3. Ліс і атмосфера

 

Розглядаючи взаємовплив лісу і атмосфери Землі, ми умовно розчленовуємо його на вивчення газового складу та деяких явищ, що відбуваються в атмосфері і впливають на ліс, окремо від розгляду наяв­ної в атмосфері вологи і процесів, що обумовлюють її вплив на життя лісу. Це пов'язано з тим, що атмосферна волога прямо зв'язана з воло­гою у фунті і розгляд її з точки зору впливу на ліс краще зробити окремо.

 

3.1. Взаємодія атмосферного повітря і лісу

 

Гази, що входять до складу атмосфери, мають біогенне похо­дження. У нижніх шарах атмосфери повітря за своїм складом забезпечує життєдіяльність рослинних організмів, зокрема лісу. Воно може стиму­лювати його розвиток і, навпаки, гальмувати, залежно від наявності у повітрі шкідливих домішок. Ліс постійно взаємодіє з атмосферою Землі, виділяючи до неї продукти своєї життєдіяльності та вилучаючи певні складові повітря.

Роль вуглекислого газу для життя на Землі полягає у здібності його поглинати і випромінювати довгохвильову теплову радіацію, що зменшує охолодження планети. Дуже важливо те, що вуглекислий газ і: матеріалом для синтезу органічної речовини за допомогою зелених рослин. Так, суха маса деревини приблизно наполовину складається і вуглецю, джерелом якого є вуглекислий газ повітря. У середньому 1 га лісу щорічно накопичує 6 т вуглецю. Для цього рослинами вико­ристовується приблизно 25 млн. м³ повітря.

При фотосинтезі зелені рослини виділяють у атмосферу кисень та використовують вуглекислий газ із атмосфери, який завдяки хлорофілу і сонячній енергії (світлу) при наявності води утворює органічну речовину — глюкозу. Щоб глюкоза перетворилася у більш складні сполуки, які входять до складу деревини стовбура, гілок, інших частин деревних рослин, потрібна енергія.

Цю енергію рослини отримують у результаті дихання.

Все живе на Землі у процесі дихання засвоює кисень і виділяє вуглекислий газ. Отже взаємодія зелених рослин, у тому числі деревних і атмосфери, полягає у складних процесах: виділенні та споживанні кисню та споживанні і виділенні вуглекислого газу. До того ж дихання у лісі відбувається (у теплий період року) не лише вдень, а і вночі, тобто, коли відсутнє сонячне освітлення, яке забезпечує фотосинтез. Крім того, дихає мезофауна, мікроорганізми, які заселяють лісову підстилку, верхні шари ґрунту.

Останнім часом багатьма науковцями, аспірантами вивчається питання депонування вуглецю у різних частинах деревних рослин, у різних породах дерев. На жаль, це питання вивчається у нас не на фізіологічному рівні, тобто не вивчається брутто — асиміляція і дихання як складові, хоча ще на початку 70-х років XIX ст. німецькі дослідники Х. Лір, Г. Польстер, Г-І. Фідлер [31] оприлюднили результати досліджень Ольстера стосовно цих процесів у ялини звичайної та дугласії

В атмосфері відбувається переміщення повітряних мас у вер­тикальному і горизонтальному напрямках. Це впливає певним чином на життя лісу. Конденсація водяної пари в атмосфері викликає опади, які є джерелом вологи, необхідної для існування лісу. На ліс впливають й інші атмосферні явища, які обумовлюють біохімічні та фізіологічні процеси у рослинах, а також діють на ліс фізично.



3.2. Особливості лісового повітря

 

Як відомо, сухе повітря атмосфери Землі в об'ємних частинах складається з 78% азоту, 21% кисню, 0,03% вуглекислого газу та незначної кількості гелію, аргону, інших газів та домішок. Найбільш важливими для рослинного світу компонентами атмосфери є вугле­кислий газ та кисень.

Джерелами надходження вуглекислого газу у лісове повітря є самі рослини, які у процесі дихання поглинають кисень повітря та виділяють вуглекислий газ, лісова підстилка, в якій відбуваються процеси життя і мінералізація органічних решток, а також поверхневі шари ґрунту, в яких розкладаються органічні речовини та мікроорганізми. Виділення вуглекислого газу в атмосферу різними типами ґрунтів різне. Глинясті ґрунти виділяють більше, піщані - менше. За рахунок дихання коріння деревних та інших рослин може виділятися також значна кількість вуглекислого газу.

За останнє століття вміст вуглекислоти у повітрі збільшується за рахунок промислової діяльності людини. У середньому на 0,3% що­річно, а поблизу промислових центрів і більше. При цьому концентрація С0₂ у повітрі поступово збільшується, що на думку деяких вчених може призвести до так званого "парникового ефекту". Зменшення вирубки лісів та розширення їх площ протидіятиме такому згубному явищу.

В умовах лісу на різній висоті від поверхні ґрунту концентрація вуглекислого газу неоднакова. Вона також змінюється у різні часи доби. Так, вночі концентрація вища, а в полудень — менша у зв'язку з фотосинтезом. Влітку вуглекислого газу менше, ніж восени, через інтенсивне його споживання при фотосинтезі. У посушливий період його також менше через зниження життєдіяльності мікроорганізмів.

Навіть незначне підвищення концентрації вуглекислого газу порівняно з наявною в атмосфері (0,03%) викликає різке збільшення продуктив­ності фотосинтезу. Брак світла під пологом лісу компенсується наяв­ністю більшої кількості С0₂ у повітрі, і це сприяє нормальному росту підросту деревних порід, а деякі види рослин взагалі пристосувалися до життя у такому середовищі.

Стратифікація вуглекислого газу по вертикалі в умовах лісу ви­глядає приблизно так: у нижньому 1,5-метровому шарі його концен­трація становить 0,07%, а іноді більше, з висотою вона зменшується і в кронах дерев, де С0₂ посилено споживається, становить 0,0022%. Але загальна кількість С0₂ у лісовому повітрі залежить від складу деревостанів, їх будови, повноти та інших факторів (вітер, рельєф, вологість фунту тощо). Найбільше С0₂ у повітрі букових лісостанів. Вітер змінює концентрацію С0₂ у повітрі лісових насаджень. П. С. Погреб­няк відмічає, що вітер зі швидкістю 2-3 м-сек^-1 підвищує продуктивність фотосинтезу вдвічі порівняно зі штилем. Це можна пояснити тим, що така швидкість вітру викликає турбулентний підйом С0₂ у крони дерев, а більша — відносить його по нижніх шарах повітря за межі лісу.

Активізуючи процеси розкладання лісової підстилки, ми збільшуємо надходження вуглекислого газу у лісове повітря.

Кисень потрібен для дихання живих організмів лісу та для процесу гниття органічних решток. З появою на землі зелених рослин попов­нення киснем атмосфери відбувається, головним чином, у процесі фотосинтезу. Кисню в атмосфері достатньо для дихання, він не являє собою лімітуючий фактор життя. Однак із середини XX ст. намітилась диспропорція між споживанням кисню та надходженням його до атмосфери. Це пов'язано з техногенною революцією. Для збереження балансу потрібно розширювати площі лісових насаджень, у тому числі навколо міст і промислових центрів.

Одним із основних елементів ґрунтового живлення рослин є азот — матеріальний субстрат життя, який входить до складу білків рослини, протоплазми клітин. Хоча азоту в атмосфері надто багато, зелені рослини не в змозі його використати безпосередньо. Незначна частина азоту може використовуватися рослинами у вигляді сполук, які утворюються при грозових розрядах і разом з дощем потрапляють у ґрунт. Ці сполуки задовольняють рослинний світ у азоті не більше, як на 5% потреби у ньому.

Основна маса азоту використовується через процес зв'язування газоподібного азоту атмосфери деякими ґрунтовими бактеріями та бульбочковими бактеріями, що поселяються на коріннях рослин із родини бобових та деяких інших видів. Саме через біологічну фіксацію азоту його накопичується у ґрунті до 65-70% від потреби рослин у цьому елементі.

Лісове повітря відрізняється від повітря відкритого простору на­явністю активних речовин, здатних знищувати шкідливі організми, очищаючи від них повітря. їх відкрив професор Б. П. Токін і назвав фітонцидами. За його даними, 1 га хвойного лісу виділяє за добу до 4, а листяного — до 2 кг летких органічних речовин, які мають фітонцидні властивості. Фітонциди при вдиханні лісового повітря позитивно впливають на життєвий тонус людини, активізують фізіологічні процеси у людському організмі.

Лісове повітря більш іонізоване у порівнянні з повітрям відкритого простору. Справа не тільки в тому, що при фотосинтезі в атмосферу виділяється кисень і поглинається вуглекислий газ, а в тому, що при фотосинтезі виділяється атомарний кисень, що більш активний, ніж молекулярний. Цей кисень іонізує повітря, утворюючи легкі негативно заряджені аероіони, які, при відповідній концентрації, позитивно впливають на самопочуття людини. Ліс підвищує іонізацію повітря в 2-3 рази порівняно з відкритою місцевістю, вона вища тут, ніж на березі моря. Благотворний вплив іонізованого повітря використовується при лікуванні багатьох хвороб. Вважається, що атмосфера соснового лісу сприяє лікуванню легеневих захворювань, а листяного — серцево-судинних.

3.3. Ліс і шкідливі атмосферні домішки (полютанти)

 

Забруднення атмосфери протягом XX ст. збільшилось у серед­ньому на 20%. У повітрі промислових центрів зросла концентрація димових газів, аерозолів, чадного та сірчаного газів, сполук фтору, вугільного та цементного пилу, оксиду азоту тощо. Загалом забрудню­вачі повітря отримали назву "полютанти." Вони перебувають у твер­дому, газоподібному та рідкому стані. Найнебезпечніші для людини — оксиди азоту, вуглеводень, сірчистий газ, пил та ін. При значній концен­трації полютантів у повітрі промислових центрів вони помітно шкодять здоров'ю людей. В Україні вміст шкідливих полютантів у повітрі пере­вищує допустимі норми.

Для лісу найбільш шкідливі аерозольні та газоподібні полютанти-сірчаний ангідрид, сірководень, фтористий та хлористий водень, аміак, ацетилен, вихлопні гази автотранспорту. Під дією шкідливих полютантів хворіють і гинуть перш за все хвойні ліси.

Але ліси здатні поглинати атмосферні домішки і до певної міри не страждати від цього. Тобто ліс виконує роль фільтра, очищаючи атмосферу. Один гектар лісу здатний щорічно осаджувати 50-70 т пилу, до 1 т фітотоксичних газів. Основними елементами поглинання виступають поверхня рослин і ґрунту. Ліс, як фільтр, забезпечує пере­міщення полютантів з атмосфери в біосферу.

Не всі деревні породи однаково відносяться до впливу полютантів. Критерієм газостійкості вважають ступінь пошкодження листя від утримання в них шкідливих речовин. Деревні породи поділяють за ступенем газостійкості на три групи: толерантні, середньо чутливі та дуже чутливі. Перелік порід за групами наведений у підручнику "Лісівництво" В. Є. Свириденка, О. Г.Бабіча, Л. С. Киричка (2004).

При веденні лісового господарства потрібно формувати лісостани з урахуванням газостійкості деревних порід. Це підвищить газостійкість лісів майбутнього.

3.4. Ліс і вітер

 

Вже згадувалося про позитивний вплив слабкого вітру на фото­синтез. Підвищення продуктивності фотосинтезу в 4-5 разів порівняно зі штилем відбувається тільки при достатньому забезпеченні рослин вологою. Без такого забезпечення вона збільшується максимум у 1,5 раза. Посилюючи транспірацію, вітер зі швидкістю 2-3 м сек^-1 сприяє переміщенню ґрунтових розчинів до крони, охолоджує асиміляційний апарат, запобігаючи його перегріванню. Позитивна дія вітру на ліс також полягає у розповсюдженні насіння, розселенні того чи іншого виду рослин. Більшість порід запилюються вітром і лише деякі породи (верби, липи, клени, акація біла, каштан та деякі інші) запилюються комахами.

Сильний, особливо сухий вітер може призвести до всихання асиміляційного апарату, бо надходження вологи від коріння не ком­пенсує його витрати кроною. Шкідлива дія вітру на ліс проявляється у формуванні однобоких крон та ексцентриситету у стовбурів. Це відбу­вається на узліссях, у місцях із сильними вітрами одного напряму.

У гірських умовах швидкість вітру збільшується з наростанням висоти над рівнем моря.

Для оцінки вітру за його швидкістю та дією на навколишній простір користуються 12-бальною шкалою Бофорта.

Із пошкоджень лісу вітром найбільш важливими є вітровал та бурелом. Дерева, які вивалюються з кореневою системою, відносять до вітровалу, а ті, стовбур яких ламається на певній висоті, — до бурелому. Небезпека вітровалу або бурелому залежить від характеру вітру, сезону року, деревної породи, віку дерев, їх стану, стану та характеру ґрунту тощо. Особливо великої шкоди лісу наносять вітри зі швидкістю 90-100 км*год^-1 і більшою (шторм та ураган). Вони здатні знищити цілі лісові масиви на відстані десятків кілометрів.

Із наших аборигенних порід найчастіше пошкоджується вітровалом ті, що мають поверхневу кореневу систему: ялина, береза, бук.

Залежно від лісорослинних умов окремі вітровальні породи можуть бути стійкими до дії вітру (наприклад, ялина на глибоко дренованих ґрунтах), а стійкі — вітровальними. Наприклад, сосна на перезволоже­них, дуб на неглибоких гірських ґрунтах. Більш терплять від вітровалу та бурелому насадження у стиглому віці.

Від бурелому частіше страждає осика через гниль та сосна на багатих ґрунтах.

Ліс, як ландшафт, складений із високорослих дерев, викликає шорсткість земної поверхні і служить значною перешкодою на шляху руху повітряних мас.

Одним із перших дослідників впливу лісу на вітер був проф. М. С. Нєстєров, який довів, що потік повітря, зустрічаючи на своєму шляху перешкоду у вигляді узлісся, піднімається вверх над лісом, а потім знову спадає вниз. При цьому на відстані приблизно двох висот дерев із завітряного боку швидкість вітру помітно слабне. З підвітряного боку перед узліссям утворюється зона підвищеного тиску, в якій швидкість вітру також помітно зменшується. У середині лісового масиву швидкість вітру значно зменшується. Швидкість вітру у кронах зни­жується приблизно в 4 рази, а в приґрунтовому шарі — у 10 разів.

Дія лісу на вітер знайшла практичне використання при створенні захисних лісосмуг. Регулюється ступінь зменшення швидкості вітру та відстань, на яку діють лісосмуги, відповідною конструкцією лісостанів цих захисних об'єктів.

Практичні висновки з розглянутого матеріалу теми стосуються у першу чергу підвищення газостійкості хвойних лісів, особливо при­міських. Потрібно відшукувати екологічні форми сосни звичайної, які у меншій мірі реагують на забрудненість атмосфери вихлопними газами та іншими шкідливими полютантами та розмножувати їх для отримання садивного матеріалу, для використання у приміських лісах та інших місцях з високим рівнем забруднення.

Зменшення шкідливого впливу вітру досягається суворим дотри­манням правил ведення рубок в узліссях, які межують з відкритим простором, напрямку рубки при суцільно-лісосічних рубках.