Парамонов Е.Г. Основы лесоводства и лесопаркового хозяйства

Подождите немного. Документ загружается.

тие растений, причем количество получаемой Землей энергии от

Солнца выражается величиной 15,3х10

кДж/год. Но до по-

верхности Земли доходит не вся лучистая энергия, часть ее по-

глощается в атмосфере парами воды, углекислым газом, азотом,

кислородом и в средних широтах к поверхности почвы проника-

ет не более 60-65% энергии.

При гористом рельефе склоны северных экспозиций полу-

чают солнечной энергии в два раза меньше в сравнении с юж-

ными. Это отражается на распространении древесной расти-

тельности. Так, в горах Алтая южные склоны, как правило, без-

лесны или покрыты редкостойными лиственничниками, тогда

как на склонах северных экспозиций прекрасно растут все хвой-

ные древесные породы. В соседней Монголии леса растут толь-

ко на склонах северных экспозиций.

Освещение земной поверхности во многом зависит от об-

лачности. При одинаковой высоте Солнца облачность может

снижать освещенность на поверхности почвы до 8 раз.

Белый свет представляет смесь различных цветов, опреде-

ляемых длиной волны. Ультрафиолетовые лучи с длиной волны

200-390 нм сильно поглощаются атмосферой, и до Земли их до-

ходит 4-5%. Видимые лучи охватывают все семь цветов радуги

и имеют длину волны 400-700 нм, а невидимые – инфракрасные,

с длиной волны 701-1000 нм. Видимую солнечную радиацию

принято называть фотосинтетически активной (ФАР), так как за

счет нее протекает фотосинтез в зеленых растениях.

Солнечная радиация подразделяется на отраженную и по-

глощенную. Удельный вес той или иной радиации всецело зави-

сит от характера воспринимаемой поверхности. Так, от свеже-

выпавшего снега отражается 90% энергии, морской воды – 2,

покрытого травой луга – 35, березового леса – 30, сомкнутого

елового леса – 18%. Листва, хвоя, трава меньше всего отражают

оранжево-красные лучи и больше лучей зеленого цвета с длиной

волны 525-570 нм.

Отраженная часть радиации уходит в космос, и для Земли

она потеряна, а поглощенная часть служит источником энергии

для фотосинтеза, транспирации, физического испарения с почвы

и крон. В объектах неживой природы поглощенная часть радиа-

ции переходит в тепло, вызывая нагрев тел. Под полог леса про-

никает в среднем от 10 до 20% солнечной энергии, но в темно-

хвойных лесах много меньше – до 3-4%. Количество прони-

кающего под полог света зависит от состава древостоя и сомк-

нутости полога. Под полог соснового древостоя проникает

больше света, чем под полог елового, поскольку крона сосны

более разрежена, а крона ели более густая, в том числе за счет

большей продолжительности жизни хвои. В высокополнотном

лесу более темно, чем в низкополнотном.

Потребность различных древесных пород в свете неодинако-

ва. Светолюбивые породы требуют для своего развития большего

освещения и плохо переносят затенение. Ряд древесных пород

может произрастать в условиях меньшей освещенности, они спо-

собны ее переносить, не погибая. Но нет пород тенелюбивых, все

древесные и кустарниковые породы хорошо растут и развиваются

при полном солнечном освещении. Среди лесных травянистых

растений есть такие виды, которые при выставлении на свет по-

гибают (кислица, майник, мох Шребера и др.).

Для определения светолюбия древесных и кустарниковых

пород лесоводы использовали различные подходы. Так,

М.К. Турский установил шкалу требовательности пород к свету

на основании выращивания сеянцев при различной их освещен-

ности. И.И. Сурож подобную шкалу установил по соотношению

губчатой и столбчатой паренхимы на поперечных срезах листь-

ев, когда большая толщина палисадной (столбчатой) паренхимы

свидетельствует о большом светолюбии породы.

Физиолог В.Н. Любименко различал светолюбие и теневы-

носливость породы по началу процесса ассимиляции. Чем

раньше начинается этот процесс, тем меньшее количество света

необходимо для его начала и теневыносливее оказывается поро-

да. Метод Л.А. Иванова и Н.Л. Коссович основывается на изме-

рении интенсивности света, при которой наступает равновесие

между ассимиляцией и дыханием.

По имеющимся данным о светолюбии древесных пород в

различных лесорастительных условиях шкала потребности по-

род к свету выглядит следующим образом (в порядке убывания

светолюбия): акация белая – лиственница – береза повислая –

береза пушистая – сосна обыкновенная – осина – сосна крым-

ская – ольха серая – ясень – дуб – клен остролистный – сосна

кедровая, кедр – липа – бук – ель – пихта – тис.

Требовательность пород к свету неизменно находит отра-

жение в морфологии дерева, особенно в листьях и кроне. Это

указывает на их способность обходиться меньшим количеством

света, а значит и крона становится более густой, и нижние сучья

от недостатка света не отмирают. Более высокое содержание

хлорофилла в хвое у пихты, ели, тиса, листьях бука.

Для светолюбивых пород (сосна, лиственница, береза) ха-

рактерны более ажурные кроны, хвоя светло-зеленого цвета,

хорошая очищаемость стволов от сучьев, более толстая кора.

Подрост темнохвойных пород способен длительное время (до

50-70 лет) расти под пологом леса, в то время как подрост све-

толюбивых пород при таком затенении погибает. Под пологом

сосны можно всегда встретить подрост пихты или ели, а под

пологом пихты подроста сосны не бывает. Степень жизнеспо-

собности подроста зависит от величины проникающей радиа-

ции. Так, сосновый подрост в возрасте 6-10 лет при проникно-

вении под полог леса 40-45% энергии имеет слабоугнетенное

состояние. При проникновении света 30-35% подрост угнетен в

средней степени, а при 18-20% – сильно. Для ели эти показатели

будут, соответственно, иными: 15-18%, 5-6 и 2-3%.

Световой минимум изменяется с возрастом растения. Под-

рост под пологом леса переносит затенение в связи с тем, что у

земли выше концентрация углекислого газа, и фотосинтез про-

текает более интенсивно при меньшем количестве энергии. При

повышении концентрации углекислого газа до 0,09% интенсив-

ность фотосинтеза возрастает в 3 раза.

Регулирование светового режима насаждений лесово-

дственными приемами является мощным рычагом, с помощью

которого можно влиять на его рост и продуктивность. Изрежи-

вание полога леса адекватно вызывает изменения в поступлении

тепла, что усиливает микробиологическую деятельность в почве

и лесной подстилке, и тем самым ускоряется круговорот ве-

ществ.

Приспособления растений к использованию световой энер-

гии чрезвычайно разнообразны. Во-первых, стремление более

полно использовать энергию проявляется через развитие листо-

вой поверхности. Отношение площади всех листьев и хвои к

площади занимаемой ими территории, называется индексом

листовой поверхности. В оптимальных условиях площадь ли-

стьев сельскохозяйственных растений достигает 10 га, а древес-

ных – 30-35 га.

Лучшее поглощение и усвоение лучистой энергии достига-

ется большим количеством хлоропластов. Так, общая поверх-

ность хлоропластов в листьях бука в 200 раз превышает поверх-

ность листьев, а в перечислении на 1 га площадь поверхности

хлоропластов достигает 500 га.

Концентрация хлорофилла – важнейшее приспособление

растений к разнообразным условиям освещения. Как правило, с

увеличением силы света концентрация хлорофилла снижается.

Минимальная концентрация присуща светолюбивым древесным

породам.

Затенение одних листьев другими уменьшается благодаря

их мозаике, при которой листья на побеге располагаются на од-

ной плоскости за счет различной длины черешков, неодинако-

вых листовых пластинок.

Относительный минимум света (Lmin) – это такой минимум

проникающей радиации, при котором образование органическо-

го вещества становится равным его расходу на дыхание. При

уменьшении относительного минимума растение погибает. Lmin

определяется в двух крайних точках (открытое место и густая

крона, где начинается гибель сучьев; выражается дробью, на-

пример, 1/10). Чем больше разница между min и max, тем тене-

выносливее растение.

Для оценки поступления и расхода тепла земной поверхно-

стью, в том числе и лесом, в настоящее время применяют балан-

совый метод за какое-то время на единицу площади – см

. Для

лесоводственных целей важен вегетационный период с темпера-

турой воздуха выше 5

С. Тепловой баланс выражается форму-

лой:

В = Q – (1 – r) – Lэф., кДж/см

(сезон),

где Q – солнечная радиация, достигающая земной поверхности;

r – средневзвешенное отражение земной поверхности;

Lэф. – эффективное излучение земной поверхности как на-

гретого тела.

Если приходящую радиацию Q принять за 100%, то на до-

лю отражения за летний период приходится 30%, а эффективное

излучение 27%, тогда тепловой баланс выразится величиной в

43% от солнечной радиации. Это зависит от широты местности:

для северных широт он составляет 33%, для южных – 50%. Так,

приходная часть теплового баланса за вегетационный период по

фотосинтетически активной части (ФАР) составляет в Архан-

гельске 86 кДж/см

, а в Махачкале – 188 кДж/см

Расходная часть теплового баланса земной поверхностью

выражается формулой:

В = Ф + Т = Иф.кр. + Иф.п. + Р, кДж/см

где Ф – расход энергии на фотосинтез;

Т – расход энергии на транспирацию;

Иф.кр. – расход тепла на физическое испарение осадков, за-

держанных кронами;

Иф.п. – физическое испарение с почвы и травянистой расти-

тельности;

Р – расход тепла на турбулентный обмен между лесом и полем.

В оптимальных условиях средневозрастное еловое насаж-

дение за вегетационный сезон образует до 6 т/га сухого органи-

ческого вещества с затратой 12,6х10

кДж/см

, или КПД леса

составляет 1,11%. Расход тепла на транспирацию составил

7,15х10

кДж/см

, или 63,2%. Расход тепла на испарение с крон

деревьев – 27,3% и на турбулентный обмен – 8,4%.

Годовой баланс тепла для Земли в целом равен нулю. В

летний период приход тепла от Солнца преобладает над отра-

жением, а зимой – наоборот. За последние 3 тыс. лет нарушения

дисбаланса не происходило.

В России изолиния поглощения радиации за вегетационный

сезон В = 63 кДж/см

(15 ккал) определяет северную границу

распространения леса, что соответствует среднесуточной изо-

терме июля в 10

С. Южная граница распространения леса соот-

ветствует поглощению 175 кДж/см

/сезон и изотерме июля в

С. Но южная граница распространения леса определяется не

количеством поступающей энергии, а количеством влаги. Лес не

боится тепла, если обеспечен влагой.

Древесные породы по отношению к теплу целесообразно

подразделять на три группы: холодостойкие (лиственница, бере-

за, сосна, кедр, ель, осина, пихта), среднетеплолюбивые (дуб,

липа, клен, ясень, вяз, лещина) и теплолюбивые (бук, граб, каш-

тан, тис, кипарис, эвкалипт).

Крайние отрицательные и положительные температуры не-

гативно влияют на древесные растения. Низкие температуры

зимой вызывают морозобоины, когда на стволах сверху вниз

появляются трещины по причине различного сжатия древесины

под действием мороза наружных ее слоев и внутренних. Со

временем морозобоины зарастают, но при повторении сильных

морозов они вновь возникают. Высокие летние температуры

также вызывают значительные повреждения – ожог корневой

шейки у молодых растений, ожог коры и ее отлуп. Особенно

чувствительны к высоким температурам древесные породы с

тонкой корой – ель, пихта, бук.

Заморозки бывают радиационные (излучение поверхностью

Земли тепловых лучей в мировое пространство в безоблачные

ночи) и адвективные, вызывающиеся перемещением холодных

масс воздуха, что связано с общим ходом метеорологических

условий.

По времени появления заморозки разделяются на поздневе-

сенние и раннеосенние. Весенние заморозки опасны для моло-

дых побегов для целого ряда древесных пород, а осенние – осо-

бенно опасны для неодревесневших побегов.

По отношению к заморозкам древесные породы подразде-

ляются на 3 группы: очень чувствительные (ясень, дуб, ель,

пихта, каштан), среднечувствительные (сосна, лиственница,

осина) и устойчивые (береза, ольха, рябина).

3.2. Лес и влага

Жизнь на Земле возникла в водной среде, и только около

1 млрд лет назад растения и животные вышли на сушу. В живых

организмах в настоящее время содержится от 60 до 80% воды, а

в отдельных овощах – до 95% (томаты, огурцы, арбузы). В теле

человека содержится около 60% воды, причем в составе океан-

ской воды и крови человека, соответственно, содержится хлора

– 55 и 49%, натрия – 30 и 30%, кислорода – 5,6 и 9,9%, калия –

1,1 и 1.8%, кальция – 1,2 и 0,8%.

Воды на планете достаточно много –1480,5 млн км

, но 98%

ее является соленой и непригодной для растений суши, и только

30,5 млн км

имеется пресной воды (реки, озера, ледники). К

примеру, в озере Байкал содержится 3% от пресной воды мира.

Вода – самый удивительный и малоизученный минерал

природы, это связано с тем, что молекула воды представляет

собой диполь и не является электрически нейтральной. Одной

из ее особенностей является расширение при охлаждении и за-

мерзании, что свойственно лишь галлию, висмуту, чугуну. В

1932 г. выделена тяжелая вода с молекулярной массой 20, а не

18 – это дейтерий с температурой кипения 101

С и замерзания

при –3,80

С. При термоядерной реакции 1 г дейтерия выделяет в

1 млн раз больше энергии, чем 1 г угля. Радиоактивный торий

– изотоп водорода – сверхтяжелая вода с температурой кипе-

ния +104

С и замерзания -9

С. Кроме этого, в воде выявлено

125 изотопных разновидностей, в том числе 5 – водорода,

9 – кислорода.

Потребности в пресной воде различных производств чело-

веческого общества растут из года в год. Так, для производства

1 т стали требуется до 100 т воды, бумаги – до 900 т, алюминия

– до 1500 т, капрона – до 5000 т, для выращивания риса – до

4000 т, стволовой древесины – до 1100 т. На бытовые нужды в

год в среднем на одного человека расходуется от 60 до 220 т

пресной воды.

В России имеется около 200 тыс. рек и 330 тыс. озер, но

сток рек неблагоприятен потому, что в Северный и Тихий океа-

ны впадает 82% рек, в Каспийское море – 10, в Черное и Бал-

тийское моря – по 4%.

Баланс влаги складывается из поступающих осадков и их

расхода.

Ос = Окр. + Т + Ифп. + Сп + Сг + Ф ± Г,

где Ос – годовые осадки, мм;

Окр. – осадки, задержанные кронами и испарившиеся, мм;

Т – расход воды на транспирацию;

Ифп. – расход воды на физическое испарение с почвы и на-

почвенного покрова;

Сп – сток по поверхности почвы;

Сг – сток грунтовый;

Ф – расход воды на создание органического вещества;

Г – расход воды на пополнение грунтовых вод.

Задержание осадков кронами всецело связано с породной

структурой полога, его возрастом, полнотой, но установлено,

что за вегетационный период ельники задерживают до 35%

осадков, сосняки – до 25, а березняки – до 16%.

Самый значительный расход воды связан с транспирацией

растениями. В таежной зоне при количестве осадков 500-600 мм

в год расходуется воды на транспирацию ельниками до 310 мм,

сосняками – до 280 мм, березняками – до 310 мм. В степной зоне

при недостатке воды растения вынуждены приспосабливаться к

этому, и расход воды на транспирацию составляет 100-150 мм.

На физическое испарение воды с крон деревьев и почвы

расходуется до

130 мм. На процесс фотосинтеза расходуется сравнительно

мало воды. Для создания 1 т фитомассы в абсолютно сухом со-

стоянии требуется 0,55 т воды, но живые ткани растений могут

функционировать только в присутствии воды. В итоге на произ-

водство 7-10 т/га фитомассы требуется 150-700 мм воды.

Для леса характерен меньший поверхностный сток по срав-

нению с лугами и пастбищами. В равных условиях поверхност-

ный сток под лесом в 2-5 раз меньше в сравнении с лугом, что

связано с наличием лесной подстилки и травяного покрова, об-

ладающих большой влагоемкостью. Внутрипочвенный сток ока-

зывается несколько большим за счет более рыхлого состояния

почвы, наличием корней растений. Таким образом, общий сток с

залесенных территорий меньше, чем с открытых, зато внутри-

почвенный медленный сток в 2-3 раза больше.

Оценивая влияние лесов на увлажнение территорий, следу-

ет констатировать, что леса создают более ровный водный ре-

жим, предупреждают более бурный сток вод весной и обеспечи-

вают питание рек летом. Такой режим определяется равномер-

ным накоплением снега на всей территории леса, замедленным

его таянием весной, переводом поверхностного стока во внут-

рипочвенный благодаря высокой водопоглощающей способно-

сти лесных почв. Все эти положительные качества лесных эко-

систем наиболее полно проявляются при наличии оптимальной

лесистости территории, которая определяется тремя показате-

лями: процентом площади, занятой лесом, сравнительно равно-

мерным размещением насаждений и оптимальным их составом.

Все леса в той или иной мере выполняют водоохранно-

защитные функции, но, располагаясь в различных лесорасти-

тельных зонах, в горах и на равнине, вдоль гидрографической

сети или вне ее, леса выполняют эти функции по-разному. Вы-

деляется 4 класса по степени выполнения лесами данных функ-

ций: 1) леса с наивысшей степенью проявления водоохранно-

защитных функций; 2) леса, характеризующиеся высокой степе-

нью проявления защитных функций; 3) леса, характеризующие-

ся средней степенью; 4) леса с низкой степенью проявления во-

доохраной и особенно защитной функции.

В водоохранно-защитных лесах очень важно вести хозяйст-

во на сохранение и повышение этих функций, и среди меро-

приятий выделяются основные: сохранение оптимальной леси-

стости в бассейне, упорядочение всей системы запретных полос

по берегам рек, закрепление берегов водоемов, оврагов, балок,

предотвращение смены коренных древесных пород на произ-

водные, сохранение колковых лесов, активное облесение выру-

бок и гарей и другие.

Многие древесные породы произрастают в широком диапа-

зоне влажности почвы и воздуха. К ним относятся сосна обык-

новенная и лиственницы сибирская и даурская, произрастающие

как на сухих почвах, так и на болотах. Многие древесные поро-

ды более требовательны как к богатству почвы, так и к ее влаж-

ности (ель сибирская, кедр сибирский, пихта сибирская, липа,

ясень, граб, дуб черешчатый, осина). Ряд пород отнесен к гиг-

рофитам (ясень болотный, ивы, ольха черная), но есть и породы

– истинные ксерофиты (саксаул, фисташка, сосна крымская, бе-

лая акация, лох). Для некоторых древесных пород оптимальные

условия создаются при повышенной относительной влажности

воздуха, при влажности более 50% растут кедр сибирский, бук,

граб, каштан.

Кроме жидких осадков определенное влияние на лес оказы-

вают и твердые осадки. К ним относятся снег, крупа, град, из-

морозь, иней и ожеледь. Наибольшую опасность для леса пред-

ставляет снеголом, ожеледь, град. При снеголоме под тяжестью

снега ломаются ветви, деревья сгибаются дугой, выворачивают-

ся с корнем. Это происходит, как правило, в загущенных моло-

дых насаждениях. Ожеледь (гололед) – конденсационные осадки

в виде сплошного налета льда, достигающего толщины 3-5 см.

Опасна увеличением тяжесть ветвей и их ломкой. Град – мете-

орный вид твердых осадков, представляющий собой кусочки

льда, в основном в виде шариков. Повреждает посевы на питом-

никах и насаждения, особенно в период цветения. Иней – осадки

в виде отдельных ледяных игл, образующиеся в результате кон-

денсации водяных паров при температуре ниже 0

С.

3.3. Лес и почва

Жизнь леса всецело связана с почвой. Почва для растений

является механической опорой, средой обитания фауны, вме-

стилищем питательных веществ, хранителем спор и семян, ре-

зервуаром влаги, стабилизатором теплового, воздушного и гид-

рологического режимов.

Под почвой следует понимать естественное тело, образо-

вавшееся из верхнего слоя земной коры под влиянием климата,

материнской горной породы, рельефа, растений, животных и

возраста местности. Эти факторы оказывают влияние на почву

одновременно, но сила воздействия оказывается различной. В

горных условиях определяющее место играет рельеф, в равнин-

ных – климатические условия. Под влиянием почвы формиру-

ются структура, продуктивность и качество древесины, и непо-

средственно на эти результаты оказывает воздействие плодоро-

дие почвы.

Плодородие – это способность почвы удовлетворять по-

требности растений в элементах питания, воде, кислороде воз-

духа. Плодородие складывается из многих факторов: мощности,

механического состава температурного и влажностного режи-

мов, плотности, аэрации, уровня кислотности, уровня грунтовых

вод, биологической активности почвенной фауны. Чем ближе к

оптимуму каждый фактор, тем производительнее, продуктивнее

и качественнее лесное насаждение. Вместе с повышением пло-

дородия почвы повышаются видовое разнообразие экосистемы,

усложнение морфологической структуры насаждения, развитие

фауны.

Из почвы растения берут значительную часть различных

веществ, идущих на образование органического вещества: воду,

содержащую кислород и водород, минеральные питательные

вещества – соединения азота, фосфора, калия, микроэлементы –