4469

21

чай, таволга, сныть, чистотел, копытень, валериана, чина луговая, костер безостый, таволга вязолистная.

Индикаторы умеренного (среднего) плодородия: майник двулистный, медуница, грушанка, гравилат речной, овсяница луговая, купальница, вероника длиннолистная.

О низком плодородии свидетельствуют сфагновые (торфяные) мхи, наземные лишайники, клюква, душистый колосок.

Безразличны к почвенному плодородию: лютик едкий, пастушья сумка, мятлик луговой, ежа сборная.

Кроме общего понятия «плодородие почвы», при помощи растений можно выяснить обеспеченность почвы определенными элементами. например, о высоком содержании азота свидетельствуют растения-нитрофилы – иван-чай, малина, крапива; на лугах и пашне – разрастание пырея, гусиной лапчатки, спорыша (горца птичьего). При хорошем обеспечении азотом растения имеют интенсивно-зеленую окраску. Наоборот, недостаток азота проявляется в бледно-зеленой окраской растений, уменьшением ветвистости и числа листьев.

Высокую обеспеченность кальцием показывают кальцефилы: многие бобовые, например, люцерна серповидная), лиственница сибирская.

При недостатке кальция господствуют кальциефобы – растения кислых почв: хвощ, белоус, щучка (луговик дернистый), щавелек, сфагнум и др. Эти растения устойчивы к вредному действию ионов железа, марганца, алюминия.

Следует отметить, что в классификации типов леса по В. Н. Сукачеву используются растения-индикаторы почвенного плодородия.

Практическая часть

1.В часы самостоятельной работы по материалам лекций изучить биоиндикационные методы мониторинга почв.

2.Подготовить конспект ответов на вопросы:

1.Растения – индикаторы плодородия почвы.

2.Растения-нитрофилы, кальциефилы, кальциефобы.

3.Растения – индикаторы водного режима почв.

4.Растения – индикаторы глубины залегания грунтовых вод.

5.Растения – индикаторы кислотности почв (по А. Г. Раменскому,

1956).

6.Биоиндикация избыточного содержания химических элементов в

почве.

7.Фаунистическая биоиндикация.

8.Использование листьев липы в качестве биоиндикатора солевого загрязнения почвы.

22

Занятие 2. Физико-химические методы исследования почв (2 часа)

Цель работы – Ознакомление с методиками исследования почв в полевых и лабораторных условиях.

Теоретическая часть

Почва – верхний корнеобитаемый слой земной коры, из которого растения извлекают необходимые для их жизнедеятельности воду и элементы минерального питания. Любая почва состоит из трех главных составляющих частей, которые находятся между собой в тесном взаимодействии.

Твердая фаза почвы содержит основной запас питательных веществ для растений. Она состоит на 90 % и более из сложных минералов и примерно на 10 % и менее из органических веществ, которые изучают очень важную роль в плодородии почвы. Почти половина массы твердой фазы почвы приходится на связанный кислород, одна треть – на кремний, более 10 % - на алюминий и железо, 7 % - на остальные элементы.

Совокупность мелкораздробленных (коллоидных) частиц почвы и органических веществ составляет почвенно-поглощающий комплекс (ППК).

Суммарный заряд ППК большинства почв отрицательный, и тем самым он удерживает на своей поверхности в поглощенном состоянии в основном положительно заряженные ионы-катионы. Так, для черноземных почв характерно преобладание ионов Са и Mg; в кислых почвах, наряду с Са и Mg, присутствуют ионы Н и Al; в солонцеватых почвах – ионы Na.

Почвенный раствор – наиболее подвижная и активная часть почвы, в которой совершаются разнообразные химические процессы, и из которой растения непосредственно усваивают питательные вещества.

Почвенный воздух – служит основным источником кислорода для дыхания корней растений. Он отличается от атмосферного повышенным содержанием углекислого газа и несколько меньшим – кислорода.

Плотность почвы является одним из важнейших физических показателей. Повышенная плотность нарушает водно-воздушный режим почвы, ухудшает условия для роста и развития растений.

Практическая часть

1.Определение плотности почвы на различных участках дендрария ВГЛТА производится с помощью плотномера Ревякина. По результатам измерений составляется отчет.

2.Подготовить конспект ответов на вопросы:

1.Основные физические и химические свойства почвы.

2.Физико-химические методы исследования почв.

3.Кислотность почвы и методы ее определения.

4.Методы определения биологической активности почв.

23

ТЕМА 4. МЕТОДЫ МОНИТОРИНГА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Занятие 1. Биоиндикационные методы (2 часа)

Цель работы – Ознакомление с методикой использования живых организмов в качестве индикаторов качества водной среды.

Теоретическая часть

Вода, самое распространенное соединение в природе, не бывает абсолютно чистой. Природная вода содержит многочисленные растворенные вещества – соли, кислоты, щелочи, газы (углекислый газ, азот, кислород, сероводород), продукты отходов промышленных предприятий и нерастворимые частицы минерального и органического происхождения.

Свойства и качество воды зависят от состава и концентрации содержащихся в ней веществ. Наиболее чистая природная воды – дождевая, но и она содержит примеси и растворенные вещества (до 50 мг/л).

Содержание растворенных веществ в морской воды составляет 1000020000, а в воде океанов – около 35000 мг/л. Вода соленых озер – 20000 мг/л и более.

Воду, содержащую до 0,1 % растворенных веществ, принято называть пресной, от 0,1 до 5 % - минерализованной, свыше 5 % - соленой.

Водоемы, загрязненные органическими стоками, как и организмы, способные жить в них называют сапробными (от греческого слова «сапрос» - гнилой). По степени загрязненности вод органическими веществами водоемы классифицируют на полисапробные, мезосапробные и олигосапробные.

Вполисапробной зоне водоема органических веществ много, кислорода нет. Здесь происходит расщепление белков и углеводов.

Вмезосапробной зоне нет неразложившихся белков, есть сероводород, диоксид углерода и кислород. Происходит минерализация органических веществ.

Волигосапробной зоне практически нет растворенных органических веществ, кислорода много, вода чистая.

Видовой состав и численность обитателей водоема зависят от свойств воды. Главная идея биомониторинга состоит в том, что гидробиоты отражают сложившиеся в водоеме условия среды. Те виды, для которых эти условия неблагоприятны, выпадают, заменяясь новыми видами с иными потребностями.

Изучение качества воды может проводиться по наличию биоиндикато-

ров:

растительных (общее число видов водорослей, доминирующие виды водорослей, сапробность водоема);

животных (биотический индекс, индекс Гуднайта и Уотлея).

24

Практическая часть

1.В часы самостоятельной работы по лекционным материалам и рекомендуемым литературным источникам ознакомиться с биоиндикационными методиками определения качества воды.

2.Подготовить конспект ответов на вопросы:

1.По какому признаку воду относят к пресной, минерализованной,

соленой?

2.Какие водоемы называют сапробными?

3.Характеристика полисапробных, мезосапробных и олигосапробных зон водоемов.

4.Биоиндикационные методы изучения качества воды.

5.Оценка качества воды малых рек и озер по биотическому индексы.

6.Определение степени загрязнения водоема по индексу Гуднайта и

Уотлея.

7.Определение трофности водоема и степени эвтрофикации.

8.Какие меры следует принимать для оздоровления водоемов с сильной эвтрофикицией?

9.Биоиндикация токсичности природных вод с помощью дафний и парамеций.

10.Индикация загрязнения водоема с использованием пресноводных моллюсков.

Занятие 2. Физико-химические методы мониторинга качества воды (2 часа)

Цель работы – Ознакомление с методами определения органолептических и химических свойств воды.

Теоретическая часть

В воде происходят процессы окисления-восстановления, физикохимические, биохимические, вызванные деятельностью микроорганизмов, сорбции, десорбции и т.д. Могут изменяться и органолептические свойства воды – запах, цвет и др.).

Некоторые вещества способны адсорбироваться на стенках сосудов (железо, алюминий, медь, марганец и др.), а из стекла бутылей могут выщелачиваться микроэлементы. При невозможности исследовать воду в установленные для соответствующих показателей сроки ее охлаждают или консервируют (в качестве консерванта используют Н2SO4, HNO3, хлороформ). Биохимические процессы в воде можно замедлить, охладив ее до 4°С. В этих условиях медленнее разрушаются и многие органические вещества.

25

Практическая часть

1.Проводится анализ органолептических свойств образцов воды из различных источников (природный водоем, водопровод, бутилизированная питьевая вода). Оценке подлежат: прозрачность, цветность, цвет, запах, содержание взвешенных частиц.

2.Определяется водородный показатель (рН). По данным наблюдений составляется отчет.

3.Подготовить конспект ответов на вопросы:

1.Что относится к химическим показателям воды?

2.Что определяют по шкале набора Алямовского?

3.Способы определения запаха воды.

4.Цветность и цвет природных вод.

5.Способы определения прозрачности воды.

6.Что такое жесткость воды, и какими методами она определяется?

ТЕМА 5. ОЦЕНКА УГЛЕРОДОДЕПОНИРУЮЩЕЙ И КИСЛОРОДОПРОДУЦИРУЮЩЕЙ ФУНКЦИИ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ (2 часа)

Цель работы – изучение способов определения количества поглощаемого СО2 и выделяемого О2 в процессе фотосинтеза.

Теоретическая часть

Выделение кислорода и поглощение углерода (углекислого газа) зелеными растениями происходит в процессе фотосинтеза:

6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2 Оценка основана на определении количества поглощаемого СО2 и вы-

деляемого О2 при образовании единицы (1 тонны) сухого органического вещества (годичного прироста древесины) в процессе фотосинтеза.

Расчет выполняется следующим образом:

1. Определяется масса молей компонентов, входящих в суммарное уравнение фотосинтеза:

6СО2 – 264 г, 6Н2О – 108 г, С6Н12О6 – 180 г, 6О2 – 192 г (атомные веса:

С-12, О – 16, Н – 1).

2. По данным химического анализа 1 т абсолютно сухой древесины (например, берёзы) содержит: С – 500 кг, Н – 61 кг, О2 – 430 г.

Из суммарного уравнения фотосинтеза следует, что масса 1 моля глюкозы - С6Н12О6 (180 г) распределяется следующим образом: С – 72, Н – 12,

О– 96 г.

3.Масса углекислого газа, поглощенного при усвоении 500 кг углеро-

да:

26

Таким образом, запас углерода определяется через общий запас фитомассы древесной, кустарниковой и травянистой растительности на территории лесного фонда и удельное содержание углерода в фитомассе. Исходя из общих запасов фитомассы оценка запасов углерода производится с применением конверсионных коэффициентов: для 1т сухой массы древесины и корней – 0,5; для хвои и листьев – 0,45.

Порядок расчета следующий:

1.По таксационным показателям запаса древесины и текущего прироста древостоев в м3/га путем умножения на величину условий плотности

древесины (отношение абсолютно сухой массы к объему свежесрубленной древесины) в т/м3 вычисляются данные показатели в единицах веса сухого вещества. Значения условной плотности древесины (т/м3): лиственница –

0,520; сосна – 0,400; ель – 0,300; кедр сибирский – 0,350; пихта – 0,300; дуб 0,550; берёза – 0,500; бук – 0,530; осина – 0,400; ольха – 0,420; липа – 0,320.

2.С учетом поправки на массу корневых систем (15-20 % от массы древостоя) и массу ветвей и листвы (20-25 % от массы древостоя) рассчитывается общая фитомасса и прирост фитомассы древостоя в весовых единицах сухого вещества.

3.Определяется масса травяного покрова, подлеска, подроста, лесной подстилки по соответствующим методикам, принятым в лесоведении и лесоводстве.

4.Вычисляется содержание углерода в различных элементах фитомассы (в т/га) через конверсионные коэффициенты: для массы (в т) стволовой древесины (и ветвей) – 0,5; для травяного покрова, листвы…

5.Масса кислорода, полученного в результате разложения 1834 кг углекислого газа:

6.Масса кислорода, полученного при разложении 549 кг воды:

7.Общая масса кислорода:

m = 1335 + 488 = 1823 кг.

8. Масса кислорода, выделяющегося в атмосферу: m = 1823 + 430 = 1393 кг.

Таким образом, определенные по уравнению фотосинтеза величины поглощения СО2 (около 1,8 т на 1 т сухой древесины) и выделения О2 (около 1,4 т на 1 т сухой древесины) являются конверсионными коэффициентами для определения этих показателей в целом для конкретных насаждений по

27

текущему приросту древесины, выраженному в весовых единицах абсолютно сухого вещества.

Чтобы установить содержание углерода в разных компонентах древостоя, определяются запас фитомассы каждого из них (в абсолютно сухом состоянии). Далее с помощью коэффициентов содержания углерода в абсолютно сухом веществе фитомассы рассчитывается его масса в каждом компоненте древостоя. Полученные данные суммируются.

Учитывается углерод в массе детрита (мертвая древесина), подросте, подлеске, травяном покрове.

Основная доля углерода содержится в древостое – 88 %; в хвое и листьях – 5 %; в сухостое и валеже – 6 %; в подросте, подлеске, живом напочвенном покрове – 1 %; лесной подстилке – 0,45. Конверсионный коэффициент – это есть относительная величина количества углерода в единице сухого органического вещества (древесины, листвы, подстилки, гумуса и т.д.) В среднем, лоя большинства древесных пород в 1 т абсолютной сухой древесины содержится 0,5 т углерода.

9.При расчете количества выделяемого лесом кислорода учитывается только древесный прирост. Биомасса листьев, хвои и травяного покрова не принимается во внимание, так как в конечном счете она не оказывает влия-

ние на баланс кислорода (выделившийся О2 при образовании листвы, хвои расходуется в процессе их разложения в опаде). При умножении массы годичного прироста в абсолютно сухом состоянии на коэффициент продуцирования кислорода (1,4), определяем вес выделенного за год кислорода, который можно перевести в объем через объемный вес О2, равный 1,43 г/л.

10.Запас, годичный прирост фитомассы, отпад и опад растительных остатков следует оценивать не только по массе, но и в единицах энергии, выражаемой в калориях или джоулях. Соотношение этих единиц следующее: 1 Дж = 0,238 кал, 1 кал = 4,186 Дж. Энергетическая оценка лесной фитомассы необходима в связи с возможной заменой ископаемого топлива на возобновляемый и экологически более чистый источник энергии – древесину.

11.Теплотворная особенность древесины деревьев различных пород изменяется следующим образом: сосна обыкновенная – 4800-5020 кал/г; ель европейская – 4680-4700; липа мелколистная – 4670-4750; лиственница сибирская – 4620-4790; берёза повислая – 4650-4690; берёза пушистая – 45504645; дуб черешчатый – 4420-4600 кал/г. В общем плане теплотворная способность древесины возрастет по мере перехода от тропических лесов к таежной зоне (тропический лес – 4 ккал/г, широколиственные леса – 4,6-4,7 ккал/г, тайга – 4,8-4,9 ккал/г).

12.При сжигании древесины удельное поступление различных загрязняющих веществ в атмосферу в 5-100 раз меньше, по сравнению в выбросами при использовании дизельного топлива.

28

Практическая часть

1.По индивидуальному заданию (таксационные описания насаждений) производится расчет массы поглощенного всеми элементами лесного фитоценоза углекислого газа и выделяющегося при этом кислорода.

2.Подготовить конспекты ответов на вопросы:

1.Где используются конверсионные коэффициенты?

2.Что означает термин «условная плотность древесины»?

3.Почему при расчете выделяемого лесом кислорода учитывается только древесный прирост?

4.Каким образом проводится оценка показателей фитомассы в единицах энергии?

5.Почему древесина является более чистым источником энергии по сравнению с ископаемым топливом?

ТЕМА 6. МОНИТОРИНГ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ В ЛЕСАХ

Занятие 1. Определение степени пожарной опасности по природным условиям.

Цель работы – Ознакомление с методиками определения степени пожарной опасности по природным условиям.

Теоретическая часть

Осуществление мониторинга пожарной опасности в лесах является частью системы мероприятий по обеспечению пожарной безопасности в лесах

(ст. 53 ЛК).

Мониторинг пожарной опасности в лесах осуществляется исходя из разделения лесов на зоны охраны – наземную, где охрана лесов осуществляется наземными силами и средствами (зона наземного мониторинга), авиационную, где охрана осуществляется авиалесоохраной (зона авиационного мониторинга), зону, активно не охраняемой авиационной и наземной охраной лесов (зона космического мониторинга).

Целью мониторинга является информационное обеспечение органов управления лесного хозяйства в субъектах Российской Федерации и органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации оперативной информацией об уровне пожарной опасности в лесах и лесопожарной обстановке.

Характер леса накладывает непосредственный отпечаток на состав, количество, распределение и состояние лесных горючих материалов. Особенно сильно страдают от лесных пожаров хвойные молодняки.

29

Пожарная опасность на вырубках значительно выше, чем в лесу. Таким образом, наиболее вероятные виды пожаров, условия и продолжительность периода их возможного возникновения и распространения имеют тесную связь с типом леса и вырубок, с возрастом древостоя, со степенью захламленности.

Для противопожарного устройства лесов и правильного планирования противопожарных мероприятий необходимо классифицировать лесную территорию по степени пожарной опасности.

Для оценки такой природной опасности лесных участков И. С. Мелеховым была разработана специальная шкала, в основу которой положен поч- венно-типологический принцип.

Практическая часть

1.Внимательно изучить шкалу оценки лесных участков по степени опасности возникновения в них пожаров (прил. 1).

2.Используя таксационные описания и элементы плана лесонасаждений, на участке из 4-х кварталов определить класс пожарной опасности.

3.Каждый выдел закрасить или заштриховать: I класс – красный; II – оранжевый; III – желтый; IV – зелёный; V – синий.

4.Определить класс пожарной опасности каждого квартала по урав-

нению

где П1, П2…Пn – класс пожарной опасности отдельных выделов;

S1, S2… Sn – площадь выделов, относящихся к определенному классу пожарной опасности.

5. Дать общую оценку пожарной опасности каждого квартала.

Контрольные вопросы

1.Какие факторы определяют природную пожарную опасность лесов?

2.Перечислите наиболее пожароопасные типы лесов и охарактери-

зуйте их.

3.Как влияет форма древостоя на распространение лесного пожара?

4.Почему вырубки и старые горельники отличаются повышенный степенью пожарной опасности?

5.Классификация лесных пожаров. Условия возникновения и развития верховых и подземных пожаров.

6.Лесоводственные способы снижения степени природной пожарной опасности.

30

ТЕМА 7. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ (2 часа)

Цель работы – Изучение особенностей взаимодействия между атмосферными примесями и лесными экосистемами и способов оценки техногенного воздействия.

Теоретическая часть

Среди антропогенных воздействий на лесные экосистемы важное место занимают техногенные загрязнения атмосферы. При осуществлении мониторинга лесных экосистем возникает необходимость выявления фоновых уровней воздействия, при которых параметры лесных насаждений изменяются в пределах естественных колебаний и практически безопасны. Умеренные дозы антропогенных воздействий являются причиной хронических медленных нарушений состояния природной среды. Наиболее глубокие изменения происходят незаметно. Видимые признаки повреждения появляются лишь после того, как накопленные в течение длительного времени изменения преодолеют сопротивление экосистемы (порог устойчивости), нарушится деятельность ее буферных механизмов, гомеостаза, т.е. когда экосистема начнет деградировать.

Различают 3 класса взаимодействий между атмосферными примесями

илесными экосистемами:

I. При низком содержании примесей растительность и почвы лесных экосистем функционируют в качестве их поглотителей.

II. При среднем (умеренном) содержании промышленных эмиссий некоторые виды деревьев и отдельные особи испытывают отрицательное влияние, которое выражается в нарушении баланса и обмена питательных веществ, снижении иммунитета к вредителям и болезням и повышенной заболеваемости.

III. Высокое содержание примесей (взаимодействие третьего класса может вызвать резкое снижение иммунитета или гибель некоторых деревьев

иразрушение сообществ.

Поверхность почвы и растений – основные поглотители примесей, поступающих в экосистемы. Загрязнение почвы тяжелыми металлами снижает скорость разложения подстилки, уменьшает урожай семян и плодов. кислотные осадки снижают продуктивность лесных экосистем, нарушают углевод- но-солевой обмен в растениях, способствуют выносу оснований и накоплению в почве ионов Al, Mn, F, сдерживающих рост корней, активность почвенной микрофлоры и нарушают режим минерального питания.