13Климат и лес. Значение климата в лесоводстве.
Климат и лес. В 1909 г. Майр пришел к выводу, что для существования леса необходимо, чтобы за 4 месяца вегетационного периода средняя температура воздуха была не ниже 10 0 С, средняя относительная влажность — не менее 50 %, среднее количество атмосферных осадков — не ниже 50 мм.
Из комплекса климатических факторов основное значение имеют тепловые условия и количество выпадающих осадков. Известно, что высшие растения, особенно деревья, в процессе ассимиляции расходуют очень большое количество воды. На единицу образования сухого вещества деревья расходуют до 1000 единиц воды. Известно также, что транспирация растений увеличивается с повышением температуры воздуха и дефицита его влажности, зависящего от температуры. Таким образом, успешность развития растений в значительной мере зависит от соотношения между количеством осадков и количеством тепла в данном районе. Поэтому указанному соотношению в растениеводстве уделяется очень большое внимание. Им определяется главным образом само существование леса. Поэтому известно не мало попыток найти количественное выражение степени благоприятствования климатических условий развитию растительности в виде математических функций температуры, влажности и проч. При этом в качестве аргументов принимаются обычно либо средние, либо суммарные величины различных факторов.
Г.Н.Высоцкий считал, что важным является не сами по себе величины осадков, а отношение величины осадков к величине испарения, или коэффициент увлажнения; при коэффициенте увлажнения больше 1 — климат влажный, свойственный лесной зоне; при 1 — соответственно лесостепи; коэффициент 0,5 характерен для полупустынь.
В практике широко пользуются коэффициентом Селянинова. Это показатель теплообеспеченности и влагообеспеченности. Теплообеспеченность — это сумма активных температур (выше 10 0 ). На севере сумма положительных температур в лесной зоне 1000-1400 0 , в субтропиках более 4000. Влагообеспеченность определяется гидротермическим коэффициентом. Он представляет собой отношение осадков за вегетационный период к сумме температур за этот же период, увеличенное в 10 раз. Коэффициент больше 1,3 соответствует зоне избыточного увлажнения, 1,3-1,0 — зоне обеспеченного увлажнения.
Шведский биоклиматолог Патерсон сделал попытку установления связи потенциальной продуктивности леса (прироста древесины) с основными климатическими факторами в виде индекса СVР (С — климат, V — растительность, Р — продуктивность
Т — средняя месячная температура наиболее жаркого месяца,
Та — разница между среднемесячными температурами самого жаркого и самого холодного месяца,
Р — среднегодовое количество осадков,
G — продолжительность вегетационного периода в месяцах,
Е — местная солнечная радиация.
Рост деревьев и биологическая продуктивность в целом особенно тесно связанны с продолжительностью вегетационного периода, соотношением тепла и влаги. В общем, чем больше тепла и влаги в течение вегетационного периода в данном районе и чем длиннее вегетационный период, тем выше производительность леса.
Климат определяет не только количественную, но и качественную продуктивность лесов. Самые гигантские деревья и самые большие запасы древесины на 1 га наблюдается все же не в тропиках, которые отличаются чрезвычайным богатством видов, но сравнительно скромными запасами, а во влажных субтропиках. Северная сосна отличается более выгодным соотношением весенней и летней частей годичного слоя, чем южная сосна.
В леса севера годичный прирост увеличивается в годы повышенных температур вегетационного периода, а в лесостепи и степных насаждениях прирост лимитируется количеством осадков.
Климат оказывает сильное и самое разнообразное влияние на жизнь леса. Размещение лесов естественного происхождения на нашей планете, их состав, запасы древесины на единице площади в значительной степени определяются характером климата. Метеорологические условия сравнительно коротких отрезков времени, исчисляемых несколькими годами и даже отдельными сезонами года, отражаются на изменении прироста, плодоношении, общем санитарном состоянии лесов, развитии полезной и вредной фауны в лесу, усилении или ослаблении пожарной опасности, облегчения или затруднения заготовки и транспортировки древесины, проведения лесовосстановительных работ и т. п.
Распределение лесов земного шара по составу пород тесно связано с типами климата. Так, во влажных тропических районах произрастают преимущественно лиственные леса, отличающиеся чрезвычайным разнообразием составляющих их древесных пород; в холодных и умеренно холодных районах преобладают хвойные леса, состоящие из сравнительно небольшого числа древесных пород. Исторически развиваясь в условиях более или менее определенного климата, древесные породы оказываются приспособленными к соответствующим климатическим условиям. Известно, что один и тот же ботанический вид древесной породы, произрастающий в различных климатических условиях, может дать различные климатические экотипы (расы), приспособленные к существованию в условиях соответствующей разности климатического типа.
В связи с этим искусственное перемещение древесных пород из одной климатической разности в другую требует весьма большой осторожности. Введение какой-либо породы в культуру района, в котором она не произрастает и не произрастала в последний геологический период, называют интродукцией (введение).
Высокие урожаи семян у многих пород повторяются через ряд лет. Эти интервалы укорачиваются для одной и той же породы в южных широтах, в лесах же севера семенные годы повторяются через более длинные промежутки времени и общее количество семян с единицы площади меньше, чем в южных лесах. Величина семян и их вес у одной и той же породы являются также и следствием климата. Так, вес одной тысячи семян сосны из Архангельской области составляет 2 г, а из центральных областей — 6-7 г.
В годы теплые и сухие в лесах усиливается развитие вредных насекомых. Годы повышенных осадков и условия возросшей относительной влажности воздуха, наоборот, являются периодами уменьшения вредных насекомых, но усиления развития вредных грибов.
Цикл развития одних и тех же видов вредных лесных насекомых зависит от климата.
Так, хрущ имеет в Западной Европе трехлетнюю генерацию, в южных районах европейской части России — четырехлетнюю, а в северных — пятилетнюю. Мало того, в южных районах хрущ лесное насекомое и откладывает яички под пологом леса, а в северных районах только на открытом месте. Некоторые короеды в Швеции имеют двухгодичную генерацию, а на юге Западной Европы — одногодичную, а в наиболее благоприятных для них условиях дают два поколения в год.
Некоторые злейшие враги леса, например шелкопряд-монашенка, совершенно не могут развиваться в суровых климатических условиях севера.
Пока мы не можем управлять климатом. Но мы можем регулировать метеорологические явления — управлять микроклиматом внутри самого леса. Пока сосняк растет чистый без примеси других пород у него один микроклимат внутри себя. Но достаточно под пологом этого древостоя поселится ели, как данный участок леса сразу перейдет в условия более холодного микроклимата.
Очень тесно интенсивность возникновения и развития лесных пожаров связана с климатом.
14Понятие о лесоводстве и история развития лесоводства и зелёного строительства.
Понятие о предмете «Лесоводство»
Под лесоводством понимают всю область лесного хозяйства, включая выращивание лесов, их учет, организацию лесного хозяйства и лесозаготовок. В процессе совершенствования теории и практики лесного дела из лесоводства выделены лесные культуры, лесная мелиорация, лесоэксплуатация, таксация леса, лесоустройство, экономика и организация лесного хозяйства.
Объект лесоводства — лес, не только существующий, но и лес будущий, который еще предстоит вырастить.
Лес обладает способностью восстанавливаться и непрерывно служить человеку, пока человек живет. Лесоводство — понятие многоплановое. В наиболее широком значении оно приравнивается к понятию «лесное хозяйство». В то же время лесоводство — отдельная профилирующая дисциплина, имеющая и научную, и практическую сторону. Лесоводство — наука о природе леса, методах его выращивания, улучшения и повышения продуктивности. Лесоводство занимается выращиванием леса для получения древесины и других продуктов леса, а также для использования его защитных, водорегулирующих, целебно-оздоровительных, эстетических и других полезностей. Это вытекает, во-первых, из биогеоценотической, экосистемной сущности леса, его комплексной природы. Во-вторых, из многостороннего практического значения леса. Лес имеет огромное народнохозяйственное, природоохранное, социальное значение.
1.2. Разделение лесоводства
По инициативе Г.Ф. Морозова в 1902 г. лесоводство было разделено на две дисциплины: общее лесоводство и частное лесоводство.
Общее лесоводство включает учение о природе леса (лесоведение), методы его естественного возобновления и формирования, изучение и разработку лесоводственных систем и способов рубок.
Частное лесоводство изучает и разрабатывает вопросы искусственного возобновления и разведения леса. Начиная с 30-х годов эта дисциплина носит название «лесные культуры». С конца 50-х годов дисциплину «общее лесоводство» в нашей стране стали называть сокращенно «лесоводство». Лесоводство как синоним общего лесоводства разделяется на те же две части — теоретическую, или общую, в виде учения о природе леса, называемую лесоведением, и специальную, или собственно лесоводство.
Современное лесоводство можно разделить также и по функционально-целевому принципу, например, лесоводство рекреационное, лесоводство плантационное, которое в свою очередь может включать разные цели (выращивание елового сырья для целлюлозно-бумажных предприятий, выращивание новогодних елок и т.д.), лесоводство почво- и водозащитное, лесоводство, связанное с загрязнением окружающей среды и мерами его преодоления. В настоящее время исключительно важное значение приобретает разработка вопросов противорадиационного лесоводства.
3. Климатические факторы и лес. Оценка влияния климата на состав и продуктивность леса. Понятие о дендрохронологии и ее роли в определении климата прошлого.
Климат имеет огромное значение в образовании и жизни леса. С климатом тесно связаны состав лесов и распределение их по земной поверхности, долговечность, продуктивность лесов. Чем
благоприятнее условия существования, тем богаче видовой состав лесов. Так, во влажных тропических областях, где преобладают лиственные леса, они отличаются большим разнообразием древесных пород: на площади 1 га можно встретить 200–300 видов. Произрастающие в холодных и умеренно холодных областях леса состоят из небольшого количества видов древесных пород.
Неблагоприятные климатические условия замедляют рост и развитие леса, уменьшают его продуктивность. Так, в северных лесах деревья толщиной 1 м являются редкостью,
Качество древесины также в известной степени зависит от климата.
Лес, испытывая воздействие климата, в то же время сам оказывает на него влияние. Повышение лесистости в более южных районах, например в степи, улучшает климатические условия; регулируя тепловой и водный режим местности, лес может содействовать улучшению условий роста и повышению урожайности сельскохозяйственных культур.
Огромное значение в изучении климата, его влияния на лес и влияния леса на климат имеют работы М. К. Турского, Н. С. Нестерова, Г. Н. Высоцкого, А. П. Тольского и других. М. К. Турский, работая в экспедиции А. А. Тилло, подробно изучил гидрологическую и климатическую роль леса. Н. С. Нестеров занимался изучением влияния леса на скорость ветра, таяние снега, снегонакопление, уровень грунтовых вод и сток воды. Г. Н. Высоцкий провел ценнейшие исследования о влиянии леса на водный, ветровой и температурный режимы окружающих территорий.
В процессе исторического развития древесные породы под влиянием определенного климата приспособляются к этим климатическим условиям.
Процесс приспособления лесных пород, как и других растений, к произрастанию и плодоношению в новых для них климатических условиях называют акклиматизацией. Приспособление древесных пород к произрастанию и плодоношению в новых для них районах, но сходных по климатическим условиям с их родиной, называется натурализацией, всякий перенос пород из одного района в другой – интродукцией (введением пород).
Главнейшими составными частями (элементами) климата являются свет, тепло, влага и ветер. В совокупности они составляют ту природную климатическую обстановку, которая определяет рост и развитие растительности, в частности лесной. Из комплекса климатических факторов основное значение имеют тепловые условия и количество выпадающих осадков. С этими факторами климата связаны процессы ассимиляции, транспирации, образования органической массы. Соотношением между количеством тепла и количеством осадков определяется главным образом возможность существования самого леса, его продуктивность.
Количественные показатели степени благоприятности климатических условий для развития растений нередко определялись либо средними, либо суммарными показателями по месяцам, вегетационным периодам, годам. Такие данные дают лишь ориентировочное представление о степени благоприятности климатических условий для растений, так как для них важна продолжительность действия того или иного климатического фактора, характер его изменений в сочетании с другими климатическими факторами и целым рядом других факторов.
Разрешение задач о повышении продуктивности лесов, их полезных свойств возможно при умелом использовании общих климатических условий определенного района и правильном регулировании микроклиматических условий внутри самого леса путем подбора соответствующих представителей древесных и кустарниковых пород, рубок ухода и главного пользования и ряда других лесохозяйственных мероприятий.
5. Дѐндрохроноло́гия (от др.-греч.δένδρον — дерево, χρόνος — время, λόγος — слово, учение) — научная дисциплина о методах датирования событий, природных явлений, археологических находок и древних предметов, основанная на исследовании годичных колец древесины. Используется для датирования деревянных предметов и фрагментов древесных стволов (например, в постройках), а также в биологии — при изучении биологических изменений за последние тысячелетия. Существует направление в дендрохронологии — дендроклиматология, занимающаяся изучением закономерностей сложения годичных слоев древесных пород для установления климата в прошлые геологические эпохи.
Деревья, произрастающие в климатических зонах с сезонным климатом, летом и зимой растут неодинаково: основной рост происходит летом, зимой же рост сильно замедлен. Различие условий приводит к тому, что древесина, нарастающая зимой и летом, отличается своими характеристиками, в том числе плотностью и цветом. Визуально это проявляется в том, что древесный ствол на поперечном распиле имеет чётко видимую структуру в виде набора концентрических колец. Каждое кольцо соответствует одному году жизни дерева («зимний» слой тоньше и визуально просто отделяет одно «летнее» кольцо от другого). Общеизвестным является способ определения возраста спиленного дерева путём подсчёта числа годичных колец на распиле.
В зависимости от множества факторов, действовавших в летний период (продолжительность сезона, температурный режим, количество осадков и прочее) толщина годичных колец в разные годы жизни дерева различна, при этом толщина годичных колец, нарастающих в один и тот же год у деревьев одной породы, произрастающих в одной местности, примерно одинакова. Различия в толщине колец в разные годы достаточно значительны. Если для деревьев, произраставших в одной местности в одно время, построить графики изменения толщины годичных колец по годам, то эти графики будут достаточно близки, а для деревьев, произраставших в разное время, они не совпадут (в силу случайности действия климатических факторов точное совпадение последовательности толщин колец за достаточно длительные периоды крайне маловероятно).
Сопоставление последовательности годичных колец, сохранившихся в деревянном предмете, и образцов, датировка которых известна, позволяет выбрать образец с совпадающим набором годичных колец и, таким образом, определить, в какой период было спилено дерево, из которого изготовлен предмет. Такое сопоставление и есть, собственно, дендрохронологическое датирование.
На основании исследования образцов древесины, датировка которых заведомо известна, строится так называемая дендрохронологическая шкала — последовательность толщин годичных колец деревьев определённой породы в определённой местности, от текущего момента и как можно далее в прошлое. Для близких к современности периодов используются измерения годичных колец живых деревьев, имеющих достаточно большой возраст (существуют методики выполнения таких измерений, не требующие спиливания дерева).
Для того, чтобы продлить шкалу датировок на временной промежуток свыше пределов жизни одного дерева, используют «перекрёстную датировку». Её суть заключается в увязывании воедино следующих друг за другом поколений деревьев, годы жизни которых перекрываются. Специалисты по дендрохронологии считают, даже на основе самой грубой методики (когда кольца делятся на два класса — «широкие» и «узкие») 10-летнее совпадение чередования колец позволяет идентифицировать шкалу с вероятностью ошибки не более 0,1 % (так как 1/210=0,099 %). При учёте ширины каждого кольца и применении методов математической статистики вероятность ошибки значительно снижается. В последние годы используется рентгеновский анализ годичных колец, позволяющий учитывать не только ширину колец, но и другие параметры (например, плотность древесины в кольце). Таким образом, дендрохронологическая шкала протягивается в прошлое настолько, насколько имеющийся в наличии материал позволяет продолжить непрерывную последовательность.
После построения шкалы по определённому виду дерева в локальной местности, анализируются корреляции данного вида с другими видами, а также изменения вида колец в соседних областях. Это позволяет постепенно расширять абсолютную шкалу на более широкий географический ареал.
C помощью дендрохронологического метода можно построить абсолютные и относительные шкалы датировок. В том случае, если известно точное (абсолютное) время жизни одного из поколений деревьев, участвующих в датировке, то получившаяся шкала будет абсолютной. Например, это могут быть живые деревья, возраст которых известен по числу колец. С помощью абсолютной шкалы датировок можно определять возраст деревянных предметов практически со 100%-ной надёжностью (в случае точного совпадения порядка следования достаточного числа колец). В некоторых случаях удаётся построить фрагменты дендрохронологической шкалы, опираясь на фрагменты древесины, датированные иным образом (например, брёвна из стены строения, дата постройки которого известна из исторических документов). В таких случаях получившаяся шкала будет уже не абсолютной, а относительной. Достоверность датирования с помощью относительных шкал, очевидно, находится в зависимости от достоверности датирования «опорных» образцов.
На рост деревьев могут оказывать влияние локальные особенности места произрастания (рельеф, обводнённость). Из-за этого толщина годовых колец конкретного образца дерева может не соответствовать шкале, построенной для данного региона. Но если совпадение имеет место, то вероятность ошибки крайне мала.
Дендрохронологический ряд — многовековые ряды наблюдений, характеризующие радиальный прирост древесной растительности (деревьев) и его связь с климатическими условиями.