Охарактеризуйте роль основных компонентов лесного фитоценоза

Охарактеризуйте роль основных компонентов лесного  фитоценоза.

Любой участок суши, занятый  растениями, не представляет собой  случайного сочетания какого-либо числа  видов и биотипов, живущих независимо друг or друга. Каждое растительное сообщество возникает и развивается при определенных условиях внешней среды, в результате сложного взаимодействия между растениями сообщества и другими компонентами среды их обитания. Раздел ботаники, изучающий закономерности формирования растительных сообществ, их взаимодействия со средой, получил название фитоценологии. Основы этой науки заложил акад. В.Н. Сукачев.

Основным объектом изучения фитоценологии является фитоценоз - конкретное растительное сообщество на определенной территории, характеризующееся своим составом, строением и взаимодействием между растениями, а также между ними и средой. Эти взаимодействия проявляются в различных направлениях.

Прежде всего в фитоценозе происходит конкуренция между разными видами и особями внутри вида за свет, воду, минеральные вещества, пространство. Эта конкуренция приводит к отмиранию огромною числа особей в период формирования сообщества, к угнетенности значительного числа видов и оказывает формирующее влияние на растения фитоценоза. Так, учет всходов березы на гари показал, что в двухлетнем возрасте их может быть до 3.5. млн на 1 га, однако к возрасту спелого леса остается 400-600 деревьев на той же площади, остальные погибают. Оставшиеся и выросшие в лесу деревья имеют стройный, почти цилиндрический ствол, узкую, высокоподнятую крону, тонкие ветви, характеризуются сравнительно слабым плодоношением. Березы, выросшие на свободе, имеют широкую низко опущенную крону, разветвленный на толстые сучья ствол, характеризуются более устойчивым и обильным цветением и плодоношением. Аналогичные примеры можно привести и в отношении других древесных пород.

Все виды деревьев, выросших на свободе, выполняют свою основную биологическую функцию - размножения - лучше, чем деревья, выросшие в сообществе и испытывающие определенное угнетение  со стороны других компонентов фитоценоза. В то же время в растительном сообществе одни виды растений создают для других благоприятные и даже необходимые условия жизни. Так, древесные растения создают благоприятные условия для лесных кустарников, трав, мхов, лишайников. Необходимые условия жизни создают автотрофные растения для гетеротрофных (сапрофитов и паразитов), а также растения-симбионты, например микотрофные грибы.

Так как в образовании  фитоценоза принимают участие растения разных видов и жизненных форм, обладающих различными экологическими особенностями, сообщество приобретает  особую структуру в форме ярусности. Ярусность присуща любым фитоценозам, но особенно ярко она выражена в лесу. Наиболее высокие деревья здесь составляют первый ярус, менее высокие - второй, кустарники подлеска - третий, кустарнички, травы, мхи и лишайники - четвертый и пятый. Временно растения могут находиться в несвойственном им ярусе, например всходы деревьев - в пятом, подрост - в пологе четвертого или третьего яруса.

Ярусы в фитоценозах неоднородны, имеют определенную структуру и  состоят из частей, различающихся  жизненными формами растений, их видовым  составом и экологическими свойствами. Такие структурные части фитоценоза получили название синузий. Например, в еловом лесу сплошные заросли на определенных площадях из черники, брусники или мхов являются синузиями четвертого и пятого ярусов. К синузиям в лесу относят и внеярус-ную растительность: лианы, мхи, водоросли на стволах.

При более детальном изучении структуры лесных фитоценозов выделяют парцеллы - территориально обособленные растительные микрогруппировки, например сосново-ландышевая парцелла, осиновая парцелла в ельнике и т.д.

В годичном цикле развития фитоценоза всегда имеет место сезонная смена аспектов, связанная с неодновременностью прохождения растениями различных видов фенологических фаз. В лесу, например, многие виды трав цветут и вегетируют до распускания листьев у деревьев.

Ярусность, сезонная смена аспектов, синузийность приводят к более полному и равномерному использованию фитоценозом занимаемого пространства, позволяют существовать большому числу особей на одной и той же территории.

Растительное сообщество, действуя на среду территории, изменяет ее, создает свою среду, отличную от среды территории, не занятой сообществом. В лесу, например, режим климатических факторов (температура, осадки, влажность воздуха, освещенность, ветер) будет иным, чем на открытом месте. Почва же вообще является результатом жизнедеятельности растительного сообщества. Поэтому фитоценоз не является простым, механическим соединением растений, где свойства их оказываются лишь суммой свойств отдельных растений. В сообществе возникает целый ряд новых свойств, присущих лишь ему как определенному сочетанию растений, находящихся в сложном взаимодействии между собой и средой обитания.

Растительное сообщество существенно влияет и на эволюцию составляющих его видов растений. Как всякое явление в природе, оно возникает, развивается, достигает  своего полного развития, а затем  сменяется или молодым подобным фитоценозом, или другим по составу  видов, структуре и среде. Это  приводит к динамике фитоценозов, или изменяемости их во времени. Различают эндодинамические и экзодинамические смены фитоценозов.

Оба типа смен являются результатом  изменения среды обитания сообщества. Но в первом случае это происходит под давлением жизнедеятельности  самого фитоценоза (например, из-за изменения  сообществом эдафических условий или конкурентных взаимоотношений между растениями), а во втором - по причинам, не связанным с его жизнедеятельностью (пожары, ветровалы, буреломы, вырубка леса, осушение болот и т.д.). Процессы смены фитоценозов получили название растительной сукцессии. Лесоводы смену лесных фитоценозов обычно понимают как смену лесных пород (например, смену елового леса осиновым или березовым).

Совершенно тождественных фитоценозов нет, но весьма сходные фитоценозы можно обнаружить в различных местах и объединить их в определенную группу. Фитоценозы, имеющие одинаковую структуру (одинаковое число ярусов), одинаковый видовой состав ярусов и занимающие однородную среду, понимают как тип фитоценоза, или растительную ассоциацию. При установлении растительной ассоциации основным показателем является видовой состав ярусов растительности. Но между видами, входящими в ассоциацию, очень важно выделять те, которые определяют структуру сообщества и обусловливают создание особой среды, присущей данному сообществу. Такие виды растений называют эдификаторами ассоциаций. В лесных ассоциациях их эдификаторами являются преобладающие виды деревьев-лесообразователей, в кустарниковых зарослях - виды кустарников, на болотах - мхи, на лугах - отдельные виды трав.

Лесные ассоциации устанавливают  по преобладающим древесным породам, по видовому составу и развитию других ярусов, по эдафическим условиям. Для  примера рассмотрим дюны, поросшие сосновым лесом. Вершины дюн обычно заняты сосняками с лишайниковым покровом, склоны и неглубокие впадины  между дюнами - сосновым лесом с  покровом из гипновых зеленых мхов, более глубокие понижения - сосняками  с густым травяным покровом. Если же есть понижения с избыточным застойным  увлажнением, то живой напочвенный  покров в сосновом лесу формируют  сфагновые мхи, образующие торф. Хотя участки леса (лесные фитоценозы) на вершинах дюн не будут строго одинаковыми (одни отличаются возрастом деревьев, другие - их густотой или густотой и составом лишайникового покрова и т.д.), все же фитоценозы, занимающие вершины дюн, по своим основным признакам (структуре, составу ярусов, среде обитания) однородны в такой степени, что могут быть объединены в одну растительную, в данном случае лесную, ассоциацию. То же можно сказать и о других лесных фитоценозах - о мшистых, травяных или сфагновых сосняках.

Таким образом, растительную ассоциацию можно определить как  совокупность фитоценозов, однородных по взаимоотношениям между видами растений в соответствии с условиями среды, однородных по структуре, видовому составу  ярусов и занимающих условия местопроизрастания с однородным комплексом экологических  факторов. Растительная ассоциация является основной систематической единицей растительности.

Подобно виду в систематике  растений каждой растительной ассоциации также дается определенное название, обычно двойное. Первое слово названия - родовое, соответствует названию эдификатора ассоциации; второе (видовое) чаще всего дают по названию характерного растения другого яруса, травяного или мохового покрова или по названиям растений-индикаторов. Наряду с русскими названиями в научных работах приводят и латинские, например сосняк лишайниковый - Pinetum cladinosum, кедровник долгомошниковый - Cembretum polytrichosum, ельник черничный - Piceetum myrtillosum, листвяг кисличный - Laricetum oxalidosum и т.д.

Для лесоводов лесные ассоциации важны тем, что участки леса, относящиеся  к одной и той же ассоциации, характеризуются сходством всех лесоводственных особенностей (видового состава древостоя, его производительности и других таксационных элементов, быстроты изреживания, хода естественного возобновления и т.д.). Однако в своей практической деятельности лесоводы оперируют не лесными ассоциациями, а типами леса - понятием более широким, чем растительная ассоциация. Согласно учению акад.В.Н. Сукачева (Сукачев, Дылис, 1964) о биогеоценозе в лесоведении, тип леса рассматривают как тип лесного биогеоценоза, включающего в себя все компоненты биоценоза и экотопа.

Назовите  основные климатические показатели и климатические классификации.

Климат — статистический ансамбль состояний, через который проходит система: гидросфера → литосфера  → атмосфера за несколько десятилетий. Под климатом принято понимать усреднённое  значение погоды за длительный промежуток времени (порядка нескольких десятилетий) то есть климат — это средняя  погода. Таким образом, погода —  это мгновенное состояние некоторых  характеристик (температура, влажность, атмосферное давление). Отклонение погоды от климатической нормы не может рассматриваться как изменение  климата, например, очень холодная зима не говорит о похолодании климата. Для выявления изменений климата  нужен значимый тренд характеристик  атмосферы за длительный период времени  порядка десятка лет.

Климатические пояса и типы климата Среднемесячные температуры поверхности с 1961 по 1990 годы. Это пример того, как климат варьирует в зависимости от расположения и времени года Климатические пояса и типы климата существенно меняются по широте, начиная от экваториальной зоны и заканчивая полярной, но климатические пояса являются не единственным фактором, также важное влияние оказывает близость моря, система циркуляции атмосферы и высота над уровнем моря.

Краткая характеристика климатов России: Для климата на всей территорий России характерно отчётливое разделение года на холодный и тёплый сезоны. Большая  часть территорий страны лежит в  умеренном поясе, острова Северного  Ледовитого Океана и северные материковые  районы — в Арктическом и Субарктическом поясах, Черноморское побережье Кавказа  расположено в Субтропическом поясе. В пределах каждого пояса наблюдается  существенное изменение климата, направленное с запада на восток (климатические области) и севера на юг (зональные типы климата). Так, например, выделяются четыре подтипа климата в умеренном климатическом поясе: умеренно-континентальный, континентальный, резко-континентальный и муссонный (на Дальнем Востоке). Самый холодный регион — Сибирь, где в районе города Верхоянска находится «полюс холода северного полушария» — средняя температура в январе опускается ниже −52 градусов, а в феврале опускается столбик ниже −62 градусов. Зимой почти на всей территории России (в норме) устанавливается устойчивый снежный покров. Исключением являются южные районы Черноморского побережья. Лето на территории страны очень сильно отличается: в южных районах устанавливается жаркая погода, в то время как в северных районах лишь сходит снег и исчезают заморозки. Значительная часть страны характеризуется вечной мерзлотой.

Арктический. t января -24…-30, t лета +2…+5. Осадки – 200-300 мм.

Субарктический (до 60 градуса с.ш.). t лета +4…+12. Осадки 200-400 мм.

Умеренно континентальный. t января -4…-20, t июля +12…+24. Осадки 500-800 мм.

Континентальный климат. t января -15…-25, t июля +15…+26. Осадки 200-600 мм.

Резко континентальный. t января -25…-45, t июля +16…+20. Осадки - более 500 мм.

Муссонный. t января -15…-30, t июля +10…+20. Осадки 600-800. мм

В России и на территории бывшего  СССР использовалась классификация  типов климата, созданная в 1956 году известным советским климатологом Б. П. Алисовым. Эта классификация  учитывает особенности циркуляции атмосферы. Согласно этой классификации  выделяется по четыре основных климатических  поясов на каждое полушарие Земли: экваториальный, тропический, умеренный и полярный (в северном полушарии — арктический, в южном полушарии — антарктический). Между основными зонами находятся переходные пояса — субэкваториальный пояс, субтропический, субполярных (субарктический и субантарктический). В этих климатических поясах в соответствии с преобладающей циркуляцией воздушных масс можно выделить четыре типа климата: материковый, океанический, климат западных и климат восточных берегов. Методы изучения для выявления особенностей климата, как типичных, так и редко наблюдаемых, необходимы многолетние ряды метеорологических наблюдений. В умеренных широтах используются 25—50-летние ряды; в тропиках их длительность может быть меньше.

Климатические характеристики представляют собой статистические выводы из многолетних  рядов наблюдений за погодой, прежде всего над следующими основными  метеорологическими элементами: атмосферным  давлением, скоростью и направлением ветра, температурой и влажностью воздуха, облачностью и атмосферными осадками. Учитывают также продолжительность  солнечной радиации, дальность видимости, температуру верхних слоев почвы  и водоёмов, испарение воды с земной поверхности в атмосферу, высоту и состояние снежного покрова, различные  атмосферные явления и наземные гидрометеоры (росу, гололёд, туманы, грозы, метели и пр.). В XX веке в число  климатических показателей вошли  характеристики элементов теплового  баланса земной поверхности, таких, как суммарная солнечная радиация, радиационный баланс, величины теплообмена  между земной поверхностью и атмосферой, затраты тепла на испарение. Многолетние средние значения метеорологических элементов (годовые, сезонные, месячные, суточные и т. д.), их суммы, повторяемости и прочие носят название климатических норм; соответствующие величины для отдельных дней, месяцев, лет и прочее рассматриваются как отклонение от этих норм. Для характеристики климата применяются также комплексные показатели, то есть функции нескольких элементов: различные коэффициенты, факторы, индексы (например, континентальности, засушливости, увлажнения) и пр. Специальные показатели климата применяются в прикладных отраслях климатологии (например, суммы температур вегетационного периода в агроклиматологии, эффективные температуры в биоклиматологии и технической климатологии, градусо-дни в расчётах отопительных систем и пр.). Для оценок будущих изменений климата применяют модели общей циркуляции атмосферы. Процесс формирования климата является очень сложным, потому невозможны точные и долгосрочные прогнозы погоды. Большинство ученых считают, что климат формируется тремя связанными между собой процессами: теплообменом, влагообменом и циркуляцией атмосферы. Теплообмен охватывает все физические процессы, связанные с обменом тепла, начиная от поступления солнечной энергии на земную поверхность, затрат ее на испарение, нагревание почвы и воздуха, возвращение энергии нагретой Земли в холодный космос. Влагообмен охватывает испарение воды с поверхности водоемов, перенесение водяного пара, его конденсацию в атмосфере и образование облаков, выпадения осадков и возвращения воды обратно в океан. Циркуляцией атмосферы считают горизонтальные и вертикальные перемещения воздуха, что во многих случаях играют решающую роль в формировании климатического режима.

Охарактеризуйте защитную роль леса.

Наиболее известная защитная роль леса состоит в том, что он предохраняет берега рек от эрозии (размыва водой), закрепляет склоны, препятствует возникновению  оврагов. Безлесные берега рек и  склоны речных долин легко подвергаются размыву весной, после таяния снега, и во время обильных дождей. Малейшие ложбинки на склонах речных долин  легко превращаются в овраги, каждый из которых вырастает на многие метры, а иногда и на десятки метров в  год. С обезлесенных склонов долин и прилегающих к ним территорий в реки и ручьи с талыми или дождевыми водами сносится большое количество взвешенных частиц, которые постепенно оседают в речном русле. В результате русло реки становится более мелким, вода - более мутной, песком и глиной заносятся нерестилища рыб. Если же склоны речной долины и берега впадающих в реку ручьев покрыты лесом, размыв их происходит в гораздо меньшей степени - корни деревьев и других лесных растений связывают почву, препятствуют образованию глубоких ложбин; толстая лесная подстилка, мхи, лишайники также защищают поверхностный слой почвы; лежащие на поверхности почвы отмершие стволы и ветки, различные микроповышения на поверхности лесной почвы делают пути стока воды более извилистыми, а ее течение замедленным.

Особенно заметна защитная роль леса в период таяния снега. Лес, особенно хвойный или смешанный, существенно  замедляет таяние снега весной - в наиболее густых лесах снег может  стаивать на месяц позже, чем на открытых безлесных участках. Таяние снега  в лесу оказывается значительно  более растянутым по времени, в результате талая вода стекает в реки и  ручьи постепенно, не так быстро, как при таянии снега на открытых участках. Соответственно - уменьшается  эрозия, большая доля талой воды успевает впитаться в почву. Более  позднее и растянутое по времени  таяние снега делает весенние паводки  менее интенсивными, а реки после  паводка дольше сохраняется высокий  уровень воды. К тому же леса и  даже узкие лесополосы способствуют тому, чтобы снег более равномерно распределялся по площади, не сносился ветром с водоразделов в овраги и речные долины. Это также увеличивает долю талой воды, которая впитывается в почву, а не стекает сразу в реки (во многом именно для этого высаживаются защитные лесополосы среди массивов сельскохозяйственных угодий). Сведение лесов на больших площадях, замена коренных хвойных лесов лиственными в результате неразумного хозяйства - важнейшие причины участившихся катастрофических паводков, особенно в горных и предгорных районах (где таяние снега на открытых пространствах может происходить наиболее интенсивно).

Наконец, лес может существенно  влиять на количество осадков - дождя  и снега. Доказано, что лес, способствуя  более турбулентному движению воздушных масс, способствует тем самым и выпадению большего количества осадков - в лесистых бассейнах рек может выпадать существенно больше дождя и снега, чем в безлесных. Еще лес способен испарять значительно больше воды, чем травянистая растительность (причем деревья могут извлекать эту воду из значительно более глубоких почвенных горизонтов, чем травы) - а значит, часть воды возвращается лесом в атмосферный круговорот, поэтому воздух в лесу и его окрестностях в засушливую погоду оказывается более влажным, чем на открытых безлесных пространствах.

Особо следует отметить роль старых, отмирающих и вываливающихся деревьев в прибрежных полосах малых рек  и ручьев. Принято считать, что  если старые деревья, растущие по берегам  рек, падают в воду - это безусловно плохо и с этим надо бороться. То есть - ухаживать за прибрежными лесными полосами таким образом, чтобы в них не было старых деревьев, способных упасть в воду, перегородить русло реки или ручья. На самом же попадание старых деревьев в воду - вполне естественный процесс, тысячелетиями происходивший в природе и не приводивший к каким-либо неблагоприятным последствиям. Падающие поперек ручьев и мелких рек стволы деревьев даже способствуют чистоте воды - они служат естественными препятствиями, снижающими скорость воды, а соответственно и степень размыва берегов и дна, образующиеся вокруг упавших стволов водовороты способствуют насыщению воды кислородом. Соответственно - меньше взвешенных веществ попадает в воду, она остается более чистой, более прозрачной. Так что естественная гибель старых деревьев по берегам рек - нормальный природный процесс.

В чем заключаются различные типы леса и типа лесорастительных условий? Каково их значение в лесоводстве?

Лесоводственная классификационная единица покрытых и не покрытых лесной растительностью земель со сходными лесорастительными условиями, потенциально обеспечивающими произрастание лесной растительности определенного состава и производительности. Применяется преимущественно для характеристики лесорастительных условий участков при лесовосстановлении и лесоразведении на землях, ранее не занятых лесной растительностью, и как показатель в дополнение к типу леса на землях, занятых лесной растительностью или временно лишенных ее вследствие рубки леса или пожара. Тип лесорастительных условий характеризует качество древесины и продуктивность древостоев, урожайность грибов и ягод, видовой состав фауны.

В начале XX в. Г. Ф. Морозов предложил рассматривать тип леса отдельно от типа лесорастительных условий. Обилие местных названий типа лесорастительных условий на огромной территории России затрудняло их использование, вызывало необходимость разработки обобщенной классификации типа лесорастительных условий. Первую классификацию типов лесорастительных условий для лесов европейской части России составил в начале XX в. А. А. Крюденер. В дальнейшем ее совершенствовали Е. В. Алексеев, Д. В. Воробьев, П. С. Погребняк, П. П. Кожевников и др. В практике лесного хозяйства для лесостепной и степной зон применяется объединенная схема типов лесорастительных условий П. С. Погребняка и П. П. Кожевникова, основанная на ряде важнейших показателей -- богатства и влажности почвы. По богатству почвы типы лесорастительных условий разделены на 7 рядов: А -- очень бедные (песчаные и избыточно увлажненные суглинистые), В -- малоплодородные (песчаные с прослойками супеси и суглинка, легкие супеси и избыточно увлажненные различного механического состава), С – среднеплодородные (песчаные на супесях или суглинках, супесчаные и песчаные с проточным увлажнением), D -- богатые (серые лесные и черноземные), Е – понижено-плодородные (деградированные черноземы и переходные к ним слабосолонцеватые суглинки), F -- малоплодородные солонцеватые (слабо и среднедеградированные черноземы, солоди и слабосолонцеватые аллювиальные почвы пойм), G -- низкоплодородные (солонцеватые суглинистые (солоди) и солонцеватые аллювиальные почвы пойм). По влажности типы лесорастительных условий разделены на 6 рядов: 0 -- очень сухие, 1 -- сухие, 2 -- свежие, 3 -- влажные, 4 -- сырые, 5 -- мокрые. Типы лесорастительных условий обозначают знаками А0, А4, В2, С3, D2 и т. д. По характеру лесной подстилки и встречаемости индикаторных растений каждый почвенный ряд имеет общее название -- в лесной зоне: боры (А1 -- А5), субори (В2 -- В5), сложные субори и сурамени (С2 -- С5), дубравы и ольшаники (D2 -- D5); в лесостепной и степной зонах: боры чистые (А0 -- А2), боры с дубом (В1 --В3), боры сложные и судубравы (С1 -- С3), сложные дубравы и ольшаники (D0 -- D5), кленово-кустарниковые дубравы (Е0 иЕ1) и ольшаники (Е5), кустарниковая растительность (F0 -- F4), мелкокустарниковая растительность и ветляники (G0 -- G5). На основе типов лесорастительных условий проектируют работы по лесоразведению и восстановлению леса, рекультивации нарушенных промышленной деятельностью земель и гидролесомелиорации.

Дайте сравнительную оценку семенному  и вегетативному возобновлению  леса.

В лесном фонде любого лесничества  имеются древостои семенного и вегетотивного происхождения. Таксация их должна производиться по различным таблицам уже вследствие того, что ход их роста различен. Обладая мощной материнской корневой системой, поросль от пня растет чрезвычайно быстро, в то время как семенные экземпляры той же породы должны сформировать собственную корневую систему, на что уходит более десятка лет. Обычно чем крупнее была материнская особь, тем быстрее рост поросли или корневого отпрыска. 
      Казалось бы, выгодность выращивания порослевых (низкоствольных) древостоев очевидна: быстрота роста в молодости, что выгодно при производстве мелкотоварной древесины; больший запас её в раннем возрасте; не нужны мероприятия по лесовосстановлению; простота ведения хозяйства; полная передача генетической информации новому поколению. 
      Однако существует ряд недостатков: 

начинается  вырождение - снижается скорость роста  и продуктивность древостоев, если древостой порослевого происхождения  и имеет уже не первую генерацию;

повышенная ветровальность порослевых древостоев, обусловленную поверхностными корневыми системами деревьев порослевого происхождения. Так, еще Г.Н. Высоцкий указывал, что если полезащитная полоса устарела, то выгоднее в степных условиях ее срубить и создать вновь семенным путем.

деревья приобретают  не только изгиб у основания ствола, но и неравномерную ширину годичных приростов в силу гнездового расположения стволов, наличия между ними конкуренции. Из-за этого образуется эксцентричность  ствола, проявляется «крень» - порок древесины, вызывающий коробление пиломатериалов, полученных из таких стволов;

формируются толстые, долго не отмирающие сучья, как результат бурного роста  поросли в молодости при отсутствии затенения с боков. Это снижает выход деловой древесины;

снижается товарность вегетативных древостоев (порослевого  и корнеотпрыскового происхождения) за счет гнилей и других болезней.            

Таким образом, вегетативным способом возобновления целесообразно пользоваться преимущественно при коротком периоде  выращивания мелкотоварной древесины  – до 30…40 лет. При больших сроках выращивания целесообразно создавать  древостои семенным путем.

Охарактеризуйте процесс смены ели мягко лиственными породами после сплошных механизированных рубок леса.