Как влияет лесной полог на температуру воздуха и почвы
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 19.09.2024
2. Дыхание растений оптимальная t = +30 – 35 при более высоких процессах прекращается нижний предел – 20.
3. Рост растений от 0 до 35 градусов С ростовые процессы усиливаются 35 – 40 скорость роста снижается+45 прекращается рост и погибают листья.
4. Транспирация от 0 до +10 градусов зависимость слегка поднимающаяся прямая 10 -12 градусов прямая круто идет вверх до 25 и после 30 резко падает.
5. Минеральное и водное питание, при наличии экологического фона ближе к оптимальному, поглощение элементов пищи и влаги из почвы возрастает.
6. Жизнедеятельность почвенной биоты, при наступлений положительных температур, жизнедеятельность почвенной биоты активизируется.
7. Разложение органики
8. Прорастание семян, наилучшие условия для прорастания 18 – 30 градусов но начинаться может при 0 градусов С
9. Цветение и плодоношение. Цветение у основных пород при среднесуточной температуре при +15 градусов С.
Отношение древесных пород к теплу, шкалы отношения древесных пород к теплу (Г.Ф. Морозова, П.С. Погребняка).Теплолюбивые требуют для своего роста уровень температуры выше +10 градусов С. Оптимальный 30 – 35 градусов С, холодостойкие соответственно 0 +5 и 20 – 25 градусов.
О сравнительном теплолюбии можно судить по географическому и эдафическому ареалам, длине вегетационного периода. Существует морозовская шкала с убывающим теплолюбием древесных пород: каштан, дуб, ясень, ильмовые, граб, сосна, ольха, береза, пихта, ель, кедр, лиственница.
Классификация П.С. Погребняка:
1. очень теплолюбивые породы; эвкалипт, кипарис, саксаул, пробковый дуб.
2. теплолюбивые породы; каштан съедобный, дуб пушистый, орех грецкий, акация белая и тополь серебристый.
3. среднетребовательные к теплу; дуб черешчатый, граб, клен, ильмовые, липа, бук и ольха черная.
4. малотребовательные к теплу; осина, береза, сосна обыкновенная, кедр, лиственница, ель, пихта сибирская и ольха серая.
Влияние на лес низких и высоких температур.
Действие низких температур проявляется в виде так называемого выжимания сеянцев т. е. на тяжелых переувлажненых почвах под действием заморозков образуются кристаллы льда.
Почва расширяется и приподнимается вместе с расположенными в ней корнями, затем при оттаивании опускается, а корни остаются на поверхности. (на вырубках, на гарях – открытых площадях).
Поздние весенние заморозки наносят повреждение на древесные породы во время их цветения – сказывается на урожае семян. Заморозки повреждают молодую хвою, листву, побеги (бук и осина).
При сильных зимних морозах образуются морозобойные трещины на стволах.
Ранние осенние заморозки повреждают не успевшие одревеснеть или не одревесневшие побеги и молодые шишки. Действие заморозков наблюдается в понижении рельефа.
Деревья наиболее чувствительны к высоким температурам в молодом возрасте. Всходы ели погибают при температуре = 45 градусов. В молодом возрасте также происходит опал шейки корня. (на сухих песчаных и темных почвах из за сильного нагревания почвы).
У взрослых растений происходит ожог коры - это локальное отмирание камбия в основном у пород с тонкой корой (бук, ель, пихта, граб). Также происходит и при лесных пожарах.
Длительное стояние высоких температур вызывают сдвиги у растений такие как увеличение транспирации, уменьшение фотосинтеза в результате падает прирост древесины.
Наибольшее действие происходит на открытых площадях. Большой вред древесным растениям наносят суховей – сильный, ветер с низкой относительной влажностью 30% и высокой температурой - 25 градусов. Наносят вред целым лесным массивам.
Влияние леса на температуру.
Роль леса проявляется прежде всего через влияние полога, который, известно, может задерживать значительную часть (до 99 %) лучистой энергии, достигающей в условиях открытого места поверхности почвы. В лесу энергия выявляется в форме излучения, температуры внутри деревьев, а также ощущаемого и скрытого тепла воздуха. Полог леса - деятельная поверхность, или, точнее, деятельное пространство, в зоне которого проявляется и наибольшее нагревание и наибольшее излучение. Таким образом, полог влияет на термический режим воздуха на разных уровнях: ниже полога, вплоть до поверхности почвы, над пологом и среди крон, т. е. в самом пологе. Среднегодовая температура воздуха в лесу несколько ниже, чем на открытое месте. Разница эта невелика и выражается долями градуса или немногим более 1°С. При этом наибольшая разница наблюдается на поверхности почвы.
Более ощутимо влияние леса на температурные амплитуды. В лесу летом прохладнее (днем), а зимой теплее, чем в поле, ночью в нем теплее, чем на открытом месте. Максимум этих различий наблюдается летом. Влияние лесного полога сказывается и на температуре почвы: она прогревается хуже, чем в поле. В Бузулукском бору разница температуры почвы на глубине 50 см в лесу и в поле составляет 7-8 °С.
Тепловой режим в лесу, как и световой, связан с составом древостоя, его сомкнутостью, густотой, возрастом, ярусностью насаждения, а также типом леса. В сосновом лесу в летний солнечный день теплее, чем в еловом. Густой сомкнутый еловый полог препятствует проникновению тепла в нижние слои воздуха и к почве. Разреженный ельник по сравнению с ним дает лучшее утепление (в дневные часы).
Поверхность почвы, подрост и самосев древесных пород, другие лесные растения под пологом леса получают меньше тепла, но они и излучают его меньше, т. е. меньше охлаждаются по сравнению с открытым местом. Поэтому породы, боящиеся заморозков, находят под защитой полога благоприятную среду. Светотепловой режим сказывается и на формировании самих деревьев - при разной обогреваемости стволов по-разному проявляется активность камбия, что в конечном счете сказывается и на качестве древесины.
Лес оказывает большое влияние на распределение температуры по вертикали. Приведем классические данные Л.Ф. Рудовица (1908), исследовавшего температуру воздуха в Бузулукском бору, где в качестве объекта послужил невысокий (35 см), но густой сосновый молодняк.
В дневные часы наивысшая температура воздуха была на поверхности хвои и превышала на 17,3° С температуру почвы и на 8,8° С температуру воздуха на высоте 40 см над хвоей. Вечером отмечалось обратное -наиболее низкая температура была на поверхности хвои. Близкие результаты были получены затем В. Н. Оболенским при изучении температур воздуха в молодых культурах ели и дуба. Таким образом, поверхность хвои является поверхностью наибольшего нагрева (днем) и наибольшего излучения (вечером, ночью), т. е. деятельной поверхностью. Значительные исследования лесного климата, в частности, изучение теплового режима по вертикали в спелых насаждениях, были проведены в 20-40-х годах этого столетия немецким ученым Р.Гейгером (1960). В дальнейшем и принималось, что полог леса выполняет роль деятельной поверхности. Не все наблюдения по этому вопросу согласуются даже у одних и тех же исследователей, но все же преобладают результаты, подтверждающие приведенное положение.
Данные подтверждают роль лесного полога как деятельной поверхности. Однако во взрослом сформировавшемся лесу поверхность полога находится не на одной высоте, не составляет горизонтальную плоскость. Поэтому вопрос представляется сложным.
В пространстве крон, как показал Р. Гейгер (1960), около 12 ч наблюдается самая высокая и наиболее неустойчивая температура. Внизу, на высоте 3 м, в это время наблюдается пониженная однородная температура. Р. Гейгер проследил ход изменений температуры на различных высотах во времени - от восхода солнца до заката и следующего восхода. В предутренние часы в зоне крон дуба (на высоте 23 м) отмечалась самая низкая температура, самая высокая - на поверхности лесной подстилки. После восхода солнца начинается прогрев воздуха, но не на поверхности крон, а в 4 м над ними и только через 2 ч пространство крон начинает нагреваться. На выравнивание температур и повышение их в зоне крон требуется не менее 1 ч. Одновременно холодный воздух опускается вниз, туда же, проникает и дневное тепло. Во вторую половину дня ход температуры остается таким же, что и в утренние часы, но в обратной последовательности. Большие поправки в этот ход вносит характер сомкнутости полога. Плотный сомкнутый полог крон ночью может задерживать холодный воздух над ними, а разреженный, наоборот, облегчать опускание холодного воздуха к поверхности подстилки, где и будет концентрироваться наиболее низкая температура, усугубляемая излучением самой подстилки. Бывают случаи, когда наблюдаются двойные минимумы температуры - в кронах и на поверхности почвы.
Таков тепловой режим под пологом леса. Но в лесу имеются поляны, прогалины, просеки, окна. Лес не уменьшает амплитуды колебаний температуры воздуха на лесных полянах и прогалинах. Более того, температура полян может настолько понижаться ночью, что весной и осенью на них появляются утренники, что не всегда бывает в открытой местности. В дневные часы воздух прогалин нагревается сильнее, чем под пологом. Тепловой режим прогалин зависит от их величины, характера окружающего леса и от рельефа. В небольших окнах температурные амплитуды незначительны и мало отличаются от температурного режима под сомкнутым пологом. По наблюдениям Данкельмана, при отношении диаметра окна к высоте окружающих деревьев, равном 2 и более, возникает высокая опасность заморозка - образуется так называемая "морозобойная яма". При окружении таких прогалин плотной стеной леса, например, двухъярусным сомкнутым древостоем из сосны в 1 и ели во 2-м ярусах, холодный воздух в прогалине застаивается и опасность заморозков возрастает. Если окружающее насаждение представлено одноярусным древостоем, особенно из светолюбивых пород с высокоочищенными от сучьев стволами и при отсутствии подлеска, воздушные массы холодного воздуха могут растекаться в лес. При этом происходит более интенсивный воздухообмен и опасность образования заморозков ослабляется. На прогалине, в понижении между всхолмлениями, опасность их увеличивается, а на вершине всхолмления уменьшается.
Изменения в микроклимат леса вносят также рубки, пожары, повреждения, причиненные ветром, и т. д. При образовании в лесу большой оголенной территории температурный режим ее приближается к режиму открытого места. В этих случаях надо различать участки, удаленные от стен леса и находящиеся по соседству с ними. Своеобразным микроклиматом, в том числе термическим режимом, отличаются опушки леса. Своеобразие заключается прежде всего в переходе от климата леса к климату открытого места и обратно, происходят обменные процессы. При этом большое значение имеет экспозиция опушек.
Тепловой режим леса сказывается на водном балансе, на испарении. Лес летом оказывает охлаждающее влияние на окружающий ландшафт, а зимой является источником тепла. Неровность лесного полога усиливает вертикальный воздухообмен, способствует очищению воздуха.
Влияние леса на температуру воздуха и почвы заключается главным образом в уменьшении амплитуды годовых, месячных, суточных колебаний.
Среднегодовую температуру лес, как правило, снижает. Уменьшаются приток и расход тепла в почве. Летом почва сильнее охлаждается, осенью труднее отдает тепло и зимой остается теплее.
Лекция №5 (2 часа)
5.1.1 Роль света в жизни леса. Отношение древесных пород к свету. Шкалы светолюбия древесных пород.
5.1.2 Методы определения светолюбия древесных пород. Свет и плодоношение насаждений. Влияние леса на свет.
5.1.3 Значение регулирования световой обстановки системами рубок при возобновлении и формировании.
5.1.4 Виды осадков и влаги и их значение для леса. Отношение древесных пород к влаге.
5.1.5 Влияние леса на влагу. Водный баланс леса. Лес и сток воды. Лес и уровень грунтовых вод. Снегонакопление и снеготаяние. Промерзание и размерзание почв.
5.2.1 Сеннов С.Н. Лесоведение и лесоводство.-М.: Лань, 2011.-336 с.
5.2.2 Мартынов А.Н., Мельников Б.С., Ковязин В.Ф., Аникин А.С., Минаев В.Н., Беляев Н.В. Основы лесного хозяйства и таксация леса. Учебное пособие. Санкт Петербург, 2008 г.-372 стр.
5.2.3 Мелехов И.С. Лесоведение. Учебник для ВУЗов. М., Лесная промышленность, 1980, 406 стр.
5.2.4 Луганский Н.А., Залесов СВ., Щавровский В.А., Лесоведение. Учебное пособие для ВУЗов. Екатеринбург, 1996 г.-374 стр.
5.3 Краткое содержание вопросов
5.3.1 Роль света в жизни леса. Отношение древесных пород к свету. Шкалы светолюбия древесных пород.
Роль света в жизни леса. Светвидимая часть солнечного спектра с длинной волны 400 – 700 нМ. В лесоведении силу света измеряют в люксах Лк – это освещенность от одной международной свечи на расстоянии 1м на поверхность расположенную перпендикулярно к падающим лучам. Мах сила света на среднем Урале более 100 тыс.люкс.
1. прямой – лучистая энергия, поступающая от Солнца на Землю в виде параллельных лучей.
2. рассеянный – это солнечная радиация, поступающая на Землю от небесного света вследствие рассеяния атмосферой и облаками. Этот вид света поглощается растениями более активно, чем прямой, следовательно имеет важное значения.
3. боковое освещение – проникает в лес со стороны открытого места.
4. нижний свет – он формируется за счет отражения света от почвы, от надпочвенного покрова или поверхности воды. Его доля достигает 15% от общего количества света.
Свет необходимый фактор для процесса фотосинтеза, на который деревья затрачивают только около 2 % солнечной энергии. Растениям наиболее необходимы желто-оранжевые и красные лучи. Крайние части солнечного спектра вредны. На свету идет быстрее созревание семян, образуется больший прирост древесины. Если деревья, ранее произраставшие в тени, резко выставить на свет, то они могут получить солнечные ожоги.
Все зеленые растения обладают свойством фототропизма, т.е. ветви деревьев растут в сторону большей освещенности. Все древесные лесообразующие виды по отношению к свету можно разделить на светолюбивые виды и теневыносливые. К светолюбивым видам можно отнести: лиственницу, сосну, березу, осину, ольху. К теневыносливым можно отнести: ель, клен, граб, липу, бук и др. Отдельно по отношению к свету стоит дуб, которому нужен свет сверху и тень с боку.
Свет оказывает большое влияние на формирование древостоя. Так, при недостатке света, в перегущенных лесных культурах быстрее идет процесс дифференциации, т. е. отпада (гибели) деревьев, оказавшихся в тени. При недостатке света деревья хорошо очищаются от сучьев, стволы у этих деревьев с малым сбегом, высоко поднятой компактной кроной. Регулируется световой поток в лесу путем проведения рубок ухода. При нормальной освещенности лучше идет процесс лесовозобновления, однако, большой световой поток в лесной обстановке не всегда желателен. Так, если полноту насаждения довести до 0,5 то велика вероятность появления обильного живого напочвенного покрова, что при определенных условиях может привести к снижению естественного возобновления.
При низкой полноте насаждения почва лучше прогревается, а это создает хорошие условия для майского хруща, а с сосновых молодняках при низкой полноте создаются условия для соснового подкорного клопа.
Отношение древесных пород к свету. Светолюбивая древесная порода для своей жизнедеятельности требует более высокие уровни освещения и не выносит длительного затемнения.
Теневыносливая древесная порода – мирится с некоторым затемнением.
1. Фотосинтез – превращение зелеными растениями энергии Солнца в энергию химических связей в органические вещества.
2. Дыхание – при хорошем освещении фотосинтез превышает дыхание, при плохом наоборот.
3. Образование хлорофилла – чем меньше освещенность, тем больше теневых листьев или хвои с высокой концентрации хлорофилла.
4. Формирование семян
Прорастание семян
Существует 5 групп растений:
1) семена прорастают только на свету
2) прорастают в темноте, но процесс сильно подавлен.
3) Хорошо прорастают в темноте.
4) не нуждаются в освещении
5) прорастают при полном отсутствии света.
Рост всходов и самосева.
В первые годы растению требуется не менее 1 тыс. люкс.
Шкалы светолюбия древесных пород. Простейшая шкала светолюбия: лиственница, береза, сосна, осина, ива, дуб, ясень, клен, ольха, липа, ель, бук и пихта.
Более совершенная шкала светолюбия.
1) группа светолюбивых пород
Лиственница, береза, осина, тополя, сосна обыкновенная, акация белая, ясень.
2) Умеренно теневыносливые породы
Дуб, клен остролистный, сосна крымская, ильмовые.
3) теневыносливые породы
Кедр сибирский, липа, граб, ель, бук, пихта, тис.
5.3.2 Методы определения светолюбия древесных пород. Свет и плодоношение насаждений. Влияние леса на свет.
Методы определения светолюбия древесных пород.
1. Визуальный он основан на внешних признаках растений
Развиваясь и изменяясь, лес вносит в окружающую природу много различных перемен. Причины этих перемен могут быть естественные, независимые от человека, или вызванные человеком. Рассмотрим, как лес влияет на окружающую природу независимо от деятельности человека. Вот несколько примеров такого влияния. Влияние леса на окружающую природу
Лес уравновешивает температуру воздуха
Каждому известно, что в жаркий летний день в лесу прохладней, чем в поле, а ночью, наоборот, теплее. Это объясняется тем, что на открытой местности днем нагревание почвы, а значит и воздуха идет быстрее, чем в лесу, защищенном от солнца кронами деревьев. Кроме того, кроны испаряют много влаги, а это также понижает температуру, так как на испарение тратится тепло.
Наступила ночь — и открытая местность быстро отдала это тепло, а в лесу те же зеленые кроны уменьшают теплоотдачу. Известно, что когда по соседству возникают разные температуры, то происходит уравновешивание их. Точно так же влияет лес на прилегающие к нему местности с более высокой температурой, лес уравновешивает температуру воздуха.
Вот почему в условиях избытка в поле тепла (при недостатке влаги) соседство леса будет благотворно влиять на развитие полевых культур. Таким образом, если в данной местности имеется достаточно большая зеленая площадь, она не может не оказывать влияния на климат в сторону его большей умеренности. Лесоводы считают, что результаты этого влияния будут значительнее, если зеленая площадь будет состоять из многих небольших участков, например в виде полезащитных лесных полос.
Лес хранитель и регулятор вод
Очень большое значение имеет лес как хранитель и регулятор вод. Недаром есть пословица:
Вода постоянно находится в движении — в атмосфере, в почве. Лес как хранитель и регулятор вод
В почве текут подземные реки, которые можно сравнить с морскими течениями, но движение их на много медленнее, чем движение воды в океане. Уровень их то повышается, то понижается. Мы видим эти перемены, когда наблюдаем, например, что ключ, вытекавший из земли в течение многих лет, стал иссякать, а то и вовсе исчез. Мы это замечаем и по колебаниям уровня воды в колодце.
Часто понижение подземных вод связано с обезлесением местности. Но иногда вырубка леса повышает уровень подземных рек и вызывает заболачивание обезлесенных участков. Чем же обусловливается колебание этого уровня? Делаем предположение, что причина — неравномерное выпадание атмосферных осадков. Конечно, количество осадков влияет на уровень подземных вод, но это временные колебания.
Часто же наблюдается довольно устойчивое понижение уровня. Причиной такого оскудения вод является исчезновение лесов. Атмосферные осадки приходят к нам из мирового океана. Огромные массы воды, испаряющиеся с поверхности океанов, превращаются в водяные пары, и часть этой воды, в зависимости от рельефа местности и господствующих ветров, проливается на землю дождем, падает снегом, оседает в виде тумана, инея, изморози.
Ученые подсчитали, сколько влаги приходит с океана на ту или иную территорию. Так, в средней полосе Европейской части в год приносится с Северного Ледовитого и Атлантического океанов слой воды толщиной несколько больше 200 миллиметров. А фактически же осадков выпадает в среднем 484 миллиметра, то-есть примерно в 2,3 раза больше. Откуда такое большое увеличение?
Лес увлажняет атмосферу
Оказывается, что причина увеличения — работа зеленых растений и прежде всего лесов. Выпавшая из атмосферы вода частично стекает снова в океан, частично впитывается в почву, пополняя запасы подземных вод, частично испаряется и снова уходит в атмосферу. Часть воды, впитавшейся в землю, усваивается зелеными растениями.
Но лишь ничтожная частица из этого количества идет на построение органического вещества и участвует в жизненных процессах организма. Остальное испаряется листьями, то-есть снова попадает во влагооборот: снова выпадает дождем, снегом или в виде других осадков.
Дерево действует как мощный насос. Итак, капелька воды, принесенная с облаком из океана на сушу, может несколько раз поступать в растения, испаряться и снова падать на землю. Благодаря этому почти в любом месте осадков выпадает на много больше, чем приносится влаги с океанов. И главная причина — леса. Больше лесов — больше в воздухе влаги.
Образование болота
В лесу можно наблюдать, например, такое явление. Сосновый лес на неровной площади. Много деревьев недавно вырублено. И в западинках, еще поросших лесом, выступила вода. Постепенно она, поднимаясь выше, в течение некоторого времени затопляет деревья, образует болотце. Деревья у воды
Сосны, оказавшиеся в воде, впоследствии гибнут: их корневая система, развивавшаяся в других условиях, не перенесет создавшейся большой влажности. Что же произошло? Секрет прост: зеленый насос после вырубки многих деревьев ослабил свою работу. Уровень подземных вод поднялся там, где зеленый насос прекратил свою работу, и здесь вода выступила на поверхность.
Перестал работать насос, и это отразилось на влажности воздуха. С гибелью леса установившийся водный подземный режим нарушился, а в результате нарушился и атмосферный. Если лесов вырублено много, то где-то меньше выпадет влаги. Таковы последствия бесхозяйственной вырубки лесов. Уменьшение зеленой площади влечет за собой и другие последствия.
Обнаженная земля попадает под прямое действие солнца. Быстрее будут таять снега весной, быстрее побегут ручьи по еще нерастаявшей земле, быстрее и выше поднимется вода в реках, превратив их в бурные потоки. Меньше задержится влаги в почве и больше уйдет в моря, уровень подземных вод понизится.
Кто видел ручьи и речки в лесной местности, например в верховьях Печоры, Камы, тот знает, как полноводны и постоянны они в своем уровне в течение года. Зато уровень рек безлесных равнин, наоборот, очень непостоянен. С исчезновением лесов нарушается, таким образом, круговорот воды и в земле, и на поверхности, и в воздухе. И все эти изменения — не на пользу народному хозяйству.
Лес в борьбе с ветрами
Велика сила ветра. Как таран, бьет он, когда достигает ураганной силы, крошит в песок твердые породы, и если он, вдобавок, сух, — иссушает все живое. Таковы суховеи, ветры с закаспийских пустынь и полупустынь. Даже жители центральной Европейской части иногда убеждаются в губительном действии этих ветров на растительность.
Иное дело, когда такие ветры встречают зеленые щиты деревьев: они ослабляют силу удара, ветер становится менее иссушающим, а пройдя ряд таких препятствий или значительные лесные массивы, вовсе теряет свои губительные для растений свойства.
Для борьбы с ветрами особенно хороши негустые лесные посадки. Ветер, встретив преграду, не поднимется над деревьями, а пройдет между ними, теряя свою силу. Поэтому наши лесоводы рекомендуют в местах, где заметно действие суховеев, высаживать неплотные, пропускающие ветер лесные защитные полосы, получившие название ажурных. Песчаная акация - используется для борьбы с ветрами в лесных посадках
Некоторые деревья и кустарники (например, песчаная акация, саксаул и другие) имеют большое значение для закрепления песков, борьбы с оврагами.
Деревья — лучшие санитары
Наконец, нельзя не напомнить об оздоровительном значении лесов, чем привлекает лес. Деревья — лучшие санитары. Они очищают воздух от пыли и других посторонних примесей. В местах посадок деревьев и кустарников воздух благодаря наличию в нем влаги и повышенному содержанию кислорода свеж и ароматен. Недаром озеленение является общенародным делом, принявшим широкие размеры.
Лес является колоссальной материальной ценностью — каждому понятно значение его для промышленных строек, сельского хозяйства, строительства жилищ и т. д. Лес всегда был другом человека. Но, человек далеко не всегда был другом леса. Есть яркие примеры тяжелых последствий, которые вызывались неразумным уничтожением лесов в частных интересах.
Так, в Месопотамии, в Малой Азии, в Древней Греции выкорчевывание лесов и превращение лесных площадей в пашни привело к изменению климата этих стран и резкому уменьшению плодородия. На острове Куба по склокам гор были уничтожены леса для разбивки кофейных плантаций. Это вызвало смыв плодородного слоя земли со склонов гор и превращение их в обнаженные скалы.
Беспорядочная вырубка лесов, а главное — плохое их восстановление ведет к превращению миллионов гектаров плодородных земель в пустыни. Вырубка леса - путь к превращению плодородных земель в пустыни
С уничтожением леса значительно ухудшается климат, усиливаются ветры, вызывающие в сухое время страшные черные бури. Еще в царской России передовые русские ученые лесоводы и почвоведы В. В. Докучаев, Г. Ф. Морозов, Г. Н. Высоцкий и другие вложили много труда в изучение разновидностей леса, и как могли боролись с хищническим истреблением лесов в России.
Ученые изучали условия возобновления и сохранения лесов, всесторонне исследовали жизнь лесных сообществ и их влияние на окружающую природу. Они проявили себя как подлинные защитники зеленых друзей. Благодаря настойчивости и упорству Докучаева были созданы первые полезащитные посадки леса (Каменная Степь в Воронежской области, Деркул в Луганской области).
Возникли значительные древесные насаждения и на крайнем юге Европейской части России в Велико-Анадоле (в районе Мариуполя), где создавал лесные посадки и длительное время проводил научные исследования В. Е. Графф, а позднее вел работу советский академик Г. Н. Высоцкий. Эти посадки и сейчас являются образцами искусственных насаждений, на которых молодые лесоводы, создающие новые леса, изучают вопросы лесоразведения и то, как лес влияет на окружающую природу.
Основным источником тепла на земле является солнечное излучение. От высоты солнца над горизонтом и длительности дня и ночи зависит приход и расход лучистой энергии солнца. В зависимости от географической широты места на поверхности земли наблюдается смена климатических поясов, что находит свое отражение и в смене зон растительности. Четкость широтных изменений несколько нарушается близостью океанов и теплых или холодных течений в них. В нашей стране северная граница лесной зоны почти полностью совпадает с изотермой июля 10°.
Значение тепла в жизни древесных растений огромно. Фотосинтез протекает нормально в довольно узких пределах положительных температур: 5 — 30°, а при температуре выше 45° и ниже 2° прекращается. С температурным режимом тесно связаны также и дыхание растений, их транспирация, распускание листьев, рост и т. д. На основании наблюдения лесоводов за географической распространенностью растений, сроками распускания листьев, окончания вегетационного периода и других признаков П. С. Погребняком составлена шкала отношения древесных пород к теплу.
Шкала относительной требовательности древесных пород к теплу
Кроме потребности в тепле, что проявляется в основном в период вегетации, следует различать выносливость растений к крайним температурам, особенно в период покоя. Каждая древесная порода в этом отношении имеет свои особенности. Резкие колебания сказываются на растении плохо, а постепенные изменения переносятся легче.
Интересно, что лес способен изменять тепловой режим занятого пространства. Солнечная радиация расходуется на нагревание деревьев и почвы, на испарение воды, фотосинтез и дыхание. Температура воздуха под пологом леса летом ниже на 5 — 6°, а зимой выше на 1 — 2°, чем на открытом месте, т. е. амплитуда температуры в лесу меньше, поэтому микроклимат в лесу более умеренный, чем на открытом месте. Это давно подмечено человеком, в связи с чем, леса - один из важнейших рекреационных ресурсов.
На климат оказывает влияние растительный покров, так как при его наличии деятельной поверхностью становится внешняя граница растительной массы. Растительность изменяет и усложняет условия тепло- и влагообмена в приземном слое воздуха. Летом растительный покров уменьшает ночное выхолаживание почвы, так как эффективное излучение происходит преимущественно с поверхности растительности. Поэтому покров охлаждается ночью сильнее, чем почва под ним. Днем же растительность препятствует нагреванию почвы, поглощая значительную часть солнечной радиации, и температура поверхности растительного покрова оказывается выше температуры поверхности почвы.
Содержание работы
1.1. Микроклиматические различия……………………………………………. стр.3
1.2. Определение климата, местного климата и микроклимата……………… стр.4
1.3. Микроклимат как явление приземного слоя…………………….…………стр.4
1.4. Методы исследования микроклимата………………………………………стр.4
2. Влияние метеорологических факторов на лес……………………………стр.6
3. Микроклимат леса (фитоклимат)………………………………………….стр.13
Содержимое работы - 1 файл
Микроклимат леса.doc
Режим увлажнения почв в каждом отдельном местообитании существенно различается по отдельным годам и сезонам года в зависимости от погодных условий. Главным образом он зависит от режима осадков и суммарного испарения. В вегетационный период высокие температуры воздуха и почвы, низкая относительная влажность воздуха и большая скорость ветра увеличивают расход влаги на суммарное испаре-
ние, ведут к уменьшению почвенных влагозапасов и к возникновению недостатка влаги. Противоположные метеорологические условия уменьшают суммарное испарение, способствуют накоплению влаги в почве и избыточному ее увлажнению. В годы с главной причиной зональности климатов, почв и растительности. По обеспеченности растений влагой неблагоприятными условиями увлажнения в период вегетации из-за длительных засух или периодов с избыточным увлажнением почв снижается прирост древостоев, нередко происходит ослабление деревьев, способствующее последующему повреждению их вредителями и болезнями, ухудшается плодоношение и возобновление леса.
Большое значение для леса имеет влажность воздуха, причем отрицательное влияние оказывают как низкие (ниже 30%), так и очень высокие (свыше 80%) значения относительной влажности. В периоды с низкой относительной влажностью и высокими температурами воздуха (атмосферная засуха) резко увеличивается транспирация, что при недостаточном водоснабжении растений может привести к нарушению их водного баланса. В такие периоды повышается и пожарная опасность.
Высокая влажность воздуха задерживает цветение растений, ухудшает условия опыления, созревания плодов и семян, препятствует раскрытию шишек и выпадению семян. Кроме того, она благоприятствует возникновению и развитию грибных и бактериальных болезней растений.
Важнейшими факторами формирования водного, а также теплового режимов почв являются снежный покров и промерзание почв. За зиму в снежном покрове накапливаются большие запасы воды, которые при снеготаянии пополняют почвенные влагозапасы и частично образуют поверхностный и грунтовый сток, питающий реки, ручьи и т. д. Обладая хорошими теплоизолирующими свойствами, снежный покров защищает почву от сильного охлаждения и от глубокого промерзания, а растения, укрытые снегом, — от вымерзания. Мерзлый слой почвы, образующийся при промерзании, практически водонепроницаем. Он препятствует проникновению влаги вглубь почвогрунтов.
Большие запасы воды в снежном покрове, глубокое промерзание и позднее оттаивание почв могут обусловить длительное переувлажнение корнеобитаемого слоя в период вегетации и способствовать заболачиванию. Кроме того, на таяние снежного покрова и мерзлоты требуются большие затраты энергии, в связи с чем замедляется прогревание почв и воздуха. Избыточное увлажнение и ухудшение температурного режима почв и приземного воздуха влекут за собой ухудшение лесорастительных условий и снижение продуктивности лесов, что особенно сильно проявляется в районах с многолетней (вечной) мерзлотой. На почвах, где многолетняя мерзлота оттаивает летом на небольшую глубину, мерзлый слой ограничивает распространение корней растений вглубь, т. е. основная часть их сосредоточивается в самом верхнем слое почв. В области распространения многолетней мерзлоты преобладают почвы с избыточным увлажнением и наблюдается высокая заболоченность лесов. Насаждения на таких почвах имеют, как правило, пониженную продуктивность и низкую устойчивость к ветровалу.
Многообразные физические и физиологические действия на лес оказывает ветер. Воздушные течения общей циркуляции атмосферы осуществляют перенос тепла и влаги в глобальном масштабе и поэтому оказывают большое влияние на формирование климатов и погоды.
Ветер влияет на транспирацию растений, испарение, состав и влажность воздуха в лесу. Он играет большую роль в опылении растений и в распространении плодов и семян. На открытых местах в лесу (вырубках, гарях, полянах) ветер способствует иссушению подстилки, ухудшая условия возобновления, рост молодых растений и повышая пожарную опасность.
Ветер влияет на формирование кроны, ствола и корневой системы деревьев. На открытых местах деревья, подверженные действию сильных ветров, образуют крону, вытянутую в направлении преобладающего ветра (флагообразную), свежистый, утолщенный у основания ствол, корневую систему с мощными и длинными скелетными корнями. Сильные ветры, а особенно штормовые и ураганные (со скоростями более 18 м/с), могут вызвать поломку ветвей и стволов (бурелом), вывал деревьев вместе с корнями (ветровал), обрыв части корней при раскачивании деревьев. Нередко ветровалы и буреломы полностью уничтожают насаждения на больших площадях. Наиболее подвержены ветровалу чистые насаждения с поверхностной корневой системой (ельники, пихтарники, букняки) и насаждения, произрастающие на избыточно увлажненных почвах.
Для предупреждения ветровала большое значение имеет тщательное соблюдение при проведении рубок главного и промежуточного пользования лесоводственных правил, учитывающих влияние ветра.
Микроклимат леса (фитоклимат).
Особенности распределения элементов климата во всем слое растительного покрова как в надземной, так и в подземной его частях, называется фитоклиматом. Под пологом леса создается свой микроклимат, существенно отличающийся от климатических условий окружающей его открытой местности. Климат леса зависит от видового состава, возраста, ярусности, сомкнутости древостоев, а также от хозяйственной деятельности в лесу. Микроклимат леса закономерно изменяется с ростом и развитием древостоя.
Солнечная радиация, проникая сквозь кроны леса, претерпевает значительные количественные и качественные изменения. Полог древесной растительности сильно ослабляет потоки суммарной радиации. В густом лесу она почти вся состоит из рассеянной радиации, а освещенность значительно меньше, чем на открытых участках.
Летом в лесу днем холоднее, а ночью теплее, чем в поле. Зимой разность температур между полем и лесом почти отсутствует. В среднем за год в лесу холоднее, по сравнению с полем. Годовые амплитуды колебания температуры в лесу меньше, чем на открытых участках. В лесном массиве днем в теплое время года, как правило, наблюдаются отрицательные градиенты температуры, т. е. приземные инверсии. Максимальные температуры будут наблюдаться на уровне крон, к поверхности почвы они будут понижаться. В полдень в лесу на поверхности почвы и в подлеске температура на 2-3°С ниже, чем в кронах деревьев первого яруса. Зимой в лиственных древостоях отрицательные градиенты температур не наблюдаются. Весной и осенью повторяемость и интенсивность заморозков на поверхности почвы и в приземном слое воздуха в лиственных лесах больше, чем в хвойных. Действие древесного полога на тепловой режим в лесу изменяется в зависимости от типов леса, а в пределах одного типа леса — от возраста древостоя. Степень изменения температуры воздуха древостоем не одинакова на разных уровнях. Наиболее контрастным уровнем лесного биогеоценоза является уровень верхней границы древесного полога.
Состав, возраст и сомкнутость древостоев оказывают влияние на температурный режим и поверхности почвы и на глубинах. В молодых сомкнутых древостоях температура поверхности почвы ниже, чем в средневозрастных, более изре-женных. Колебания температуры поверхности почвы в течение года значительно сглажены по сравнению с амплитудой температуры открытых участков. Так, в холодный период года почва в лесу на 1-1,5°С теплее, а в теплый период года на 2-4°С холоднее, чем на полянах или вырубках. Средняя годовая температура почвы на глубинах 20-120 см в хвойных и хвойно-широколиственных лесах ниже, чем на открытом месте. В хвойном лесу в связи с меньшим выхолаживанием почвы она промерзает на меньшую глубину, чем в поле или в лиственном лесу.
Под пологом леса влажность воздуха выше по сравнению с влажностью открытых участков, и разница эта наибольшая летом, зимой она практически отсутствует. Максимальная влажность в лесу наблюдается в кронах деревьев. В широколиственных лесах относительная влажность воздуха может быть на 10-15%, а в хвойных — на 20-25% выше, чем на открытом месте. Амплитуда колебания влажности воздуха в лесу меньше, чем в поле.
Лес изменяет скорость, направление и структуру ветра. Поток воздуха, встретив на своем пути лес, обтекает его с опушек и сверху. Внутри леса по мере удаления от опушек скорость ветра уменьшается. Значительно снижают скорость ветра еловые насаждения. В них почти всегда наблюдается затишье.
Лес, особенно в теплый период года, задерживает большое количество осадков кронами. Лиственный лес может задерживать до 10-25% годовой суммы осадков, а хвойный — до 15-40%. В густых хвойных насаждениях много снега остается на кронах деревьев. Снег в лесу распределяется более равномерно, а таяние его весной протекает медленнее, чем в поле. В лесах с преобладанием хвойных пород колебания метеорологического режима в течение года и вегетационного периода выражены слабее.
В лесу особые микроклиматические условия создаются и на лесных полянах. Из-за ослабленного перемешивания воздуха на поляне днем в теплый период года наблюдается застой теплого, а зимой — холодного воздуха. Амплитуда колебания температуры на полянах больше, чем под пологом леса, особенно на малых полянах и на полянах, окруженных густооблиственной опушкой. Заморозки на них могут быть даже чаще и интенсивнее, чем в поле. Наибольшие различия микроклиматических условий поляны и леса наблюдаются летом в ясную тихую погоду. Зимой они сглаживаются, особенно в лиственном лесу. Микроклимат лесосек сходен с микроклиматом полян. Наиболее резкие различия создаются между затененной и освещенной сторонами лесосек, что отражается на характере растительного покрова.
Сплошные рубки леса сильно влияют на микроклимат. Резко увеличивается приток прямой солнечной радиации к поверхности почвы, в результате чего в период вегетации среднемесячная температура почвы и приземного слоя воздуха могут быть на 0,5-2,5°С выше, чем под пологом хвойного леса. На вырубках значительно увеличивается и эффективное излучение деятельной поверхности, а значит, наблюдаются резкие суточные колебания температуры. Максимальная температура воздуха на вырубке на 3-4°С выше, а минимальные на 2-3°С ниже, чем в лесу. На вырубках увеличивается поступление атмосферных осадков. Скорость ветра в центре сплошной вырубки почти достигает скорости ветра на открытом месте. На вырубках вертикальное распределение температуры в теплый период года такое же, как и на открытых пространствах, т. е. днем температура воздуха с высотой понижается, а ночью часто возникают приземные инверсии. В общем, распределение метеорологических элементов на поверхности почвы и в приземном слое воздуха в значительной степени зависит от размера сплошной вырубки.
Вывод: Таким образом, влияние растительного покрова имеет в основном микроклиматическое значение, так как распространяется преимущественно на приземный слой воздуха и на небольшие территории.
Более значительное и своеобразное влияние на климат оказывает лесная растительность. В лесу деятельный слой находится на уровне крон, где происходит поглощение 80-90% солнечной радиации. Поэтому максимум температуры днем будет непосредственно над кронами деревьев, причем она будет значительно выше, чем на том же уровне в открытой местности. Ночью кроны сильно охлаждаются излучением, но минимальная температура будет наблюдаться не на уровне крон, а внутри леса, так как холодный воздух опускается вниз. Лес понижает температуру воздуха в теплое время года на занимаемой им территории, а в лесостепной зоне — также на прилегающей к нему местности. Лесной массив сглаживает и годовую амплитуду температуры воздуха. Благодаря высокой поглощательной способности хвойный лес играет очень важную роль в радиационном балансе ландшафта высоких широт, где снежный покров, окружающий лес, имеет значительную отражательную способность. В результате более теплые вечнозеленые растения являются источниками длинноволновой радиации, которая постепенно поглощается снежным покровом, что способствует более быстрому локальному таянию снега и снижению его альбедо.
Леса заметно увеличивают количество осадков, выпадающих на занимаемой ими территории. Лесная растительность представляет собой поверхность большой шероховатости. В связи с этим на наветренной стороне леса развиваются восходящие движения воздуха, увеличивается турбулентность, что вызывает усиленную конденсацию водяного пара. Стимулирующее влияние леса на выпадение осадков связано еще и с увеличением относительной влажности воздуха вследствие более значительного суммарного испарения. В районах лесных массивов за вегетационный период осадков выпадает на
10-15% больше, чем в степных районах. Влияние леса на осадки сказывается на значительном расстоянии от края лесного массива. В природных зонах с хорошо выраженным холодным периодом облесенные территории обычно характеризуются более мощным снежным покровом.
Лес регулирует поверхностный и внутрипочвенный сток, в результате этого весенние разливы рек в лесных районах протекают спокойно и более длительное время. Повышенный уровень воды в реках этих районов поддерживается и в летний период года. Вырубка леса может привести к резкому изменению водного режима местности. Весной будет более быстрое таяние снега и значительное увеличение поверхностного стока, что неизбежно приведет к усилению весеннего половодья. Однако эти половодья будут непродолжительными, поэтому летом возможно пересыхание мелких рек. Обезлесение местности вызовет развитие оврагов, что будет способствовать понижению уровней грунтовых вод и иссушению почвы. В районах, где грунтовые воды залегают на небольшой глубине, вырубка леса, наоборот, вызовет заболачивание местности. Изменение суммарного испарения после вырубки леса позволяет оценить его роль во влагообороте.
2. Хромов С.П. Метеорология и климатология для географических факультетов. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 455 с.
3. Алисов Б.П., Берлин И.А., Михель В.М. Курс климатологии. Л., 1954.
4. Полтараус Б.В., Кислов А.В. Климатология. М., 1986.
5. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология: Учебник, 4-е изд.: перераб. и доп. – М.: Изд-во МГУ, 1994.-520 с.
Читайте также: