Лекция 2. Морфология леса.
План.
1. Понятие леса, биогеоценоза и экосистемы.
2. Лесной фитоценоз и его компоненты.
3. Изменчивость и дифференциация деревьев. Отпад.
4. Вертикальное и горизонтальное расчленение фитоценоза.
5. Отличительные признаки лесных и парковых фитоценозов.
1. Понятие леса, биогеоценоза и экосистемы.
Лес представляет собой совокупность растений, обитающих на конкретной территории. В понятие леса также включаются организмы, обитающие в лесной среде. Растения и животных окружают факторы неживой природы. Совокупность живых и неживых факторов природы и есть лес.
Лес – это элемент географического ландшафта, состоящий из совокупности деревьев, занимающих доминантное положение, а также кустарников, живого напочвенного покрова и микроорганизмов. Все организмы между собой взаимосвязаны, влияют друг на друга и на окружающую среду.
Высоцкий представил лес в виде следующей зависимости:
S=L·H·G·P,
где S – лес,
L – совокупность растений, обитающих на данной территории,
H – влияние хозяйственной деятельности на растения,
G – среда обитания растений,
P – влияние среды обитания на растения.
В 1944 году В.Н. Сукачев дал понятие леса как биогеоценоза.
Рис. 1. Схема биогеоценоза.
Лес – биогеоценоз или экосистема, в которой древесная растительность является эгификатором, доминантом и главным продуцентом.
2. Лесной фитоценоз и его компоненты
Фитоценоз – совокупность растений, обитающих на данной территории. Иногда под понятием фитоценоза понимают насаждение, то есть совокупность растительности, произрастающей на определенной лесной территории.
В фитоценозе происходит естественный отбор и осуществляется борьба за существование. В результате естественного отбора происходит отпад деревьев, который составляет в течение жизни около 95% числа растений в первоначальной стадии развития.
В состав фитоценоза входят следующие компоненты:
1. Древостой является основным компонентом, определяет почвенно-грунтовые условия и составляет основную органическую массу в лесном фитоценозе.
Древостой разделяют:
а) по происхождению
-Естественное происхождение. Лес создан самой природой без вмешательства человека в его жизнь.
-Искусственное происхождение. Человек посадил либо посеял лес.
б) по форме
-Простой древостой представлен деревьями одной высоты, то есть все деревья в лесу сосредоточены в одном ярусе.
-Сложный древостой представлен несколькими ярусами, то есть деревья в насаждении имеют разные высоты.
в) по составу
-Чистый древостой. Насаждение образовано только одной породой и тогда состав насаждения записывается в виде следующих формул
10С – сосны,
10Е – ели,
10ОС – осины,
10ОЛЧ – ольхи черной.
-Смешанный древостой. В состав его входит несколько древесных пород и представляется он в виде следующих формул
6Е2С1Б1ОС,
5Е5Б,
2С2Е2ОС4Б.
г) по возрасту насаждения
Возраст определяется либо по годичным кольцам на пне дерева, либо по мутовкам (расстояние между расположением сучьев).
- Одновозрастный древостой. Все деревья в насаждении различаются по возрасту не более, чем на 1 класс возраста, то есть 10 или 20 лет.
10 лет – для мелколиственных пород (береза, осина, ольха, вяз и другие)
20 лет – для хвойных и твердолиственных пород (сосна, ель, лиственница, дуб, граб и другие)
- Разновозрастный древостой. Различие в возрасте древесных пород превышает 20 лет.
В практической деятельности древостои разделяют не по возрасту, а по классам возраста и весь период жизни леса делится на возрастные этапы:
- молодняки (древостой 1,2 класса возраста)
- средневозрастные (древостой 3-го класса)
- приспевающие (4-го класса)
- спелые (5-го класса)
- перестойные (6-го и выше)
Древостои в течение жизни проходят также возрастные этапы в своем развитии:
1) Этап индивидуального роста (первый критический этап)
В этот период у растений наблюдается наибольшая смертность, значительный процент растений погибает из-за суровых климатических условий.
2) Этап чащи
В этот период наблюдается конкуренция между растениями за свет, тепло и влагу, происходит формирование кроны дерева и их (крон) смыкание, формируется полог древостоя.
3) Этап жердняка (второй критический этап)
В этот этап происходит сильная конкуренция за минеральные вещества в почве, слабые особи отмирают, и в насаждении образуется большое количество отпада (до 10 м3).
4) Этап приспевания.
Характеризуется наибольшим приростом деревьев по высоте и диаметру. Происходит формирование запаса древостоя.
5) Этап спелости.
В этот период замедляются процессы роста растения, и ведется заготовка древесной массы в лесу путем проведения рубок главного пользования. В этот же период под пологом древостоя начинает появляться молодое поколение леса, которое называется предварительным возобновлением.
6) Этап старения
Характеризуется распадом насаждения. Деревья усыхают, вываливаются и на их месте появляются молодые особи.
За весь период жизни леса до старости доживают лишь 1-5% деревьев из первоначального их числа.
д) по таксационным показателям
Таксационные показатели – это ряд значений древостоя, характеризующие размеры деревьев древостоя: средняя высота, средний диаметр на высоте грунта, полнота насаждения, сумма площади сечения, запасы насаждения, сомкнутость полога и др.
е) по товарности
Товарность – процент выхода деловой древесины с единицы площади.
Товарность древостоя определяется по классам товарности:
1 класс – выход деловой древесины >90%
2 класс – выход деловой древесины 71-90%
3 класс – выход деловой древесины <70%
ж) по типу леса
Тип леса характеризует условия роста растений, в основном, механический состав и плодородие почвы, а также водный режим местности.
Тип леса определяют по древесной породе и индикатору почвенно-грунтовых условий.
з) по продуктивности древостоя
Продуктивность древостоя – это условия роста растений и интенсивности фотосинтеза растений на данной территории.
Продуктивность определяется по величине класса бонитета:
1 класс – самые продуктивные, 5 класс – низкопродуктивные
Класс бонитета находится по специальным таблицам через высоту древостоя и средний возраст деревьев.
2. Подрост- это древесные растения естественного происхождения, образующиеся под пологом леса или на вырубке из семян. К подросту относят растения, высота, которых не превышает ¼ высоты деревьев основного яруса.
Подрост разделяют:
а) по породам (еловый, сосновый и т.д.)
б) по группам высот
- мелкий (до 0.5 м)
- средний (0.51-1.5м)
- крупный (более 1.5м)
в) по категории жизнеспособности
- жизнеспособный подрост (имеет большой верхушечный прирост, а прирост боковых ветвей – незначительный)
- нежизнеспособный подрост
В лесном хозяйстве выделяют всходы и самосев: всходы – это растения, образованные из семян в возрасте до1 года. Самосев – это растения, образованные из семян в возрасте от1 года до 5 лет.
г) по густоте
Густота – это количество растений на единицу площади (1га)
- густой (>5000 растений/1га)
- средней густоты (2000-5000)
- редкий (<2000)
3. Подлесок – это кустарники, реже деревья, произрастающие под пологом леса и неспособные сформировать древостой в будущем. Это растения, имеющие небольшие высоты.
Подлесок разделяют:
а) по породам (рябина, крушина, лещина и пр.)
б) по густоте
- густой (> 1000 растений/1га)
- средней густоты (500-1000)
- редкий (<500)
Подлесок изучают, как и подрост, путем закладки учетных площадок размером в 10м2 или 25м2. Они могут быть: прямоугольной (2´5м, 5´5м) или круговой формы (R=1.78м, R=2.82м). Площадки располагаются равномерно по площади или по таблице случайных чисел.
4. Подгон – это деревья или кустарники, способствующие росту и улучшению формы главной породы.
Подгон разделяют:
а) по породам
б) по высоте
в) по распределению по площади
Подгон характерен для лесов широколиственных и тропических, а в таежных лесах подгон не играет существенной роли в жизни фотосинтеза.
5. Живой напочвенный покров - это совокупность мхов, лишайников, травянистых растений и полукустарников, произрастающих на покрытых и непокрытых лесом землях. Его подразделяют:
а) по видам растений (сфагновый мох, кукушкин лен, брусника, вейник лесной и др.)
б) по проективному покрытию, т.е. процентом площади, занятой данным видом (зеленые мхи – 10%)
в) по высотам растений
г) по фитомассе растений
Изучают живой напочвенный покров по учетным площадкам размером 1м2.
6. Почва удерживает растение в вертикальном положении и снабжает стебель водой и питательными веществами. Она определяет продуктивность древостоя, его состав и др. таксационные показатели.
Под лесом формируется особые почвы – дерново-подзолистого типа
В зависимости от состава древостоя под лесом могут образоваться
- грубогумусовые почвы
- среднегумусовые почвы
- мягкогумусовые почвы
От типа гумуса зависит продуктивность леса, водный и тепловой режим почв.
3. Изменчивость и дифференциация деревьев. Отпад.
В одном и том же возрасте деревья имеют различные габитусы (размеры). Это связанно со следующими факторами:
1. Генетические свойства древесной породы (генотип) связаны с размножением организмов и соотношением клеток и молекул ДНК и РНК.
2. Влияние факторов внешней среды на растение (фенотип). Фенотип представляет собой свойство организма, сформированное у генотипа в сочетании с факторами внешней среды.
Весомость признаков в организме оценивают путем факторного анализа и применением методов математической статистики в лесном хозяйстве.
Расчленение (разделение) особей по размерам называется дифференциацией лесов, которая связана с индивидуальными особенностями самого дерева, с естественным отбором в лесу и с наследственной особенностью вида. В результате дифференциации происходит разделение деревьев по высоте, диаметру ствола и кроны. Дифференциация деревьев учитывается в практической деятельности, особенно при рубках ухода за лесом.
Густав Крафт все деревья в насаждении с учетом дифференциации разделил на 5 классов:
1 класс – самые крупные деревья с мощной кроной и большим диаметром ствола. Таких деревьев в насаждении 5-10%
5 класс – усыхающие или засохшие деревья. Эти деревья вырубают при проведении рубок за лесом.
4. Вертикальное и горизонтальное расчленение фитоценоза.
Лесной фитоценоз представляет собой однородную категорию в пределах определенного участка (выдела). Однако внутри фитоценоза возможны неоднородности. Поэтому при научных исследованиях выделяют более мелкие структурные единицы, которые называются:
1. Биогеоценотическая парцелла – это биогруппа растений со специфическими связями, энергией обмена веществ и рядом других показателей. Например, липовая парцелла, еловая парцелла с подростом березы.
2. Синузия – часть парцеллы, объединяющая группу организмов, состоящих из одинаковых жизненных форм. Например, синузия лишайников, синузия мхов, синузия кустарников и т.д.
Такое разделение фитоценоза наблюдается по горизонтам. По вертикали биогеоценоз разделяют на:
а) яруса
1 ярус – древостой. 2 ярус – древостой либо из теневыносливых пород, либо древостой из деревьев 2-ой и 3-ей величины. Следующий ярус выделяют из подроста и подлеска. В следующий ярус объединяют кустарники и травы. Нижний ярус представлен мхами и лишайниками.
б) биогруппы - это несколько древесных пород одного вида семенного происхождения, произрастающих на площади 1-2м2. Внутри биогруппы выделяют: главную породу, на которую ведется хозяйство, и сопутствующую породу, способствующую росту главной породы. Например, сосново-березовая биогруппа; сосна – главная порода, береза – сопутствующая, т.к. она имеет меньшую ценность, запас, продуктивность.
Для каждого яруса также выделяют
в) таксационные показатели (средняя высота, средний диаметр, запас древесины и т.д.)
5.Отличительные признаки лесных и парковых фитоценозов
И лес, и парк являются фитоценозами, но между ними имеются лесоводственные и биологические различия, которые заключаются в следующем:
Таблица 1
Различия в фитоценозах
Лесной фитоценоз | Парковый фитоценоз |
1. Лес – естественное создание. Он создан природой. Его состав и показатели определяются почвенно-климатическими условиями. | 1. Парк – культурный фитоценоз. Он, как правило, создан человеком путем посадки декоративных деревьев и кустарников. |
2. В лесу наблюдается процесс естественного возобновления растений. Лес постоянно увеличивает площадь своего ареала путем семенного либо пороспевого возобновления. | 2. Естественное возобновление древесных пород подавляется хозяйственной деятельностью человека. Появившаяся поросль и самосев растений вырубаются при проведении санитарных рубок или при проведении ландшафтных рубок. |
3. Непрерывно происходит саморегулирова-ние численности особей на единице площади. От нескольких десятков тысяч особей в молодом возрасте до состояния спелости доживает лишь несколько сотен экземпляров. | 3. Саморегулирование численности растений не происходит из-за хозяйственной деятельности человека. Ненужные виды растений вырубаются человеком в периоде всех возрастных этапов растений. |
4. Лесной фитоценоз характеризуется небольшим количеством видов древесных растений (количество видов, как правило, не превышает 10). | 4. Количество видов древесных растений составляет несколько десятков. |
5. Затраты на создание и уход 1га леса незначительные и не превышают, как правило, 300 рублей. | 5. Стоимость создания 1га патка составляет несколько мил. рублей (3-5 млн. руб.) |
6. В лесу обитает большое количество видов птиц и фауны (более 50 видов). | 6. В парке встречаются лишь некоторые виды птиц, а крупные млекопитающие отсутствуют (не превышает 10 видов). |