Лес и воздух

Состав атмосферы. Атмосфера — это механическая смесь различных газов, химически не действующих один на другой. Атмосфера регулирует климат Земли, пропускает тепловое излучение Солнца, сохраняет тепло, образует облака, дождь, снег, ветер, служит источником кислородного дыхания. Древесные породы, кустарники и растения, изолированные от атмосферы, погибают. Атмосферный воздух представляет собой смесь азота, кислорода, аргона и углекислого газа.

В составе атмосферы имеются также другие газы — неон, криптон, ксенон, гелий, водород, озон, на долю которых приходится менее 0,01% всего состава. Кроме того, в воздухе содержатся водяные пары, концентрация которых зависит от многих факторов. В составе воздуха имеется пыль органического происхождения — пыльца древесных и кустарниковых пород. В атмосфере находятся также фитонциды, эфирные масла, бактерии, вирусы и другие мельчайшие примеси и микроорганизмы.

Азот, находящийся в свободном состоянии в составе атмосферы, занимает 78%- Он выделяется из земной коры в результате деятельности микроорганизмов. В горных породах содержится азота в 50 раз больше, чем в земной атмосфере. Без азота не может быть жизни, так как азот — необходимая часть в составе белковой молекулы, а белковые вещества — важнейшая составная часть протоплазмы. Азот входит в рацион питания растений. В растениях его содержится 1—3%. Азот в свободном виде легко связывается некоторыми низшими организмами, живущими в почве, с помощью которых основная часть азота попадает в ночву, а из почвы в растения. Источником азотного питания растений служат азотнокислые (нитратные) и аммиачные соли почвы, растворимые в воде. Часть атмосферного азота образует окислы, попадающие в почву вместе с дождевыми осадками, таким образом в почве накапливается от 4 до 10 кг азота на 1 га в год.

Кислород — составная часть воздуха (21%). Он необходим для нормальной жизнедеятельности всех животных и растительных организмов и входит в состав белков, жиров и углеводов.

Кислород, выделяемый в процессе фотосинтеза древесными и кустарниковыми породами, обладает высокой степенью ионизации. В 1 м³ лесного воздуха содержится в 2,5 раза больше отрицательных ионов, наиболее полезных для человека, чем в таком же объеме воздуха в поле. При сжигании угля, нефти и газа расходуется до 10% кислорода, ежегодно вырабатываемого растениями в биосфере.

Углерод входит в состав воздуха в виде углекислого газа (углекислоты). Атмосферная пыль — составная часть атмосферы — имеет природное происхождение, количество ее незначительно. Частицы атмосферной пыли образуются в результате разрушения и выветривания горных пород и почвы, вулканических извержений, лесных, степных и торфяных пожаров и т. д. Атмосферная пыль образуется также аэропланктоном — бактериями, спорами растений, плесневыми и другими грибами. В верхних слоях атмосферы находится космическая пыль.

Воздух пополняется углеродом в результате дыхания людей и растений, гниения и горения. Годичное поступление в атмосферу углерода при сжигании минерального топлива значительно превышает объем углекислоты, выдыхаемый всем человечеством. Лесные и степные пожары пополняют воздух углекислым газом. При извержении вулканов в атмосферу также выбрасывается углекислый газ. Углекислота выделяется при дыхании животных, в результате деятельности сапрофитов, питающихся, за счет готовых органических веществ.

Значительные изменения в содержании углекислого газа в атмосфере Земли отразились бы на ее тепловом балансе и, следовательно, на росте и развитии всего живого. Благодаря высокой теплоемкости углекислота выполняет роль экрана, пропускающего тепловые лучи к Земле, но задерживающего их в обратном направлении.

Увеличение углекислоты в воздухе также нежелательное явление. Чем больше углекислого газа, тем меньше тепла уходит от земной поверхности путем излучения и выше температура этой поверхности. Увеличение содержания углекислого газа в воздухе в 2 раза повысило бы среднюю температуру почвы на 4 °C, что привело бы к изменению климата, растительного и животного мира.

Содержание углекислоты в лесу изменяется в зависимости от высоты над поверхностью почвы, наибольшее количество концентрируется у поверхности почвы в ночное время. В сложных по форме насаждениях с богатым подлеском концентрация углекислоты на высоте до 1 м от земли достигает 0,09—0,1%; с увеличением высоты она уменьшается в кронах основного яруса, леса достигает 0,02%, что объясняется потреблением ее на ассимиляцию подлесочными породами и кронами деревьев в дневное время. Постоянное содержание углекислого газа над кронами деревьев 0,03%.

Количество углекислоты в лесу зависит от плодородия почвы. На 1 га бедных почв с небогатой лесной подстилкой с кислым грубым гумусом за 1 ч выделяется 2—6 кг углекислоты, на плодородных почвах — 25 кг и более. В полевых условиях, где подстилка слабо выражена, дыхание почвы очень слабое — 2 кг/ч на 1 га, на почве, богатой перегноем, — 4 кг. Это объясняется тем, что в лесу более мощный слой подстилки находится в состоянии разложения, и под пологом леса движение воздуха слабее, чем в поле или на лугу.

Регулирование содержания углекислоты в лесу при других благоприятных факторах способствует процессу фотосинтеза и таким образом повышению урожайности сельскохозяйственных и лесных культур. Следовательно, методы управления концентрацией углекислоты в лесу представляют большой практический интерес. К ним относят: введение под полог леса кустарниковых пород, улучшающих почву, быстрорастущих и почвоулучшающих пород в основной ярус насаждения; минерализацию поверхности почвы для улучшения процессов разложения лесной подстилки; пополнение органических веществ в почве за счет порубочных остатков после рубок ухода за лесом; внесение в почву удобрений; периодическое разреживание перегущенных насаждений и др.

Аргон не оказывает какого-либо действия на растительность. Озон образуется из кислорода на высоте около 50 км под действием ультрафиолетовых лучей солнца. В 100 м³ воздуха его содержится от 1 до 2 мг. Влияние озона на рост и развитие древесных и кустарниковых пород изучено слабо. Однако известно, что лес, особенно сосновый, способствует образованию озона.

Водяные пары поступают в атмосферу из различных источников, в том числе от растений, которые выделяют большое количество влаги в процессе транспирации и дыхания. Содержание водяных паров в атмосфере зависит от температуры воздуха, Так, при 0 °C в 1 м³ воздуха при полном насыщении находится 4,89 г водяных паров, при 10 °C —9,36, при 20°—17,15, при 30 °C — 30,08 г. С увеличением высоты над уровнем моря температура понижается и количество водяных паров в воздухе уменьшается. Влажный воздух нагревается быстрее, потому что теплые лучи солнца поглощаются водяным паром интенсивнее.

Загрязнение воздуха. В воздухе много минеральной органической пыли. Она образуется после черных бурь и сгорания метеоритов в воздухе. Промышленные предприятия выбрасывают золу, сажу, цемент, фосфориты и другие частицы. В промышленных районах городов 1 м³ воздуха содержит 14 мг пыли. Если запыленность воздуха в городе принять за 100%, то в пригородном лесу она составит 5%. Кроме того, в воздух поступают сернистый газ, окись углерода, сероводород, хлор, окислы азота, соединения свинца, ртути и т. д. Один из загрязнителей атмосферы— выхлопные газы современного транспорта, особенно автомобильного. Загрязнение атмосферы происходит при ветровой эрозии почв и выдувании песков, пожарах в лесах и степях, взрыве вулканов, выделении газов в местах выхода термальных и минеральных источников. Многие примеси поступают в атмосферу из океана (С02, СО, сероводород, хлориды и др.). Вредное действие на растения оказывает большая концентрация сернистого газа. Сернистый ангидрид вызывает пожелтение и опадение хвои у 5-летних елей через 60—72 дня, а при сильной концентрации в летнее время погибает через несколько часов. У сосны, ели, пихты, кедра при загрязнении воздуха сернистым ангидридом фотосинтез понижается почти в 2 раза. Многохвойные породы наиболее чувствительны к загрязнению воздуха, так как сбрасывают хвою не ежегодно, а 1 раз в несколько лет.

Газообразные ядовитые вещества адсорбируются на поверхности крон и стволов, интенсивно поглощаются листьями и частично вымываются дождями. 1 кг листьев тополя бальзамического за лето может накопить и химически связать до 20 г S02, липы сердцевидной, ясеня зеленого, жимолости татарской — до10—12 г. Хвоя молодняка сосны обыкновенной на 1 га задерживает до 26 кг S02, а лиственницы сибирской — до 72 кг. Благодаря этому лесные массивы сокращают дальность распространения газовых потоков примерно в 2 раза по сравнению с открытой местностью.

Для растений, их роста и существования очень вреден фтор и его соединения. Концентрация фтора, равная 0,1 мг на 1 л воздуха, вызывает гибель деревьев.

Действие загазованности на лес зависит не только от состава и концентрации газов, но и от времени года, погоды, почвы, древесной породы, состава древостоя, его полноты и сомкнутости, структуры, а также от расстояния до источника отравления. Вредное действие дымовых и других ядовитых выделений на лес проявляется в основном в период вегетации, т. е. весной и летом. Хвойные, за исключением лиственницы, страдают от ядовитых выбросов и в зимнее время, хотя и в меньшей степени. Загазованность воздуха особенно проявляется во влажную погоду. Опасность длительного накопления яда в ассимиляционном аппарате хвойных ставит эти породы в значительно более трудное положение по сравнению с лиственными, обновляющими листовой аппарат ежегодно. Но и среди хвойных с многолетней хвоей имеются большие различия в газоустойчивости (табл. 16).

Газоустойчивость древесных растений.

смешанных, сомкнутые и сложные меньше разреженных и простых, старые больше молодых и средневозрастных. Газоустойчивость растений выше на плодородных почвах. Подбор газоустойчивых пород и их сочетание имеет большое значение для озеленения, а также для восстановления леса в местах с сильной загазованностью.

В составе воздуха имеются фитонциды — биологически активные вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие *микроорганизмов. Они играют важную роль в создании иммунитета растений и во взаимоотношениях организмов в биоценозах. Большое количество летучих фракций фитонцидов выделяется в атмосферу лиственными и особенно хвойными деревьями: 1 га лиственного леса 2 кг фитонцидов, соснового — 5 кг, можжевелового— 30 кг в сутки (табл. 17).

Фитонцидность древесных и кустарниковых пород.