Как обильный снеговой покров влияет на растения
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 19.09.2024
2.1. Роль снежного покрова в функционировании экосистем
Снежный покров играет важную роль в функционировании экосистем. Он оказывает влияние на климат, рельеф, гидрологические и почвообразовательные процессы, жизнь растений и животных.
Влияние снежного покрова на климат проявляется через его взаимодействие с атмосферой. Обладая высоким альбедо, снежный покров существенно снижает поступление коротковолновой радиации к поверхности земли. Вместе с тем снежный покров уменьшает теплообмен между землей и атмосферой, затрудняя отвод тепла в атмосферу. Следует, однако, заметить, что отражательные свойства снега влияют на энергетический баланс атмосферы больше, чем изоляционные. При этом снег сам является хорошим излучателем и теряет много тепла в виде длинноволновой радиации. Излучательные, отражательные и изоляционные свойства снежного покрова в сочетании приводят к выхолаживанию воздуха и образованию приземных радиационных инверсий температуры (самая низкая температура отмечается у поверхности снежного покрова, а с увеличением высоты она растет). В весенний период значительная часть поступающего тепла идет на таяние снега.
Во взаимодействии снежного покрова с почвой (грунтами) главными являются его изоляционные и водные свойства. Он уменьшает направленный вверх от почвы тепловой поток, сокращая потери тепла в атмосферу, уменьшает промерзание почв и амплитуды колебаний температуры. В период снеготаяния, наоборот, снежный покров задерживает поступление тепла в почву. Запасы воды, сосредоточенные в снежном покрове, оказывают влияние на водный режим почв[12, с. 45].
Велика роль снежного покрова в круговороте воды в природе. Снеговое питание занимает значительное место в речном стоке территорий, на которых формируется снежный покров. Он определяет величину годового стока, уровень весеннего половодья, ледовый режим рек, интенсивность наледных и лавинных процессов, годовой баланс ледников.
Снежники способствуют развитию нивации — комплекс процессов денудации (морозное и термическое выветривание, солифлюкция, течение и оплывание грунтов, плоскостной смыв и размыв, суффозия и растворение пород) подстилающих горных пород с образованием специфических форм рельефа. Среди форм нивального комплекса можно выделить снежниковую нишу, нивальный мелкозем и нивальный склон. Снежниковая ниша представляет собой углубление в несколько десятков или даже первых сотен метров. Нивальный мелкозем — пылевая органо-минеральная порода внутри снежника и его ложа. Нивальный склон — место
залегания снежника на горном склоне с характерными следами нивации (щебнистые полосы, борозды и скопления дресвы).
Многообразна роль снежного покрова в жизни растений. Он изменяет термический и водный режимы среды обитания растений, оказывает на них непосредственное механическое воздействие. Снежный покров предохраняет их от вымерзания (особенно почки возобновления) и ветрового иссушения в зимний период. Вместе с тем он может способствовать выпреванию растений. Даты разрушения устойчивого снежного покрова определяют продолжительность вегетационного периода и даты наступления фенофаз. От запаса воды в снежном покрове зависят весеннее увлажнение почв и, следовательно, продуктивность растений. Снежный покров оказывает давление на растения, особенно в горах, где на склонах наблюдается его сползание или даже сход лавин. Он способствует развитию жизненных форм растений, влияет на видовое разнообразие и соотношение экологических типов растений на той или иной территории.
Снеговая вода, увлажняя почву, является источником влаги для сельскохозяйственных и лесных растений, питает грунтовые воды, пополняет реки. Зимние осадки, особенно снег, предотвращают промерзание почвы, защищают растения или их части от вымерзания, нередко также от высыхания[4, с. 21].
По снежному настилу далеко разносятся семена сосны и ели.
Снежный покров является важным экологическим фактором для животных. Его теплоизолирующие свойства позволяют многим видам избегать низких температур воздуха. Благодаря снежному покрову в зимний период ведут активный образ жизни (вплоть до размножения) многие виды мелких грызунов. Ряд птиц зарывается в снег на ночевку.
Снежный покров также является фактором сезонного изменения животными своей окраски. Даты установления и разрушения устойчивого снежного покрова влияют на даты сезонной линьки.
Из всех факторов, влияющих на распределение растительности в субтропических высокогорьях Китая, самым важным оказалась глубина снежного покрова. Это означает, что в результате глобального потепления высокогорная растительность субтропического пояса может радикально измениться.
Глобальное потепление в настоящее время сильнее всего ощущается в районах с холодным климатом - в Арктике, Антарктике, а также в высокогорьях. Тает ледяной щит Гренландии и вечная мерзлота Сибири, тают снега Килиманджаро и альпийские ледники. Последствия этих процессов могут быть весьма разнообразны, и неудивительно, что специалисты разного профиля акцентируют внимание на разных аспектах происходящих перемен. Если океанологи озабочены возможными радикальными перестройками глобальной системы океанских течений, а воротил туристического бизнеса в Швейцарии беспокоит близящийся упадок горнолыжных курортов, то ботаников волнуют прежде всего грядущие перемены растительного мира.
Однако в изучении влияния снежного покрова на растительность до сих пор оставалось белое пятно. Практически все исследования такого рода проводились в умеренных и арктических районах, а высокогорья тропической и субтропической зоны оставались в этом отношении неизученными. Восполнению этого пробела и посвящена статья У Янь и В. Г. Онипченко.
Осока чернобурая (Carex atrofusca) (с сайта linnaeus.nrm.se)
Ученые исследовали растительность и характеристики почвы на 251 учетной площадке в восточной части Цинхай-Тибетского нагорья (провинция Сичуань, Китай) – типичного высокогорья субтропического пояса. Мощность снежного покрова измеряли на каждом участке трижды: 15 ноября 2004 г., 18 февраля и 15 апреля 2005 г.
При помощи стандартных методик была проведена классификация растительных сообществ. На исследованной территории выявлено 4 типа сообществ:
1) Альпийские кустарниковые луга Potentilla – Ajania. Мощность снегового покрова наименьшая (17 см в ноябре, 23 см в феврале). Покрытие кустарников 44%, травостоя – 57%.
2) Альпийские луга Ptilagrostis – Carex. Толщина снега 21 см в ноябре, 30 см в фервале. Покрытие кустарников 22%, травостоя 80%.
3) Альпийские кустарниковые луга Salix – Carex – Ptilagrostis. Толщина снега в ноябре 25 см, в феврале 34 см. Покрытие кустарников 35%, трав – 70%.
4) Альпийские кустарники Rhododendron. Толщина снега в ноябре 41 см, в феврале – 52 см. Покрытие кустарников 64%, трав – 23%.
Оказалось, что в изученном районе ни одно из свойств почвы (толщина почвенного слоя, кислотность, содержание гумуса и элементов минерального питания) не влияет так сильно на растительность, как толщина снежного покрова. Большинство растений, как выяснилось, предпочитают малоснежные участки: из 56 видов трав и 7 видов кустарников значимую отрицательную корреляцию с мощностью снега показали 44 вида трав и 4 вида кустарников. При этом выявились и некоторые труднообъяснимые детали: например, сиббальдия распростертая (Sibbaldia procumbens), которая на Кавказе служит индикатором наболее многоснежных участков, на востоке Цинхай-Тибетского нагорья почему-то предпочитает малоснежные участки.
О классификации сообществ см. также:
М. В. Чертопруд. Родниковые сообщества макробентоса Московской области// Журнал общей биологии. Том 67, 2006. № 5. Стр. 376-384.
Низкие температуры – существенный фактор, определяющий распространение разных представителей флоры. Холод ограничивает продвижение видов на север и вверх в горы и отрицательно влияет на растения зимой: при значительном понижении температуры снижаются темпы роста и развития видов, что может привести к их гибели. В чем же секрет морозоустойчивости растений?
Тактика действий
Чтобы освоиться в условиях северных зим, в растениях заложены две основные тактики выживания: избегать охлаждения или адаптироваться к действию холода. Для этого они используют разные способы защиты от низких температур, которые связаны с динамикой биоритмов роста и развития с учетом сезонных изменений погоды и долготы дня
Мы не часто задумываемся над тем, что в наших лесах встречаются такие стойкие к сильным морозам растения, как:
Бузина красная (Sambucus racemosa)
Береза пушистая (Betula pubescens)
Ель обыкновенная (Picea abies)
Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris)
Это неудивительно, так как комплекс процессов подготовки к зиме у них происходит на физиологическом уровне – незаметно для глаз, хотя отдельные признаки мы все же замечаем. Целый ряд важных приспособлений, позволяющих видам шагнуть на север, связан с динамикой биоритмов роста и развития с учетом сезонных изменений погоды и долготы дня.
Смотрите также:
Зимние проблемы деревьев
Сильные морозы (для определенных пород), а также резкая смена температур вызывают нарушение физиологических процессов у растений.
Следует различать свойства растений, характеризующие реакцию растений в холодных условиях:
- холодостойкость – реакция на низкие температуры;
- морозостойкость – реакция на отрицательные температуры;
- зимостойкость – весь комплекс факторов, с которыми растение встречается зимой.
Листопад
Это один из важных механизмов приспособления к холоду. С наступлением осени в основании черешка образуется специальный отделительный слой, и листья опадают. Как правило, к этому времени они уже не способны выполнять свою главную функцию – фотосинтез.
Листопад — один из важных механизмов приспособления к холоду
После разрушения главной фабрики фотосинтеза – хлорофилла – пластиды меняют свой цвет с зеленого на оранжевый, красный, желтый. Растения готовятся к зимнему покою, у них замедляются все физиологические процессы, даже дыхание переходит на экономный режим.
Листопад позволяет деревьям и кустарникам уменьшить испарение и сохранить влагу, которую невозможно добыть из холодной и тем более мерзлой почвы. Именно поэтому лиственные растения, способные сбрасывать листву, дальше продвигаются на север. Самые морозоустойчивые среди хвойных – листопадные лиственница сибирская (Larix sibirica) и лиственница Гмелина (Larix gmelinii). Эти растения составляют основу древостоев северной тайги, растут на вечной мерзлоте.
Одна из самых морозостойких хвойных пород – лиственница сибирская – сбрасывает свою хвою на зиму
Весной растения пробуждаются. Находящиеся в состоянии глубокого покоя – реагируют на увеличение продолжительности светового дня. Для видов с неглубоким покоем достаточно первых теплых дней, чтобы почки тронулись в рост. Поэтому для них опасен возврат весенних заморозков.
У брусники и черники почки укрыты листовым опадом и мхом
Закаливание растений
Одновременно с погружением в состояние покоя идет еще один важный процесс – закаливание. Он происходит в растениях постепенно с наступлением холодов. Закаливание связано с подготовкой к воздействию отрицательных температур: клетки растения обогащаются сахарами и постепенно выводят лишнюю воду из своих протопластов (содержимого растительной клетки).
На высоте 2500 м в Альпах бодяк колючейший принимает розеточную форму роста
Делается это для того, чтобы предотвратить образование кристаллов льда, способных нанести необратимые повреждения клетке. Именно поэтому обезвоженные к зиме деревья так страдают от иссушающего действия мороза и ветра. Получается, что для деревьев страшен не только мороз сам по себе, но и угроза высохнуть на морозе.
Закаливание должно быть постепенным. Именно поэтому резкое понижение температуры осенью губительно для растений. Особенно плохо, если резкие перепады случаются без снежного покрова.
Солнце также вызывает трудности у растения зимой: вынуждает его активнее жить, дышать и терять при этом влагу. Из-за этого появляются солнечные ожоги. Особенно чувствительны к таким процессам вечнозеленые и зимнезеленые виды. Чтобы пережить солнечную активность зимой им нужен снежный покров.
Смотрите также:
Уход за деревьями зимой
Неравномерный нагрев ствола дерева с южной и северной стороны, а также внутри и снаружи, еще больше усугубляет действие мороза – в результате на стволе образуются вертикальные трещины. Морозоустойчивые деревья и кустарники часто имеют хорошо развитый защитный слой коры. Он служит изолятором, сглаживающим перепады температур в стволе.
Закаливание может быть недостаточным, если нарушен ритм развития (например, из-за поздней пересадки, обрезки, удобрения) либо были плохие погодные условия: холодная поздняя весна, летняя засуха.
Как растения защищают почки
Чувствительность органов растения зимой уменьшается неравномерно:
- максимальное снижение наблюдается в почках (причем цветочные почки более чувствительны, чем вегетативные);
- далее идут цветки и листья, корневища и корни, стебли и камбий в стволе.
Вегетативные почки – основа для дальнейшего развития растения – уязвимы в морозный период. По стратегии их защиты растения делятся на несколько групп.
- фанерофиты – высокие формы древесных растений (деревья и кустарники), у которых почки находятся высоко над землей. Поэтому часто они покрыты чешуями или опушены, как у рябины, или клейкой смолой, как у многих хвойных или у каштана.
- хамефиты – более низкие кустарники и кустарнички прячут почки, расположенные невысоко над землей, в самом снегу. Как, например, брусника ( Vaccinium vitis-idea ), береза карликовая (Betula nana) или кедровый стланик ( Pinus pumila ), у которого к зиме ветки сами прижимаются к почве за счет работы специальных клеток.
- гемикриптофиты – травянистые растения и полукустарнички, у которых почки находятся в поверхностном слое почвы, – укрывают их еще слоем лесной подстилки. Высокогорные растения из этой группы так называемые подушковидные полукустарники и розеточные травянистые растения имеют компактную форму роста.
Сообщества подушковидных растений на горе Тейде
- геофиты – самые практичные растения. К ним, в частности, относятся луковичные эфемероиды (тюльпаны, нарциссы, подснежники). Они скрывают почки в самой земле. Им не страшны перепады температуры, поэтому многие селятся на горных лугах и в степях, где снежный покров зимой временами бывает скудным.
- гидрофиты – водные растения – пережидают стужу, спрятав почки в воде или на дне. Например, как эффектная белая кувшинка ( Nymphea alba ), у которой корневища с почками расположены на дне водоемов.
Корневища с почками возобновления у кувшинки белой зимуют на дне водоема
- терофиты – однолетние растения. Отцвели в свое время, как маки-самосейки ( Papaverrhoeas ), покрасовались, сформировали семена – и больше их ничто не волнует до следующего сезона. Семена могут находиться в глубоком покое, пока не будет условий для следующего цикла роста и развития. Стратегия терофитов эффективна не только для спасения от холода, но и для пережидания любого другого неблагоприятного фактора.
Смешение стратегий
Такие кустарники-фанерофиты, как лох серебристый ( Elaeagnus argentea ), роза бедренцоволистная ( Rosa pimpinellifolia ) и роза морщинистая ( R. rugosa ), дерен белый ( Cornus alba ) и дерен отпрысковый ( С. stolonifera ), обладают способностью давать многочисленные столоны в верхнем слое почвы (как у гемикриптофитов) с множеством почек возобновления на них, что обеспечивает долгую жизнь кусту даже при обмерзании отдельных надземных побегов.
Физиологически более морозостойкие виды меньше нуждаются в плотной чешуе у почек или толстой коре (в морфологической защите).
Старые раны от сломанных ветвей. Что с ними делать?
Случаются ситуации, когда раны на дереве, полученные, например, в результате слома крупных ветвей сильным ветром, не удалось обработать сразу после их возникновения. Прошло несколько месяцев. Что же делать?
Кора дерева. Какое покрытие выбрать для защиты
Арбо-Флекс – защита от термических повреждений
Многие проблемы можно решить, если кора дерева будет защищена специальным составом, однако традиционные средства имеют ряд недостатков.
МАТЕРИАЛЫ : Иллюстрации зимующих под снегом животных,замерзшего водоема,Арктики с некоторыми их обитателями.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ РАБОТА: Наблюдения на прогулках,экспериментирование в группе.
Ход ЗАНЯТИЯ
В. -Ребята снег часто сравнивают с одеялом,которое зимой укрывает землю. Почему так говорят?
Д. -Снег согревает землю.
В. -Для чего мы укрываемся одеялом?
Д. -Чтобы было теплее.
В. -Но ведь снег холодный,значит это "холодное" одеяло.
Помните мы с вами проводили опыт:брали две бутылки с теплой водой.
В начале прогулки одну бутылку помещали под снег,а другую на его поверхности.
В конце прогулки мы трогали бутылки,чтобы выяснить в какой из них вода остыла быстрее.
Д. -В той,которая была на поверхности снега.
В. -Значит,под снегом тепло сохраняется лучше.
Поэтому корням растений,травам и их семенам под толстым слоем снега не страшен мороз.
На полях люди специально задерживают снег,чтобы получить хороший урожай хлеба. А нужен ли снег животным?Может он им только мешает?
Оказывается,многих из них снег согревает.
(Показываю иллюстрации животных,зимующих под снегом)
Мыши строят под снегом целые лабиринты с норками и бегают по ним.
Лисица знает об этом и иногда специально ищет такие мышиные лабиринты,чтобы поймать мышку. Снег укрывает и утепляет берлогу медведя. Под снежным покровом в земле зимуют кроты и дождевые черви,личинки насекомых,муравьи. Залезает под сухие листья ежик,которого тоже укрывает снег.
(Показываю картинку замерзшего водоема,по которому ходят или катаются на коньках люди.)
В. -Можно ли ходить по реке или по озеру летом?
В. -Почему же тогда по зимней реке ходят люди?
Может художник ошибся и что-то перепутал?
Д. -Когда сильный мороз вода замерзает.
Лед становится толстый и по нем можно ходить.
Кататься на коньках,санках.
(Раздаю детям льдинки, которые получились в результате замораживания воды.)
В. -Что случилось с водой в формочках?
В. -Вот так же в реках и озерах сверху вода замерзла.
А внизу,подо льдом,остается вода,там теплее.
Рыбам в зиму жить тепло:
Крыша-толстое стекло. (Лед)
В. -Лед становится прозрачной крышей для тех,кто зимует под водой:для рыб,улиток,растений. Многие из них зимуют на дне. Правда,когда лед бывает слишком толстым,в озере может не хватать воздуха. И тогда подводным обитателям трудно дышать,чтобы помочь им,люди делают во льду специальные отверстия-лунки.
В. -Снег-для животных хорошо,потому что.
Д. -Спасает от морозов,как теплое одеяло,под ним можно спрятаться.
В. -Снег для животных плохо,потому что.
Д. -Многим трудно найти под снегом еду,по глубокому снегу трудно передвигаться.
В. -Лед-это хорошо.
Д. -Он, как крыша,укрывает реки,озера,благодаря чему в воде могут зимовать многие животные и растения.
Д. -Многим животным тяжело ходить по льду,а в реке из-за толстого слоя льда может не хватать воздуха.
(Показываю карту и вместе с детьми отыскиваю на ней белые пятна (Арктику на севере.)
В. -Белый цвет-это цвет снега и льда. В таких местах они никогда не тают,потому что здесь всегда холодно.
(Дети рассматривают картину).
В. -Смотрите какие большие плавающие в море льдины.
В Арктике живут белые медведи,моржи. Все они не боятся холода,так как их согревает толстый слои жира. Кроме того,у белых медведей-теплая,густая шуба. В снежной берлоге у белых медведей даже рождаются медвежата.
Снег,лед помогают многим животным пережить зиму и не замерзнуть. На Земле существуют места,где всегда холодно. Среди снегов и льдов обитают животные,которые приспособились жить даже в таких суровых условиях.
В. -А сейчас мы выйдем на улицу и проверим достаточно ли снега под деревьями,на клумбах,если нет-сгребем в эти места. Чтобы корням деревьев и растений было зимой тепло.
Читайте также: