| Головна |
| « Попередня | Наступна » | |
1Х.2. Найважливіші екологічні функції лісів і їх параметри - «, *. чо- |
||
|
Параметри екологічних функцій лісів ! При оцінці екологічних функцій лісів доцільно розрізняти два види їх впливів на середовище: біогеохімічна (за Вернадським, перший рід діяльності живої речовини) і механічне або фізична (другий рід діяльності живої речовини). Біохімічна діяльність проявляється через здійснення різних фізіологічних процесів (фотосинтез, мінеральне харчування, транспіра-ція, виділення різного роду летких речовин в середу і т. п.). Механічна діяльність здійснюється через біомасу, її обсяг, а також поверхню і проявляється в основному через створення специфічного Екоклімат всередині і поза спільнот і осадження містяться в повітрі речовин . Перший рід діяльності проявляється через швидкість утворення органічної речовини (продуктивність). У лісах та інших типах рослинності (луки, агроценози) цей вид діяльності розрізняється незрівнянно менше, ніж другий рід діяльності (фізико-механічний) . Останній в найбільшій мірі притаманний лісовим екосистемам. Він проявляється через здатність долгожіву-щих деревних рослин накопичувати велику біомасу, яка сама по собі виступає як фактор впливу на середовище. Параметри екологічних функцій лісів в загальному плані розглянуті в першій частині посібника. Нагадаємо їх коротко. Під біомасою розуміється маса живих організмів (г, кг, т) або окремих їх компонентів, що міститься на одиниці площі (м2, га) або об'єму (см3, м3) екосистем або їх ланок (рослини, тварини). Під продуктивністю розуміється швидкість утворення біомаси. Тому для її вираження, крім площі (обсягу) і маси, обов'язковим є час (хвилина, година, доба, рік) накопичення. Біомасу, як і продуктивність, відносять звичайно до сухого стану речовини. Найбільш часто при визначенні біомаси чи продуктивності в якості одиниці площі використовують гектар, одиниці ваги - тонну, одиниці часу - рік. Поряд з терміном «продуктивність» використовують термін «продукція». Остання є результат продуктивності та близька за значенням «біомасі». 245 м.. - «.. і ... '! ? Таблиця ЗО Основні фізичні параметри 1 га 50-річного соснового лісу. Число дерев - 1200 шт., середня висота дерев - 19,6 м, середній діаметр дерев - 20,4 см, клас бонітету -1. Розміреність н одиниці виміру Частини дерева Весь древостой стовбур сучки, гілки хвоя? сього надземна частина пень н великі коріння Об'єм, мУга 350 60 15425105530% від загальної маси 66 11 березні 80 20 100% від стовбура 100 17 квітня 70 30 100 Довжина, км / га 24122 3000 0 30146 340 30486 Площа, га / га 0,4 2, 2 8,0 10,6 Продуктивність (біомасу, продукцію), якщо вона виробляється рослинами, називають первинною, якщо тваринами, - вторинною. Нагадаємо, що відмінності між значеннями річної продуктивності та біомасою тим значніше, чим більше за тривалістю життя розрізняються утворюють їх організми . Наприклад, річна продуктивність 1 га однорічних трав'янистих рослин становить 5-6 т / га. Вона щороку оновлюється і тому не відрізняється за значеннями від біомаси, врахованої в кінці вегетаційного періоду на цій же площі. Водночас річна продуктивність рослин дорослого ялинового лісу в тайзі звичайно також може не виходити за межі 5-6 т / га, але біомаса рослин цього ліс! а становить 300-400 т / га, тобто в 60-70 разів більше річної продуктивності. Крім загальної маси органічної (живого) речовини, що міститься на одиниці площі, важлива його поверхню. З нею пов'язана ступінь трансформації світлового потоку, осадження зважених часток і поглинання хімічних речовин з повітря, витрачання вологи опадів на змочування рослин і подальше їх випаровування, конденсація парів води з повітря і т. п. З таблиці 30 видно, що поверхня надземних органів середовищ-непродуктивного соснового лісу приблизно в 10 разів перевищує займану ним площу. Близько 80% поверхні припадає на хвою, 246 решта у-на різні частини деревини. Є підстава вважати неменшою поверхню підземних органів, особливо Дрібних коренів, що виконують функції поглинання вологи і мінеральних речовин. Ще більш значні відмінності в довжині окремих частин і органів рослин. Для деревних частин (стволи, гілки) вона близька до 150 км / га, а для хвої досягає 30 тис. км / га. Довжина підземних частин тільки для найбільш великих фракцій (пень, скелетні корені) зі ставлять 340 км / га. Вуглецева функція лісів. Основні надії щодо виведення надлишку вуглецю з атмосфери і тим самим вирішенню проблеми парникового ефекту люди пов'язують з лісовими екосистемами . Відомо, що при утворенні 1 т (абсолютно суха вага) рослинної продукції зв'язується 1,5-1,8 т вуглекислого газу і вивільняється 1,1-1,3 т кисню. У розрахунку на 1 га среднепродук-тивного лісу в такому випадку зв'язується за рік 6-7 т вуглекислого газу і виділяється 5-6 т кисню. Концентрація великих мас вуглецю в лісах пов'язана з великою біомасою деревостанів. Саме завдяки цьому тільки лісові екосистеми здатні на тривалий час виводити вуглець з атмосфери і тим самим як би давати людям час і шанс для пошуку шляхів вирішення проблеми парникового ефекту. З усієї маси вуглецю, сконцентрованого в рослинах земної кулі, 92% міститься в лісових екосистемах. У рослинах всіх інших екосистем суші акумульовано лише близько 7% вуглецю , а в рослинних організмах океану - менше 1%. Ще більша маса вуглецю законсервована в мертвому органічному речовині лісів (детрит), а також у гумусі грунтів і торф'яних відкладеннях лісових боліт. Ясно, що розширення площ під лісами, як і підвищення їх продуктивності, сприяло б якщо не нейтралізації, то уповільнення процесів накопичення вуглецю в атмосфері. Зі сказаного випливає, наскільки важливо не допустити вивільнення вуглецю з лісових «коморах». Це можливо тільки в тому випадку, якщо площі, продуктивність і біомаса лісів не зменшуватимуться. Більше того , для інтенсифікації процесів зв'язування вуглецю повинні прийматися заходи до розширення площ лісів, підвищення їх продуктивності. Такі рекомендації для всіх країн містяться в документах, що стосуються лісів, прийнятих Конференцією Організації Об'єднаних Націй з навколишнього середовища і розвитку (КООНОСР) в 1992 році. 247 На жаль, має місце дуже тривожна тенденція протилежної спрямованості - скорочення площ і біомаси лісів наземному кулі. Це негативно позначається на виконанні ними не тільки вуглецевої, але й інших численних функцій . Повітроочисні функції лісів. Крім впливу на баланс вуглецю, ліси здатні видаляти з повітря інші сторонні речовини. Очищення повітря від забруднюючих речовин відбувається як в результаті їх поглинання (перший рід Діяльності), так і за допомогою фізичного осадження (другий рід діяльності). Перший рід діяльності рослин (див. вище) проявляється в накопиченні забруднюючих речовин, у тому числі і отруйних (сірчистий ангідрид та інші), в їх тілі. У подальшому токсиканти потрапляють у грунт або з обпадаючими листям, або іншими шляхами. Є дані, що 1 кг листя може поглинати за сезон до 50-70 г сірчистого газу, 40-50 г хлору і 15-20 мг свинцю. Сполуки азоту у вигляді двоокису і амонійних солей, поглинаючись в невеликій кількості, виступають як фактор позакореневого (через листя) підживлення рослин. Проте у великих кількостях ці речовини, як і інші забруднювачі, знижують стійкість рослин або навіть ведуть до їх отруєння. До кінця не з'ясована роль рослин у впливі їх на чадний газ. Деяка частина СО засвоюється, мабуть, через асиміляційні апарат. Негативний вплив цього газу на рослини не реєструвалося. З другим родом діяльності пов'язано в основному осадження зважених часток. Воно може відбуватися як в сухому (під впливом сили тяжіння), так і в мокрому вигляді після розчинення в атмосферних опадах або водяній парі. Очищення повітря в лісових масивах в кілька разів (до 20-30) інтенсивніше, ніж на НЕ лісових територіях. При високій запиленості повітря 1 га лісу може поглинати і осаджувати до 50-60 т пилу за рік. Цей же еф 248 фект проявляють полезахисні смуги з очищення повітря від продуктів вітрової ерозії грунтів.! <'1 Лісові насадження істотно зменшують шумовий ефект, скорочують дальність поширення звуків. Вони захищають дороги від заметів снігом і продуктами ерозії грунтів, знижують опір потоків повітря рухові транспорту, сприяють економії пального. Слід, однак, мати на увазі, що щільні лісові смуги вздовж доріг можуть грати і негативну роль, створюючи умови для накопичення продуктів згоряння та інших шкідливих речовин в результаті уповільненої повітрообміну. З нейтралізацією забруднень рослинами неминуче пов'язані і негативні наслідки для життєдіяльності рослин. Цьому присвячено окремий розділ даної глави. Кліматичні та метеорологічні функції лісів. Ліси справляють істотний вплив на метеорологічні фактори. Вони впливають на атмосферні явища і тим самим створюють свою специфічну середу. Її зазвичай розглядають як мікроклімат, Екоклімат або фітоклімат. Зміна метеорологічних параметрів поширюється і за межі лісу. На цьому властивості грунтується використання лісів (найчастіше лісових смуг) для захисту грунтів, посівів, доріг, населених пунктів і т. п. У цих випадках проявляється в основному друга рід діяльності лісових екосистем. Температура і вологість повітря в лісі і на відкритих просторах розрізняється несуттєво. Тільки влітку при сонячній погоді і великих відмінностях денний і нічний температур в лісі вона може бути на 2-5 ° С нижче. У середньому ж влітку в лісі буває прохолодніше тільки на 1-2 ° С. Взимку в лісі декілька тепліше. Невеликі відмінності температур пояснюються тим, що як у лісі, так і на відкритих місцях вона вимірюється за відсутності доступу сонячних променів (в метеорологічних будках). Наші ж теплові відчуття пов'язані в основному з кількістю сонячних променів, які сприймає поверхню тіла. Ліси впливають на сонячну радіацію в найбільшою мірою. Якщо прийняти кількість сонячної радіації на відкритому місці за 100%, то під запону лісів, представлених світлолюбними видами (сосна, береза, осика та ін.) її проникає 10-15%, а під полог лісів з тіньових деревних видів (ялина, ялиця) - тільки 3-5%. 249 Лісі властива більш висока вологість повітря і верхніх горизонтів грунтів. Глибинні шари грунтів під лісом зазвичай суші, ніж під трав'янистими спільнотами. Рух повітря в лісі. У глибині лісу зазвичай практично повністю відсутня вітер. Тут мають місце в основному конвекційні переміщення повітря. Його шари, прогріті у верхній частині крон дерев, як більш легкі, піднімаються вгору, а їх місце займає повітря, що надходить з-під пологу. Вночі можуть спостерігатися струми повітря протилежного напрямку. Такі переміщення повітря мають істотне екологічне значення. По-перше, насіння багатьох подпологового рослин (кислиця, орхідеї та ін.) настільки малі, що захоплюються і переміщуються конвекційними струмами повітря. По-друге, завдяки таким струмам вирівнюється концентрація вуглекислого газу. Збагачений вуглекислотою повітря приземних шарів (результат розкладання органічних речовин у грунті) піднімається в фотосінте-зірующую верхню частину полога. Температура грунтів в лісі. У розділі VIII. 2 ми звертали увагу на здатність грунту накопичувати і зберігати інформацію. Ця інформаційна функція проявляється і через температурний режим. Температура повітря в силу його високої рухливості і малої теплоємності має тенденцію швидко змінюватися і вирівнюватися в суміжних екосистемах, наприклад в лісах і на відкритих просторах. Температура грунтів - незрівнянно більш інертна. У лісах вона практично у всіх випадках залишається нижчою, ніж поза лісу. Ці відмінності між лісом і полем максимальні у верхніх шарах і поступово зменшуються з глибиною. Повний вирівнювання температур відбувається тільки на глибинах більше 5-6 метрів. Так, в Підмосков'ї в середньому за травень - вересень на глибині 5 см під ялиновим лісом грунт був холодніше, ніж у полі , на 7,5 С, на глибинах 20-120 см - на 3,0-3,3 ° С, нижче цієї глибини відмінності температур поступово зменшуються до 2,4 ° С на 320 см і практично до нульових значень - на глибинах 6 -7 м. Навесні через більш пізнього сходу снігу в лісі прогрівання грунтів значно запізнюється. Хвиля максимального прогрівання зміщується на червень і навіть липень. У полі вона проходить у травні. Показником, який одночасно відображає ступінь зміни метеорологічних елементів середовища (температури, 250 вологості повітря, швидкості вітру, наявності сонячної радіації), є випаровування з постійно увлажняемой поверхні, або випаровуваність. Улітку цей показник малораеліча-ється у хвойних (вічнозелених) і листопадних лісах ^ В умовах Підмосков'я під пологом лісу випаровуваність зазвичай становить близько 1/4 від її значень поза лісом або над лісовим пологом. Як і інші метеорологічні елементи (температура, сонячна радіація), випаровуваність закономірно збільшується в міру руху від грунту до поверхні лісу (рис.23). За таким же закономірностям змінюється інтенсивність фізіологічних процесів і средообразующая роль різних частин полога лісу. Вплив лісів иа суміжні простору. Ліси змінюють фактори середовища не тільки в місці зростання, а й за його межами. Ці властивості здавна використовуються людиною для захисту за допомогою ліси населених пунктів, транспортних шляхів, сільськогосподарських полів та інших об'єктів від несприятливих погодних явищ. Найбільший досвід у цьому відношенні накопичений в сільському господарстві, де лісові смуги використовуються для захисту грунтів і посівів. Ступінь впливу лісових смуг на прилеглі території залежить від висоти дерев і від щільності поло- Іспарлемость Рис. 23 Испаряемость на різних рівнях полога ялинового лісу (Н. А. Воронков, 1988). Періоди спостережень: 1 - доба; 2 - з 12 до 18 ч.; 3 - з 8 до 12 ч.; 4-с 18до 8 ч.
251 га лісопосадок. Так, швидкість вітру сповільнюється поблизу лісу на відстані ^ рівному 20-30-кратній висоті дерев. Приблизно в цих же межах пом'якшується дію температур, вологості повітря іпочву, зменшується ступінь і ймовірність вітрової ерозії, збільшується урожайнол'. Позитивний вплив лісових посадок проявляється так само в запобіганні снегопереноса, уповільненні сніготанення, посиленні харчування грунтових вод. У силах людини регулювати екологічні функції лісових смуг. Смуги щільною конструкції (густі і з чагарниками) сприяють місцевим накопиченню снігу у смугах і поблизу них. У той же час не щільні (ажурні) смуги (продувається конструкція) обумовлюють рівномірний розподіл снігу і продуктів ерозії в межполосних просторах. Можна створювати смуги і такої конструкції, швидкість вітру усередині яких буде підвищуватися як в аеродинамічній трубі за рахунок зайнятості частині простору стовбурами дерев. Водоохоронні функції лісів. Початок системної екології (сінекологіі) у вітчизняній, а потім і в світовій літературі пов'язано насамперед зі спостереженнями за впливом лісів на водні ресурси. Люди давно помітили залежність водності річок і рівнів води в колодязях від наявності лісів. Вирубка лісів зазвичай призводить до обміління річок, зникнення джерел, пересихання струмків. У народі давно існують виразу «Ліси - зберігачі вод», «Ліси - народжують річки», «Де ліс - там і вода, де вода - там і життя» і т. п. Особливо велику увагу проблемі зв'язку лісів і вод стали приділяти в Наприкінці XIX - початку XX століть. У цей час різко посилилося знищення лісів у зв'язку з розвитком промисловості, почастішала повторюваність посух на півдні і південному сході Росії. Одну з причин цього явища бачили у зменшенні лісистості. В цілому з проблеми взаємин лісів і вод, лісів та клімату опубліковані сотні книги десятки тисяч статей. Проблема найчастіше розглядається під назвами «Гідрологічна роль лісів», «Водозахисна роль лісів», «водоохоронних-захисна роль лісів», «Метеорологічна роль лісів» та ін Велика кількість літератури з проблеми пояснюється тим, що в силу неповноти інформації про екосистеми на одні й ті ж питання далеко не завжди даються однозначні відповіді. Конкретні приклади таких явищ розглядаються в разд.ХУП, ч. І. 252 Вплив лісів на грунтові води. Позитивний вплив лісів на харчування грунтових вод звичайно не викликає сумнівів Це пов'язано з перекладом значної частини поверхневого стокавод в підземний. Грунтові води, в свою чергу, живлячи річки, забезпечують більш високий рівень води в них взимку і влітку (період межені). Навесні ж і при літніх зливах більше води в річки надходить з безлісих площ за рахунок поверхневого стоку. Останній неминуче пов'язаний із забрудненням вод продуктами ерозії грунтів і іншими агентами, а також з імовірністю повеней, їх руйнівною силою. Основною причиною збільшення грунтового і зменшення поверхневого стоку лісами є збереження під ними гарною водопроникності грунтів (захищена лісовий підстилкою, розпушена корінням і т. п.), а також більш рівномірним надходженням вологи на її поверхню (уповільнена інтенсивність танення снігу, гасіння сили дощів пологом лісу та ін.) Більш значне харчування грунтовими водами лісових річок ні в якому разі не означає, що ці річки завжди отримують більше вологи і в сумарному вираженні (за рахунок поверхневого і грунтового стоку разом). Відповідь на останнє питання не однозначна і залежить від конкретного поєднання різних факторів (погодні явища, породний склад лісів, їх густина і т. п.). Цим і пояснюється відзначена вище неоднозначність точок зору з питання впливу лісів на водне харчування річок. Вплив лісів та іншої рослинності на якість вод. Позитивний вплив лісів на якість вод пов'язано не тільки з процесом їх фільтрації через грунтово-грунтову товщу. Лісові води (у тому числі і поверхневого стоку) завжди несуть менше зважених часток і розчинених хімічних речовин, ніж води, що надходять з сільськогосподарських полів, урбанізованих та інших піддаються антропогенному впливу територій. Ступінь переваг якісного складу лісових вод над водами інших категорій в міру зростання антропогенних навантажень продовжує збільшуватися. Це є свідченням того, що ліси як потужні екосистеми зберігають ще значний потенціал здібності до самоочищення і протистояння руйнівним силам техногенезу. 253 Таблиця 31 Винос зважених часток і хімічних елементів водами поверхневого стоку з лісу і поля (Н. А. Воронков, 1988) Об'єкти Єди- Зва- 1ЧН4 N0, Са Ма. Сум- наблюде- ница шен- ма ний вимірюв- ві ренію годину- тіци Лісовий кг / га 5,1 0,5 0,4 0,1 1,0 2,5 1,3 10,9 водозбір мг / л 18,6 1,8 1,5 0,4 4,0 9,1 4,7 40,1 Польовий кг / га 16,7 4,3 4,3 0,2 1,2 13,2 4,9 44,8 водозбір мг / л 35,4 9,1. 9,1 0,4 3,7 28,0 10,4 96,1 Дані таблиці 31 свідчать, що з лісу виноситься в 8-10 разів менше сполук азоту та в 2-3 рази менше фосфору та інших хімічних елементів, ніж з сільськогосподарських полів. Водоочисна роль лісових екосистем настільки істотна, що їх все більше використовують для очищення забруднених вод. Є дані (Г. Б. Паулюкявічус, 1974), що в воді, яка пройшла через лісову смугу шириною 30 м, зміст> Ш4 зменшилася в 5 разів, 802 - більш ніж у 6 разів, а фосфору і калію в 10 разів і більше. Лісові екосистеми роблять також сприятливий вплив на бактеріологічні та фізичні властивості води. Так, вода опадів, взята на ріллі, мала колі-індекс (кількість кишкових паличок в 1 л води), рівний 18, а після проходження води через 45-метрову лісову смугу він зменшився в 2 рази - до 9. У 5 разів збільшилася прозорість води (В. Т. Ніколаєнко, 1968). При рубках лісів їх водоохоронні властивості різко знижуються або знищуються повністю. Якщо вирубки заростають В результаті вторинної сукцесії, то ці властивості досить швидко відновлюються. У тих випадках, коли умови для прояву вторинної сукцесії порушуються в результаті ланцюгових реакцій, вирубки можуть переходити в стан опустелювання. Останнє найбільш ймовірно в гірських районах, де після зведення лісів інтенсивно проявляється 254 ерозія грунтів. Так, дослідження показали, що на схилі крутизною 20 °, зайнятому буковим лісом, ерозія грунту практиче скі повністю була відсутня. Після вирубки лісу та вивезення деревини е допомогою важкої техніки ерозія досягла стадії яружної, і винесення її продуктів водами поверхневого стоку склав 300 т / га в рік. Такі явища не поодинокі. У ряді випадків вони закінчуються опустелюванням обширних географічних районів. На води суттєво впливають ті ліси, які ростуть по берегах річок. Такий вплив також особливо значно для невеликих річок, які практично повністю знаходяться в конусі тіні прибережної рослинності. Є дані, що після видалення прибережної деревної рослинності температура води в річці підвищилася на 7 ° С. Це негативно позначилося на життя окремих видів тварин, наприклад форелі, адаптованої до існування в прохолодних водах. Велике значення рослин для очищення вод безпосередньо у водоймах. На Американському континенті для цієї мети широко застосовується один з видів гіацинтів. У нас в країні використовують зарості очерету, очерету, рогозу для очищення шахтних і стічних вод. Поряд з елементами, що включаються в біологічні процеси (азот, фосфор, калій та інші біогени), рослини очищають воду і від таких забруднювачів, як феноли, нафту, пестшщди. Правда, навантаження при цьому не повинні перевищувати меж стійкості рослин. В іншому випадку система повністю втрачає здатність самоочищення. Водоочіщающая здатність рослин (спільно з іншими організмами) широко використовується для очищення вод на полях зрошення. Це території, зайняті різними сільськогосподарськими культурами, куди подаються побутові та інші стічні води, насичені біогенними елементами, органікою та іншими речовинами. Завдяки високій всеочисній ролі рослин такі системи функціонують десятиліттями. Як компоненти полів зрошування можна використовувати не тільки агроценози, а й лісові екосистеми. Останні, зокрема, перспективні для очищення вод, забруднених добривами, отрутохімікатами та іншими речовинами. Для цієї мети ландшафти мають бути організовані таким чином, щоб води з полів, до того як потрапити в джерела, проходили через лісові масиви або лісові смуги розосередженим потоком. 255
|
||
| « Попередня | Наступна » | |
|
|
||
Інформація, релевантна "1Х.2. Найважливіші екологічні функції лісів і їх параметри -«, *. Чо-" |
||
|
||