Леса как экологические системы

1. Естественные экосистемы России ( леса, степи, луга, тундры, болота, горы, пустыни, моря, реки, озера)

Лес – один из основных типов растительного  покрова Земли, представленный многочисленными  жизненными формами растений, среди  которых главную роль играют деревья  и кустарники, второстепенную – травы, кустарнички, мхи, лишайники и т. д.

Характерная особенность леса заключается  в том, что образующие его компоненты связаны между собой и с  окружающей средой. На рисунке 1 схематически показано, что лесной фитоценоз находится  под воздействием внешней среды  и сам оказывает влияние на нее. Так, солнечную энергию –  главный источник в растительных сообществах – в лесу поглощают  в основном кроны деревьев в процессе фотосинтеза и тем самым накапливают  органическое вещество. Основная масса  солнечной энергии отражается от поверхности крон и от почвы на прогалинах и уходит в атмосферу, незначительная часть расходуется  на транспирацию.

Леса как экологические системы  интересны и важны во многих отношениях. Во-первых, это одни из немногих экосистем  суши, сохранившиеся в естественном или слабо измененном человеком  состоянии; во-вторых, это самые крупные  экосистемы на Земле, которые характеризуются  высокой продуктивностью и в  которых аккумулируется большая  часть органического вещества планеты  в виде древесины, детрита, гумуса, используемого затем человечеством как для собственного потребления, так и для восстановления исчезающих в процессе его хозяйственной деятельности компонентов биосферы.

При рациональном использовании лесных экосистем в них поддерживается экологическое равновесие – естественным путем возобновляются популяции  деревьев, промысловых животных, лекарственных  трав, грибов. В итоге – сохраняется  и биосферная роль лесов. Однако принципы рационального использования лесов  соблюдаются не всегда.

Превышение расчетной лесосеки. Расчетная лесосека – это план заготовки древесины в пределах годичного прироста, при котором  лесу не будет нанесен существенный урон и он сможет восстановится. В России в районах, приближенных к транспортным узлам, расчетные лесосеки ценных пород (ель, сосна, пихта, кедр, лиственница) часто превышают. Это приводит к тому, что вместо этих пород вырубки зарастают березой и другими малоценными породами. Для того чтобы предотвратить этот процесс, называемый сменой пород, необходимо при рубках специально оставлять крупные деревья. Из их семян сможет восстановиться лес с преобладанием нужной породы. Там, где уже нет возможности обеспечить восстановление леса естественным путем, проводят посадки ценных пород.

Лесные пожары. Лесные пожары оказывают  большое отрицательное влияние  на многие процессы жизни леса. При  лесных пожарах повреждается или полностью уничтожается растущий лес вместе с подлеском, подростом и травяным покровом. В связи с этим утрачивается источник получения древесины и резко снижаются водоохранно-защитные и санитарно-гигиенические свойства леса. Пожары уничтожают гнезда птиц и местообитания зверей, способствуют размножению вредных насекомых.

Одной из причин увеличения лесных пожаров  является резкое увеличение числа людей, выезжающих в лес для отдыха. Случаи возгораний в лесу являются следствием неосторожного и неумелого обращения  с огнем. Так же пожары могут возникнуть от самовозгорания торфа, иногда от молний.

Мировая статистика показывает, что  около 97% всех лесных пожаров возникает  по вине людей. Отсюда борьба с лесными  пожарами остается одной из важнейших  государственных задач.

Характер распространения лесного  пожара зависит от состояния лесных горючих материалов, их структуры, количества и размещения. К горючим материалам в лесу относятся мхи, лишайники, лесная подстилка и торф, травы  и кустарники, подрост и подлесок, пни, валежник, порубочные остатки, хвоя. Зная характеристику лесных горючих  материалов, можно судить о степени  пожарной опасности в лесах.

Различают разные пожары: низовой (наземный), верховой (повальный) и подземный, или  торфяной. Низовые пожары бывают чаще других. При них горение происходит на почве. Низовые пожары бывают беглые и устойчивые. При беглых сгорают трава, лесная подстилка, всходы, подрост, подлесок, обгорают нижние части стволов, гибнет ель (у нее тонкая кора), а на старых соснах огонь оставляет ожоги – подгары.

При низовом устойчивом пожаре огонь  уничтожает живой напочвенный покров, ягодники, лекарственные и другие травы, лесную подстилку, прожигает  почву, повреждаются на значительную высоту деревья, рост их ослабляется, на них  нападают грибные болезни и вредные насекомые и они нередко погибают.

Еще не успеет растаять снег, а на солнцепеке и на сухих кочках уже высыхают прошлогодняя трава, листья, мхи и  мелкий древесный опад. Все это очень легко воспламеняется.

Засушливым летом количество пожаров  резко возрастает. То тут, то там  возникают самые страшные верховые пожары, гибельные по своим последствиям. Эти пожары опасны в хвойных лесах, особенно в молодняках, где хвоя, кора и древесина содержат смолистые  легко воспламеняющиеся вещества. Такие  пожары чаще бывают в ветреную и  сухую погоду. Огонь перебрасывается  на кроны деревьев. Горящие головни  и искры переносятся ураганным  ветром на несколько километров, создавая впереди фронт пожара. Скорость движения огня доходит до 25-30 и даже 50 километров в час. Иногда над горящим лесом  под влиянием ветра образуется огненный смерч. Температура достигает 900 градусов. С шумом двигается верховой пожар, со стоном падают деревья. Верховые пожары редко бывают в лиственных насаждениях.

В пламени разыгравшегося пожара погибают зайцы, лисицы, белки, медведи, лоси и  даже птицы, потерявшие в дыму ориентировку. На гарях находили обгорелые трупы  оленей, лосей и даже «хозяина»  и «знатока» леса – медведя. Гари бедны животными и долгие годы представляют собой пустыню.

Такие пожары опасны для домов отдыха, санаториев, детских учреждений, расположенных  в зеленых массивах, так как  эвакуировать отдыхающих в короткий срок почти невозможно.

Подземные (торфяные) пожары бывают в  лесах с мощными торфянистыми почвами. Торф выгорает на глубину высохшего  слоя. Едкий и удушливый дым  и запах горящего торфа доносятся  на значительное расстояние. Такой  пожар с первого взгляда даже не заметишь. Торф тлеет. Температура  тления достигает 500 градусов. Пламя  совсем не показывается наружу, а распространяется под слоем мха, и если неосторожно  встать на такой обманчивый ковер, то можно провалиться в огонь  и погибнуть или получить тяжелые  ожоги. Вместе с торфом сгорают корни, и деревья наклоняются в разные стороны и падают в беспорядке, образуя непроходимые завалы.

Иногда торфяные пожары не прекращаются и зимой. Едкий дым, запах горящего торфа, огонь, кое-где прорвавшийся на поверхность, провалы в почве  – вот признаки подземного пожара. При таких пожарах сгорают подстилка и торф, на восстановление которых требуются столетия.

К наиболее пожароопасным относятся  сосновые, кедровые и лиственничные  леса, особенно сухие боры с покровом из лишайников. Этому способствует сухая неразложившаяся подстилка, сухость напочвенного покрова, быстрота его высыхания после дождя, разреженность  древостоя.

В лесах этого типа преобладают  низовые беглые пожары. В перестойных  древостоях возможны низовые устойчивые пожары. Повторные пожары в этом случае являются причиной гибели насаждений.

Опасность пожаров в таких лесах  возникает весной, вскоре после таяния снега, и сохраняется до выпадения  устойчивого снегового покрова.

В темнохвойных еловых и пихтовых лесах пожарная опасность возникает  реже, но если возникнут, то приносят больше вреда, так как подрост и низко  опущенные ветви способствуют переходу низового пожара в верховой. Лес гибнет. Ель из хвойных пород наиболее чувствительна к повреждениям огнем.

Выпас скота. При выпасе погибают молодые  деревца, которые скот объедает и  вытаптывает, ухудшаются условия для  роста взрослых деревьев, исчезают птицы и массово размножаются вредители. В лесах на склонах  гор выпас вызывает смыв почвы (эрозию). Для исправления ситуации выпас  в лесах прекращают. Скот обеспечивают кормом на сенокосах и пастбищах, продуктивность которых повышают использованием специальных приемов улучшения лугов: 1 га улучшенного луга в лесной зоне дает столько же корма скоту, сколько дают 20 га леса.

Влияние на леса пыли и ядовитых газов. Отрицательно влияют на лесные экосистемы выбросы в атмосферу токсичных  газов и пыли промышленными предприятиями  и транспортом. Эти загрязняющие вещества попадают из атмосферы в  леса чаще всего с кислотными дождями. В непосредственной близости от промышленных предприятий, загрязняющих атмосферу, возможны ожоги листьев деревьев ядовитыми газами и пылью. Устойчивость разных деревьев к атмосферным загрязнителям  различна (смотрите воздухоочистительное значение лесов, второй род деятельности). Для уменьшения количества промышленных выбросов в атмосферу строят очистные сооружения и внедряют новые малоотходные технологии.

Влияние водохранилищ. Леса могут  погибать при строительстве водохранилищ и крупных дорог, нарушающих подземный  сток грунтовых вод. В прилегающих  к водохранилищу низких местах и  вдоль дорог к поверхности  приближаются грунтовые воды. Это  называется подтоплением. Такие породы, как липа, дуб или сосна, не приспособлены  к жизни на переувлажненных почвах и погибают. Для уменьшения вреда от подтопления на таких участках высаживают деревья, которые меньше страдают от избытка влаги (тополь, ольха, ива).

Истощение ресурсов побочного лесоиспользования. При чрезмерной заготовке даров леса: грибов, ягод, лекарственных растений и ненормированном отстреле дичи ресурсы леса истощаются. Заготовку растительного сырья и охоту в лесах организуют так, чтобы не подрывать способность популяций к возобновлению, то есть не превысить максимально допустимую долю изъятия урожая. Органы исполнительной власти контролируют использование лесных богатств, выдают специальные разрешения (лицензии) на отстрел животных и на заготовку определенного количества растительного сырья. В результате в последние годы увеличилась численность таких животных, как лоси и кабаны. Население должно знать способы и сроки заготовки растительного лекарственного сырья, бережно обращаться с кустарниками при сборе черемухи, калины, лещины и др.

Обеднение видового состава лесов  при использовании химических препаратов. В современном лесоводстве применяют  химические средства борьбы с насекомыми-вредителями. В год использования пестициды  подавляют вредителей, но вместе с  ними уничтожают много «врагов наших  врагов» – хищных насекомых (ос, муравьёв) и птиц. На следующий год  более массовые популяции вредителей могут вновь быстро восстановиться, а контролирующие их плотность менее  многочисленные виды вообще исчезнуть. Экологическое равновесие будет  нарушено, и пестициды придётся применять  каждый год, всё больше ухудшая экологическую  ситуацию в лесу и уменьшая разнообразие обитающих в нём животных. При соблюдении правил лесозаготовок и обеспечении охраны муравейников нет необходимости применять в лесу пестициды. Плотность насекомых-фитофагов регулируется механизмами экологического равновесия.

Степные экосистемы на территории России представлены огромным разнообразием формаций, ассоциаций, экологических вариантов, что обусловлено  большой территориальной протяженностью степной области и существенными  различиями в природных условиях (рис. 1). В русскоязычной литературе предложено много схем деления степного биома Евразии и России с разных позиций (ботанических, географических, зоологических). Следуя Е.М. Лавренко (Лавренко и др., 1991) на равнинах России выделяют 4 широтно-зональных типа степных экосистем, в общем случае сменяющих друг друга с севера на юг, примерно от 55° до 48° с.ш. (но на относительно небольших территориях вблизи горных систем направление зональности может меняться даже до меридионального). Все они также имеют соответствие в высотно-поясных рядах гор юга страны (Кавказ, Урал, Алтай, Саяны и более восточные горы юга Сибири). Эти основные типы: луговые степи, настоящие разнотравно-дерновиннозлаковые степи, настоящие (сухие) дерновиннозлаковые степи и опустыненные и пустынные степи. В общем, ряд от луговых степей к пустынным степям соответствует росту превышения среднегодовой испаряемости над суммой осадков (то есть росту засушливости климата). Подзона луговых степей и лесостепи протягивается широтно, здесь четко выделяются три региональных отрезка: европейский - с умеренно-континентальным климатом, где среди степей располагаются участки широколиственных лесов, преимущественно дубравы; западно-сибирский, с континентальным типом климата, где степи сочетаются с осиново- березовыми колками, реже сосновыми борами; и средне-восточно-сибирский с резко континентальным климатом, где лесной компонент лесостепи формируется за счет лиственничников и сосновых боров. Такие различия сказываются и в других подзонах степей, в составе растительных сообществ и животного населения.

Европейский сектор степного биома занимает обширную площадь, протягиваясь почти на 5 тыс. км с запада на восток и более чем на 1,2 тыс. км с севера на юг. Здесь сформировалось несколько  подзон: луговых степей и лесостепи; умеренно-влажных степей; сухих и опустыненных степей; полупустынь и пустынь (северного типа). Эти подзоны различаются не только по биоразнообразию, но и по виду хозяйственного использования, величины антропогенного пресса, по степени угрозы природным системам. Лесостепь с луговыми степями представлены разнотравно-ковыльными сообществами в сочетании с дубравами. Южнее они сменяются разнотравно-типчаково-ковыльными умеренно-влажными степями, которые к юго-востоку замещаются сухими полынно-дерновиннозлаковыми. В Прикаспии в полупустынях господство переходит в основном к полыни (черной полыни на суглинистых грунтах, песчаной полыни – на песках). В пустынных экосистемах доминируют чернополынно-биюргуновые комплексы в сочетании с фрагментами солончаковых пустынь. Однако в предгорьях Кавказа наблюдается обратная смена подзональных сообществ: полупустыни сменяются к югу умеренно-влажными и горными луговыми злаково- разнотравными степями. Особое место в степях занимают гидроморфные экосистемы долин рек. По рекам далеко на юг заходят древесные сообщества. Пойменные дубравы распространены в долине Хопра, на Волге-Ахтубе. К югу они сменяются ивняками в сочетании с доминирующими злаково-разнотравными лугами и травяными болотами. Особые реликтовые экосистемы с редкими видами растений встречаются на выходах мела и известняков. В фауне позвоночных наибольшее разнообразие отмечается у птиц, число видов которых в лесостепи превышает 200. Среди млекопитающих доминирующее положение занимают мышевидные грызуны, обычны зайцы; в полупустыне – сайгаки.