Экологические системы Земли

Экологические системы Земли.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Климатические условия  экосистемы

В хвойных лесах имеется  несколько четких времен года. Зима очень холодная со снегом, а лето (оно длится от 4 до 6 месяцев) очень  влажное и жаркое. В летние месяцы выпадает много осадков. Средняя зимняя температура опускается ниже нуля, варьируется от -48 до -2 градусов. Летняя температура составляет от нуля до 22 градусов. 

Хвойные леса — лес, состоящий почти исключительно из деревьев хвойных пород. Значительная часть хвойных лесов расположена в холодном климате северных широт в качестве тайги. Повсеместно, в том числе в России, хвойные леса являются главным объектом лесопользования. На окраинах континентов Северного полушария, где на режиме осадков сказывается влияние океана, хвойные леса образованы породами, более требовательными к влажности почв (например, в Евразии это ель, пихта, сосна кедровая). Такие хвойные леса называют темнохвойными. Во внутренних районах, где осадков выпадает меньше, а зимы более суровые, хвойные леса формируются главным образом из сосны и лиственницы и называются светлохвойными. В России наряду с этими группами лесов довольно часто встречаются смешанные хвойные леса - из представителей темнохвойных и светлохвойных пород.

Хвойные деревья хорошо чувствуют себя в высоких широтах, потому что являются вечнозелёными, и фотосинтез может начинаться немедленно, как только условия станут благоприятными для роста, без необходимости отрастания листьев вначале, как в случае с лиственными лесами. Таким способом хвойные деревья компенсируют краткость сезона роста, который длится от 50 до 80 дней, в зависимости от географической широты. Созревание семян и размножение также связаны с климатом. Хвойные деревья, в отличие от лиственных, не образуют органов плодоношения, которые опыляются и созревают в течение одного года. Оплодотворение в женской шишке может требовать для своего завершения год и более, и может пройти до трёх лет, пока шишка разовьётся, а семена созреют для распространения.

Результатом отсутствия листовой подстилки и преобладания холодных климатических условий, которые замедляют естественное разложение ковра из опавшей хвои, материала, который в любом случае трудно разлагается, являются лишь очень тонкий слой почвы и небольшой, а то и полностью отсутствующий подлесок. Млекопитающие, населяющие эти места, большей частью растительноядные и живут на диете из мха, сосновой хвои, коры и шишек. Насекомоядные птицы редки по сравнению с теми, которые питаются семенами и почками хвойных. В этих местах лесные пожары нечасты, и обычно происходят весной, когда в деревьях мало сока. В это время огромные территории могут подвергаться опустошению.

Общая площадь хвойных лесов России превышает 500 млн. га, а запас древесины в них составляет 5,8 млрд. кубометров. Расчётная лесосека (объём безопасной вырубки, сопоставимый с естественной убылью взрослых деревьев в лесу) в России составляет около 1 млрд. кубометров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Почвенный покров

Типы почвы хвойных лесов отличаются лишь по количеству влаги в ней. Это изменяет количество питательных веществ в почве и также влияет на способность окружающей среды приспосабливаться к жизни с обилием или нехваткой осадков.  Почва данного региона отличается небольшим содержанием минеральных веществ и плохим дренажом, что объясняется низким коэффициентом испарения в данном регионе. Части тайги также покрыты толстыми слоями торфа и органической почвы, имеющих высокий коэффициент влагозадержания, и способными оставаться влажными в течение всего года.  Почва сухих хвойных лесов 
Сухие хвойные леса имеют тип почвы, состоящий из верхнего слоя хвои, шишек и тонких листьев. Это идеальная питательная среда для животных, обитающих на земле, и грибов, которые помогают возвращать питательные вещества в почву, которая иначе была бы кислой. Нижние слои почвы содержат микроорганизмы, которые продолжают процесс минерального распада, обеспечивая деревья питательными веществами. Из-за медленного распада питательных веществ в этой почве, деревья в сухих хвойных лесах обычно расположены редко - по сравнению с густыми хвойными лесами в бореальном регионе.  Хвойные деревья в горных регионах приспособились к росту и выживанию на скалистом грунте. Хотя хвойные деревья, растущие в горах, можно считать частью бореального биома, всё же имеются определенные отличия. Совсем как почва сухих хвойных лесов, почва в горных регионах содержит очень мало питательных веществ, а также очень твердая. В результате, деревья не способны развивать большую корневую систему.

 

 

 

 

 

Растительное  сообщество

Ель обыкновенная. Зеленая, пахучая красавица ель издавна считается особым деревом. Стройная и «гордая», эта представительница вечнозеленого царства хвойных служит украшением леса и новогодних праздников. Ель в благоприятных условиях достигает высоты 40—45 м. Ствол у нее прямой, стройный. Расположение ветвей мутовчатое и промежуточное. Побеги тонкие и ребристые, большей частью голые; растущие побеги зеленые. Корневая система ели поверхностная, поэтому она подвержена ветровалу. Цветет ель в мае—июне. Семена созревают в октябре — ноябре и опадают в конце зимы. Плодоношение повторяется через 4—7 лет. Продолжительность жизни — 300—500 лет.

Ель служит не только украшением леса и новогоднего праздника. В  хозяйственной практике она чуть ли не самое «ходовое» дерево и  дает очень много ценного и полезного для человека. Знаменитый следопыт Дерсу Узала, спутник и проводник по таежным тропам советского исследователя Дальнего Востока, этнографа и писателя В. К. Арсеньева, всегда носил в своей котомке «смолье для растопок». Это были преимущественно еловые щепочки, густо пропитанные смолой. Смоляное полешко Дерсу Узала вспыхивало быстро и ярко даже в дождливую погоду и долго горело, легко разжигая сырые от дождя и лесной влаги дрова.

Теперь еловая смола — ценное сырье для химической, лакокрасочной, мыловаренной и некоторых других отраслей промышленности.

Кора ели идет на приготовление  дубителей для кожи, а древесина  имеет широкое и самое разнообразное  промышленное применение. Легкая и  прочная, она служит незаменимым  материалом для изготовления крепежных  стоек в горняцком деле.

Еловые балансы — бревна определенной длины — главное сырье для целлюлозно-бумажной промышленности, которая вырабатывает бумагу, вискозу, пироксилин, кино- и фотопленку, целлулоид и т. п.

Некоторые сорта еловой древесины  относятся к так называемой резонансной  древесине. Из нее делают певучие  и звучные скрипки, виолончели, пианино, мандолины, гитары.

Еловые леса требуют особой заботы, так как ель имеет некоторые особенности, которые делают ее самым беззащитным деревом перед стихиями природы. По крайней мере, лесоводы единодушно считают, что ель малоустойчива против ветра, так как корневая система у нее плоская и глубоко в землю не проникает, а распространяется в поверхностном слое почвы наподобие гусиной лапки. В силу этой особенности ель может расти только в окружении своих сородичей или других устойчивых пород. Сросшись корнями друг с другом или с другими породами, ели обретают устойчивость. Известный знаток сибирской тайги П. Н. Крылов так красочно описал ельник: «Кому приходилось бывать среди типичной тайги, например в дремучем пихтово-еловом лесу, тот, конечно, испытывал особое ощущение, вызываемое его угрюмой и величественной картиной, увеличиваемое еще своеобразным гулом ветра, скользящего между плотной хвоей. Но впечатление это, конечно, будет несравненно сильнее у того, кто знает, что, проникая в такую тайгу, например, из березового леса, он переступает из современной обстановки в обстановку седой старины, существовавшую уже в те отдаленные времена, когда на земле не было еще нынешнего могучего властелина ее — человека».

Еловые леса действительно  темны и мрачноваты. Зато одиноко  стоящая ель если и создает  первоначально впечатление грусти, то это впечатление затем сменяется  ощущением силы, гордого упорства, которое придает ей готическая форма  кроны, как бы устремленной ввысь.

Русские издавна любят  эти чудесные пушистые деревца, украшают ими сады и парки, исторические и  памятные места мемориального назначения. Стройные голубые ели посажены, например, возле Мавзолея В. И. Ленина, память о котором так дорога сердцу каждого  из нас.

Жаль только, что у ели  свой, можно сказать, «строптивый» характер: она жительница загородных просторов, а городское задымление, загрязненный воздух городов действует на ель  губительно. Потому и не часто удаются  еловые посадки в больших городах.

Наша обыкновенная ель  теневынослива, и это помогает ей в жизни. На оголенных вырубках и  пожарищах ель появляется только тогда, когда вырубку основательно обживут осина с березой. Под  их кронами совсем крошечные елки чувствуют себя прекрасно. Хоть и маловато света, но надо терпеть, накапливать силенки, тем более что осины и березы не только защищают ели от морозов и солнечных ожогов, но и почву для них хорошо удобряют своими опадающими листьями.

Зато как только ель войдет в силу, то сразу же забывает о своих благодетелях, даже нарочно подставляет свои острые иголки, чтобы о них рвались, трепались и засыхали листья у соседок берез и осин. А потом, поднявшись к свету, ель и совсем забивает соседей. Такая неблагодарная!

Есть, конечно, и у елки свои враги — то корневая губка  корни поразит, то монашенка или  жук-топограф досаждает, а то и сохатый  пообъест иголки. Вот и побаивается ель расти в одиночестве — все старается поближе к дубу, буку, липе поселиться. На них птицы гнезда вьют. А птицы — враги вредителей-насекомых.

Пихта сибирская достигает высоты 35 м. Это стройное, красивое хвойное дерево с узкоконической кроной и длиннозаостренной вершиной. На опушках леса крона низко опущена.

Цветет пихта в мае—июне, а семена созревают в октябре и вскоре опадают вместе с чешуйками шишки. Хвоя держится на деревьях до 10 лет. По отношению к теплу, влаге, свету пихта сходна с елью, поэтому часто поселяется вместе с ней, образуя елово-пихтовые насаждения. Корневая система более глубокая, чем у ели, и к почве она более требовательна, чем ель. Живет пихта до 150—200 лет.

Лиственница сибирская достигает высоты 35—40 м. У нее прямой ствол, ажурная крона, пропускающая много света. Отличается от других хвойных пород тем, что ежегодно к ноябрю сбрасывает на зиму хвою. Встречается дальше всех других хвойных пород на севере. Лиственница морозоустойчива, засухоустойчива, светолюбива и может переносить как холод, так и жаркий степной климат. В горы лиственница поднимается до верхнего предела леса.

Растет большими чистыми  массивами и не образует плотно сомкнутых  насаждений, доживает до 400—450 лет. Лиственница растет быстро и значительно опережает сосну и ель. Ее часто высаживают в степях, на полезащитных лесных полосах.

Цветет лиственница в мае—июне, шишки раскрываются в начале сентября, и семена быстро рассеиваются. Наибольший район распространения у лиственницы даурской, которая является господствующей породой в лесах Восточной Сибири; затем идет лиственница сибирская (Западная Сибирь); третье место занимает лиственница Сукачева, распространенная на европейском северо-востоке и Урале.

Сосна обыкновенная. Величавы чинные сосны, золотыми колоннами стоящие в лесу на светлом травянистом ковре с живыми вышивками цветов. Внизу стволы сосен потемнели от дождей, и эта чернь красиво оттеняется изумрудом травы Желтизна стволов хранит запечатленный отблеск вечернего солнца. Вековые сосны словно выстроились на парад, и будто огнем вспыхивает освещенная лучами сосновая колоннада.

Сосна достигает высоты 35—40 м, ствол у нее прямой, стройный, с правильным мутовчатым ветвлением. Крона меняется с возрастом: в молодости она конусовидная, а с возрастом становится округлой. Иглы хвои расположены на побегах попарно и держатся 2—3 года, а местами до 7 лет. Глубокая корневая система сосны делает ее устойчивой против ветра. Порода эта светолюбивая и густых тенистых насаждений не образует. В сосновом бору много света. На лесосеках и заброшенных полях она появляется первой и быстро развивается. К почве, теплу и влаге сосна не требовательна, благодаря чему растет во многих районах Российской Федерации, заселяя различные почвы — от сухих песков до торфяных болот. Лучшая почва для сосны — свежие супеси.

Доживает до 400 лет и более. Цветет ежегодно в мае—июне, цветки собраны в разнополые соцветия и образуют мужские и женские шишки на одном растении.

Семена созревают на следующий год в октябре—ноябре, но раскрываются зрелые шишки и рассеиваются семена только ранней весной (март—апрель) следующего года.

Кедр сибирский (или сосна сибирская) — мощное дерево, достигающее высоты 30—35 м и толщины 120 см с прямым, ровным стволом и густой кроной. Ветвление мутовчатое, хвоя собрана по пять штук в пучке. Кора у кедра серо-серебристая, гладкая, у старых деревьев с тонкой коркой в виде пластинок. К почвам кедр не особенно требователен, но предпочитает богатые суглинки. Он не боится холода и засухи, особенно сухости воздуха, и более теневынослив, чем сосна.

Цветет в июне, а шишки созревают в конце сентября следующего года и в октябре опадают. Сидящие внутри шишек бескрылые семена, неправильно называемые орешками, съедобны, обладают высокой маслянистостью. С одного дерева собирают много орехов. Их используют в сыром виде и для приготовления сливок, содержащих витаминные группы В. Кедр живет до 400—500 лет. Древесина его одна из лучших для построек.

Можжевельник — хвойный кустарник или дерево — природная лаборатория здоровья. Наукой доказано, что с 1 га, засаженного можжевельником, за сутки испаряется около 30 кг летучих органических веществ — фитонцидов, этого количества достаточно для очистки воздуха от бактерий большого города.

Его ягоды издавна использовались в народной медицине. В первый год  они зеленые, а на второй (созревают  в конце сентября) становятся черными  с сизым налетом.

Ягоды содержат эфирное масло, смолу, яблочную, уксусную и муравьиную кислоты и другие вещества. Плоды можжевельника широко применяются как лечебное средство, от них исходит необыкновенно стойкое благоухание кипарисового аромата. Можжевеловый сахар-фруктоза в полтора раза слаще свекольного.

Плоды можжевельника сжигают для удаления затхлых запахов, перегоняют на эфирное масло. Посуда из можжевелового ствола очень долго сохраняет молоко свежим.

Среди кустарников подлеска можжевельник — самый долговечный. Древовидный можжевельник в горах встречается в возрасте до 2000 лет, а в средней полосе страны кустарник достигает возраста 300—500 лет.

Можжевельник не только украшение  леса или парка, он привлекает птиц — защитников зелени от вредителей. Всю зиму в можжевельнике идет ягодный пир глухарей, тетеревов, рябчиков, северных гостей—свиристелей, снегирей, щуров. Его плодами лечатся  звери — лоси, лисицы, волки.

Хвойные леса, особенно еловые, требуют особой заботы, так как  ель является самым беззащитным  деревом перед стихиями природы. Она мало устойчива против ветра, так как ее корневая система плоская  и глубоко в землю не проникает, а распространяется по поверхности  почвы. Поэтому она может расти  в окружении своих сородичей  или других более устойчивых пород.

 

 

 

 

 

 

 

Животное  сообщество

Для животных северные хвойные  леса зимой могут быть очень суровыми. Температура всю зиму держится ниже нуля, а еды в лесу очень мало. Снег может лежать в лесу до шести  месяцев в году. Некоторые из видов  живут здесь только летом, а на время холодов мигрируют на юг. В хвойных лесах обитают как  травоядные, так и хищные животные. В США, Канаде и России к обитателям хвойного леса относятся олень, лось, карибу, кабан, черный медведь, медведь гризли, рысь, волк, лиса, бобёр, речная выдра, заяц, мышь, полевка и росомаха. Медведи, которые живут в хвойном лесу круглый год, приспособились к суровым условиям, впадая на время зимы в спячку. У зайцев и лис на время зимы уплотняется шерсть, а лоси, олени и карибу питаются мхами и лишайниками. 

Из-за небольшого количества растений основная часть птиц, обитающих  в северных хвойных лесах, - это  хищные птицы. В течение года они  питаются мелкими грызунами и  рыбой, а летом еще и ягодами. Белоголовый орлан, ушастая сова, скопа, сокол и ястреб обитают  в хвойных лесах лишь часть  года. Земноводных в этом климате  почти нет из-за низких зимних температур, однако тут обитает большое количество насекомых, многие из которых до сих  пор не классифицированы. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные  экологические функции данной экосистемы

Лес играет огромную роль в  сохранении водных и земельных ресурсов, в улучшении окружающей среды. Леса выполняют важнейшие средо-образующие функции: полезащитную, почвозащитную (противоэрозионную), климато-защитную и др. Кроме того леса выполняют космическую роль, участвуя в процессе фотосинтеза, т.е. превращении костной матери в органическую и во многом и во многом определяя биохимические циклы.

Леса создают фитомассу, связывая поглощенный из воздуха диоксид углерода и выделяя чистый кислород. 60% фитомассы, создаваемый растениями суши, приходится на леса. Очень важно и то,  что леса на длительное время фиксируют в древесине органическое вещество.

Леса выполняют водоохранные, защитно-санитарные, гигиенические, оздоровительные функции.

Роль лесов заключается  в следующем:

- Они являются  поставщиком кислорода

- влияют на  водный режим

- снижают  воздействие засухи и суховеев, сдерживают движение подвижных  песков;

- защищают  почву от водной и ветровой  эрозии, селей и оползней;

- препятствуют  разрушению берегов рек и озер;

- поглощают  и преобразовывают часть атмосферных  химических загрязнений;

- благоприятно  влияют на здоровье человека.

Лес является источником получения  древесины, технического,  минерального, свежего сырья, животных продуктов. Из леса производят более 30 тыс. изделий и продуктов.

Леса преобразовывают  атмосферные загрязнения; так наибольшей окислительной способностью обладают хвойные насаждения, липа, верба, береза. В лесу выделяется более 300 различных  ароматических соединений, эфирных масел, фитонцидов, убивающих болезнетворные микробы, например, в хвойном лесу отсутствуют патогенные микробы. Радиационный фон в лесу в 2 раза ниже чем в городе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Трофическая сеть данной экосистемы

Верхний автотрофный ярус, или "зеленый пояс", включающий растения или их части, содержащие хлорофилл, где преобладают фиксация энергии  света, использование простых неорганических соединений и накопление сложных  органических соединений.

Нижний гетеротрофный  ярус, или "коричневый пояс" почв и осадков, разлагающихся веществ, корней и т. д., в котором преобладают использование, трансформация и разложение сложных соединений.

В результате последовательности превращений энергии в пищевых  цепях каждое сообщество живых организмов в экосистеме приобретает определенную  трофическую структуру.  Трофическая структура сообщества отражает соотношение между продуцентами, консументами (отдельно первого, второго и т.д. порядков) и редуцентами, выраженное или количеством особей живых организмов, или их биомассой, или заключенной в них энергией, рассчитанными на единицу площади в единицу времени.

Органическое вещество, производимое автотрофами, называется первичной  продукцией. Скорость накопления энергии  первичными продуцентами называется валовой  первичной продуктивностью, а скорость накопления органических веществ - чистой первичной продуктивностью. ВПП  примерно на 20 % выше, чем ЧПП, так  как часть энергии растения тратят на дыхание. Всего растения усваивают  около процента солнечной энергии, поглощённой ими.

При поедании одних организмов другими вещество и пища переходят  на следующий  трофический  уровень. Количество органического вещества, накопленного гетеротрофами, называется вторичной продукцией. Поскольку гетеротрофы дышат и выделяют непереваренные остатки, в каждом звене часть энергии теряется. Это накладывает существенное ограничение на длину пищевых цепей; количество звеньев в них редко бывает больше 6. Отметим, что эффективность переноса энергии от одних организмов к другим значительно выше, чем эффективность производства первичной продукции. Средняя эффективность переноса энергии от растения к животному составляет около 10 %, а от животного к животному - 20 %. Обычно растительная пища энергетически менее ценна, так как в ней содержится большое количество целлюлозы и древесины, не перевариваемых большинством животных.

Такая последовательность и  соподчиненность связанных в  форме  трофических  уровней групп организмов представляет собой поток вещества и энергии в экосистеме, основу ее организации.

Изучение продуктивности экосистем важно для их рационального  использования. Эффективность экосистем  может быть повышена за счёт повышения  урожайности, уменьшения помех со стороны  других организмов (например, сорняков по отношению к сельскохозяйственным культурам), использования культур, более приспобленных к условиям данной экосистемы. По отношению к животным необходимо знать максимальный уровень добычи (то есть количество особей, которые можно изъять из популяции за определённый промежуток времени без ущерба для её дальнейшей продуктивности).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные  экологические проблемы экосистемы

Благодаря своим гигиеническим и эстетическим свойствам леса имеют огромное рекреационное  значение. С ростом городов и увеличением  численности городских жителей  возрастает роль лесов  и лесопарков как мест массового отдыха, туризма, профилактики заболеваний и лечения, удовлетворения эстетических и познавательных потребностей населения. Сведение лесов в результате хозяйственной деятельности либо их уничтожении вследствие пожаров, наводнений ,а также насекомыми вредителями ведет к серьезным нарушениям в ходе естественных природных процессов как на региональном уровне, так и в глобальном масштабе. 
Последствия таких нарушений проявляются в утрате биоценозами потенциала самовосстановления. На вырубках, на гарях, болотах леса первичного типа восстанавливаются крайне редко. Фактически происходит их замена лесами вторичного типа.

Например, хвойные  и   широколиственные   леса  замещаются осиновыми, березовыми, ольховыми зарослями. Замена лесов и кустарников травянистыми ассоциациями, а тем более пашней приводит к изменению соотношения тепла и влаги, гидрологических и геохимических условий почвенного покрова, фауны и т.д.

Наряду с такими наглядными факторами, представляющими большую опасность лесам, как прямое истребление, существуют скрытые и полускрытые, постепенно и постоянно угнетающие, а иногда и способные даже уничтожить лесной массив. Это, прежде всего, выбросы в атмосферу в большом количестве различных токсичных веществ и их трансграничный перенос, следствием которых являются наблюдающееся значительное подкисление атмосферных осадков и содержание в них различных поллютантов, часто в повышенных концентрациях. Воздействие кислых атмосферных осадков, содержащих даже умеренные концентрации загрязняющих веществ, способно вызвать медленные, но достаточно серьезные, часто необратимые изменения в структуре и функциях экосистем на огромных территориях. На территории республики особенно актуальна  проблема  усыхания и деградации темнохвойных массивов. 
Происходит сведение лесов как в результате хозяйственной деятельности, так и вследствие пожаров ,наводнений, а также поражения лесных массивов насекомыми-вредителями и болезнями.

Также одной из  проблем  лесопользования республики является старение лесных массивов. Необходимы профилактические вырубки, и грамотная программа восстановления лесных массивов. Происходит замена лесных массивов первичного типа на леса вторичного типа. Хвойные и  широколиственные   леса  замещаются осиновыми, березовыми, ольховыми зарослями.

Особенно важна охрана лесов городов, где они испытывают значительные рекреационные нагрузки.

Леса относятся к исчерпаемым, но возобновляемым ресурсам. Поэтому к главным задачам лесного хозяйства, наряду с охраной лесов от пожаров, борьбой с вредителями и болезнями леса, относится и лесовосстановление, обеспечивающее не только восстановление пройденных вырубками и пожарами насаждений, но и расширенное воспроизводство лесов на непокрытых лесной растительностью землях.