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.

Вразделе 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=1…1,3 – достаточная влажность климата; ГТК >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/см2/год;

L - 2,512 кДж/см2 - 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, оС;

18

Та – разница между среднемесячными toС 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 +10оС и почвы +5оС.

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 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