Основы лесоведения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учебное занятие № 53

Введение

Взаимоотношения живых организмов растений, в том числе и образуемых ими между собой и окружающей средой сообществ, составляют науку, которую называют экологией. Этот термин был предложен в 1866 г. немецким биологом Э. Геккелем. Основной функциональной единицей экологии является экосистема как единство биотических компонентов с абиотической средой, организованное потоками энергии и биологическим круговоротом веществ. Обычно экосистемы разделяют на три крупных класса: наземные, пресноводные и морские. Предметом нашего изучения является лес как наземная экосистема или как биоценоз (синоним термина «экосистема») -- от греческого bios -- жизнь и koinos -- общий. Биоценоз -- совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих определенный относительно однородный участок суши или водоема и характеризующихся определенными отношениями между собой и факторами среды. Этот термин предложен биологом К. Мёбиусом в 1877 г. Им часто пользовался Г. Ф. Морозов в своем учении о лесе. Академиком В. Н. Сукачевым в 1940 г. введен термин биогеоценоз (от греческого bios---жизнь, geo -- земля и koinos -- общий). Это сложная незамкнутая система живых растений, животных, микроорганизмов и косных компонентов природы (атмосфера, почва, вода, тепло, свет), взаимодействующих путем обмена веществом и энергией в пределах однородного участка земной поверхности. В отличие от экосистемы, охватывающей пространство любой протяженности -- от капли прудовой воды до биосферы в целом, понятие «биогеоценоз» обозначает определенный природный объект, занимающий определенное пространство и являющийся структурной единицей биосферы.

Обратите внимание на окружающую вас местность. Вы увидите разнообразие непохожих типов растительности -- участок леса сменяется лугом, а луг -- болотом. Не менее разнообразен лес. Здесь и сосняки, березняки, еловые или смешанные древостой, Но и, к примеру, сосновые леса неодинаковы. То они состоят из стройных, колонновидных деревьев, а то (на заболоченной почве) из редких тонких сосенок с однобокими кронами. Различна растительность на лугах и болотах. Разнообразие растительного покрова объясняется как биологией растений, так (в еще большей степени) и условиями жизнеобеспечения, т. е. абиотическими факторами: формой рельефа, богатством почвы, ее влажностью и глубиной, теплом и многими другими физико- географическими условиями. Совокупность экологических факторов, влияющих на образование и развитие растений, называют условиями местопроизрастания.

Экологические факторы подразделяют на климатические (тепло, свет, влага, воздух, ветер), почвенные (химический состав почвы, количество почвенной влаги, воздуха, тепла, механические свойства почвы, реакция и мощность почвы), орографические, или рельеф (высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склонов), и биотические (воздействие человека, животных и растений). Выделяют также исторические факторы, например влияние ледникового периода. Все эти факторы в разных географических зонах неодинаково влияют на растения, а растения в силу своих биологических особенностей по-разному воспринимают даже одинаковые экологические условия.

Сложные взаимосвязи между растениями как отдельными особями и окружающей средой составляют суть учения биоценологии в узком и биогеоценологии в более широком смысле. Биогеоценология включает не только взаимосвязи между растениями, растениями и средой, но и формирование структурных растительных биогеоценотических подразделений, развитие экосистем (типов леса) на разных уровнях, включая биосферу и воздействие на нее человека. Таким образом, экология становится биоэкологией и биогеоценологией, где растения, животные и воздействие человека изучаются на стыке различных наук: биологии, земледелия, растениеводства, животноводства, рыбоводства, охотоведения и др.

Конечными практическими результатами изучения экологии являются экологизация промышленных процессов, отрицательно влияющих на природу, создание и внедрение безотходных процессов производства, подобных растительным экосистемам. Следовательно, экология -- теоретическая основа охраны окружающей среды. Изучение экологических процессов с помощью множества научных методов (биологических, физических, математических, технологических и др.) строится на основе системного анализа с использованием математических методов обработки полученных результатов на электронно-вычислительных машинах.

Лесоведение -- учение о лесе, научно-теоретическая основа лесоводства. В основе его изучения лежат экологические методы.

Лесоведение как учение о природе леса сформировалось в начале XX в. благодаря выдающемуся русскому ученому-лесоводу Г. Ф. Морозову. В развитии лесоводства большую роль сыграли идеи основоположника биогеоценологии советского ученого

В. Н. Сукачева. Значительный вклад в развитие этой науки внесли Г. Н. Высоцкий, Л. А. Иванов, П. С. Погребняк, М. Е. Ткаченко, А. В. Тюрин и др.

Учебное занятие №№ 54-56

Тема 2.1. Понятие о природе леса

ЭЛЕМЕНТЫ И ПРИЗНАКИ ЛЕСА

Понятие «лес». Лес -- это элемент географического ландшафта, состоящий из совокупности древесных, кустарниковых, травянистых растений, животных и микроорганизмов, в своем развитии биологически взаимосвязанных, влияющих друг на друга и внешнюю среду (рис. 35).

Аллею или группу деревьев, например, нельзя назвать лесом. Такая совокупность древесных растений не является биологической, влияние их друг на друга и занятую ими территорию недостаточно, чтобы воздействовать на рост и развитие отдельных особей, создать специфическую лесную обстановку, в которой бы могли развиваться другие живые организмы и растения, влияющие на процесс формирования' леса.

Рис. 35. Компоненты леса

Достаточно сравнить два дерева одной породы и одинакового возраста, из которых одно выросло в лесу, а другое вне леса на открытом месте. Несмотря на идентичные условия местопроизрастания, величина и форма деревьев резко отличаются. Дерево, выросшее на открытом месте, имеет небольшую высоту,, шаровидную крону, толстую, трещиноватую кору, толстые сучья па всему сбежистому стволу, непригодному для получения ценных хозяйственных сортиментов. Такое дерево обильно плодоносит, семена его разносятся на большие расстояния. У лесного дерева полнодревесный ствол, хорошо очищенный от сучьев,, высокоподнятая вверх компактная пирамидальная крона с тонкими ветвями, расположенными преимущественно под острым) углом к оси ствола. Нижние ветви отмирали под влиянием затенения соседними деревьями. Недостаточная освещенность нижней части древесного полога, температурный режим, повышенная влажность воздуха и почвы, безветрие -- характерные- показатели лесной среды. Влияя друг на друга и на занятую ими территорию, деревья создают новые, лесные условия для себя и других организмов.

Рис. 36. Дерево, выросшее в лесу (а) и на открытом месте (б)

В лесной среде обитают различные насекомые. Некоторые из них переносят пыльцу с одних цветков дерева на другие. Нормальному развитию леса содействуют звери и птицы. Птицы -- санитары леса --снижают численность вредных насекомых,. .4 кроты, барсуки и некоторые другие животные уничтожают майского хруща, повреждающего корневые системы молодых; деревьев. Животный мир -- полезный компонент лесного биогеоценоза. Только перенаселенность отдельных видов животных: наносит некоторый вред лесу. Лес создает условия для жизни- животных, а они воздействуют на условия появления и развития леса.

В лесу много бактерий и микроорганизмов. Они живут в почве возле корней, способствуя ее разложению и усвоению питательных веществ. Черви рыхлят верхние слои почвы, тем самым улучшая ее структуру и способствуя питанию деревьев.

Таким образом, лес -- это совокупность деревьев, растений ,животных и микроорганизмов, находящихся в неразрывной связи и взаимодействии как друг с другом, так и со средой -- почвой и атмосферой. Это единство является характерной особенностью леса как целостной лесорастительной экосистемы, или биогеоценоза (рис.37).

Рис. 37. Взаимодействие компонентов биогеоценоза (по В. Н. Сукачеву)

Деревья в лесу, взаимодействуя со средой, то снабжаются всем необходимым питанием для их успешного роста, то ощущают его недостаток. Отличаясь друг от друга биологическими свойствами и разным отношением к условиям жизни, древесные породы попадают в различные условия -- для одних хорошие, для других плохие. Часто их потребности не обеспечиваются условиями среды. В результате -- плохой рост деревьев или смена пород.

Со времени от всходов до спелого древостоя многое в лесу изменяется: величина деревьев, их число, форма крон и лесного полога, темп прироста по высоте и диаметру, плодоношение. Меняются взаимосвязанные с этими признаками численность и видовой состав животных, состав напочвенных растений, микроклимат и плодородие почвы. Значит, в лесу нет ничего застывшего, неизменного, как нет абсолютного покоя во всей природе.

Лес находится под воздействием непрерывно протекающих естественных процессов, которые обеспечивают его рост и развитие, формирование, отмирание и новое возобновление. Знание человеком этих процессов дает возможность направить усилия на улучшение лесов и повышение их продуктивности.

Элементы леса. Различают следующие растительные элементы леса: насаждение, древостой, подрост, подлесок, подгон, живой напочвенный покров, внеярусная растительность.

Насаждение -- лесной фитоценоз, однородный в определенных границах участок леса, занятый древесной и сопутствующей ей другой лесной растительностью. В насаждении выделяют следующие ярусы: древостой, подрост, подлесок, живой напочвенный покров, которые вместе с внеярусной растительностью, составляют наземную часть леса. Корни этих растений, многочисленные микро- и макроорганизмы, почва, материнская горная порода образуют подземную часть леса. Не каждое насаждение имеет все ярусы.

Древостой -- совокупность деревьев, образующих более или менее однородный лесной участок; основной компонент насаждения. Древостой различают по составу пород, форме, происхождению, возрасту и продуктивности. В древостоях выделяют преобладающую, главную, второстепенную и сопутствующую породы.

Преобладающие породы -- древесные породы, которые ко времени таксационного учета насаждения составляют большую часть его запаса или занимают большую часть площади. В пределах таксационных выделов преобладающей считают породу, имеющую наибольшую долю участия в составе.

Главная порода -- древесная порода, которая в определенных лесорастительных и экономических условиях наиболее отвечает условиям среды и хозяйственным целям. В лесах СССР главные породы -- сосна, ель, лиственница, дуб, бук, пихта и др. Хозяйственная деятельность в лесу должна быть направлена на расширение площади насаждений с преобладанием главных пород, на их размещение, воспроизводство и рациональное использование.

Второстепенные породы -- древесные породы, образующие1 смешанные насаждения с главными породами, но имеющие по сравнению с ними меньшую хозяйственную ценность. Одни второстепенные породы (ольха серая, осина и береза порослевого происхождения и др.) подлежат замене при реконструкции насаждения, другие оказывают положительное влияние на рост главных пород (липа, клен, ясень в дубово-лиственных, липа в еловых и сосновых насаждениях). К возрасту спелости главных пород примесь второстепенных доводят до минимума. Лесоводственное и хозяйственное значение второстепенных пород определяется их ролью в формировании хозяйственно ценных насаждений и экономической ценностью в данном лесном массиве и регионе.

Сопутствующая порода -- древесная порода, произрастающая совместно с лесообразующей во 2--3-м ярусах насаждения, а иногда и в подлеске. Типичный спутник дуба, сосны, ели липа мелколистная. Особенно много спутников у дуба. Наряду с липой с ним растут ильмовые, клен, лещина, формируя сложные 3--4-ярусные дубовые древостой.

Подрост -- молодое поколение древесных растений под пологом леса или на вырубках, способное выйти в 1-й ярус насаждения, сменив старый материнский древостой (рис. 38). Подрост бывает семенного и вегетативного происхождения. Однолетний подрост семенного происхождения называют всходами, старше одного года (до 3--5 лет, в условиях севера до 10 лет) --самосевом (для хвойных и лиственных пород с тяжелыми семенами) или налетом (для лиственных пород с легкими семенами). Подрост относят к возрастному периоду молодняка. Жизнеспособность, высота и возраст подроста являются главными показателями при оценке естественного возобновления леса. Подрост способствует очищению деревьев старших поколений от сучьев, влияет на окружающую среду. Появлению и сохранению подроста уделяют большое внимание при проведении лесоводственных мероприятий.

Подлесок -- кустарники, реже древесные породы, произрастающие под пологом леса и неспособные образовать древостой в данных условиях. Подлесок чаще состоит из теневыносливых пород, но при сильной изреженности верхнего яруса в нем встречаются светолюбивые виды. При высокой сомкнутости древесного полога подлесок может отсутствовать. Породный состав подлеска обусловливается лесорастительными условиями -- климатическими, гидрогеологическими, почвенными, а также составом древостоя. Например, в таежных лесах европейской части СССР типичными представителями подлеска в лишайниковой группе типов леса являются ракитник, дрок, можжевельник; в кисличной и сложной группах --рябина, липа, жимолость, шиповник, бересклет, лещина, калина и др. В лесах Восточной Сибири распространен также рододендрон даурский. Подлесок имеет большое лесоводственное значение.

Подгон -- древесные породы, реже кустарники, способствующие ускорению роста и улучшению формы ствола главной породы. Подгон более эффективен при равномерном боковом затенении стволов главной породы, благодаря чему стволы очищаются от сучьев, улучшается их форма, ускоряется рост в высоту. В качестве подгона используют растения с относительно медленным ростом и густыми кронами -- липу, ильмовые, клены остролистный, полевой и татарский, лещину, жимолость и др. Для дуба хорошим подгоном может быть ель, пихта, граб семенного происхождения, ильмовые, клен остролистный. Чтобы не допустить затенения крон главной породы, подгон обезвершинивают или прореживают.

Живой напочвенный покров -- совокупность мхов, лишайников, травянистых растений и полукустарников, покрывающих почву под пологом леса, на вырубках и гарях; один из ярусов насаждения. Он влияет на многие свойства почвы в лесу (физические свойства, кислотность, содержание органического вещества), микроклимат (смягчает или усиливает заморозки на поверхности почвы, ослабляет ветер), возобновление и развитие леса.

Внеярусная растительность -- совокупность растений в растительном обществе, в том числе лесном, которые не связаны с определенным ярусом фитоценоза. Внеярусными растениями могут быть поселяющиеся на стволах деревьев водоросли, грибы- паразиты, мхи, лишайники и лианы.

Признаки леса. Важнейшие признаки леса -- происхождение, форма, состав, бонитет, возраст, полнота, густота, товарность, тип леса, продуктивность.

Происхождение насаждений -- это способ их возникновения. Оно может быть естественным и искусственным. Как естественные, так и искусственные насаждения бывают семенного и вегетативного происхождения. Семенные насаждения возникли из семян. Вегетативный процесс размножения включает порослевое, корнеотпрысковое, отводковое возобновление леса, а также корневищами -- многолетними подземными побегами. На месте срубленных естественных лесов все чаще появляются искусственные, посаженные или посеянные при непосредственном участии человека. Определить происхождение леса, особенно молодого березового или осинового, не всегда легко. Чаще всего групповое размещение и саблевидность ствола у шейки корня березы или изогнутость стволика дуба у корня свидетельствуют о порослевом их происхождении.

Форма насаждения -- совокупность ярусов древостоя» характеризующих его строение. По форме различают простые и сложные древостой. У простых кроны деревьев образуют один? сомкнутый ярус. Высота отдельных деревьев в таких насаждениях может варьировать в пределах 10--15% средней высоты яруса, образуя горизонтальный полог. Если кроны деревьев по высоте составляют отдельные ярусы, легко выделяемые визуально, то перед нами сложное по форме насаждение, образующее вертикальный или ступенчатый полог.

Одновозрастные чистые сосновые насаждения на песчаной почве образуют простые по форме насаждения. На более богатых почвах можно встретить простые по форме, но смешанные по составу насаждения. Сложными по форме могут быть чистые насаждения, когда образованные ярусы одной и той же породы, относятся к разным классам возраста. Чаще всего встречаются сложные по форме древостой из нескольких ярусов различных пород. Дубрава на серых лесных почвах, в 1-м ярусе которой дуб с липой, во 2-м клен с ясенем, а в 3-м лещина, может служить примером сложного смешанного насаждения.

Высота 2-го яруса составляет половину высоты древостоя. При проведении в древесном пологе экономически целесообразных лесохозяйственных мероприятий необходимо руководствоваться показателем запаса древесины нижнего яруса, который должен быть более 30 м3/га и не менее 20% запаса 1-го яруса. При меньшем запасе древесины выделение нижнего яруса хозяйственно нецелесообразно. Исключение могут составлять только насаждения, в которых нижний ярус с запасом менее 30 м3/га сформирован ценными древесными породами, например дубом.

Для каждого яруса определяют состав деревьев, средние диаметр и высоту, возраст и класс возраста преобладающей породы,., полноту и запас древесины. Сложные древостой в целом более- производительны по сравнению с простыми и дают выход разнообразной древесной продукции, устойчивее против стихийных, бедствий, различных вредителей и болезней.

Состав насаждения -- перечень древесных пород с указанием долевого участия каждой из них в запасе древостоя.- Состав определяют для каждого яруса древостоя по соотношению запасов составляющих его пород и записывают формулой, в> которой указывают заглавными буквами породу и в целых числах коэффициент участия породы в общем запасе древостоя. Сумма всех числовых коэффициентов должна быть равна 10. Например, формула 6С4Б характеризует смешанный древостой, в< запасе которого 60% сосны и 40% березы. Если в этом древостое имеется от 2 до 5% осины, формула древостоя будет иметь вид 6С4Б-|-Ос. Если в этом же древостое осина составляет менее 2%, то формула примет следующий вид: 6С4Б ед. Ос, т. е. осина встречается единично. В молодняках коэффициенты формулы устанавливают по числу отдельных деревьев или соотношению сумм площадей сечений в м2 на высоте 1,3 м на единице площади. В формуле состава разновозрастного насаждения указывают возраст (число лет) каждой породы, например 8 С(60) 2 Е(40).

Рис. 39. Сосновые насаждения разных классов бонитета в 100-летнем возрасте

Бонитет насаждения -- это показатель их продуктивности, зависящий от богатства (добротности) почвы или условий местопроизрастания. Различия в условиях местопроизрастания, а значит, и в бонитетах леса характеризуются пятью основными классами бонитета, которые обозначаются римскими цифрами. Лучшие условия местопроизрастания, а следовательно, наиболее высокопродуктивный лес соответствует I классу бонитета; худшие условия, где произрастают низкопроизводительные насаждения-- V классу бонитета (рис. 39). Для определения класса бонитета необходимо знать высоту и возраст насаждения. По ним, учитывая происхождение, с помощью бонитировочной шкалы проф. М. М. Орлова устанавливают класс бонитета (табл. 13).

Однако встречаются условия, когда продуктивность насаждений выше I или ниже V класса. В этих случаях применяют индексы «а» и «б»: 1а и Va, 16 и V6. Таким образом, установлено 7 основных классов бонитета насаждений. Если насаждения классов 1а и Va классов занимают незначительную площадь, они объединяются соответственно с I и V классами. Для определения класса бонитета семенных и порослевых насаждений установлены отдельные шкалы, так как интенсивность их роста неодинакова (семенные в раннем возрасте растут медленнее). В разновозрастных насаждениях при установлении бонитета насаждений за основное принимают старшее поколение деревьев, даже если их запас меньше, чем младших поколений.

13. Распределение насаждений семенного происхождения по классам бонитета на основании возраста и высоты (по М. М. Орлову)

Возраст насаждения -- один из основных таксационных показателей, характеризующих насаждение. По возрасту насаждения делят на классы и соответствующие им группы возраста (молодняк, жердняк, средневозрастное, приспевающее, спелое и перестойное насаждения). Для хвойных и твердолиственных семенных насаждений установлены классы возраста продолжительностью 20 лет, для мягколиственных и твердолиственных порослевых насаждений--10 лет, для кустарников -- 5 лет. Классы возраста также обозначают римскими цифрами. Если деревья в насаждении имеют разницу в возрасте, не превышающую длительности одного класса, такое насаждение считают одновозрастным, при большей разнице -- разновозрастным. В разновозрастном насаждении полог леса образуют деревья разной высоты. Такое насаждение формируется обычно из наиболее теневыносливых пород.

Внешними признаками, характеризующими возраст деревьев,, являются: размеры деревьев, цвет хвои, форма кроны, цвет и строение коры. У старых деревьев хвойных пород хвоя более светлая, у молодых -- темно-зеленая, крупная. У старых деревьев, прекращающих рост в высоту, крона закругленная, куполообразная, комлевая (нижняя) часть ствола покрыта толстой корой, в трещинах которой образуются наросты из водорослей и других низших растений. Для молодых деревьев характерен усиленный рост в высоту, островершинная крона, гладкая, глянцеватая светлоокрашенная кора.

Полнота -- степень плотности стояния деревьев на единице площади. Сомкнутость крон деревьев или полога в целом ха- бактеризует лесоводственную полноту, которая определяется визуально. Для более точного определения полноты древостоя на "отграниченном участке (пробной площади) измеряют проекции крон деревьев и вычисляют общую площадь проекций крон. Отношение этой величины к общей площади участка, выраженное в долях единицы, укажет на полноту насаждения. В тех случаях, когда полнота составляет 0,3 и менее, участки называют рединами.

Различают полноту абсолютную и относительную. Абсолютная полнота -- это сумма площадей поперечных сечений всех деревьев на 1 га на высоте 1,3 м, выраженная в м2. Сумма площадей сечений всех деревьев (м2) на 1 га, отнесенная к сумме площадей сечений нормальных (сомкнутых) насаждений, указывает относительную полноту. Профессор М. М. Орлов назвал нормальным такое насаждение, которое является наиболее совершенным, т. е. высокопродуктивным.

В сложных и смешанных насаждениях значение полноты древостоя находят как сумму полнот отдельных ярусов и древесных пород.

Густота -- число деревьев на единице площади. Густота древостоев сильно изменяется с их возрастом: в 10 лет нормальное число деревьев на 1 га составляют 5--10 тыс., но бывает и 15--20 тыс. К 40--50 годам оно снижается до 1500--2000, а в 100 лет -- до 500--700 деревьев на 1 га.

Товарность л е с а -- качество древесного запаса насаждений с точки зрения его народнохозяйственного использования. Товарность леса определяется соотношением деловых и дровяных стволов и последующим разделением запаса на качественные и количественные категории (деловая древесина по категориям крупности и сортам; сырье для технологической переработки, дрова, отходы). Для установления товарности леса при таксации приспевающих, спелых и перестойных насаждений используют специальный таксационный показатель -- класс товарности, определяемый в зависимости от доли процента деловой древесины в общем запасе (табл. 14) либо при глазомерной таксации леса -- по проценту деловых деревьев.

Продуктивность насаждения -- запас стволовой древесины, сучьев, ветвей, листьев и корней основного древостоя обычно в возрасте спелости, а также подроста, подлеска и живого напочвенного покрова на единице площади (чаще на 1 га). Продуктивность насаждения -- важнейший показатель, используемый для количественной и сравнительной оценки насаждения и древостоя. Выражается в объемных (м3) единицах массы (т). Наиболее существенная часть продуктивности насаждения -- продуктивность древостоя, при рассмотрении которой чаще всего ограничиваются определением запаса древесины. Продуктивность древостоя зависит от древесной породы, географического района, условий местопроизрастания, полноты и густоты. Показатель относительной продуктивности насаждения и продуктивности древостоя -- класс бонитета. Тип леса -- участок леса или их совокупность, которые характеризуются общим типом лесорастительных условий, сходным составом древесных пород и растений нижних ярусов, близкой фауной и требуют одних и тех же лесохозяйственных мероприятий при равных экономических условиях; основная классификационная единица лесной типологии.

Зная элементы и признаки леса, мы можем познавать лес, отличать один участок леса от другого. Однако этого оказывается недостаточно, чтобы активно влиять на процесс его формирования. Надо уметь распознавать те сложные взаимоотношения со средой, которые присущи лесу, лесной экосистеме, лесному биогеоценозу.

Учебное занятие №№ 59-63

Тема 2.2. Лес и среда

Понятие о биосфере. Роль леса в улучшении биосферы

Биотические и абиотические факторы жизни леса представляют собой активную жизненную сферу, или оболочку Земли, которую называют биосферой. Эта оболочка Земли не имеет четко выраженной границы. Она проникает в атмосферу на 10-- 15 км, а также в гидросферу и литосферу на 2--3 км, иногда опускаясь до дна самых глубоких океанических впадин. Однако основная масса живых организмов сосредоточена в сравнительно небольших пространствах на поверхности Земли. Учение о биосфере как об активной жизненной оболочке Земли создано В. И. Вернадским в 1926 г.

Основная биомасса на Земле создается в биосфере в процессе фотосинтеза. Образуется биологический круговорот веществ, который представляет собой циркуляцию веществ в биосфере между почвой, растениями, атмосферой, микроорганизмами и животными. Растения под воздействием солнечной энергии из воды, углекислоты и минеральных солей создают органические вещества, концентрируя их в листьях, стеблях, корнях, плодах, и выделяют кислород в окружающую среду. Животные усваивают кислород и органические вещества, выделяют углекислоту. Микроорганизмы-бактерии и грибы-разлагают отмершие животные и усохшие растения, превращая их в новые органические соединения, пополняя перегной. Последние снова потребляются растениями. Таков замкнутый круг в биосфере. Процесс этот непрерывен. Он представляет жизнь на Земле. Биологический круговорот является составной частью большого геологического круговорота веществ между океаном и сушей. Оба круговорота взаимосвязаны и представляют собой единый процесс в общей системе космос-биосфера-недра Земли. Двигателем этого процесса является Солнце. Среди зеленой растительности леса, особенно тропические, выполняют важнейшие функции биологического и геологического круговорота веществ. Взаимодействуя в пределах биосферы с абиотическими компонентами среды, они играют исключительную роль в поддержании экологического равновесия в природе. Ежегодно в результате фитосинтеза усваивается 300 млрд. т углекислого газа и выделяется 200 млрд. т свободного кислорода. При этом образуется 150 млрд. т органического вещества. С 1971 г. международная организация ЮНЕСКО проводит обширную комплексную межправительственную программу «Человек и биосфера». Эта программа исследований и наблюдений предусматривает разработку научно обоснованных рекомендаций по рациональному использованию и сохранению ресурсов биосферы. В СССР действуют биосферные заповедники (Березинский, Кавказский, Приокско-Террасный, Репетекский, Центрально-Черноземный и др.). Это строго охраняемые территории с эталонными участками, на которых изучаются экосистемы, генофонд и контролируется окружающая среда. Всякие изменения и отклонения от нормы состояния среды влекут за собой принятие срочных мер по их ликвидации. Образование веществ, их циркуляция между растением и почвой происходят по замкнутой цепи, связующим звеном которой является атмосфера. Огромное влияние на этот процесс оказывают тепло, вода, свет и другие факторы окружающей среды.

Лес и климат. Взаимное влияние леса и климата. Зональность лесов

Зональность лесов. Лес -- явление географическое. Распространение лесов на земном шаре и в пределах одной страны зависит от климатических условий. Выделяют следующие типы климата, определяющие географию лесов: климат тундры, климат тайги, климат смешанных хвойных и лиственных лесов, муссонный климат умеренных широт, климат степей, климат средиземноморский, климат зоны субтропических лесов, кроме этих типов климата, выделяют климат внутриматериковых пустынь умеренного пояса, субтропических пустынь, саванн, или тропической лесостепи, влажных тропических лесов.

Рис. 40. Природные зоны СССР

Классификация климатов иллюстрирует зависимость распространения растительности от температуры и влажности. В результате неблагоприятного климата в некоторых странах или очень мало лесов, или их совсем нет. Во влажных теплых районах произрастают преимущественно лиственные леса с большим разнообразием древесных пород, в холодных и умеренно холодных-- хвойные леса, состоящие из ограниченного числа пород.

Природные зоны СССР. Природная зона-это часть зеленой поверхности, опоясывающая в виде широкой полосы материки и характеризующаяся таким сочетанием тепла и влаги, которое обусловливает развитие в ее пределах определенных типов почв и растительности. На территории СССР выделены семь природных, или естественноисторических, зон: тундра, лесотундра, лесная зона, лесостепь, степь, полупустыня и пустыня(рис.40).

Тундра расположена вдоль побережья Северного Ледовитого океана, от Белого до Берингова моря, занимает более 3 млн. км, или 15% всей территории страны. Здесь встречаются равнины и низменности, возвышенности и горные хребты. Климат суровый. Зима длится 7--8 мес. Лето холодное и короткое. Температура воздуха зимой от --12 до --42 °С, летом от 3 до 13 °С. Среднегодовое количество осадков 150--300 мм. Почвы торфянисто-глеевые, маломощные, с вечной мерзлотой, часто выступающей на поверхность. Типы растительности -- лишайниковая, моховая, травяная, кустарниковая.

Лесотундра простирается узкой полосой между тундрой и тайгой от Кольского полуострова до Берингова моря. В геологическом и геоморфологическом отношении она неоднородна: западная часть до Енисея равнинная, восточная -- горная. Климат мягче, чем в зоне тундры, с более теплым летом и суровой зимой. Температура зимой от --9 до --50 °С, летом от 9 ро 16 °С. Безморозный период 75--90 дней. Среднегодовое количество осадков составляет 250--400 мм. Преобладают торфянисто-глеевые и торфянисто-подзолисто-глеевые почвы. Значительная часть территории находится в условиях вечной мерзлоты.

Лесная зона занимает больше половины всей территории СССР и простирается от Балтийского моря на западе до Охотского и Японского морей на востоке. Западная часть -- равнинная, восточная -- горная. Климат суровый, с холодной зимой и сравнительно теплым летом. Среднегодовое количество осадков 4-50--650 мм. Преобладают дерново-подзолистые почвы, в понижениях--подзолисто-глеевые, лугово-болотные и торфянистые. В Восточной Сибири на различной глубине находится вечная мерзлота. Преобладают 4 типа растительности: лесная, луговая, болотная, кустарниковые заросли. В этой зоне сосредоточено около 80% всех запасов древесины страны и 90% запасов хвойной древесины. Древесная растительность обеспечена питательными веществами, количество влаги в почве достаточное и даже избыточное.

Лесостепная зона простирается от Карпат на западе до Алтайско-Саянских гор на востоке. Зона переходная. Территория равнинная. Материнские породы -- лёссовые и моренные отложения. Почвы -- выщелоченные черноземы и слабо оподзоленные серые. В Западной Сибири часто встречаются солонцевато-лугово-черноземные почвы и солончаки. Климат более теплый, зима мягкая. Температура зимой от--5 до--7,5 °С, летом от 18,5 до 21,5 °С. Количество осадков 500--550 мм в год.

Степная зона простирается от западных государственных границ СССР до предгорий Алтая и представляет собой равнину. Материнские породы (в европейской части СССР) --лёсс и лёссовидные суглинки, в Западной Сибири -- плотные глины. Преобладают черноземы различной мощности, на юге черноземы переходят в темно-каштановые почвы. Климат характеризуется высокими летними температурами и сухостью воздуха. Температура зимой от --4 до --30 °С, летом от 19 до 23 °С. Среднегодовое количество осадков составляет 350--500 мм.

Пустынно-с тепная зонаявляется как бы переходным' звеном между степной и пустынной зонами. Климат резко континентальный. Лето жаркое и засушливое, максимальная температура выше 40 °С. Зима холодная с температурой --40°С. Среднегодовое количество осадков 150--250 мм. Часты засухи, суховеи.

Зона пустынь занимает территорию от Каспийского моря до границы с Китаем на востоке. Рельеф территории -- равнина, в западной части -- низменность, к востоку она принимает ступенчатый характер и распадается на несколько замкнутых бассейнов. Климат континентальный, засушливый. Лето жаркое и сухое. Температура зимой от --4 до --14 °С, летом от 25 до 30 °С. Почвы -- сероземы, пески, солончаки; все почвы засоленные, содержат мало гумуса.

Субтропическая зона проходит узкой полосой на крайнем юге страны - в районах Черноморского побережья Кавказа, Азербайджана, Грузии, Туркмении и Таджикистана. В горных районах на севере зоны леса произрастают на высоте до 1500 м над ур. м., на юге -- до 1800 м. Состав древесных пород меняется по мере увеличения высоты над уровнем моря. Горные леса подразделяются на лесорастительные подзоны (горные леса Крыма, Кавказа, Памира, Тянь-Шаня) со своим климатом, растительностью и животным миром.

Влияние климата на лес и леса на климат. Климат оказывает большое влияние на лес. Само существование леса определяется климатом. В тундре нет леса. В лесотундре произрастают карликовые, мелкие с искривленными стволами и флагообразными однобокими кронами сосна, береза, ель, лиственница, кедровый стланик, тополь. Лес образуют редколесья и криволесья. Лишь в долинах рек еловый лес достигает IV класса бонитета с запасом 60--70 м3/га.

В улучшенном климате лесной зоны произрастают насаждения, разные по составу и продуктивности. В основном это таежные леса.

Здесь чаще встречаются чистые еловые и пихтовые леса, которые называют темнохвойными.

Главные породы лесной зоны, имеющие наибольшее экономическое значение, -- ель обыкновенная, сосна обыкновенная и лиственница. Для Сибири характерны также сосна кедровая сибирская, пихта сибирская, для Дальнего Востока -- сосна кедровая корейская.

Часть лесной зоны составляют смешанные леса, которые отличаются большим числом пород на единице площади и разным соотношением хвойных и лиственных -- от подавляющего преобладания хвойных до безраздельного господства лиственных пород. В этих лесах произрастают такие ценные лиственные породы, как дуб, бук, клен, ясень и др.

Смешанный лес, в составе которого хвойные и лиственные породы, более светлый благодаря солнечным лучам, свободно проникающим через кроны лиственных деревьев. Поэтому под пологом смешанного леса часто поселяются теневыносливые кустарники, орешник, бересклет бородавчатый, бузина, калина и др.

Увеличение тепла, но вместе с этим и уменьшение влаги в лесостепной зоне меняют растительный облик Земли. В зоне распространены два типа растительности: лугово-степная и лесная. Лесообразующие породы -- дуб, липа, ясень, клен, граб (западная часть); береза, осина (восточная часть). На песчаных почвах растет сосна. Леса занимают главным образом северную часть лесостепи и поймы рек на юге.

В южных районах страны, где тепла еще больше, чем в лесостепи, но совсем мало влаги, преобладает степной тип растительности-- ксерофитные многолетние растения. Встречаются разнотравно-типчаково-ковыльные и типчаково-ковыльные степи, а также кустарниковая степь, где произрастают береза, бобовник, вишня степная, спирея, терн и др. В степи отсутствуют естественные леса, они произрастают лишь по речным долинам.

В пустынно-степной зоне растительный покров несомкнутый. Преобладают главным образом ксерофитные травы и полукустарники, солянки, степные дерновинные злаки, эфемеры. Древесные растения встречаются в основном только в долинах рек. Там, где максимальные температуры достигают +50 °С, преобладают 5 типов растительности: эфемерная на сероземах; эфемерно-полынная на засоленных сероземах; полынно-солончаковая на солончаках; песчаная (саксаул белый, джузгун, песчаная акация); тугаи (чингиль, гребенщик, лох, тополь, туранга), ивы.

В субтропиках особый климат. Здесь теплее и очень много влаги. Из лесообразующих пород наиболее распространены дуб, граб, каштан съедобный, орех грецкий, самшит, лавровишня. Высокопроизводительные леса образуют буки восточный и западный.

Климат обусловливает производительность лесов. В более суровых условиях она низкая (IV--V классы бонитета), а в лесной зоне характеризуется I--1а классами. Однако в пределах одной географической зоны производительность лесов зависит от почвы, количества влаги, солнечной радиации, температуры, длительности вегетационного периода и других факторов (рис. 41).

Климат влияет на качество древесины. Так, на севере произрастает кондовая сосна. Она отличается от сосны, произрастающей в средней полосе, тем, что у нее поздняя (летняя) древесина составляет 35% и более, годичные кольца мелкие, а у южной сосны они более широкие и рыхлые, т. е. древесина менее плотная.

Зависят от климата морфологические показатели. Плодоношение сосен на севере слабое и повторяется через более длительные промежутки времени, чем у произрастающих на юге. Семена северной сосны мельче семян южной. Масса 1000 сосновых семян из Архангельской обл. 2 г, а из центральных областей -- 6--7 г.

Климат, его сезонные изменения влияют также на проведение лесохозяйственных, лесокультурных и других мероприятий. Так, в северных районах посев и посадку начинают в конце мая --июне, а в Московской обл. *--в конце апреля -- начале мая, в Узбекистане -- в марте, в некоторых районах даже в феврале. Климат, и в частности метеорологические условия, определяют пожарную опасность и меры борьбы с лесными пожарами. С климатом тесно увязаны технологические процессы рубок леса и лесовозобновления. Не только климат воздействует на растительность, но и лес влияет на климат. В лесу создается свой микроклимат. Степень сомкнутости крон деревьев, состав верхнего и нижнего ярусов и многие другие факторы обусловливают лесной микроклимат. Зимой в лесу теплее, а летом прохладнее, чем на открытых местах, в поле. Лесные насаждения, созданные в степи, не только регулируют микроклимат внутри лесной полосы, но и положительно влияют на микроклимат прилежащих к ним полей, повышая урожай сельскохозяйственных культур. Микрорельеф местности в лесу, образуемый мелкими буграми, перегнившими пнями, упавшими стволами, кротовыми взрыхлениями и ямами, создает вместе с лесорастительными элементами (древостоем, ярусами, подростом, подгоном, подлеском и напочвенным покровом) ту особую среду, которая резко отличается от условий открытого места и присуща только лесу. Под пологом свой микроклимат создает условия для произрастания подроста, подлеска, грибов, ягод, мхов, лишайников и разнообразной травянистой растительности. В лесу обитают многочисленные полезные и вредные насекомые и другие представители животного мира, взаимосвязанные с ним и между собой.

Лес и тепло. Значение тепла в жизни леса. Вегетационный период, его продолжительность и значение

Источники тепла. Кроме прямой солнечной радиации, лес получает тепло в результате проникновения рассеянной радиации; встречного излучения атмосферы; притока тепла из более глубоких слоев почвы, скрытой теплоты парообразования, выделяющейся при конденсации водяных паров; распада радиоактивных веществ; разложения лесной подстилки и отдачи стволами и кронами деревьев в период охлаждения воздуха и почвы. Лес потребляет тепло при фотосинтезе, испарении влаги с поверхности почвы, крон деревьев, прп транспирации, прогревании приземных слоев воздуха и нижних слоев почвы, а также при нагреве почвенной влаги, стволов и крон. Солнечная тепловая энергия передается дереву путем инсоляции, через воздух и почву. Воздух и почва, нагреваясь солнечными лучами, отдают часть своего тепла деревьям. Теплота почвы оказывает большее влияние на внутреннюю температуру дерева, чем теплота, получаемая им непосредственно от солнца из-за плохой теплопроводности коры и древесины. Поэтому теплота почвы, особенно почвенной влаги, важна для поддержания необходимой температуры ствола. Для температуры кроны--- вершин и сучьев, которые вследствие малого диаметра и более тонкой коры прогреваются легче ствола, наибольшее значение имеет теплота воздуха.

Баланс тепла почвы -- это разность количества приходящего и расходуемого тепла. Однако эта величина приблизительна, так как приход и расход тепла зависят от многочисленных факторов: времени суток, сезона, наличия ветра, облачности, влажности, рельефа местности и т. д. Общий баланс тепла определяют для каждого конкретного типа леса, вырубки, поляны, болота, водной поверхности, трелевочного волока. Тепловой баланс вырубки, например, зависит от ее ширины, расположения семенных групп, семенников и др. Значение тепла в жизни леса. Развитие любого растительного организма происходит в определенных тепловых границах -- от низких (минимальных) до высоких (максимальных) температур. Температуру, при которой развитие растительного организма идет наиболее интенсивно, называют оптимальной. Тепло влияет на созревание семян. Семена сосны и ели северных районов созревают при средней температуре лета (июнь -- сентябрь) не ниже +11 °С. С понижением температуры качество семян падает --увеличивается число пустых и недозрелых. Для достижения 50%-ной всхожести семян сосны минимальная температура июля и августа должна быть +13 °С. Некоторые экзоты хорошо растут и цветут в новых условиях, но не способны размножаться семенным путем из-за недостатка тепла, необходимого для полного созревания семян. Тепло влияет и на прорастание семян, рост всходов, появление молодого поколения леса. Семена ели успешно прорастают при температуре+18--20°С, клена остролистного при температуре +5--10 °С. Прорастание семян древесных пород ускоряется при колебании температуры как в период их покоя, перед прорастанием, так и в период самого процесса прорастания. Теплая, быстро наступающая весна вызывает распускание листьев и цветов ранее обычного срока, и наоборот, сильные ночные похолодания, а в особенности холодная весна с резкими понижениями температур, задерживают, а порой приостанавливают рост и цветение. Температура оказывает влияние также на рост корневой системы. Высокая температура воздуха, особенно во время посадки, неблагоприятно отражается на состоянии корней. Весной корни ели начинают развиваться при более низкой температуре, чем у сосны, на 3--10 дней раньше, поэтому ель высаживают раньше. При снижении температуры почвенной влаги с 20 до 0 °С всасывающая деятельность корней сокращается на 50% и более.

Влияние на лес низких и высоких температур. Изучение влияния на лес крайних температур имеет большое лесоводственное значение, так как позволяет расширить границы распространения желательных пород, снизить потери лесного хозяйства. Повреждения самосева, посадочного материала, молодняков, отдельных деревьев и даже целых лесных массивов, в частности дубрав, нередко вызваны неблагоприятным воздействием крайних температур. В холодное время года растения могут погибнуть не только из-за суровых внешних условий, но и из-за позднего прекращения роста и перехода в состояние покоя. Породы, переносящие неблагоприятные условия зимы, называют зимостойкими, переносящие действие морозов, -- морозостойкими. Внезапное понижение температуры приводит к отмиранию клеток в результате образования кристаллов льда, вытягивающих воду из клеток и межклеточных пространств растений. Обезвоживание растений вызывает свертывание коллоидных веществ цитоплазмы, которая становится после оттаивания неспособной к жизнедеятельности. Жара также ведет к обезвоживанию клеток и разрушению структуры цитоплазмы. Установлено, что чем ближе данный вид растений к границе своего ареала, тем сильнее влияние на него неблагоприятных крайних температур. Большинство растений переносят крайне высокую температуру -- около 35--40 °С, реже до 50 °С. Однако сеянцы бука, сосны и клена погибают, если температура почвы некоторое время превышает 46 °С. Побеги молодых растений, расположенных близко к почве, совсем не растут, когда температура поверхности достигает 80 °С.

В свою очередь, разные органы растений способны переносить разную максимальную температуру. Так, листья на солнце могут нагреваться до температуры более высокой, чем температура воздуха. Ветви и стволы, как более массивные органы, неспособные к интенсивному теплообмену, часто нагреваются еще выше: ветви сосны, например, до 48 °С, а ствол ели до 55 °С. На сухих местообитаниях в пустыне листья нагреваются до 50 °С. Минимальная температура имеет большую амплитуду для разных видов растений. Некоторые растения северных широт в состоянии зимнего покоя переносят морозы до 75 °С. В то же время тропические растения повреждаются от холода уже при температуре +5°С, если температура ниже 0°С, они погибают. Повреждения, которые получают растения зимой, подразделяют на прямые и косвенные. К прямым относят продольные морозные трещины, которые образуются в результате резкого снижения температуры приземного слоя воздуха. В ночные часы температура растений бывает ниже температуры окружающего воздуха. Эта разность достигает 3 °С и более. Резкое охлаждение воздуха отрицательно действует на поверхность ствола дерева (на кору и камбиальный слой). В результате похолодания поверхность ствола быстрее уменьшается в объеме, чем внутренняя часть ствола, которая из-за плохой теплопроводности древесины иногда даже сохраняет свой прежний объем. Увеличение разности температур внутренней и внешней частей ствола дерева приводит к неравномерному напряжению тканей и в итоге к разрыву древесины. Этот след со временем зарастает. Однако часто в трещину попадают споры грибов, способствующие возникновению гнили. При заморозках происходит выжимание (выпирание) сеянцев в питомниках или саженцев на вырубках, чаще на тяжелых увлажненных почвах. Под действием пониженной температуры увлажненная почва замерзает. Вода при этом увеличивается в объеме, а вместе с ней и почва принимает больший объем, поднимаясь вместе с находящимися в ней корнями саженцев. При оттаивании почва оседает до прежнего уровня, а растение с корнем остается на поверхности. Молодые сеянцы сосны, ели, пихты легко выжимаются из почвы ранними осенними заморозками. Весной после оттаивания почвы корневые системы саженцев оказываются на поверхности почвы, обветриваются и засыхают под действием тепла. В зависимости от времени появления различают заморозки поздние (весной и в первой половине лета) и ранние (во второй половине лета или осенью, до наступления зимних холодов). Поздние весенние заморозки особенно губительны для всех лесных пород, кроме березы, лиственницы и сосны, когда их почки распускаются, побеги трогаются в рост и не успевают одревеснеть. Молодые дубки, ели и пихты, повреждаемые поздними весенними заморозками, могут принимать форму кустарника. Поздними весенними заморозками повреждаются всходы дуба, ели, пихты, ясеня. Поэтому посевы нередко проводят с таким расчетом, чтобы всходы появлялись после весенних заморозков. Повреждая и убивая молодые побеги и листья, поздние весенние заморозки уменьшают плодоношение, снижают энергию роста растений. Самосев или культуры древесных пород защищаются кустарниками или пологом из морозоустойчивых пород, которые создают, применяя соответствующие системы рубок, которые обеспечивают более благоприятные климатические условия на вырубках. Ранние осенние заморозки вредят древесным породам в тех случаях, когда выросшие за лето молодые побеги не успели одревеснеть и окончательно подготовиться к зимнему покою. Особенно пагубно их воздействие на древесные породы, перенесенные из более теплого климата, так как вегетационный период у таких растений длится дольше. Избыток тепла также может вызвать серьезные повреждения у древесных пород -- ожог коры, отлуп, опал корневой шейки молодых растений, трещины на поврежденной части ствола. Особенно чувствительны к высоким температурам древесные породы с тонкой корой (ель, пихта, бук и др.). Солнцепек чаще повреждает стволики молодых деревьев, у которых с южной или юго- западной стороны вырубили их защиту -- соседние деревья. Наиболее часто ожоги наблюдаются у растений, расположенных с севера или северо-востока сплошных вырубок, а также после изреживания насаждений. Избыток тепла может привести также к преждевременному усыханию, опадению листьев и хвои, что у хвойных пород часто заканчивается гибелью деревьев. Жаркое лето при недостаточном количестве влаги задерживает раскрывание шишек сосны, а в некоторых случаях вызывает и их полное нераскрывание, особенно на южной, освещенной части кроны. Семена нераскрывшихся шишек нормально развиты, но из-за перегрева отличаются пониженной всхожестью. Отношение древесных пород к теплу показано в табл. 15. Общим средством защиты растений от высоких и низких температур является испарение. Крайние температуры особенно губительны, когда растение испытывает недостаток во влаге. Возможности полной защиты древесных пород от морозов ограниченны. Чаще всего они сводятся к профилактическим мерам: выбору направления и величины лесосек, обеспечивающих защиту лесных культур или естественного подроста стеной леса; использованию снега, соломенных и других щитов для защиты сеянцев; созданию дымовой завесы; опрыскиванию (дождеванию) и обогреву. Целесообразнее, однако, подбирать морозоустойчивые или жаростойкие древесные породы или их формы. Против выжимания саженцев эффективно мульчирование, а побелка штаммов в парковых условиях предупреждает ожоги коры.