Рельеф на территории республики формировался под влиянием геологических процессов и ледников.
Для Белоруссии характерно чередование обширных холмистых возвышенностей с плоскими равнинами (или слабовогнутыми низменностями), пересеченными сетью речных долин, оврагов и балок. На долю низменностей приходится 60%, возвышенностей — 30%, платообразных равнин — 10 %.
Из возвышенностей наиболее сложной и обширной является Белорусская гряда, в которую входят Минская (район расположения основных объектов наших исследований) и Новогрудская возвышенности. Согласно Агроклиматическому справочнику (1970), их наивысшие точки располагаются соответственно на высоте 346 и 323 м над уровнем моря. Самой обширной низменностью является Полоцкая, к ней примыкает Чашникская. По течению рек расположены Верхне-Березинская, Верхне-Неманская и Средне-Неманская низины. Для юго-востока республики характерен равнинный и платообразный рельеф, южная часть (Белорусское Полесье) — обширное низменное пространство.
Климат республики умеренно континентальный, находится под сильным влиянием масс воздуха Атлантического океана, арктических, внутриматериковых и в меньшей степени — тропических воздушных масс. С юго-запада среднегодовая температура воздуха от 7,5 °С постепенно понижается к северу, достигая на северо-востоке 4,5 °С. Аналогично идет изменение продолжительности вегетационного периода (от 210 до 180 дней). В широтном отношении следует отметить увеличение амплитуды колебания температуры воздуха с запада на восток от 23 до 26 °С и более. Минимальная температура наблюдается зимой в самый холодный месяц—январь (до —40— 44 °С), максимальная летом — в июле (до 34—38 °С). Среднегодовая сумма осадков составляет в среднем 600—650 мм.
Согласно агроклиматическому районированию Белоруссии ее северная область характеризуется как умеренно теплая и влажная, центральная — теплая, умеренно влажная, южная — теплая, недостаточно влажная.
В районе основных исследований (территория воднобалансовой станции Городище Белгидромета) зимы характеризуются неустойчивой погодой. Оттепели сменяются значительными похолоданиями, иногда до —33—35 °С. Наступление весны в основном раннее, сопровождается похолоданием.
В почвенном покрове БССР (по Т. Н. Кулаковской и П. П. Роговому и др., 1974) преобладают дерново-подзолистые разности, занимающие около 70 % всей территории. Затем следуют подзолисто-болотные разности — 16,7—23,8%, пойменно-луговые — 2%, дерново-болотные — 2 %, дерновые — 1,5 % и другие почвы. На территории Белоруссии выделяют четыре почвенных округа (Витебско-Полоцкий, Оршанско-Могилевский, Минско-Гродненский и Полесский) и 24 почвенных района и подрайона. Водный режим республики определяется главным образом количеством выпадающих осадков, которые распределяются по поверхности в зависимости от рельефа и почвенно-грунтового поглощения.
В целом климатические и почвенно-гидрологические условия Белоруссии благоприятны для роста леса, о чем свидетельствует преобладание насаждений I—III классов бонитета. Леса занимают 34,5 % всей площади республики. Большое разнообразие природных факторов и их сочетаний, присущих БССР, определяет разнообразие лесной растительности и ее зональность.
И. Д. Юркевич и В. С. Гельтман (1965) выделили три геоботаиические подзоны и семь округов.
Северная подзона широколиственно-еловых лесов (дубово-темнохвойные леса). Она расположена к северу от границы сплошного распространения граба, включает Западно-Двинский, Ошмяно-Минский и Оршанско-Могилевский округа. На территории подзоны преобладают формации сосновых (53,15 %), еловых (16,1 %) и березовых (11,6 %) лесов.
Центральная подзона елово-грабовых дубрав (грабово-дубово-темнохвойные леса). Располагается между северной границей распространения граба и южной границей ареала ели. В нее входят два округа — Неманско-Предполесский и Березинско-Предполесский. По сравнению с северной в центральной зоне наблюдается снижение распространения еловых и осиновых лесов, однако возрастает площадь дубовых (3,39 %), ясеневых (0,22 %) и черноольшаников (11,5%). В южной части произрастает граб.
Южная подзона грабовых дубрав (широколиственно-сосновые леса). Расположена к югу от южной границы сплошного распространения ели. Сюда входят Бугско-Полесский и Полесско-Приднепровский геоботанические округа. Здесь отмечается наибольшая площадь дубрав (9,92 %), черноольшаников (13,32 %) и пушнстоберезовых лесов (9,23 %). Площадь ельников незначительна (0,53 %). Исследования в основном проводились в Центральной подзоне на территории Неманско-Предполесского округа.
Различия в климате выделенных зон обусловили определенные различия видового состава и структуры лесов. В свою очередь, лес также оказывает влияние на формирование климата. Несмотря на обширные исследования по изучению влияния леса на климат и микроклимат, средообразующая роль древостоев различных типов леса, возраста и полноты до конца не выяснена. Поэтому для характеристики особенностей микроклимата в насаждениях различных формаций изучались суточные колебания влажности и температуры воздуха па высоте 1,3 м и на поверхности почвы, температуры почвы на глубине 10, 20, 30, 40 и 50 см, а также дневное изменение освещенности. Исследовались преобладающие типы леса. Сосняки вересковые представлены насаждениями III класса бонитета с незначительной примесью березы (до одной единицы в составе).
Результаты анализа показали, что почвы в данных условиях бедны. Они характеризуются невысоким содержанием физической глины (до 4,12—6,68 % в верхних горизонтах), количество которой с глубиной уменьшается. Верхние горизонты представлены связными песками, а лежащие более глубоко — рыхлыми песками (с содержанием физической глины 2—3,16%). Почва характеризуется кислой и слабокислой реакцией среды (pH 4,4—6,7) и относительно невысоким содержанием гумуса, количество которого в верхнем перегнойном горизонте колеблется от 1,09 до 1,3 %. Сумма поглощенных оснований также невысока — 1,2—1,8 мг-экв на 100 г почвы. Почвы бедны содержанием общего азота (N 0,009—0,080), фосфора (Р2О5 —7,0—11,5) и калия (К2O — 0,2—1,5 мг на 100 г почвы).
Наибольшее количество солнечной радиации проходит под полог сосняка верескового V класса возраста с полнотой 0,44. В первую половину дня (с 6 до 12 ч) пропуск ФАР (в сравнении с открытым местом) увеличивается в изучаемом насаждении от 27 до 63 %. к 18 ч снижается до 25 %. В пасмурный день (периодами — мелкий дождь) пропуск ФАР изменяется в пределах 16,5—54 %.
При полноте соснового фитоценоза 0,74 (V класс возраста) ФАР в безоблачный день увеличивается от 26 до 58 %, затем уменьшается до 18 %, в пасмурный день (от ФАР на открытом месте) колеблется от 16 до 37,5 %.
Под полог 30-летних насаждений проходит значительно меньшее количество солнечной радиации. Так, при полноте 0,6 ФАР увеличивается в первую половину дня с 12 до 46 %, затем уменьшается до 15 %. В пасмурный день максимальный пропуск ФАР отмечен в последний срок наблюдения — 18 ч (37,5 %).
Сосняк с полнотой 1,17 характеризуется наименьшим количеством ФАР под пологом древостоя. Максимум ФАР отмечен в середине безоблачного дня — 26 %, в пасмурный день — 19 % (в конце дня).
При сравнивании среднесуточных показателей пропуска ФАР в безоблачный и пасмурный день отмечено, что в пасмурный день влияние возраста древостоя прослеживается нечетко, а в ясный день (в зависимости от полноты и возраста), наоборот, они заметно различаются. Это связано с различиями строения полога древостоев разного возраста.
Температурный режим под пологом сосновых насаждений определяется количеством проникающей солнечной радиации, полнотой, типом леса, почвенно-гидрологическими условиями. Амплитуды суточных колебаний температур на поверхности почвы и на высоте 1,3 м были следующие: в 30-летних насаждениях с полнотой 1,17— 2,3 и 2,4 °С, 0,6 — соответственно 3,1 и 2,9 °С (диапазон колебаний на открытом месте — 7°С); в 90-летних насаждениях при полноте 0,74—3,1 и 2,6 °С, 0,44—3,3 и 3,2 °С.
Суточные колебания относительной влажности воздуха, как и температуры, находились в зависимости от их таксационной структуры. Наименьшая влажность отмечена в насаждениях при полноте 0,44 (V класс возраста), наибольшая — при полноте 1,17 в 30-летних насаждениях. Следовательно, относительная влажность воздуха и амплитуда ее колебаний находятся в зависимости от полноты сосняков вересковых.
Полнота изучаемых древостоев влияет и на прогреваемость почвы. Максимальная амплитуда колебаний температуры поверхностных слоев почвы характерна для сосняков V класса возраста низкой полноты. В данных условиях отмечена максимальная прогреваемость почвы. Это подтверждает, что температура почвы на глубине 10 см в 30-летнем насаждении с полнотой 0,6 на 0,3 °С выше, чем в 90-летнем насаждении полнотой 0,74.
Значительные изменения температурного режима по сравнению с данными водно-балансовой станции «Городище» на полевой метеорологической площадке отмечены в насаждении с полнотой 1,17. Здесь среднесуточная температура понижается с увеличением глубины почвы (14,7, 14,3, 14,2, 13,7 и 13,5 °С). При полноте 0,6 средняя температура составила соответственно 15,8, 15,5, 15,5, 15,4 и 15,1 °С.
В насаждениях V класса возраста при полноте 0,74 некоторые поверхностные слои почвы характеризовались низкой температурой. На глубине 10, 20, 30, 40 и 50 см она составила в среднем за сутки 15,5, 15,8, 15,6, 15,3 и 15,0°С, при полноте 0,44 — соответственно 16,0, 16,3, 16,6, 16.2 и 16,0 °С. Такое различие температурного режима объясняется различной степенью прогревания подпологовой среды и способностью его сохранения, что обусловливается пространственной и таксационной структурой насаждений.
Подрост в данных условиях представлен сосной и березой, подлесок — можжевельником и отдельными экземплярами осины (высотой до 1 м). Сосновый подрост расположен куртинами и достигает в перестойных насаждениях высоты 5 м и более.
Основной фон живого напочвенного покрова в древостоя I, IV и V классов возраста средней полноты образует вереск обыкновенный. При возрасте основного яруса 20—80 лет в покрове преобладают зеленые мхи и брусника. Вереск доминирует в травяном покрове лишь в насаждениях низкой полноты.
В древостоях старших классов возраста покров дополняют булавоносец седой, зимолюбка зонтичная, злаки, пазник крапчатый, плауны, толокнянка обыкновенная, в молодняках — вейник наземный, вероника лекарственная, иван-чай, политрихум можжевеловый. В живом напочвенном покрове отмечены также герань лесная, золотая розга, купена лекарственная, ландыш майский, марьянник лесной, овсяница овечья, ожика волосистая, осоки, тимьян обыкновенный, кладония лесная, мох Шребера и др.
В сосняках мшистых пробные площади были заложены в древостоях возраста 25—80 лет различной полноты. Изучаемые фитоценозы произрастают на ровных по рельефу участках. Как и в сосняках вересковых, верхние горизонты почвы представлены песком связным (содержание физической глины 5,68—6,24 %), нижележащие — песками рыхлыми (1, 96—4,64 %). Анализы показывают, что содержание гумуса в исследуемых почвах достигает в верхних горизонтах 1,59 %, обменная кислотность изменяется по профилю от 4,1 до 6,1, гидролитическая кислотность составляет в верхних горизонтах 6—6,3, снижаясь в подстилающей породе до 0,7—0,79 мг-экв на 100 г почвы. Почвы бедны общим азотом (N 0,008—0,081 %), фосфором (Р2О5 9,1—13,0 мг), калием (К2О 0,4—2,3 мг на 100 г почвы). Сумма поглощенных оснований—1,3— 2,8 мг-экв на 100 г почвы.
Изучаемые условия произрастания насаждений характеризовались различиями микроклиматических показателей. Максимальное количество солнечной радиации проходило под полог приспевающих насаждений низкой полноты (0,52). В первую половину дня ФАР увеличивалась от 22 до 53 %, к 18 ч снижалась до 25 % (от открытого места). В насаждении с полнотой 0,87 ФАР изменялась на протяжении дня аналогично, с максимумом в полдень — 39%. В 30-летиих насаждениях минимальный приход солнечной радиации под полог отмечен при полноте 0,83.
При изменении полноты на 0,1 среднесуточные значения ФАР изменялись в приспевающих сосняках на 1,9 %, в жердняках — на 3,4 %. Это объясняет в какой-то мере тот факт, что в жердняках отмечена большая изменчивость фитомассы травяно-мохового покрова, в продуцировании которого свет играет большую роль.
Температурный режим на пробных площадях характеризуется следующими параметрами: в насаждениях в стадии жердняка при полноте 0,83 амплитуда температур за сутки на поверхности почвы и на высоте 1,3 м составила соответственно 17,1 и 13,8 °С, при полноте 0,6—19,5 и 13,9 °С. В приспевающем насаждении высокой полноты (0,87) —20,5 и 13,0 °С. Диапазон температур на открытом месте составил 24 °С. Максимальная температура воздуха на поверхности почвы отмечена в 12 ч, на высоте 1,3 м — в 15 ч.
Значительные различия наблюдаются также во влажности воздуха на высоте 1,3 м. На всех участках относительная влажность была выше в утренние и вечерние часы, т. е. наблюдались суточные колебания влажности, обратные суточным колебаниям температуры воздуха. В изучаемых древостоях при уменьшении полноты на 0,1 среднесуточная влажность воздуха снижалась на 5 %.
Изменение таксационной структуры сосновых насаждений не могло не отразиться и на характере прогреваемости поверхностных слоев почвы. Максимальная амплитуда среднесуточных температур — в насаждении с наименьшей полнотой (4,7 °С). Минимальный диапазон отмечен в жердняке высокой полноты (2,7 °С), где проникновение солнечной радиации наименьшее. В этих насаждениях отмечена также крайняя температура почвы на протяжении суток. Для всех участков характерно понижение температуры почвы с увеличением глубины. Наиболее сильное прогревание почвы приходится на 18 ч. Таким образом, освещенность, температура и влажность воздуха обусловлены таксационной структурой древостоя, что в определенной степени обусловливает развитие нижних ярусов растительности.
Для сосняков мшистых характерен более разнообразный видовой состав подроста, подлеска и живого напочвенного покрова. Доминантом в подросте является ель, в подлеске па большинстве объектов — можжевельник. Значительное долевое участие в подросте и подлеске принимают сосна, дуб, береза, крушина.
Моховой покров представлен в основном мхом Шребера, который присутствует на всех пробных площадях. Встречаемость мхов семейства дикранум значительно ниже — 10—30 %. Участие мха кукушкин лен можжевеловый и лишайников рода кладония в покрове незначительно.
Из травянистых растений сравнительно высокая встречаемость (40—60 %) У брусники, злаков, черники, ожики волосистой, ландыша майского, марьянника лесного, вереска обыкновенного, овсяницы овечьей. Менее представлены в живом напочвенном покрове булавоносец седой, орляк обыкновенный, букашник горный, вейник наземный, вероника дубравная, герань лесная, земляника лесная, золотая розга, зимолюбка зонтичная, иван-чай, костяника, купена лекарственная и др.
Изучение биологической продуктивности нижних ярусов растительности в зависимости от возраста и полноты древостоя проводилось в сосняках черничных возраста 27—75 лет с полнотой 0,6—1,0. Почвы на данных участках близки по механическому составу к почвам под сосняками вересковыми и мшистыми. Верхние горизонты представлены песками связными, лежащие более глубоко — песками рыхлыми. Содержание физической глины колеблется в пределах 5,8—3,12 %. незначительно уменьшаясь с глубиной. В верхних горизонтах отмечено наибольшее содержание гумуса (2,5—3,2 %). Обменная кислотность почвы изменяется от сильнокислой (pH 3,0—3,2) до кислой (pH 4,9), гидролитическая кислотность в гумусном горизонте составила 10,5—14,0 мг-экв на 100 г почвы. Содержание азота, фосфора, калия и сумма поглощенных оснований изменяется в пределах 0,015—0,095%, 7,7—15,3, 0,5—3,2 мг на 100 г почвы и 1,6—2,7 мг-экв на 100 г почвы.
Наименьшее количество солнечной радиации, проходящей через полог древостоя к нижним ярусам леса, отмечено в стадии жердняка. Приход солнечной радиации под полог насаждений полнотой 1,0 характеризуется двумя максимумами — в полдень — 8 %, в конце дня — 10 %, что объясняется направлением рядов. На других участках максимум отмечен в полдень. Максимальное количество солнечной радиации проходит под полог приспевающих насаждений низкой полноты (в среднем 25 % от освещенности открытого места). При изменении полноты на 0,1 ФАР в жердняках изменяется несколько больше, чем в приспевающих насаждениях. Однако изменение фитомассы живого напочвенного покрова в процентном отношении в жердняках намного значительнее, что указывает на усиление влияния развившегося подроста и подлеска в приспевающих насаждениях.
Наибольшее колебание температуры на поверхности почвы и на высоте 1,3 м характерно для насаждений низкой полноты. В приспевающем сосняке черничном полнотой 0,6, например, амплитуда колебания составляет соответственно 5,7 и 5,5 °С.
Относительная влажность воздуха на протяжении суток в насаждениях полнотой 1,01 колебалась от 75 до 95 %, полнотой 0,6 — от 84 до 93 %, в 30-летних насаждениях полнотой 1,0 — от 78 до 94 %, полнотой 0,6 — от 80 до 85 %. В древостоях высокой полноты диапазон колебания больше. С уменьшением полноты среднесуточная влажность воздуха уменьшается, приближаясь к влажности на открытом месте.
Для изучения процессов формирования нижних ярусов растительности интерес представляют также изменения температуры почвы в связи с изменением таксационных показателей черничников. Наиболее высокая температура характерна для насаждений с более низкой полнотой, однако она не так различается (особенно в приспевающих насаждениях), как в сосняках мшистых. Это объясняется влиянием на прогреваемость верхних слоев почвы развитого кустарничкового яруса из черники в сочетании с обильным моховым покровом. Диапазон колебания температуры как по глубине, так и на протяжении суток (на одинаковой глубине) относительно небольшой. Например, с увеличением глубины среднесуточная температура изменяется на 1,3—2,3°С, а в течение суток на глубине 10 см — на 0,3—0,7 °С.
Большая влагообеспеченность в сосняках черничных обусловливает более интенсивный рост всех компонентов фитоценоза. Для них характерна незначительная примесь ели, но в подросте она занимает господствующее положение. Густой еловый подрост расположен обычно куртинами и достигает в старших классах возраста высоты 5 м и более. Другие виды (береза, дуб, осина) представлены менее значительно. Подлесок слагают можжевельник, крушина, рябина, изредка отдельные кусты лещины.
В живом напочвенном покрове сплошной фон образует черника, встречаемость которой составляет 100 %. В нижнем ярусе широко представлены зеленые мхи, меньше — сфагновые мхи и кукушкин лен обыкновенный (встречаемость до 10%). В покрове отмечены также брусника, молиния голубая, марьянник лесной, ожика волосистая, орляк обыкновенный, седмичник европейский. Менее представлены багульник болотный, голубика, злаки, земляника лесная, золотая розга, кислица, костяника, осоки, плауны, ястребннка постенная.
В сосняках на болотах почвы избыточно увлажнены. На верховых болотах они характеризуются сильнокислой реакцией среды (pH 3,0—3,3%), высокой гидролитической кислотностью (70—85,5 мг-экв на 100 г почвы), содержат несколько большее по сравнению с другими типами леса количество азота (1—0,16%), калия (9,1 мг на 100 г почвы) и меньшее — фосфора (2,2—3,4 мг). В связи с тем, что объемный вес торфяной болотной почвы значительно ниже, чем минеральной, количество элементов питания на болоте крайне ограничено.
Микроклимат в сосняках сфагновых также в определенной степени зависит от полноты древостоя. Так, приход солнечной радиации на участке с полнотой 0,7 составил 79 % от среднесуточной освещенности при полноте 0,54.
Амплитуда температуры воздуха на поверхности почвы в течение суток при полноте 0,54 составила 14,2 °С, при полноте 0,7—12,7 °С, на высоте 1,3 м — соответственно 10,1 и 9,5 °С, что объясняется влиянием кустариичкового яруса и влажного мохового покрова из сфагнума.
При низкой полноте (0,54) среднесуточная влажность на 11 % меньше, чем при полноте 0,7. Температура поверхностных слоев почвы более высокая в насаждении полнотой 0,54, однако она значительно ниже температуры на открытом месте. Диапазон среднесуточных температур на глубине 10 и 50 см при полноте 0,7 составил 2,0 °С, при полноте 0,54—4,6, что свидетельствует о слабой прогреваемости почвы и воды на больших глубинах в результате меньшего доступа солнечной радиации под полог насаждений, характеризующихся более высокой полнотой. Исследования проводили не только на верховых болотах, но и на переходных и низинных. На верховых болотах пробные площади закладывали в насаждениях, средний возраст которых около 100 лет. В подросте — сосна, представленная отдельными экземплярами. Подлесок отсутствовал. В живом напочвенном покрове сплошной фон образовали сфагновые мхи, пушица, клюква четырехлепестная, меньше распространены багульник болотный и голубика.
На переходных болотах выделенные участки относились к слабообводненным и слабопроточным. Высота древостоя — 9,2—12,1 м, что соответствует Vа классу бонитета. Запас древостоя превышал запас на верховых болотах. Подрост образовали сосна и береза. Подлесок отсутствовал. В живом напочвенном покрове также преобладали сфагновые мхи, меньше представлены клюква и пушица. Более развит багульник болотный и голубика, отмечены осоки.
Низинные болота характеризовались наиболее высокой проточностью и обводненностью в весеннее время. Средний возраст древостоев— 100 лет. На пробных площадях отмечен березовый подрост и подлесок из крушины и малины. Живой напочвенный покров слагали багульник болотный, черника, осоки, голубика и подбел в моховом покрове основную массу составляли сфагновые мхи, на кочках встречался мох Шребера.
Пробные площади закладывали в древостоях V класса возраста различной полноты. При изучении биологической продуктивности нижних ярусов растительности основное внимание было обращено на влияние типа леса, возраста и полноты древостоя, на формирование подроста, подлеска и живого напочвенного покрова. В пределах типа леса в древостоях одинаковой возрастной и полнотной структуры насаждения различаются по видовому составу и биологической продуктивности подчиненных ярусов. Для выяснения влияния подроста и подлеска на фитомассу живого напочвенного покрова проведены исследования в наиболее распространенных в условиях БССР сосняках мшистых третьего класса возраста. Для сравнения проведен учет нижних ярусов растительности ниже по рельефу на нивелировочном ходу в сосняке кисличном и черноольшанике снытевом.
Для характеристики объектов исследований и выяснения роли подпологовой растительности в формировании фитоклимата проведены на всех участках метеорологические наблюдения согласно Наставлению гидрометеорологическим станциям и постам (1971). С этой целью подобраны преимущественно чистые насаждения высокой полноты возрастом 60 лет. Допускалась примесь других пород, не более одной единицы в составе. Изучаемые насаждения характеризовались различным поступлением солнечной радиации под их полог. Наименьшее ее количество в солнечной день проникает под полог сосняка мшистого с наиболее развитым подростом ели — 2 % ФАР открытого места, сосняка кисличного и черноольшаника — 3,5 и 4 %, сосняка мшистого с более редким подростом — 9%.
Наименьшее отклонение температуры в среднем за 2 дня (в летний период) по сравнению с полевой метеорологической площадкой ВБС «Городище» наблюдалось в древостоях с более редким подростом: в сосняке мшистом — 2,2 °С (на поверхности почвы) и 0,3 °С (на высоте 2 м), в черноольшанике — соответственно 2,2 и 0,5 °С, в сосняке кисличном — 2,7 и 0,4 °С. В сосняке мшистом с густым еловым ярусом подроста температура под пологом была более низкой (соответственно на 2,9 и 0,5 °С). Амплитуда суточных колебаний температуры возрастает на изучаемых объектах: в сосняке мшистом с густым подростом — 5,4 °С на поверхности почвы и 4,7 °С на высоте 2 м, в сосняке кисличном — 5,9 и 3,3 °С, в черноольшанике таволгово-снытевом — 9,6 и 3,6 °С, в сосняке мшистом с менее развитым подростом — 10 и 5°С.
Изучение температурных режимов поверхностных слоев почвы (0—20 см) показало, что наибольшие различия среднесуточных температур по сравнению с открытым местом и наименьшая амплитуда суточных колебаний характерны для насаждений с более развитым подростом и подлеском. В сосняке мшистом с фитомассой подроста и подлеска 3665 кг/га эти показатели составили 3,7 и 0,8 °С, в черноольшанике таволгово-снытевом — 3,5 и 0,9 °С, в сосняке кисличном (1458 кг/га) —3,4 и 1,0 °С. В сосняке мшистом с менее развитым подростом и подлеском (1269 кг/га) — соответственно 3,1 и 1,2 °С. Средняя амплитуда колебаний температуры почвы на полевой метеорологической площадке составила за этот период 3,6 °С.
Температура поверхностных слоев почвы и на поверхности почвы, а также амплитуда колебаний температур уменьшалась в изучаемых насаждениях по мере увеличения фитомассы надземных частей подроста и подлеска. При пониженном рельефе амплитуда температуры также была менее значительна.
В сосняках мшистых подрост образуют ель, дуб, осина, подлесок — крушина ломкая, можжевельник обыкновенный и рябина обыкновенная. В сосняке кисличном (как и в мшистом) в подросте доминирует ель обыкновенная, а подлесок дополняют лещина и бересклет бородавчатый.
В живом напочвенном покрове в сосняках мшистых на двух участках встречаемость брусники соответственно 30 и 60 %, земляники лесной — 30 и 50 %, короставника — 20 %, плаунов — 10 и 15 %, черники — 100 %, мха Шребера — 100 %. Кроме этого, состав покрова на участке с менее развитым подростом ели дополняют иван-чай и осока заячья — по 30 %, марьянник лесной — 50 %, ястребинка волосистая — 20 %.
Фитомасса подроста и подлеска на сравниваемых участках в сосняках мшистых составила 3665 и 1269 кг/га (главным образом за счет ели обыкновенной — 3530 и 850 кг/га). Из подлесочиых видов наибольшую фитомассу образовали крушина ломкая — 135 и 45 кг/га и можжевельник обыкновенный — 255 кг/га (отмечен только на участке с менее развитым подростом). Другие древеснокустарниковые виды представлены менее значительно. В живом напочвенном покрове сосняков мшистых наибольшее долевое участие принимают брусника — соответственно 10 и 150 кг/га, черника — 121 и 400 кг/га и мох Шребера — 1410 и 2300 кг/га. С уменьшением фитомассы подроста фитомасса названных видов была большей — соответственно в 15, 3,3 и 1,6 раза. Как видно, в насаждениях, характеризуемых различиями фитомассы подроста и подлеска в 3 раза, масса травяно-кустарничкового покрова различалась в 4 раза, мохового покрова — в 1,6 живого напочвенного покрова — в 2 раза.
Исследования показали, что все ярусы, слагающие фитоценоз, принимают участие в формировании микроклимата и существенно влияют на развитие и накопление фитомассы.
В еловых насаждениях исследования проводили в наиболее распространенном типе леса — ельнике кисличном I, III и IV классов возраста. Ельники кисличные произрастали на дерново-подзолистых супесчаных или суглинистых почвах, иногда подстилаемых глиной. Пробные площади закладывали по принятым в таксации методам. Средняя высота деревьев I класса возраста — 2,5 и 1,7 м, диаметр — 2,0 и 1,7 см, полнота — 0,5 и 0,3, запас — 2,5 и 1 м3/га. Насаждения IV класса возраста характеризовались следующими таксационными показателями: полнота — 0,9, запас — 503 и 517 м3, средняя высота — 27 и 27,5 м, диаметр — 28 и 28,4 см. В ельнике мертвопокровном III класса возраста полнота древостоя составляла — 1,0, средняя высота — 25 м, диаметр — 20 см, запас — 561 м3/га.
Для характеристики объектов исследований в еловых насаждениях также были проведены наблюдения за изменением основных показателей фитоклимата по сравнению с открытым местом. Наибольшее количество солнечной радиации приходило под полог ельника I класса возраста полнотой 0,3. ФАР на протяжении солнечного дня увеличивалась с 9 до 12 ч от 24 до 69 % (50 тыс. люкс), к 18 ч снизилась до 49 % от ФАР открытого места. При полноте 0,5 проникновение ФАР под полог увеличилось с 12 до 54 %. затем снизилось до 40 %. Средний пропуск ФАР составил 48 и 37 % от ФАР открытого места.
Освещенность под пологом древостоев III и IV классов возраста изменялась на протяжении дня от 100 до 2000 люкс — 1—5 % от освещенности на открытом месте. Среднедневные значения ФАР составили для ельника мертвопокровного 1,2%, кисличного IV класса возраста — 2,8 и 1,4 % (на объекте с развитым подростом).
При изучении температурного режима воздуха и почвы определяли суточное изменение температуры на высоте 2 м, на поверхности почвы, а также на глубине 5, 10, 15 и 20 см. Поступление суммарной радиации (по данным ВБС «Городище») изменялось от 22 до 26,7 мдж/м2. Максимальная амплитуда колебаний суточных температур отмечена в еловых насаждениях I класса возраста. На поверхности почвы она составила 29—34 °С, на высоте 2 м — 16—18 °С, в ельнике мертвопокровном — соответственно 20° и 14—17 °С, на открытом месте — 37—38 °С и 17— 18 °С.
Наибольшее отклонение среднесуточной температуры по сравнению с открытым местом наблюдалось в обратном порядке. В сосняке кисличном (мертвопокровном) оно составило на поверхности почвы в среднем за 2 дня (август, 1983) 8,2 °С, на высоте 2 м — 1,7 °С, в насаждениях — соответственно 6,5 °С и 1,5 °С. В черноольшанике таволгово-снытевом средняя разница температуры воздуха за этот период но отношению к значениям на полевой метеорологической площадке составила на поверхности почвы 8,1 °С, на высоте 2 м— 1,9 °С. Как видно, черноольшаники изменяют фитосреду под пологом в большей степени, чем высокосомкнутые ельники кисличные (мертвопокровные).
Среднесуточная относительная влажность воздуха на всех участках была выше, чем на открытом месте: в ельнике мертвопокровном — на 7 %, в древостоях I класса возраста полнотой 0,5 — на 6 %, полнотой 0,3 — на 5 % (в черноольшанике — на 8 %).
Структура фитоценозов обусловливает также прогреваемость поверхностных слоев почвы. Наиболее холодная почва была под пологом ельника мертвопокровного, прогретая — под еловыми культурами 10-летнего возраста.
Ниже приведены результаты метеорологических наблюдений в ельниках кисличных IV класса возраста на вырубке и лесном питомнике (черный пар). Древостой характеризовались различной степенью развития нижних ярусов растительности. Так, в насаждении с более развитым подростом и подлеском среднесуточная температура воздуха на поверхности почвы и на высоте 2 м была ниже в среднем на 0,3 °С и 0,1 °С, амплитуда колебаний температуры — на 1,5 °С и 0,5 °С, относительная влажность воздуха — на 3,5 % выше, чем в насаждении с редким древесно-кустарниковым ярусом.
Максимальная среднесуточная температура воздуха зафиксирована на лесосеке, однако разница по сравнению с насаждениями была небольшой за счет высокой амплитуды колебаний, так как высокая температура днем уравновешивалась относительно низкой ночью. Разница среднесуточной температуры почвы в горизонтах 5 и 20 см составила в насаждении с развитым подростом соответственно по дням 2,5 и 2,1 °С, с редким подростом и подлеском — 1,5 и 1,1 °С, на вырубке — 1,9 и 1,8 °С, в лесном питомнике — 0,6 и 0,7 °С, на полевой метеорологической площадке — 1,9 и 1,2 °С. Как видно, на открытых участках температура почвы с глубиной понижалась меньше, однако прогреваемость всех горизонтов была выше, чем в насаждениях, на 7,2—8,5°С.
В пределах одного горизонта почвы наибольшая амплитуда колебаний температуры характерна для верхних слоев на открытых участках. Температура почвы в слое 5—20 см в ельниках кисличных изменялась в пределах 13,2—17,0°С, на вырубке — 17,6—22,7°С, в питомнике — 17,0—25,0°С, в поле — 17,3—30,4 °С. Очевидно, что фитоклимат под пологом ельника формируется не только под влиянием структуры основного яруса древостоя. Определенную средообразующую роль в этом играет также подрост и подлесок, что, в свою очередь, влияет на развитие живого напочвенного покрова. Об этом свидетельствуют результаты исследований по изучению видового состава и продуктивности нижних ярусов растительности.
В еловых насаждениях 10-летнего возраста и мертвопокровном ельнике кисличном подрост q подлесок отсутствуют. В насаждениях IV класса возраста их слагают ель обыкновенная, крушина ломкая, лещина обыкновенная и рябина обыкновенная. Живой напочвенный покров представлен кислицей обыкновенной, майником двулистным, плауном, черникой, мхами кукушкин лен, Шребера и мниум. Живой напочвенный покров на вырубке образуют ситник, осока заячья, иван-чай, злаки и живучка ползучая. В питомнике в покрове произрастают злаки, в еловых культурах — ситник и злаки. Из перечисленных видов растений только у кислицы, ситника и злаков проективное покрытие составляет более 50 %.
В подросте доминантом является ель. Ее фитомасса на участках с развитым и редким подростом составляет соответственно 76 и 52 % от общей фитомассы подроста и подлеска. В подлеске наиболее представлена рябина обыкновенная — 14 и 43 %.
В живом напочвенном покрове основной фон составляет кислица обыкновенная — 71 и 81 % от общей массы. Фитомасса мохового покрова незначительна — 20— 30 кг/га.
В ельнике I класса возраста в покрове доминируют злаки, ситник, на вырубке — ситник, на лесном питомнике (черный пар) — злаки. Максимальная фитомасса живого напочвенного покрова учтена на лесосеке и еловых культурах полнотой 0,3 (3060 и 1200 кг/га) главным образом за счет развития ситника. Подрост и подлесок наиболее продуктивны на участках ельника кисличного IV класса (до 1012 кг/га сухого вещества).
Как показали исследования, фитомасса живого напочвенного покрова находится в зависимости от степени развития древесно-кустарникового яруса. При увеличении фитомассы подроста и подлеска от 0,17 до 1 т масса живого напочвенного покрова уменьшилась от 0,49 до 0,14 т. На объекте, где фитомасса подроста и подлеска превысила массу названного компонента (на соседнем граничащем участке) в 6 раз, фитомасса живого напочвенного покрова была меньшей в 3, кислицы — в 4 раза.
Из изложенного следует, что развитие живого напочвенного покрова зависит не только от таксационной структуры основного яруса древостоя, но и от степени развития, а также от состава древесно-кустарникового яруса, который играет существенную роль в формировании фитоклимата под пологом еловых фитоценозов.
Изучение влияния подроста и подлеска на фитоклимат и живой напочвенный покров и выявление соотношения фитомассы названных компонентов проводилось также в насаждениях березовой формации. Для этого в березняках мшистых и орляковых были подобраны объекты, однородные по структуре основного яруса древостоя, но различающиеся по развитию подчиненных ярусов леса. Метеорологические наблюдения проводили под пологом березняков орляковых различного возраста, а также березняков мшистых и кисличных одного возраста, выделенных на эколого-фитоценотическом профиле, пройденном нивелировочным ходом. Березняки кисличные находились ниже по рельефу березняков мшистых на 1,6 м.
Исследования показали, что подрост и подлесок оказывают значительное влияние на поступление солнечной радиации к живому напочвенному покрову. В березняках мшистых и орляковых с густым еловым ярусом (фитомасса 5800 и 11 355 кг/га) ФАР по сравнению с открытым местом изменялась в течение дня от 1 до 2,3 %, среднедневные значения ее составили соответственно 1,2 и 1,9 % открытого места. Максимальная освещенность под их пологом учтена в полдень: в березняке мшистом — 1000 люкс, орляковом — 2000 люкс.
В сосняках кисличных (фитомасса подроста и подлеска 2255 кг/га) освещенность изменялась с 9 до 18 ч в пределах 800—3600 люкс. ФАР по сравнению с открытым местом составила в среднем за день 3,3 %. Березняки мшистый и орляковый с менее развитым подростом ели характеризуются более высоким ФАР — 7 и 6,6 %. Освещенность под их пологом изменялась на протяжении дня в пределах 10 000 люкс. Вполне закономерно, что максимальное количество солнечной радиации было зафиксировано в 5-летних насаждениях. Освещенность на участках с числом деревьев 10 000 шт/га изменялась от 4000 до 25 000 люкс, 3500 шт/га — от 6000 до 42 000 люкс. Среднедневной процент ФАР по сравнению с открытым участком составил соответственно 31 и 48 %.
В березняке мшистом с густым еловым подростом в связи с незначительным приходом солнечной энергии наблюдалось наибольшее отклонение среднесуточной температуры воздуха. Его значения по отношению к открытому месту на поверхности почвы были в среднем за 2 дня 6,3 °С, на высоте 2 м — 0,8 °С.
В березняке кисличном разница среднесуточной температуры почвы на глубине 5, 10, 15 и 20 см составила в среднем за 2 дня в насаждении с развитым подростом 5,3; 5; 4,3; 4,4 °С, более редким — 4,2; 3,3; 3,5 и 3,8 °С, в березняке кисличном — 4,2; 4,5; 4,2 и 4,3 °С. В черноольшанике таволгово-снытевом, например, эти значения составили по горизонтам соответственно 4,3; 4,0; 3,8 и 3,9 °С. Очевидно, что степень развития древесно-кустарникового яруса под пологом леса оказывает существенное влияние на формирование фитоклимата. В данном ряду насаждений различных формаций и типов леса при уменьшении фитомассы названного компонента (5800, 2250, 1270 и 590 кг/га) различия среднесуточной температуры поверхностного слоя почвы (0—20 см) по сравнению с открытым участком также уменьшались 4,7; 4,3; 4,0 и 3,7 °С.
Амплитуда суточных колебаний температуры почвы (средине значения за 2 дня) составила на глубине 5; 10; 15 и 20 см в березняке мшистом с развитым подростом 1,7; 1,6; 1,2 и 0,9 °С, кисличном — 2,7; 2,3; 2,1 и 1,0 °С, мшистом с более редким подростом — 3,7; 2,7; 1,7 и 1.0 °С, в черноольшанике — 2,2; 1,0; 0,6 и 0,5 °С, на открытом месте — соответственно 13,5; 8,5; 6,5 и 4,5 °С. Из этих данных видно, что степень развития подроста и подлеска оказывает существенное влияние на прогреваемость почвы. С уменьшением фитомассы подпологовой растительности температура почвы в летний период увеличивается.
Метеорологические наблюдения в березняках орляковых также показали, что подрост и подлесок в данных условиях оказывают значительное, влияние на фитоклимат под пологом древостоев. Так, на участке с густым еловым ярусом (фитомасса 11 365 кг/га) в насаждении VI класса возраста среднесуточное значение температуры воздуха на поверхности почвы и на высоте 2 м в среднем за двое суток было ниже на 1,2 и 0,1 °С по сравнению с насаждениями с менее развитым подростом (4200 кг/га) и на 7,6 и 2°С по сравнению с температурой на полевой метеорологической площадке ВБС «Городище». В березняках I класса возраста различие температуры по сравнению с открытым участком менее значительно. Среднесуточное значение относительной влажности воздуха на высоте 2 м на 10—12 % выше, чем на контроле. Наименьшая амплитуда суточных колебаний температуры воздуха (12—13°С) характерна для участка с густым еловым ярусом, максимальная — на открытом месте и в 5-лстних насаждениях (37 и 32 °С на поверхности почвы; 15 и 14 °С на высоте 2 м). В изучаемых насаждениях VI класса возраста среднесуточная температура почвы горизонта 0—20 см различалась в среднем на 0,7 °С.
Амплитуда колебаний суточной температуры с увеличением глубины уменьшается, а в пределах почвенного слоя наибольшее колебание отмечено в более открытых для проникновения солнечной радиации лесных насаждениях 1 класса возраста.
В подросте на всех объектах (за исключением насаждения 5-летнего возраста) преобладали ель обыкновенная, а из подлесочных видов — можжевельник обыкновенный. Кроме названных видов, в березняках орляковых встречались дуб черешчатый и клен остролистный, в кисличных — лещина обыкновенная, рябина обыкновенная и бересклет бородавчатый.
Наиболее бедный видовой состав травянистой растительности отмечен в березняках орляковых с развитым еловым ярусом: брусника, земляника лесная, орляк обыкновенный и мох Шребера. В граничащем насаждении с более редким подростом его дополняли вероника дубравная, злаки и ожика волосистая.
В березовых молодняках живой напочвенный покров составляли вереск обыкновенный, земляника лесная, злаки, ландыш майский, марьянник лесной, овсяница овечья, ожика волосистая, орляк обыкновенный, мхи кукушкин лен, можжевеловый и Шребера.
Под пологом березняка мшистого на пробной площади со слаборазвитым еловым подростом кроме брусники, осок, черники и мха Шребера (видов, учтенных па участке с густым подростом ели) покров образовали вероника дубравная, земляника лесная, марьянник лесной, орляк обыкновенный и черника.
В березняках кисличных травяно-кустарничковый покров представлен брусникой, земляникой лесной, зеленчуком желтым, кислицей обыкновенной, майником двулистным, орляком обыкновенным, осокой заячьей, черникой обыкновенной, моховой покров — мхом Шребера. Высокое проективное покрытие из перечисленных растений (до 75—90 %) характерно лишь для доминирующих в покрове видов.
Следует отметить, что в березняках орляковых при изменении фитомассы подроста и подлеска от 11 365 до 4200 кг/га (т. е. уменьшении в 2,7 раза) фитомасса травяно-кустарничкового покрова увеличилась с 70 до 220 кг/га (в 3,6 раза), мохового покрова — с 160 до 610 (в 3,8 раза), в целом живого напочвенного покрова — с 230 до 866 кг/га (в 3,7 раза). При этом фитомасса орляка обыкновенного была большей в 3 раза, мха Шребера — в 3,8 раза. Масса вероники дубравной — 40 кг/га, злаков — 56, ожики волосистой — 30 кг/га.
В молодняках с уменьшением числа стволов на единице площади с 10 000 до 3500 фитомасса вереска обыкновенного увеличилась с 300 до 600 кг/га (в 2 раза), земляники лесной — с 5 до 10 кг/га (в 2 раза), орляка обыкновенного — с 50 до 60 (в 1,2 раза), травяно-кустарничкового покрова — с 523 до 700 (в 1,3 раза), мохового — с 180 до 1000 (в 5 раз), живого напочвенного покрова — с 703 до 1700 кг/га (в 2,4 раза). Под пологом березняков мшистых при уменьшении фитомассы подроста и подлеска с 5800 до 590 кг/га (в 10 раз) также наблюдается увеличение массы травяно-кустарничкового покрова с 64 до 760 кг/га (в 10 раз), мохового покрова — с 46 до 600 кг/га (в 13 раз), а всего живого напочвенного покрова — в 11 раз. На участке с менее развитым подростом фитомасса вероники дубравной составила 10 кг/га, земляники лесной — 80, марьянника лесного — 10, орляка обыкновенного — 40, осок — 90, черники — 320, мха Шребера — 600 кг/га; на сравниваемом объекте общая масса растений составила всего 110 кг/га.
В заключение следует подчеркнуть, что подрост и подлесок в березняках (как и в других формациях) значительно влияет на формирование фитоклимата под их пологом, а также на развитие живого напочвенного покрова. При увеличении фитомассы подроста и подлеска фитомасса живого напочвенного покрова уменьшается.
Осиновые насаждения являются наименее изученными в плане биологической продуктивности по сравнению с более распространенными формациями. Надземная фитомасса осинников изучалась в Подмосковье и в южной лесостепи; в Белоруссии исследования, проведенные в осиновых древостоях, были направлены в основном на изучение типологии и видового состава компонентов, слагающих фитоценоз.
Объектами наших фитоклиматических исследований явились наиболее представленные в пределах формации осинники снытевые, произрастающие на влажных дерново-подзолистых суглинистых почвах. Они занимают 16,9 % от площади осиновых лесов республики. Пробные площади закладывались в Негорельском учебно-опытном лесхозе в древостоях I и VI классов возраста. Осинники 5-летнего возраста (порослевого происхождения) характеризовались различным числом деревьев на единице площади — 6000 и 20 000 на 1 га. Средняя высота их была соответственно 1,5 и 2,5 м, диаметр 1,5 и 2,9 см. В насаждении VI класса возраста были подобраны участки высокой полноты (1,0) с различным развитием подроста и подлеска. Средняя высота древостоев — соответственно 25,3 и 25,0 м, диаметр — 22 и 23,5 см, запас — 399 и 385 м3.
Для характеристики объектов в летнее время были проведены серийные наблюдения за показателями фитоклимата. Как и следовало ожидать, наибольшее количество солнечной радиации проникает под полог осинников I класса возраста. Максимальная освещенность отмечена в полдень. На участке с высокой густотой деревьев она составила 3600 люкс, с меньшей — 38 000 люкс. Освещенность под пологом осинников VI класса возраста изменялась с 9 до 18 ч от 200 до 1800 люкс; среднесуточная ФАР на участке с густым подростом ели составила 0,8 % (в 2 раза меньше, чем на сравниваемом участке с менее развитым подростом).
Основные показатели фитоклимата под пологом насаждений измерялись 6 (осадки 0,3 мм) и 7 августа 1983 г. (без осадков). Суммарная радиация за эти дни согласно данным ВБС «Городище» была соответственно 12 и 23 мдж/м2, в связи с чем наблюдались значительные различия в суточном ходе температуры воздуха и почвы. Среднесуточная температура на поверхности почвы под влиянием осадков в насаждении с густым еловым ярусом была на 0,2 °С выше, чем с менее развитым подростом, на высоте 2 м, наоборот — на 0,1 °С ниже, а по сравнению с соответствующими значениями на полевой метеоплощадке — на 4,5 и 1,6 °С ниже. За сутки без выпадения осадков температура на поверхности почвы и на высоте 2 м в древостое с густым подростом была на 0,2 и 0,4 °С ниже, или на 9,1 и 3,2 °С меньше, чем на открытом месте.
В осинниках I класса возраста разница была меньшей и составила 6 августа на поверхности почвы на участках высокой и низкой густоты соответственно 3 и 4,2 °С, 7 августа — 8,3 и 5,5 °С, на высоте 2 м — соответственно 1,1 и 1,3 °С, 1,6 и 1,4 °С.
Амплитуда колебаний температуры на поверхности почвы и на высоте 2 м в течение суток с выпадением осадков составила в древостоях VI класса возраста 5,7; 5,1 и 4,5; 3,9 °С, в насаждениях 5-летнего возраста — 14 °С, 15 и 7,4, 8 °С, на открытом месте — 15 и 8,3 °С. За сутки без выпадения осадков в древостоях 55-летнего возраста на поверхности почвы и на высоте 2 м амплитуда составила соответственно 11,3, 11,8 и 13,0, 14,6 °С, 5-летнего возраста — 30,5, 24,7 и 16,4, 15 °С, на полевой метеорологической площадке — 34,0 °С (на поверхности почвы) и 14,7 °С (в психрометрической будке).
Наиболее высокое значение относительной влажности воздуха было зафиксировано 6 августа на участках с густым еловым ярусом (среднесуточное значение 98 %), а также в молодняке высокой густоты (94%). 7 августа влажность воздуха снизилась на 12 и 16 %, на открытом месте — на 19%. Это связано с увеличением солнечной радиации в два раза 7 августа по сравнению с предыдущим днем.
Для насаждений характерен также различный температурный режим поверхностных слоев почвы. Наименьшие отклонения среднесуточной температуры по сравнению с открытым местом наблюдались в молодняке высокой густоты и в древостое VI класса возраста с редким подростом, что объясняется влиянием на температуру почвы мощного травяного покрова в насаждении 5-летнего возраста, препятствующего прогреванию почвы. В старших классах возраста аналогичное влияние оказывают развитые подрост и подлесок. Более высокая амплитуда температуры характерна для верхних горизонтов почвы на открытых местах. Подрост на пробных площадях представлен главным образом елью обыкновенной. Учтены также дуб черешчатый, клеи остролистный, вяз шершавый, волчье лыко, лещина обыкновенная и рябина обыкновенная.
Живой напочвенный покров в 55-летнем насаждении образует зеленчук желтый, кислица обыкновенная, перелеска благородная, сныть обыкновенная, реже встречаются живучка ползучая, майник двулистный, гравилат речной, хвощ лесной и папоротник мужской. В осиновых молодняках покров состоит из ветреницы дубравной, осок, ситника и сныти. Общая фитомасса подроста и подлеска составляет на двух сравниваемых участках VI класса возраста 7294 и 466 кг/га, в том числе ели обыкновенной — 6000 и 400 кг/га (82—86 %), клена остролистного — 40 и 35, лещины обыкновенной — 250 и 13 кг/га. Фитомасса волчьего лыка, дуба, вяза и рябины незначительна.
В живом напочвенном покрове в данных насаждениях доминируют сныть обыкновенная — 25 и 170 кг/га (16 и 49 % от общей фитомассы покрова) и зеленчук желтый — 20 и 130 кг/га (13 и 37 %). Очевидно, что с увеличением фитомассы подроста и подлеска в 15 раз фитомасса доминантов уменьшается примерно в 7 раз, а всего живого напочвенного покрова — более чем в 2 раза.
В осиновых молодняках различной густоты живой напочвенный покров также различается как по видовому составу, так и по фитомассе основных компонентов. Покров на участке с числом деревьев 20 000 на 1 га слагает ветреница дубравная (фитомасса 15 кг/га), живучка ползучая (10), злаки (600), земляника лесная (12),перелеска благородная (10), хвощ лесной (9), фиалка болотная (30 кг/га), из мхов — мниум (14 кг/га).
На пробной площади с более слабым возобновлением осины (6000 шт/га) живой напочвенный покров более беден по видовому составу в силу того, что доминирующие виды вытеснили лесное разнотравье, он представлен ситником — 2500 кг/га, осоками — 400, злаками — 100 и ветреницей дубравной— 10 кг/га. Как видно, основную фитомассу живого напочвенного покрова образуют на первом участке злаки (86 %), на втором — ситник (83 %) и осоки (13 %). При уменьшении числа деревьев в осиннике I класса возраста в 3,3 раза фитомасса живого напочвенного покрова возросла в 4,3 раза и составила 3010 кг/га.
Из изложенного следует, что осинникам снытевым характерен своеобразный фитоклимат, на формирование которого большое влияние оказывает подрост, подлесок и живой напочвенный покров. При увеличении фитомассы подроста и подлеска, а также при обильном порослевом возобновлении осины (на вырубках) фитомасса живого напочвенного покрова уменьшается.
Биологическая продуктивность черноольховых насаждений изучалась в основном на заповедных территориях. В Березинском заповеднике исследовались древостой возрастом 60 лет крапивного, касатиковрго и таволгового типов леса. В Припятском заповеднике изучение проводилось в осоковом и крапивном типах леса с возрастом древостоя 60 и 50 лет.
Объектами наших фитоклиматических исследований явились граничащие черноольшаники таволгово-снытевые возрастом 45 и 12 лет в Негорельском учебно-опытном лесхозе. Древостой V класса возраста были одинаковой полноты— 1,0, но различались по развитию подроста и подлеска. Средняя высота древостоя — 19,0 и 18,5 м, диаметр — 20,0 и 18,1 см, запас — 301 и 279 м3/га, в насаждениях II класса возраста полнотой 0,9 и 0,6 — соответственно 7 и 5 м, 5,5 и 5,0 см, 30 и 15 м3/га.
Изучаемые древостой характеризовались различной освещенностью под их пологом. Наименьшее количество солнечной радиации поступало к живому напочвенному покрову черноольшаника V класса возраста с развитым подростом и II класса высокой полноты и сомкнутости. ФАР от открытого места изменялась с 9 до 18 ч от 1,1 до 3 % и 1,2 до 3,7 %. Максимальная освещенность была зафиксирована в полдень — соответственно 2250 и 2750 люкс.
Наибольшим количеством солнечной энергии под пологом древостоев характеризовались черноольшаники II класса возраста низкой полноты и сомкнутости, а также V класса с менее развитым подростом и подлеском. С 9 до 18 ч (по зимнему времени) освещенность на данных объектах изменялась от 1200 до 8000 и от 600 до 3500 люкс, ФАР — соответственно от 4,7 до 11,5 % и от 2,2 до 4,7 %. Среднедневное количество ФАР в процентах от открытого места в ясный безоблачный день составило в порядке убывания 8, 4, 2,7 и 1,8 %.
Различное количество солнечной радиации, проникающей под полог черноольшаников обусловило различия температурного и влажностного режима. В древостое с густым подростом среднесуточная температура на поверхности почвы и на высоте 2 м была ниже: по сравнению с насаждением с редким подростом — на 0,5 и 0,1 °С, с древостоем II класса возраста высокой полноты и сомкнутости — на 0,4 и 0,1 °С, низкой полноты и сомкнутости — на 1,0 и 0,3 °С, а по сравнению с открытым местом — на 4,5 и 0,9 °С. Амплитуда колебаний температуры в течение суток увеличивалась в таком же порядке. На поверхности почвы она составила в среднем за двое суток соответственно 9,4, 9,6, 9,5, 15,4, а на открытом месте — 19 °С, на высоте 2 м — 7,8, 7,9, 8,5, 8,9° и 11 °С. Наиболее высокое значение среднесуточной относительной влажности воздуха на высоте 2 м было отмечено в насаждениях, характеризующихся менее высокой среднесуточной температурой воздуха. Максимальная амплитуда суточных колебаний относительной влажности воздуха характерна для более открытых мест, минимальная — для древостоя с густым подростом.
С изменением условий освещения под пологом черноольшаников изменяется и температурный режим почв. Наиболее высокая температура характерна для насаждения II класса возраста низкой полноты и V класса с менее развитым подростом ели. В почвенном горизонте 5—20 см среднесуточная температура почвы изменялась на первом объекте в пределах 13,6—14,8 °С, на втором — 12,6—14,0°С. В насаждениях возрастом 45 лет с густым развитым подростом и 12 лет высокой полноты соответствующие значения за двое суток составили 12,1—13°С и 12—13 °С. В пределах почвенных горизонтов (5, 10, 15 и 20 см) температура изменялась в течение суток в верхних слоях более значительно, чем в нижележащих. Например, в черноольшанике с наиболее развитым подростом температура почвы колебалась на глубине 5 см от 11,0 до 13,5 °С, 20 см — от 12,6 до 12,9 °С. На полевой метеорологической площадке температура изменялась соответственно от 9,8 до 23,7 °С и от 14,1 до 19,1 °С. Сильно увлажненные торфяные почвы черноольшаников характеризуются слабой способностью пропускать тепло, в связи с чем отмечены значительные различия температурного режима по сравнению с открытым местом.
Из изложенного видно, что черноольшаники в значительной степени изменяют фитоклимат под своим пологом, в результате создается своеобразная среда для развития нижних ярусов растительности. Подрост и подлесок при этом играют (в зависимости от степени развития) большую роль в формировании как температурного, так и влажностного режима воздуха и почвы.
На пробных площадях подрост слагали ель обыкновенная, ольха черная и береза бородавчатая. Подлесок представлен крушиной ломкой и рябиной обыкновенной. В насаждениях возрастом 45 лет живой напочвенный покров состоял из ветреницы дубравной, гравилата речного, зюзника болотного, кислицы обыкновенной, крапивы двудомной, майника двулистного, недотроги обыкновенной, осок, папоротника мужского, паслена сладко-горького, сабельника болотного, сныти обыкновенной, таволги вязолистной, фиалки болотной, мхов мниум, страусовое перо и Шребера. На участке с густым подростом ели в покрове отсутствовали майник двулистный, недотрога обыкновенная, осоки, мхи страусовое перо и Шребера.
В насаждениях 12-летнего возраста произрастали следующие виды: белокрыльник болотный, вербейник обыкновенный, зюзник болотный, осоки, папоротник мужской, паслен сладко-горький, сныть обыкновенная, таволга вязолистная, хвощ лесном и мох мниум.
Наибольшую фитомассу в древостоях V класса возраста из травянистых растений образовывали паслен сладко-горький — до 130 кг/га, таволга вязолистная — до 130, зюзник болотный — до 56 кг/га, II класса — осоки до 900, папоротник мужской — до 100, злаки — до 90, вербейник обыкновенный — до 95, белокрыльник болотный — до 90 кг/га.
В насаждении с развитым подростом и подлеском его фитомасса составила 5265 кг/га — в 4,4 раза больше, чем на сравниваемом участке (долевое участие подроста ели в общей массе подроста и подлеска составляет на обоих объектах по 99 %). Однако на участке с менее развитым подростом и подлеском учтена большая фитомасса травяно-кустарничкового покрова (в 2,6 раза) и в целом живого напочвенного покрова (в 4,6) главным образом за счет увеличения фитомассы зюзиика болотного (в 3,8), таволги вязолистной и паслена сладко-горького (в 8), мха мниума (в 13 раз), а также фитомассы майника двулистного (4 кг/га), недотроги обыкновенной (40) и осок (7 кг/га).
В древостоях III класса возраста с уменьшением полноты на 0,3 фитомасса белокрыльника болотного была большей в 1,8, осок—в 2,5, папоротника мужского — в 2, травяно-кустарничкового покрова — в 2,4, живого напочвенного покрова — в 1,5 раза, а фитомасса мхов (мниума) уменьшилась в 2,5 раза.
Следовательно, в черноольшаниках V класса возраста одинаковой полноты в древостое с более развитым подростом и подлеском фитомасса живого напочвенного покрова и его основных компонентов меньшая. В древостоях II класса возраста более высокой полноты и сомкнутости фитомасса ниже по сравнению с насаждением полнотой 0,6, что связано с влиянием фитоценотических и микроклиматических факторов.
Раньше основное внимание при изучении фитоклимата под пологом древостоев было уделено влиянию на фитоклимат фитоценоза в целом, без учета его компонентов. Еще реже проводились сравнительные исследования под пологом древостоев различных формаций. Данные, приведенные ниже, получены с учетом этих факторов. Объектами исследований были высокополнотные древостой основных формаций (сосновой, еловой, березовой, осиновой, черноольховой), характеризующихся различным развитием подроста, подлеска и живого напочвенного покрова. Для определения влияния типа леса на показатели фитоклимата выделялись древостой с развитым подростом (3600—5800 кг/га) и с менее развитым древесно-кустарниковым ярусом (590—1270 кг/га), на которых одновременно проводили серийные метеорологические наблюдения. Изучаемые насаждения образуют экологический ряд от сосняков до черноольшаников, который пройден нивелировочным ходом. Контролем служили полевая и лесная метеорологические площадки ВВС «Городище».
Наблюдения 27 и 28 июля 1983 г. на пробных площадках 161, 170, 173 и 175 показали, что наибольшие отклонения температуры на высоте 2 м по сравнению с полем были отмечены в черноольшаниках II и V класса возраста. Более значительная разница температуры почвы в насаждении II класса возраста, чем в V, обусловлена влиянием живого напочвенного покрова, развившегося в молодняке и затруднившего прогреваемость верхних почвенных горизонтов. Для черноольшаников также характерна наименьшая амплитуда суточных колебаний температуры по сравнению с березняками и сосняками.
25 и 26 июля определяли суточный ход основных показателей фитоклимата под пологом древостоев с более развитым подростом и подлеском (3665—5800 кг/га), характеризующихся большей сомкнутостью и соответственно меньшим проникновением солнечной радиации (пробные площади 160, 169, 172 и 174). Среднесуточная температура почвы на всех участках отличалась от температуры в поле. В этом случае, как и в предыдущем, минимальная амплитуда колебаний и несколько большее отклонение среднесуточной температуры воздуха были присущи также черноольшаникам. Верхний, сильно увлажненный торфянистый горизонт почвы в черноольшаниках слабо пропускает тепло.
О роли подроста и подлеска в формировании фитоклимата свидетельствуют наблюдения, проведенные 17—20 мая и 22—24 июня 1983 г. в березняке чернично-мшистом (пробная площадь 170), черноольшанике таволгово-снытевом (п. п. 172) и сосняке мшистом. Наиболее высокая температура была зафиксирована в березняке, где фитомасса древесно-кустарникового яруса в 10 раз ниже, чем в черноольшанике, и в 7 раз — чем в сосняке.
Из изученных типов леса различных формации со сходным строением и развитием нижних ярусов растительности наибольшей ролью в формировании фитоклимата подпологовой среды выделяются ельники кисличные III—IV класса возраста, в которых отклонения среднесуточных температур почвы от соответствующих значений на полевой метеорологической площадке составили 7,3—8,1 °С, а в древостоях I класса возраста — 3—4 °С. Средняя амплитуда суточных колебаний температуры почвы в молодняке ели в 4—6 раз была больше, чем в древостое возраста 60—70 лет. Среднесуточная температура воздуха на высоте 2 м была меньше, чем в поле, на 1,2—1,5°С. Большее отклонение температуры и незначительная амплитуда ее суточных колебаний в средневозрастных и приспевающих ельниках обусловлены высокой сомкнутостью древостоев.
При проведении исследований также внимание было уделено изучению температурного режима почвы, так как ее температура оказывает влияние на всходы, рост корней, на жизнедеятельность и размножение микроорганизмов, разложение подстилки, состав и развитие всех ярусов растительности. В осинниках снытевых возраста 55 лет среднесуточное отклонение температуры почвы в горизонте 0—20 см составило 6,0—6,9 °С, па поверхности почвы — 6,8 °С, I класса возраста — 3,4—4,9 °С, на высоте 2 м — соответственно 2,1—2,4 и 1,3 °С. Средняя амплитуда суточных колебаний температуры почвы в осиновом молодняке оказалась в два раза выше, чем в насаждениях VI класса возраста. Еще более низкая амплитуда в черноольшаниках, что указывает на значительную роль этих насаждений в формировании фитоклимата. Разница в среднесуточном значении относительной влажности под пологом осинников и ельников достигает 9—13 %.
Очевидно, что наименьшие различия температуры воздуха и почвы по сравнению с открытым местом имеют место в сосняках и березняках мшистых и кисличных: на высоте 2 м — 0,5—0,8°С, на поверхности почвы — 2,8—5,7 °С, в почвенном слое 0—20 см — 2—3,5°С.
Из результатов исследований следует, что подрост, подлесок и живой напочвенный покров во всех лесных формациях существенно влияют па фитоклимат под пологом древостоев. Особая роль принадлежит еловому подросту в древостоях старших классов возраста, а также живому напочвенному покрову на вырубках, в несомкнувшихся молодняках, где доминантами выступают ситник и осоки. В сосняках, березняках, осинниках, черноольшаниках и ельниках одинакового возраста и полноты более низкие температуры воздуха и почвы (на 0,1—0,4 °С) отмечены в насаждениях с более развитым древесно-кустарниковым ярусом. Амплитуда колебаний температуры на данных участках также значительно меньше: в почве — на 0,2—0,8°С, на высоте 2 м — на 0,5—5°С, на поверхности почвы — на 1,5—7°С. Под влиянием живого напочвенного покрова (фитомассой в 2 т и более) среднесуточное значение температуры в летний период может быть на 0,5—1,7°С ниже, чем на сравниваемых объектах с менее развитым покровом (около 1 т). Это характерно в основном для более открытых и увлажненных участков.
Таким образом, на формирование фитоклимата, наряду с основным ярусом древостоя, значительное влияние оказывает подрост, подлесок и живой напочвенный покров. В результате формируется своеобразная, характерная для фитоценоза микросреда, обусловливающая, вместе с фитоценотическими факторами в определенных почвенно-гидрологических условиях, развитие подчиненных ярусов леса.