Вода играет важную роль в жизни древесных и кустарниковых пород, она растворяет минеральные вещества почвы, участвует в фотосинтезе, транспирации, является составной частью клетки. Основная часть влаги поглощается растениями из почвы. Вместе с водой растения потребляют минеральные питательные вещества, необходимые для жизни леса. Отдавая через листовую поверхность влагу, деревья регулируют свой температурный режим. Вода входит в состав клеток и тканей животных и растений, почвы, атмосферы, в зависимости от ее состояния и концентрации изменяет температуру воздуха и почвы, делает доступными для растений питательные вещества, ослабляет солнечную радиацию, усиливает или замедляет процессы роста и развития леса.
В природе вода находится в твердом, жидком и газообразном состояниях. В общем объеме мировых водных запасов вода в твердом состоянии в виде льда составляет 1,65%. Количество пресной воды, содержащейся в реках, озерах и почве равно 0,635 % объема водных запасов земли. Атмосферная вода составляет 0,001 %, и на долю мирового океана приходится 93,96 % общих запасов влаги. Эти показатели общего объема мировых водных запасов ориентировочны.
Твердая, жидкая и газообразная влага в количественном отношении меняется в зависимости от интенсивности солнечной радиации и других факторов. Вода в жидком состоянии, поглощая солнечную энергию, превращается в водяные пары атмосферы, по концентрации которых в ней определяют влажность воздуха. Количество влаги в воздухе зависит от его температуры, движения, рельефа местности, а также от времени года и географического месторасположения. Высокие температуры, которые сами по себе могут быть губительными для растений, в сочетании с достаточной влажностью воздуха и почвы обеспечивают им благоприятные условия для роста.
Водяные пары, перемещаясь в атмосфере, попадают в условия более низких температур, конденсируются, выделяют много тепла и выпадают в виде осадков, часть которых пополняет запасы воды на суше. Выпадающие осадки просачиваются в землю или стекают с поверхности почвы и через реки попадают в океан.
Источники влаги, их влияние на лес. Основными источниками влаги в лесу являются снег и дождь. Большая часть осадков в виде дождя и растаявшего снега стекает поверхностным стоком в реки, озера, моря, частично задерживается на поверхности почвы и растительности, а затем испаряется в атмосферу. Если количество выпадающих осадков значительно, то часть их расходуется на смачивание почвы и потребление корнями растений.
В разных географических зонах страны количество выпадающих осадков неодинаково. Так, в арало-каспийских степях их выпадает всего 100 мм, в северо-восточных районах до 300 мм, центральных 500-600 мм, степных 300-400 мм, в Сибири осадков выпадает мало: в средней части 300-400 мм, восточной 270 мм, Амурской обл. 440 мм, на Сахалине 540 мм. Наибольшее количество осадков выпадает у восточного побережья Черного моря в районе Сочи и Батуми 2000-2500 мм, на побережье Охотского моря и на юге Камчатки 800-1000 мм. Большинство атмосферных осадков выпадает в летнее время.
Влага, поглощенная корнями растений, используется на фотосинтез, транспирацию. Атмосферные осадки, которые проникают вглубь до водоупорного слоя, образуют горизонт грунтовых вод и стекают внутрипочвенным стоком в реки. Большое лесоводственное значение имеют зимние осадки. Снег является источником снабжения растений водой. Снеговой покров предохраняет молодые растения от низких температур и механических повреждений, а почву от промерзания, обеспечивая тем самым проникновение талых вод в почву. Но зимние осадки могут оказывать на лес и отрицательное действие, вызывая снеголом и снеговал. Снег, задерживаясь на кронах, способствует поломке сучьев и вершин деревьев. От снеголома страдают особенно хвойные породы - сосна и кедр. Снеговал бывает значителен при большой густоте древостоя и сомкнутости полога.
Лиственные породы меньше повреждаются навалом снега, так как сбрасывают на зиму листья и имеют гибкие ветви. Кроме дождя и снега, источниками влаги являются град, морось, ледяной дождь, роса, иней, изморозь, ожеледь.
Град - ледяные ядра или кристаллы диаметром от 0,5 до 2 см, иногда до размера куриного яйца - очень часто сопровождает ливневые дожди и вызывает градобой. От града нередко погибают посевы и посадки леса, наблюдается обивание коры у груши, ольхи, лещины.
Морось - осадки, выпадающие из слоистых облаков или из тумана в виде мелких капелек. Скорость передвижения их очень мала и почти незаметна на глаз. Морось проникает везде и всюду, смачивая закрытые части кроны дерева, нижние части листьев и ветвей. Мелкие капельки мороси с растворенными в них отдельными частицами минеральных веществ, находящихся во взвешенном состоянии в воздухе, обеспечивают дополнительное внекорневое питание леса через листья.
Транспирация воды лесом
Часть влаги, просочившейся в почву, расходуется самим лесом на физиологическое испарение деревьями воды, поступающей из почвы через корневую систему и ствол в листву. Расход солнечной энергии на растительную транспирацию составляет приблизительно в 50 раз большую величину, чем на ассимиляцию и органический синтез. Транспирация составляет очень важный, но мало изученный вопрос физиологии леса.
Под транспирационною способностью следует понимать условную величину, показывающую испарение воды растением. При сравнении различных пород по этой способности, устанавливается отношение между потерей воды испытуемой породой и потерей воды породой, принятой для сравнения. Хвойные породы обладают значительно меньшей транспирационной способностью, нежели лиственные, и гораздо меньшей изменчивостью этой способности у отдельных видов. Новейшие исследования над срезанными листьями лиственных и хвойных пород (Л. А. Иванов, 1939) показали значительную изменчивость транспирационной способности лиственных пород, наибольшая величина которой превышает наименьшую в 10 раз.
Между величиной транспирационной способности и засухоустойчивостью, как оказалось, нет заметной связи. Засухоустойчивость степных древесных пород достигается не уменьшенным расходом воды на транспирацию, а большею частью их глубокою корневой системою, позволяющей потреблять воду из глубоких слоев почвы; таковы дуб, ильмовые, белая акация, клён, яблоня, груша, шелковица и др.
Чем светолюбивее порода, тем больше она испаряет влаги, и этот параллелизм связан со световым строением листа; например, лиственница с очень прозрачной кроной испаряет воду более энергично, чем густо облиственные породы. Кроме того, при недостатке влаги светолюбивые породы менее способны сокращать испарение воды, чем теневыносливые. Так, водные отношения древесных пород тесно связываются со световыми, световые - с их анатомическими особенностями.
Об абсолютных размерах транспирируемой лесом воды мы не имеем данных, отвечающих природным условиям роста леса. Для характеристики потребления воды деревьями обычно пользуются данными исследований, произведённых над испарением 5 - 6-летних деревьев в вегетационных сосудах. Если количество воды, испарившейся в среднем за один вегетационный период для образования 100 кг воздушно сухой листвы у берёзы принять за 100 единиц, то для ясеня и осины количество испарившейся влаги составит также 100; для бука, липы и граба 85 - 90, ильмовых 80, дуба и клёна остролистного 60 - 70. Хвойные же породы испаряют значительно меньше влаги: ель 15 - 20, сосна 10 и пихта лишь 7 - 8 вышеуказанных единиц. Относительную величину испарения древесными породами можно установить, перечислив количества испаряемой отдельными породами воды на 1 кг воды, содержащейся в листьях. При этом оказывается, что берёза испаряет в 25 раз больше, ясень в 15 раз, дуб в 13 раз, клён остролистный в 9 раз больше воды, нежели её содержалось в листве. Таким образом, у лиственных пород наибольшей экономией испарения отличается листва дуба, ясеня и клёна остролистного; эти породы и являются основными в степном лесоразведении.
Хвойные породы обладают наибольшей экономностью испарения: ель, сосна и пихта европейская испаряют воды лишь в 4 - 7 раз больше, чем её содержится в хвое. Следовательно, хвойные породы расходуют на растительную транспирацию приблизительно в 8 - 10 раз меньше воды, нежели лиственные. Новейшие исследования (Л. А. Иванов, 1946) показали, что различия отдельных пород в транспирации (так же, как и в фотосинтезе) в лесу не имеют решающего значения, если иметь в виду общее количество воды, испаряемой всем насаждением.
Исследования в природе (1928 - 1934 гг.) показали, что дубовый лес в лесостепи Харьковской области испаряет в сутки в среднем за вегетационный период (с мая по октябрь) 3,72 мм, с колебаниями в отдельные годы от 2,88 до 4,22 мм в сутки. В степных условиях Сталинской области (Велико-Анадольское лесничество) среднесуточный расход влаги был меньше (3,45 мм), но и этот транспирационный расход воды лесом был больше, нежели в поле (на 17%).
На общую сумму расхода влаги в лесу в целом оказывают влияние размер неиспользованной влаги в почве к концу предшествующего вегетационного периода (на 1 октября) и метеорологические условия предшествующих зимы и осени. Таким образом увеличенное или уменьшенное количество осадков в данном гидрологическом году заметно скажется на расходе воды лесом лишь в следующем году. Эта особенность существенно отличает лес от поля, где колебания в запасах влаги в почве резко сказываются на урожае того же года.
После срубки насаждения на лесосеках начинается накопление влаги в верхних слоях почвы: нижняя граница промокания углубляется, и "мёртвый горизонт" в степной почве может совершенно исчезнуть. К переносящим недостаток влаги и успешно растущим на очень сухих почвах относится целый ряд пород, в том числе белая акация, песчаная акация, шелковица, гледичия, ясень пенсильванский, фисташка, саксаул, тамариск, лох, джузгун, чингил. Сосна может расти как на очень увлажнённых почвах, так и на сухих песках и каменистых почвах. Тополи и ивы могут успешно расти в условиях значительного увлажнения и переносят длительное затопление (плавни).
Самоизреживание насаждений тесно связано с транспирацией воды деревьями. При недостатке влаги прирост древесины уменьшается. Если вырубить часть деревьев в насаждении, то в растущих деревьях содержание влаги повысится. При чрезмерном же прореживании насаждения увеличивается поверхностный сток воды, разрастается богатый травянистый покров, и запас влаги в почве может оказаться меньшим, чем до прореживания.
Транспирация воды лесами, вместе с задержанием осадков пологом лесов, имеет крупное значение в усилении влагооборота европейской равнины СССР. Питание этой равнины влагой происходит за счёт водяных паров океанических воздушных течений, для которых входными воротами являются шведско-германская низменность с Ютландией, Зундами и Балтийским морем, северо-западный край от южной Подолии и, наконец, широкая полоса хвойных и смешанных хвойно-лиственных лесов средней полосы европейской части СССР. Отсюда эта океаническая влага несётся северо-западными и западными ветрами через центральные районы в наши степи. Годовое количество влаги, приносимой этими океаническими воздушными течениями, составляет 209 мм. Лесные массивы затрудняют прямой сток этих выпадающих атмосферных осадков, перехватывают их на пологе и вместе с водой, просочившейся в почву и транспирируемой лесом, возвращают обратно в атмосферу. Из атмосферы, продвигаясь в виде водяных паров к югу, вода снова выпадает в виде континентальных осадков, годовое количество которых составляет в среднем по европейской части СССР уже 484 мм. Коэффициент стока является показателем этого явления: чем он меньше, тем больше оборот влаги из океанической в континентальную. Таким образом, океаническая влага, достигающая европейской равнины СССР и пополняемая испарениями лесов, выпадает на своём пути два-три раза, что имеет крупнейшее агрономическое значение. В этом усилении влагооборота заключается огромная народнохозяйственная роль лесов.
Рассмотрим влияние леса на водный режим . Водный режим какого-либо участка суши подчиняется следующему уравнению водного баланса: осадки=испарение + сток .
Иначе говоря, выпадающие атмосферные осадки расходуются на испарение и сток воды. Поскольку испарение может быть физическим и физиологическим, а сток - поверхностным и грунтовым, то уравнение водного баланса, по Г. Н. Высоцкому, примет следующий вид: осадки = испарение физическое + испарение физиологическое + сток поверхностный + сток грунтовый ± изменение запаса воды в грунте .
Рассмотрим кратко, какое влияние оказывает лес на водный режим территории, которую он занимает. Для этого проанализируем влияние леса на отдельные элементы водного баланса. Источником атмосферных осадков является в основном вода, испарившаяся из океанов и частично с поверхности суши. В атмосфере Земли постоянно находится около 12 тыс. км3 воды в парообразном состоянии.
По данным С. И. Костина, в лесостепи над лесными массивами выпадает осадков на 10 - 12% больше, чем над прилегающей к ним открытой степью. Это установлено для Хреновского и Усманского боров и Шиповской дубравы Воронежской области и Цнинского бора Тамбовской области. По данным А. П. Бочкова, на 30 метеорологических станциях в открытой степи Воронежской области количество осадков за год составило 472 мм, а на 15 станциях, находящихся в лесу или вблизи от него,- 529 мм, т. е. больше на 12%.
Г. П. Калинин на основании анализа наблюдений за количеством осадков в районах с разной степенью лесистости в Московской области обнаружил между ними закономерную связь. Количество осадков становилось больше по мере увеличения лесистости, которая выражалась условно длиной контуров леса, то есть лесных опушек. При увеличении длины опушек от 100 до 1300 км в районе расположения метеорологических станций (район приравнивался кругу радиусом 30 км) количество годовых осадков увеличивалось на 15%, а летних - на 20%. Объясняется это явление способностью лесных опушек поднимать воздушные массы на значительную высоту, что вызывает их охлаждение. Если количество водяных паров близко к насыщению, такое охлаждение может вызвать образование осадков.
Нетрудно рассчитать, что при создании лесных полос в степи их протяженность составит на площади круга радиусом 30 км около 8000 км. Можно ожидать, что это вызовет значительное увеличение количества атмосферных осадков, имеющих важное значение для степных районов.
По данным А. А. Молчанова (1962), водный баланс участка 30-летнего дубового леса в Воронежской области складывается следующим образом. Полог леса задерживает 30% осадков и быстро возвращает их в атмосферу путем физического испарения; на транспирацию расходуется 60% осадков и на грунтовый сток - 10%; следовательно, поверхностный сток равен нулю.
По данным А. П. Бочкова (1954), расход влаги на испарение и транспирацию в лесу меньше, чем на поле. На открытых водосборах годовой сток воды в реках состоит обычно на 80% из поверхностного стока и на 20% из грунтового. Лес существенно влияет на изменение этого соотношения. Благодаря большой порозности и наличию лесной подстилки почва в лесу способна в 10 - 20 раз быстрее впитывать воду, чем на поле. Поэтому поверхностного стока воды в лесу практически нет. Более того, даже небольшая площадь леса на водосборе балки или реки значительно уменьшает поверхностный сток со всей его площади. Вследствие уменьшения поверхностного стока увеличивается подземный, или грунтовый, сток воды, питающий ручьи и реки. При увеличении лесистости водосбора (в пределах 5 - 30%) на каждый 1% величина грунтового стока возрастает на 5%. Способность леса переводить поверхностный сток воды в грунтовый относится к водоохранным свойствам леса. Кроме того, она определяет и почвозащитные свойства леса, поскольку при отсутствии поверхностного стока или его ослаблении не будет разрушаться почва. Эта способность леса имеет также большое значение в регулировании водного режима страны и широко
Хвойные и лиственные леса - два из трех основных типов лесов. Жизнь в этих лесах развивается по-разному, что объясняется разницей в , как показывают примеры на этой странице.
Человек и лес
Влияние деятельности человека на леса во всем мире огромно. Леса - важная часть экономики многих стран - производителей древесины, бумаги, строительных материалов и мебели. Вмешательство человека в лесов грозит им гибелью. Особенно серьезные проблемы возникают, когда на месте вырубленных лесов насаживают плантации других деревьев - быстрорастущих: они нарушают среду обитания, вытесняют ее обитателей и резко изменяют ландшафт. Плантации - важные источники древесины, но они могут нанести ущерб экосистемам лесов. От громадных лиственных лесов древности до наших дней сохранилось очень немного. Объясняют это распространением земледелия и быстрым ростом городов. Разрушительная деятельность человека, например, кислотные дожди, угрожает последним остаткам лесов. Мы должны помнить об этой опасности и принимать все меры по охране лесов.
Хвойные деревья получили свое название от хвои - зеленых игл, покрывающих их ветви. В холодных и суровых климатических зонах, где лето короткое, а осадков выпадает мало например, в Северной Америке, на севере Европы и Азии, - встречаются громадные еловые, кедровые, сосновые, пихтовые и лиственничные леса. Южнее хвойные деревья растут вперемешку с лиственными в так называемые смешанных лесах. Хвойные деревья вместо листьев покрыты хвоей. Поверхность игл меньше, чем листьев, и она испаряет меньше влаги. Почти все хвойные - вечнозеленые и благодаря хвое могут производить пищу круглый год. Хвойные деревья не могут служить источником питания для животных: их иглы очень жесткие, а ветвей на стволе обычно немного. На грунте в хвойных лесах могут расти лишь немногие виды растений. Это объясняется недостатком солнечного . Поэтому животный мир в таких лесах беден. Там слишком холодно, и большинство бактерий и земляных червей не могут жить и развиваться. Почва остается невзрыхленной, и гумуса образуется совсем немного, а это - причина малой эффективности круговоротов азота минеральных веществ. Некоторые животные приспособились к постоянной жизни в лесу (см. так же статью « «). Так, лоси бродят в чаше в поисках пиши, а медведи и бурундуки впадают на зиму в спячку и живут за счет запасов жира, накопленных летом и осенью. Теплое короткое лето пробуждает все живое к активности. Насекомые быстро размножаются и служат пищей для птиц, возвратившихся на север, чтобы вывести потомство. Хвойные Деревья под обильными солнечными лучами быстро растут.
Хвойные деревья и их хвоя
Взглянув на форму хвоинок, вы легко сможете определить, к какой породе деревьев они относятся. Вот основные породы хвойных:
1. Лиственница . Пучки на 12-20 коротких игл. Осенью опадают.
2. Пихта . Одиночные Иглы с тупыми кончиками.
3. Кедр и можжевельник . Маленькие плоские чешуйчатые листочки.
4. Сосна . Две-три иголки, соединенные у основания.
5. Ель . Острые, твердые четырехгранные иголки.
6. Тисе . Плоские кожистые иголки.
На лиственных деревьях листья распускаются каждый год. Весной или в начале лета большинство из этих деревьев цветет. Лиственные леса встречаются в местах, где климат сравнительно мягкий, а осадков выпадает довольно много. Ими покрыта большая часть территории Европы, Японии, Восточной Азии и восточных штатов США. Там много таких пород, как дуб, береза, клен и ясень. Лиственные деревья покрыты большими, широкими листьями. Они несколько месяцев активно осуществляют процесс фотосинтеза. Поздней осенью листья отмирают и облетают под воздействием сильных ветров и стужи. Каждое дерево - источник пиши для множества видов живых существ. На плодородных почвах, при обилии солнечного света буйно расцветают различные растения. Они дают корм многим видам животных. Ежегодный листопад и деятельность некрофагов способствуют образованию почвы, богатой перегноем, нитратами и минеральными веществами. Зимой животные в лиственных лесах ведут более активный образ жизни, чем в хвойных лесах. Но особенно богата жизнь лиственных лесов весной и летом: там обилие растений, насекомых, птиц, млекопитающих. В Южной Европе, на юго-западе США, в Австралии, Новой Зеландии и на севере Южной Америки многие лиственные деревья приспособились к очень жаркому, засушливому лету. У них появились некоторые черты, общие с хвойными деревьями. Сами они стали вечнозелеными, а их листья - мельче и толще, что позволяет лучше сохранять влагу.
Как измерить высоту дерева
Прикрепите к стволу дерева полоску бумаги на высоте вашего роста и измерьте ее 1 (в см). Отходите от дерева, держа линейку на вытянутой руке, пока верхний край полоски не совместится с отметкой 3 см на линейке. Отметьте, с какой отметкой на линейке совпадет верхушка дерева, разделите это число на 3 и умножьте на высоту вашего роста (например, 21 см: 3 х 150 см дает 1050 см, или 10,5 м).
Лесотундры и хвойные леса
Между зонами тундр и хвойных лесов есть переход - лесотундры. Это неширокая полоса, в которой распределение растительности более всего зависит от местных условий.
На южной границе тундровой зоны в защищенных от ветра и прогреваемых местах появляются сначала кустарники или карликовые формы деревьев, а затем к югу по мере нарастания летних температур и продолжительности вегетационного периода - и деревья, главным образом хвойные. По неблагоприятным для древесной растительности местообитаниям распространены тундровые сообщества южных вариантов: например кустарниковые.
Еще южнее начинается зона хвойных лесов, которую часто называют тайгой. Первоначально это название принадлежало только лесам , но потом перешло и на хвойные леса других регионов умеренного пояса Северного полушария. Южная граница тайги в Евразии идет от 60-61°с. ш. на Скандинавском п-ве к устью р. Нарвы, затем р. Оки, далее южнее истоков р. Камы, через Уральские горы; в Западной Сибири она расположена примерно на 54-й параллели и далее проходит через юг Средней Сибири к тихоокеанскому побережью, по югу Сихотэ-Алиня и о. Хоккайдо. В Северной Америке она тянется от о. Ванкувер через Кордильеры к истокам р. Маккензи, озеру Виннипег, севернее Великих озер, до устья р. Св. Лаврентия. Условия существования органического мира в этой зоне разнообразны, различны и биоценозы.
В пределах территории зоны средние температуры самого теплого месяца - 10-19°С, самого холодного могут быть как относительно высокими, даже положительными (до 3°С), так и очень низкими (до -40°С). Вегетационный период довольно короткий, а с температурами выше 10°С продолжается от месяца до четырех. Снежный покров держится на всем протяжении зимы. Осадки превышают испарение, так что увлажнение избыточное. В зоне довольно широко распространена многолетняя мерзлота, что способствует переувлажнению верхних слоев грунта. При избыточном увлажнении растения находятся в условиях физиологической сухости из-за низких температур и кислой реакции почвенных вод.
Растительность и почвы
Лесообразующие породы деревьев обладают некоторыми общими свойствами: они имеют хвою, как правило, не опадающую на зиму, у большинства из них поверхностная корневая система. Однако при разном строении рельефа и на различных грунтах условия почвообразования и обитания растений неодинаковы. Отсюда - огромное разнообразие лесных сообществ внутри зоны.
В европейской тайге на ледниковых и водно-ледниковых отложениях преобладают ельники и сосняки. Еловые леса различных типов преимущественно с елью европейской в верхнем ярусе растут, главным образом, на глинистых и суглинистых грунтах в нормальных условиях увлажнения. Эти леса темные, под их пологом обитают теневыносливые растения с преобладанием вегетативного размножения, много вечнозеленых или зимнезеленых видов, нет эфемеров. В подлеске обычны можжевельник, ивы, смородина, рябина, в травяном покрове - кислица, грушанка, майник двулистный, седмичник, папоротники, кустарнички: черника, брусника. Много зеленых мхов, а на заболоченных участках господствует сфагнум. Сосняки произрастают на песчаных грунтах. Сосны могут расти даже на скалах, закрепляясь в трещинах горных пород, и на заболоченных землях. Сосна обыкновенная с ее мощной корневой системой может жить там, где погибают другие породы, та же ель, у которой корневая система поверхностная. Зато проростки сосны не выносят затенения, поэтому легко вытесняются другими деревьями. В светлохвойных сосновых лесах преобладает мохово-лишайниковый покров и обычны кустарнички, ксерофиты (например, кошачья лапка, молодило) и псаммофиты - цмин песчаный и др. На заболоченных грунтах древесный покров угнетен, но все же выживает. В европейской тайге есть примесь мелколиственных деревьев, а на месте вырубок и пожарищ вырастают вторичные ольшаники, березняки, осинники.
В Западной Сибири на плохо дренированных низменных равнинах преобладают елово-пихтовые темные леса. Доминируют здесь ель сибирская и пихта с довольно большой примесью кедровой сосны. Средняя Сибирь почти полностью занята холодостойкими светлыми лиственничными лесами, теряющими на зиму мягкую хвою. Лиственницы лучше других пород растут в условиях многолетней мерзлоты и резко континентального климата. Преобладают два вида лиственницы: сибирская и даурская. На Дальнем Востоке распространена, в основном, горная тайга с господством аянской ели и белокорой пихты. Еще больше здесь зарослей кедрового стланика - стелющейся формы особого вида из семейства сосновых. Они покрывают склоны гор и сопок сплошным ковром.
В Северной Америке таежная зона тянется тоже от океана до океана. Ее северная граница достигает на востоке материка 48-й параллели, а южная спускается значительно южнее, чем где бы то ни было в Евразии. Породный состав американской тайги значительно разнообразнее евразийской.
К тем родам, которые обычны в Евразии, прибавляются более теплолюбивые тсуги, псевдотсуги, туи, секвойи. Некоторые из них встречаются в Восточной Азии и Гималаях, что говорит об их прежней флористической связи с североамериканскими районами. Ели, сосны, пихты, лиственницы представлены, как правило, своими особыми видами. Много в этой тайге деревьев мелколиственных пород, также принадлежащих к эндемичным видам.
Кордильеры служат существенным барьером для распространения растений и животных. Хотя зона хвойных лесов в горах не прерывается и представляет собой горную тайгу с условиями, характерными для всей зоны, но леса тихоокеанского побережья резко отличаются от восточной, так называемой канадской тайги. Здесь сказываются как разобщенность регионов на последних этапах развития органического мира после образования горного барьера, так и различия в современных условиях существования жизни.
Канадская тайга весьма схожа с северными лесами Евразии.
Доминируют здесь ели канадская (белая) и черная, американская лиственница, близкая к даурской. Из мелколиственных пород обычны бумажная береза и американская осина. Как видно, лесообразующие породы деревьев те же, что и в Евразии, но представлены эндемичными видами. Из типично американских деревьев растут бальзамическая пихта, канадская тсуга (восточный хемлок), восточная туя. На песчаных почвах в сосняках преобладает сосна Банкса. В кустарниковом ярусе и травяном покрове наблюдается очень большое сходство с лесами Евразии.
Тихоокеанские хвойные леса приурочены к западным подножиям Кордильер и распространены в нижнем ярусе гор. Они сильно отличаются от канадской и евроазиатской тайги. В северной части у этих лесов есть, некоторое сходство с лесной растительностью Восточной Азии.
Здесь господствуют лиственничники с аляскинской лиственницей, близкой к даурской. Южнее, в условиях очень влажного климата с мягкой зимой и прохладным летом, распространены своеобразные «дождевые» леса, оригинальные как по структуре, так и по видовому составу. Несмотря на обильное увлажнение, здесь почти нет застоя вод, так как рельеф расчленен. В лесах доминируют крупные хвойные породы: ситхинская ель, дугласия (дугласова «пихта», или псевдотсуга), западный хемлок (тсуга), туя гигантская (складчатая, красный «кедр»). К ним часто присоединяются бальзамическая пихта, красная ель, желтая и мурреева сосны и некоторые широколиственные породы: клен, липа, вяз. Леса многоярусные, обычно полидоминантные, с густым кустарниковым и травяным покровом. Поваленные стволы и ветви деревьев часто образуют своеобразный настил в двух-трех метрах над землей. С деревьев свисают мхи и лишайники, и по внешнему облику эти леса иногда напоминают влажные тропические, особенно их горный вариант. Деревья верхнего яруса - долгожители и могут достигать гигантских размеров: высота дугласии - до 75 м (отдельные экземпляры - и до 100 м), складчатой туи - до 60 м, диаметр ствола тсуги - до 6 м. Весь верхний ярус имеет, как правило, высоту 50-70 м. Во второй ярус выходят более низкорослые хвойные и лиственные породы. К югу эти леса доходят до 40-50° с. ш. По термическому режиму здесь должны были бы расти уже широколиственные породы, но в условиях большого количества осадков в верхнем ярусе доминируют хвойные, а широколиственные занимают нижние ярусы. К уже перечисленным породам присоединяются белая пихта, сахарная сосна, ладанный кедр, на самом юге - вечнозеленая секвойя. В горах Сьерра-Невада на высоте 1500 м сохранились рощи секвойядендрона гигантского (мамонтова дерева, веллингтонии), принадлежащего, как и секвойя, к древнему семейству таксодиевых. Эти деревья живут до 1500 (а может, и более) лет и достигают высоты до 100 м и диаметра ствола до 15-18 м. Рощи мамонтовых деревьев сейчас тщательно охраняются, каждое дерево взято на учет и под наблюдение.
Флора американских хвойных лесов обладает высокой степенью эндемичности. Присущи только им 50 видов ели, 30 из 40 - пихты, 80 из 100 - сосны. Максимально богаты эндемичными и реликтовыми видами леса западного побережья.
Под хвойными лесами обоих материков формируются чаще всего подзолы.
Они отличаются наличием с поверхности или на очень небольшой глубине горизонта вымывания, белого цвета, состоящего из тонкодисперсного кремнезема. Горизонт вмывания - плитчатый плотный, красно-бурого цвета, обогащен окислами железа. Такие почвы формируются на грубообломочных корах выветривания кристаллических пород, на моренных суглинках, флювиогляциальных песках при разреженном травяном покрове под хвойным опадом. При разложении хвойного опада образуются кислоты, и реакция почвенного раствора в подзолистых почвах кислая. Подвижные фульвокислоты способствуют вымыванию веществ из верхних горизонтов в нижние, где они переходят в неподвижное состояние. Гумус не накапливается. Только при наличии лиственного опада нижних ярусов и подлеска, развитии травяного покрова в некоторых типах хвойных лесов формируются дерново-подзолистые почвы с более или менее мощным гумусовым горизонтом. Под лесами тихоокеанского побережья благодаря лиственному опаду нижних ярусов могут образовываться и бурые лесные почвы с темноцветным сравнительно мощным гумусовым горизонтом.
Значительные пространства в пределах зоны хвойных лесов заняты заболоченными землями и болотами. Здесь распространены все их типы. Для темнохвойной тайги особенно характерно развитие сфагновых болот. В напочвенном покрове поселяются сфагновые мхи. Они образуют плотные скопления. Мхи обладают гигроскопичными свойствами, аккумулируют влагу, и в местах их произрастания образуются верховые болота с торфяниками.
Животный мир
Фауна хвойных лесов достаточно однородна по всей зоне. Большинство животных обладает густым мехом, так как им необходимо иметь защиту от холода зимой. Их относят к категории пушных зверей. Многие запасают корм или впадают в спячку на зиму. Грызуны и птицы питаются в том числе и семенами хвойных деревьев. Их численность зависит от урожая этих семян, потому что зимой и ранней весной это практически единственный вид корма. Таковы , бурундуки, лесные полевки и мыши, зайцы, из птиц - кедровки, щуры, клесты. Колебание их количества влечет за собой изменение количества питающихся ими хищных: куниц, соболей, рысей. В тайге живут крупные копытные - лоси, летом заходят сюда олени из более южных, а зимой - из северных зон. Есть хищники: волки, лисицы, рыси, росомахи, норки, медведи. В водоемах обитают бобры. Все эти животные есть в хвойных лесах обоих материков, но представлены разными видами, подвидами или разновидностями, которые обычно мало отличаются друг от друга по образу жизни и внешнему виду. Есть на каждом материке и эндемики. Наиболее богаты ими леса Северной Америки, особенно тихоокеанские. В подсемействе барсучьих эндемичен скунс, из грызунов - ондатра или мускусная крыса. Древесный дикобраз - иглошерст (поркупин) в Евразии живет в субтропиках, а в Северной Америке - ив тайге. В заповедниках Северной Америки сохранились лесные бизоны, а в Евразии - зубры, которые были в искусственных условиях с трудом спасены от полного исчезновения путем многократного скрещивания единичных сохранившихся экземпляров с американским бизоном и дальнейшего отбора по унаследованным от зубров признакам.
Биологическая продуктивность хвойных лесов выше, чем тундр и лесотундр, но она значительно варьирует в пределах зоны. Самые продуктивные биоценозы находятся в южной части тихоокеанских лесов Северной Америки. По этому показателю они не уступают широколиственным лесам. Продуктивны и дальневосточная, и западноевропейская тайга на южных окраинах зоны - до 100 ц/га. Но на большей части территории хвойных лесов биологическая продуктивность колеблется от 40 до 80 ц/га.
Хвойные леса обоих континентов значительно изменены человеком. Они издавна вырубались, страдали от пожаров. И по естественным причинам, и по вине людей ежегодно выгорают сотни и тысячи гектаров лесных массивов. Способствуют этому сухие летние погоды, которые часто подолгу продолжаются в условиях континентального климата. Восстановление же таежных биоценозов идет медленно. Сначала на вырубках и гарях вырастают березняки, осинники, ольшаники. Под их пологом довольно хорошо, хоть и медленно возобновляется еловый лес, а светолюбивую сосну приходится выращивать искусственно, ухаживая за посадками. Культура лесного хозяйства, в том числе и лесовозобновления, высока в Канаде, Швеции, Финляндии. В пределах нашей страны лесное хозяйство ведется не вполне рационально. Часто на вырубках остаются ветки и непригодные к использованию стволы, что затрудняет работы по лесовосстановлению и защите от лесных пожаров. Сокращение площади хвойных лесов ведет к исчезновению многих полезных растений и животных и наносит непоправимый ущерб всему природному комплексу этих территорий. Однако появляются и новые лесные массивы, созданные человеком. Разведение лесов преследует разные цели, главная из них - получение древесины. Иногда сосновые леса сажают для закрепления песков. Именно поэтому возникли большие участки сосняков в Ландах на Бискайском побережье Франции, где нужно было остановить подвижные пески дюн. Такого же происхождения великолепные сосновые леса на дюнах Куршской косы и побережья Рижского залива.
Как часто мы задумываемся над тем, какую роль в нашей жизни играют леса? Что представляет собой лес? Какие экологические функции он выполняет? В этой статье попробуем ответить на эти и многие другие вопросы, связанные с лесом как природной экосистемой.
Лес представляет сочетание древесной, кустарниковой и травянистой растительности, произрастающей на твёрдой поверхности планеты, включая животных, микроорганизмов и других составляющих природной среды (почвы, водоёмы и реки, воздушная оболочка) биологически взаимосвязанных между собой. Главными свойствами лесов служат площадь и запасы древесины на корню. Леса произрастают на всех материках, кроме Антарктиды и занимают около 31% поверхности суши. Общая площадь лесного фонда планеты составляет 4 млрд. гектаров, а запасы древесины на корню 527 203 млн. м3.
Рис.1 Карта лесной растительности планеты
Лес – это сложноорганизованная саморегулирующаяся экосистема, в которой постоянно осуществляется круговорот веществ (азота, фосфора, кислорода, воды и др.) и потоков энергии между всеми типами и формами организмов. Все растения приспособлены друг другу, а также к животным организмам, и наоборот, все животные организмы приспособлены к растительным организмам. Они не могут существовать друг без друга. Каждый участок леса имеет выраженную пространственную структуру (вертикальную и горизонтальную), которая включает большое количество взрослых деревьев, кустарников, травянистых растений, подрост основной и сопутствующей породы, а так же мхи и лишайники.
Рис. 2 Вертикальная структура леса
Вертикальная структура леса характеризуется распределением различных форм растений по высоте, а горизонтальная отражает распределение разных видов растений в горизонтальной плоскости. Наряду с большим количеством растений, в лесу огромное количество различных видов без(с)позвоночных, миллионы почвенных организмов, многочисленны насекомые, птицы и звери. Все они вместе образуют экологическую систему, в которой каждое растение и животное выполняет конкретную экологическую функцию, участвуя в круговороте различных химических элементов.
Под воздействием внешних экологических факторов (свет, температура, влага, ветер, течения, различные формы разумной человеческой деятельности и др.) происходят те или иные изменения в лесной экосистеме, которые, как правило, не носят резкого и разрушающего характера, и не приводит к нарушению равновесия в экосистеме. Однако сильно возрастающее воздействие неразумной человеческой деятельности всё чаще и чаще приводит к нарушению экологического равновесия, что выражается в резких и катастрофических изменениях и последствиях. Так, летом 2008 г. на территории Западной Украины в районе гор Карпат, произошло крупнейшее наводнение из-за многочисленных осадков. В результате было затоплено около 40 тыс. домов, размыто почти 700 км дорог, разрушено более трёх сотен мостов .
Одной из причин масштабного наводнения называется вырубка лесов на склонах Карпатских гор, когда на протяжении почти 40 лет была вырублена значительная часть лесного покрова .
Рис.3 Наводнение в районе Карпат, 2008 г. (Западная Украина)
Рис.4 Вырубка лесов в Карпатах
Дело в том, что лес выполняет важную водорегулирующую роль, которая заключается в замедлении поверхностного стока талых и дождевых вод, переводя часть его в землю, уменьшая тем самым разрушительную силу паводков и половодий и, питая тем самым подземные воды. При выпадении дождя кроны и стволы деревьев задерживают часть влаги, что позволяет воде впитываться в лесную подстилку постепенно, а не стихийно. Лесная подстилка удерживает влагу и со временем отдаёт её рекам и подземным водам, а ещё часть влаги используется для питания растений. На открытом участке (например, вырубка) дождевая вода целиком попадает на поверхность земли и не успевает впитываться, так как водопроницаемость лесной подстилки выше, чем на открытом участке, что приводит к стоку большей части воды с поверхности в западину или поверхностный водоток (ручей, река). Иногда открытый участок не пропускает воду вообще и та полностью стекает, образуя мощный поток воды. Немаловажную роль играет лес в распределении зимних осадков и при таянии весной. На открытых участках снежный покров закрепляется немного позже по сравнению с лесом из-за частых оттепелей и распределяется неравномерно по причине дующих ветров. В лесах снег распределяется равномерно, что связано с изменением ветрового режима в приземном слое. В целом на открытых участках снега накапливается больше чем в лесу. Весной под воздействием мощного потока солнечного излучения происходит снеготаяние, которое зависит не только от этого фактора. Различные типы растительности и рельеф играют немаловажную роль в этом процессе. На открытый участок приходит 100% солнечного излучения, а под полог любого древостоя только часть, поэтому снег тает в лесах медленнее. Например, на вырубках снег тает 7-25 дней, а в елово-пихтовом лесу 32-51 день .
Отечественный лесовед Молчанов Александр Алексеевич установил, что коэффициент весеннего стока резко уменьшается с увеличением лесистости (с 0,6-0,9 на безлесой холмистости территории до коэффициента 0,09-0,38 при лесистости 40%) .
При вырубке леса происходит удаление древесного полога и почва утрачивает свойство водопроницаемости, что приводит к нарушению водного режима водотоков, при этом увеличивается поверхностный сток и усиливается процесс разрушения почв. Таким образом, лес выполняет важную роль по регулированию равномерного поступления воды в водотоки, участвует в круговороте воды, препятствует разрушению почв.
Не менее важная по значению свойство растительности связанна с климатообразованием планеты. Лес влияет на такие климатические факторы, как ветер, температуру, влажность и др. Благодаря ветру происходит опыление растений, распространение плодов и семян, усиливается процесс испарения влаги с поверхности листа, а лес в свою очередь уменьшает скорость ветра в приземном слое воздуха, регулируя температуру и влажность. Наличие насаждений изменяет тепловой режим и на прилегающих территориях. Летом более холодный воздух зелёного массива вытесняет более тёплый и лёгкий воздух прилегающей территории, понижая температуру воздуха на этих участках. Степень понижения температуры воздуха зависит от породы насаждения (от прозрачности кроны, отражающей способности листьев, высоты и возраста), от густоты посадки и ряда других характеристик. Крупнолистные деревья являются лучшими защитниками от тепловой энергии. Так, например, осина пропускает через свою листву в 10 раз больше энергии, чем боярышник. В лесу влажность воздуха увеличивается, так как испаряющая поверхность листьев деревьев и кустарников, стеблей трав в 20 и более раз больше площади почвы, занимаемой этими растениями. За год гектар леса испаряет в воздух 1-3,5 тыс. т влаги, что составляет 20-70% атмосферных осадков. Например, увеличение лесистости на 10% может привести к возрастанию суммы годовых осадков на 10-15% . Кроме того, с поверхности листьев испаряется около 90% поступающей воды и лишь 10% идёт на питание растений. Влажность воздуха в средней полосе в лесу или парке летом на 16-36% бывает выше, чем в городском дворе. Зелёные насаждения способствуют и увеличению влажности воздуха на прилегающих открытых территориях.
Рис. 5 Климатические пояса планеты.
Лес принимает деятельное участие в газообмене, в первую очередь, поглощая углекислый газ и выделяя в атмосферу кислород. Это природное явление получило название фотосинтез. Так, гектар леса поглощает в час 8 кг углекислоты (H2CO3), которые выделяют 200 человек. Степень поглощения углекислоты и выделения кислорода сильно зависит от породы насаждений. Так, тополь берлинский в 7 раз, дуб черешчатый в 4,5 раза, липа крупнолистная – в 2,5 раза, а сосна обыкновенная в 1,6 раза эффективнее по газообмену ели обыкновенной.
Рис. 6 Фотосинтез растений
Существенная роль принадлежит лесу и в очистке атмосферы от пыли. Растения скапливают на поверхностях листьев, ветках и стволах пылевые частицы. При этом действие накопления в сильной степени определяется не только температурой, влажностью и скоростью ветра, но и породой насаждений. Так, хвойные породы в 30 раз, а берёза в 2,5 раза больше задерживает пыли, чем осина. Запылённость городских и пригородных парков в 1,5-4 раза ниже, чем в промышленной зоне. Измерения показали, что запылённость воздуха под деревьями на 20-40% ниже, чем на открытых рядом расположенных площадках. За деятельный период жизнедеятельности растения одно взрослое дерево выводит из воздуха: каштан конский – 16 кг, клён остролистый – 28 кг, тополь канадский – 34 кг пыли.
Лес также участвует в очистке воздуха от газообразных примесей. Более холодный воздух, создающий вертикальные потоки, и меньшие скорости ветра в районе зелёных насаждений, способствуют перемещению газообразных примесей в верхние слои атмосферы. Это приводит к уменьшению их количества в зоне зелёных насаждений на 15-60%. Разные породы деревьев обладают разной устойчивостью к атмосферным загрязнениям при сохранении своей способности улавливать из атмосферы ядовитые примеси. Так, белая акация улавливает из атмосферы соединения серы и фенола, не сильно повреждая при этом свою листву. Из(с)следования показали, что сернистый газ сильно повреждает растительность.
Вблизи химических комбинатов поверхность листьев у липы, берёзы и дуба бывает сожжена на 75-100%, а рябины – на 25-65%. Нестойкими породами деревьев к атмосферным загрязнениям являются: каштан конский, клён остролистый, ель и сосна обыкновенные, рябина, сирень, акация жёлтая и др. Наиболее стойкими являются: осокорь, белая акация, тополь крупнолистный, клён пенсильванский, плющ обыкновенный.
Растения выделяют биологически активные вещества (фитонциды), которые обладают высокой физиологической деятельностью при небольших количествах по отношению к определённым группам живых организмов. Биологически активные вещества убивают болезнетворные бактерии или задерживают развитие микроорганизмов. Эффективность биологически активных веществ различных растений неодинакова. Так, кедр атласский через 3 мин выделений вызывает гибель бактерий, черёмуха обыкновенная – через 5 мин, смородина чёрная – через 10 мин, лавр благородный – через 15 мин.
Велико участие лесных территорий и в снижении уровня шума от транспортных магистралей и предприятий. Кроны лиственных деревьев поглощают 26% падающей звуковой энергии, а отражают и рассеивают 74%. Два ряда липы способны уменьшить уровень шума в 2,5-6 раз в зависимости от ширины полосы посадки без листвы и в 7,7-13 раз, когда растения были с листвой. Степень звукоизоляции зависит от породы, высоты и схемы посадки деревьев и кустарников. Шум на высоте человеческого роста на застроенной высокими домами улице лишенной зелёных насаждений в 5 раз превышает на этой же улице, обсаженной деревьями за счёт отражения шума движущегося транспорта от стен зданий.
Таким образом, лес играет важную роль на планете по поддержанию благоприятных условий существования всех живых организмов, в том числе и человека. Лес как природная экосистема участвует в климатообразовании и осадкообразовании, поддерживает газовый состав атмосферы, даёт дом и пищу для многих видов и форм растений и животных. Однако на сегодняшний день существует серьёзная проблема сохранения лесов.
Основная часть лесных экосистем приходится на такие страны как Россия (809 млн. га), Бразилия (520 млн. га), Канада (310 млн. га), США (304 млн. га), Китай (207 млн. га), Демократическая республика Конго (154 млн. га) .
Причем наиболее ценными для поддержания экологического равновесия на планете являются таёжные и тропические леса. Тропические леса обладают достаточно высоким биологическим разнообразием, которые содержат до 70-80% всех известных науке животных и растений. По оценке Госдепартамента США потери лесов ежегодно составляют равными четырём площадям Швейцарии (41 284 км²) .
Для того, чтобы представить масштабы вырубки лесов эту площадь можно ещё сравнить с территорией Московской области (44 379 км²). Главными причинами сокращения лесов являются неконтролируемая вырубка леса под сельскохозяйственные угодья – 65-70% и лесозаготовка – 19% (рис.7, 8, 9).
Рис.7 Участок леса, ранее расчищенный под плантации, Индонезия
Рис. 8 Выжигание джунглей для освобождения земли под посевные поля, южная Мексика
Рис. 9 Незаконная вырубка Розового дерева на острове Мадагаскар в Национальном парке Масоала
Большинство тропических стран уже сейчас утратили более половины своих естественных лесов. Например, на Филиппинах вырублено около 80% лесов, в Центральной Америке площадь лесов сократилась на 60%. В таких тропических странах как Индонезия, Таиланд, Малайзия, Бангладеш, Китай, Шри-Ланка, Лаос, Нигерия, Ливия, Гвинея, Гана площадь лесов сократилась на 50% .
Подводя итог, можно сказать, что сохранение и увеличение площади лесных экосистем является важнейшей задачей человечества, выполнение которой обеспечит ему выживание в благоприятной окружающей природной среде. Иначе человечеству просто не выжить, так как только гармоничное развитие земной цивилизации с природой даёт шанс на жизнь и развитие человечества в целом.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Загрузка...