Лес и тепло. Значение тепла в жизни леса. Вегетационный период, его продолжительность и значение

Источники тепла. Кроме прямой солнечной радиации, лес по­лучает тепло в результате проникновения рассеянной радиации; встречного излучения атмосферы; притока тепла из более глу­боких слоев почвы, скрытой теплоты парообразования, выделяю­щейся при конденсации водяных паров; распада радиоактивных веществ; разложения лесной подстилки и отдачи стволами и кро­нами деревьев в период охлаждения воздуха и почвы. Лес по­требляет тепло при фотосинтезе, испарении влаги с поверхности почвы, крон деревьев, прп транспирации, прогревании призем­ных слоев воздуха и нижних слоев почвы, а также при нагреве почвенной влаги, стволов и крон. Солнечная тепловая энергия передается дереву путем инсо­ляции, через воздух и почву. Воздух и почва, нагреваясь солнеч­ными лучами, отдают часть своего тепла деревьям. Теплота поч­вы оказывает большее влияние на внутреннюю температуру дерева, чем теплота, получаемая им непосредственно от солнца из-за плохой теплопроводности коры и древесины. Поэтому теп­лота почвы, особенно почвенной влаги, важна для поддержания необходимой температуры ствола. Для температуры кроны—- вершин и сучьев, которые вследствие малого диаметра и более тонкой коры прогреваются легче ствола, наибольшее значение имеет теплота воздуха.

Баланс тепла почвы — это разность количества приходящего и расходуемого тепла. Однако эта величина приблизительна, так как приход и расход тепла зависят от многочисленных факто­ров: времени суток, сезона, наличия ветра, облачности, влажно­сти, рельефа местности и т. д. Общий баланс тепла определяют для каждого конкретного типа леса, вырубки, поляны, болота, водной поверхности, треле­вочного волока. Тепловой баланс вырубки, например, зависит от ее ширины, расположения семенных групп, семенников и др. Значение тепла в жизни леса. Развитие любого растительного организма происходит в определенных тепловых границах — от низких (минимальных) до высоких (максимальных) темпера­тур. Температуру, при которой развитие растительного организ­ма идет наиболее интенсивно, называют оптимальной. Тепло влияет на созревание семян. Семена сосны и ели се­верных районов созревают при средней температуре лета (июнь — сентябрь) не ниже +11 °С. С понижением температу­ры качество семян падает —увеличивается число пустых и не­дозрелых. Для достижения 50%-ной всхожести семян сосны ми­нимальная температура июля и августа должна быть +13 °С. Некоторые экзоты хорошо растут и цветут в новых условиях, но не способны размножаться семенным путем из-за недостатка тепла, необходимого для полного созревания семян. Тепло влияет и на прорастание семян, рост всходов, появление моло­дого поколения леса. Семена ели успешно прорастают при тем­пературе+18—20°С, клена остролистного при температуре +5—10 °С. Прорастание семян древесных пород ускоряется при колебании температуры как в период их покоя, перед прораста­нием, так и в период самого процесса прорастания. Теплая, бы­стро наступающая весна вызывает распускание листьев и цветов ранее обычного срока, и наоборот, сильные ночные похолода­ния, а в особенности холодная весна с резкими понижениями температур, задерживают, а порой приостанавливают рост и цве­тение. Температура оказывает влияние также на рост корневой си­стемы. Высокая температура воздуха, особенно во время посад­ки, неблагоприятно отражается на состоянии корней. Весной корни ели начинают развиваться при более низкой температуре, чем у сосны, на 3—10 дней раньше, поэтому ель высаживают раньше. При снижении температуры почвенной влаги с 20 до 0 °С всасывающая деятельность корней сокращается на 50% и более.

Влияние на лес низких и высоких температур. Изучение влия­ния на лес крайних температур имеет большое лесоводственное значение, так как позволяет расширить границы распростране­ния желательных пород, снизить потери лесного хозяйства. По­вреждения самосева, посадочного материала, молодняков, от­дельных деревьев и даже целых лесных массивов, в частности дубрав, нередко вызваны неблагоприятным воздействием край­них температур. В холодное время года растения могут погиб­нуть не только из-за суровых внешних условий, но и из-за позд­него прекращения роста и перехода в состояние покоя. Породы, переносящие неблагоприятные условия зимы, называют зимо­стойкими, переносящие действие морозов, — морозостойкими. Внезапное понижение температуры приводит к отмиранию клеток в результате образования кристаллов льда, вытягиваю­щих воду из клеток и межклеточных пространств растений. Обез­воживание растений вызывает свертывание коллоидных веществ цитоплазмы, которая становится после оттаивания неспособной к жизнедеятельности. Жара также ведет к обезвоживанию кле­ток и разрушению структуры цитоплазмы. Установлено, что чем ближе данный вид растений к границе своего ареала, тем сильнее влияние на него неблагоприятных крайних температур. Большинство растений переносят крайне высокую температуру — около 35—40 °С, реже до 50 °С. Однако сеянцы бука, сосны и клена погибают, если температура почвы некоторое время превышает 46 °С. Побеги молодых растений, расположенных близко к почве, совсем не растут, когда темпе­ратура поверхности достигает 80 °С.

В свою очередь, разные органы растений способны перено­сить разную максимальную температуру. Так, листья на солнце могут нагреваться до температуры более высокой, чем темпера­тура воздуха. Ветви и стволы, как более массивные органы, не­способные к интенсивному теплообмену, часто нагреваются еще выше: ветви сосны, например, до 48 °С, а ствол ели до 55 °С. На сухих местообитаниях в пустыне листья нагреваются до 50 °С. Минимальная температура имеет большую амплитуду для разных видов растений. Некоторые растения северных широт в состоянии зимнего покоя переносят морозы до 75 °С. В то же время тропические растения повреждаются от холода уже при температуре +5°С, если температура ниже 0°С, они погибают. Повреждения, которые получают растения зимой, подразде­ляют на прямые и косвенные. К прямым относят продольные морозные трещины, которые образуются в результате резкого снижения температуры приземного слоя воздуха. В ночные часы температура растений бывает ниже температуры окружающего воздуха. Эта разность достигает 3 °С и более. Резкое охлажде­ние воздуха отрицательно действует на поверхность ствола де­рева (на кору и камбиальный слой). В результате похолодания поверхность ствола быстрее уменьшается в объеме, чем внут­ренняя часть ствола, которая из-за плохой теплопроводности древесины иногда даже сохраняет свой прежний объем. Увели­чение разности температур внутренней и внешней частей ствола дерева приводит к неравномерному напряжению тканей и в ито­ге к разрыву древесины. Этот след со временем зарастает. Одна­ко часто в трещину попадают споры грибов, способствующие возникновению гнили. При,заморозках происходит выжимание (выпирание) сеянцев в питомниках или саженцев на вырубках, чаще на тяжелых ув­лажненных почвах. Под действием пониженной температуры ув­лажненная почва замерзает. Вода при этом увеличивается в объеме, а вместе с ней и почва принимает больший объем, под­нимаясь вместе с находящимися в ней корнями саженцев. При оттаивании почва оседает до прежнего уровня, а растение с кор­нем остается на поверхности. Молодые сеянцы сосны, ели, пихты легко выжимаются из почвы ранними осенними заморозками. Весной после оттаивания почвы корневые системы саженцев ока­зываются на поверхности почвы, обветриваются и засыхают под действием тепла. В зависимости от времени появления различают заморозки поздние (весной и в первой половине лета) и ранние (во второй половине лета или осенью, до наступления зимних холодов). Поздние весенние заморозки особенно губительны для всех лес­ных пород, кроме березы, лиственницы и сосны, когда их почки распускаются, побеги трогаются в рост и не успевают одревес­неть. Молодые дубки, ели и пихты, повреждаемые поздними ве­сенними заморозками, могут принимать форму кустарника. Поздними весенними заморозками повреждаются всходы ду­ба, ели, пихты, ясеня. Поэтому посевы нередко проводят с таким расчетом, чтобы всходы появлялись после весенних заморозков. Повреждая и убивая молодые побеги и листья, поздние весен­ние заморозки уменьшают плодоношение, снижают энергию ро­ста растений. Самосев или культуры древесных пород защища­ются кустарниками или пологом из морозоустойчивых пород, ко­торые создают, применяя соответствующие системы рубок, которые обеспечивают более благоприятные климатические ус­ловия на вырубках. Ранние осенние заморозки вредят древесным породам в тех случаях, когда выросшие за лето молодые побеги не успели од­ревеснеть и окончательно подготовиться к зимнему покою. Осо­бенно пагубно их воздействие на древесные породы, перенесен­ные из более теплого климата, так как вегетационный период у таких растений длится дольше. Избыток тепла также может вызвать серьезные повреждения у древесных пород — ожог коры, отлуп, опал корневой шейки молодых растений, трещины на поврежденной части ствола. Осо­бенно чувствительны к высоким температурам древесные породы с тонкой корой (ель, пихта, бук и др.). Солнцепек чаще повреж­дает стволики молодых деревьев, у которых с южной или юго- западной стороны вырубили их защиту — соседние деревья. Наиболее часто ожоги наблюдаются у растений, расположенных с севера или северо-востока сплошных вырубок, а также после изреживания насаждений. Избыток тепла может привести также к преждевременному усыханию, опадению листьев и хвои, что у хвойных пород часто заканчивается гибелью деревьев. Жаркое лето при недостаточном количестве влаги задерживает раскрывание шишек сосны, а в некоторых случаях вызывает и их полное нераскрывание, особенно на южной, освещенной части кроны. Семена нераскрывшихся шишек нормально развиты, но из-за перегрева отличаются пониженной всхожестью. Отношение древесных пород к теплу показано в табл. 15. Общим средством защиты растений от высоких и низких тем­ператур является испарение. Крайние температуры особенно гу­бительны, когда растение испытывает недостаток во влаге. Возможности полной защиты древесных пород от морозов ограниченны. Чаще всего они сводятся к профилактическим ме­рам: выбору направления и величины лесосек, обеспечивающих защиту лесных культур или естественного подроста стеной леса; использованию снега, соломенных и других щитов для защиты

15. Отношение древесных пород к теплу

Степень теплолюбия	порода
Очень теплолюбивые Теплолюбивые	Эвкалипт, криптомерия, сосна приморская, дуб пробко­вый, кипарис, секвойя, саксаул Каштан съедобный, айлант, платан восточный, дуб пу­шистый, орехи пекан, грецкий, белая акация, гледичия, берест, тополь серебристый
Среднетребовательные к теплу	Дуб черешчатый, граб, клен остролистный, нльм, вяз обыкновенный, ясень обыкновенный, дуб горный, бук, клен ложноплатановый, бархат амурский, липа мелко­листная, дуб черешчатый ранний, ольха черная
Малотребовательные к теплу	Осина, тополь бальзамический, ольха серая, рябина, бе­реза повислая, пихта гребенчатая, ель, пихта сибирская, сосны обыкновенная, кедровая, лиственница, кедровый стланик

сеянцев; созданию дымовой завесы; опрыскиванию (дождева­нию) и обогреву. Целесообразнее, однако, подбирать морозоус­тойчивые или жаростойкие древесные породы или их формы. Против выжимания саженцев эффективно мульчирование, а по­белка штаммов в парковых условиях предупреждает ожоги коры.

Влияние леса на температуру. Температурные условия под пологом леса и на открытом месте в течение суток неодинаковы. Лесной полог затрудняет проникновение солнечных лучей к по­верхности почвы, уменьшает ее охлаждение и излучение. Корне­вые системы деревьев подвержены суточным температурным изменениям. Температура почвы зависит от состава леса и на­почвенной растительности, экспозиции склона, влажности почвы, ее механического состава, микрорельефа, толщины лесной под­стилки и др. Летом почва в лесу имеет более низкую температуру, чем поверхность открытого места, зимой наоборот. Лесные поляны, размер которых по диагонали более двух высот деревьев, окру­женные стенами леса, подвергаются заморозкам, так как темпе­ратура застойного приземного слоя воздуха здесь ночью резко понижается, а днем быстро повышается, создавая резкие коле­бания температур в течение суток. Поэтому посаженные в сере­дине поляны культуры часто полностью погибают. Колебание температур уменьшается по направлению к стенам леса. Поэто­му посадку леса на таких площадях начинают с подбора пород для участков, примыкающих к стенам леса.

Температурные условия вырубок зависят от ширины и на­правления лесосек. Уменьшение ширины лесосеки в сложных вы- сокополнотных древостоях затрудняет лесовосстановление вслед­ствие концентрации застойного приземного слоя воздуха на вырубке, подвергающегося перегреванию днем и переохлаждению ночью. Посаженный лес, особенно вдоль освещенных в полдень сторон вырубки, может целиком усохнуть из-за солнечных ожогов. Лес изменяет температурный режим прилегающих к нему сельскохозяйственных полей, уменьшая суточные колебания низ­ких и высоких температур в межполосных пространствах. Лес­ные полосы начинают «действовать» с 3—5-летнего возраста. По мере увеличения их высоты положительное влияние на мик­росреду распространяется на расстояние, равное 20—40-кратной высоте полосы. В результате урожайность сельскохозяйственных культур увеличивается. В зависимости от конструкции, состава и формы лесных полос их воздействие на температуру воздуха и почвы прилегающих открытых мест различно. Под влиянием леса и снежного покрова температуры почвы в лесу выше, чем на открытом месте. При повышении темпера­туры воздуха снег не дает почве прогреваться, а при резких охлаждениях воздуха температура почвы мало изменяется. Если на поверхности снега температура —39 °С, то на поверхности почвы под снегом глубиной 0,8 м температура —3,1 °С. При та­кой температуре открытый подрост дуба и некоторых других пород вымерзает, а укрытый снегом сохраняется. Вот почему не только растения, но и многие животные и птицы в период сильных морозов находят укрытие под снегом. Тепловой режим воздуха и почвы регулируется изрежива- ниями насаждений до оптимальной полноты и густоты в процес­се рубок ухода или вырубки подлеска. Особую роль в утеплении лесной почвы выполняет лесная подстилка. Сгребание или рых­ление ее изменяет температурный режим почвы.

5. Лес и свет. Значение света в жизни леса. Требовательность к свету и факторы, влияющие на нее.

Роль света в жизни леса. Свет — электромагнитное излучение волны, ощущаемое зрительно. Солнечное излучение не только главный источник тепла. Лучи солнца, свободно проникая через толщу атмосферы, влияют на все основные физиологические процессы растительного и животного мира. Свет прежде всего необходим для фотосинтеза, когда диоксид углерода и вода хи­мически соединяются и образуют глюкозу. Уравнение фотосин­теза имеет следующий вид:

6С0₂+6Н₂0 + энергия = С₆Н₁₂0₆+60₂.

Зеленые растения благодаря фотосинтезу образуют органи­ческие вещества. За вегетационный период древостой умеренно­го климата путем фотосинтеза, используя солнечную энергию, поглощают 20—25 т/га углекислого газа и выделяют 15—18 т/га кислорода, создавая 14—18 т/га органического вещества. Подобно большинству физиологических функций фотосинтез достигает максимального уровня в пределах сравнительно узко­го диапазона температур, а при дальнейшем повышении темпе­ратуры его интенсивность падает. Поскольку листья поглощают свет, их температура к середине дня значительно повышается, и фотосинтез существенно подавляется. Поэтому максимальный фотосинтез утром около 9 ч, затем интенсивность его снижает­ся и к 17 ч вновь повышается. Оптимальная температура для^: фотосинтеза варьирует в зависимости от среды и составляет примерно от 16°Сдля многих видов умеренного пояса до 38 °С для тропических растений. Фотосинтез на протяжении многих десятилетий рассматри­вался как процесс, противоположный дыханию. Однако фотосин­тез и дыхание представляют собой две неразрывно связанные стороны единого процесса — обмена веществ и обмена энергии. Используя энергию Солнца и неорганические соли, зеленые рас­тения создают продукты для удовлетворения потребностей всего живого на Земле. В этом проявляется «космическая» роль зеле­ного листа, определяющего в целом характер земной атмосферы. Для успешного роста древесных пород необходимо оптималь­ное освещение. Излишнее затенение так же, как и избыток све­та, отрицательно сказывается на растениях. Солнечные лучи, падающие на лесной полог, частично погло­щаются, частично отражаются от него, и лишь незначительная доля солнечной радиации, проникая сквозь кроны, достигает поверхности почвы. Только 1—2% солнечного света, потребляе­мого лесным пологом, используется для создания органического вещества. Значительная часть солнечного света обеспечивает транспирацию, дыхание и другие физиологические процессы. Лучистая энергия Солнца, поглощаемая листом и участвую­щая в процессе фотосинтеза, получила название фотосинтетиче- ски активной радиации (ФАР). ФАР охватывает в основном⁵ видимую часть спектра. Ю. Л. Цельникер (1969) нашла, что на открытом месте количество ФАР в составе интегральной радиа­ции равно 40% для прямой и 54% для рассеянной радиации (при высоте стояния Солнца 30—50° и ясной погоде). Поток солнечной радиации по вертикали лесных насажде­ний распределяется в определенной закономерности. Под полог сомкнутого леса проникает 5—40% физиологически активных лучей от их общего потока на открытом месте, полог леса по­глощает 35—70% лучей и 20—25% отражается обратно в атмо­сферу. В высокосомкнутых еловых древостоях к поверхности почвы света попадает всего лишь до 5—10% общего потока. Сом­кнутый буковый древостой может задерживать кронами до 97— 99% света, пропуская к поверхности почвы всего лишь 1—3%. Листья и хвоя верхней части крон деревьев 1-го яруса погло­щают значительную часть длинноволновой радиации, которая; обладает максимальной активностью. Поэтому содержание хло­рофилла в листьях и хвое верхнего яруса наиболее высокое. Обилие света способствует хорошему приросту в высоту и фор­мированию крон, стимулирует рост и развитие древесных рас­тений. Почти весь свет под пологом рассеянный. Предельно высо­кая густота снижает общую продуктивность древостоя. Для под­держания его сомкнутости на оптимальном уровне (0,7—0,8), когда фотосинтез проходит наиболее интенсивно, проводят руб­ки ухода, стараясь достичь ступенчатого строения полога. Увеличение интенсивности ФАР положительно сказывается на продуктивности насаждений. Так, по данным Д. Д. Лавриненко, продуктивность еловых насаждений Карпат в условиях влаж­ной буково-пихтовой сурамени существенно выше продуктивно­сти ельников на влажных относительно богатых почвах Ленин­градской обл., где тепла столько же, но количество ФАР меньше. Экспозиция склона оказывает большое влияние на суммар­ное освещение и его режим в течение дня и сезонов года. В уме­ренных широтах на склоны северных экспозиций в течение года солнечной радиации приходится меньше того количества, кото­рое падает на горизонтальную поверхность, а на южные — боль­ше, но летом на очень крутых южных склонах количество ра­диации уменьшается, так как в полуденное время солнечные лучи падают на их поверхность под острым углом. Обилие света в кроне увеличивает урожай семян. Искусствен­ное затенение уменьшает образование цветков. Причем если затенить половину кроны, то именно на ней и наблюдается сни­жение цветкообразования, так как замедляется обмен веществ между различными частями кроны. Поэтому плодоношение бы­вает обильным на восточной и юго-восточной частях кроны де­рева. Этим же объясняется больший текущий прирост по диа­метру ствола в живой кроне, чем в бессучковой ее части. Наступление периода созревания семян у деревьев также за­висит от освещенности. У деревьев, растущих на опушках или в световых окнах, плодоношение наступает раньше, чем у деревь­ев, плотно соприкасающихся со всех сторон с соседними. Оби-.лие шишек у хвойных пород наблюдается в верхних частях кро­ны. Однако семеношение зависит от физиологии и качества де­рева. В одновозрастных насаждениях при равных условиях у крупных деревьев с широкой редкой кроной, несущей толстые ветви, плодоношение более обильное, чем у деревьев с узкой пи­рамидальной кроной, но у последних активнее прирост по вы­соте. Велико влияние света и на прирост деревьев.

При этом про­слеживается следующая закономерность: чем лучше освещено дерево, тем больше увеличивается ствол его в диаметре по срав­нению с приростом в загущенном древостое. Это объясняется тем, что на свету клетки интенсивно растут в ширину. Свет стимулирует формирование проводящих и механических тканей, поэтому растения, обеспеченные светом, формируют короткие, сильно разветвленные стебли. В связи с этим чистые сосновые высокополнотные насаждения активно растут в высоту. В разре­женном сосновом древостое световые лучи изменяют характер распределения древесной массы: стволы становятся толще, но ниже по высоте. Свет влияет и на качество древесины. Если растение освеща­ется только с одной стороны, то оно вытягивается в сторону наибольшей освещенности. В результате этого явления, назван­ного фототропизмом, или гелиотропизмом, ствол дерева утол­щается со стороны падающего света, так как на этой стороне годичные кольца разрастаются интенсивнее. Древесина стано­вится свилеватой, эксцентричной. Так древесные породы приспо­сабливаются к избытку света. Изменение прироста можно добиться разреживанием основ­ного лесного полога. В практике лесного хозяйства таким обра­зом улучшают состояние леса и увеличивают продуктивность на­саждений. Несмотря на некоторое снижение прироста в первые 2 года после изреживания, затем после перестройки ассимиля­ционного аппарата дерева под влиянием большей освещенности наблюдается повышение прироста по высоте и объему. Значительна роль света в формировании других раститель­ных компонентов насаждения. Ослабленный свет снижает рост подроста, подлеска и живого напочвенного покрова. Подрост ели, например, под пологом леса растет слабо. На ветвях сильно угнетенных елочек преобладает теневая хвоя. Резкое увеличение освещенности часто вызывает сбрасывание хвои, а в некоторых случаях гибель подроста ели в результате так называемого све­тового испуга. Незначительный прирост в высоту елового и пихтового под­роста под пологом леса является причиной образования зонти­кообразной формы кроны. Недостаток света под могучими кро­нами материнского полога часто ведет к гибели подрост дуба или превращает его в торчки. Дубовый подрост в возрасте 6 лет. выросший под пологом леса в лесостепной зоне по сравнению с дубовым насаждением того же возраста, но находящимся в бла­гоприятных условиях освещения, имеет в 2 раза меньше диаметр стволиков, в 5 раз меньше высоту и в 10 раз меньше листьев. Очень мало света проникает под загущенный еловый и пих­товый полог. Этим объясняется отсутствие под пологом леса> подроста, подлеска и даже живого напочвенного покрова. Одна­ко отсутствие света — не единственная причина плохого роста' или гибели растений. Оно может быть главным фактором гибе ли молодого подроста. Недостаток света ведет к слабому про­греванию почвы. Так, опавшие семена длительное время не про­ растают из-за низкой температуры почвы. После разреживания? полога солнечные лучи достигают поверхности почвы, прогре­вают ее и залежавшиеся семена дают всходы.

Потребность лесных пород в свете. Различные древесные по­роды неодинаково реагируют на свет, что определяется их био­логическими свойствами. Зная биологические свойства расте­ний, можно регулировать световую обстановку в лесу, особенно в тот период, когда происходит формирование насаждений. Все древесные породы по требовательности к свету разделяют на две группы: светолюбивые и теневыносливые. К первой отно­сят белую акацию, лиственницу, березу повислую и пушистую, сосны обыкновенную и крымскую, осину, ольхи серую и черную, ясень обыкновенный, дуб черешчатый; ко второй — клен остро­листный, сосну кедровую сибирскую, липу крупнолистную, иль­мовые, граб, каштан обыкновенный, бук, ель, пихту, тис. Показатель требовательности древесных пород к свету — фор­ма листа. Древесные породы, имеющие сложный лист с неширо­кими листочками, обычно светолюбивы, породы же с простыми крупными цельными листьями теневыносливы или полутеневы­носливы, с рассеченными листьями — светолюбивы или полусве­толюбивы.

На степень светолюбия указывают также густота облиствения крон; время и степень очищения стволов от сучьев; густота одновозрастных древостоев в однородных местообита­ниях и связанная с ней скорость процесса изреживания; продол­жительность выживания подроста под пологом древостоя; быст­рота роста в первую половину жизни; толщина и трещиноватость коры. В результате наблюдений было установлено, что густокрон­ные породы теневыносливые (пихта, бук), а породы с ажурной кроной — светолюбивые (лиственница, береза). У первых стволы позднее начинают очищаться от сучьев, у вторых очищаются в более раннем возрасте и на большую высоту. Древостой теневы­носливых пород, как правило, более густые, и процесс естествен­ного изреживания протекает у них медленнее в первую поло­вину жизни. Подрост теневыносливых пород (пихта, ель, бук) может сохраняться под пологом леса продолжительное время, тогда как подрост светолюбивых пород быстро погибает. Свето­любивые породы, например береза, осина, лиственница, в отли­чие от теневыносливых имеют мелкие семена и чаще плодоно­сят. У них толстая шероховатая кора, они не боятся заморозков и солнцепека (лиственница, сосна, береза, осина). У теневынос­ливых пород тонкая гладкая кора (пихта, ель, бук), они боятся заморозков и солнцепека. Древесина светолюбивых пород с яд­ром (дуб, лиственница, сосна), а теневыносливых — без ядра (бук, граб).Отношение древесных пород к свету учитывают при установ­лении продолжительности отенения сеянцев в питомниках, назначении рубок ухода, особенно в смешанных молодняках, под­боре древесных растений для озеленения и защитного лесораз­ведения. Степень светолюбия определяет смену пород при их восстановлении под пологом леса и после рубки, а также конку­рентные взаимоотношения в растительных сообществах. Таким образом, свойства теневыносливости и светолюбия рассматриваются в единстве с условиями почвы, изреживанием, появлением всходов, подроста, живого напочвенного покрова, поселением или миграцией животного мира. Интенсивность освещения регулируют рубками ухода за ле­сом. Изреживанием резко изменяют условия освещенности, а следовательно, условия среды, в которых протекают сложные процессы формирования древесного полога и зарождения нового леса — самосева и подроста.

8. Лес и влага. Значение влаги в жизни леса. Источники влаги и их влияние на лес.

 

Роль воды в жизни леса. 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 влагу через листовую поверхность, деревья регу­лируют свой температурный режим. Вода входит в состав кле­ток и тканей животных и растений, почвы, атмосферы, в зависи­мости от 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.

Виды осадков и их влияние на лес. В природе вода находится в твердом, жидком и газообразном состояниях. На долю Миро­вого океана приходится около 94% общих запасов влаги. Ос­тальные 6% составляют льды, снега и пресная вода в реках, озерах, почве и атмосфере.

Основные источники влаги в лесу — снег и дождь. Большая часть осадков стекает поверхностным стоком в реки, озера, мо­ря, частично задерживаясь на поверхности почвы и раститель­ности, а затем испаряется в атмосферу.

Влага, поглощенная корнями растений, используется на фо­тосинтез и транспирацию. Атмосферные осадки, которые прони­кают в глубь до водоупорного слоя, образуют горизонт грунто­вых вод и стекают внутрипочвенным стоком в реки. Снег — ис­точник снабжения растений водой. Снежный 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 к снеговал. Снег, задерживаясь на кронах, ломает сучья и верши­ны. От снеголома страдают главным образом молодые хвойные деревья (сосна, кедр) в возрасте жердняка. Снеговал бывает значителен при большой густоте древостоя и сомкнутости поло­га. Лиственные породы меньше повреждаются снеговалом, так как сбрасывают на зиму листья и имеют гибкие ветви. Выращи­вая смешанные хвойно-лиственные насаждения, своевременно изреживая перегущенные молодняки, осушая переувлажненные почвы, можно значительно снизить снеговал и снеголом.

Кроме дождя и снега, источниками влаги являются град, мо­рось, ледяной дождь, роса, иней, изморозь, ожеледь.

Град— ледяные ядра или кристаллы диаметром 0,5—2 см — часто сопровождает ливневые дожди и вызывает градобой. От него нередко погибают посевы и посадки леса, обивается кора у деревьев.

Морось — осадки, выпадающие из слоистых облаков или ту­мана в виде мелких капелек. Скорость их передвижения очень мала и незаметна на глаз. Проникая всюду, морось смачивает закрытые части кроны дерева, нижние части листьев и ветвей. Мелкие капельки мороси с растворенными в них частицами ми­неральных веществ — дополнительное внекорневое питание леса через листья.

Ледяной дождь — мелкие ледяные шарики диаметром 1— 3 мм. Они образуются в результате замерзания капелек дождя при прохождении их через более холодные слои воздуха.

Ночью в редком лесу поверхность почвы остывает. Призем­ной слой воздуха охлаждается. Еще интенсивнее охлаждаются растения и листья деревьев. Если температура приземного слоя понизится н станет ниже точки росы, начинается конденсация водяных паров, и на шероховатой поверхности травянистой рас­тительности и кронах деревьев образуется роса. Если конденса­ция происходит при отрицательной температуре, образуется иней — мелкие ледяные кристаллики. Интенсивность образова­ния росы и инея зависит от скорости движения ветра, влажности воздуха, температуры окружающего воздуха и других физиче­ских и метеорологических факторов. В течение ночи слой осе­дающей росы достигает 0,5 мм. Это дополнительная влага для растений. При конденсации паров выделяется скрытая теплота парообразования. Эта теплота препятствует дальнейшему ох­лаждению приземного слоя воздуха, предупреждая заморозки, наносящие большой ущерб лесокультурному делу.

Изморозь появляется на хвое, листве деревьев, кустарниковых и травянистых растениях. После сильных морозов деревья и кустарники сильно охлаждены. При резком повышении темпе­ратуры воздуха на промерзших ветвях и хвое деревьев образу­ется значительная масса длинных ледяных игл, нитей, пластин чатых или призматических кристаллов. Изморозь служит допол­нительным источником влаги для леса. В образовавшихся кри­сталликах льда оседает значительное количество аммиака и других нужных для растений веществ, которые при таянии по­падают в почву. Однако изморозь может играть и отрицательную роль, когда ветви деревьев или их вершины обламываются под •ее тяжестью.

Ожеледь — слой льда на поверхности ветвей и стволов. Обра­зуется при резкой смене морозов оттепелью с дождливой пого­дой. На ветви, покрытые инеем, попадает влага и превращается в лед. Ожеледью чаще повреждаются насаждения с разомкну­тым пологом.

Кроме того, страдают породы с негибкими ветвя­ми (осина, сосна). В течение ночи на небольшом дереве сосны в возрасте 10—15 лет образуется до 180 кг льда. Ветви и верши­ны, не выдерживая тяжести льда, отламываются. Чтобы преду­предить ожеледь, с наветренной стороны создают плотные опуш­ки из устойчивых лиственных пород; формируют смешанные насаждения; повышают сомкнутость древесного полога, особен­но на первых этапах жизни насаждений (20—40 лет).

­ Водный баланс. Распределение осадков в лесу — водный ба­ланс, т. е. соотношение выпавших осадков и суммы испарившей­ся влаги и стока, определяют по формуле Г. Н. Высоцкого:

0 = А+С+И+Т,

где О — общее количество осадков, выпадающих на поверхность суши; А — поверхностный сток (составляет 15—35% общего количества осадков в зависи­мости от склона, характера выпадающих осадков и насаждения); С — подзем­ный сток (15—35%); И — физическое испарение с кроны и почвы (15—50%); Т — транспирация, физиологическое испарение (20—40%).

Вода, потребляемая лесом. Вода, являясь наилучшим раство­рителем и обладая большой теплоемкостью, входит в состав кле­ток и тканей животных и растений. В молодых растениях ее количество достигает 90—95% их массы. В зависимости от кон­центрации воды в тканях растений меняется количество погло­щаемой углекислоты. В стволах деревьев консервируется 0,5% энергии, 0,04% воды и 22,4% углекислоты. Максимальная асси­миляция происходит при оптимальном содержании влаги. На дыхание растений уходит 0,9% энергии, 0,08% воды и 45% угле­кислоты. Большая потеря воды растениями, ее недостаток отри­цательно сказываются на фотосинтезе всех растений. Благодаря способности к фотосинтезу и ассимиляции растения занимают определяющее место в круговороте веществ в природе.

Зеленые мхи содержат 8—500, сфагновые — до 3000% влаги. В насаждениях с запасом древесины 500 м³/га вода составляет 200—250 т, а с древесиной ветвей и корней 700 м³/га — 360 т..Для образования единицы сухого вещества дерево транспирирует огромные количества воды.

Сильно транспирирующие древесные породы — береза, ясень, бук и сосна; слабо транспирирующие — граб, клен остролист­ный, дуб и ель. Береза в составе хвойного леса, в условиях Вал­дая например, транспирирует за вегетационный период влаги столько, сколько ее имеется в слое, равном 131 мм, сосна— 153, ель—137 мм. Это меньше, чем расход воды луговой и полевой растительностью, так как поверхность листьев у трав значитель­но превышает листовую поверхность деревьев. Для производства 1 кг растительной массы разные растения в неодинаковых ус­ловиях расходуют на транспирацию от 150—200 до 800—1000 м³ воды.

Транспирацию леса следует рассматривать как один из важ­нейших процессов его жизнедеятельности. Этот процесс то ос­лабляется, то усиливается у деревьев и в целом у лесного полога в зависимости от возрастной структуры леса, его типа, харак­тера почвы и обеспеченности их влагой, уровня грунтовых вод, метеорологических условий, массы листьев и их расположения и многих других факторов.

Отношение древесных пород к влаге. Древесные породы по- разному относятся к влажности почвы и воздуха. Одни из них произрастают только в теплых районах с большой влажностью воздуха (бук), другие могут выдерживать сухой климат (дуб).

Обеспеченность древесных пород влагой зависит от количе­ства осадков и температуры воздуха. Чем выше температура воздуха, тем интенсивнее испарение с поверхности почвы и боль­ше потребность растений во влаге.

У древесных пород, которые произрастают при недостатке влаги в почве и воздухе, корневая система обычно сильно раз­ветвлена, листья или хвоя покрыты кожицей (сосна, дуб, мож­жевельник). У некоторых растений (саксаул) листья редуциро­ваны в чешуйки.

На состав и характер древесной растительности большое влияние оказывает разный режим влажности. Например, в гор­ных районах Северного Кавказа, Закавказья и Карпат влажные северные и запад