Влияние леса на состав воздуха

АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ И ЛЕС

Воздух как экологический  фактор влияет на лес двояко: обусловливает  физиологические и биохимические  процессы; действует как физический фактор. Первое обычно связано с  влиянием состава воздуха, второе —  с его движением. Однако, эти две  стороны тесно взаимосвязаны: движение воздуха, физи¬чески воздействуя на деревья, может одновременно повлиять и па их биологические и физиологические  процессы. При рассмо¬трении воздуха  как экологического фактора, надо учитывать  и физическое состояние его компонентов (электрических свойств, температуры, влажности и т. д.).

2: ВЛИЯНИЕ ЛЕСА НА СОСТАВ  ВОЗДУХА

Содержание и распределение  С02. На открытой местности углекислота  распределяется в атмосфере равномерно и является величиной постоянной (0,03%), исключая индустри¬альные районы с сильно развитой промышленностью, особенно химической. Лес сильно влияет на содержание и распределение С02. В лесу происходят циклические изменения  в содержании С02 в пространстве и  во времени. Они могут отклоняться  до 100% от нормального содержания углекислоты в воздухе открытой местности. В 20-х годах текущего столетия шведский исследователь Люндегорд (Lundegardh, 1925) показал, что в лесном воздухе углекислоты содержится в 1,2—1,6 раза больше, чем на открытой местности. Но это превышение можно отнести только к нижним слоям воздуха, до высоты 1,5-2 м.

Эти и другие исследования ученых, проведенные за послед¬ние полвека, показали закономерное изменение  содержания С02 в лесном воздухе по вертикали: наибольшая концентрация ее отмечается в приземном слое воздуха. В пространстве между поверхностью почвы и кронами количество ее несколько сни¬жается, но наиболее резко оно уменьшается в зоне расположения ассимилирующих крон. Так, по данным Т. Мейнеке (Оеlkers, 1930), в средних  слоях воздуха (между почвой и  кронами) С02 содержится (в %) : 0,04, среди  крон ели — 0,02, под еловым подростом  высотой 1 м — 0,081 (в жаркие дни). Исследования в елово-лиственном древостое дали следующие результаты (Коссович, 1936):

высота взятия пробы, м   0,3 5,0 10,0

концентрация СО2, мг/л     0,585 0,542 0,534

Существует несколько  причин неоднородности распределения  углекислоты в лесном воздухе. Углекислота  обладает тяжелым молекулярным весом, ее диффузия идет медленно, но запасы С02 пополняются из почвы. Уменьшение ее в зоне крон связано не только с  физическими особенностями С02, но и с ассимилирующим действием крон. Доказательствм является то, что после листопада наблюдается пстепенный переход С02 из леса в вздух поверх крон без заметного влияния последних . Распределение С02 внутри леса связано с его морфологией, особенно с составом, ярусностью, сомкнутостью, густотой древостоя, характером размещения деревьев (равномерное, неравномерное), наличием прогалин и пр. При густом древостое под плотным сомкнутым пологом наблюдается большая концентрация С02, чем в разреженном древостое.

По данным К. И. Кобак (1967), принявшей за 100% концентрацию углекислоты в свободной атмосфере, в лесу у по¬верхности почвы в вечерние часы (различия в это время наи¬более отчетливы в связи с прекращением фотосинтеза и турбулентного воздухообмена) концентрация С02 оказалась (в %): в березняке 185, осиннике 167, в смешанном насаждении 155, в ельнике и сосняке соответственно 137 и 139.

Наиболее важный источник образования углекислоты в лесу— верхняя часть почвы, прежде всего подстилка и гумус. Здесь под влиянием животных, грибов, бактерий протекают ин¬тенсивные биологические процессы, сопровождающиеся образо¬ванием углекислоты. Другие источники С02 прямо или косвенно связаны также с почвой — углекислота образуется в процессе корневого дыхания, поступает из почвенного воздуха, выделя¬ется в связи с нахождением в почве солей угольной кислоты (СаСОз) и др. Концентрация углекислоты в припочвенном слое воздуха имеет большое значение для растений нижних ярусов, особенно в сильно затененных местах, т. е. в условиях плохого светового питания.

Возникает вопрос о передвижении С02 в лесу. Каким образом углекислота из припочвенного слоя попадает в область крон? Путей может быть несколько: диффузия; температурная конвенция; ветер и турбулентность воздуха. Наибольшее значе¬ние имеют последние два фактора. При слабом ветре и горизон¬тальном его движении углекислота не переносится им в кроны. но как только течение воздуха наталкивается на какое-то препятствие, например, в виде группы подроста, подлеска, изменения рельефа, оно направляется вверх и этим создается возможность снабжения крон углекислотой. Это особенно характерно для горных лесов. Движение ветра со скоростью до 0,5 м/с благоприятствует обеспечению крон углекислотой. При большей скорости влияние ветра отрицательно, так как С02 выносится в атмосферу за пределы крои (Oelkers, 1930). Сильный ветер сглаживает различия в содержании С02 повертикали. Однако в области крон и непосредственно над ними усиливаются турбулентные течения, которые перемешивают воздух, способствуя притоку углекислоты из атмосферного воздуха к ассимилирующим кронам. Вопрос о количественных соотношениях атмосферной и почвенной углекислоты в снабжении ассимиляционного аппарата деревьев 1-го яруса не выяснен еще окончательно. Но, по-видимому, основная роль и здесь принадлежит углекислоте, поступающей из лесной почвы, прежде всего из ее подстилочно-гумусовой части.

Практика лесоводства  должна учитывать и использовать благоприятные для нижних ярусов леса моменты, создающиеся под пологом  в связи с концентрацией углекислоты  в приземном воздухе. Накоплению С02 может способствовать органическое удобрение в виде хворостяной  массы. Концентрация С02 в ниж¬них  ярусах лесного сообщества так же, как и ее передвижение в верхний  ярус, не означает увеличения вследствие этого содержания, углекислоты в  атмосферном воздухе за пределами  леса.Напротив, интенсивная фотосинтетическая  работа лесного полога вследствие использования  углекислоты, поступающей снизу  и сверху, является важным фактором, предохраняющим атмосферу от избытка  углекислоты.

Лес является большим потребителем углекислоты. Еловый лес площадью 1 га поглощает 33 т С02 ежегодно (Assmann, 1961; по Diirk’y, 1966). К тому же, как показывают недавние исследования (Р. Стэнли, Хэтч—Слэк—Корчак), усвоение углекислоты при повышенных ее концентрациях может происходить в лесу не только за счет повышенной интенсивности фотосин¬теза, но и путем фиксации С02 незелеными тканями (стеб¬лями, побегами, пыльцой и др.), а также фиксацией ее другими путями. Эти процессы, способствуя дополнительному использованию углекислоты лесом, свидетельствуют и о некотором дополнительном продуцировании органического вещества.

Другие вещества в составе  лесного воздуха. Кислород так же, как и углекислота, характеризуется относительным постоянством содержания в атмосфере. Лес можно считать одним из факторов, поддерживающих это постоянство на планете. Заметного увеличения содержания кислорода в лесу не обнаружено. Однако нельзя отрицать влияния леса на его качественную сторону — кислород, выделяемый при фотосинтезе, имеет определенные физические особенности, например может нести отрицательный заряд. Появляется все больше данных об ионизации лесного воздуха, т. е. об обогащении лесного воздуха ионизированным кислородом.

В составе лесного воздуха  имеется много различных летучих  химических веществ, выделяемых надземными и подземными органами лесных растений и другими организмами. Состав их зависит от характера леса, от времени  года и суток, Особенностей погоды. Каждому, кто бывал в лесу, знаком смолистый запах соснового бора в теплый или жаркий летний день, неповторимый аромат березы весной при  пробуждении почек и распускании  листвы, запах опавшей листвы осенью или специфичный запах грибов во время грибного сезона. Многие вещества, находящиеся в лесном воздухе, не имеют запаха и могут быть обнаружены только специальными методами. Химическая природа летучих соединений в  лесу еще недостаточно раскрыта. Известно, что значительную роль играют терпены, входящие в состав живицы, эфирных  масел, бальзамов и др., углеводороды (особенно этилен), летучие витамины и др. За вегетационный период в  атмосферу выделяется непредельных и ароматических углеводородов  приблизительно: кедровыми насаждениями 450—500, сосновыми 400—450 и березовыми 200—220 кг/га .

Ряд летучих веществ оказывает влияние на жизненные процессы растительных и других компонентов леса. При этом проявляются взаимные аллелопатические (биохимические) влияния лесных растений и других организмов. Многие из лесных выде¬лений прямо или косвенно могут влиять на состояние и здоровье человека, особенно благодаря фитоцидным свойствам.

Среди летучих органических соединений имеются вещества, губительно действующие на насекомых, на бактерии, грибы, другие микро- и макроорганизмы. Такие вещества названы фи¬тонцидами. Основоположником учения о фитонцидах является Б. П. Токин (1974). Вопрос о природе  фитонцидов хотя еще не вполне ясен, но многочисленные факты влияния  их показывают его большую практическую и научную значимость. Замечено, например, что выделения из измельченных листьев черемухи, рябины, эвкалипта  могут убить слепней, комаров. Кашица из чеснока, помещенная вблизи чашечек  с питательной средой, на которой  выращиваются бактерии — возбудители  холеры или брюшного тифа, быстро их убивает. Выделения листьев дуба Убивают дизентерийную палочку. Высокими бактерицидными свойствами обладает багульник. В лесу 1 м3 воздуха содержит всего лишь около 500 бактерий. В городах  это количество увеличивается в 70 раз и более (Токин, 1974).

В. П. Токин (1974) и некоторые другие исследователи (Колесниченко, 1968, и др.) несколько расширили понятие фитонциды. Фитонцидами названы биологически активные вещества, уделяемые в процессе жизнедеятельности растений в окружающее пространство, способные вызывать физиологические изменения у других организмов. Фитонциды могут быть не только газообразном, но и   жидком и твердом состояниях.