Контрольные вопросы по дисциплине «Лесоводство»
Тема: Экологические факторы в жизни леса
Значение климата в лесоводстве.
Климат, его сезонные изменения, погодные условия имеют большое значение в повседневной практике лесного хозяйства, агролесомелиорации и лесной промышленности. Ряд показателей климата 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 бонитет архангельских лесов на 3, мурманских — почти на 4 класса ниже московских. В зависимости от быстроты роста древостой одной и той же породы в различных климатических условиях приспевают к рубке в разном возрасте. Поэтому в разных климатических районах обычно назначают разные обороты рубки.
С особенностями климата связаны сроки посева и посадки леса, способы обработки почвы. Так, в Архангельской области посев 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 гряды 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 наибольшего сохранения влаги. Климат, метеорологические условия определяют степень опасности возникновения и распространения лесных пожаров. Поэтому в практике охраны лесов от пожаров широко используются данные метеослужбы, разрабатываются прогнозы и характеристики пожароопасной погоды. С климатом связаны сезонные особенности рубок леса, организация 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 подробнее остановиться на многообразных взаимовлияниях климата и леса, как в целом, так и по отдельным элементам.
Значение солнечной радиации для жизнедеятельности древесных растений.
Почти всё (99%) излучение Солнца сосредоточено в области 200- 4000 нм. Свет - видимая часть солнечной радиации (380-680 нм). Ее называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР), т.к. именно за счет этой части спектра идут процессы фотосинтеза в зеленых растениях. ФАР - радиация, способная приводить в возбужденное состояние молекулу хлорофилла и осуществлять образование органического вещества.
Часть излучения Солнца, поступающая к Земле в виде параллельных лучей, называется прямой радиацией, а часть рассеянного атмосферой солнечного излучения, поступающая к Земле со всех точек небосвода - рассеянной радиацией. Содержание ФАР, в зависимости от высоты Солнца, равно 30-40%. В рассеянной радиации эта доля больше (до 60%). Прямая и рассеянная (суммарная) радиация делится на отраженную, поглощенную и пропущенную. Лес отражает 20-25% солнечной радиации (отношение отраженной радиации к суммарной называется альбедо), пропускает, в среднем, столько же и 35-75% - поглощает (рис. 22). Ель отражает 18% солнечной радиации, береза — 30, луг - 35, снег - 90%, остальная часть радиации поглощается. Хвойные леса лучше аккумулируют солнечную энергию, чем другие типы растительности. Этим отчасти объясняется их преобладание в холодном поясе.
Хлорофиллоносные растения отражают лучи избирательно. Для них характерно малое отражение в видимой части спектра и резкое возрастание в инфракрасной зоне. Объекты неживой природы такой закономерности не имеют. Интересно, что листва, хвоя, трава меньше всего отражают синие и оранжево-красные лучи; на кривых отражения в зеленой и близкой к инфракрасной зонах спектра возникает «бугор». Различная спектральная отражательная способность разных древесных пород используется в аэрофотосъемке; на этой способности основаны методы дешифрирования аэроснимков.
Поглощение энергии необходимо:
для образования хлорофилла и разложения CO2;
для фотосинтеза;
для транспирации;
для образования почек и роста растений;
для плодоношения.
Растениями поглощаются в основном сине-фиолетовые и желто-красные лучи. Для образования хлорофилла и фотосинтеза наибольше значение имеют оранжево-красные лучи, для транспирации – желто-красны (главным образом, желтые, как обладающие максимальным тепловым эффектом). Для образования почек, роста растений и плодоношения особенно важны сине-фиолетовые лучи. Красные лучи обуславливают формативный эффект, фиолетовые вызывают этиоляцию, желтые - фототропизм. Ультрафиолетовые лучи задерживаются эпидермисом, и в более глубокие слои листа проникает не более 5 % этих лучей.
Высокая степень поглощения солнечной радиации деревьями объясняется большим листовым индексом, т.е. отношением поверхности хвои (листьев) к площади, занимаемой лесом. Для ели и пихты листовой индекс равен 4-8 и более.
Пропущенная радиация нужна для жизнедеятельности второго яруса, подроста, подлеска, трав и мхов, микрофлоры. Свет, проникая под полог древостоя, обеднен лучами в области ФАР. Так, на открытом месте их доля достигает 50%, под пологом сосны - 30%, в дубовом молодом лесу - 10%.
Световая обстановка в лесу зависит, главным образом, от древостоя, (его состава, возраста, высоты, сомкнутости и др.) и от характера крон (глубины, ширины, ажурности). Имеет значение и время года: весной, когда нет листвы, к почве проникает больше света, и некоторые растения (ветреница, медуница, печеночница и др.) в это время цветут.
По уменьшению светопроницаемости полога древесные породы можно расположить в следующем порядке: береза каменная, сосна, береза повислая, осина, ясень, лиственница Гмелина, ель, бук. В высокополнотных еловых древостоях к почве проникает до 10% солнечной радиации, в буковых - 3%. Сосна и лиственница пропускают больше света, хотя даже в лиственничниках освещенность заметно отличается от открытого места.
Доля дошедшего до почвы света резко снижается в многоярусных древостоях. Так, в лиственно-еловых насаждениях до второго яруса доходит 4-14% света, а до подроста - 0,5-3%.
Уменьшение освещенности в лесу способствует изменению формы ствола, отмиранию нижних ветвей (рис. 23). Для лучшего улавливания света подрост ели приобретает зонтикообразную форму кроны. В лесу может иметь место такое явление, как фототропизм, т.е. ростовые движения, направленные в сторону источника света. Фототропизмом объясняются заполнение «окон» в пологе после рубки или ветровала, листовая мозаика, угол прикрепления ветвей к стволу, однобокость и наклон кроны и ствола, повреждения ствола, его техническая неполноценность (свилеватость, образование креневой древесины).
Важным фактором в жизни леса является продолжительность освещения. Растениям свойствен фотопериодизм, т.е. реакция на соотношение светлого и темного периодов суток, выражающаяся в изменениях роста и развития. Длина светового дня регулирует прохождение фенофаз. Растения эволюционно приспосабливаются к фотопериоду.
На юге древесные породы сформировались в условиях длинного вегетационного периода, хотя более короткого светового дня. Южные деревья, перенесенные на север, а северные - на юг на какое-то время сохраняют продолжительность своего вегетативного периода. Поэтому успешная интродукция возможна лишь путем изменения длины светового дня для интродукции хотя бы на раннем этапе жизни.
Еще в конце 80-х годов XIX века предпринимались попытки выращивания растений с использованием электрического света, заметные же успехи были достигнуты лишь в 20-ч годах XX века. В частности, удалось добиться увеличения прироста лиственницы в 15 раз. Но не все древесные породы реагируют на дополнительное освещение одинаково: так, имели значения периодичности освещения и качества состава света.
Свет влияет и на плодоношение деревьев. Древостой в разреженном состоянии начинает плодоносить гораздо раньше и обильнее, чем в густом. Поэтому лесосеменные плантации регулярно разреживают. После разреживания уменьшается также потребность деревьев в пище и воде.
Однако чрезмерное освещение верхним светом отрицательно сказывается на плодоношении. В лесостепи у наиболее высоких сосен максимальное количество шишек наблюдается в средней части кроны, в тайге же - в верхней части.
Влияние на лес низких и высоких температур.
Но понятие низкие температуры не всегда означают абсолютное выражение температуры — большой абсолютный минимум.
Многие тропические растения гибнут при температуре 1,5° С, зарегистрированы подобные случаи даже при 3,7° С. Растения арктических стран выдерживают холода до —60° С. Неприспособленность южных лесов к низким температурам и их последствиям проявляется во многих формах. Так, густые кроны южных американских сосен ослабляют их способность сопротивляться действию снега и обледенению ветвей. В результате эти деревья с густыми и довольно высоко приподнятыми кронами при внезапных понижениях температуры, сопровождаемых снегопадами и накоплением снега на кронах, ломаются. Повреждения снегом бывают и в сосновых лесах Севера. Но если бы они имели охвоение, подобное южным американским соснам, эти явления в условиях длительных и постоянных снегопадов, возможно, носили бы хронический характер, что было бы равносильно катастрофе для леса.
В наших широтах чаще гибельными для лесных древесных пород бывают не зимние 30-градусные морозы, хотя и они в известных условиях могут принести большой вред, а весенние заморозки, особенно при понижении температуры воздуха на 1—5° ниже нуля, или несколько более. Особенно опасен быстрый переход от холода к теплу и обратно. В лесоводстве различают: поздние, или весенние, заморозки; ранние, или осенние. В северной тайге, а также, хотя и реже, в районах средней тайги бывают и летние заморозки. Кроме того, надо учитывать и действие зимних морозов.
Действие низких температур многообразно. Оно проявляется в виде так называемого выжимания морозом из почвы молодых древесных растений — всходов, самосева, сеянцев. Сущность явления заключается в том, что под действием заморозка в почве образуются кристаллы льда. Кристаллы и почва, расширяясь, приподымаются вместе с расположенными в ней корнями юных растений. Затем при оттаивании она опускается, а корни остаются оголенными на поверхности почвы. Вследствие этого юные растения теряют устойчивость, ослабляются и погибают. При выжимании отмечаются и разрывы корней.
Поздние и ранние заморозки вызывают и ряд других осложнений. Поздние заморозки наносят повреждения древесным растениям при их цветении, что сказывается на урожае семян. Они повреждают тронувшиеся в рост, но не окрепшие еще побеги, листву, хвою. Ранние заморозки повреждают не успевшие одревеснеть молодые побеги, особенно порослевые. Опасность заморозков выражена по-разному в зависимости от рельефа и экспозиции почвы, характера самого леса.
Древесные растения наиболее чувствительны к высоким температурам в молодом возрасте. Всходы ели погибают при температуре 53—55° С. Температура, при которой погибает камбий всходов и самосева сосны, выше на 5—6°. В молодом возрасте происходит опал шейки. Это повреждение характеризуется поражением камбия в нижней части стволика — на уровне почвы, где в солнечный день бывает наиболее высокая температура, достигающая 50 —60° С и более, т. е. критическая для камбия, приводящая к смерти растений. Такая температура чаще бывает на обнаженных, особенно на сухих песчаных, а также на темноокрашенных почвах.
У взрослых деревьев в результате действия высокой температуры наблюдается ожог коры, при котором происходит локальное отмирание камбия. Наиболее страдают древесные породы с гладкой тонкой корой — бук, ель, пихта, граб и др. Темный цвет коры усиливает опасность солнечного ожога. Ожог коры образуется также и в результате действия лесного пожара— образуются огневые травмы. Огневые повреждения деревьев проявляются в виде: ожогов ствола; ожогов и перегорания корней; ожогов кроны. Воздействие низового пожара, в результате которого сгорает напочвенный покров и обжигается снаружи нижняя часть стволов, может быть различным для разных пород, так как опасность огневого ранения камбия зависит от толщины коры, высоты до начала живой кроны и от глубины корней. Поэтому сосна, лиственница и дуб относятся к наиболее огнестойким древесным породам, а пихта и ель — к наименее огнестойким. В молодом возрасте все древесные породы, особенно хвойные, сильно страдают от огня. Высокие температуры воздуха могут воздействовать на лес и косвенно — через ослабление некоторых физиологических процессов, особенно связанных с фотосинтезом и транспирацией.
Устойчивость древесных пород к загрязнению атмосферы.
В атмосфере во взвешенном состоянии содержатся такие инородные примеси, как дымовые газы и пылевые выбросы литейных, алюминиевых, цементных, целлюлозных, химических заводов, предприятий по переработке нефти, азотных комбинатов, электростанций и заводов, работающих на буром угле, нефтяные газы (метан, этилен), сернистый газ, серный ангидрид, фтористый водород, фтор, хлористый водород, сероводород, аммиак, окислы азота, окиси углерода, окислы тяжелых металлов и другие соединения.
Вредные химические вещества (поллютанты) снижают прирост деревьев и их плодоношение, вызывают суховершинность деревьев, разрушают покровные ткани листьев и хвои, тормозят фотосинтез, изменяют кислотность клеточного сока, нарушают действие ферментов и водный режим растений. Особенно губительны поллютанты для вечнозеленых пород, которые не сбрасывают на зиму листву (хвою) и вместе с ней не освобождаются от большей части поглощенных вредных веществ.
Степень устойчивости древесных и кустарниковых пород к вредным газам весьма различна и зависит от вида растений, фазы их развития, концентрации газа, погодных и почвенных условий, густоты насаждения, удаленности от опушки леса. Чувствительность одной и той же породы к вредным газам также неодинакова и зависит от вида и концентрации газа, плодородия почвы, интенсивности фотосинтеза и дыхания, общего содержания воды в листьях, возраста растения, сезона года и состояния древесной породы.
По степени газоустойчивости древесные и кустарниковые породы подразделяются на три категории:
очень устойчивые — ель колючая, туя западная, акация белая и другие;
средней устойчивости - можжевельник обыкновенный и виргинский, лиственница сибирская, бархат амурский, береза пушистая и повислая, дуб черешчатый и красный и другие;
неустойчивые - ель, пихта, сосна, каштан конский, рябина, ясень.
Лес в значительной степени содействует очищению воздуха от пыли и
препятствует дальнейшему ее распространению. Пыль, осевшая на хвое и листьях деревьев, смывается дождем на землю. Один гектар густого леса может «отфильтровать» из воздуха до 70 т пыли в год.
Влияние радиоактивного заражения на лес.
Количество р/а веществ в биосфере в последние годы заметно увеличилось в результате ядерных взрывов, развития атомной промышленности и энергетики, в результате использования р/а препаратов медицине и биологии. По всему миру зафиксировано более 150 аварий на АЭС с утечкой р/а веществ. Основная опасность р/а загрязнения среды связана с выбросом долгоживущих радионуклидов. Термин «радиационная авария» принят ВОЗ для аварий, представляющих опасность не только для отдельных людей, но и для значительной части населения данной страны и соседних стран. Р/а загрязнения распространяются в воздушной и водной среде, мигрируют в почве. Р/а заражению подвергаются растения и животные. Проблема хранения и удаления р/а отходов в настоящее время не решена.
Особенности радиоактивного загрязнения лесных массивов. Наиболее радиочувствительными являются хвойные породы деревьев (сосна, ель, кедр), более устойчивы лиственные породы. Однако последние значительно сильнее загрязняются. По истечении определенного времени происходит самоочищение леса: за 1,52 года самоочищаются лиственные леса, за 3-4 года — хвойные.
Действия населения по защите
- использовать средства индивидуальной защиты (противогаз, респиратор, ватно-марлевые повязки);
- укрыться в здании, лучше в собственной квартире, загерметизировать окна, двери, вентиляционные отверстия, укрыть продукты и запас литьевой воды;
- провести иодизацию семьи (КЗ или 4-5 капель йода на стакан воды для взрослого и 1-2 капли на 100 г воды для детей);
- помещение покидать только по команде властей при эвакуации (отселении). При этом необходимо использовать средства защиты органов дыхания и кожи.
В последнее время (после 50-х годов) появился еще один опасный вид загрязнения атмосферы, воды и почвы – радиоакт. вещества, кол-во которых в биосфере заметно повышается в результате ядерных взрывов, развития атомной промышленности и энергетики, использования Радиоактивных препаратов и изотопов в медицине и биологии. Уже зафиксировано > 150 аварий на АЭС с утечкой радиоактивности.
Основную опасность при этом представляют долгоживущие радионуклиды. Их влияние на атмосферу, воду и почву различно и обусловлено не только скоростью рассеивания, но и их склонностью к концентрированию в водных организмах, к накоплению в почве.
Миграция радиоактивных веществ в почве определяется в основном ее гидрологическим режимом и химическим составом. Меньшей сорбционной емкостью обладает песчаная почва, большей – глинистая, суглинки, черноземы. Высокой прочностью удержания в почве обладают 90 Sr и 137 Cs.
Контроль за содержанием радиоактивных элементов в воде, атмосфере и почвах осуществляется с помощью специальных приборов – дозиметров (дозиметрический контроль), которые измеряют уровень радиоактивного загрязнения. При малых радиоактивных загрязнениях исследуемые образцы могут подвергаться специальной обработке для повышения содержания радиоактивного препарата.
В целях недопущения контакта человека с загрязненными радиоактивными веществами почвами и водой последние должны быть удалены или захоронены. Наиболее безопасными в экологическом и гигиеническом отношении считаются два способа захоронения:
1.Захоронение в изолированном виде, при котором вещество переводится в стекловидное состояние, перемешивается с цементом и заключается в контейнеры, выдерживающие большие давления, а затем сбрасывается на большие глубины.
2. Захоронение в разбавленном виде, при котором в море сбрасываются предварительно разбавленные радиоактивные отходы.
Роль ветра в жизни леса. Меры повышения ветроустойчивости древостоев.
Причиной движения воздушных масс - ветра является неравномерный нагрев земной поверхности солнечными лучами и, в связи с этим, изменение атмосферного давления, плотности воздуха. Ветер оказывает как положительное, так и отрицательное влияние на лес.
С помощью ветра разносится пыльца. Особенно большое значение это имеет для хвойных и сережчатых лиственных пород (сосны, ели, лиственницы, пихты, сосны кедровой, березы, осины, ольхи, дуба и др.), так как способствует их перекрестному опылению. С помощью ветра распространяются семена большинства древесных растений. Многие из них имеют специальные приспособления (крылышки, пуховые зонтики и т.п.) для увеличения дальности разлета. Слабый ветер содействует газообмену, притоку углекислого газа к кронам деревьев и при скорости до 3 м/с повышает интенсивность фотосинтеза, регулирует транспирацию, способствует лучшему водообмену внутри растений. Ветер способствует перемешиванию охлажденных масс воздуха с более теплыми и тем самым уменьшает опасность образования радиационных заморозков. Раскачивание стволов деревьев ветром положительно влияет на развитие корневой системы. Ветер освобождает кроны от снежного покрова и перераспределяет снег на местности.
Отрицательная роль ветра начинает проявляться при его скорости более 5 м/с. Сильный ветер так усиливает транспирацию, что вода из почвы не успевает доходить до вершин деревьев. В результате гибнет их ассимиляционный аппарат (листья и хвоя) и образуется суховершинность.
Ветер формирует внешний вид деревьев. Там, где ветер дует в одном направлении, у деревьев флагообразные кроны, изогнутые стволы. Под влиянием постоянно дующего ветра годичные кольца вытягиваются по направлению движения ветра, в результате чего сердцевина оказывается не в центре ствола. Ствол становится в сечении не круглым, а овальным.
Под влиянием сильного ветра у деревьев снижается скорость роста в высоту и усиливается прирост по диаметру, особенно в комлевой части.
Поэтому деревья формируются кряжистыми, с резким переходом диаметра от комлевой части к вершинной, что характерно для деревьев, растущих на опушке.
Значительный вред лесу причиняет ветер, раскачивая деревья, когда ветви одного дерева охлестывают ветви другого, изреживая его крону. Особенно сильно охлестываются ветви сосны и ели ветвями березы. При сильном ветре у некоторых деревьев возможно обламывание веток (у тополя, черемухи, клена ясенелистного и др.).
Отрицательная роль ветра проявляется в таких явлениях, как бурелом (стволы деревьев ломаются) и ветровал (деревья вываливаются с корнями).
Часто ветровалы наблюдаются среди еловых древостоев, если те произрастают на мелких почвах. Причина этого в поверхностной корневой системе ели. Но на рыхлых, дренированных почвах ель развивает глубокую корневую систему и устойчива к ветровалу. Сосна имеет глубокий стержневой корень и на богатых почвах редко вываливается ветром. На заболоченных же участках или в местах с незначительной мощностью почвы
Роль почвы в лесной экосистеме. Влияние рельефа и горной породы на лесную растительность.
Почва снабжает лесную растительность водой и элементами питания, обеспечивает ей физическую устойчивость, в то же время являясь средой обитания животных. Почва, растительность, фауна - равноправные и необходимые компоненты лесного биогеоценоза. Другие, кроме живых организмов, факторы лесообразования (климат, рельеф, горная порода, возраст страны) считаются косвенно действующими.
Рельеф - это фактор перераспределения света, тепла, влаги атмосферных осадков и биогенных элементов. Обычно выделяют мегарелъеф (горные страны, равнины), мезорельеф (овраги, моренные холмы) и микро- или нанорелъеф (кочки, валеж, гнилые пни и др.).
В таежной зоне на элювиальных почвах (элювий - продукт выветривания горных пород, остающийся на месте своего образования) чаще всего произрастают сосняки низкой производительности. На делювиальных почвах, состоящих из продуктов выветривания горных пород, смытых талыми и дождевыми водами, растут смешанные леса повышенного бонитета. В лесотундре и северной тайге ель растет на вершинах холмов, где почва теплее. В нижних частях склонов из-за повышенного увлажнения почвы грунтовыми или поверхностными водами могут преобладать леса из гигрофитов (ольхи черной, ивы). Бонитет зависит от проточности или застойности почвенных вод. В поймах рек и ручьев он может быть высоким, в закрытых западинах образуются болота, бонитет падает или лес исчезает совсем.
Вниз по склону обычно увеличиваются мощность почвы и содержание мелкозема, возрастает и бонитет.
Большим разнообразием древостоев отличаются горные леса. Состав древостоя здесь зависит от высоты над уровнем моря и от экспозиции склона. На Северном Кавказе бук чаще растет на северных склонах, дуб - на южных. В Восточной Сибири на южных склонах обычно встречаются древостой сосны, на северных - лиственницы.
От материнской горной породы зависит минералогический и гранулометрический состав почвы, обеспеченность ее зольными элементами. Так, если в песчаной почве имеется глинистая прослойка, то в сосняках появляется примесь ели. На почвах с очень низким содержанием фосфора и калия растут только чистые сосняки, при увеличении содержания этих элементов появляются смешанные с сосной дубравы и ельники, или сосна совсем исчезает из состава древостоев. Однако участие той или иной древесной породы, того или иного вида трав и мхов существенно зависит от конкуренции: сосна могла бы расти успешнее, если бы ее не вытесняла ель.
Потребность древесных пород в элементах питания и методы ее определения.
Потребность древесной породы в элементах питания может существенно изменяться с возрастом. Одним из методов определения потребности древесных пород в элементах питания является листовой анализ. Он основан на определении содержания азота и зольных веществ в листьях и хвое. Недостатки метода: он не позволяет судить о требовательности древесных пород к почве; режим потребления питательных веществ меняется во времени; содержание элементов зависит от положения листа в кроне (теневой или световой лист); деревья оттягивают элементы питания из листьев, которые будут сброшены осенью. Поэтому надо уточнять место и время взятия образцов для листового анализа.
Рост древесных растений зависит не только от содержания в почве азота и других питательных элементов, но и от ее кислотности и наличия солей. Избыточную кислотность легче всего переносят породы ацидофилы. Это все таежные виды – ель, сосна, осина, береза, пихта, а также некоторые другие – дуб, платан, граб. Ацидофилы избегают извести, избыток которой легко переносят кальциефилы (лиственница, бук, ясень, ильм, тис, акация белая, сосна крымская, бузина). Есть и кальциефобы (не переносящие извести) – каштан благородный, тунг, а из растений живого напочвенного покрова – вереск и злаки. Однако разделение древесных пород на ацидофилы и кальциефилы условно. Так, ель, относящаяся к ацидофилам, прекрасно растет и на почвах, богатых известью, но на таких почвах она неустойчива к повреждениям и болезням. На самых плодородных почвах встречаются как ацидофилы (ель, граб, платан), так и кальциефилы (лиственница, бук, бузина). Сухие боры с одинаково низкой продуктивностью древостоя встречаются и на кварцевых песках, и на меловых отложениях. Кальциефилы обычно являются и нитрофилами, т.е. с трудом переносят нехватку азота. На богатых азотом почвах часто встречаются крушина, бересклет европейский, а также малина, которые могут служить индикаторами. В условиях южного лесоводства на почвах с избытком солей встречаются породы галофиты. Это известные ксерофиты – тамарикс, саксаул, белая акация. Иногда рост растений ограничивает нехватка микроэлементов – цинка, кобальта, меди. Потребность в элементах питания изменяется с возрастом. У большинства видов максимальная потребность в азоте наблюдается на этапе жердняка (в 20–40 лет), у некоторых видов раньше (у березы – в 10 лет). У липы и осины потребность в азоте постепенно возрастает к 70 годам. Ежегодно лес потребляет значительно меньше зольных элементов, чем сельскохозяйственные культуры, и почти полностью возвращает взятое. Поэтому лес прекрасно растет на землях, непригодных для сельскохозяйственного пользования. Более того, на истощенных сельхозземлях лес обо- гащает почву за счет опада и отпада, наземного и подземного. На этом была основана подсечная система земледелия, широко распространенная начале XX века.
Требовательность древесных пород к плодородию почвы. Лимитирующие факторы почвенного плодородия.
Древесные породы значительно различаются по требовательности к почвенному плодородию, к содержанию биогенных элементов. Существуют породы с узким и широким ареалом.
Требовательность к почве зависит также от происхождения древостоя (естественное, искусственное), от возрастной структуры. У древостоев естественного происхождения устойчивость к изменению почвенных условий выше.
Выделяют такие механизмы адаптации, как эволюционное приспособление к эдафическим условиям; пластичность корней; образование микоризы.
В результате эволюции образуется местная разновидность, именуемая экотипом. Например, у сосны выделяются скальный, боровой, болотный экотипы. Наиболее заметна разница экотипов в горных лесах, связанная с высотой над уровнем моря и с экспозицией склона.
Одним из главных механизмов адаптации к почвенным условиям является изменение габитуса и мощности корней. Различают в основном три вида корней: глубинные, поверхностные и якорные. Глубинной корневой системой со стержневым корнем, достигающим 7 м, обладает дуб. Глубинные корни имеют липа, лиственница, тополя; поверхностные — ель, ясень, клен полевой. Остальные древесные породы обладают большой пластичностью корневых систем. Так, среди таежных видов наибольшей пластичностью корней отличаются сосна и береза. У сосны на хорошо дренируемой почве развивается мощный стержневой корень («редька») и на глубине, в зоне капиллярной каймы, ярус боковых мелких корней (рис. 28). На скальных почвах склонов гор появляются мощные поверхностные корни. На осушенных торфяниках как у сосны, так и у ели образуются якорные корни (рис. 29). И все же на таких почвах сосна отличается пониженной устойчивостью к ветру. Есть данные о том, что ель, как и сосна, на дренированных почвах может развивать глубокие корни.
Береза отличается хорошо развитой разветвленной корневой системой без стержневого корня. Площадь распространения корней (проекция корней) деревьев в средних условиях значительно больше площади их крон (3-5 радиусов кроны). В этом отношении особенно выделяется осина. У осины имеются мощные боковые корни, которые после рубки дерева способны образовывать корневую поросль. Несколько пней могут обеспечивать корневыми отпрысками всю площадь вырубки. Габитус корней изменяется с возрастом деревьев.
Древесные породы ацидофилы, кальциефилы, нитрофилы, галофиты.
Рост древесных растений зависит не только от содержания в почве азота и других питательных элементов, но и от ее кислотности и наличия солей.
Избыточную кислотность легче всего переносят породы ацидофилы. Это все таежные виды - ель, сосна, осина, береза, пихта, а также некоторые другие - дуб, платан, граб. Ацидофилы избегают извести, избыток которой легко переносят калъциефилы (лиственница, бук, ясень, ильм, тис, акация белая, сосна крымская, бузина). Есть и калъциефобы (не переносящие извести) - каштан благородный, тунг, а из растений живого напочвенного покрова - вереск и злаки. Однако разделение древесных пород на ацидофилы и кальциефилы условно. Так, ель, относящаяся к ацидофилам, прекрасно растет и на почвах, богатых известью, но на таких почвах она неустойчива к повреждениям и болезням.
На самых плодородных почвах встречаются как ацидофилы (ель, граб, платан), так и кальциефилы (лиственница, бук, бузина). Сухие боры с одинаково низкой продуктивностью древостоя встречаются и на кварцевых песках, и на меловых отложениях.
Кальциефилы обычно являются и нитрофилами, т.е. с трудом переносят нехватку азота. На богатых азотом почвах часто встречаются крушина, бересклет европейский, а также малина, которые могут служить индикаторами.
В условиях южного лесоводства на почвах с избытком солей встречаются породы галофиты. Это известные ксерофиты - тамарикс, саксаул, белая акация.
Иногда рост растений ограничивает нехватка микроэлементов - цинка, кобальта, меди. Потребность в элементах питания изменяется с возрастом. У большинства видов максимальная потребность в азоте наблюдается на этапе жердняка (в 20-40 лет), у некоторых видов раньше (у березы - в 10 лет). У липы и осины потребность в азоте постепенно возрастает к 70 годам.
Ежегодно лес потребляет значительно меньше зольных элементов, чем сельскохозяйственные культуры, и почти полностью возвращает взятое. Поэтому лес прекрасно растет на землях, непригодных для сельскохозяйственного пользования. Более того, на истощенных сельхозземлях лес обогащает почву за счет опада и отпада, наземного и подземного. На этом была основана подсечная система земледелия, широко распространенная в начале XX века.
Адаптация древостоев к почве. Механизм адаптации: эволюционное приспособление к эдафическим условиям, пластичность корней, образование микоризы.
Древесные породы значительно различаются по требовательности к почвенному плодородию, к содержанию биогенных элементов. Существуют породы с узким и широким ареалом.
Требовательность к почве зависит также от происхождения древостоя (естественное, искусственное), от возрастной структуры. У древостоев естественного происхождения устойчивость к изменению почвенных условий выше.
Выделяют такие механизмы адаптации, как эволюционное приспособление к эдафическим условиям; пластичность корней; образование микоризы.
В результате эволюции образуется местная разновидность, именуемая экотипом. Например, у сосны выделяются скальный, боровой, болотный экотипы. Наиболее заметна разница экотипов в горных лесах, связанная с высотой над уровнем моря и с экспозицией склона.
Одним из главных механизмов адаптации к почвенным условиям является изменение габитуса и мощности корней. Различают в основном три вида корней: глубинные, поверхностные и якорные. Глубинной корневой системой со стержневым корнем, достигающим 7 м, обладает дуб. Глубинные корни имеют липа, лиственница, тополя; поверхностные — ель, ясень, клен полевой. Остальные древесные породы обладают большой пластичностью корневых систем. Так, среди таежных видов наибольшей пластичностью корней отличаются сосна и береза. У сосны на хорошо дренируемой почве развивается мощный стержневой корень («редька») и на глубине, в зоне капиллярной каймы, ярус боковых мелких корней (рис. 28). На скальных почвах склонов гор появляются мощные поверхностные корни. На осушенных торфяниках как у сосны, так и у ели образуются якорные корни (рис. 29). И все же на таких почвах сосна отличается пониженной устойчивостью к ветру. Есть данные о том, что ель, как и сосна, на дренированных почвах может развивать глубокие корни.
Береза отличается хорошо развитой разветвленной корневой системой без стержневого корня. Площадь распространения корней (проекция корней) деревьев в средних условиях значительно больше площади их крон (3-5 радиусов кроны). В этом отношении особенно выделяется осина. У осины имеются мощные боковые корни, которые после рубки дерева способны образовывать корневую поросль. Несколько пней могут обеспечивать корневыми отпрысками всю площадь вырубки. Габитус корней изменяется с возрастом деревьев.
У сосны в хороших условиях сначала растет стержневой корень, а затем, в среднем возрасте, преобладают боковые корни, а в приспевающих и спелых дре- востоях появляются якорные корни. Мощность и габитус корней зависят и от происхождения древостоя. Так, ельник, сменивший дубраву, обладает более глубокой корневой системой, чем сменивший ельник, поскольку корни ели заглубляются по старым каналам в местах прохождения корней дуба.
Очень пластичны мелкие физиологически активные корни, ростовые и сосущие. Их размещение по вертикали определяется уровнем грунтовых вод и изменяется в течение вегетационного периода. От почвы и погодных условий зависит масса тонких корней и корнезаселенность почвы: в сухой период корней больше; чем богаче почва, тем меньше корней, т.к. более легким становится обеспечение потребности растений в питании. Так, в ельнике сфагновом корней в два раза больше, чем в чернично-кисличном.
Одним из способов адаптации древостоя к почве является микориза (. грибокоренъ) - соединение корневых тканей дерева и грибного мицелия. Микориза бывает эктотрофная (гриб оплетает корень) и эндотрофная (гриб проникает в корень). Развивают ее высшие шляпочные грибы. Микориза в несколько раз увеличивает адсорбционную поверхность корней. Она способна извлекать азот из бедных почв, удерживает элементы питания от выщелачивания, препятствует проникновению болезнетворных микроорганизмов, повышает засухоустойчивость, подкисляет ризосферу, что способствует усвоению элементов питания. Микориза появляется на сравнительно бедных почвах, улучшая их. К сильно микоризным породам относятся сосна и ель. Высокой микоризностью обладают дуб, пихта, лиственница. Эктотрофная микориза отсутствует у таких кальциефилов, как ясень, акация белая, бересклеты.
Влияние почвы на качество древесины. Зависимость продуктивности древостоев от почвы.
Зависимость качества древесины от почвы явилась причиной возникновения первых типологических классификаций лесов. Они предназначались для выявления запасов древесины повышенного качества, т.е. плотной, мелкослойной, без сучков.
Имеются данные о том, что у сосны на песчаных почвах стволы очищаются от сучьев быстрее, чем на глинистых, выше плотность древесины. Хотя отмечено ухудшение качества древесины на песках, обогащенных известью или глинистыми частицами. На песчаных почвах теплых районов качество древесины улучшается при хорошем водоснабжении.
Лучшую поделочную древесину сосны с наибольшей плотностью, мелкослойную можно найти на почвах среднего плодородия с нормальным водным режимом и покровом из брусники. Крестьяне в прошлом называли такую сосну «брусняжной».
На богатых карбонатных почвах ельники отличаются мягкой древесиной, повышенной суковатостью, восприимчивостью к грибным болезням. То же относится к сосне и другим ацидофильным таежным породам. В дубравах, наоборот, на богатых почвах очищение от сучьев происходит быстрее и плотность древесины выше. Худшие свойства древесины дуба наблюдаются на солонцах, пониженное качество - в пойменных дубравах.
Продуктивность древостоя зависит от плодородия почвы. О нем можно судить по средней высоте древостоя в определенном возрасте (по бонитет- ной шкале). Но эта шкала не всегда правильно отображает потенциальное плодородие почвы, т.к. рост древостоя может быть задержан вследствие, например, пожара, угнетения ели в молодом возрасте злаками и лиственными породами, засухи, повреждения животными, болезнями и т.д. Поэтому на одинаковых почвах встречаются насаждения разного бонитета. Бонитет изменяется и с возрастом; он связан с полнотой древостоя, с его происхождением.
Более точно плодородие почвы характеризуют ее водно-физические и химические свойства. Однако почвенные анализы очень трудоемки.
Применяется также математическое моделирование, имеющее вид уравнений множественной регрессии какого-нибудь показателя продуктивности древостоя (высоты, запаса, прироста) по какому-нибудь набору показателей почвенного плодородия, принимаемых за независимые переменные. В качестве показателей используются мощность верхних горизонтов почвы, содержание физической глины, запас подвижных фосфора и калия, кислотность, содержание гумуса и др.
Имеется много моделей зависимости продуктивности древостоя от характеристик почвы, однако точность их невелика. Это объясняется тем, что связь между растительностью и почвой имеет вероятностный характер. Кроме того, моделирование усложняют такие обстоятельства, как широкая экологическая амплитуда древесных пород, влияние человека, зависимость роста от какого-либо неучтенного фактора и др.
Моделирование продуктивности по почвенным признакам.
Зависимость качества древесины от почвы явилась причиной возникновения первых типологических классификаций лесов. Они предназначались для выявления запасов древесины повышенного качества, т.е. плотной, мелкослойной, без сучков.
Имеются данные о том, что у сосны на песчаных почвах стволы очищаются от сучьев быстрее, чем на глинистых, выше плотность древесины. Хотя отмечено ухудшение качества древесины на песках, обогащенных известью или глинистыми частицами. На песчаных почвах теплых районов качество древесины улучшается при хорошем водоснабжении.
Лучшую поделочную древесину сосны с наибольшей плотностью, мелкослойную можно найти на почвах среднего плодородия с нормальным водным режимом и покровом из брусники. Крестьяне в прошлом называли такую сосну «брусняжной».
На богатых карбонатных почвах ельники отличаются мягкой древесиной, повышенной суковатостью, восприимчивостью к грибным болезням. То же относится к сосне и другим ацидофильным таежным породам. В дубравах, наоборот, на богатых почвах очищение от сучьев происходит быстрее и плотность древесины выше. Худшие свойства древесины дуба наблюдаются на солонцах, пониженное качество - в пойменных дубравах.
Продуктивность древостоя зависит от плодородия почвы. О нем можно судить по средней высоте древостоя в определенном возрасте (по бонитет- ной шкале). Но эта шкала не всегда правильно отображает потенциальное плодородие почвы, т.к. рост древостоя может быть задержан вследствие, например, пожара, угнетения ели в молодом возрасте злаками и лиственными породами, засухи, повреждения животными, болезнями и т.д. Поэтому на одинаковых почвах встречаются насаждения разного бонитета. Бонитет изменяется и с возрастом; он связан с полнотой древостоя, с его происхождением.
Более точно плодородие почвы характеризуют ее водно-физические и химические свойства. Однако почвенные анализы очень трудоемки.
Применяется также математическое моделирование, имеющее вид уравнений множественной регрессии какого-нибудь показателя продуктивности древостоя (высоты, запаса, прироста) по какому-нибудь набору показателей почвенного плодородия, принимаемых за независимые пере менные. В качестве показателей используются мощность верхних горизонтов почвы, содержание физической глины, запас подвижных фосфора и калия, кислотность, содержание гумуса и др.
Имеется много моделей зависимости продуктивности древостоя от характеристик почвы, однако точность их невелика. Это объясняется тем, что связь между растительностью и почвой имеет вероятностный характер. Кроме того, моделирование усложняют такие обстоятельства, как широкая экологическая амплитуда древесных пород, влияние человека, зависимость роста от какого-либо неучтенного фактора и др.
|
Скачать 0.97 Mb.