Как лес влияет на окружающую природу. Лес и влага

Хвойный лес представляет собой природную зону, состоящую из вечнозеленых растений. Их неприхотливость, отсутствие боязни лишней влаги и больших перепадов температур, а также потребность в наличии естественного света, обусловили ареал произрастания и уникальные особенности.

Хвойные леса России составляют 2/3 от общей площади лесов страны. В этом плане Россия является мировым лидером. От мирового наследия хвойных лесов, российская часть составляет больше половины.

Все хвойные леса в России - это тайга, которая простирается преимущественно в северной части страны, занимает ее европейскую зону, территорию Западной и Восточной Сибири, а также Дальнего Востока.

Зона хвойных лесов

Выделяют три подзоны тайги, каждая из которых характеризуется своей особенной растительностью:

• Северная.
• Средняя;
• Южная;

(Северная тайга )

В северной подзоне тайги преобладают преимущественно еловые леса и низкорослая растительность. Со стороны тундры они разрежены, но к югу постепенно густеют.

(Сосновый лес Урала )

Для хвойных лесов Урала характерны сосновые массивы, Дальневосточный регион Сибири представлен преимущественно лиственницей

(Лес южной тайги )

Южная тайга может похвастать большим разнообразием растительности. Здесь произрастает пихта, ель, кедр и лиственница.

Леса в России встречаются образованные только одним видом деревьев либо представляют собой смешанные древостои. В зависимости от состава хвойного леса его также подразделяют на светлохвойные (сосна и лиственница сибирская), а также темнохвойные леса. Последние - это пихта, кедр и ель.

(Типичный хвойный лес )

В хвойных лесах, деревья, как правило, высокие с ровными стволами и большой, густой кроной. Некоторые из них, например, сосны, могут достигать высоты 40 метров. Подобные условия не дают сформироваться разнообразному подлеску. Он представлен преимущественно мхом, невысокими кустами ягод и плаунами. Новые, молодые деревья, которым также нужен свет не всегда могут пробиться, а потому чаше растут на окраинах леса и опушках.

Климат хвойных лесов

В хвойных лесах России климат особый, он характеризуется теплым и иногда жарким летом и морозной, суровой зимой. Максимальные показатели температур достигают 45 градусов со знаком плюс и минус, соответственно. Подобный климат подходит хвойным породам, которые нетребовательны к таким перепадам температуры. Для них главное - достаточное наличие естественного света.

Еще одна особенность климата российской тайги - повышенная влажность. Показатели выпадающих осадков здесь превышают фактический объем испарений. Не редко, особенно в Сибири, встречаются большие площади заболоченных участков. Отчасти, это обусловлено и близким подступом грунтовых вод.

Хозяйственная деятельность человека

Территория тайги представлена древесиной, объем которой превышает 5,5 миллиардов кубометров.

Подобные ресурсы, а также наличие в недрах регионов запасов нефти, газа и угля, обусловили основные типы хозяйственной деятельности в тайге:

• добыча нефти, газа и полезных ископаемых;
• лесозаготовка;
• лесопереработка.

Например, древесина сосны идет на изготовление строительных материалов, мебели, ценится она в качестве топлива, также из нее производят целлофан, искусственный шелк и, конечно же, бумагу.

Ель и пихта также выступают материалом для строительства. Из их древесины изготавливают бумагу, искусственную вискозу и т. д. Интересной особенностью ели является резонансная древесина, которую применяют для изготовления музыкальных инструментов.

Влага, удерживаемая почвой, является исключительно важной, т.к. она в основном и используется на транспирацию и рост леса. Количество влаги в почве изменяется в течение вегетационного периода. Наибольшей она бывает ранней весной. В летний период почва иссушается на 4 – 5 м. Деревья для своего роста и развития почти непрерывно поглощают из почвы воду с растворёнными в ней питательными веществами. Эта вода расходится на поддержание жизнедеятельности. Древесные растения содержат до 60 – 80 % воды. Огромное количество воды растения тратят на транспирацию, под которой понимается физиологическое испарение воды растением. Транспирация необходима для возникновения и сохранения в растениях тока воды и растворённых в ней минеральных солей, поглощаемых растением из почвы. Она предотвращает перегрев листьев, поддерживает ткани листьев в состоянии, недостаточного насыщения водой, и тем способствует сохранению на определённом уровне сосущей силы клеток. Величину транспирации растений выражают несколькими способами. Верхнее значение имеет транспирационный к-т, под которым понимается количество воды (в граммах), расходуемого на образование 1 г. сухого вещества. Второй показатель продуктивность транспирации – величина, обратная транспирационному к-ту. Она показывает, какое количество сухого вещества сможет вырабатываться в растении при израсходовании на траспирацию единицы массы воды. В условиях нормального водоснабжения растения тратят на образование одного килограмма сухого вещества 250-300 кг. воды. Теневыносливые породы тратят воду более продуктивно, чем светолюбивые.

Транспирация леса – один из важнейших процессов его жизнедеятельности. Этот процесс сильно варьирует в зависимости от возраста и типа влаги, УГВ, метеоусловий, массы листьев и др. Транспирация леса обеспечивает саморегуляцию живого растения. Зимой транспирация растений резко сокращается. Вечнозелёные растения (хвойные) транспирируют зимой влаги больше, листопадные породы.

Испарение (поверхности растений и с поверхности почвы)

Часть осадков задерживается кронами, а затем снова под действием тепловой энергии и движения воздуха превращается в парообразное состояние и возвращается в атмосферу. Другая, более значительная часть осадков, проходит через просветы в полосе леса и достигает лесной подстилки. Разность между осадками под пологом леса и достигающим поверхности почвы называется задержанием влаги, или интерцепцией. Величина и скорость испарения влаги с поверхности древесного полога зависит от типа леса, возраста деревьев, степени сомкнутости, количества осадков, силы ветра и температуры.

Хвойные насаждения задерживают значительно больше осадков, чем лиственные, как летом или зимой. Темнохвойные породы деревьев задерживают больше осадков, чем светлохвойные.В среднем задержание осадков следующее: лиственница – 15 ; сосна – 25; ель – до 60; пихта до 80 %.

Широколиственных >, чем мелколиственных; теневыносливых >, чем светолюбивых.

В целом лес задерживает от 5 до 80 % осадков (иногда до 100%)

Количество задержанной влаги определяется с помощью дождемеров (осадкомеров). Дождемеры могу измерять как жидкие, так и твёрдые осадки. Часть осадков, попадая на почву, испаряется обратно в атмосферу. С поверхности почвы испаряется также влага, поступавшая снизу по капиллярам. Интенсивность испарения зависит от типа леса, полноты и формы дерева, наличия кустарника и трав, а также от влажности воздуха, ветра, солнечной радиации, типа лесной подстилки. В целом испарения в лесу с почвы в несколько раз меньше, чем в поле. Это связано с более низкой температурой и повышенной влажностью воздуха, отсутствия ветра. Интенсивность испарения с поверхности почвы под пологом леса и на открытых местах определяют с помощью приборов испарителей.

Водоохранное и водорегулирующее

значение лесов.

Лес выполняет водоохранную и водорегулирующую роль, снижает летние и весенние паводки, предупреждает наводнения. Реки протекающие через лесные массивы, круглый год имеют достаточное количество воды, в то время как реки безлесных районов весной выходят из берегов, а в летнее время частот пересыхают.

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.

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.