II. ЭКОЛОГИЯ ЛЕСА
Лекция 2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ. ОБЩЕЕ ВЛИЯНИЕ КЛИМАТА НА ЛЕСА И ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЕ. ЛЕСОВОДСТВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ТЕПЛА 1. Экологические факторы в жизни леса. 2. Общее влияние климата на леса и их распространение. 3. Лесоводственное значение тепла. В разделе лесоведения «Экология леса» рассматриваются взаимосвязи между лесом и окружающей средой. Американские и европейские экологи и лесоводы данный раздел называют « Аутэкология ».
1. Экологические факторы в жизни леса
Экологические факторы как факторы внешнего воздействия на лес, принято классифицировать по их основным источникам — абиотические, биотические и антропогенные. Абиотические – факторы неживой природы («а…» – отрицание, «био…» — жизнь), включают литогенные (геологическое строение, литогенный состав горных пород, рельеф, тектонический режим); атмосферные (режим тепла, осадков, движения и состава атмосферы); водные (режим увлажнения почв и подстилающих горных пород); космические (режим солнечной радиации, космической пыли и др.); исторические (историческое прошлое территорий). Абиотические факторы во всей своей полноте определяют возможность существования лесов. Но и лес способен изменять эти факторы. Эта способность используется человеком в его деятельности. Биотические – факторы жизнедеятельности организмов (растения, животные, микроорганизмы), оказывающие влияние на существование лесов. Так, взаимное затенение деревьев в сомкнутом древостое приводит к быстрому очищению стволов от ветвей и сучьев, формированию ствола, по форме напоминающего больше цилиндр, чем конус. Отенение нижней части стволов подлеском также способствует лучшему очищению стволов. Живой напочвенный покров в значительной мере способствует или препятствует появлению и накоплению подроста. Животные могут оказывать влияние на распространение семян и плодов, а насекомые на процесс опыления древесных пород. 16
Антропогенные – факторы вмешательства человека, его лесохозяйственная и промышленная деятельность, непосредственно и косвенно влияющая на жизнь и устойчивость лесов. Лесохозяйственная деятельность преследует цель улучшения лесного фонда, повышения защитных и средообразующих функций леса. Промышленная деятельность человека оказывает влияние либо прямо (лесная промышленность), либо косвенно – влияние на существование лесов через аэропромышленные выбросы, добычу полезных ископаемых и т.д. Закономерности действия и взаимодействия экологических факторов (ЭФ) Действие ЭФ на растения : • чаще косвенное, чем прямое; • длительное — входит в «природу» растений; • кратковременное — создает эффект последействия , количественные изменения; • стадийно; • неоднозначно в сочетании с другими ЭФ. Взаимодействие ЭФ: ЭФ взаимосвязаны (рельеф способен перераспределять практически все экологические факторы и режимы – световой, гидрологический и ветровой); • при определенном сочетании основных ЭФ создается «экологический оптимум» — область наиболее благоприятных условий существования как отдельных видов, так и сообществ; • ЭФ незаменимы, но наблюдается эффект компенсации .
2. Общее влияние климата на леса и их распространение
Леса и их растительные элементы, находясь в прямом взаимодействии с внешней средой, являются еѐ отражением. Классик российского лесоводства Г.Ф.Морозов неоднократно подчеркивал, что «лес – явление географическое». Так, в северной тайге произрастают еловые и елово-березовые леса, в средней тайге – сосново-еловые, в южной – елово-пихтовые и сосновые леса, а на востоке южной европейской тайги — пихта, лиственница, кедр сибирский. В зоне смешанных лесов распространены не только сосновые, еловые, но березовые и осиновые леса. Несколько реже встречаются дубовые и липовые насаждения. 17
В лесостепной зоне преобладание переходит к твердолиственным породам и сосне. Здесь проявляется так называемая «экологическая амплитуда вида». Так, береза повислая присутствует в разных лесорастительных зонах – от тайги до лесостепи. То же самое относится и к сосне обыкновенной. Меньшую экологическую амплитуду имеют, например, ольха черная, дуб черешчатый. Для оценки пригодности климата росту леса Г.Н.Высоцкий (1930) предложил использовать соотношение (К) между количеством осадков и количеством влаги, испарившейся с открытой водной поверхности. Для таежной зоны К>1 — климат влажный. Для лесостепи К=1. В полупустыне климат сухой, К<=0,5. С аналогичным подходом к оценке климата для сельскохозяйственных целей выступил Г.Т.Селянинов (1933): ГТК= ос. за вегетац. период 10/ tt С за вегетац. период ГТК<1 – дефицит влаги (недостаточное увлажнение); ГТК достаточная влажность климата;>1,3 – чрезмерная влажность климата. М.И.Будыко (1956) для определения пригодности климата росту сельскохозяйственных культур предложил вычислять радиационный индекс сухости как отношение радиационного баланса к количеству тепла, необходимого для испарения годового количества осадков; К = R / L r, где К — комплексный индекс сухости климата; R — радиационный баланс, ккал/см 2 /год; L — 2,512 кДж/см 2 — число больших калорий тепла, необходимого для испарения воды; r — годовая сумма осадков, см. Для Среднего Поволжья R изменяется от 0,6 (север Кировской обл. – ср. тайга) до 1,6 (Самарская обл. — лесостепь, степь). Значения РИС могут быть основой лесорастительного районирования. Так, 0,2…0,3 – тундра, 0,3…0,6 – северная и средняя тайга, 0,6…0,8 – южная тайга, 0,8…1,0 – широколиственные леса и лесостепь, 1,0…2,0 – степь, 2,0…3,0 – полупустыня, >3 – пустыни. С.Патерсон (1956) предложил определять потенциальный прирост древесины в лесах по основным климатическим факторам в виде индекса CPV (C – климат, V – растительность, Р – продуктивность): CVP=(T/Ta)*P*(G/12)*(E/200), где: Т среднемесячная температура наиболее жаркого месяца, о С; 18
Та – разница между среднемесячными t o С наиболее жаркого и наиболее холодного месяцев; Р – среднегодовое количество осадков, мм; G – продолжительность вегетационного периода, мес.; Е – местная солнечная радиация. Вегетационный период – период года, в который по метеорологическим условиям возможны рост и развитие растений. Активный вегетационный период период, обеспеченный не только теплом, но и влагой. Фенологические границы вегетационного периода — вегетационный период примерно соответствует промежутку времени от начала сокодвижения до конца листопада. Тепловые границы вегетационного периода приняты условно – с момента перехода среднесуточных температур через пороговые значения означает начало или окончание вегетационного периода. Поскольку растения находятся в приземном слое воздуха (надземная часть растений) и в почве (корневая система), то границей вегетационного периода приняты переходы среднесуточных температур воздуха через +10 о С и почвы +5 о С.
3. Лесоводственное значение тепла
Отношение древесных пород к теплу: Очень теплолюбивые: эвкалипты, приморская сосна, пробковый дуб, саксаул. Теплолюбивые: съедобный каштан, грецкий орех, белая акация, гледичия, берест. Среднетребовательные: дуб черешчатый, граб, клен остролистный, ильм, ясень, бук, липа мелколистная, ольха черная. Малотребовательные: осина, береза повислая и береза пушистая, ель европейская и сибирская, пихта сибирская, сосна обыкновенная, лиственницы, сосна кедровая сибирская. Влияние крайне высоких температур на лес и меры борьбы с ними • Ожог коры – происходит как правило в весенний период у темнокорых тонкокорых пород (бук, граб, ель, пихта) при внезапном выставлении южной части их стволов (например, в результате рубок) на прямой солнечный свет. Мера борьбы – постепенное освобождение ели и пихты от оттеняющего влияния мелколиственных пород. • Ожог корневой шейки самосева сосны в условиях открытых мест на легких песчаных почвах, лишенных отенения живым напочвенным 19
покровом. Мера борьбы – отенение почвы мульчей в питомниках, создание условий для отенения почвы живым напочвенным покровом, выбор мер содействия естественному возобновлению с учетом рельефа, почв и лесорастительной зоны. • Засухи способны вызвать потерю тургора листовыми пластинками, преждевременное пожелтение и опадение листвы. Длительные засухи приводят к высокой вероятности возникновения лесных пожаров, иссушению почв на вырубках. Меры борьбы возможны только в питомниках полив. Влияние крайне низких температур на лес и меры борьбы с ними • Выжимание корневых систем всходов и сеянцев на тяжелых влажных плохо дренированных почвах при их замерзании и оттаивании. Меры борьбы – в питомниках утепление почв торфяной крошкой, в лесу – правильный выбор мер содействия и посадки с учетом неблагоприятных условий. • Обмерзание – повреждение отдельных частей растений в период вегетации, вызванное чаще заморозками (ель, поврежденная поздними осенними заморозками). • Вымерзание – гибель растений от крайне низких зимних температур. Наблюдается у теплолюбивых пород. Влияние леса на тепловые условия воздуха и почвы Влияние леса на температуру воздуха и почвы обусловлено пологом леса, представляющим собой препятствие для проникновения солнечной радиации под полог и обратного излучения тепла вверх, в окружающее пространство. Таким образом, степень сомкнутости крон, наличие или отсутствие листвы, хвои, наличие нижних ярусов растительности приводит к перераспределению солнечного тепла и смягчению температурных перепадов в течение смены дня — ночи, зимы — лета. Это хорошо иллюстрируется графиками (рис. 4, 5) отклонений температур под пологом в сравнении с температурами на открытом месте. Лесные почвы на глубине до метра в течение лета оказываются более холодными, по сравнению с открытыми пространствами. Заметим, что в течение зимы лесные почвы оказываются более теплыми. Теневыносливые листопадные породы (бук) снижают более всего летние температуры воздуха и менее всего зимние (см. рис. 5). Наиболее светолюбивые (сосна, из указанных на графике пород) менее всего влияют на снижение температур воздуха летом и повышение их зимой, 20
| в то время как теневыносливая вечнозеленая ель более всего стабилизи- | ||||||
| рует температурный режим воздуха в течение всего года. | ||||||
| 0 | Месяцы | |||||
| май | июнь | июль | август | сентябрь | октябрь | |
| вырубке | -0,5 | |||||
| -1 | ||||||
| С на | ||||||
| о | ||||||
| t | -1,5 | |||||
| от | ||||||
| Отклонение | -2 | На поверхности почвы | ||||
| 50 см | ||||||
| -2,5 | ||||||
| 100 см | ||||||
| -3 | ||||||
| Рис. 4. | Отклонения температур почвы под пологом сосняка мшистого | |||||
| от температур почвы на вырубке (по А.А.Молчанову, 1961) | ||||||
| 0,4 | |||||||||||||
| 0,3 | |||||||||||||
| буковый | |||||||||||||
| 0,2 | сосновый | ||||||||||||
| 0,1 | еловый | ||||||||||||
| С | |||||||||||||
| о | 0 | ||||||||||||
| , | |||||||||||||
| Отклонения | |||||||||||||
| -0,1 | январь | февраль | март | апрель | май | июнь | июль | август | сентябрь | октябрь | ноябрь | декабрь | |
| -0,2 | |||||||||||||
| Месяцы | |||||||||||||
| -0,3 | |||||||||||||
| -0,4 | |||||||||||||
| -0,5 | |||||||||||||
| -0,6 | |||||||||||||
| Рис 5. Отклонения температуры воздуха в древостоях древесных пород | |||||||||||||
| различного светолюбия от температур воздуха в поле | |||||||||||||
В то же время горизонтальная структура леса может создать условия для образования радиационных заморозков, которые обусловлены интенсивной инсоляцией тепла в «окнах», на небольших полянах. Наибольшая вероятность таких заморозков наблюдается в окнах диаметром 1,5…2 высоты древостоя. В отсутствие ветра здесь не происходит перемешивания воздушных масс, способных выровнять температуру поверхностей и самого воздуха. 21
Источник