Основы лесоведения

Берест, белая акация, сосна крымская, бирючина, айлант, скумпия

Берест, тополь, древовидные ивы, черемуха, бузина, бересклет европейский

Ясень, ильм, тополь, липа, дуб черешчатый

Каштан съедобный, клен остролистный, граб, бук, черешня, береза, лиственница, пихта, ель

Акации белая, желтая, ольха черная, серая, зеленая, песчаная акация, лох, облепиха, аморфа, леспедеца, пузырьник, дереза, ракитник, дрок

Саксаул черный, тамарикс, лох, облепиха, шелковица, клен татарский, берест мелколистный, айлант, гледичия, софора, белая акация, берест, груша, дуб черешчатый ранний.

белая акация, груша, берест, дуб черешчатый ранний

Влияние засоленности и солонцеватости почвы на рост древесных и кустарниковых пород

Почвы, в которых преобладают легкорастворимые соли (хлориды, сульфаты, сода), расположены в районах с неглубоким залеганием грунтовых вод или близких к выходам соленосных пород. По степени засоленности их делят на два типа: солончаковые (собственно засоленные) и солонцы.

В солончаковых почвах легкорастворимые соли находятся в свободном состоянии, в растворе. В солонцах солей в верхнем горизонте нет, имеются большие количества натрия на поверхности почвенных коллоидов, что отрицательно сказывается на водно-физических свойствах почв. Засоленные почвы характеризуются низким плодородием, так как легкорастворимые соли, особенно в больших дозах, токсичны по отношению к древесным породам. Очень вредна для деревьев сода, которая нарушает физиологические процессы и способствует «коррозии» поверхности корней.

Примечание. В первых трех группах виды расположены по степени нарастания свойства, в последующих -- по степени убывания.

Присутствие в почве солей оказывает губительное действие на древесные породы. Существует группа растений-солелюбов (галофитов) на сырых солончаковых почвах и солончаках. К группе галофитов относятся: тамариксы волосистый, тонкокистный, поташник, соляноколосник.

По степени устойчивости к содержанию солей различают следующие растения:

солеустойчивые (тамарикс многоветвистый, четырехтычинковый, Палласа и др.);

наиболее солевыносливые (лохи узколистный и крупноплодный, вяз мелколистный, ясень зеленый, береза киргизская, жимолость татарская, смородина золотая, свидина красная, саксаул черный, джузгун);

солевыносливые (дуб черешчатый ранораспускающийся, груша лесная, клены полевой и татарский, вяз гладкий, берест, боярышник, крушина слабительная, айлант, софора японская, белая акация и др.);

слабосолевыносливые (ясень обыкновенный, шиповник, шелюга, сосны крымская и приморская, можжевельник виргинский и казацкий, тополь черный, осина, инжир и др.);

очень слабосолевыносливые (орех грецкий, лиственница сибирская, ивы белая и вавилонская).

Солонцеватость почв отрицательно влияет на рост растений, что связано с недостатком влаги, высокой щелочностью почвенного раствора и неглубоким залеганием легкорастворимых солей. Породы, которые хорошо переносят засуху, одновременно солевыносливы, успешно выдерживают засоленность почв (в лесостепи дуб черешчатый, груша лесная).

Роль и типы лесной подстилки. Лесная подстилка -- это напочвенный слой из продуктов опада ярусов биоценоза. В лесу ежегодно отмирает и опадает большое количество органической массы: листья, хвоя, ветви, мертвые семена, кора и стволы деревьев. Вместе с отмершими травянистыми растениями и их корневищами лесной опад представляет собой органические питательные компоненты почвы. По мере концентрации лесного спада на поверхности почвы в течение нескольких лет образуется лесная подстилка. Ежегодно на 1 га поверхности почвы опадает 3--6 т органической массы. Ее количество находится в прямой зависимости от плодородия почвы, типа леса, состава, возраста, сомкнутости древостоя. Например, в еловых и сосновых лесах ежегодно опадает 3-4 т/га органической массы, в пихтовых- 3-6, в лиственных - 4-5, в дубовых -3-7т/га, в буковых- 4-12 т/га. Максимальный опад приходится на период наибольшего количественного прироста, который наблюдается в возрасте жердняка и средневозрастном насаждении.

Лесная подстилка имеет огромное почвообразующее значение. Она защищает почву от уплотнения, иссушения и промерзания, влияет на естественное семенное возобновление, рост и продуктивность леса, имеет высокую водопроницаемость, накапливает большие запасы влаги.

Лесная подстилка состоит из нескольких слоев. Верхний ее слой включает свежеопавшие листья, хвою, ветви, кору, семена и др. Ниже расположен слой из полуперегнившего опада, где можно различить форму игл, отдельных листьев. Еще ниже находится слой, включающий перегнивший опад, или гумус. В его составе углеводы, лигнин, протеин, масла, воск, танниды, смолы и др. Различают мягкий гумус (мулль), модер и грубый гумус (мор).

Гумус определяет почвенное плодородие, содержит основные элементы питания растений. При разложении его под действием микроорганизмов питательные вещества становятся доступными растениям. С содержанием гумуса в почве связаны ее водные и тепловые режимы, биологическая и биохимическая активность, миграция в почвенном профиле продуктов почвообразования и др. Количество гумуса в почве -- характерный генетический и классификационный признак для определения типов почв. Вместе с тем каждому типу почвы свойствен определенный качественный состав гумуса.

Мягкий гумус (мулль) имеет нейтральную или слабокислую реакцию и содержит большое количество питательных веществ. Образуется в результате разложения опада широколиственных пород и кустарников (ясеня, граба, липы, клена, бузины, лещины и др.). В разложении этого опада принимают участие дождевые черви, микроорганизмы, бактерии, грибы. На богатых влажных почвах при плотности 30 тыс. дождевых червей на 1 га они могут переработать за сезон 1,5 т листвы, смешивая их с 15 т сухой земли. В среднем их экскременты достигают 25 т/га в год. На бедных сухих почвах обитают мелкие белые черви, схожие по типу питания с дождевыми, - энхитреиды. Они также активно участвуют в образовании мулля. Подстилка богата азотом и зольными веществами. Кислотность мягкого гумуса (рН) 6,0-- 7,5. Это самые лучшие почвы для произрастания насаждений, в покрове которых встречаются ясменник, сныть, копытень, ландыш, крапива двудомная, майник, кислица.

Модер распространен в основном в континентальном климате. Образуется в результате опада лиственных или смешанных хвойно-лиственных насаждений. В условиях модера формируется устойчивая лесная подстилка, разложение которой происходит медленно. Реакция почвы слабокислая (рН 5,5--4,0).

Грубый гумус образуется в хвойных насаждениях (сосняках и ельниках), на бедных почвах, в условиях анаэробного разложения грибов при участии анаэробных бактерий. Недостаток кислорода замедляет процессы образования и минерализации гумуса, в результате на поверхности почвы накапливается слой слаборазложившихся органических остатков -- грубый или кислый гумус. Реакция грубого гумуса кислая (рН 3,0--4,5).

Грубогумусовые почвы отличаются низкой производительностью. В их покрове присутствуют черника и брусника. В лесах с грубым гумусом чувствуется запах плесени. Преобладание грубого гумуса в насаждении -- отрицательное явление, задерживающее продуктивность лесов. Поэтому ускоряют разложение лесной подстилки рыхлением; известкуют почвы и вносят другие удобрения; создают смешанные насаждения; изреживают лес для увеличения доступа тепла и влаги к почве, осуществляют частичный сбор подстилки.

При разложении гумуса происходит распад органических остатков на воду, углекислоту и минеральные вещества, которые являются источником минерального питания растений. В результате деятельности микроорганизмов белковые вещества разлагаются и происходит выделение азотной и азотистой кислот. Эти кислоты, реагируя с основаниями, образуют аммонийные соли, нитриты и нитраты, которые являются источником азотного питания растений.

Процесс окисления аммиака до азотной кислоты называют нитрификацией. Почвы, в которых происходит нитрификация, отличаются высоким плодородием. В их покрове всегда присутствуют иван-чай, крапива, малина, одуванчик.

Скорость разложения подстилки зависит от температуры почвы, влажности воздуха, его доступа. При низкой температуре разложение протекает медленнее, чем при высокой. Недостаток или избыток влаги также замедляют разложение подстилки.

Влияние леса на почву. Различные древесные породы, произрастающие в одинаковых лесорастительных условиях, оказывают неодинаковое влияние на скорость разложения лесной подстилки и биологический круговорот веществ.

Влияние насаждений на лесорастительные свойства почв зависит от их породного состава, возраста, сомкнутости полога, структуры древостоя, а также от генетических особенностей почвы. Например, наибольшее содержание гумуса наблюдается в гумусовом и подзолистом горизонтах березовых и лиственничных лесов, наименьшее - в еловых, так как опад березы и лиственницы при хорошо развитом напочвенном покрове и подлеске быстрее разлагается, чем опад ели. Кроме того, в разложении этого опада активно участвуют микроорганизмы и черви, а в разложении опада ели - грибная микрофлора. В ельнике с примесью сосны содержание гумуса также выше, чем в чистом. В 30-летнем сосняке-кисличнике с редким напочвенным покровом и без подлеска содержание гумуса в горизонте А1 (0-10 см) ниже, чем в 60-летнем, где хорошо развит подлесок и напочвенный покров.

Береза в сосновых насаждениях улучшает водно-физические и химические свойства почвы. Например, в 20-30-летних березовых биогруппах в сосновых насаждениях в аккумулятивно-подзолистом горизонте гумуса на 18%, азота на 14% и подвижного калия на 7% больше, чем в чистых сосновых насаждениях. Примесь березы повышает степень насыщенности почвы основаниями и снижает ее кислотность.

Различают почвоулучшающие и почвоухудшающие древесные породы. К первым относят те, лесной опад которых образует слабокислый или нейтральный гумус (ильмовые, ясень, клен, ольха, береза и др.). Опад почвоухудшающих пород превращается в грубый гумус (осина в спелом возрасте, дуб, бук, хвойные, кроме лиственницы). Однако проточная влага в почве и хорошая аэрация способствуют смягчению гумуса.

В то же время избыток застойной влаги, недостаток тепла, плохая аэрация приводят к образованию кислого гумуса в насаждениях с преобладанием почвоулучшающих древесных пород. Лес создает подзолистую почву, одновременно являясь следствием этой почвы. При дерновом почвообразовательном процессе разлагается дернина. В результате под действием различных кислот образуется перегной с азотом и зольными элементами. Все эти сложные химические процессы происходят в почве и зависят от характера лесной растительности.

Микоризы и бактерии. Микоризы и бактерии имеют важное значение в питании растений. Микориза -- это сожительство корней высших (хлорофилльных) растений с почвенными грибами (бесхлорофилльными). Грибы, поселяясь то на внешней поверхности корневых окончаний (экотрофная микориза), то проникая внутрь коры (эндотрофная микориза), получают из клеток растения необходимые им безазотистые вещества. А корень получает из гриба азотистые соединения -- источник питания растений. Этот тип питания называют микотрофным. Он свойствен для бука, дуба,ясеня, граба, сосны.

Под влиянием микроорганизмов (бактерий, грибов, простейших) происходят процессы минерализации органического опада до образования минеральных солей, восстановление солей азотной кислоты до образования свободного азота (денитрификация).

Растения потребляют зольные элементы и азот из органических веществ почвы. При свободном доступе воздуха под влиянием аэробных бактерий органическое вещество разлагается и происходит быстрый и полный распад органических остатков. Так образуются муллевые почвы. При плохом доступе воздуха органические вещества разлагаются под влиянием анаэробных бактерий и грибов. Так образуются грубогумусовые почвы.

Азот в лесных почвах. Лесная подстилка -- основной источник азотистых соединений, необходимых для роста и развития растений. Увеличение азота в гумусе улучшает продуктивность леса. Древесные растения получают азот из почвы в виде нитритов (солей азотной кислоты) и аммиачных солей разных кислот.

Азот поступает в почву в основном из разлагающихся растительных остатков. Интенсивность их разложения зависит от состава леса, лесной фауны, почвенных и климатических условий. Мягкая подстилка обогащает почвы азотом, сохраняет и повышает ее плодородие. Быстро разлагаясь в подстилке, органические вещества поступают в гумусовый и подзолистый горизонты, за счет чего повышается содержание гумуса и мощность гумусовых горизонтов.

В присутствии органического вещества глинистые почвы становятся более рыхлыми и доступными для проникновения воздуха, песчаные - связанными, способными удерживать атмосферные осадки. Наибольшее содержание азота в гумусовом горизонте почвы наблюдается в березовых, дубовых и лиственничных лесах, так как эти породы вовлекают в биологический круговорот гораздо больше азота, чем ель и сосна.

Органические остатки, разлагаясь под воздействием бактерий, выделяют до 30 кг/га азота в год. Около 5 кг/га азота поступает через осадки из воздуха. Одну часть воздушного азота усваивают свободные бактерии (до 7-10 кг/га в год), другую -- клубеньковые азотусвояющие грибы, обитающие на корнях ольхи, и клубеньковые бактерии на корнях акации, люпина и др. Азот из органических остатков выделяется в виде нитратов под влиянием света и катализаторов---оксидов алюминия, кремния, цинка и др. Часть этого азота усваивается с помощью микориз -- грибных образований на корнях, которые весной проникают в ткани и клетки корневых окончаний. Корешок окутывается грибным чехликом, отмирающим к осени. Проникший в ткани мицелий снабжает растения водой и содержащимися в ней питательными веществами, способствуя дополнительному ветвлению корней, разрушает гумус почвы и превращает его в соединения, доступные деревьям, защищает растения от проникновения токсичных веществ из почвы. Сеянцы дуба и сосны в степных условиях, например, лучше приживаются и растут при наличии на корнях микориз.

Запасы минеральных веществ в почве можно регулировать своевременным проведением лесохозяйственных мероприятий: *обработкой почв, внесением удобрений, дренажем заболоченных почв, смешением древесных пород, уходом за лесом, лесо- водственно обоснованными способами рубок леса, очисткой лесосек и др. Все эти мероприятия улучшают микробиологические процессы, происходящие в почве. Так, изреживание хвойных насаждений способствует резкому уменьшению количества вредных грибов и увеличению количества полезных бактерий.

Примесь березы (20-30%) в сосновых насаждениях воздействует на интенсивность разложения опада. Годовое разложение подстилки в смешанных березово-сосновых насаждениях достигает 23-37%, а в чистых сосновых- 12-20%. Таким образом, береза в сосновых насаждениях ускоряет круговорот питательных элементов в системе почва - лес - почва.

Круговорот азота и зольных элементов. Лесная растительность ежегодно возвращает в почву часть полученных из нее; элементов питания. За период существования насаждения одно' и то же количество питательных элементов совершает круговорот: почва - деревья- опад - лесная подстилка- почва. Лес отдает почве азот и зольные вещества и потребляет их в необходимых количествах из почвы. Происходит биологический круговорот азота и зольных элементов (рис. 44).

Рис. 44. Приход и расход питательных веществ, кг/га

Хвойные древесные породы меньше поглощают минеральные вещества, чем лиственные. Кроме того, их потребление одной древесной породой зависит от почвенных условий. На бедной почве растения меньше потребляют минеральных веществ, чем на богатой. Интенсивность биологического круговорота происходит неодинаково и зависит от климата и почвы, возрастая по- мере удаления от северных районов в южные.

В практике лесного хозяйства имеются примеры, когда из; леса удаляют деревья с кронами, хвою перерабатывают на хвойно-витаминную муку. В связи с этим возникает необходимость возместить биологические потери в общем круговороте- веществ. Изъятие деревьев в период рубок главного пользования не приносит заметных изменений в круговорот азота и зольных элементов, так как на одном месте это происходит 1 раз за- оборот рубки. Сбор лесной подстилки, заготовка хвойной лапки,, а также лекарственного сырья и других компонентов лесной среды строго регулируются.

Велика роль леса в почвообразовании. В таежных лесах с холодным климатом и обильными осадками, где преобладают хвойные деревья, а в напочвенном покрове мхи, усиливается подзолообразовательный процесс. В засушливый период, когда наблюдается интенсивное испарение, в почве образуется плотный слой, именуемый ортзандом. Эта корка нарушает дренаж и препятствует проникновению корней, что впоследствии приводит к понижению продуктивности лесов.

Процесс оподзоливания усиливается после пожаров, сплошных рубок, снятия лесной подстилки, выкашивания трав. Появляются новые травы, менее требовательные к почвам. Мулль сменяется модером, а затем и мором. В биохимических процессах освобождаются кремнезем и оксид алюминия. Дуб в этих случаях уступает место березе; появляются вереск, черника, а затем и они пропадают.

К деградации почв может привести оподзоливание, происходящее при замене лиственного леса чистым еловым. При этом лесная подстилка трудно разлагается из-за лигнина, образуется мор. В результате сочетания процессов оподзоливания и болотообразования, которые протекают при временном избыточном увлажнении и определенной плотности и водонепроницаемости материнской породы, формируются почвы болотно-подзолистого типа и возникает глеевый горизонт серого цвета с полным выщелачиванием железа. В напочвенном покрове появляются осоки, кукушкин лен и сфагнум.

В лесостепной зоне выделяют светло-серые, серые и темно- серые лесные почвы. Обилие здесь перегноя объясняется огромной массой органических веществ, интенсивной биологической деятельностью, наличием минеральных коллоидов, предохраняющих гумус от разложения микробами. Корни злаков, разлагаясь, восстанавливают минеральные элементы почвы. Устанавливается замкнутый круговорот гумус -- растение.

Таким образом, почва и лес, влияя друг на друга, изменяются по структуре и качеству. Находясь в постоянном взаимодействии, лес и почва представляют неразрывное единство, обусловливающее состав, продуктивность и устойчивость насаждений. Ускоряя или замедляя разложение лесной подстилки, обогащая состав леса введением новых древесных пород и кустарников, лесовод может либо препятствовать подзолообразователь- ному процессу, либо улучшать условия среды.

Несоблюдение лесоводственных правил, особенно во время рубки леса и после нее, приводит к отрицательным последствиям, одним из которых является заболачивание почвы. Заболачивание чаще всего происходит в результате вырубки леса. На сплошных вырубках и гарях огромная масса осадков, задерживаемая ранее древесным пологом, проникает в почву, и происходит ее энергичное выщелачивание. Образуется подзолистый слой толщиной до 30 см, под которым откладывается красно-бурый «ортштейн, не пропускающий воду. В почве накапливается вода. Так как отсутствуют деревья, почвенная влага не расходуется на транспирацию, объем ее увеличивается. Так образуется болото. С увеличением влажности ухудшается воздушный режим почв и облесенных территорий, снижается рост насаждений и их продуктивность. Лесная почва может заболачиваться также в результате выхода ключей на поверхность, разрастания по периферии имеющегося сфагнового торфяника.

Обратный процесс -- осушение -- осуществляют при проведении лесомелиоративных работ, после чего прирост сосняков и ельников возрастает в 5--8 раз, а запасы древесины достигают 400 м3 на 1 га вместо 50--80 м3 до осушения. К возрасту спелости резко улучшается также сортиментная структура леса.

Плодородие лесных почв. Плодородие почвы -- это способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде, воздухе и тепле. Плодородная почва имеет пористую структуру, проницаема. Важным фактором, определяющим плодородие почвы, является наличие в ней химических элементов-- азота, фосфора, калия, магния, микроэлементов. Совокупность элементов, свойств и организмов обусловливают степень плодородия почв.

Продуктивность насаждений в горных условиях зависит от мощности почвы и крутизны склонов. Для крутых склонов характерны мелкие, для склонов средней крутизны - среднемощные, а для пологих - мощные почвы.

Плодородие почвы зависит от ее структуры. Песчаные, супесчаные и подзолистые почвы бесструктурные. Серые лесные и бурые, а также перегнойно-карбонатные имеют хорошую структуру.

Плодородие почвы и продуктивность лесов зависят от аэрации почвы. Аэрация, или насыщение почвы кислородом, происходит при охлаждении почвы, так как в это время атмосферный воздух втягивается в почву, нагревается в ней и выделяется, обогащенный углекислотой. Уплотнение почвы снижает аэрацию. Если в почве менее 9--12% кислорода или более 1% углекислого газа, растения испытывают угнетение.

Засоленные почвы -- солончаки, солончаковые почвы и солонцы -- обладают низким плодородием. Низкое плодородие имеют также солоди и осолоделые почвы, занимающие 0,5% территории СССР. Некоторые древесные породы обогащают почву атмосферным азотом (ольха, желтая акация). Подлесочные породы (кустарниковые) улучшают ее плодородие. Но некоторые древесные породы, например ель, осина, в старом возрасте отрицательно влияют на почву, усиливая процесс оподзоливания. Однако этот вывод нельзя считать абсолютным.

По данным С. В. Зонна, на выщелоченных черноземах лесостепи за 100 лет произрастания ель не только не оподзолила, а, наоборот, даже улучшила свойства почв и повысила их производительность. Чтобы предупредить снижение плодородия почвы, в северной части лесной зоны создают смешанные елово-березово-ольховые насаждения, а также вводят подлесочные лиственные породы -- рябину, липу. К потере почвенного плодородия, развитию эрозии, ухудшению естественного возобновления древесных пород приводят также нарушения строения почвы (сдирание напочвенного покрова во время лесозаготовок, вытаптывание почвы при неупорядоченной пастьбе скота и повышенных рекреационных нагрузках).

Повышают плодородие почв хорошая обработка; внесение органических удобрений в сочетании с минеральными, снегозадержание, мелиоративные мероприятия, подбор культур, устойчивых к засолению и уплотнению почв, залужение сенокосных и пастбищных угодий и др. Лесоводы Белорусской ССР для повышения продуктивности сосняков подсевают люпин (рис. 45). Для улучшения структуры почвы применяют известкование. Аэрацию почвы в лесу сохраняют путем регулирования пастьбы скота, устройства прогулочных троп, площадок для игр, костров - все это предотвращает уплотнение почвы в лесу.

Рис. 45. Приход и расход питательных веществ насаждением, кг/га: 1 -- без люпина; 2 -- с люпином (а -- возвращено в почву; б -- извлечено из почвы в воздуха; в -- удержано растениями)

ЛЕС И ВОЗДУХ

Состав атмосферы. Атмосфера -- это механическая смесь различных газов, химически не действующих один на другой. Атмосфера регулирует климат Земли, пропускает тепловое излучение Солнца, сохраняет тепло, образует облака, дождь, снег, ветер, служит источником кислородного дыхания. Древесные породы, кустарники и растения, изолированные от атмосферы, погибают. Атмосферный воздух представляет собой смесь азота, кислорода, аргона и углекислого газа.

В составе атмосферы имеются также другие газы -- неон, криптон, ксенон, гелий, водород, озон, на долю которых приходится менее 0,01% всего состава. Кроме того, в воздухе содержатся водяные пары, концентрация которых зависит от многих факторов. В составе воздуха имеется пыль органического происхождения -- пыльца древесных и кустарниковых пород. В атмосфере находятся также фитонциды, эфирные масла, бактерии, вирусы и другие мельчайшие примеси и микроорганизмы.

Азот, находящийся в свободном состоянии в составе атмосферы, занимает 78%- Он выделяется из земной коры в результате деятельности микроорганизмов. В горных породах содержится азота в 50 раз больше, чем в земной атмосфере. Без азота не может быть жизни, так как азот -- необходимая часть в составе белковой молекулы, а белковые вещества -- важнейшая составная часть протоплазмы. Азот входит в рацион питания растений. В растениях его содержится 1--3%. Азот в свободном виде легко связывается некоторыми низшими организмами, живущими в почве, с помощью которых основная часть азота попадает в ночву, а из почвы в растения. Источником азотного питания растений служат азотнокислые (нитратные) и аммиачные соли почвы, растворимые в воде. Часть атмосферного азота образует окислы, попадающие в почву вместе с дождевыми осадками, таким образом в почве накапливается от 4 до 10 кг азота на 1 га в год.

Кислород -- составная часть воздуха (21%). Он необходим для нормальной жизнедеятельности всех животных и растительных организмов и входит в состав белков, жиров и углеводов.

Кислород, выделяемый в процессе фотосинтеза древесными и кустарниковыми породами, обладает высокой степенью ионизации. В 1 м3 лесного воздуха содержится в 2,5 раза больше отрицательных ионов, наиболее полезных для человека, чем в таком же объеме воздуха в поле. При сжигании угля, нефти и газа расходуется до 10% кислорода, ежегодно вырабатываемого растениями в биосфере.

Углерод входит в состав воздуха в виде углекислого газа (углекислоты). Атмосферная пыль -- составная часть атмосферы -- имеет природное происхождение, количество ее незначительно. Частицы атмосферной пыли образуются в результате разрушения и выветривания горных пород и почвы, вулканических извержений, лесных, степных и торфяных пожаров и т. д. Атмосферная пыль образуется также аэропланктоном -- бактериями, спорами растений, плесневыми и другими грибами. В верхних слоях атмосферы находится космическая пыль.

Воздух пополняется углеродом в результате дыхания людей и растений, гниения и горения. Годичное поступление в атмосферу углерода при сжигании минерального топлива значительно превышает объем углекислоты, выдыхаемый всем человечеством. Лесные и степные пожары пополняют воздух углекислым газом. При извержении вулканов в атмосферу также выбрасывается углекислый газ. Углекислота выделяется при дыхании животных, в результате деятельности сапрофитов, питающихся, за счет готовых органических веществ.

Значительные изменения в содержании углекислого газа в атмосфере Земли отразились бы на ее тепловом балансе и, следовательно, на росте и развитии всего живого. Благодаря высокой теплоемкости углекислота выполняет роль экрана, пропускающего тепловые лучи к Земле, но задерживающего их в обратном направлении.

Увеличение углекислоты в воздухе также нежелательное явление. Чем больше углекислого газа, тем меньше тепла уходит от земной поверхности путем излучения и выше температура этой поверхности. Увеличение содержания углекислого газа в воздухе в 2 раза повысило бы среднюю температуру почвы на 4°С, что привело бы к изменению климата, растительного и животного мира.

Содержание углекислоты в лесу изменяется в зависимости от высоты над поверхностью почвы, наибольшее количество концентрируется у поверхности почвы в ночное время. В сложных по форме насаждениях с богатым подлеском концентрация углекислоты на высоте до 1 м от земли достигает 0,09--0,1%; с увеличением высоты она уменьшается в кронах основного яруса, леса достигает 0,02%, что объясняется потреблением ее на ассимиляцию подлесочными породами и кронами деревьев в дневное время. Постоянное содержание углекислого газа над кронами деревьев 0,03%.

Количество углекислоты в лесу зависит от плодородия почвы. На 1 га бедных почв с небогатой лесной подстилкой с кислым грубым гумусом за 1 ч выделяется 2--6 кг углекислоты, на плодородных почвах -- 25 кг и более. В полевых условиях, где подстилка слабо выражена, дыхание почвы очень слабое -- 2 кг/ч на 1 га, на почве, богатой перегноем, -- 4 кг. Это объясняется тем, что в лесу более мощный слой подстилки находится в состоянии разложения, и под пологом леса движение воздуха слабее, чем в поле или на лугу.

Регулирование содержания углекислоты в лесу при других благоприятных факторах способствует процессу фотосинтеза и таким образом повышению урожайности сельскохозяйственных и лесных культур. Следовательно, методы управления концентрацией углекислоты в лесу представляют большой практический интерес. К ним относят: введение под полог леса кустарниковых пород, улучшающих почву, быстрорастущих и почвоулучшающих пород в основной ярус насаждения; минерализацию поверхности почвы для улучшения процессов разложения лесной подстилки; пополнение органических веществ в почве за счет порубочных остатков после рубок ухода за лесом; внесение в почву удобрений; периодическое разреживание перегущенных насаждений и др.

Аргон не оказывает какого-либо действия на растительность. Озон образуется из кислорода на высоте около 50 км под действием ультрафиолетовых лучей солнца. В 100 м3 воздуха его содержится от 1 до 2 мг. Влияние озона на рост и развитие древесных и кустарниковых пород изучено слабо. Однако известно, что лес, особенно сосновый, способствует образованию озона.

Водяные пары поступают в атмосферу из различных источников, в том числе от растений, которые выделяют большое количество влаги в процессе транспирации и дыхания. Содержание водяных паров в атмосфере зависит от температуры воздуха, Так, при 0°С в 1 м3 воздуха при полном насыщении находится 4,89 г водяных паров, при 10°С --9,36, при 20°--17,15, при 30 °С -- 30,08 г. С увеличением высоты над уровнем моря температура понижается и количество водяных паров в воздухе уменьшается. Влажный воздух нагревается быстрее, потому что теплые лучи солнца поглощаются водяным паром интенсивнее.

Загрязнение воздуха. В воздухе много минеральной органической пыли. Она образуется после черных бурь и сгорания метеоритов в воздухе. Промышленные предприятия выбрасывают золу, сажу, цемент, фосфориты и другие частицы. В промышленных районах городов 1 м3 воздуха содержит 14 мг пыли. Если запыленность воздуха в городе принять за 100%, то в пригородном лесу она составит 5%. Кроме того, в воздух поступают сернистый газ, окись углерода, сероводород, хлор, окислы азота, соединения свинца, ртути и т. д. Один из загрязнителей атмосферы-- выхлопные газы современного транспорта, особенно автомобильного. Загрязнение атмосферы происходит при ветровой эрозии почв и выдувании песков, пожарах в лесах и степях, взрыве вулканов, выделении газов в местах выхода термальных и минеральных источников. Многие примеси поступают в атмосферу из океана (С02, СО, сероводород, хлориды и др.). Вредное действие на растения оказывает большая концентрация сернистого газа. Сернистый ангидрид вызывает пожелтение и опадение хвои у 5-летних елей через 60--72 дня, а при сильной концентрации в летнее время погибает через несколько часов. У сосны, ели, пихты, кедра при загрязнении воздуха сернистым ангидридом фотосинтез понижается почти в 2 раза. Многохвойные породы наиболее чувствительны к загрязнению воздуха, так как сбрасывают хвою не ежегодно, а 1 раз в несколько лет.

Газообразные ядовитые вещества адсорбируются на поверхности крон и стволов, интенсивно поглощаются листьями и частично вымываются дождями. 1 кг листьев тополя бальзамического за лето может накопить и химически связать до 20 г S02, липы сердцевидной, ясеня зеленого, жимолости татарской -- до10--12 г. Хвоя молодняка сосны обыкновенной на 1 га задерживает до 26 кг S02, а лиственницы сибирской -- до 72 кг. Благодаря этому лесные массивы сокращают дальность распространения газовых потоков примерно в 2 раза по сравнению с открытой местностью.

Для растений, их роста и существования очень вреден фтор и его соединения. Концентрация фтора, равная 0,1 мг на 1 л воздуха, вызывает гибель деревьев.

Действие загазованности на лес зависит не только от состава и концентрации газов, но и от времени года, погоды, почвы, древесной породы, состава древостоя, его полноты и сомкнутости, структуры, а также от расстояния до источника отравления. Вредное действие дымовых и других ядовитых выделений на лес проявляется в основном в период вегетации, т. е. весной и летом. Хвойные, за исключением лиственницы, страдают от ядовитых выбросов и в зимнее время, хотя и в меньшей степени. Загазованность воздуха особенно проявляется во влажную погоду. Опасность длительного накопления яда в ассимиляционном аппарате хвойных ставит эти породы в значительно более трудное положение по сравнению с лиственными, обновляющими листовой аппарат ежегодно. Но и среди хвойных с многолетней хвоей имеются большие различия в газоустойчивости (табл. 16).

Газоустойчивость древесных растений

смешанных, сомкнутые и сложные меньше разреженных и простых, старые больше молодых и средневозрастных. Газоустойчивость растений выше на плодородных почвах. Подбор газоустойчивых пород и их сочетание имеет большое значение для озеленения, а также для восстановления леса в местах с сильной загазованностью.

В составе воздуха имеются фитонциды -- биологически активные вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие *микроорганизмов. Они играют важную роль в создании иммунитета растений и во взаимоотношениях организмов в биоценозах. Большое количество летучих фракций фитонцидов выделяется в атмосферу лиственными и особенно хвойными деревьями: 1 га лиственного леса 2 кг фитонцидов, соснового -- 5 кг, можжевелового-- 30 кг в сутки (табл. 17).

Фитонцидность древесных и кустарниковых пород

ЛЕС И ВЕТЕР

Влияние ветра на лес. Воздух вместе с его составными частями непрерывно перемещается в разных направлениях. Для каждого района, области или лесорастительной зоны отмечаются свои перемещения воздуха или преобладающие ветры, которые имеют большое значение для лесохозяйственной деятельности. Направление ветров учитывают при посадке и размещении древесных пород, проектировании способов рубок и методов естественного обсеменения, проведении мероприятий по защите леса от вредителей, болезней и пожаров, а также при решении многих других производственных вопросов. Направление преобладающих ветров определяют розой ветров, которую составляют по многолетним данным наблюдений метеостанций.

В результате передвижения воздушных потоков в кроны деревьев поступают новые порции свежего воздуха с углекислотой, улучшая условия ее поглощения и пополняя атмосферу кислородом, выделенным в процессе фотосинтеза. Движение воздуха под пологом леса способствует росту подроста за счет усиления газообмена почвенного и атмосферного воздуха. Лучи солнца, проникая между деревьями или попадая к приземному слою прогалины в лесу, прогревают воздух. В результате возникает движение воздуха из леса к открытому месту или из леса к прогалине.

Ветры противодействуют возникновению заморозков на почве, перемешивая холодные слои воздуха с более теплыми. Северные ветры снижают крайне высокие летние температуры, вызывающие преждевременное опадение листьев и даже гибель всходов.

Ветер переносит массы воздуха, насыщенные водяными парами, которые образовались в результате транспирации крон деревьев, и приносит сухой воздух. Увеличение скорости ветра до 0,3 м/с повышает транспирацию примерно в 3 раза по сравнению с транспирацией при полном затишье. При дальнейшем возрастании скорости горячего сухого ветра значительно усиливается транспирация деревьев, ухудшаются условия ассимиляции. Следовательно, температура воздуха и почвы, интенсивность освещения, концентрация углекислого газа в воздухе взаимосвязаны и зависят от скорости передвижения воздушных потоков. Учитывая эти факторы, лесовод создает такие оптимальные условия, при которых процесс ассимиляции в лесу будет наиболее активным.

При помощи ветра опыляются цветки многих древесных и кустарниковых пород, распространяются семена, для чего многие из них имеют опушение или крылышки. Ветер переносит пыльцу во время цветения деревьев.

Ветер воздействует и на внешний вид деревьев. Там формируются однобокие кроны деревьев, где он дует в одном направлении, и замедляется их рост. На морских побережьях под влиянием сильных ветров с моря деревья образуют флагообразные кроны, изогнутые стволы и т. д. Чем сильнее ветер, тем мощнее развивается корневая система дерева, направленная в противоположную от ветра сторону, обеспечивая ему необходимую устойчивость. Мощность корневых лап и ответвлений у дерева зависит от длительного воздействия ветра на крону и ствол.

На опушке деревья всегда ниже тех, которые растут в лесу. Сильный ветер замедляет их рост в высоту и способствует наращиванию древесины в комлевой части. Стволы у таких деревьев сильно сбежистые. Своеобразное распределение прироста древесины ствола направлено против механического воздействия ветров. Поэтому наибольший прирост древесины на стволе наблюдается на стороне, противоположной воздействию ветра.

Отрицательное действие ветра сказывается в усилении испарения с поверхности почвы и растений, в результате чего иссушается листва, усиливается транспирация. Деревья, поваленные ветром вместе с корнями, относят к ветровалу, сломанные же на какой-либо высоте ствола --к бурелому. Часто подвергаются ветровалам разреженные древостой, произрастающие на мелких почвах, особенно еловые низкопродуктивные. Причина этого' в поверхностной корневой системе ели. Но на рыхлых почвах,, где ель развивает глубокую корневую систему, она устойчива к ветровалу. Сосна имеет глубокий стержневой корень на богатых почвах и поэтому редко вываливается ветром. Однако в лесной зоне С незначительной мощностью почвы или на заболоченных участках сосна часто вываливается с корнем.

Ветровалу также подвержены взрослые деревья, выросшие в лесу, но затем оставленные на свободе. В спелом возрасте, оказавшись на открытом месте, деревья не могут приспособиться к новым условиям. В сильно разреженном лесу ветер, не встречая значительного сопротивления, почти не снижает скорость и вываливает деревья. В смешанных насаждениях ель вываливается быстрее сосны или березы.

От бурелома чаще страдают деревья древесных пород с рыхлой и хрупкой древесиной, особенно пораженные грибными болезнями: осина, липа, ольха, береза, ель, пихта, реже дуб. Наиболее уязвимы спелые и перестойные древостой. В здоровых молодых насаждениях с преобладанием сосны или ели бурелом наблюдается, когда тонкие стволы отдельных деревьев с высо- коподнятыми кронами возвышаются над общим пологом. В результате бурелома леса захламляются валежником, в них усиливается пожарная опасность.

Значительный вред лесу причиняет охлестывание деревьев. При раскачивании ветви одного дерева охлестывают ветви другого, изреживая его крону. Особенно сильно охлестываются ветви сосны и ели ветвями березы.

Влияние леса на скорость и направление ветра. Лес препятствует движению ветра в приземном слое воздуха. Ветер, встречая на своем пути лесной массив, резко снижает скорость вследствие соприкосновения и трения о кроны деревьев. Снижение скорости ветра в лесу зависит от породного состава, сомкнутости древостоя, его высоты и структуры. Чем гуще и выше деревья в лесу, тем заметнее снижается скорость ветра.

По данным Н. С. Нестерова, в сосновом лесу с густым дубовым подростом и подлеском из лещины скорость ветра на расстоянии 34 м от опушки составляет 55--78% скорости ветра на открытом месте; на расстоянии 77 м от опушки в глубь леса скорость ветра снижается до 23--27% и на расстоянии 228 м -- до 2--5%. Скорость ветра в лесу над почвой на высоте 1 м составляет около 30% скорости ветра над кронами.

Положительное действие леса на снижение скорости ветра широко используется в сельском и лесном хозяйстве в лесостепных и степных районах нашей страны. Здесь издавна создаются полезащитные лесные полосы различных конструкций.

Вредные воздействия ветра на лес могут быть снижены путем повышения ветроустойчивости пород путем создания ветроупорных опушек, выращивания многоярусных насаждений с участием ветроустойчивых пород, своевременного проведения рубок ухода за лесом с оставлением на корню оптимальной численности деревьев на единице площади, правильного выбора направления лесосеки и рубок.

Лес и живой напочвенный покров

Состав покрова. Растения, произрастающие на поверхности почвы, образуют живой напочвенный покров -- совокупность мхов, лишайников, травянистых растений и полукустарников, покрывающих почву под пологом леса, на вырубках и гарях. От его численности, степени покрытия и разрастания зависит успешное формирование естественного и искусственного возобновления леса.

Состав живого напочвенного покрова, его распространение зависят от типа леса, его формы и строения. Изменения, происходящие в главном пологе леса (изреживание, опад, вырубка), в значительной степени влияют на состав, численность покрова и степень покрытия им поверхности почвы.

Под численностью растений в напочвенном покрове понимают их количество на единицу площади. Часто при небольшом количестве растений поверхность почвы полностью покрывается растительным покровом. Это бывает при расселении дерновин- ных злаков. Поэтому очень важно определять не только численность растений, но и степень покрытия почвы.

В зоне лесотундры в напочвенном покрове преобладают лишайники, а в зоне дерново-подзолистых лесных почв напочвенный покров более разнообразен и представлен большим количеством видов.

Как и древесные растения, напочвенный покров -- явление географическое. Однако представители напочвенного покрова более чувствительны к изменению не только климата, но и микроклимата. Поэтому в пределах одной географической или лесо- растительной зоны растения в сосновом лесу, например на сухих песках, представлены лишайниками, кошачьей лапкой и гвоздикой песчаной, а в сосняках на суглинках преобладает кислица. Вместе с тем в высокопроизводительных сосняках (на богатых суглинках) с высокой полнотой преобладает кислица, а в тех же сосняках, но разреженных, низкополнотных кислица исчезает и на ее месте появляются другие, более светолюбивые растения.

Для оценки напочвенного покрова надо определить преобладающие виды напочвенных растений, их численность, ярусность и покрытие почвы, длительность жизненного цикла и тип размножения. Виды растений или их состав устанавливают при осмотре либо целого участка (типа леса), либо учетных площадок. Общую численность растений определяют глазомерно и при помощи учетных площадок. Для общей характеристики покрова достаточно глазомерного метода определения по классам обилия растений: 1) массовое покрытие - почва покрыта сплошь или более чем наполовину; 2) частичное - почва покрыта менее чем наполовину; 3) редкое - растения распределены единично.

Распределение растений при одной и той же численности может быть равномерным, групповым и случайным. В дополнение к численности определяют ярусность живого покрова. Для лесной зоны характерны два яруса: травянистый и моховой.

Покрытие почвы растениями выражается суммой площадей проекций надземных частей растений (в м2) и определяется в процентах от занимаемой территории. Покрытие растениями почвы может составлять более 100%. Многие растения благодаря преимущественно вегетативному размножению обитают длительное время под пологом леса. Типичные растения тенистых лесов: кислица, выдерживающая очень большое затенение; зеленые мхи, некоторые виды папоротников; черника.

Многие представители напочвенного покрова имеют лекарственное значение. Так, представитель травянистого покрова дальневосточных лесов женьшень, называемый в народе корнем жизни, оказывает на человека и животных сильное стимулирующее и тонизирующее действие. Он способствует мобилизации внутренних ресурсов организма, повышает его сопротивляемость и полезен в сочетании с другими, более специфичными средствами отри лечении многих болезней.

Спутник тенистых лесов ландыш майский относится к числу растений, лекарственные свойства которых стали известны людям с древнейших времен; и не утратили своего значения в медицине до настоящего времени. В листьях ландыша обнаружены физиологически активные вещества капилляроукрепляющего, противовоспалительного и сосудорасширяющего действия. Лекарственными растениями являются также цветущие северные орхидеи, первоцветы,, душистый зверобой, валериана, лесная земляника и др. (табл. 19).

Под пологом широколиственных и хвойных лесов нередко можно встретить- отдельными группами и огромными сплошными зарослями папоротники различных видов: мужской, женский, орляк и др. Папоротник -- важнейшее лекарственное растение, папоротник орляк имеет еще и пищевое значение.

Правила сбора лекарственных растений

1. Почки собирают в начале набухания, когда еще почечные чешуи не начали расходиться, прекращают заготовку, когда их верхушки начинают зеленеть.

Кору заготавливают в период весеннего сокодвижения, снимая ее с трех-, четырехлетних веток в виде желобков или трубочек путем кольцевых надрезов на расстоянии 25-30 см один от другого, соединенных одним или двумя продольными надрезами.

Листья обрывают во время цветения пли (по договоренности с заготовительными организациями) в течение всего сезона (до пожелтения), срывая руками или срезая ножницами.

Надземную часть растений (траву) заготавливают чаще в период цветения. Для этого срезают ее ножом, серпом и т. д.

Соцветия и цветки собирают в начальной фазе цветения, срезая их ножницами или секаторами; плоды и семена - зрелыми вручную, применение совков и гребешков недопустимо.

Сбор клубней, корней, корневищ проводят в период отмирания надземных частей или ранней весной, до начала вегетации.

Все надземные части растений заготавливают только в сухую погоду. Сырое сырье темнеет при сушке, теряет товарный вид и даже загнивает. Подземные части, которые необходимо отмыть от земли, заготовляют в любую погоду.

Главнейшие представители напочвенного покрова в древостоях

В высокопроизводительных сосняках чаще всего встречаются зеленые мхи, брусника, черника, кислица. Низкопроизводительные сосняки на сухих слабоподзолистых песчаных почвах сопровождают лишайники, кошачья лапка, белоус торчащий, толокнянка, полевица обыкновенная, на почвах с избыточным увлажнением -- кукушкин лен, молиния, сфагнум, багульник, пушица, клюква. Еловые леса произрастают на богатых суглинистых и супесчаных почвах. В зависимости от сомкнутости материнского полога в еловых лесах встречаются зеленые мхи, черника, кислица, медуница, калужница, копытень, папоротник орляк и др. В дубравах повсеместно растут спутники дуба: сныть, ясменник, звездчатка, медуница, зеленчук и др. Березовые леса по песчаным слабоподзолистым почвам сопровождают вейник жесткий, копытень, ландыш и др.

Напочвенный покров в лесу может служить индикатором условий местопроизрастания. Если встречаются таволга, пролеска, вербейник, селезеночник,то почвы проточны, а если появляется сфагнум, осоки пузырчатая и дернистая - в почве застойная влага, т. е. происходит процесс заболачивания.

Такие растения, как кипрей, малина, одуванчик, ясменник душистый, крапива, хмель, чистотел, ежевика и др., - ориентировочные индикаторы процесса нитрификации почвы. Медуница, пролеска, ландыш, ежевика, ясменник душистый - показатели мягкого гумуса, а черника, брусника, кукушкин лен, сфагнум-- представители грубого гумуса. В проточно-сырых приручьевых местоположениях напочвенный покров разнообразен. Здесь встречаются различные осоки, молиния, вейник, тростник лесной, крапива и др.

Среди трав, искусственно вводимых в напочвенный покров сосняков, ельников и дубрав широко известен люпин многолетний. Под влиянием этого растения происходит улучшение всех компонентов молодых культурных лесных биогеоценозов. Так, люпин, принимая на себя роль деятельной поверхности, защищает молодые деревца от сильного излучения и инсоляции, создает более умеренную температурную обстановку в зонах роста зеленых частей и корневых систем, значительно улучшая тем самым фитоклимат молодых насаждений. Под влиянием люпина улучшаются также физические свойства почвы: повышаются влаго-, воздухоемкость и водопроницаемость, общая и некапиллярная скважность, уменьшается объемная плотность, улучшаются агрохимические показатели плодородия.

В горных лесах, как и в равнинных, основные представители травянистого покрова могут быть индикаторами типов леса. Некоторые травы из напочвенного покрова горных лесов, например ясменник, овсяница, характеризуются высокой пластичностью свойств и встречаются во всех частях горных склонов. При этом корневые системы растений защищают почвы от эрозии; при удалении живого покрова поверхностный сток увеличивается в 10-13 раз, а сток наносов - в 16 раз. Известно, что в зеленомошных группах типов лесов в Прибайкалье наиболее устойчивы к размыву такие почвы, где сконцентрировано 60 - 70% корней.

Напочвенный покров и возобновление леса. Выборочные и постепенные рубки леса вызывают частичное изменение лесной среды: увеличивается освещенность, повышается температура воздуха, меняются влажность лесной атмосферы и почвы, а вслед за этим и видовой состав напочвенных растений: вместо теневыносливых появляются черника, брусника, вейник, мятлик и др. Еще большие перемены в микроклимате происходят в результате сплошной рубки леса, ветровала или лесного пожара.

После сплошной рубки леса резко меняются микроклиматические условия и вместе с ними характер напочвенного покрова-- произрастают ксерофитные виды и сорная растительность. Так, после рубки елово-пихтовых лесов на Северном Кавказе появляются бузина травяная, крапива двудомная, кипрей горный, ежевика и др. Травяной покров, имея хорошо развитую корневую систему, конкурирует со всходами древесных пород,., подавляя их как надземными, так и корневыми органами. Так, корни тысячелистника проникают в почву на глубину 2,5 м,. подмаренника настоящего -- на глубину более 1 м. С уплотнением почвы меняется и травяной покров. Вместо бузины, ежевики, крапивы развиваются ежа сборная, овсяница луговая,, мятлик иберийский, пырей безостый и др.