Лес и климат. 
Взаимное влияние леса и климата. 
Зональность лесов

Зональность лесов. Лес — явление географическое. Распространение лесов на земном шаре и в пределах одной страны зависит от климатических условий. Выделяют следующие типы климата, определяющие географию лесов: климат тундры, климат тайги, климат смешанных хвойных и лиственных лесов, муссонный климат умеренных широт, климат степей, климат средиземноморский, климат зоны субтропических лесов, кроме этих типов климата, выделяют климат внутриматериковых пустынь умеренного пояса, субтропических пустынь, саванн, или тропической лесостепи, влажных тропических лесов.

Рис. 40. Природные зоны СССР

Классификация климатов иллюстрирует зависимость распространения растительности от температуры и влажности. В результате неблагоприятного климата в некоторых странах или очень мало лесов, или их совсем нет. Во влажных теплых районах произрастают преимущественно лиственные леса с большим разнообразием древесных пород, в холодных и умеренно холодных— хвойные леса, состоящие из ограниченного числа пород.

Природные зоны СССР. Природная зона-это часть зеленой поверхности, опоясывающая в виде широкой полосы материки и характеризующаяся таким сочетанием тепла и влаги, которое обусловливает развитие в ее пределах определенных типов почв и растительности. На территории СССР выделены семь природных, или естественноисторических, зон: тундра, лесотундра, лесная зона, лесостепь, степь, полупустыня и пустыня (рис.40).

Тундра расположена вдоль побережья Северного Ледовитого океана, от Белого до Берингова моря, занимает более 3 млн. км, или 15% всей территории страны. Здесь встречаются равнины и низменности, возвышенности и горные хребты. Климат суровый. Зима длится 7—8 мес. Лето холодное и короткое. Температура воздуха зимой от —12 до —42 °С, летом от 3 до 13 °C. Среднегодовое количество осадков 150—300 мм. Почвы торфянисто-глеевые, маломощные, с вечной мерзлотой, часто выступающей на поверхность. Типы растительности — лишайниковая, моховая, травяная, кустарниковая.

Лесотундра простирается узкой полосой между тундрой и тайгой от Кольского полуострова до Берингова моря. В геологическом и геоморфологическом отношении она неоднородна: западная часть до Енисея равнинная, восточная — горная. Климат мягче, чем в зоне тундры, с более теплым летом и суровой зимой. Температура зимой от —9 до —50 °С, летом от 9 ро 16 °C. Безморозный период 75—90 дней. Среднегодовое количество осадков составляет 250—400 мм. Преобладают торфянисто-глеевые и торфянисто-подзолисто-глеевые почвы. Значительная часть территории находится в условиях вечной мерзлоты.

Лесная зона занимает больше половины всей территории СССР и простирается от Балтийского моря на западе до Охотского и Японского морей на востоке. Западная часть — равнинная, восточная — горная. Климат суровый, с холодной зимой и сравнительно теплым летом. Среднегодовое количество осадков 4−50—650 мм. Преобладают дерново-подзолистые почвы, в понижениях—подзолисто-глеевые, лугово-болотные и торфянистые. В Восточной Сибири на различной глубине находится вечная мерзлота. Преобладают 4 типа растительности: лесная, луговая, болотная, кустарниковые заросли. В этой зоне сосредоточено около 80% всех запасов древесины страны и 90% запасов хвойной древесины. Древесная растительность обеспечена питательными веществами, количество влаги в почве достаточное и даже избыточное.

Лесостепная зона простирается от Карпат на западе до Алтайско-Саянских гор на востоке. Зона переходная. Территория равнинная. Материнские породы — лёссовые и моренные отложения. Почвы — выщелоченные черноземы и слабо оподзоленные серые. В Западной Сибири часто встречаются солонцевато-лугово-черноземные почвы и солончаки. Климат более теплый, зима мягкая. Температура зимой от—5 до—7,5 °С, летом от 18,5 до 21,5 °С. Количество осадков 500—550 мм в год.

Степная зона простирается от западных государственных границ СССР до предгорий Алтая и представляет собой равнину. Материнские породы (в европейской части СССР) —лёсс и лёссовидные суглинки, в Западной Сибири — плотные глины. Преобладают черноземы различной мощности, на юге черноземы переходят в темно-каштановые почвы. Климат характеризуется высокими летними температурами и сухостью воздуха. Температура зимой от —4 до —30 °С, летом от 19 до 23 °C. Среднегодовое количество осадков составляет 350—500 мм.

Пустынно-с тепная зонаявляется как бы переходным' звеном между степной и пустынной зонами. Климат резко континентальный. Лето жаркое и засушливое, максимальная температура выше 40 °C. Зима холодная с температурой —40°С. Среднегодовое количество осадков 150—250 мм. Часты засухи, суховеи.

Зона пустынь занимает территорию от Каспийского моря до границы с Китаем на востоке. Рельеф территории — равнина, в западной части — низменность, к востоку она принимает ступенчатый характер и распадается на несколько замкнутых бассейнов. Климат континентальный, засушливый. Лето жаркое и сухое. Температура зимой от —4 до —14 °С, летом от 25 до 30 °C. Почвы — сероземы, пески, солончаки; все почвы засоленные, содержат мало гумуса.

Субтропическая зона проходит узкой полосой на крайнем юге страны — в районах Черноморского побережья Кавказа, Азербайджана, Грузии, Туркмении и Таджикистана. В горных районах на севере зоны леса произрастают на высоте до 1500 м над ур. м., на юге — до 1800 м. Состав древесных пород меняется по мере увеличения высоты над уровнем моря. Горные леса подразделяются на лесорастительные подзоны (горные леса Крыма, Кавказа, Памира, Тянь-Шаня) со своим климатом, растительностью и животным миром.

Влияние климата на лес и леса на климат. Климат оказывает большое влияние на лес. Само существование леса определяется климатом. В тундре нет леса. В лесотундре произрастают карликовые, мелкие с искривленными стволами и флагообразными однобокими кронами сосна, береза, ель, лиственница, кедровый стланик, тополь. Лес образуют редколесья и криволесья. Лишь в долинах рек еловый лес достигает IV класса бонитета с запасом 60—70 м3/га.

В улучшенном климате лесной зоны произрастают насаждения, разные по составу и продуктивности. В основном это таежные леса.

Здесь чаще встречаются чистые еловые и пихтовые леса, которые называют темнохвойными.

Главные породы лесной зоны, имеющие наибольшее экономическое значение, — ель обыкновенная, сосна обыкновенная и лиственница. Для Сибири характерны также сосна кедровая сибирская, пихта сибирская, для Дальнего Востока — сосна кедровая корейская.

Часть лесной зоны составляют смешанные леса, которые отличаются большим числом пород на единице площади и разным соотношением хвойных и лиственных — от подавляющего преобладания хвойных до безраздельного господства лиственных пород. В этих лесах произрастают такие ценные лиственные породы, как дуб, бук, клен, ясень и др.

Смешанный лес, в составе которого хвойные и лиственные породы, более светлый благодаря солнечным лучам, свободно проникающим через кроны лиственных деревьев. Поэтому под пологом смешанного леса часто поселяются теневыносливые кустарники, орешник, бересклет бородавчатый, бузина, калина и др.

Увеличение тепла, но вместе с этим и уменьшение влаги в лесостепной зоне меняют растительный облик Земли. В зоне распространены два типа растительности: лугово-степная и лесная. Лесообразующие породы — дуб, липа, ясень, клен, граб (западная часть); береза, осина (восточная часть). На песчаных почвах растет сосна. Леса занимают главным образом северную часть лесостепи и поймы рек на юге.

В южных районах страны, где тепла еще больше, чем в лесостепи, но совсем мало влаги, преобладает степной тип растительности— ксерофитные многолетние растения. Встречаются разнотравно-типчаково-ковыльные и типчаково-ковыльные степи, а также кустарниковая степь, где произрастают береза, бобовник, вишня степная, спирея, терн и др. В степи отсутствуют естественные леса, они произрастают лишь по речным долинам.

В пустынно-степной зоне растительный покров несомкнутый. Преобладают главным образом ксерофитные травы и полукустарники, солянки, степные дерновинные злаки, эфемеры. Древесные растения встречаются в основном только в долинах рек. Там, где максимальные температуры достигают +50 °С, преобладают 5 типов растительности: эфемерная на сероземах; эфемерно-полынная на засоленных сероземах; полынно-солончаковая на солончаках; песчаная (саксаул белый, джузгун, песчаная акация); тугаи (чингиль, гребенщик, лох, тополь, туранга), ивы.

В субтропиках особый климат. Здесь теплее и очень много влаги. Из лесообразующих пород наиболее распространены дуб, граб, каштан съедобный, орех грецкий, самшит, лавровишня. Высокопроизводительные леса образуют буки восточный и западный.

Климат обусловливает производительность лесов. В более суровых условиях она низкая (IV—V классы бонитета), а в лесной зоне характеризуется I—1а классами. Однако в пределах одной географической зоны производительность лесов зависит от почвы, количества влаги, солнечной радиации, температуры, длительности вегетационного периода и других факторов (рис. 41).

Климат влияет на качество древесины. Так, на севере произрастает кондовая сосна. Она отличается от сосны, произрастающей в средней полосе, тем, что у нее поздняя (летняя) древесина составляет 35% и более, годичные кольца мелкие, а у южной сосны они более широкие и рыхлые, т. е. древесина менее плотная.

Зависят от климата морфологические показатели. Плодоношение сосен на севере слабое и повторяется через более длительные промежутки времени, чем у произрастающих на юге. Семена северной сосны мельче семян южной. Масса 1000 сосновых семян из Архангельской обл. 2 г, а из центральных областей — 6—7 г.

Климат, его сезонные изменения влияют также на проведение лесохозяйственных, лесокультурных и других мероприятий. Так, в северных районах посев и посадку начинают в конце мая —июне, а в Московской обл. *—в конце апреля — начале мая, в Узбекистане — в марте, в некоторых районах даже в феврале. Климат, и в частности метеорологические условия, определяют пожарную опасность и меры борьбы с лесными пожарами. С климатом тесно увязаны технологические процессы рубок леса и лесовозобновления. Не только климат воздействует на растительность, но и лес влияет на климат. В лесу создается свой микроклимат. Степень сомкнутости крон деревьев, состав верхнего и нижнего ярусов и многие другие факторы обусловливают лесной микроклимат. Зимой в лесу теплее, а летом прохладнее, чем на открытых местах, в поле. Лесные насаждения, созданные в степи, не только регулируют микроклимат внутри лесной полосы, но и положительно влияют на микроклимат прилежащих к ним полей, повышая урожай сельскохозяйственных культур. Микрорельеф местности в лесу, образуемый мелкими буграми, перегнившими пнями, упавшими стволами, кротовыми взрыхлениями и ямами, создает вместе с лесорастительными элементами (древостоем, ярусами, подростом, подгоном, подлеском и напочвенным покровом) ту особую среду, которая резко отличается от условий открытого места и присуща только лесу. Под пологом свой микроклимат создает условия для произрастания подроста, подлеска, грибов, ягод, мхов, лишайников и разнообразной травянистой растительности. В лесу обитают многочисленные полезные и вредные насекомые и другие представители животного мира, взаимосвязанные с ним и между собой.

Лес и тепло. Значение тепла в жизни леса. Вегетационный период, его продолжительность и значение Источники тепла. Кроме прямой солнечной радиации, лес получает тепло в результате проникновения рассеянной радиации; встречного излучения атмосферы; притока тепла из более глубоких слоев почвы, скрытой теплоты парообразования, выделяющейся при конденсации водяных паров; распада радиоактивных веществ; разложения лесной подстилки и отдачи стволами и кронами деревьев в период охлаждения воздуха и почвы. Лес потребляет тепло при фотосинтезе, испарении влаги с поверхности почвы, крон деревьев, прп транспирации, прогревании приземных слоев воздуха и нижних слоев почвы, а также при нагреве почвенной влаги, стволов и крон. Солнечная тепловая энергия передается дереву путем инсоляции, через воздух и почву. Воздух и почва, нагреваясь солнечными лучами, отдают часть своего тепла деревьям. Теплота почвы оказывает большее влияние на внутреннюю температуру дерева, чем теплота, получаемая им непосредственно от солнца из-за плохой теплопроводности коры и древесины. Поэтому теплота почвы, особенно почвенной влаги, важна для поддержания необходимой температуры ствола. Для температуры кроны—- вершин и сучьев, которые вследствие малого диаметра и более тонкой коры прогреваются легче ствола, наибольшее значение имеет теплота воздуха.

Баланс тепла почвы — это разность количества приходящего и расходуемого тепла. Однако эта величина приблизительна, так как приход и расход тепла зависят от многочисленных факторов: времени суток, сезона, наличия ветра, облачности, влажности, рельефа местности и т. д. Общий баланс тепла определяют для каждого конкретного типа леса, вырубки, поляны, болота, водной поверхности, трелевочного волока. Тепловой баланс вырубки, например, зависит от ее ширины, расположения семенных групп, семенников и др. Значение тепла в жизни леса. Развитие любого растительного организма происходит в определенных тепловых границах — от низких (минимальных) до высоких (максимальных) температур. Температуру, при которой развитие растительного организма идет наиболее интенсивно, называют оптимальной. Тепло влияет на созревание семян. Семена сосны и ели северных районов созревают при средней температуре лета (июнь — сентябрь) не ниже +11 °С. С понижением температуры качество семян падает —увеличивается число пустых и недозрелых. Для достижения 50%-ной всхожести семян сосны минимальная температура июля и августа должна быть +13 °С. Некоторые экзоты хорошо растут и цветут в новых условиях, но не способны размножаться семенным путем из-за недостатка тепла, необходимого для полного созревания семян. Тепло влияет и на прорастание семян, рост всходов, появление молодого поколения леса. Семена ели успешно прорастают при температуре+18—20°С, клена остролистного при температуре +5—10 °С. Прорастание семян древесных пород ускоряется при колебании температуры как в период их покоя, перед прорастанием, так и в период самого процесса прорастания. Теплая, быстро наступающая весна вызывает распускание листьев и цветов ранее обычного срока, и наоборот, сильные ночные похолодания, а в особенности холодная весна с резкими понижениями температур, задерживают, а порой приостанавливают рост и цветение. Температура оказывает влияние также на рост корневой системы. Высокая температура воздуха, особенно во время посадки, неблагоприятно отражается на состоянии корней. Весной корни ели начинают развиваться при более низкой температуре, чем у сосны, на 3—10 дней раньше, поэтому ель высаживают раньше. При снижении температуры почвенной влаги с 20 до 0 °C всасывающая деятельность корней сокращается на 50% и более.

Влияние на лес низких и высоких температур. Изучение влияния на лес крайних температур имеет большое лесоводственное значение, так как позволяет расширить границы распространения желательных пород, снизить потери лесного хозяйства. Повреждения самосева, посадочного материала, молодняков, отдельных деревьев и даже целых лесных массивов, в частности дубрав, нередко вызваны неблагоприятным воздействием крайних температур. В холодное время года растения могут погибнуть не только из-за суровых внешних условий, но и из-за позднего прекращения роста и перехода в состояние покоя. Породы, переносящие неблагоприятные условия зимы, называют зимостойкими, переносящие действие морозов, — морозостойкими. Внезапное понижение температуры приводит к отмиранию клеток в результате образования кристаллов льда, вытягивающих воду из клеток и межклеточных пространств растений. Обезвоживание растений вызывает свертывание коллоидных веществ цитоплазмы, которая становится после оттаивания неспособной к жизнедеятельности. Жара также ведет к обезвоживанию клеток и разрушению структуры цитоплазмы. Установлено, что чем ближе данный вид растений к границе своего ареала, тем сильнее влияние на него неблагоприятных крайних температур. Большинство растений переносят крайне высокую температуру — около 35—40 °С, реже до 50 °C. Однако сеянцы бука, сосны и клена погибают, если температура почвы некоторое время превышает 46 °C. Побеги молодых растений, расположенных близко к почве, совсем не растут, когда температура поверхности достигает 80 °C.

В свою очередь, разные органы растений способны переносить разную максимальную температуру. Так, листья на солнце могут нагреваться до температуры более высокой, чем температура воздуха. Ветви и стволы, как более массивные органы, неспособные к интенсивному теплообмену, часто нагреваются еще выше: ветви сосны, например, до 48 °C, а ствол ели до 55 °C. На сухих местообитаниях в пустыне листья нагреваются до 50 °C. Минимальная температура имеет большую амплитуду для разных видов растений. Некоторые растения северных широт в состоянии зимнего покоя переносят морозы до 75 °C. В то же время тропические растения повреждаются от холода уже при температуре +5°С, если температура ниже 0 °C, они погибают. Повреждения, которые получают растения зимой, подразделяют на прямые и косвенные. К прямым относят продольные морозные трещины, которые образуются в результате резкого снижения температуры приземного слоя воздуха. В ночные часы температура растений бывает ниже температуры окружающего воздуха. Эта разность достигает 3 °C и более. Резкое охлаждение воздуха отрицательно действует на поверхность ствола дерева (на кору и камбиальный слой). В результате похолодания поверхность ствола быстрее уменьшается в объеме, чем внутренняя часть ствола, которая из-за плохой теплопроводности древесины иногда даже сохраняет свой прежний объем. Увеличение разности температур внутренней и внешней частей ствола дерева приводит к неравномерному напряжению тканей и в итоге к разрыву древесины. Этот след со временем зарастает. Однако часто в трещину попадают споры грибов, способствующие возникновению гнили. При заморозках происходит выжимание (выпирание) сеянцев в питомниках или саженцев на вырубках, чаще на тяжелых увлажненных почвах. Под действием пониженной температуры увлажненная почва замерзает. Вода при этом увеличивается в объеме, а вместе с ней и почва принимает больший объем, поднимаясь вместе с находящимися в ней корнями саженцев. При оттаивании почва оседает до прежнего уровня, а растение с корнем остается на поверхности. Молодые сеянцы сосны, ели, пихты легко выжимаются из почвы ранними осенними заморозками. Весной после оттаивания почвы корневые системы саженцев оказываются на поверхности почвы, обветриваются и засыхают под действием тепла. В зависимости от времени появления различают заморозки поздние (весной и в первой половине лета) и ранние (во второй половине лета или осенью, до наступления зимних холодов). Поздние весенние заморозки особенно губительны для всех лесных пород, кроме березы, лиственницы и сосны, когда их почки распускаются, побеги трогаются в рост и не успевают одревеснеть. Молодые дубки, ели и пихты, повреждаемые поздними весенними заморозками, могут принимать форму кустарника. Поздними весенними заморозками повреждаются всходы дуба, ели, пихты, ясеня. Поэтому посевы нередко проводят с таким расчетом, чтобы всходы появлялись после весенних заморозков. Повреждая и убивая молодые побеги и листья, поздние весенние заморозки уменьшают плодоношение, снижают энергию роста растений. Самосев или культуры древесных пород защищаются кустарниками или пологом из морозоустойчивых пород, которые создают, применяя соответствующие системы рубок, которые обеспечивают более благоприятные климатические условия на вырубках. Ранние осенние заморозки вредят древесным породам в тех случаях, когда выросшие за лето молодые побеги не успели одревеснеть и окончательно подготовиться к зимнему покою. Особенно пагубно их воздействие на древесные породы, перенесенные из более теплого климата, так как вегетационный период у таких растений длится дольше. Избыток тепла также может вызвать серьезные повреждения у древесных пород — ожог коры, отлуп, опал корневой шейки молодых растений, трещины на поврежденной части ствола. Особенно чувствительны к высоким температурам древесные породы с тонкой корой (ель, пихта, бук и др.). Солнцепек чаще повреждает стволики молодых деревьев, у которых с южной или югозападной стороны вырубили их защиту — соседние деревья. Наиболее часто ожоги наблюдаются у растений, расположенных с севера или северо-востока сплошных вырубок, а также после изреживания насаждений. Избыток тепла может привести также к преждевременному усыханию, опадению листьев и хвои, что у хвойных пород часто заканчивается гибелью деревьев. Жаркое лето при недостаточном количестве влаги задерживает раскрывание шишек сосны, а в некоторых случаях вызывает и их полное нераскрывание, особенно на южной, освещенной части кроны. Семена нераскрывшихся шишек нормально развиты, но из-за перегрева отличаются пониженной всхожестью. Отношение древесных пород к теплу показано в табл. 15. Общим средством защиты растений от высоких и низких температур является испарение. Крайние температуры особенно губительны, когда растение испытывает недостаток во влаге. Возможности полной защиты древесных пород от морозов ограниченны. Чаще всего они сводятся к профилактическим мерам: выбору направления и величины лесосек, обеспечивающих защиту лесных культур или естественного подроста стеной леса; использованию снега, соломенных и других щитов для защиты сеянцев; созданию дымовой завесы; опрыскиванию (дождеванию) и обогреву. Целесообразнее, однако, подбирать морозоустойчивые или жаростойкие древесные породы или их формы. Против выжимания саженцев эффективно мульчирование, а побелка штаммов в парковых условиях предупреждает ожоги коры.