В течение всего года в темнохвойном лесу влажность воздуха выше, чем на полянах и вырубках.
Наибольшие различия наблюдаются в теплые месяцы. В среднем за вегетационный период относительная влажность воздуха в спелых и приспевающих насаждениях выше, чем на открытых участках, на 9%.
Трансформирующее влияние леса на осадки проявляется особенно ярко. От общего количества осадков открытого места в спелых ельниках задерживается 27—31%, в пихтовых и кедровых насаждениях — 26—32%. По градациям дождей диапазон перехвата осадков расширяется до 8—82%.
Количество снега, проникающего под полог леса, характеризуется отношением снегозапасов в лесу к снегозапасам на небольших полянах. В различных частях ареала оно изменяется в пределах 0,68—0,99. Выявлена снегоаккумулирующая роль юса, когда коэффициент снегозапасов становится больше 1.
Расход на суммарное испарение в темнохвойных лесах различен в разных природных зонах и колеблется от 210 до 548 мм влаги; из них с покрова и почвы расходуется 55—182 мм и на транспирацию 100—343 мм.
В настоящее время водоохранная и водорегулирующая роль леса, известная человеку и используемая им с очень давних времен (о чем говорят указы Петра I в России 1701—1722 гг., запрещавшие рубку лесов по берегам рек), научно подтверждена и получила количественную оценку. Данные исследовании, накопленные различными областями науки, убедительно свидетельствуют, что с истреблением леса обводненность ландшафтов заметно уменьшается, водный режим рек значительно нарушается и в конечном итоге благодатные лесные и лесостепные местности превращаются в почти безжизненные пустыни с аренами развеваемых песков и обнаженных горных пород. Археологические исследования и сохранившиеся исторические документы подтверждают, что обводненность тех или иных областей обусловливается в значительной мере их облесением.
Все леса, расположенные в пределах водосборных бассейнов, а не только запретные полосы вдоль рек, выполняют водоохранные и водорегулирующие функции. Водоохранная и водорегулирующая роль леса количественно характеризуется повышением относительной влажности воздуха на 5—6%, увеличением запасов воды на полях за счет снежного покрова в 1,5—2 раза и более, снижением испарения влаги на 10—30%, повышением влагоемкости почв в 18 раз, снижением коэффициента поверхностного стока в 10—20 раз.
С увеличением лесистости бассейнов рек водный сток их повышается: на каждые 10% увеличения лесистости в пределах 10—60% водный сток повышается за год на 3—6 мм, или на 2—4% исходного его значения. Степень и характер проявления водоохранно-водорегулирующей роли леса в зависимости от конкретных естественноисторических и экономических особенностей изучаемых объектов заметно изменяется. Однако в большинстве случаев с повышением лесистости бассейнов рек водный режим их становится более равномерным в течение всего года, а водность заметно повышается.
На основании анализа и обобщения многолетних данных широкой сети станций гидрометеослужбы, В. В. Рахманов установил прямую связь между лесистостью бассейнов рек и их водным стоком. С увеличением лесистости бассейнов рек на каждые 10% средний годовой слой стока в них увеличивается на 10—15 мм. При этом заметное влияние леса на состояние занятой и защищенной им территории и водный сток рек проявляется в увеличении количества атмосферных осадков, снижении физического испарения влаги с поверхности почвы, более полном и экономном расходовании почвенной влаги, уменьшении амплитуды колебаний температуры почвы и воздуха, снижении скорости ветра, а в целом в создании более благоприятных условий накопления и использования влаги.
Водоохранная и водорегулирующая роль леса в зависимости от особенностей конкретных объектов проявляется по-разному: в бассейнах рек с преобладанием суходольных типов условий местообитания их водность заметно возрастает за счет уменьшения поверхностного стока и физического испарения воды, а в бассейнах рек с преобладанием заболоченных и избыточно увлажненных типов условий местообитания, наоборот, их водность заметно уменьшается за счет улучшения фильтрационной способности почвогрунта и значительного возрастания внутрипочвенного (грунтового) стока воды.
Осушение болот под влиянием леса — явление, наблюдаемое повсеместно в природе и широко используемое человеком в практической деятельности. Это явление еще во второй половине XIX в. А. И. Воейков объяснял тем, что корни деревьев разрыхляют почву и почвогрунт, способствуя увеличению внутрипочвенного стока воды.
В настоящее время едва ли не важнейшей проблемой становится качество воды. Так, заиление русел рек находится в прямой зависимости от облесения берегов. Смыв почвы с 1 га пашни составляет: в 100 м от облесенного водораздела 2,1 т, в 300 м — 14,6 т, в 600 м — 38,4 т. Во многих странах общественное водоснабжение становится все более важной частью ведения лесного хозяйства. И этот процесс, несомненно, будет углубляться по мере роста населения и потребления воды.
Во многих районах леса могут приобрести гораздо большее значение при регулировании водостока или использовании их в качестве зон отдыха, чем в производстве древесины. Прирусловые леса, оказывая влияние на состояние рек и водоемов, способствуют развитию судоходства, повышают энергетический потенциал рек и воздействие их на сельское и рыбное хозяйства.
Большой интерес представляет не только способность леса регулировать сток поверхностных вод, но и способность в результате фильтрации изменять их химический состав. Так, было установлено, что в условиях Центральной лесостепи лесные полосы шириной 40 м поглощают от 19 до 51% поверхностного ока, а полосы шириной 60 м — до 76%. Поверхностный сток может быть полностью зарегулирован при ширине полос 80 м. Кроме того, в ручьях и речках, протекающих через лесные массивы отмечено очень низкое содержание гербицидов даже после химической обработки насаждений.
Данные по Орловской обл. подтверждают положительное влияние защитных насаждений на органолептические свойства (прозрачность, цвет, запах, мутность, осадок) и химический состав вод, проходящих через них. Прозрачность воды, как известно, один из важнейших признаков ее доброкачественности. Она зависит от большего или меньшего содержания в воде взвешенных частиц и химических примесей. Наблюдениями установлено, что заметно уменьшается мутность воды, протекающей через лесную полосу, в ней резко сокращается содержание солей аммиака, азотистой и азотной кислот, являющихся основными показателями загрязнения воды. Мутность водного потока после прохождения через лесную полосу шириной 30 м уменьшается в 100—150 раз, содержание аммиака — в 1,5— 2 раза. Такое же влияние на состав и свойства воды окатывают и другие виды защитных лесных насаждений (водорегулирующие, приовражно-балочные полосы и т. д.).
Наряду с улучшением органолептических свойств и химического состава воды водоемов установлено также повышение ее бактериологической чистоты под влиянием защитных лесных насаждений.
Предотвращая или значительно снижая поверхностный сток, лесные защитные полосы тем самым препятствуют или резко ограничивают поступление удобрений, вымываемых с полей, в открытые водоемы. Если в воду попадает значительное количество удобрений, то это способствует усиленному размножению водорослей — «цветению воды». Быстро разрастаясь, колонии водорослей столь же быстро погибают и насыщают водоем органическими веществами. Этот процесс называется эвтрофикацией или переудобрением. Он приводит к увеличению кислородного дефицита в воде.
При наличии древесной растительности по берегам водоемов их воды обычно чисты и бедны водорослями. Питательных веществ, имеющихся в воде, хватает лишь на ограниченное количество водных растений, которые к тому же интенсивно поедаются находящимися в воде живыми организмами. Таким образом, водоем находится в состоянии биологического равновесия.
Необходимо также подчеркнуть большую роль лесных защитных насаждений в предотвращении испарения воды и повышения ее температуры в водоемах. Повышение температуры воды оказывает воздействие на физические, химические и биологические процессы, которые определяют пригодность воды для ее обитателей, потребления и других хозяйственных целей.
К настоящему времени установлено положительное влияние леса на выпадение осадков и увлажнение атмосферы, регулирование грунтовых вод и накопление снега, а также на изменение водного баланса бассейнов под влиянием лесных насаждений.
Таким образом, водоохранно-водорегулирующая роль леса проявляется прежде всего в более полном и рациональном расходовании влаги как на внутрилесных, так и на защищенных лесом территориях, в эффективной защите и очистке воды от различного рода загрязнений.
Средозащитные функции леса не могут быть заменены никакими другими видами использования земли. Лес — это совершенная система защиты почвы и вод, очищения атмосферы от пыли и вредных газов. Но и его емкость имеет пределы. Неся огромную средозащитную службу, лес сам в значительной мере страдает от запыленности и загазованности атмосферы. Загрязнение атмосферы вредными выбросами уменьшает интенсивность процессов фотосинтеза. На территориях, подверженных задымлению, полностью отсутствует пихта, быстро усыхают хвойные, что наносит значительный ущерб окружающей среде и хозяйству. Поэтому в СССР уделяется большое внимание созданию и выделению водоохранных лесов и ведению хозяйства в них.