Функции леса в биосфере (обучающий семинар)
Участие леса в биосферных процессах и его функция в этих процессах определяется происхождением (естественные и искусственные леса), возрастом, географическим положением.
По возрасту леса классифицируют на:
Один гектар средневозрастного леса поглощает в год 4,6 – 6,5 т углекислого газа, производя 3,5 – 5,0 т кислорода.
По географическому положению выделяют леса:
По хозяйственному назначению:
Рассмотрим шесть основных функций леса в биосфере:
1. Биогенное накопление, трансформация и перераспределение солнечной энергии реализуется через биологический цикл миграции веществ. Более 80% общих запасов биомассы (фитомассы) сосредоточено в лесах, которые выступают хранилищем углерода в биосфере.
Комплексным показателем состояния лесов является углеродный баланс в лесных экосистемах России, который определяется разностью между поглощением атмосферного воздуха (в виде СО2) растительностью для создания первичной продукции и эмиссией углекислоты при потреблении консументами (включая человека), при всевозможных потерях и разложении мертвой органики, сконцентрированной на поверхности земли и в почве. Получаемая разность характеризует количественные изменения запаса углерода в экосистеме и определяет его роль в биосфере.
На всей территории лесного фонда России на площади 1180 млн. га накоплено 104 млрд. т биомассы или 52 млрд. т углерода (32 млрд. т в живой, 16 – в мертвой фитомассе, включая сухостой, валежник и лесную подстилку). В гумусе лесных почв накоплено более 180 млрд. т углерода.
Общие потери углерода (эмиссия С без затрат на гетеротрофное дыхание) в результате рубок, лесных пожаров, в очагах вредителей и болезней леса, сжигания порубочных остатков и отходов и дров составляют приблизительно 110 млн. т углерода/год. Таким образом, чистое ежегодное депонирование углерода (углеродный баланс) в живой и мертвой биомассе лесов России (без почв) составляет около 490 млн. т углерода/год.
2. Регулирование газообмена. Фитосфера является основным производителем кислорода. В глобальном масштабе наиболее значительную роль в стабилизации кислородного баланса в атмосфере играют бореальные хвойные леса и вечнозеленые лиственные леса тропического и субтропического пояса. Обновление планетарного кислорода в ходе процессов фотосинтеза происходит за 5200-5800 лет.
Антропогенная эмиссия углерода в атмосферу в виде СО2 в России в 1990 г. составила 650 млн. т углерода/год. При этом глобальная эмиссия составила 6100 млн. т углерода в год. Относительная доля России в глобальной эмиссии достигала 11%. В настоящее время в связи со спадом промышленного производства и ограничением выпуска парниковых газов в атмосферу (Киотский протокол) эмиссия не превышает 500 млн. т. Таким образом, только одни леса (без учета болот, лугов и тундры) полностью компенсируют промышленную эмиссию углерода (в виде СО2) России.
В целом, лесные экосистемы способны обеспечить секвестр антропогенного потока СО2 в глобальном масштабе при проведении надлежащих мероприятий по сохранению лесных экосистем:
— прекращения массовой вырубки тропических и субтропических лесов, а также лесов бореальной зоны;
— искусственного лесоразведения и содействия естественному возобновлению;
— компенсации процессов выделения углерода за счет регулирования объемов рубки леса;
— улучшения охраны и защиты от пожаров и воздействия насекомых;
— совершенствования технологий лесоэксплуатации, обработки древесины, рациональ-ного использования продукции и утилизации отходов;
— реконструкции непродуктивных насаждений, а также облесения обширных территорий пустующих и истощенных сельскохозяйственных земель.
По интенсивности газообмена по кислороду и углекислому газу фитосистема сопоставима с мировым океаном.
3. Альбедо. Лесные (растительные) ландшафты по сравнению с горными или пустынными обладают более низким альбедо. Благодаря этому лесной ландшафт позитивно влияет на радиационный баланс, увеличивая долю поглощенного излучения.
4. Водорегулирующая функция леса. Фитосфера обеспечивает одну из составляющих энергетического баланса биосферы через механизм транспирации. 95% поглощенной радиации расходуется на транспирацию и теплообмен. В итоге, количество осадков над лесами на 10-30% больше, чем в других ландшафтах.
Лесной ландшафт позитивно влияет и на другие составляющие гидрологического цикла:
— в 1,5 – 2 раза увеличивает влагосодержание почвы за счет удерживания снежного покрова в зимний сезон и предотвращения испарения с поверхности почвы в летний;
— в 10 раз сокращает поверхностный сток (даже при ливнях доля поверхностного стока не превышает 15%).
Лесной ландшафт регулирует элементный и микроэлементный состав почв (за счет биологического наполнения). Например, сосна аккумулирует азота в 3 раза больше, чем лиственные породы.
5. Воздухоохранная функция леса. Фитосфера обладает способностью дезактивировать загрязняющие вещества, попадающие из атмосферы, либо посредством их поглощения, либо за счет различных механизмов трансформации, например, окисления. Наиболее эффективными окислителями являются хвойные породы. За счет этого содержание в воздухе сернистого ангидрида, оксидов углерода, азота, фенолов и других соединений может быть снижено на 25-30%.
Фитосфера является своеобразным фильтром, обеспечивая очистку воздуха от взвешенных веществ. Один га леса осаждает 30-60 т пыли в год, причем на эффективности фильтра сказывается природа лесного ландшафта: 1 га сосны поглощает до 35 т, дуба – 54 т. Общая эффективность обеспыливания 21-86%.
Возможности фитосферы как механического и биологического адсорбера используются для организации санитарно-защитных зон (СЗЗ) для ограничения негативного воздействия производства на селитебную территорию.
В процессе фотосинтеза многие древесные породы выделяют особые химические соединения – фитонциды. Это вещества высокой биологической активности, они обладают профилактическими свойствами, подавляя возбудителей инфекционных заболеваний. В расчете на 1 га разные лесные ландшафты выделяют фитонцидов: лиственный лес – 2 кг/сут., хвойный – 5 кг/сут., можжевеловый – 30 кг/сут.
В соответствии с местоположением и выполняемыми функциями леса подразделяются на следующие категории защитности.
Запретные полосы лесов по берегам рек, озер, водохранилищ и других ВО – полосы леса шириной от 0,2 до 20 км, выделяемые по берегам рек и др. ВО, в зависимости от протяженности реки и площади водоема. Выполняют водоохранную, противоэрозионную, противоабразионную, аккумулятивную и др. функции.
Запретные полосы лесов, защищающие нерестилища ценных промысловых рыб – прибрежные полосы леса, выделяемые по берегам рек, являющихся местом нереста ценных промысловых рыб, в целях создания благоприятных условий для сохранения полноводности рек и чистоты воды в них. Ширина полос устанавливается в зависимости от рыбохозяйственного назначения водоема.
Противоэрозионные леса – это леса, в которых функция защиты почв от разрушения преобладает над остальными. К противоэрозионным лесам относят леса на крутых горных склонах, лавиноопасных склонах, каменистых россыпях, в селеопасных бассейнах, на легкоразведываемых песках, оврагах, круток склонах балок и речных долин, на мерзлотных почвах, рекультивируемых землях.
Запретные полосы лесов вдоль железнодорожных магистралей, автомобильных дорог – полосы леса на территории земель государственного лесного фонда, расположенные по обе стороны дорог и предназначенные для защиты дорог от песчаных и снежных заносов, лавин, селей, оползней, обвалов, ветровой и водной эрозии на прилегающих к дорогам землях, для снижения уровня шума, выполнения санитарно-гигиенических и эстетических функций, ограждения движущегося по дорогам транспорта от неблагоприятных аэродинамических воздействий. Ширина полос вдоль железных дорог – не менее 500 м, вдоль автомобильных – не менее 250 м.
Государственные защитные лесные полосы – это искусственно созданные насаждения линейного типа, выполняющие климаторегулирующие, почвозащитные и водоохранные функции.
Леса на пустынных, полупустынных, степных, лесостепных и малолесных горных территориях, имеющие важное значение для защиты окружающей природной среды – это так называемые байрачные леса естественного или искусственного происхождения, привязанные к гидрографической сети; разобщенные участки леса (колки) в степных и лесостепных районах; высокогорные леса, расположенные по границе с верхней безлесной частью горных вершин и хребтов.
Леса зеленых зон поселений и хозяйственных объектов – леса, расположенные в пригородной зоне, за пределами городской черты, выполняющие важные климаторегулирующие, санитарно-гигиенические и рекреационные функции, оказывающие положительное влияние на экологическую обстановку городов и других населенных пунктов и обеспечивающие благоприятные условия для отдыха людей в лесной обстановке.
Леса первого и второго поясов зон санитарной охраны источников водоснабжения – леса, расположенные по берегам рек в пределах водосборных бассейнов, озер и других водоемов, предназначенных для снабжения населения водой и обеспечивающих полноводность и чистоту воды в этих водных объектах.
Орехово-промысловые зоны – кедровые леса, имеющие важное значение в качестве сырьевой базы для заготовки орехов и организации охотничьего промысла пушных зверей.
Лесоплодовые насаждения – естественно или искусственно созданные леса на землях государственного лесного фонда, в составе которых произрастают ценные плодово-ягодные и орехоплодные породы деревьев и кустарников.
Притундровые леса – леса, расположенные на северном пределе распространения лесной растительности. Притундровые леса, выполняя средообразующие и средозащитные функции, являются естественным стабилизатором окружающей природной среды.
Леса I , II и III зон округов санитарной (горно-санитарной) охраны курортов – леса, расположенные в пределах территорий округов санитарной охраны курортов и оказывающие положительное влияние на организацию и проведение оздоровительных мероприятий в объектах отдыха и лечения, а также обеспечивающие охрану лечебных факторов природной среды.
Особо ценные лесные массивы – леса уникального породного состава (с наличием реликтовых и эндемичных пород), уникальной продуктивности и генетических качеств, а также леса, выполняющие важные защитные функции в сложных природных условиях.
Леса государственных природных заповедников – леса на территории лесного фонда, изъятые из хозяйственного использования, выделяемые для охраны животных, растений и всего природного комплекса в целом, редких и исчезающих видов флоры и фауны, а также с целью изучения естественного течения природных процессов и явлений и разработки научных основ охраны природы.
Заповедные лесные участки – участки леса, в растительном комплексе которых имеются ценные реликтовые и эндемичные виды древесных, кустарниковых и травянистых растений, подлежащих охране.
В запретных полосах лесов по берегам рек, озер, водохранилищ и других водных объектов, в защитных полосах лесов вдоль железнодорожных магистралей, автодорог, в лесах зеленых зон поселений и хозяйственных объектов, в ленточных борах, а также в лесах на пустынных, полупустынных, степных, лесостепных и малолесных горных территориях, имеющие важное значение для защиты ОПС, проводятся рубки главного пользования, направленные на улучшения состояния древостоев, усиление природных функций этих лесов, а также на своевременное и рациональное использование спелых и перестойных древостоев.
6. Сохранение биоразнообразия. Леса обеспечивают в своих экосистемах сохранение 3500 видов сосудистых растений, 1000 – мохообразных, 2000 – лишайников, 90 – млекопитающих, 500 – птиц.
В России обитает значительное число редких и охраняемых видов растений и животных, включенных в Красную книгу.
Антропогенное влияние на биологический параметр окружающей среды
Изменение биологического параметра окружающей среды под влиянием антропогенной деятельности многообразно. В первую очередь эти изменения касаются балансовой составляющей, обусловленной сокращением площади лесов:
— перевод лесов в категорию с/х угодий;
— биологически необоснованные системы рубок;
— расширение промышленного и гражданского строительства;
— осушение заболоченных земель;
— лесные пожары и пирогенные суксессии;
Последствия антропогенного уничтожения для ОС проявляются через изменения не только собственно биологического, но и других параметров антропосреды:
— вымирание видов животных и растений, разрушение ареалов диких животных, деградация почв (биологический параметр);
— опустынивание с изменением альбедо подстилающей поверхности (энергетический параметр);
— наводнение, образование селевых потоков (водный параметр ОС);
— нарушение цикла обращения углерода и газообмена (биологический параметр).
Источник