Лес и тепло

Введение

Лес – один из важнейших рекреационных ресурсов нашей планеты, а климат в лесу является ключевым фактором существования древестно-кустарниковой растительности леса. Поэтому данная тема «Лес и тепло» является актуальной в современном мире.
Тепло, как экологический фактор, определяет условия произрастания леса, и оказывают влияние на лес в целом и отдельные его компоненты. Показателем связи между древесными породами и тепловыми условиями на земной поверхности являются географические закономерности распределения лесов на планете. В нашей стране северная граница лесной зоны почти полностью совпадает с изотермой июля 10°.
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.
Рост и развитие деревьев в лесу требуют определенного количества тепла, то есть необходимой суммы положительных температур, и в значительной степени зависят от продолжительности вегетационного периода. Основным источником тепла на земле является солнечное излучение.
В данной работе будут подробно рассмотрены вопросы о: значении тепла в жизни древестно-кустарниковой растительности леса; влиянии различных температур на лес; влиянии леса на сезонные изменения климата, а так же мероприятия, которые позволяют регулировать температурный режим в лесу.


Значение тепла в жизни леса

Значение тепла в жизни древесных растений огромно. Солнечная радиация, проникающая к поверхности земли (солнечная облученность), приносит основную часть тепла, необходимого для жизни леса. Тепло атмосферы и почвы — один из основных факторов роста, развития и формирования леса. Раскрытие почек у деревьев, а также дальнейший рост листьев и побегов происходят при плюсовых температурах, равно как и рост корней, цветение, прорастание семян. Древесные породы по-разному относятся к теплу. По мере продвижения с севера на юг древесная растительность меняется по составу пород и производительности. Дубравы лесостепи сменяются степными растениями, а степь переходит в зону пустыни, хотя количество тепла в этой зоне достигает максимальной величины. Это происходит потому, что большому количеству солнечной радиации в зонах степи и пустыни противопоставлено незначительное количество влаги. Вследствие этого условия жизни древесных растений ухудшаются и вместо леса в степи преобладают ковыль, типчак, а в пустынях, где влаги еще меньше, чем в степях, растений либо нет, либо встречаются ксерофильные виды растений. Состав леса, его рост и развитие зависят от количества тепла. В пределах географических зон древесные и кустарниковые породы требуют определенных температурных условии для нормального роста и развития.
Фотосинтез протекает нормально в довольно узких пределах положительных температур: 5 — 30°С, а при температуре выше 45°С и ниже 2°С прекращается. С температурным режимом тесно связаны также и дыхание растений, их транспирация, распускание листьев, рост и т. д.
Примерным началом вегетационного периода считают период, когда средняя температура воздуха достигает 10°С, а почвы - 5°С. В средней полосе европейской части России он продолжается с середины апреля до середины сентября.
Как показатель необходимых тепловых условий для развития растений обычно используют сумму среднесуточных температур, необходимую для определенной фазы развития. Большое значение имеет также продолжительность действия тепловой энергии. Количество тепла, воспринимаемого деревьями, зависит от температуры воздуха и почвы. Температура почвы оказывает большее влияние на внутреннюю температуру дерева, на жизнедеятельность корневой системы, чем теплота, получаемая непосредственно от солнца.
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, при 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.
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. Например, 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.
У большинства деревьев умеренного пояса жизнедеятельность начинается после зимнего покоя при переходе температуры воздуха через отметку 0°С. Начинаются движение пасоки (сока), а внешний признак начала вегетации – раскрытие почек проявляется лишь после перехода температуры через отметку 10°С и продолжительного обогрева дерева. Фотосинтез происходит при температуре от 0 до 40-50°С с оптимумом около 20-30°С. Оптимум может колебаться в зависимости от экологических условий и биологии древесных пород.
В молодости древесные породы более требовательны к теплу и очень чувствительны к низким температурам. Потребность в тепле изменяется по сезонам: весной и в начале лета, когда идет интенсивный рост, она выше.
Рост и развитие деревьев и кустарников в умеренных широтах тесно связаны с вегетационным периодом, определяемым условно от начала распускания почек весной до изменения окраски листьев осенью

. Началом вегетационного периода принято считать время, когда среднесуточная температура воздуха достигает 10°С, а почвы 5°С.


2.Влияние низких и высоких температур на лес

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.
При низких температурах повреждаются побеги текущего года, что чаще всего наблюдается при весенних заморозках, если растения уже тронулись в рост, а также с наступлением заморозков осенью, когда побеги еще не успели одревеснеть.
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.
Общим средством защиты растений от высоких и низких температур является испарение. Крайние температуры особенно губительны, когда растение испытывает недостаток во влаге.
По отношению к теплу (в порядке возрастания требовательности) В. Г. Нестеров так распределяет древесные и кустарниковые породы, которые могут произрастать в средней полосе европейской части России:
1) наиболее холодостойкие - лиственница даурская, кедровый стланец, ряд карликовых берез;
2) холодостойкие - лиственница сибирская, сосна обыкновенная, ель обыкновенная и сибирская, кедр сибирский, береза бородавчатая и пушистая, осина, рябина, можжевельник обыкновенный, ольха серая и черная, пихта сибирская;
3) среднетеплолюбивые - дуб обыкновенный, ясень обыкновенный, клен остролистный, липа мелколистная, вяз, лещина, бересклет бородавчатый, крушина ломкая и слабительная, бузина красная;
4) теплолюбивые - груша, яблоня.
Г. Ф. Морозов предложил следующую классификацию (начиная от теплолюбивых и кончая холодостойкими породами) : 1. Каштан. 2. Дуб. 3. Ясень. 4. Ильмовые. 5. Граб. 6. Сосна обыкновенная. 7. Рябина. 8. Ольха. 9. Береза. 10. Пихта. 11. Ель. 12. Кедр. 13. Лиственница.
Однако шкала показывает лишь степень теплолюбия, а не способность переносить крайние температуры; например, ель — порода холодного климата, но боящаяся заморозков значительно больше, чем сосна