза	Осика
Опади, %

 

Баланс вологи складається з її надходження у вигляді опадів та розподілу на випаровування, стік, фотосинтез і транспірацію. Його вираховують за вегетаційний період, користуючись формулою,

 

Dс = Dкр + T + Iфґ+ Cп + Cг +Ф + Г,

 

де Dс – річні опади, мм шару води; Dкр – кількість опадів, затриманих кронами деревостану, а згодом випаровуваних; T – витрати води на транспірацію рослинністю; Iфґ – витрати вологи на фізичне випаровування з ґрунту та трав’яного чи мохового покриву; Cп – стік з поверхні ґрунту; Сґ – стік внутрішній (ґрунтовий); Ф – витрати води на створення річного приросту усієї фітомаси; Г – витрати води на поповнення ґрунтових вод і вологості ґрунту.

 

 

Рис. 5. Перехоплення опадів наметом хвойних і листяних порід (В.П. Кучерявий, 2003)

 

На баланс вологи впливають орографічні фактори. Наведенерівняння приймають для плакорних ділянок, а для ділянок місцевості, які розташовані на понижених елементах рельєфу, спостерігається додатковий підтік води з розташованих вище частин поверхні.

Затримання опадів кронами деревного ярусу залежить від складу порід, які формують намет, а також від його зімкнутості та характеру опадів. Затримання опадів деревним наметом залежить значною мірою від віку насадження: збільшується від 5 до 60 років для хвойних порід і від 5 до 30 років для листяних, а згодом поступово сповільняється. У віці 40–60 років для хвойних і 25–35 років для листяних спостерігається найбільша зімкнутість намету і кульмінація поточного приросту. Згодом зімкнутість зменшується, але зростають довжина і ширина крон, загальна товщина намету збільшується. Все це зумовлює поступове зниження затримання 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 порід згодом потрапляє під намет, частина його випаровується в атмосферу, минаючи рідку фазу. Перетворення води з пари в твердий стан – сублімацію, і навпаки, можна спостерігати під час утворення інею та його випаровування вдень. Випаровування снігу на кронах призводить до того, що до землі не доходить 8–10 % зимових опадів в системах зелених насаджень, у складі яких переважають хвойні дерева, а в зелених насадженнях, створених листяними породами – 1, 0–1, 5 %.

Черговим фактором значних витрат води фітоценозами парків, скверів та інших структурних елементів зеленої зони міста є транспірація її рослинами. Вода виділяється порами та продихами листя у вигляді пари. Значення витрат води залежить від кількості опадів, радіаційного балансу та характеру насаджень.

С.В. Бєловим (1983) були наведені дані затримання опадів зеленими насадженнями, які складені одним видом дерев (табл. 63).

Гідрологічний режим рослинності має важливе фітомеліоративне значення для урбоекосистем. Міський лісопарк, парк випаровують вологи в 2, 3 раза більше, ніж луг або поле, і в 4, 4 раза більше, ніж вигін; у міських умовах – газон або пустир з переущільненим ґрунтом. У посушливих умовах газони можуть лише на певний період, до висушування ґрунту, віддавати вологу навколишній атмосфері, тоді як паркові фітоценози будуть віддавати її рівномірно. Цьому сприяє й те, що під затінювальним впливом пануючого намету деревні та чагарникові породи, які перебувають у нижніх ярусах деревостану, знижують транспіраційні витрати у 3–5 разів порівняно з незатіненими ділянками.

 

Таблиця 63 – Затримування опадів деревним наметом насаджень

Насадження	Вік, роки	Опади за безморозний період, мм	Затримання наметом
%	мм
Смеречники	40–110	450–500	27–35	115–16
Сосняки	40–110	450–500	20–25	80–10
Березняки та осичники	30–70	450–500	12–16	60– 80
Дубняки	40–120	400–450	14–18	70–80

 

Фізичне випаровування з ґрунту і трав’янистого покриву в 2–3 рази менше, ніж на безлісних ділянках. У насадженнях, складених ялинами і соснами різного віку, витрати вологи на фізичне випаровування з ґрунту покриву коливаються в межах 50–80 мм, березами і осичняками – 60–90 мм, тоді як на відкритих ділянках без деревного ярусу – 160–170 мм.

Сумарне випаровування вологи в лісопарках, парках та інших системах зелених насаджень міст в середньому на 10–15 % перевищує сумарне випаровування з ділянок без деревної рослинності. Безпосередньо з ґрунту під дубовими насадженнями випаровування в 3, 0–3, 5 раза менше сумарного випаровування з поля. В ялинових деревостанах воно суттєво зменшується з ґрунту – до 10–12 % і збільшується питома вага випаровування з крон дерев – до 9 %.

Зменшення витрати вологи на фізичне випаровування з ґрунту та трав’янистого чи мохового покриву в парках, скверах пояснюють:

– наявністю мертвої підстилки;

– зменшенням у 6–10 разів швидкості вітру порівняно зі швидкістю його на відкритих просторах;

– більш високою відносною вологістю повітря під наметом.

Величина витрати вологи на фізичне випаровування з ґрунту, трав’янистого чи мохового покриву, значною мірою залежить від густоти деревостану, розвитку підліску і трав’янистого покриву.

Витрати води на створення річного приросту фітомаси (Ф) зелених насаджень дорівнюють Ф₁ + Ф₂ і є незначними за величиною, але важливими для життя дерев і усього насадження, де Ф₁ – 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 фізіологічних процесів. Ф₂ – вода, необхідна для зволоження 1 т сухої фітомаси деревостану, яка в середньому становить 1, 15 т. Отже, Ф = 0, 55 + 1, 15 = 1, 7 т на 1 т фітомаси.

Високопродуктивне насадження сосни і ялини у віці 40–60 років дає щорічний приріст сухої фітомаси (нетто) до 7 т/га, бучняка і дубняка – до 10–12 т/га. Під нетто мається на увазі маса речовини, створена фотосинтезом за вирахуванням речовини, використаної на дихання рослин, тобто мінус 35–45 % загальної продуктивності фотосинтезу.

Згідно з рівнянням балансу вологи, частина опадів витрачається поверхневими (Сп) і внутрішньоґрунтовими (Сґ) стоками. Для фітоценозів зелених насаджень міст поверхневий стік зменшується в 2–5 разів, ніж стік газонів та ділянок без елементів озеленення. Така різниця пояснюється позитивною роллю підстілки та мохового покриву, які формуються в штучних фітоценозах та відзначаються високою вологоємністю, опушеним корінням, ґрунтовою фауною і затриманням 15–25 % опадів кронами дерев. Наприклад, підстилка в напівмінералізованому стані здатна поглинати води за повного насичення в 4–5 разів більше власної маси, зелені мохи – в 10–14 разів, сфагнум – в 12–16 разів.

Усі опади, які поглинаються ґрунтом, називають валовою зволоженістю ґрунту (Ву). Їх обчислюють за формулою

Ву = Т + Іфг + Сґ + Ф – Г,

 

До валової зволоженості ґрунту не входять опади, затримані кронами, та стік з поверхні ґрунту.

Загальний баланс вологи для конкретного біогеоценозу можна розрахувати за наступною формулою

О = Вк + Вп + Т + Сг – Б,

 

де О – опади на відкритому місті; Вк – випаровування опадів, затриманих кронами, Вп – випаровування води з поверхні ґрунту трав’яного покриву та підліску; Т – транспірація; Сґ – підземний стік; Б – буфер, тобто зміна запасу в шарі ґрунту.

За даними А.В. Марчака (1998) випаровування опадів, затриманих кронами, для дубового біогеоценозу в середньому становить 95 мм, випаровування води з поверхні ґрунту – 125 мм, витрати на транспірацію – 300 мм, підземний стік – 40, буфер, тобто зміна запасу в шарі ґрунту, – 180. Ці показники для дубового біогеоценозу після рубки становили: випаровування опадів, затриманих кронами, – 15 мм, випаровування води з поверхні ґрунту – 210 мм, витрати на транспірацію – 140 мм, підземний стік – 100, буфер – 220. Після проведення санітарних заходів з прорідження насаджень різко зросло випаровування з поверхні ґрунту. Водночас значно зменшилась транспірація, що цілком закономірно, оскільки значно зменшилася транспіраційна поверхня рослин.