Листовой опад в лесах умеренного пояса
Содержание
Введение
1. Лесной опад
2. Масса опада
3. Содержание элементов питания
4. Опад и лесная подстилка
Заключение
Список литературы
Введение
Опавшие в течение года листья, хвоя, ветви, сучья, плоды и другие остатки лесной растительности составляют лесной опад. Это наиболее богатые зольными веществами и азотом части растений. Опад - основной материал для образования лесной подстилки и гумуса. От его количества, состава, времени и окружающих его условий зависят во многом почвообразовательный процесс, формирование лесной почвы.
Главный поставщик опада - древостой. В лесах умеренного пояса, включая тайгу, смешанные леса и лесостепь, величина этого опада равна 0,5-7-8 т на 1 га в год. Наиболее характерные средние величины - 2-4 т/га. Во влажных тропических лесах годичный опад достигает 12 т и более. Большое влияние на величину опада оказывают состав древостоя, его форма, возраст, густота, сомкнутость и полнота, тип леса. Древесные породы по величине даваемого ими опада в чистом древостое можно распределить в следующем порядке: наибольший опад дает буковый древостой, за ним ель и береза, далее в порядке уменьшения идут сосна, дуб, лиственница. Примесь ели в 1-ом ярусе и особенно наличие 2-го яруса из этой породы заметно увеличивает количество опада и в древостоях с преобладанием сосны, лиственницы и некоторых других пород.
Наибольшее количество опада наблюдается в возрасте жердняка, особенно при отсутствии в нем рубок ухода (прореживаний). В это время в результате самоизреживания отмирает большое число деревьев, которое, добавляясь к опаду, значительно обогащает почву органическим веществом.
Обширная сводка по листовому опаду для ряда районов СНГ и некоторых зарубежных стран (США, Германии) дана Л.Е. Родиным и Н.И. Ба-зилевич (1965).
Опад в лесу образуется не только за счет древесных ярусов, но также и напочвенного покрова. Некоторые данные показывают, что напочвенный покров в лесу дает в некоторых случаях почти такую же массу органического материала почве, какую и древостой.
Общее количество мертвого органического вещества в лесу не ограничивается рассмотренным опадом. Оно включает также сухостойные, буреломные и ветровальные деревья, не опавшие сухие сучья и ветви, отмирающие подземные органы растений (корни). Ко всему этому присоединяются отмершие организмы животного и другого происхождения (включая микробы).
1. Лесной опад
К опаду, относят хвою, листья деревьев, остатки травяного яруса, ветки, шишки и пр.; деревья в опад не включают, их относят к отпаду. Роли в круговороте опада и отпада резко различаются. Отпад достаточно локален, долго сохраняется (иногда его разложение затягивается на 70-100 лет). В отдельных случаях, достигнув определенной стадии разложения, он служит субстратом для возобновления древесных пород (ели, лиственницы). Зольные вещества, закрепленные в отпаде, медленно поступают и используются другими компонентами биосистемы.
Совершенно иная роль опада. В приспевающих и спелых древостоях он в течение года весь переходит в подстилку, соответствующая часть которой полностью разлагается. Следовательно, зольные элементы опада быстрее высвобождаются и поступают в круговорот. Но и само разложение опада, часто начинающееся еще на дереве, уже тогда фактически представляет собой этап круговорота.
На величину опада влияют многие факторы: почвенно-климатические условия, погодные условия текущего и предыдущего годов, степень воздействия листоядных насекомых (листовертки, шелкопряды и др.), порода, возраст древостоя. Величина опада может составлять от нескольких центнеров (в лесотундре) до нескольких тонн. Для всех лесов характерно поступление опада на протяжении всего вегетационного периода. В лесах умеренного климатического пояса максимумы приходятся на осенние и весенние месяцы. Заметно различается запас опада по годам. Качество опада в первую очередь определяется исходным материалом. Листья и хвоя разных пород заметно различаются по зольности, составу зольных элементов, иногда по некоторым биохимическим свойствам (содержанию дубильных веществ, смол и т.д.) Содержание таких важных для гумусообразования веществ, как лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза, близко у многих растений. Поэтому (различия в свойствах гумуса определяются в первую очередь условиями разложения, в том числе количеством опада, особенностями почвы, воздействием микроорганизмов и животных и т. д.
Химический состав опада хвои и листьев претерпевает одинаковые изменения. По сравнению с зелеными листьями и хвоей опад беден азотом, фосфором, калием и богат кальцием. С опадом на поверхность почвы поступает 20-80 кг зольных веществ и 10-40 кг азота. Дальнейшая их судьба определяется условиями разложения опада, от которых зависит степень закрепления зольных веществ в подстилке. Разложение таких веществ, как целлюлоза, протеин, эфирорастворимые соединения, протекает значительно медленнее, чем разложение водорастворимых соединений, поэтому их содержание или слабо уменьшается или несколько возрастает. Круговорот опада усиливается под влиянием животных. Их роль проявляется уже тогда, когда листья и хвоя еще функционируют на растениях. Листогрызущие насекомые поедают листья и ускоряют этим круговорот. Но особенно четко проявляется воздействие животных на круговорот при разложении опада. Личинки разных групп насекомых, черви, используя опад в пищу, измельчают его, изменяют химический состав, перемешивают с почвой, иногда затаскивают на глубину.
2. Масса опада
Прежде всего отметим роль лесорастительного региона и лесной формации, что наглядно иллюстрируется данными, полученными на территории Европейской части Российской Федерации (Молчанов, 1973):
Таблица 1
| Лесорастительный регион | Лесная формация (спелые насаждения) | Вес опада (в абс. сух состоянии), т/га |
| Лесотундра | Сосняки | 0,7-1,0 |
| Ельники | 1,2—1,5 | |
| Северная подзона тайги | Сосняки | 1,6—3,5 |
| Ельники | 2,2—3,8 | |
| Средняя подзона тайги | Сосняки и ельники | 2,5—4,0 |
| Зона смешанных лесов | Сосняки | 2,8-4,3 |
| Ельники | 3,2—7,0 | |
| Лесостепь | Дубравы | 3,5—5,1 |
Масса опада увеличивается при продвижении с севера на юг. В зоне смешанных лесов по отношению к лесотундре в сосняках и ельниках его в 2,6...4,7 раза больше. Поскольку ель по сравнению с сосной характеризуется более активными процессами метаболизма, в ельниках количество опада по отношению к соснякам в отдельных регионах превышает до 1,7 раза. Наибольшее количество опада характерно для высокопродуктивных дубрав, как в силу их более южного расположения, так и высокой метаболической активности дуба. Согласно В. В. Протопопову (1975), также в условиях Европейской части Российской Федерации еловые насаждения на территории северной подзоны тайги формируют в год опада в количестве до 2 т/га, средней подзоны — до 3 и южной - более 3 т.
Примесь лиственных пород в составе хвойных древостоев и
Лиственные насаждения опада дают больше, чем хвойные. В Подмосковье, по данным И. А. Банниковой (1967), в сосняках опад составляет 1,3...2,1 т/га, дубняках - 2,3...3,1 и осинниках - 3,1...4,9. Наибольшее количество опада приходится на возраст древостоев 40...60 лет, т. е. на период максимального роста.
Увеличение опада вызывает улучшение почвенно-гидрологичес-ких условий. На Южном Урале количество опада в сосняке IV класса бонитета на суховатых почвах и повышенных местоположениях в абсолютно сухом состоянии составляет (Абатуров, 1966)2,3 т/га, в сосняках III класса бонитета, приуроченных к средним частям склонов, - 3,4 т/га.
Листовой опад на Среднем Урале в основном (90...96%) поступает осенью, а хвоя опадает в течение всего года: в теплый период - 19...40%, в холодный - 60...80% (Фирсова и др., 1990). В сосняках Приангарья (Леса Среднего Приангарья, 1977) 50% опада поступает зимой и весной (октябрь-май), 20% - летом (июнь-август) и 30% - в сентябре.
3. Содержание элементов питания
В лесном опаде содержится большое количество азота и зольных элементов, которое также варьирует в зависимости от многих факторов (табл. 2).
Таблица 2 - Запасы азота и зольных элементов в лесном опаде
| Регион | Лесная формация | Количество, кг/га | Авторы данных |
| Архангельская | Осинники | 166 | А. Д. Вакуров, А. Ф. Полякова |
| область' | (1966) | ||
| Южная Карелия | Сосняки | 54...108 | С. С. Зябченко (1984) |
| Белоруссия | Хвойные | ||
| насаждения | 120...200 | П. Ф. Асютин (1990) | |
| Подмосковье | Сосняки | 68 | И. А. Банникова (1967) |
| Осинники | 211 | И. А. Банникова (1967) | |
| Средний Урал | Ельники (смешанные древостой) |
70...95 | В. П. Фирсова и др., (1990) |
| Западные | Кедровники | 67...121 | В. В. Протопопов (1975) |
| Саяны |
Приводимые данные позволяют констатировать, что с улучшением экологических условий в географическом аспекте (сравнить данные по Белоруссии и Подмосковью с данными по Среднему Уралу или Западным Саянам) в опаде больше элементов питания. То же наблюдается, если сравнить осинники Архангельской области и Подмосковья. Лиственные насаждения элементов питания в опаде содержат больше, чем хвойные (сравнить осинники и сосняки Подмосковья). Ведет к увеличению элементов питания в опаде и примесь лиственных пород к хвойным. Это хорошо видно по данным
С. С. Зябченко (1984), согласно которым в сосняках Южной Карелии при доле лиственных пород 20% количество элементов питания в опаде - 54 кг/га, при 40% - 66 и при 60% - оно достигает 108 кг/га.
В лесных насаждениях с более плодородными почвами количество элементов питания в опаде выше по сравнению с бедными почвами. Нашими исследованиями на Среднем Урале (Луганская, Луганский, 1978) установлено, что в более продуктивном сосняке разнотравном (II класс бонитета) по сравнению с сосняком брсуничным (IV класс бонитета) в опаде зольных элементов содержится в 1,5 раза, а азота на 10% больше.
4. Опад и лесная подстилка
Ежегодно поступающий опад формирует лесную подстилку. Ее запасы зависят от количества опада и скорости разложения подстилки. Естественно, чем быстрее разлагается подстилка, тем ее запасы меньше. В подстилке сосредоточено большое количество азота и зольных элементов, что можно видеть на примере по Среднему Уралу. Согласно данным Р. П. Исаевой и др. (1990), запасы лесной подстилки в сосняках и ельниках различного возраста и в различных почвенно-гидрологических условиях в абсолютно сухом достоянии варьирует от 23 до 63 т/га. Если принять, что азот в этой массе составляет 2%, то его общее количество достигнет 460...1260 кг/га, а зольные элементы из расчета 3% составят 690... 1890 кг/га. Сравнив годовое потребление насаждений, например, азота 50 кг/га и 120 кг/га зольных элементов, видно, что запасы их в подстилке перекрывают годовую потребность соответственно в 9..25 и 5...15 раз.
В лесотундре и северной подзоне тайги, где процессы разложения подстилки замедлены, накапливаются большие ее запасы и достигают мощности до 50 см (Седых, 1990). На юг от северной подзоны, по мере увеличения количества тепла, возрастают темпы разложения подстилки и ее запасы в зоне смешанных лесов значительно меньше. В тропиках подстилка вообще не накапливается (Молчанов, 1973). Период полного разложения лесной подстилки в таежной зоне в различных условиях длится от 3 до 8 лет (Молчанов, 1973).
Скорость разложения подстилки и долю участия в ней опада характеризует подстилочно-опадочный коэффициент, т. е. отношение всей подстилки к опаду на момент исследования. Чем медленнее идет разложение подстилки, тем коэффициент больше. Поскольку в тропиках подстилка не накапливается, а присутствует только опад,следовательно, подстилочно-опадочный коэффициент будет равен 1 (отношение опада к самому себе). В северных широтах, где накапливаются большие запасы подстилки, коэффициент будет наибольший. Л. К. Поздняков для лиственничников Якутии приводит коэффициенты от 4 до 10.
Если принять максимальный показатель запаса лесной подстилки для Среднего Урала 63 т/га (Исаева и др., 1990), а количество опада 4 т/га, то подстилочно-опадочный коэффициент составит 16. Диапазон коэффициентов от 1 (в тропиках) до 16 можно подразделить на 3 группы: 1...5 - подстилка разлагается быстро, 6... 11 -подстилка характеризуется средней скоростью разложения и 12 и более - подстилка разлагается медленно.
Заключение
Лесная подстилка играет важную роль в обменных процессах лесных экосистем. Поэтому изучение ее формирования имеет большое теоретическое значение.
Изучение опада и лесной подстилки началось давно. К этим вопросам проявлял интерес М.В. Ломоносов. В прошлом столетии немецкий ученый Э. Эбермайер опубликовал свой труд под названием «Общее учение о лесной подстилке» (Ebermayer, 1876). С тех пор проведены многочисленные исследования и интерес к этим вопросам не ослабевает. Более того, за последние годы эти исследования значительно расширились в связи с задачей изучения биомассы в соответствии с Международной Биологической программой (МБП).
Список литературы
1. Мелехов И.С. Лесоведение / И.С.Мелехов. - М.: Изд. МГУЛ, 1999г. 398с.
2. Луганский Н. А. Лесоведение и лесоводство: термины, понятия, определения: учебное пособие / Н. А. Луганский, С.В.Залесов.- Урал. гос. лестехн. академия. Екатеринбург, 1997г. 101с
3. Луганский Н.А. Лесоведение: учебное пособие / Н.А. Луганский, С.В.Залесов, В.А.Щавровский.- Урал. гос. лесотехн. академия. Екатеринбург, 1996г. 373 с.