Сомкнутость полога и его плотность связаны и с возрастом - наибольшее количество осадков задерживается древесным пологом в жердняковом возрасте. В этот период кроны наиболее смыкаются, причем не только в горизонтальном, но и в вертикальном направлении (период максимального накопления так называемой хворостяной массы).
Как показали исследования С. Андерса и г. Томасиуса, в чистых 80 - 100-летних ельниках Рудных гор Германии отмечается строгая корреляция между полнотой древостоя (площадью сечений м /га) и влажностью верхнего слоя почвы, что свидетельствует и о различии в количестве проникших осадков и различии использования влаги при разной полноте.
Осадки задерживаются также и нижними ярусами лесного фитоценоза, включая подлесок и напочвенный покров. Оценивая значение характера осадков при определении задерживающей способности лесного полога и нижних ярусов- их вида (летние, зимние), интенсивности и продолжительности, надо также учитывать их повторяемость, интервалы между осадками. Задержание осадков прежде всего зависит от количества их при каждом отдельном дожде. Слабый дождь при высокой сомкнутости древостоя почти полностью остается на кронах. Для увлажнения лесной почвы более интенсивный дождь лучше нескольких слабых. Однако при частой повторяемости слабых дождей повышается влажность воздуха, ослабляется задержка осадков кронами.
Зимние осадки в хвойных насаждениях, особенно в еловых, задерживаются кронами до 50 - 60 %, в лиственных (а также в лиственничных) из-за отсутствия листвы подавляющая часть их проникает сквозь полог. Так, по данным Н.С. Нестерова, 70 - 75-летние березняки зимой задерживают кронами всего лишь 4 -5 % осадков. Более поздние многолетние данные показывают, что лиственные породы задерживают твердые осадки не более 3-5 (Воронков, 1970) - 6 % (Бочков, 1970).
Под пологом леса снег ложится равномернее, особенно в лиственных насаждениях, чаще бывает более рыхлым и достигает большей высоты по сравнению с покровом на открытом поле. Различны сроки таяния снега в лесу и вне леса, а также в разных по характеру лесах. Под защитой лесного полога и снегового покрова почвы промерзают на меньшую глубину, чем в открытом поле, хотя бывают и обратные явления. Но почва в лесу оттаивает весной медленнее, чем в поле, и с неодинаковой скоростью в разных лесах. В лиственных древостоях со 2-м ярусом или подростом ели снег исчезает весной позднее, чем в простых лиственных древостоях. Наибольшие различия во влиянии на распределение снегового покрова наблюдаются между лиственными и хвойными (исключая лиственницу), но имеются существенные различия и в пределах каждой из этих групп. Особенно своеобразно влияние ели на снег, а в связи с этим и на тепловые условия почвы и, следовательно, на рост деревьев этой породы. В густом еловом лесу почва покрывается снегом позднее. Снеговой покров отличается меньшей мощностью в течение всей зимы, весной таяние его задерживается. В связи с этим почва в таком лесу раньше и глубже промерзает и позднее оттаивает, чем в более осветленных насаждениях.
По исследованиям П. Ваккури (Уаккип, 1960), в центральной и южной Финляндии продолжительность периода от полного исчезновения снега до окончательного оттаивания почвы составляет: в густом еловом насаждении - 28 дней, в прореженном ельнике - 16. Эти существенные различия должны учитываться практикой лесоводства.
Итак, лес перераспределяет выпадающие осадки, задерживая их кронами древесных ярусов, а также хотя и в меньшей степени, нижними ярусами, стволами, поэтому не все осадки попадают в почву. К этому надо добавить еще неравномерность промачивания и промерзания почвы. Через просветы между кронами к почве попадает больше осадков, если они не перехватываются нижними ярусами. Имеются ещё два пути не только попадания, но и значительного проникновения осадков в почву: под периферийными частями крон (особенно при ниспадающем расположении ветвей) в виде методичного падения капель в одни и те же места (каплепад); у оснований стволов в результате стока по ним влаги. Влага, попадающая непосредственно на ствол или с кроны, частично стекает вниз, частично испаряется. Количество влаги, доходящей до почвы, зависит от поверхности ствола (гладкая, шероховатая, сучковатый или бессучковый ствол), а также от интенсивности дождя. Хотя по стволу стекает незначительная часть осадков - от 1 до 16 %, а при слабых дождях она равна нулю (Китредж, 1951), приствольное промачивание почвы играет важную роль в жизни леса. Оно имеет экологическое и общегидрологическое значение. Первое связано с влиянием на корневую систему - какая-то часть ее обеспечивается влагой, второе – возможным увеличением инфильтрации в глубинные горизонты почвы.
Неравномерность промачивания почвы по отношению к лесу в целом меняется в связи с наличием в лесу прогалин, просек, редин, пересекается с сомкнутыми древостоями. Распределение осадков на лесных прогалинах и других небольших открыты местах среди леса. Небольшие участки без деревьев в лесу (почвы, узкие лесосеки, тропинки, просеки) отличаются режимом влаги как участков, занятых деревьями и другими лесными компонентами, так и обширных открытых безлесных мест. В этих небольших участках до почвой доходит большее количество осадков по сравнению с их количеством в насаждениях. Попадающие на поверхность почвы осадки защищены от выдувания окружающими стенами леса, в отличие от такого влияния на них в открытой степи, на полях и лугах. Особенно заметное влияние такие места оказывают на отложение снега.
Распределение снега, его накопление и таяние в лесу на лесные прогалинах и на больших открытых площадях происходит по-разному. Открытые площадки характеризуются крайне неравномерным распределением снега: с повышенных мест он обычно сдувается в пониженные (особенно в овраги, балки), накапливается вблизи ветрозащитных преград, в том числе у различных лесных полос, в наветренных частях опушек и т. д. Все это означает, что значительные площади открытой местности недополучают осадки, выпавшие в виде снега. Небольшие открытые участки внутри леса или участки, находящиеся между лесными полосами соответствующей конструкции, характеризуются равномерным размещением снега. Лесные прогалины просеки и тропинки отличаются и большей толщиной снега как по сравнению с лесопокрытой частью, так и с обширной безлесной территорией. Под пологом сомкнутого елового или пихтового леса весной снег исчезает позднее, чем в других древостоях. Однако в прогалинах и других небольших открытых местах, окруженных лесом, где больше накапливается снега, он может задерживаться дольше.
Таким образом, снег весной сходит в следующей последовательности: на открытых больших площадях (с колебаниями в зависимости от рельефа и экспозиции); под пологом леса (в зависимости от характера его); на небольших открытых участках среди леса (в зависимости от их размеров и географических условий). Лесные поляны и другие открытые места в лесу характеризуются и определенным режимом горизонтальных осадков, например, здесь, в отличие от сомкнутого насаждения на поверхности почвы образуется роса.
Влияние леса на влажность воздуха.
Различия в лесу и вне леса проявляются главным образом в относительной влажности. В лесу она несколько выше. По средним показателям за год и по отдельным месяцам разница во влажности в лесу и в поле незначительна и составляет около 5 - 10 % (с колебаниями от 1 до 15 % относительной влажности и несколько более). Однако в течение суток различия в ее величине под пологом леса и на соседних открытых местах, особенно в дневные часы, могут быть выше. Под тенистым сомкнутым пологом днем относительная влажность воздуха обычно выше, чем на открытом месте, ночью ниже. От влажности воздуха во многом зависит и интенсивность испарения.
Лес и испарение влаги
Испарение - важнейшая расходная часть водного баланса леса. Оно слагается из трех видов: физического испарения влаги, задержанной при выпадении осадков растениями (кронами деревьев, листовой поверхностью нижних ярусов и т. д.); физического испарения с поверхности почвы, транспирации.
Влага, задержанная верхним пологом, быстро испаряется. Она может испаряться быстрее, чем с открытой водной поверхности и значительно быстрее (в 4-5 раз) по сравнению с интенсивностью транспирации в одних и тех же климатических условиях (Лейтон, 1970). Этому способствует повышенная турбулентность воздуха в связи с большей высотой, продуваемостью и шероховатостью лесного полога.
Условия для, испарения с поверхности почвы в лесу более затруднительны вследствие влияния верхнего полога леса и его нижних ярусов. Это влияние особенно проявляется благодаря ослаблению ветра. По наблюдениям, Н.С.Нестерова (1960), в летние месяцы с поверхности почвы в лесу влаги испаряется в 8 раз меньше, чем с поверхности почвы в открытом месте. Эта величина не может быть одинаковой в разных географических районах и разных по характеру лесах, но по ней можно судить о различии в испаряемости с поверхности почвы в лесу и вне леса.
Значительное количество влаги расходуется лесом на транспирацию. На ее величину влияют различия в характере леса.
Имеющиеся в литературе данные,например для древостоев разного состава, разноречивы. Некоторые физиологи склонны лаже считать, что расход влаги сомкнутыми насаждениями очень мало зависит от их видового состава. Однако они не отрицают, что темпы иссушения почвы зависят от строения корневой системы и физиологических особенностей породы, но степень иссушения в конце вегетационного периода, по их данным, будет для разных пород почти одинаковой (Цельникер, 1964).
Более определенно выявлена связь величины максимального транспирациоиного расхода с величиной испаряемости для данного места (т. е. количеством влаги, испаренной со свободной водной поверхности) и минимального - с запасом доступной влаги в почве. В соответствии с этим, как показала Ю.Л.Цельникер (1964), расход влаги на транспирацию может колебаться у сомкнутого леса умеренного климата в районах с разным гидротермическим режимом от 100 мм (для засушливых районов) до величины, близкой к испаряемости данного места. Этим же автором составлена сводка данных, характеризующих величину расхода влаги на транспирацию древостоев в разных климатических зонах земного шара. Она показывает, что только в дождевых тропических лесах расход не транспирацию равен испаряемости или даже превышает ее. В других районах этот расход меньше испаряемости и составляет от одной трети до половины годового количества осадков.