Лекция 3. Экология леса

План.

1. Классификация экологических факторов.

2. Лес и климат.

3. Лес и свет.

4. Тепловой режим в лесу.

5. Лес и атмосфера.

6. Лес и влага.

7. Лес и почва.

1. Классификация экологических факторов.

На рост и развитие растений оказывают влияние факторы внешней среды. Наука, занимающаяся изучением взаимосвязей между организмами и внешней средой, называется экологией.

Лесная экология изучает популяции, биогеоценозы и их взаимодействие с факторами среды обитания.

В лесной экологии все факторы внешней среды группируют следующим образом:

1. Климатические факторы. Они определяют световой, тепловой, водный и воздушный режимы территории. Климатические факторы распределяют растения по земному шару. И в зависимости от значений показателя климата территория РФ разделяется на лесорастительные округа.

2. Эдафические и орографические факторы. Они связаны с почвенно-грунтовыми условиями роста растений, с крутизной и экспозицией склона, а также с механическим составом почвы и ее материнской породой.

3. Биотические факторы. Они характеризуют взаимоотношения организмов растительного, животного и микроорганических царств. В зависимости от вида растений наблюдаются различные взаимоотношения между организмами.

4. Вмешательство человека в жизнь леса. Он проводит в лесу разнообразные рубки. Затем ведутся лесовосстановительные работы, происходит смена фитоценозов, хвойные леса меняются на лиственные. Лесные пожары уничтожают огромные площади. Все перечисленные факторы приводят к смене фитоценозов и в большинстве случаев ухудшают их качество.

5. Исторические причины образования фитоценозов. Они в основном, связаны с составом древостоя. Впервые на земле появились хвойные насаждения. Затем из-за изменения климата хвойные насаждения стали сменяться лиственными породами, которые имеют худшее качество древесины, чем хвойные.

Вначале на земном шаре преобладали чистые насаждения. Затем из-за изменения почвенно-образовательных процессов и хозяйственной деятельности человека стали формироваться смешанные насаждения, которые с биологической точки зрения хорошие, а с хозяйственной – имеют низкие показатели.

2. Лес и климат

Климат – это сумма метеофакторов, влияющих на рост и развитие растений. Климат характеризуется:

- минимальными, максимальными температурами

- количеством солнечной энергии за вегетационный период

- количеством выпавших осадков и их испарением

- почвообразовательным процессом и др. показателями

С учетом показателей климата территория РФ разделена на лесорастительные округа, которые с севера на юг называются:

а) Тундра характеризуется малым количеством видов. Размеры этих растений малые.

б) Лесотундра. В ней встречаются древесные растения, но из-за сурового климата растения имеют малые размеры.

в) Тайга занимает около 60% площади РФ, поэтому ее разделяют на подзоны:

- северная тайга

- средняя тайга

- южная тайга (СПб, Ленинградская область)

г) Смешанные леса (Москва). Они характеризуются большим разнообразием видов.

д) Лесостепь. В ней встречаются растения, нетребовательные к влаге.

е) Зона пустынь.

В каждой лесорастительной зоне наблюдаются определенные световые и тепловые характеристики воздуха.

Климат определяет биоразнообразие видов в фитоценозе, влияет на продуктивность растений.

Продуктивность определяется либо по бонитеровочной таблице, либо методом математического моделирования. При математическом моделировании используют разные зависимости, чаще всего используется формула шведского эколога Патерсона, которая имеет вид:

,

где к – показатель продуктивности насаждения (либо текущий прирост древесины, либо запас насаждения),

Т_т – средняя температура самого теплого месяца,

ОС – количество выпавших осадков за вегетационный период (в мм),

ПВ – продолжительность вегетационного периода (в месяц),

Е – процент солнечной радиации, поступившей к растению,

Т – среднегодовая температура воздуха.

В лесном хозяйстве применяют и другие зависимости. Например, зависимость Парде, зависимость Века, зависимость Лосицкого и др.

С климатом связаны функциональные особенности растений: сроки созревания и опадения семян, сроки цветения растений, сроки посадки и посева растений, а также причины возникновения и распределения лесных пожаров по территории.

Для оценки климата применяют различные показатели:

1. Гидротермический коэффициент Селянинова. Он определяется как отношение осадков, выпавших за вегетационный период к температурному режиму местности. Если этот коэффициент >1, то регион характеризуется повышенной влажностью. Если <1, то климат благоприятен для произрастания древесных растений.

2. Радиационный индекс сухости Будыко. Он характеризует радиационный баланс местности и представляет собой отношение радиации, необходимой для испарения влаги, к общему количеству солнечной радиации региона. Этот показатель характеризует условия роста растений и почвенно-грунтовые условия.

3. Лес и свет

Из общего количества солнечной энергии растением усваивается лишь часть энергии. Эта энергия используется на фотосинтез.

свет

Уравнение фотосинтеза в общем виде можно представить в виде формулы:

6СО₂+6Н₂О С₆Н₁₂О₆+6О₂­.

Кроме фотосинтеза свет участвует в транспирации воды из растений. Световая энергия необходима для роста почек и побегов, плодоношения растений, прорастания семян.

От количества солнечной энергии зависит анатомия листа. Это выражается в следующем: светолюбивые породы имеют более толстый лист, чем теневыносливые.

Растения поглощают часть светового спектра с длинной волны l=380¸690 мм. Эта часть спектра называется фотосинтетически активная радиация (ФАР).

Световой режим определяется условиями роста растений. Для растений 1 яруса света достаточно, а для растений 2-го яруса и нижерасположенных ярусов наблюдается дефицит световой энергии.

Для регулирования светового режима проводят специальные лесохозяйственные мероприятия: рубки ухода, санитарные рубки. Лесосеки располагают с севера на юг, рубку ведут с востока на запад.

По отношению к свету растения разделяют на две группы:

а) Светолюбивые. Они могут расти и развиваться лишь при достаточном освещении (лиственница, сосна, береза),

б) Теневыносливые – растения, у которых фотосинтез происходит при слабой освещенности (ель, пихта, тис).

Светолюбие древесных пород в лесном хозяйстве определяют следующими способами:

1. По внешним признакам растения.

Светолюбивые породы имеют сквозистую крону, теневыносливые – плотную крону. Отделение ствола от сучьев интенсивнее идет у светолюбивых пород, чем у теневыносливых. Светолюбивые породы могут существовать под пологом леса малый период времени (до 20 лет), а теневыносливые живут под пологом до 70 лет.

2. Фитометрический способ связан с замерами конкретных показателей самих деревьев.

а) метод Турского основан на замерах фитомассы растений, полученной за вегетационный период при различной степени освещенности

б) метод Медведева позволяет установить светолюбие древесных пород по отношению к высоте. Метод имеет погрешности, поскольку относительная высота зависит не от освещенности, а от эдафических условий.

3. Фотометрический способ связан с замерами освещенности в разных частях кроны с помощью фотобумаги.

4. Анатомический способ позволяет определить светолюбие растений по соотношению столбчатой и губчатой паренхим.

5. Физиологический способ позволяет определить светолюбие растений либо по количеству поглощенного углекислого газа, либо по количеству выделившегося кислорода при фотосинтезе.

Кроме перечисленных методов светолюбие древесных пород определяют по косвенным факторам с учетом условий обитания растений или верхней части кроны.

4. Тепловой режим в лесу.

Солнечная энергия является не только источником света, но и источником тепла. Температурный режим региона определяется суммой активных температур (выше 10^оС) и радиационным режимом. Температурный режим оказывает влияние на следующие жизненные процессы растений: деятельность ферментов клетки, участвует в транспирации воды растением, от количества тепла зависит проницаемость мембран клеток растения, от температурного режима зависит биосинтез веществ в клетке, а также растворимость углекислого газа и кислорода в клетках.

Высокие и низкие температуры повреждают растение. Крайне низкие температуры приводят к образованию морозобоин, трещин на стволе растений, наблюдается выжимание молодых растений из почвы. Поздневесенние и ранние осенние заморозки приводят к гибели почек и молодых побегов растения. Высокие температуры воздуха вызывают ожог коры, который происходит при температуре выше +50^оС. иногда наблюдается опал корневой шейки. Он также связан с разностью температур воздуха и почвы. Высокие температуры приводят также к покраснению и ожогу хвои у растения. Хвоя прекращает фотосинтез и опадает.

Тепловой режим в лесу регулируют следующими хозяйственными мероприятиями:

- проведением рубок ухода за лесом,

- выбором ширины лесосеки,

- формированием оптимального состава насаждения.

5.Лес и атмосфера.

Зеленые растения регулируют состав воздуха. Благодаря им содержание углекислоты в воздухе составляет 0,03%, а содержание кислорода – около 21%. Ежегодно в атмосферу поступает около 25 млн. тонн углекислого газа. Растения усваивают около 35 млн. тонн углекислоты. Растения забирают из воздуха дымовые газы и аммиачные соединения. Один гектар леса задерживает за сезон около 70 тонн пыли.

Зеленые растения выделяют летучие органические соединения, называемые фитонцидами. Эти соединения губительно действуют на микроорганизмы. Один гектар соснового леса выделяет до 400 кг фитонцидов. Этого количества достаточно для обеззараживания воздуха в городе средних размеров (например, Выборг, Кингисепп).

По отношению к фитонцидам древесные растения располагаются в следующий ряд (см. таблицу 2).

Таблица 2

Шкала фитонцидности

Степень фитонцидности	Виды древесных пород и кустарников
Сильно фитонцидные	Дуб черешчатый, клен остролистный, береза бородавчатая, сосна обыкновенная, ель высокая, осина, лещина, черемуха, можжевельник, черника.
Средне фитонцидные	Лиственница сибирская, ясень обыкновенный, липа мелколистная, ольха черная, кедр сибирский, рябина обыкновенная, акация желтая, сирень обыкновенная, жимолость татарская.
Слабо фитонцидные	Вяз, бересклет бородавчатый, крушина, бузина красная.

К вредным газам древесные породы относятся неодинаково. Чувствительность к вредным газам определяется возрастной структурой насаждения и почвенно-грунтовыми условиями. Плохо переносят вредные газы в воздухе вечнозеленые растения, легче переносят – лиственные породы. По отношению к газам древесные породы располагаются следующим образом (см. табл. 3).

Таблица 3

Газоустойчивость растений

Устойчивые к газам	Ель колючая, туя западная, снежник, бузина красная, тополь канадский, смородина золотистая.
Средне устойчивые	Можжевельник, береза, лиственница сибирская, боярышник, дуб красный, клен татарский, тополь серебристый, липа, лещина.
Неустойчивые к газам	Ель обыкновенная, пихта европейская, сосна веймутовая, сосна обыкновенная, сосна крымская, рябина обыкновенная.

Насаждения регулируют движение воздуха. Ветер усиливает транспирацию у растений, охлаждает лист и предохраняет его от перегрева. Ветер освобождает кроны растений от снега, формирует вид кроны. В регионах, где часто дует ветер в одном направлении, образуется однобокая флагообразная крона, деревья формируются небольших размеров.

При сильном ветре происходит вывал деревьев с корнями. Это явление называется ветровал. У деревьев с глубокой коневой системой при сильном ветре происходит слом ствола. Это явление называется бурелом.

Благодаря ветру происходит опыление растений и механические воздействия растений друг на друга. Лиственные породы, особенно береза, обхлестывают ветви у хвойных пород, например, у сосны. Снижаются темпы роста побегов, и происходит заражение древесины дереворазрушающими грибами, то есть образуются гнили.

Лес задерживает ветер. Перед опушкой леса скорость движения ветра становится близкой к нулю. За стеной леса на расстоянии 25 высот от опушки леса скорость ветра восстанавливается. Наибольшая скорость ветра наблюдается в верхней части кроны. Меньшая скорость характерна для приземного слоя воздуха.

Ветровой режим в лесу регулируют следующими хозяйственными мероприятиями:

1. Разреживание древостоя путем проведения несплошных рубок. Особенно необходимо это мероприятие на этапе чащи на избыточно увлажненных почвах.

2. Выращивание смешанных насаждений (эти насаждения более устойчивы против ветра).

3. Формирование разновозрастных насаждений – они дают наибольшую продуктивность и наибольший запас древесины.

4. В южных регионах страны для снижения скорости ветра и для задержания снега создают защитные лесные полосы – они позволяют повысить урожайность сельскохозяйственных культур.

6.Лес и влага

Влага нужна растениям для транспирации, прорастания семян, процесса фотосинтеза, питания растений и т. д. Растения усваивают влагу, поступающую в виде осадков. При количестве выпадающих осадков до 700 мм – регион влагообеспеченный, при меньшем количестве осадков – регион слабо обеспечен влагой.

Из общего количества выпадающих осадков часть их задерживается кронами деревьев, часть проникает под полог леса, часть – стекает по стволам растений. Последняя обогащается азотом, калием, кальцием, натрием, железом и алюминием. Снег, накапливающийся на кронах деревьев, приводит к образованию снеголома и облома ветвей деревьев. По отношению к влаге древесные породы распределяются следующим образом:

Таблица 4

Шкала требовательности древесных пород к влаге

Группа требовательности к влаге	Древесные породы
Ультраксерофиты (крайние сухолюбы)	Саксаул, фисташка, можжевельник, пробковый дуб, грабинник.
Ксерофиты (сухолюбы)	Сосна крымская, сосна обыкновенная, банкса, абрикос, скумпия, вяз, ива-шелюга, лох.
Ксеромезофиты (слабо требовательны к влаге)	Дуб черешчатый, клен полевой, груша, клен остролистный, черешня, яблоня.
Мезофиты (средне требовательны к влаге)	Липа, граб, ясень, ель, лиственница, береза, осина, пихта, рябина, бузина.
Мезогигрофиты	Ива козья, ива серебристая, крушина ломкая, айва японская, черемуха обыкновенная.
Гигрофиты (очень влаголюбивые растения)	Кипарис болотный, ива серая, ольха черная, береза кустарниковая.

Водный режим территории определяется количеством выпавших осадков, интенсивностью испарения влаги растений, рельефом местности и почвенно-грунтовыми условиями региона. Водный режим местности регулируют следующими хозяйственными мероприятиями:

1. Правильным расположением лесосеки при проведении рубок главного пользования. В северных регионах лесосеку располагают с севера на юг, а в южных – с востока на запад.

2. В малолесных регионах Российской Федерации главное пользование рекомендуется проводить несплошными рубками (выборочными и постепенными).

3. После рубки главного пользования надо создать благоприятные условия для лесовозобновления, которые создаются или путем проведения мероприятий по содействию естественному лесовозобновлению, или путем создания лесных культур.

4. В высокополнотных насаждениях проводят рубки ухода высокой интенсивности.

7.Лес и почва.

Почва – это слой земли, в который проникают корневые системы растений. Почва – важнейший компонент лесного фитоценоза. Она снабжает растения водой и питательными веществами. После отмирания растений почва обогащается органическими веществами.

На почвенное плодородие оказывают влияние следующие факторы:

- климат региона,

- материнская горная порода,

- почвенная биота,

- хозяйственная деятельность человека.

Все перечисленные факторы действуют одновременно, и степень влияния каждого фактора определяется.

I. Влияние почвы на лес определяется ее механическим составом, водным режимом, тепловым режимом, классом бонитета и другими факторами. Глинистые почвы более плодородны, чем песчаные. Под лесом формируются особые типы и подтипы почв.

По отношению к почве выделяют два понятия:

a) Потребность растений к элементам питания. Эти элементы питания растение должно извлекать из почвы. По наличию элементов питания судят о плодородии почвы.

Определяют количество элементов питания по листовому анализу. Для этого в течение вегетационного периода собираются листья у растения, сжигаются, и находится процент зольных элементов в листьях. Содержание зольных элементов в растении непостоянно и меняется в течение лета: весной – наименьший процент, к осени содержание зольных элементов в растении увеличивается.

b) Требовательность – способность растений произрастать на малопродуктивных почвах. По требовательности к почве древесные породы делят:

1. Малотребовательные (олигофиты), например сосна обыкновенная, береза пушистая.

2. Среднетребовательные (мезофиты), например лиственница европейская, лиственница сибирская, ель обыкновенная.

3. Требовательные (мегатрофы), например бук, ясень, клен остролистный, пихта и другие.

Почва оказывает влияние на качество древесины. На плодородных почвах формируется рыхлая мягкая древесина, которая быстро загнивает. На бедных почвах формируется прочная древесина, идущая на производство пиломатериалов.

Почва оказывает влияние на формирование корневых систем растения. На песчаных бедных почвах формируется стержневая корневая система. На глинистых почвах при высоком уровне грунтовых вод формируется мочковатый тип корневой системы.

II. Влияние леса на почву

На показатели почвы влияет состав и возраст древостоя. Под влиянием опада и отпада под лесом формируются дерново-подзолистые типы почв и создается особый слой почвы А_о – лесная подстилка.

Под лесом создается особый тип гумуса:

- под лиственными породами формируется мягкий или мулль-гумус,

- под пологом хвойных пород создается грубый гумус; здесь происходит накопление лесной подстилки и слабое ее разложение из-за кислой реакции, плохой аэрации и малого количества дождевых червей,

- под пологом смешанных древостоев формируется средний гумус, который характеризуется быстрым разложением лесной подстилки и формированием мощного гумусового горизонта.

Почва оказывает влияние на рост подроста, подлеска, живого напочвенного покрова и других компонентов леса.

Плодородие почвы также можно определять методом математического моделирования. При этом используют модели О.Г. Чертова или А. Вайчеса. В этих моделях в качестве факторов взяты:

1) мощности горизонтов почвы,

2) соотношение горизонтов между собой,

3) процентное содержание необходимых химических элементов в почве.

Модели могут быть использованы в условиях таежной зоны и зоны смешанных лесов.

Дата добавления: 2014-01-04