Калуцький І.Ф. Вітровали на північно-східному макросхилі Українських Карпат

Короткий зміст

Роздiл 1. Вiтровали - руйнiвна стихiя лiсових екосистем

На пiдставi аналiзу лiтературних джерел наводиться огляд перiодичностi, частоти та iнтенсивностi вiтровалiв як стихiйного лиха фiзико-географiчної та метеорологiчної природи. Встановлено, що в гiрськiй частинi Карпат за сторiчний перiод з 1869 року до 1969 року зафiксовано 12 випадкiв катастрофiчного прояву вiтровалiв (Стойко, 1965, Bordei, 1971; Capecki, 1971, 1977; Cermak a kol., 1968; Chudikova, Chudik, 1969; Zlatnik, 1935). Вiдзначена перiодичнiсть їх прояву (Dissescu, 1962; Vicena, 1964, 1970; Wilczkiewicz, 1956).

Пiд час катастрофiчного прояву вiтровали охоплюють значну територiю i руйнують десятки тисяч, а то i мiльйони кубiчних метрiв деревини (Генсiрук, 1971; Трибун, 1968; Vicena, 1964; Zlatnik, 1935, 1960). Акцентується увага на те, що вiтровали є наслiдком прояву комплексу вiтровалотвiрних факторiв клiматичної, лiсобiологiчної, орографiчної та едафiчної природи (Генсiрук, 1971; Герасимов, 1972; Герушинський, 1958, 1975; Гулiсашвiлi, 1956; Iванюк, 1995; Кисилевский-Бабинин, 1972; Конев, 1985; Лобанаускас, 1973; Миллер и др., 1970; Роик, Костюк, 1968; Янеску, 1975; Bordei, 1971; Bruning, 1972; Burgess, 1978; Chrust, 1980; Jewuta, 1970).

Пiдкреслюючи широку географiю поширення вiтровалiв, звертається увага на те, що природi вiтровалiв властивi повторнi прояви на тiй самiй територiї через певний вiдрiзок часу (Буш, 1970; Васечко, 1968; Логвинов, 1972, 1973; Прох, 1971; Трибун, 1964;   Jewuta, 1975; Kodrik, 1972; Маrcu, 1969).

Роздiл 2. Природнi умови як чинник вiтровальних стихiй

Українськi Карпати мають характер смуги шириною в середньому 100 км, довжиною 280 км, яка витягнута з пiвнiчного заходу на пiвденний схiд. Це середньовисокi гори, але їм притаманнi внутрiшньотериторiальнi орографiчнi та фiзико-географiчнi вiдмiнностi з рiзкою лiнiєю переходу вiд одної до iншої мезо- i макроструктур (Голубець, 1978; Заставний, 1994; Цись, 1952, 1962). Геологiчна будова Карпат характеризується значною кiлькiстю гiрських утворень iз специфiчними ознаками, рiзноманiтнiстю геоморфологiї в межах порiвняно незначної територiї, що зумовлює її суттєву складнiсть i мозаїчнiсть грунтового покриву (Андрущенко, 1957; Бондарчук, 1956; Генсiрук, 1964, 1975; Голубець, 1983). Це знайшло вiдображення у фiзико-географiчному районуваннi (Цись, 1952).

Українськi Карпати є пiвнiчною частиною Схiдних Карпат з абсолютними висотами 1200 м н.р.м. у пiвнiчно-захiднiй частинi i понад 2000 м н.р.м. у пiвденно-схiднiй. За сучасною тектонiчною будовою тут видiляється три зони: внутрiшня антиклiнальна (головна), центральна синклiнальна i зовнiшня антиклiнальна. Найдавнiшi вiдклади - кристалiчнi, слюдистi, гранiтовi сланцi та кварцити - притаманнi Рахiвському масиву i Чивчинським горам. Розповсюдженi флiшовi вiдклади з рiзнокомпонентним складом. На верховинах Полонинського хребта, Горганах, Свидiвцi, Чорногорi поширенi льодовиковi вiдклади.

Значнiй частинi територiї притаманнi скелетнi гiрсько-лiсовi грунти на вiдповiдних продуктах вивiтрювання. Це лiсовi та буроземнi слабопiдзолистi типи незначної потужностi (Молотков, 1966; Остапенко, 1978; Пастернак, 1967; Ремезов, 1965). Розмiщення рiзних типiв грунтiв характеризується висотною зональнiстю (Айзенберг та iншi, 1975; Андрианов, 1957; Андрущенко, 1957; Бучинський, 1971; Генсiрук, 1957, 1981; Герушинський, 1971; Пастернак, 1967). Лiсова рослиннiсть також має вертикальну зональнiсть, зумовлюючи формування вiдповiдних типiв грунту. Сучасний розподiл грунтового покриву вiдносно стабiльний: на пiвденних i пiвденно-захiдних схилах грунти представленi гiрсько-лiсовими бурими та темнобурими неопiдзоленими або слабоопiдзоленими рiзновидностями, на схилах пiвнiчної i пiвнiчно-схiдної орiєнтацiй - опiдзоленими, частково оглеєними грунтами. Тип i потужнiсть грунту значною мiрою зумовлюють характер розвитку кореневих систем деревних порiд.

Клiмат регiону формується пiд впливом Азорського i Сибiрського максимумiв. Сума активних температур зменшується на 150° С на кожнi 100 м висоти над рiвнем моря, що зумовило видiлення 6 клiматичних зон. Амплiтуда середнiх мiсячних температур - 22-25°С, однак вище 700 м н.р.м. вона менша 22°С (Айзенберг та iншi, 1975; Андрiанов, 1957; Бучинський та iншi, 1971). Середня кiлькiсть опадiв 600-800 мм, iз збiльшенням висоти над рiвнем моря вона зростає, досягаючи 1400-1600 мм. Потужнiсть снiгового покриву досягає 1.5-2.0 м. В окремi роки упродовж 2-3 дiб може випасти бiльше 300 мм опадiв на значних територiях. Такi опади зумовлюють катастрофiчнi повенi та iншi несприятливi явища. Найбiльше опадiв випадає на пiвденно-захiдних навiтряних схилах. Для вiтрового режиму характерною є значна швидкiсть вiтрiв - 15 м/с i бiльше. Залежно вiд рельєфу окремих частин мегасхилу вони мають напрямки рiзних румбiв. Однак у 81-84% випадках сильнi вiтри мають пiвнiчно-захiдний напрямок. Зимою сильнi вiтри супроводжуються заметiлями, ожеледями, а навеснi, лiтом i восени - зливами, градом, грозами. Характерною особливiстю мегасхилу є формування вiтрових мезоструменiв з пiдвищеною швидкiстю вiтру.

Отже, природно-клiматичнi умови сприяють виникненню вiтровалiв. Найiстотнiшими вiтровалотвiрними факторами є кiлькiсть i характер атмосферних опадiв та вiтровий режим у поєднаннi з грунтовим покривом i лiсобiологiчними особливостями лiсових порiд. Важливим є вплив висоти над рiвнем моря та експозицiй схилiв як орографiчних факторiв, що зумовлюють перерозподiл опадiв та змiну характеру їх випадання i здiйснюють iстотний вплив на вiтровий режим мiсцевостi.

Роздiл 3. Методологiя, методика та об'єкти дослiджень

У роздiлi на пiдставi аналiзу механiзму вiтровальних процесiв сформульованi поняття вiтровалiв, вiтроломiв лiсу, дано визначення вiтровальної площi, вiтровалостiйкостi та вiтровальностi лiсу, вiтровалотвiрних факторiв. Розроблена i представлена шкала визначення ступеня вiтровалостiйкостi та вiтровальностi лiсу, а також шкала оцiнки вiтровалонебезпечностi ситуацiї.

Загальна методологiя вивчення вiтровалiв поєднує i взаємопов'язує в одне цiле комплекс методик визначення характеру впливу на вiтровалонебезпечнiсть ситуацiї провiдних факторiв абiотичної i лiсобiологiчної природи. Вона базується на визнаннi в якостi основних першопричинних вiтровалотвiрних факторiв процеси фiзико-географiчної природи в їх макрометеорологiчному проявi. Провiдними серед абiотичних вiтровальних факторiв визнаються вiтровий режим, характер випадання i кiлькiсть атмосферних опадiв. У групi бiотичних факторiв провiдне мiсце займають особливостi лiсiвничо-таксацiйної структури деревостанiв, якi визначаються як похiднi вiд грунтово-клiматичних умов i формуються пiд впливом потужної антропресiї. Представлена схема алгоритму функцiонування лiсiв у фiзико-географiчних умовах з перiодичним проявом вiтровалiв, яка лежить в основi концепцiї про те, що виникнення вiтровалонебезпечних ситуацiй та їх вплив на лiсовi насадження є природним явищем, яке не загрожує знищенню лiсових асоцiацiй, а є однiєю з умов їх розвитку в часовому просторi. Протиприродним є антропопресiнг, який порушує збалансовану систему алгоритму.

Методика вивчення впливу лiсогосподарських заходiв: рубок головного користування, прохiдних рубок, вибiркових санiтарних рубок, мережi дорiг, трас нафто- i газопроводiв на вiтровальнi процеси полягала у визначеннi зони впливу цих заходiв на лiсовi масиви, виявленнi кiлькостi та iнтенсивностi вiтровалiв у цих зонах та спiвставленнi одержаних даних з контролем (дiлянки, де згаданi лiсогосподарськi заходи вiдсутнi). Показники вiтровальностi визначались також методом iндексацiї. Цей метод полягає у визначеннi iндекса-показника ступеня вiтровальностi, шляхом спiвставлення кiлькостi або iнтенсивностi вiтровалiв у зонi, що знаходиться пiд впливом даного фактору, до площi лiсiв цiєї зони.

Концептуальна основа методики дослiджень лiсоекологiчного та лiсоекономiчного впливу вiтровалiв полягала у визнаннi того, що вiтровали як природне стихiйне явище мають фiзико-географiчну природу i є одним з елементiв процесу функцiонування та розвитку лiсових масивiв регiону, в який людина втручається господарською дiяльнiстю. При цьому вивчали безпосереднiй та опосередкований вплив вiтровалiв на результати господарської дiяльностi. До показникiв безпосереднього впливу вiдносили: зниження якостi та господарської придатностi деревини, зменшення запасу деревини, збiльшення витрат на суцiльну розробку вiтровальних площ i збитки внаслiдок дезорганiзацiї виробництва. Опосередкований вплив вiтровалiв вивчали через виявлення несприятливих змiн в екологiчнiй ситуацiї, визначення негативної дiї на фауну i орнiтофауну та розповсюдження шкiдливих комах i хвороб.

Просторову специфiку i часову динамiку вiтровалiв вивчали з використанням архiвних i картографiчних матерiалiв, гiпсометричних карт i планшетiв.

За базову основу визначення територiй макросхилiв та їх орiєнтацiй прийнятi вододiльнi лiнiї 1-го порядку. Географiчне розмiщення їх приймали за геометричний базис територiї макросхилу. Територiя макросхилу, однорiдна за фiзико-географiчними даними, орографiчними i клiматичними умовами, таксувалась як вiдповiдна зона вiтровалонебезпечностi.

Методика визначення причин вiтровалiв базувалась на класифiкацiї факторiв вiтровальностi за ступенем їх взаємовпливу i взаємозумовленостi. Така класифiкацiя i рангування факторiв дали можливiсть визначити першопричиннi фактори абiотичної природи, якi зумовлюють вiтровали. Критерiєм вiднесення вiдповiдної територiї до того чи iншого району вiтровалонебезпечностi служила кореляцiя iнтенсивностi прояву вiтровалiв з кожним iз першопричинних факторiв вiтровальностi. Ступiнь впливу кожного з факторiв визначався за методом iндексацiї, який полягає у визначеннi спiввiдношення вiдносного показника прояву вiтровалiв пiд впливом даного фактору до вiдносного показника кiлькостi лiсових площ, якi знаходились пiд цим впливом. Одержанi матрицi iндексiв вiтровалонебезпечностi брали за основу матриць районування.

Об'єкти дослiджень. Об'єкти дослiджень пiдбирали за принципом максимально повної репрезентативностi геоморфологiчних областей i районiв пiвнiчно-схiдного мегасхилу Українських Карпат. В межах територiй об'єктiв дослiджень вивчали всi вiтровали, якi мали мiсце у 1983-1993 роках (356 дiлянок загальною площею 568.4 га). Для визначення впливу головних рубок та мережi дорiг вивчали вiтровали, що вiдбулися упродовж останнього 17-рiчного перiоду на площi 3600 га. Загальна площа лiсiв, охоплених дослiдженнями, склала 121426 га. Крiм цього, проаналiзованi та використанi данi експедицiйних обстежень вiтровалiв 1964 року на площi 34206 га.

Дослiдження закономiрностей вiтровальних процесiв у часi охоплювали всi вiтровали, що вiдбулися у лiсовому фондi Надвiрнянського держлiсгоспу за 26-рiчний перiод (1970-1996 рр.). Площа обстежених вiтровалiв, що вiдбулися за цей перiод, складає 8431.0 га, в тому числi суцiльних - 787.0 га.

Вплив суцiльних рубок, проведених упродовж 26-рiчного перiоду, на вiтровалостiйкiсть деревостанiв вивчений у Надвiрнянському i Верховинському держлiсгоспах на площi 8833.0 га.

Роздiл 4. Природнi причини вiтровалiв

Основним чинником вiтровалiв лiсу є вiтер. Вiтровали вiдбуваються при швидкостi вiтру 15 м/с i бiльше, коли навантаження на крону перевищує 17 кг/м2. Збiльшенню навантаження на крони сприяють опади у виглядi злив, мокрого снiгу. Критичною є швидкiсть вiтру 25 м/с. Вiтровалонебезпечнiсть ситуацiї зростає iз збiльшенням насиченостi грунту вологою. Катастрофiчнi вiтровали є результатом дiї макроатмосферних явищ, якi можуть на однiй i тiй самiй площi повторно здiйснювати руйнування, незважаючи на те, що фактори лiсобiологiчного характеру залишаються стабiльними. Так, катастрофiчний вiтровал 12-14 грудня 1957 року був зумовлений атмосферними депресiями з центрами над Францiєю i пiвнiчною Європою. Рух повiтряних мас над територiєю регiону мав швидкiсть на висотi 3 км - 16-28 м/с, на висотi 5 км - 28-40 м/с, бiля поверхнi землi панували вiтри пiвденного i пiвденно-схiдного напрямкiв з швидкiстю 15-17 м/с, а в окремi перiоди - 20 м/с. Опади у виглядi злив склали 49.2-90.5 мм на добу. Вiтровалами на значнiй площi регiону пошкоджено 5.2 млн. м³ деревини. Всього на територiї Українських Карпат на площi 519.6 га було пошкоджено 21.3 тис. м³ деревини. 2-6 липня 1964 року на цiй площi вiдбувся повторний вiтровал, що утворився пiд впливом циклону, дiаметр якого досягав 1600 км. Найбiльша кiлькiсть опадiв у зонi циклону випала в Українських Карпатах, швидкiсть вiтру складала 20-24 м/с з поривами до 34 м/с. 21-23 грудня 1964 року над Карпатами знову пройшов циклон з Угорської низовини. Змiну тиску повiтря викликало пiдсилення вiтру схiдного напрямку швидкiстю до 20-27 м/с та пiвнiчного напрямку - 34 м/с. Вiтровали, що вiдбулися пiд впливом цих атмосферних явищ пошкодили бiля 5 млн. м³ деревини, суцiльнi вiтровали охопили площу 8.3 тис. га, частковi - 91.5 тис. га.

Наведена серiя вiтровалiв вiдбулася пiд впливом макрометеорологiчних явищ за досить короткий вiдрiзок часу (липень 1957 р. - грудень 1964 р.) на однiй i тiй же територiї, хоча лiсобiологiчнi характеристики лiсових масивiв за цей час iстотно не змiнювались.

Вiтровали вiдбуваються на схилах будь-якої крутизни, однак деяке пiдвищення частоти їх виникнення притаманне крутизнi 36-45°, що пов'язано iз змiною потужностi грунту. Iстотний вплив на частоту прояву та iнтенсивнiсть вiтровалiв мають висота й експозицiя схилiв, якi впливають на основнi вiтровалотвiрнi фактори - вiтер, характер i кiлькiсть опадiв.

Незважаючи на те, що переважна кiлькiсть дослiдникiв однiєю з причин виникнення вiтровалiв вважають значну участь ялини в складi деревостанiв, слiд вiдзначити, що пiд час iнтенсивних вiтровальних процесiв пошкоджуються деревостани з участю всiх основних лiсотвiрних порiд. При цьому iснує кореляцiя мiж вiдносною площею деревостанiв тiєї чи iншої породи, пошкодженою вiтровалами, i вiдносною площею, яку вони займають на данiй територiї. Наприклад, у Ворохтянському, Надвiрнянському, Осмолодському лiсокомбiнатах площа пошкоджених у 1957 роцi ялинникiв складала 76-97%, а площа деревостанiв з переважною участю ялини - 77-93%. Дослiдження А.П.Iванюка (1995), iз застосуванням методу iндексацiї, показали таку послiдовнiсть зростання вiтровалостiйкостi порiд - ялина, бук, ялиця, дуб.

Вiтровали вiдбуваються у широкому вiковому дiапазонi - вiд середньовiкових до стиглих деревостанiв. Показники вiтровальностi не корелюють з повнотою деревостанiв. Дещо бiльша вiдносна вiтровальнiсть перестиглих i стиглих деревостанiв пояснюється їх бiологiчним станом, а вiдзначенi протирiччя щодо впливу повноти - генезисом її формування.

Природнi фактори пошкодження лiсових масивiв вiтровалами нами подiляються на групу стабiлiзуючих i групу руйнуючих. До групи стабiлiзуючих факторiв належать: геоморфологiя, рельєф, клiмат, грунтове вкриття, iсторично встановлена лiсобiологiчна стабiльнiсть. До групи руйнуючих - рiзке вiдхилення окремих метеорологiчних факторiв (вiтер, опади) вiд їх середньорiчних значень та фактори, що зменшують лiсобiологiчну стабiльнiсть (господарськi заходи, iнвазiї хвороб, шкiдливих комах).

Роздiл 5. Антропогеннi чинники вiтровалiв

Антропогенний прес на лiси Карпат особливо iнтенсивно став проявлятись у кiнцi XVII-початку XVIII столiть, коли бурхливий розвиток одержала хiмiчна i механiчна переробка деревини. Це викликало зменшення вкритої лiсом площi з переведенням частини її у сiльськогосподарське виробництво. В кiнцi XVIII - на початку XIX столiть вiдбулася широкомасштабна замiна корiнних змiшанних хвойно-листяних деревостанiв на чистi ялиновi. Втручання людини в природу лiсiв зумовило зниження лiсистостi у регiонi до 37.8%, а в його гiрськiй частинi до 53.2%. Площа букових лiсостанiв за останнi 200 рокiв скоротилася в Українських Карпатах з 680 тис. га до 272 тис. га, а площа смерекових лiсiв збiльшилася з 393 до 691 тис. га. У даний час площа насаджень з переважною участю ялини звичайної в Українських Карпатах складає 46.6%, бука лiсового - 37.7%, ялицi бiлої - 6.8%. Таким чином, ялина стала переважною лiсотвiрною породою. Сформувались двi якiсно рiзних за вiтровалостiйкiстю зони ялинових лiсiв: зона природного генезису та зона штучного розширення ареалу ялини з пониженою вiтровалостiйкiстю.

Вважається, що рубки головного користування сприяють появi вiтровалiв. Так, за даними Карпатського фiлiалу УкрНДIЛГА з 35 обстежених вiтровалiв 1957 року в Ясинянському лiсокомбiнатi 22 дiлянки прилягають до зрубу; iз 104 вiтровалiв 1964 року в Осмолодському лiсокомбiнатi 101 дiлянка межує з лiсосiкою попереднiх рокiв. Однак дослiдження фактичного ступеня впливу рубок головного користування на вiтровальнiсть при цьому не були проведенi. Аналiз iнтенсивностi головного користування свiдчить, що розрахункова рiчна лiсосiка в 1948-1951 роках складала 2716.0 тис. м³, тобто за 4 роки - 10864.0 тис. м³. Фактично вирубано 26536.5 тис. м³ (2.5 розрахунковi лiсосiки). За наступнi 5 рокiв (1952-1956) при розрахунковiй лiсосiцi 18333.9 тис. м³ вирубано 27722.4 тис. м³ (1.5 розрахункової лiсосiки). Таким чином, за дев'ять рокiв (1948-1956), що передували масовим вiтровалам 1957-1958 рокiв було зрубано деревини в 1.9 разiв бiльше розрахункової лiсосiки. Найгiршою склалася ситуацiя в зонi пiвнiчно-схiдного мегасхилу, де при розрахунковiй лiсосiцi 12028.7 тис. м³ за дев'ять рокiв було вирубано 28474.0 тис. м³ (2.5 розрахункових лiсосiки). Це дає пiдстави розглядати рубки головного користування в якостi фактора, який сприяє виникненню вiтровалiв.

Прохiднi рубки, розробленi й апробованi в умовах рiвнинного рельєфу, при складнiй гiрськiй орографiї не завжди забезпечують "свiтловий прирiст" деревини, але неминуче порушують загальну монолiтнiсть мережi кореневих систем в деревостанах. При їх проведеннi неминуче пошкоджується частина дерев, що не вiдводяться в рубку, руйнується поверхня грунту. Все це порушує збалансованiсть бiогеоценозу i призводить до пiдвищення вiтровалонебезпечностi. До того ж в лiсах Карпат зросла дорожна мережа, значно розширились роботи з прокладання трас нафто-, газопроводiв.

Загалом пiд впливом господарських заходiв знаходиться вся лiсопокрита площа регiону. Господарська дiяльнiсть в даний час стала визначальним фактором впливу на вiтровалостiйкiсть лiсових насаджень i за своєю вагомiстю вона повинна розглядатись в комплексi вiтровалотвiрних факторiв фiзико-географiчного характеру.

З метою експериментального вивчення ступеня впливу окремих видiв господарської дiяльностi на вiтровалостiйкiсть деревостанiв були обстеженi всi випадки вiтровалiв на територiї Надвiрнянського ДЛГ. Дослiджено 356 дiлянок вiтровалiв загальною площею 568.4 га.

Середньозважена участь ялини в деревостанах, пошкоджених вiтровалами на контролi складає 8.1 одиниць. 64.9% пошкоджених лiсостанiв - чистi ялинники, 17.1% - чистi буковi деревостани та лiсостани з переважною участю ялицi та участю ялини меншою за середньозважену.

Середньозважена повнота пошкоджених деревостанiв - 0.55. Повноту 0.7-0.8 мали 52.3%, повноту 0.3-0.4 - 14.9% дiлянок. Середньозважена повнота пошкоджених деревостанiв на 20.4% нижча середньозваженої повноти всiх дiлянок, що знаходилися в зонi контролю, тобто до вiтровалiв бiльш схильнi низькоповнотнi деревостани.

Середньозважений вiк пошкоджених деревостанiв - 67 рокiв, 15.3% дiлянок мали вiк до 40 рокiв, 55.0% - 41-60 рокiв, 20.7% - 61-80 рокiв, 21.6% - 81-170 рокiв. Пошкодженi деревостани у вiцi 81-170 рокiв мали повноту 0.4-0.6. Наведенi данi свiдчать про те, що вплив повноти на збiльшення вiтровальностi домiнує над впливом вiку деревостанiв.

Найбiльша кiлькiсть дiлянок має iнтенсивнiсть пошкодження на 10-40%, значно менша - 41-60%, ще менша - 61-80% (рис. 3). Водночас помiтна кiлькiсть дiлянок (16.8%) пошкоджена вiтровалами на 91-100%.

Вплив окремих видiв господарської дiяльностi має свою специфiку.