Функциональная устойчивость лесов. Лабораторный практикум

Лабораторная работа 6

Расчет задержания пыли насаждениями разных категорий участков и не покрытыми лесом площадями

(2 часа)

Цель работы: получить навык оценки продуктивности такого важного свойства зеленой растительности, как задержание пыли (т/га за год) для категорий типичных участков части лесничества.

Задачи:

1)исходя из ранее полученных данных по запасу фитомассы, произвести расчет задержания пыли типичными участками части лесничества;

2)произвести корректировку с учетом полезности по классу бонитета и полноты типичного участка.

Обеспечивающие средства: материалы лесоустройства, таксационные описания (100–120 выделов), выкопировка с планшета или плана лесонасаждений, общая часть по выбранному студентом лесничеству.

Краткие теоретические сведения

Важность пылезадерживающей способности лесных и не покрытых лесом площадей (лугов, сенокосов, вырубок, гарей, болот, сельхозугодий) определяется тем, что даже нетоксичная пыль имеет среднесуточную предельно допустимую для людей концентрацию меньшую, чем угарный газ, пары бензина, ацетона. Кроме того, в современном мире нетоксичной пыли уже не встречается. Так, в легких пингвинов с берегов Антарктиды обнаружен препарат ДДТ. Или, например, сухой тяжелый пустынный воздух, поступающий в Красноярск с господствующими ветрами юго-западного направления, берет начало в Аравийской пустыне, где США в военной операции «Буря в пустыне» против войск Ирана применяли артиллерийские снаряды с урановой оболочкой. Дальнейший путь этих воздушных масс пролегает над территорией Ирана, реализующего свою ядерную программу, затем – через государства Средней Азии над высохшим Аральским морем с перевеваемыми донными отложениями, содержащими удобрения, гербициды, инсектициды, пестициды, дефолианты с бывших поливных плантаций хлопка. Проходя над полями приземления первых ступеней ракет в окрестностях Байконура, над Семипалатинским

31

полигоном подземных ядерных испытаний, развитой в промышленном отношении Кемеровской областью, воздушные массы, идущие в Красноярск, получив многие вредные частицы пыли, встречают на пути поросший темнохвойными лесами хребты Кузнецкого Алатау и лесистые отроги Восточного Саяна. Этот фильтр защищает жителей Красноярска от множества вредных веществ, переносимых в частицах пыли.

Приведенный пример лишь в малой степени иллюстрирует постоянно идущий глобальный процесс очищения атмосферы Земли от пыли территориями, занятыми растительностью и поверхностями водоемов.

Выхлопные газы автомобильного транспорта загрязняют леса вдоль дорожных магистралей. Токсическими компонентами выхлопных газов являются фумиганты окиси углерода, нитрозные газы, ненасыщенный водород и их фотохимические продукты реакции, а также полициклические ароматические углеводороды, сажа и др. Выхлопные газы, как правило, вызывают локальные ослабления и усыхания насаждений в местах застойных воздушных тупиков, обусловленных рельефом. В равнинной местности это обычно лощины разной конфигурации. Эффект застойности воздушных масс может усиливаться определенной структурой древостоя.

К загрязняющим атмосферу и почву веществам относятся также пылевидные выбросы. При сжигании каменного угля в атмосферу выбрасывается летучая зола, воздействующая в основном на ассимиляционный аппарат растений. Цементная пыль представляет собой смесь минералов, содержащих калий, кальций и алюминий. Разрушающе действуя на хвою и листья, пыль снижает прирост и, как следствие этого, продуктивность насаждений. Вблизи предприятий цветной металлургии скапливается пыль, содержащая частички металлов. Скопление окиси свинца и цинка в верхних слоях почвы вызывает нарушение деятельности корневых систем, может привести к ослаблению и усыханию деревьев. Осевшие на растениях свинцовые соединения могут служить причиной отравления растительноядных животных.

В фундаментальной работе «Средообразующая роль темнохвойного леса» В. В. Протопопов предложил несколько биометрических показателей, характеризующих степень концентрации и размещения в пространстве фитомассы древостоев, с которой связаны масштабы трансформации лесом факторов окружающей среды, в том числе

32

и пылезадержание. Одним из простых показателей для оценки пылезадерживающей способности насаждений является полный листовой индекс древостоев. Это отношение суммарной поверхности хвои и листьев в лесу на площади в 1 га к площади гектара (га/га).

Согласно данным В. В. Протопопова, принимаем следующие максимальные придержки листового индекса (га/га) для высокобонитетных, высокополнотных насаждений разных групп возраста (за исключением перестойных, т. е. старше спелых на два и более класса возраста):

–для темнохвойных – 13;

–сосновых – 7;

–лиственничных – 6;

–березовых и осиновых насаждений – 5.

Эти придержки должны корректироваться в соответствии с бонитетом, полнотой и возрастом конкретных типичных насаждений, подобно корректировке ионизирующей способности насаждений в лабораторной работе 4.

Редины, вырубки, гари, прогалины, молодые посадки, сенокосы условно характеризуются листовым индексом в 2–3 га/га (до 4) в зависимости от степени развития на них травостоя, зарослей кустарников, подроста или молодых несомкнувшихся лесных культур.

Используя для примера расчет листового индекса, уже знакомого по предыдущим расчетам сосняка состава 9С1Б (120) III бонитета с полнотой 0,7, находим листовой индекс для сосняков III бонитета.

Для этого максимальную придержку для сосняков в 7 га/га уменьшаем по бонитету. Для определения осаждения пыли применим следующие расчеты, скорректированные по полноте:

где Пк.б – полезность по классу бонитета.

Так как возраст рассматриваемого примера сосняка близок к возрасту спелости, дальнейшего корректирования листового индекса не требуется. При корректировке листового индекса по полноте древостоев имеется ограничение: листовой индекс низкополнотных насаждений не может быть меньше, чем у не покрытых лесом земель. С уменьшением полноты древостоя быстро возрастает доля подроста, подлеска и живого напочвенного покрова в общем объеме, весе и листовом индексе насаждений.

33

Литературные сведения о количестве задерживаемой лесами пыли довольно противоречивы. По исследованиям В. Ф. Докучаевой, лиственные насаждения разного состава задерживают за лето от десятков до сотен и даже тысяч килограммов пыли (вязовое насаждение – до 2 235 кг/га). В. В. Протопопов показал, что 1 га сосновых насаждений способен аккумулировать за одну пыльную бурю от 360 до 60 кг пыли на расстоянии от 15 до 150 км от очагов эрозии. В Западной Европе еловые древостои ежегодно фильтруют из воздуха около 32 т/га пыли. Н. Н. Родзевич приводит данные о том, что 1 га дубовых насаждений отфильтровывает своими кронами в год 54 т пыли, сосняка – 35 т, ельника – 32 т.

Осреднив три последних показателя, находим среднее максимальное количество задерживаемой пыли различными насаждениями: около 40 т/га в год. Разделив это количество на максимальный листовой индекс в 13 га/га, образуемый темнохвойными лесами, получаем придержку для оценки пылезадерживающей способности одной условной единицы листового индекса, примерно равную 3 т пыли на 1 га за год. Если принять среднюю плотность разного рода пыли в 1,5 т/м3, можно подсчитать, что 3 т пыли, задержанной 1 га участка фитоценоза со средним за год листовым индексом 1 га/га, представляет собой слой пыли в 0,2 мм (толщина двух лезвий безопасной бритвы по 0,1 мм каждое).

Теперь можно оценить количество пыли, задерживаемое уже использованным в качестве примера сосняком 120 лет III класса бонитета с полнотой 0,7. Откорректированный по бонитету и полноте листовой индекс этого сосняка оказался равным 3,9 га/га. Следовательно, рассматриваемый сосняк может отфильтровать из воздуха пыли (3,9 га/га · 3 т/га = 11,7 т/га в год), т. е. около 12 т/га в год. Это составит слой пыли толщиной примерно в 0,8 мм.

Результаты расчетов листового индекса и количества задерживаемой пыли для типичных участков каждой категории вносятся в табл. 5 в соответствующие графы.

Порядок выполнения работы

1.Определить листовой индекс древесной породы.

2.Определить полезность по классу бонитета.

3.Рассчитать по формуле (4) задержание пыли. Вписать полученные данные в табл. 5.

4.Сделать выводы по лабораторной работе.

34

Контрольные вопросы и задания

1.Какая категория участков поглощает больше/меньше пыли?

2.Какой листовой индекс у разных древесных пород?

3.Определите полезность по классу бонитета.

4.Какой ученый предложил показатели для оценки пылезадерживающей способности насаждений (листовой индекс древостоев)?

5. Перечислите виды пыли, с которыми вы познакомились

вработе.

6.Перечислите защитные функции лесов.

7.Расскажите о влиянии различных элементов фитомассы насаждений на средозащитные свойства компонентов леса.

8.Укажите источники загрязнения окружающей среды вообще и территории вашего лесничества в частности.

9.Перечислите факторы, определяющие способность проявления лесами своих защитных функций (экологические, фитоценотические и др.).

35

Лабораторная работа 7

Расчет фитонцидной продуктивности типичных участков выделенных категорий

(2 часа)

Цель работы: ознакомиться с таким важным санитарно-гигие- ническим свойством лесных насаждений и непокрытых лесом площадей, как выделение фитонцидов; получить навыки оценки фитонцидной продуктивности участков.

Задача: произвести расчет фитонцидной продуктивности типичных участков.

Обеспечивающие средства: материалы лесоустройства, таксационные описания (100–120 выделов), выкопировка с планшета или плана лесонасаждений, общая часть по выбранному студентом лесничеству.

Краткие теоретические сведения

Большинство древесных растений, многие кустарники и травы выделяют в атмосферу летучие вещества, обладающие бактерицидными свойствами. Их называют фитонцидами – растительными ядами. Это эфирные масла и алкалоиды, состоящие в основном из углеводородов. Фитонциды действуют губительно на многие болезнетворные бактерии и другие простейшие организмы. Под влиянием фитонцидов, содержащихся в соке хвои и листьев растений или экстрагированных в воду, например в атмосферные осадки, а также летучих органических веществ, содержащихся в воздухе, у патогенных микроорганизмов происходит подавление или угнетение роста.

Фитонцидная производительность и антимикробный эффект связаны с составом насаждений и находятся в прямой зависимости от количества сконцентрированной в них зеленой фитомассы. По этим признакам первое место занимают кедровые, пихтовые и сосновые фитоценозы, далее следуют еловые и лиственничные, за ними – березовые и осиновые насаждения.

Из подлесочных пород высокими фитонцидными свойствами, по данным В. В. Протопопова, обладают (в порядке убывания): рододендрон даурский, багульник болотный, смородина черная, жимолость синяя, таволга, рябина; из травянистых растений – чеснок, лук, черемша, горчица, крапива двудомная, ландыш. По массе фитонциды занимают десятые доли процента от продуктивности фотосинтеза.

36

Ориентировочно высокобонитетные, высокополнотные насаждения разных групп возраста, за исключением перестойных, выделяют следующие количества фитонцидов за лето: кедровые, пихтовые, сосновые – 10 кг/га; еловые и лиственничные – 5 кг/га; березовые

иосиновые – 3 кг/га. Непокрытые лесом площади могут выделять по 1–2 кг фитонцидов за лето с 1 га.

Большинство древесных растений выделяют в атмосферу летучие вещества, обладающие бактерицидными свойствами, – фитонциды. Они губительно действуют на многие болезнетворные бактерии

идругие простейшие организмы. При их образовании расходуется диоксид углекислого газа и Н2 воды и выделяется О2. Максимальная фитонцидная активность древесных растений отмечается в летний период, снижение ее весной и осенью. У некоторых деревьев и кустарников наивысшая фитонцидность наблюдается весной в период активного роста. Наиболее высокой антимикробной активностью характеризуется пространство под пологом леса, ограниченная слоем примерно 6–9 м от поверхности почвы.

Фитонциды эффективны даже в очень малых концентрациях. Специалисты считают, что 2 кг фитонцидов достаточно для обеззараживания воздуха в городе средних размеров. Действие их будет продолжаться, пока воздушные потоки не вынесут фитонциды за пределы города.

Расчет количества фитонцидов, выделяемых с 1 га конкретных типичных участков за лето, ведется путем корректирования вышеприведенных придержек по бонитету, полноте и возрасту конкретных древостоев. Взяв для примера уже знакомый по прежним расчетам сосняк состава 9С1Б (120) III класса бонитета с полнотой 0,7, корректируем максимальную придержку по бонитету (10 кг/га · 0,8 = 8 кг/га за лето) и по полноте (8 кг/га · 0,7 = 5,6 кг/га за лето). Для рассматриваемого сосняка корректировка по возрасту не требуется.

Порядок выполнения работы

1.Получить представление о фитонцидах и их санитарногигиенических свойствах из лекционного материала.

2.Получить представление о количестве выделяемых различными насаждениями фитонцидов.

3.Откорректировать максимальные придержки фитонцидной продуктивности различных насаждений по бонитету, полноте и возрасту.

37

4.Произвести расчет фитонцидной продуктивности площади каждой категории участков.

5.Произвести расчет фитонцидной продуктивности всей площади каждой категории участков, суммарной продуктивности части лесничества и доли продуктивности каждой категории в процентах от суммарной продуктивности части лесничества.

6.Сделать выводы по лабораторной работе. На основании произведенных расчетов вписать полученные данные в табл. 5.

Контрольные вопросы и задания

1.Дайте определение понятию «фитонциды».

2.Назовите ученого, писавшего о фитонцидных свойствах различных растений.

3.Какие древесные породы выделяют наибольшее количество фитонцидов?

4.Какие категории участков оказались наиболее продуктивными

вусловиях вашего лесничества?

38

2.РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ ПОЛЕЗНОСТЕЙ

ИОЦЕНКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЛЕСОВ

ЧАСТИ ЛЕСНИЧЕСТВА

Для выполнения лабораторных работ 8–13 потребуется применение интегрирующего подхода в оценке полученных расчетных данных для синтеза решений, ведущих к сохранению и поддержанию способности насаждений устойчиво выполнять общественно полезные функции.

На основании табл. 5 для дальнейшей работы необходим учет сведений о давности и интенсивности хозяйственного освоения лесов района, которые студенты находят в сети Интернет, с учетом местоположения лесничества.

Период освоения лесных территорий иногда может насчитывать несколько столетий (в лесостепных котловинах с черноземными почвами, вокруг крупных городов), чаще оно занимает период науч- но-технической революции в пределах ХХ в., особого внимания заслуживает временной отрезок в два последних десятилетия. При этом необходимо изучить следующие вопросы:

–преобладают ли в типичной части лесничества насаждения I

иII групп возраста или, наоборот, III–IV групп либо представленность насаждений по группам возраста равномерная;

–наблюдалась ли смена хвойных пород на лиственные и в какие из упомянутых периодов хозяйственного освоения района;

–имело ли место снижение класса бонитета древостоев, их относительной полноты и в какие периоды;

–происходило ли сокращение площади лесных покрытых лесом земель при накоплении площади вырубок, гарей, пустырей и нелесных земель и в какие периоды.

Ответы на эти вопросы позволят выявить нарушения в устойчивом выполнении лесами лесничества полезных функций в прошлом

испрогнозировать возможности сохранения и повышения функциональной устойчивости лесов района на будущее.

Повышение продуктивности леса может быть достигнуто посредством применения системы взаимосвязанных между собой мероприятий. Эти мероприятия можно разделить на группы.

К первой группе относятся:

а) повышение плодородия почвы путем внесения удобрений, известкования, гипсования, введение в лесонасаждения почвоулучшающих трав, соответствующих кустарников в качестве подлеска;

39

б)осушение находящихся под лесом территорий с избыточным увлажнением, осушение болот, прилегающих к насаждениям, и проведение дренажа (расчистка ручьев, речек, канав);

в) облесение вырубок, прогалин, полян, гарей и прочих неиспользованных земель;

г) замена малоценных малопродуктивных древостоев на продуктивные насаждения с древесными породами более высоких качеств;

д)повышение полноты низкополнотных изреженных насаждений;

е) создание наиболее эффективного состава насаждений в соответствующих лесорастительных условиях;

ж) внедрение быстрорастущих пород и использование различных климатических и почвенных экотипов и фенологических форм древесных пород в соответствующих лесорастительных условиях.

Ко второй группе относятся:

а) сбор высококачественных семян и правильная своевременная предпосевная подготовка их;

б)качественная подготовка почвы для посева семян на постоянное место или в питомниках;

в) выращивание доброкачественного посадочного материала (сеянцев, саженцев);

г) подготовка почвы под лесокультуры; д)подбор пород и их правильное размещение при посадке;

е) своевременный уход за лесокультурами; ж) борьба с вредителями леса в молодом возрасте;

з) охрана лесокультур от потрав и других механических повреждений.

В третьей группе мероприятий главное внимание должно быть направлено:

а) на сокращение периода выращивания древостоев и установление оптимальных возрастов рубок, исходя из сортиментного потребления древесины народным хозяйством;

б)уменьшение периода возобновления и лесовосстановления (искусственное и естественное создание леса);

в) создание на больших площадях насаждений из быстрорастущих пород;

г) подбор пород в составе древостоев; д)все виды рубок ухода за лесом (осветление, прочистки, про-

реживание, проходные рубки) как управление подбором и сменой по-

40