lesovedenie_1980

насаждений на песках, по оврагам, балкам и т. д. Так меня­ ется география древесных пород не только в ботанико-фло­

ристическом смысле, но и в смысле лесоводственном, лесохо­

зяйственном, лесопромышленном; сельскохозяйственном. Речь· идет о географии искусственно созданных и создаваемых насаж­ дений и о дальнейшем расширении географических границ для новых лесов и насаждений.

Глава 5

КЛИМАТ И ЛЕС

§ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Климат оказывает большое влияние на лес, например, на

состав насаждений и их продуктивность в различных клима­

тических регионах. Своеобразие взаимосвязей между лесом

иклиматом заключается и в том, что не только климат влияет

на лес, но и сам лес влияет на климат. Это в свою очередь

приводит к тому, что лес испытывает на себе и воздействие

климата, изменяемого и измененного самим лесом. Здесь на­

лицо опять пример обратной связи. Возможностьсамого су­

ществования леса прежде всего определяетсЯ климатом.

Г. Майр (Mayr, 1909) пришел к выводу, что для существования леса

необходимо, чтобы за четыре месяца вегетационного периода средняя тем­

пература воздуха была не ниже \0° С, средняя относительная влажность-. не менее 50%, среднее количество атмосферных осадковне ниже 50 мм.

Учет климатических особенностей вегетационного периода имеет в лесо­

водстве большое значение и подход Г. Майра в этом отношении правомерен.

Однако опираясь на разработанную им концепцию климатических аналогов,

Майр пришел к неправильному выводу о невозможности акклиматизации дре­

весных пород, ограничившись натурализацией.

Современные методы интродукции, связанные с селекцией и генетикой,

учитывая экологические факторы и активно воздействуя на р·астения, по· зволяют решать эту задачу; разумеется, здесь не идет речь об игнорирова­ нии исходного климата ннтродуцируемых растений, т. е. о другой крайности.

Роль климата нельзя недооценивать. Проявляется эта роль в различных со·

четаниях разных элементов климата.

Г. Н. Высоцкий ( 1930) придавал большое значение отно­ шению величины осадков к величине испарения, или к о э ф­ фициенту увлажнения: при коэффициенте больше 1-

и влагообеспеченности. Первый характеризуется суммами ак­

тивных температур (выше 10° С). На его осирвании выделены

зоны сельскохозяйственных культур (зона северного огородни-

во

чествапри сумме темпераrур 1OOO--J400°, зона северных зер­ новых культур- 1400-2200 и т. д.), в том числе зона собст­

венно субтропическая (4000° и более) с возможностью культуры

субтропических многолетниковлавр, чаЙ', инжир. Показатель

влагаобеспеченности дан в виде гидратермического коэффициен­ та, представляющего отношение осадков за вегетационный nериод

к сумме температур за этот же период, уменьшенное в 10 раз.

Коэффициент больше 1,3 соответствует зоне избыточного увЛаж­

нения, 1,3-1 зоне обеспеченного увлажнения, меньше 1 - недо­ статочного увлажнения. Хотя эти показатели разработаны для

сельскохозяйственных культур, они представляют интерес и для

лесоводства, особенно гидратермический коэффициент. Целесо­ образно было бы разработать показатели теплообеспеченности и

для некоторых лесных пород, например для целей интродукции.

М. И. Будыко (1956) пред:nожил радиационный индекс сухости как отношение радиационного баланса к количеству

тепла, необходимого ·для испарения годового количества осад­

I<ОВ. На этом принципе А. А. Григорьевым и М. И. Будыко построена классификация климатов СССР, в которой особо дана также шкала для оценки зимних условий ( 1959, 1960).

Всельскохозяйственной метеорологии в настоящее время

различают понятия: а- суммы климатических температур, вы­

ражающие общие ресурсы тепла в данной местности; б­

суммы биологических температуротражающие потребность растений в тепле (выводятся из средних суточных температур за периоды вегетации данного вида, или сорта); в- суммы

биоклиматических температур, выражающие количество тепла,.

обеспечивающее ежегодное (или достаточно частое) созревание

растений, или наступление хозяйственных фаз развития

(Шашка, 1967). При определении влагаобеспеченности растений

д. И. Шашка на основе анализа существующих показателей,

предложенных разными авторами, пришел к выводу, что наи­

более совершенным показателем атмосферного увлажнения

является отношение осадков к дефициту влажности воздуха.

Шведский биоклиматолог С. Патерсон (Pateгson, 1956)

сделал попытку установления связи потенциальной продуктив­

ности леса (прироста древесины) с основными климатическими

Факторами в виде индекса CVP (С- климат, V - раститель­

ность, Р- продуктивность):

где Т- среднемесячная температура наиболее жаркого меся­

ца, ос; Таразница между среднемесячными температурами наиболее жаркого и наиболее холодного месяца; Р- средне­

годовое количество осадков, мм; G- продолжительность вегетационного периода, мес; Е- местная солнечная радиа­

ция (обусловливающая транспирацию).

81

Патерсон нанес на карту мира кривые с одинаковым пока­

зателем CVP.

·этот метод был применен проф. И. Пардэ во Франции

(Parde, 1964). Была подтверждена прямолинейная связь при­

роста с показателем Патереона в виде формулы у=-1,43+

+0,0257CVP, близкой к шведскому уравнению у=-1,20+

+0,0254CVP.

Однако исследования И. Пардэ и дальнейшие результаты работы Патер­

еона показали неравнозначность отдельных показателей климата в различных географических условиях. В Швеции температура играет основную роль, во Франции же ее·роль несколько сни~ается, а осадки являются также основ­ ным фактором. Некоторые климатологи указывают, что в северном полуша­ рии влияние температур на прирост древесины увеличивается с приближе­ нием к полюсу, а влияние осадков повышается с нриближением к экватору и что в горах (Швейцарии) большое значение для 11рироста имеет темпера­ rура, а в долинахосадки. В связи с этим И. Пардэ ( 1964) ставит вопрос:

какие изменения следовало бы в11ести в показатель при перемещенин к югу,

возможен ли, например, для Северной Африки полный приоритет осадков?

Рост деревьев, формирование годичных слоев, биологиче­ ская продуктивность в целом особенно тесно связаны с продол­

жительностью вегетационного периода, соотношением тепла и

влаги. Так, пробуждение камбия на высоте 1,3 м у сосны

в спелых и присгiевающих дуевосто'ях начинается в следующие

сроки: в Мурманской области- 1-я декада июня; Архангель­

скойконец маяначало иЮня; Ярославской и Московской-

2-3-я декады мая; Херсонской областиконец апреля­

начало мая.

Климат определяет не только количес-твенную, но и качест­

венную продуктивность лесов, так как с ним связан процесс

формирования древесины: в одних климатических регионах­

через образование годичных ·слоев и структурные изменения

в них, в других, наоборот,- при отсутствии годичной слоис­

тости, через изменения, связанные с иной цикличностью. Од­

нако продуктивность лесовпроизводная не только климата

«в чистом виде~. но и в сочетании с таким сопряженным с ним

фактором, как почва. ·

Влияние климата надо рассматривать и в разрезе времени,

его воздействие сказывается прямо и косвенно. Оно проявля·

ется не только через современное влияние на условия сущест­

вования леса, но и через климатические воздействия на при· родную сре.ду в далеком прошлом, например, через влияние на

почвообразовательные процессы, на историю расселения расти·

тельности и фауны. По-разыому складываются в разные годы

погодные условия, распределение тепла и влаги по сезонам.

сказывающиеся на жизни и состоянии леса, на успешности

лесавосстановительных процессов, на росте деревьев.

Н2

Засухибич как сельского, . так н лес:;ного хозяйства. В .•1есоtюдствс II[mxoдttтcя считаться с засухой не только в пе­

рt!Од ее проявления, но и с ее последствиями, которые, напри­ мер, могут сказаться через год на росте леса и его состоянии

,1аже сильнее, чем в год засухи.

§ 2. ЗНАЧЕНИЕ КЛИМАТА В ЛЕСОВОДСТВЕ

Климат, его сезонные изменения, погодные условия имеют

большое значение в повседневной практике лесного хозяйства,

агролесомелиорации и. лесной промышленности. Ряд показа­

телей климата (гидротермический коэффициент, сумма клима­

тических, биологических и бисклиматических температур и др.)

может быть использован как при изучении и решении вопросов

лесоведения, так и в практике лесоводства:.

Наглядный практический показатель продуктивности леса,

связанный с климатом и почвой,- бонитет. Так, средний бощr­

тет архангельских лесов на 3, мурманскихпочти на 4 класса

ниже московских. В зависимости от быстроты роста древостои одной и той же породы в различных климатических условиях

приспевают к рубке в разном возрасте. Поэтому в разных кли­

матических районах обычно назначают разные обороты рубки.

С особенностями климата связаны сроки посева и посадки

леса, способы обработки почвы. Так, в Архангельской области nосев и посадка начинаются в конце мая-июне, в Московской области- в мае, в Узбекистане- в марте и даже в некоторых районах в феврале. На севере в питомниках создают высокие ;·ряды с целью уменьшения влаги в почве и ослабления действия заморозков; ·на юге, наоборот,- низкие; в засушливых районах­

даже ниже уровня поверхности земли- в целях возможно наи­

бqльшего сохранения влаги. Климат, метеорологические условия

определяют степень опасности возникновения и распростране­

ния лесных пожаров. Поэтому в практике охраны лесов от по­

жаров широко используются данные метеослужбы, разрабаты­

ваются прогнозы и характеристики пожароопасной погоды.

С климатом связаны сезонные особенности рубок леса, органи­

зация и техника лесозаготовок. Климат обусловливает сроки

атмосферной сушки лесоматериалов и многие другие стороны

лесного производства.

Для более глубокого понимания роли климата в жизни

леса и вытекающих из этого выводов для практики необходимо nодробнее остановиться на многообразных взаимовлияниях

климата и леса как в целом, так и по отдельным элементам.

Климатпонятие интегральное и его ·влияние на лес сказыва­

ется комплексно, в различных взаимосвязях составляющих его элементов. Свет, тепло, осадки, влажность, состав и движе­

ние воздухавсе эти взаимосвязанные элементы климата ока­ зывают большое и разностороннее·влияние на лес.

8~

§ 3. СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ И ЛЕС

Исходным климатаобразующим началом, о~условливающим

характер климата и его элементов, в первую очередь света и

тепла, является энергия Солнца, солнечная радиация.

На различных географических широтах, в разное время года и суток

интенсивность солнечной радиации неодинакова вследствие различных углов nадения солнечных лучей, т. е. высоты стоя1шя солнца над горизонтом.

Приближение Солнца к горизонту удлиняет nуть прохождения лучей к Земле,

и, наоборот, приближение его к зениту укорачивает этот путь. Не вся ра-

МироВое пространстВо

:•:РаоиаЦи'я,•·:

f!Оступающая ·.

• .на границу:.

:·a,rn,н,oqrp_ef!~':'..

.·.. : .....·.·.·.'

Amнoctpepa

Поглощение

Рис. 5. Солнечная радиация и теплообмен у поверхности земли в летний пол­

день. Ширина стрелок соответствует количеству переносимого тепла (по Гей­

геру)

84

тельно, что на земной шар в целом направляется ежегодно поток энергии

около !,25Х1024 кал (1,25Х1021 ккал). Однако только около 40% этой энер­

гии достигает поверхности нашей планеты. Остальная часть поглощается

составными элементами атмосферы (газами, водяными парами, пылью). Зна­

чительное количество солнечной энергии отражается облаками или рассеи­ вается в космосе. Атмосфера ослабляет прямую солнечную радиацию, пере­

распределяет и преобразовывает радиацию, поступающую на Землю, влияет

на ее сnектральный состав.

Через толщу атмосферы к поверхности Земли проникает, хотя и умень­ шенный, но мощный ноток солнечной энергии в виде рассеянной и прямой

радиаuии. При соприкосновении его с земной поверхностью возникают новые

взаимодействия: значительная часть радиации поглощается поверхностью

земли, особенно ее растительным покровом, часть отраЖается. Эти взаимо­

действия. и взаимовлияния определяются характером лучей спектра, различ­

ньiх по их физиологической активности, и характером подстилающей поверх­

ности.

При прохождении через атмосферу коротковолновые лучи рассеиваютсг.

сильнее длинноволновых. Поэтому последние в большем количестве дости­

гают поверхности Земли.

Солнечная радиация оказывает повседневное большое влия­ ние на жизненные процессы леса, обусловливая фотосинтез, тра.нспирацию, фотоморфогенез, тепло- и влагообмен, движение воздуха и др. Есть еiЦе одна особенность проявления солнеч­

ной энергииэто многолетние циклические изменения уровня

солнечной активности, повторяюiЦиеся через несколько лет

(11, 22, 33,35 лет и др.).

Своеобразные резкие изменения в жизни леса -изменении

в росте и жизнедеятельности древостоев и леса в целомкос­

венно связаны с периодическими многолетними изменениями

солнечной активности.

Влияние солнечной активности может осуiЦествляться и

через неясные пока воздействия измененных геомагнитных по­

лей Земли, ионизацию атмосферы и т. п. Вызванные подобными nоздействиями изменения леса проявляются по-разному в раз­ ных регионах, на разных почвах, способствуя повышению при­ роста в одних случаях, усыханию древостоев (особенно через

резкие пониженИн уровня грунтовых вод) в других. Образую­

щиеся вследствие повышенной солнечной активности длитель­ ные сухие периоды повышают опасность возникновения лесных

ПериодиЧность в колебаниях климата для северного полу­ tuария была установлена Э. Брюкнером, сначала на основе

85

изучения колебаний уровня Каспийского моря и некоторых рек. В 90-х годах прошлого века подошли к изучению изменений

климата и его периодических колебаний путем измерений ши­

рины годичных слоев. Идеи Брюкиера в свое время оказали

влияние на метеорологов, историков и лесоводов. Лесоводами

были проведены исследования по выявлению закономерностей

впериодичности горимости лесов во взаимосвязи с периодич­

ностью в колебаниях климата (Ткаченко, 1911; Тюрин, 1925;

Мелехов, 1944, 1971; Корчагин, 1954; и др.).

Лесные пожары могут оставлять на деревьях следы огневых ранений, по которым можно точно определить год пожара.

Пожары оказывают .влияние не только на ширину годичных слоев, но и на их структуру (Мелехов, 1948). Поэтому изучение

хронологии лесных пожаров, характера реакции леса на них

может служить одним из методов установления изменений

климата прошлых времен, а также и других явлений прир6ды.

Заметно развивается дендрохронология. Появился ряд новых

работ по установлению климатов прошлого, по ширине годич­

ных слоев деревьев (Костин, 1960; Битвинскас, 1978; Кайрюкш­

количество, группирование с учетом ширины), но и качествен­

ная, выражаемая соотношением ранней и поздней древесины.

Показательный реагент на изменение· условий окружающей

средытолщина клеточных оболочек (особенно поздних тра­

хеид). Эти показатели отражают не только годичные, но и

сезонные колебания климата.

Таким образом, влияние солнечной радиации на лес велико

ипроявляется в разных формах. Благодаря этому влиянию

лес может быть индикатором изменений солнечной активности и климата нашей планеты. В свою очередь лес сам оказывает

влияние на поступающую радиацию. Лесодин из наиболее

сильно и многосторонне воздействующих на поступающую сол­ нечную радиацию видов подстилающей поверхности на Земле. Он отлИчается малой отражательной способностью и высоким радиационным балансом.

Лучистая энергия Солнца, попадая на поверхность по.ттnr<>

леса, частично отражается, частично поглощается деревьями IJ

другими растениями, часть ее через просветы в пологе прони­

кает в глубь лесного сообщества и доходит до почвы. При этом

происходят не только количественные, но и качественные из­

менения этой энергии. Радиация под пологом леса не только ослабляется, но и меняет свой спектральный состав. В зависи­

мости от того, тде рассматривать радиацию- в глубине леса,

или на его опушке (на северной, южной и т. д.), или на про­

галине, на вырубке, !МИ на просеке-разными будут и сум­

марная радиация и соотношение ее составных частей в виде

прямой и рассеянной радиации, различных по физиологической

86

активности лучей. При этом но-разному будут проявляться и

взаимодействия леса и солнечной радиации.

Эти взаимодействия различаются и под пологом леса, влия­

ние которого ПО;JJазному проявляется в зависимости от состава

древостоя, формы насаждения, сомкнутости, возраста и высоты

11 т. п.

Радиационный баланс леса выше радиационного баланса

других видов поверхности Земли. По имеющимся данным, за сутки радиационный баланс леса превышает баланс луга на 17% и более (Раунер и Руднев, 1962), баланс поля на 10- 25% (Flemiпg G., 1968, и др.). Это объясняется тем, что лес

поглощает больше л·учистой энергии, а отражает ее меньше,

чем поле или луг, а также тем, что в процессе обмена энергии

температура поверхности растений в лесу ниже, чем в поле,

что приводит к понижениому излучению тепла лесом.

На этом основании Г. Флеминг (ГДР) делает заключение, что летом испарение леса Vл должно быть больше испарения ПОЛЯ Vп:

__2_ > 1.

компонентов радиационного баланса показал влияние его не только на фор·

мированис климата и продуктивность растительного покрова, но и на водо­

обмен на водосборной площади, покрытой лесом, на распределение воды,

идущей на построение составных частей расти1ельных органмзмов, и т. д.

Большим поглощением лесом солнечной радиации объясня­

гие стороны жизни леса, обусловливаемые различными элемен­

тами. внешней среды и их сочетаниями. Поэтому при дальней­

шем рассмотрении взаимосвязей леса и отдельных климатиче­ ских ЭЛеМСНТО!3 НеобХОДJ:!МО ПОМНИТЬ О существующей С!3ЯЗИ ИХ

с лучистой энергией Солitца.

fлава6

ЛЕС И СВЕТ

§1. РОЛЬ СВЕТА В ЖИЗНИ ЛЕСА

Впонимание свет включюот неодинаковый смыслто более

широкий, ставя знак равенства между понятиями свет и радиа­

ция, то более узкий, прираш1ивая его к понятию освещен-

87

ность. И в широком, и более тесном понимании свет как эко­ логический фактор играет значительную роль в жизни леса,

в формировании почти всех его компонентов. Физиологическая

роль света в широком понимании более значительна. Необхо­

димо только учитывать, ито в этом случае имеет место компле­

ксное влияние, включая и влияние тепла. От условий свето­ вого режима зависят процессы роста и развития. Различия

в отношении к свету разных видов растений отражаются на

межвидовых отношениях в лесу, на составе растений в различ­

ных ярусах леса, их биологической продуктивности, на смене

одних растительных видов другими.

Прямо или косвенно свет влияет не только на количествен­

ный прирост древесины, листвы и хвои, но и на качественную

сторону, влияя ·на строение годичных слоев, химический состав хвои и листвы и т. д. Свет влияет на возобновление леса. Зна.­

чение света в жизни леса связано прежде всего с его исклю­

чительной ролью в жизнедеятельности зеленых растений, про­ являемой в виде фотосинтеза.

Природа этого сложного процесса, под которым обычно понимают обра­ зование органического вещества в зеленом растении при помощи световой энергии, поглощаемой пигментами фотосинтетического аппарата, еще не вы­ яснена полностью. Благодаря свету осуществляется воздушное углеродное

питание зеленых лесных растений и выделение в окружающую среду сво­

бодного кислорода. Задача состоит в том, чтобы найти нанболее действенные

пути использования фотосинтеза в целях повышения прироста лесов, их

жизнедеятельности и продуктивности. Учитывая огромную листовую поверх­ ность леса, этого зеленого океана, необJ(одимо изучить и полнее использо·

вать его возможности в снабЖении кислородом окружающей нас воздуш­

ной среды.

Для эффективного использования фотосинтеза в растениеводстве, в том числе в лесоводстве, необходимо полнее раскрыть его природу. Этозадача физиологов, биохимиков, биофизиков. Задача лесоводов с привлечением на­ званных и других специалистов заключается в раскрытии особенностей фото-

. синтеза, его продуктивности, других сторон, связанных с взаимовлиянием леса

и света, применительно к разлиЧным по характеру лесам, древесным поро­

дам, их возрасту, растениям из нижних ярус~в леса, различным условиям

произрастания и т. д., и в решении на этой ос-нове практических задач лес­

ного хозяйства.

Ассимиляционный аппарат зеленого растения обладает спо­ собностью превращать световую энергию в химическую. Прак­

тическая сторона использования света в лесоводстве определя­

ется прежде всего тем, что, как писал Л. А. Иванов ( 1946), по­

святивший многие годы изучению взаимодействий света и леса,

в лесном хозяйстве свет является единственным фактором, который может быть непосредственно изменен при помощи ру­

бок, а с ним может быть изменен и ряд условий роста дере-

88

вьеввлажность, тепло, химизм и микробиология почвы. Это

положение он дополняет образным выражением лесовода

Бэка: «Светэто рычаг, которым лесовод регулирует жизнь

леса в желательном для хозяйства направлении».

В действительности свет хотя и не единственный фактор,

нзменяемый посредством рубок (вырубкой части деревьев ос­

лабляется также корневая конкуренция оставшихся деревьев

за питательные вещества почвы, вносятся другие изменения),

110 значение использования его в практике лесного хозяйства

трудно переоценить.

Преобладающая часть лесных растений, прежде всего зе­

леные растения, 11уждается в свете. Однако степень такой необходимости различна. Экология лесных растений, в том числе отношение их к свету, характеризуется наряду с общно­ стью и существенными различиями. Черты общности и разли­ чия еложились в процессе образования и длительного сущест­

вования лесов на 'нашей планете.

Эволюционное приспособление к условиям существования наложило отпечаток как на все свойства и функции растений, так и на отношение их к свету. Потребность в светегенети­

чески закрепленный комплекс структурных признаков и функ­

циональных особенностей организации вида. Это значит, что

взаимоотношения растений со светом управляются генетически, вместе с развитием растения меня1отся его потребности в све­ товой энергии. Растения, характерные для нижних ярусов леса, приспособились к условиям ограниченного доступа св·ета и могут считаться менее требовательными к нему по сравнению

срастениями, не произрастающими под сомкнутым пологом

леса.

В наших лесах часто встречаются лесные фитоценозы, ~огда

1-й, т. е. верхний ярус, занимает береза, во 2-м ярусе нахо­

дится ель, а- напочвенный покров характеризуется обилием кислицы. Такое распределение не случайно и его нельзя рас­

сматривать вне связи со светом, хотя, как увидим далее, надо

принимать во внимание и другие экологические факторы. Орга­ низм приспосабливается к меняющимся условиям среды, и светопотребность растений может меняться в онтогенезе в от­

вет на изменения освещенности.

Размер этого предела перестройки определяет лабильность

той .или иной породы по отношению к свету в данных условиях,

се жизнеспособность после перемены условий. Деревья одной породы, оставшиеся несрубленными во время рубки и попавшие

в новые условия освещения, болеют, даже нередко погибают, другой породы хорошо переносят такое изменение. Физиологи показали, что функциональная лабильность листьев, определен­

ная по величине светового насыщения фотосинтеза, неодина­

кова у различных видов растений.

89