Termika powietrza jako czynnik ekologiczny w leśnictwie
Ciepło ma istotny wpływ na przebieg wszystkich procesów życiowych w roślinach,
jednak w okresie wzmożonej aktywności życiowej rośliny zarówno bardzo wysokie jak i
bardzo niskie temperatury są bardzo szkodliwe. Dotyczy to zarówno temperatury powietrza
jak i gleby.
Temperatura powietrza warunkuje takie procesy życiowe roślina jak fotosynteza, oddychanie
czy transpiracja dlatego też jest bardzo ważnym czynnikiem ekologicznym.
Przystosowanie roślin do określonych warunków termicznych znajdują również wyraz w ich rytmice sezonowej, czyli kiełkowaniu, listnieniu, kwitnieniu, owocowaniu, opadaniu liści i zapadaniu w spoczynek zimowy. Dla poszczególnych faz rozwojowych roślin potrzebne są odpowiednie sumy ciepła w poprzedzającym okresie czyli ustalone liczby dni o odpowiedniej temperaturze. Wpływ temperatury powietrza na przebieg fotosyntezy można wyrazić bezpośrednio lub pośrednio.
Bezpośredni wpływ wiąże się z przebiegiem przyswajania dwutlenku węgla, w którym ciepło odgrywa znaczącą rolę , a jego intensywność wzmaga się wraz ze wzrostem temperatury. Taki korzystny wpływ dotyczy tylko przedziału temperatur od 0 do 35° C, zbyt wysoka temperatura oddziałuje niekorzystnie na plazmę komórkową co przy długotrwałym występowaniu może prowadzić do całkowitego zatrzymania funkcji życiowych komórki.
Wpływ pośredni na fotosyntezę to działanie na intensywność transpiracji, na zamykanie i otwieranie szparek, a więc na ilość pobieranego przez roślinę dwutlenku węgla. Oddychanie u roślin przebiega już w temperaturach nieco niższych od 0° C, rośnie wraz z temperaturą i osiąga maksimum w 35-40° C. Dalszy wzrost temperatury powoduje spadek oddychania, które przy ok. 50° C zanika zupełnie.
Ciepło obok wody jest istotnym czynnikiem mającym wpływ na geograficzne rozmieszczenie roślin. Przykładem mogą tu być różne klimatyczne obszary wegetacji roślin , a w leśnictwie obserwowane różne poziome i pionowe rozmieszczenie zbiorowisk drzewiastych. Zaznaczyć tu można że egzystencja lasu jest możliwa wyłącznie na obszarach gdzie średnia temperatura czterech kolejnych miesięcy w roku wynosi co najmniej 10°C, jest to tzw. Cieplna granica lasu. Granice zasięgów są uwarunkowane jednak nie tylko wartościami temperatur uniemożliwiającymi egzystencję a często są to też czynniki pośrednie, np. określony gatunek w danych warunkach cieplnych jest niedostatecznie konkurencyjny i przegrywa w walce o przetrwanie z innymi.
Uszkadzanie a nawet eliminowanie roślin drzewiastych w wyniku występowania temperatur skrajnych ma w naszych warunkach klimatycznych niewielkie znaczenie.
Górna granica ciepła wynosi dla większości roślin 45°C, tymczasem w Polsce temperatury powietrza rzadko przekraczają 35°C. Najbardziej wrażliwe na wysokie temperatury są młode siewki i sadzonki, w późniejszym czasie drzewo rzadko ulega poważniejszemu uszkodzeniu. Jedynie gatunkom o cienkiej korze typu byk czy świerk może zagrażać zgorzel słoneczna, która powstaje przy nagrzaniu powierzchni pnia. Uszkadzanie obserwowane niekiedy podczas gorącego lata jest raczej następstwem niedostatku wilgotności.
Wraz ze wzrostem temperatury zwiększa się niedosyt wilgotności powietrza , wzrasta intensywność transpiracji, a jeżeli utrata wody jest z tego powodu większa niż możliwości poboru wody z gleby roślina więdnie lub usycha.
Ewentualne szkodliwe oddziaływanie temperatur minimalnych jest uzależnione od stanu fizjologicznego drzewa, od tego czy występują one zimą czy w czasie gdy drzewa znajdują się w stanie spoczynku czy też poza tym okresem.
Zimą drzewa kontynentalne wytrzymują spadek temperatur nawet do -50 °C , a rodzime gatunki wytrzymują mrozy sięgające do -30 °C.
Odpowiednio niska temperatura może się okazać jednak korzystna dla hodowli lasu, biorąc pod uwagę rozmnażanie niektórych gatunków drzew i krzewów , których nasiona źle kiełkują lub wcale nie kiełkują , a ich wschody przedłużają się jeżeli nie zostaną poddane działaniu niskiej temperatury. Takie nasiona trzeba przed wysiewem stratyfikować. Taki sam efekt uzyskuje się wysiewając późną jesienią nasiona wymagające zimowania w niskiej temperaturze.
Czynnik termiczny decyduje też o terminach wiosennego budzenia się pączków. Optimum rozwojowe dla poszczególnych gatunków znajduje się w różnej temperaturze. Dla różnych procesów życiowych temperatury te są różne ale można przyjąć następujące przybliżone wartości graniczne temperatur:
0-5°C minimum
20-30°C optimum
40-50°C maksimum
Dla lasu ważne są temperatury skrajne czyli maksymalne i minimalne oraz ich rozkład w czasie. Te dwa ekstrema stanowią granice życia , w których poszczególne gatunki mogą egzystować.
Odporność drzew zarówno na niskie jak i wysokie temperatury uzależniona jest również od gatunku, odmiany i stadium rozwojowego. Zazwyczaj bardziej wrażliwe są organizmy młodsze, znajdujące się we wczesnych fazach wzrostu. Dla celów praktyki hodowli lasu zestawiono listę gatunków zgrupowanych w zależności od wymagań cieplnych i odrębności klimatycznych warunków nizinnych oraz podgórskich i górskich.
Przykładowo Świerk pospolity czy Modrzew europejski mają małe wymagania cieplne zarówno dla warunków nizinnych jak i górskich, natomiast Sosna pospolita w terenach nizinnych ma wymagania cieplne małe w wręcz odwrotnie dla warunków górskich.
Mówić o wpływie niskich temperatur na środowisko leśne trzeba też wspomnieć o przymrozkach, które w zagłębieniach terenu oraz pasach wysokiej roślinności tworzą tzw. zmrozowiska.
Regulowanie światła w lesie
Dla roślin zielonych światło jest czynnikiem bezwzględnie koniecznym. Energia świetlna jest konieczna do przeprowadzenia procesu fotosyntezy. Wpływa ona również na szereg innych procesów fizjologicznych takich jak kiełkowanie, wzrost czy kwitnienie.
W porównaniu z ciepłem i wilgotnością światło jest czynnikiem znacznie równomierniej rozłożonym na Ziemi. Dla ogólnego rozmieszczenia roślinności światło odgrywa mniejszą role ale ma wielkie znaczenie przy układach lokalnych , czyli kształtowaniu się roślinności miejsc cienistych i dobrze naświetlonych.
W lasach liściastych jednym ze skutków zmienności stosunków świetlnych wywołanej tworzeniem się na wiosnę liści, jest pojawianie się sezonowych aspektów roślinnych w dolnych partiach lasu. Tak więc w ciągu jednego okresu wegetacyjnego można zaobserwować na tej samej glebie różną pokrywę roślinną.
Bezpośrednie światło słoneczne czyli światło górne oraz światło rozproszone docierają przede wszystkim do odkrytej powierzchni, ale także do górnego sklepienia koron drzew. Przez luki między koronami i niewielkie przestrzenie w obrębie koron światło wnika do wnętrza lasu jako tzw. Światło obrazkowe, tworzące na dnie lasu mozaikę blasku i cienia, ruchliwe i migotliwe wskutek zmiany kąta padania promieni słonecznych oraz kołysania się koron drzew. Ilość światła docierająca do wnętrza lasu jest różna i zależy od gęstości pułapu leśnego, tworzących drzewostan gatunków itp.
Ze zwiększaniem się oświetlenia roślinność dna lasu zdobywa dla siebie coraz więcej powierzchni gleby. Przy oświetleniu 11-35 % runo może pokrywać przeciętnie 70 % gleby leśnej. Jeżeli wcześniej pojawiały się naloty drzew to przy dalszym zwiększaniu oświetlenia będą one rosły szybciej. Młode drzewka konkurując z roślinnością zielną hamują dalszy ich rozwój a w końcu zupełnie je wypierają.
Promieniowanie słoneczne a w tym również światło wpływa na rozwój, morfologię, budowę anatomiczną i transpirację roślin, oddziałuje na rozkład ściółki leśnej a także powoduje zmiany wilgotności powietrza i gleby. W ten sposób zmieniając oświetlenie wpływamy na zmianę całego środowiska ekologicznego rośliny.
Wymagania roślin w stosunku do światła są różne dlatego też wyróżniono trzy podstawowe grupy roślin:
Światłolubne- występujące wyłącznie na siedliskach w pełni oświetlonych, mające duże zapotrzebowanie na światło
Obojętne- rośliny rozwijające się zarówno w pełnym świetle jak i w pewnym określonym zacienieniu
Cieniolubne- w warunkach naturalnych nigdy nie występujące w pełnym oświetleniu
Zapotrzebowanie na światło zależne jest również od stadium rozwojowego rośliny np. bluszcz zakwita przy 25 % pełnego oświetlenia , ale płonny może żyć w cieniu wynoszącym 2% oświetlenia. Minimum oświetlenia wyznacza zasięg występowania danego gatunku.
Drzewa leśne można podzielić według i zdolności odporności na ocienienie:
Drzewa światłożądne: modrzew, brzoza brodawkowata, topole, sosna zwyczajna, olsza szara, robinia akacjowa
Drzewa cienioznośne: dąb szypółkowy, limba, olsza czarna, jesion , osika, grab , świerk, lipa
Drzewa cieniolubne: jodła, buk, cis
Zdolność znoszenia ocienienia znajduje swój wyraz w gęstości ulistnienia koron drzew i ich zwarciu w drzewostanie. Większe zapotrzebowanie na światło drzew światłożądnych przejawia się w ich rzadszym ulistnieniu w stosunku do gęstszych koron drzew cieniolubnych i silniejszym przerzedzaniu się drzewostanu z wiekiem. Drzewa najlepiej przyrastają przy średnim natężeniu światła gdyż skrajnie duże natężenie światła sprzyja bardziej wzrostowi korzeni niż pędów a powodując silną transpirację roślin przyczynia się do zmniejszenia przyrostu. Zbyt małe natężenie światła również hamuje przyrost, gdyż ogranicza rozwój liści, które wytwarzają mniej suchej substancji mimo że są duże i przystosowane do intensywnej fotosyntezy.
Wskutek przeprowadzonego silnego cięcia w drzewostanie następuje zwiększenie przyrostu drzewa spowodowane zwiększeniem przestrzeni wzrostu, jest to tzw. Przyrost z prześwietlenia. Szersza i odpowiednio oświetlona korona drzewa pozwala na wzmożenie czynności asymilacyjnych. Drzewa liściaste mają większe możliwości rozbudowywania koron i szybkości wypełniania wytworzonych przerw w zwarciu. Zwiększenie przyrostu drzewa następuje jednak tylko do pewnej wielkości korony, po czym jest coraz mniejsze ponieważ przy dużych koronach drzewo zużywa większe ilości asymilatów na produkcję liści.
Przerzedzenie drzewostanu zwiększa dostęp światła i powietrza do jego wnętrza. Cięcia pielęgnacyjne mają na celu m.in. dopuszczenie odpowiedniej ilości światła do koron drzew i dna lasu by wspomóc przyrost masy drzewnej i produkcję nasion, by mógł nastąpić obsiew a później dobry rozwój nalotu.
Problem wody oraz śniegu w leśnictwie
Woda występuje zarówno w atmosferze jak i w glebie, a jej ilość i obecność w nich jest jednakowo ważna. Proces pobierania składników pokarmowych przez rośliny odbywa się za pośrednictwem wody i również asymilacja odbywa się przy jej udziale.
Na gospodarkę wodną danego obszaru składają się trzy elementy:
opady atmosferyczne
zawartość wody w glebie
parowanie i transpiracja
Opady atmosferyczne to przede wszystkim deszcz, śnieg, grad, ale też rosa, mgła czy sadź
Deszcz jest to opad w postaci kropel o średnicy 0,5-7mm ( mniejsza średnica daje mżawki). Woda pochodząca ze spadającego na las deszczu tylko częściowo przedostaje się do gleby, powodując jej nawilgocenie. Część opadów zatrzymywana jest przez korony drzew oraz podszyt, podrost , ściółkę leśną. Przy bardzo słabym deszczu gleba nie dostaje wody w ogóle ale i ulewne ale krótkotrwałe deszcze dają niewiele korzyści gdyż większość wody spływa, zwłaszcza przy znacznym nachyleniu stoków. Poza tym są one przyczyną erozji gleby a także nanoszenia namułów. Ogromne znaczenie dla roślin ma więc nie tylko roczna suma opadów ale również ich rozmieszczenie w czasie, długotrwałość i charakter.
W zwartym drzewostanie najmniejsza ilość wody przedostaje się do dna lasu buż przy pniu drzewa, a wraz ze zwiększaniem odległości od osiąga swoje maksimum na granicy poziomego rzutu korony. Prowadzi to do nierównomiernego uwilgotnienia gleby.
Niekiedy w leśnictwie występują ujemne skutki deszczu. Występujące w okresie wiosennym ulewy wypłukują nasiona i nie zakorzenione siewki ze szkółek leśnych.
Opady śniegu podobnie jak opady deszczu wpływają na gospodarkę wodną gleby. Warstwa śniegu osłania glebę oraz młode rośliny i chroni je przed przemarzaniem a także zabezpiecza młode drzewka przed uszkodzeniami w czasie zimowej ścinki drzew.
Sprzyja rozsiewaniu nasion , które po gładkiej zamarzniętej powierzchni mogą być intensywniej roznoszone przez wiatr. Późne opady śniegu na wiosnę mogą ponad to prowadzić do istotnego ograniczenia populacji szkodliwych owadów, jednocześnie niestety odbijają się niekorzystnie na kwitnieniu i owocowaniu drzew.
Z ujemnego oddziaływania śniegu należy wymienić okiść i śniegołomy i śniegowały. Okiść powstaje gdy śnieg pada dużymi mokrymi płatami i osiada na igłach, gałęziach. Taki śnieg przymarza do gałęzi a grubsze warstwy mokrego , ciężkiego śniegu powodują łamanie gałęzi a czasem i całych drzew. Powstają wtedy tzw. śniegołomy. Szkody od śniegu najczęściej są w drzewostanach iglastych, ale wczesne jesienne opady mogą powodować szkody w drągowinach bukowych które nie zdążyły jeszcze zrzucić liści.
Grad jest opadem występującym w czasie gwałtownych burz zawsze w ciepłym okresie roku, w postaci kulek albo nieregularnych bryłek lodu o średnicy 5-50 mm Szkody od gradu bywają bardzo duże, zwłaszcza w drzewostanach do 15 roku życia. Siewki i sadzonki w uprawach oraz szkółkach mogą ulec całkowitemu zniszczeniu. W młodnikach i starszych drzewostanach szkody polegają na uszkadzaniu i strącaniu liści ( igieł) , kwiatów, owoców, pędów i kory. Czasami rany na gałęziach mogą sięgać miazgi.
Pewną rolę w gospodarce wodnej drzew w okresie wegetacyjnym może też odgrywać rosa i mgła.
Rosa to krople wody osiadające na glebie lub powierzchni roślin w pogodne noce w temperaturze powyżej 0°C. Ilości dostarczanej w ten sposób wody są niewielkie jednak jej znaczenie wynika stąd że maksimum tego opadu przypada na środek okresu bezdeszczowego, gdy rośliny mają największe trudności z zachowaniem dodatniego bilansu wody. Gdy występuje niedobór wilgotności w glebie, rosa nie jest jednak w stanie uchronić roślin przed więdnięciem i usychaniem, gdyż występuje w ciągu doby głównie w nocy gdy aparaty szparkowe liści są zamknięte, nie może więc do nich wnikać.
Mgła jest zawiesiną bardzo małych kropelek wody zmniejszająca widzialność poziomą do poniżej 1 km. Ten rodzaj opadu również dostarcza roślinom pewnych ilości wody gdy osadza się na gałęziach drzew i krzewów. Pozytywne znaczenie mgły to pewnego rodzaju ochrona roślin przed przymrozkami , jednak zbyt długie utrzymywanie się mgły i rosy może powodować rozwój niektórych chorób.
Opady atmosferyczne są głównym i najważniejszym źródłem zaopatrzenia roślin w wodę, jednak aby mogły one wykorzystać te zasoby muszą je pobierać z gleby. Dlatego też bardzo ważna jest znajomość przepuszczalności koron różnych gatunków drzew czyli znajomość ilości opadów przenikających i docierających do dna lasu. Po nastąpieniu zwarcia w drzewostanie można więc regulować wilgoć poprzez zastosowanie odpowiednich cięć przerzedzeniowych, trzebierzowych czy rębnych.
Wiatr jako czynnik ekologiczny w urządzaniu i hodowli lasu
Wiatr jest bardzo ważnym czynnikiem ekologicznym , szczególnie na powierzchniach otwartych i płaskich, nad brzegami morskimi oraz wysoko w górach. Wiatr działa na rośliny pośrednio i bezpośrednio.
Pośrednie działanie polega głownie na przenoszeniu zimnych lub ciepłych mas powietrza, powodowaniu ruchy mgieł i chmur co jest przyczyną lokalnych zmian klimatycznych. Można tu też zaliczyć procesy przenoszenia luźnego podłoża co np. powoduje powstawanie wydm nadmorskich czy śródlądowych. Wiatr działa silnie osuszająco na glebę co wywiera pośrednio wpływ na gospodarkę wodną roślin.
Duże znaczenie ma mechaniczne działanie wiatru co jest czynnikiem bezpośrednim. Silne jednokierunkowe wiatry często powodują deformację roślin, szczególnie drzew co objawia się pochyleniem pnia, asymetrycznym kształtem korony. Pnie drzew mają eliptyczny kształt, a strzały stają się silnie zbieżyste. Bardzo silne wiatry mogą powodować zniszczenie listowia, łamanie gałęzi lub całych pni a nawet wywracanie drzew z korzeniami ( wiatrołomy i wiatrowały ). Siła mechanicznych uszkodzeń zależy niekiedy od niesionego przez wiatr ładunku w postaci piasku, żwiru czy kryształków soli co powoduje czasami odarcie korowiny z pni drzew.
Wiatr odgrywa również pozytywną rolę w życiu roślin np.:
Zapylanie kwiatów i rozsiewanie nasion roślin wiatropylnych. W naszej strefie klimatycznej rośliny wiatropylne stanowią 20 % wszystkich roślin. Z przenoszenia materiału drogą powietrzną korzystają przede wszystkim gatunki lekkonasienne, jak również rośliny zarodnikowe. Nierzadko powoduje to naturalne odnawianie lasu bez nakładu kosztów na odnowienia sztuczne z sadzenia.
Podnoszenie górnej granicy lasu na stokach nawietrznych
Zwiększenie intensywności fotosyntezy
Wzmaganie transpiracji
Zmniejsza niebezpieczeństwo wiosennych przymrozków poprzez usuwanie warstw zimnego powietrza gromadzących się w zagłębieniach terenu
Spulchnianie gleby korzeniami drzew poprzez ich poruszanie całych strzał.
W Polsce panującymi są wiatry zachodnie lub północno-zachodnie i południowo-zachodnie, a ich średnie prędkości zwykle nie przekraczają 12-15 m/s. Szkody w lesie powstają wówczas gdy szybkość wiatru przekroczy 17 m/s czyli 8 ° w skali Beauforta
Warunki sprzyjające powstawaniu szkód od wiatrów to np.:
- drzewostany rosnące w miejscach wystawionych na silne działanie wiatru np. grzbiety wzniesień, stoki odwietrzne
drzewostany rosnące na glebach płytkich, silnie uwilgoconych lub zwięzłych- wówczas drzewa wykształcają płytki system korzeniowy.
drzewostany silnie rozrzedzone
drzewostany jednogatunkowe iglaste
Szkodliwe skutki wiatru można złagodzić, stosując odpowiednie zabiegi wiatrochłonne takie jak:
Wzmocnienie drzewostanów przez wprowadzanie domieszek odpornych na działanie wiatru, stosowanie budowy piętrowej , racjonalne pielęgnowanie drzewostanów od wczesnej młodości, zakładanie i utrzymywanie pasów przeciwwietrznych na brzegach drzewostanów.
Chcąc wyhodować względnie stabilne drzewostany należy uwzględnić szkodliwy wpływ wiatru w różnych regionach kraju i odnieść to w postępowaniu hodowlanym czyli w doborze gatunków, stosowaniu więźby i cięć pielęgnacyjnych.