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°С, 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°С в 1 м³ воздуха при полном насыщении на­ходится 4,89 г водяных паров, при 10°С —9,36, при 20°—17,15, при 30 °С — 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

Степень газоустойчивости	Породы		Класс газоустойчивости
	хвойные	лиственные
Очень слабая	Пихта, ель, сосна обыкновен.	-	5
Слабая	Сосны веймутова, крымская, кедро­вая сибирская	Каштан конский, бук, рябина, то­поль белый, черемуха, береза, клен полевой, акация белая	4
Средняя	Ель колючая, дуг- ласия, можжевель­ник обыкновенный	Ясень обыкновенный, клены татар­ский и остролистный, тополь бальза­мический, липа	3
Сильная	Лиственницы ев­ропейская, сибир­ская и японская, можжевельник ка­зацкий, туя, тис	Дуб черешчатый, ясень зеленый, вяз, ивы серая и козья, яблоня, груша, акация желтая, сирень, самшит	2
Очень сильная	-	Ильм, дуб красный, ольхи черная и серая, каркас, шелюга красная, спи­рея, лохи узколистный и серебри­стый, тополь канадский, черный, бальзамический; ель колючая, роза морщинистая, дерен белый	1

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

Степень фитонцидности	Порода
Очень сильная	Дуб черешчатый, клен остролистный
Сильная	Березы бородавчатая и пушистая, сосна обыкновенная, ель обыкновенная, осина, лещина, черемуха, можжевельник обыкновенный, черника, малина
Средняя	Лиственница сибирская, ясень обыкновенный, липа мелко­листная, ольха черная, сосна кедровая сибирская, рябина, акация желтая, сирень обыкновенная, жимолость татар­ская
Слабая	Вяз, бересклет бородавчатый
Очень слабая	Бузина красная, жостер слабительный