11
эффективного прямого воздействия на температурный режим, но его влияние на развитие органического мира и создание озонового экрана велико.
Среди глобальных проблем биосферы, обусловленных антропогенным воздействием, наиболее значительной является проблема возможного непреднамеренного изменения климата планеты. К числу антропогенных факторов, которые оказывают влияние на глобальный климат, относится прямое нагревание атмосферы. Кроме того, атмосфера может получить некоторое количество дополнительного тепла из-за уменьшения альбедо земной поверхности при ее орошении, создании водохранилищ, строительстве зданий и дорог, изменений лесистости. Существенным антропогенным фактором является усиление парникового эффекта атмосферы из-за накопления в ней углекислого газа, а также ряда других газов, составляющих малые примеси к атмосферному воздуху (метан, окислы азота, фреоны и тропосферный озон).
Уничтожение естественного растительного покрова влияет на изменение глобального альбедо и средней температуры воздуха и земной поверхности.
Еще задолго до промышленной революции земледелие и скотоводство оказывали сильное воздействие на обширные районы земного шара, которые приводили к изменениям климата. Наибольшее значение имело антропогенное уничтожение растительности саванн и превращение их в пустыню (что произошло в течение нескольких тысяч лет на площади 9 млн км2 и сопровождалось увеличением альбедо на 0,19), а также вырубка тропических лесов (на площади 7 млн км2). Утилизация древесины вырубленных лесов сопровождалась высвобождением значительного количества углекислого газа, что приводило к повышению средней температуры воздуха. Вечнозеленый тропический лес поглощает больше солнечной энергии и рассеивает большее количество влаги, чем любой другой вид земной поверхности, а главное – он наиболее эффективно использует солнечную энергию, влагу и питательные вещества. Сведение тропического леса в значительных масштабах может привести к непоправимым последствиям.
Нерациональное ведение лесного хозяйства (чрезмерные рубки леса, плохая очистка вырубок, недостаточное лесовозобновление и т. д.), переувлажнение и заболачивание лесных площадей вызывают нарушение экологической сбалансированности и резкое изменение выделения парниковых газов наземными экосистемами в атмосферу.
ТЕМА 10 (4 часа)
Биоиндикация и мониторинг влияния хозяйственной деятельности на лесные системы и урбосистемы.
Цель занятия: выявить основные источники, масштабы и опасность техногенного воздействия на лесные и урбосистемы; освоить методы фитоиндикации, биоиндикации и мониторинга антропогенного воздействия.
12
Вопросы:
Введение
1.Техногенные загрязняющие вещества: источники, основные виды, ПДК для древесных растений
2.Основы биоиндикации. Повреждения древесных пород техногенными эмиссиями
3.О методах фитоиндикации
Антропогенное воздействие на природу – это прямое или опосредованное воздействие человека и результатов его деятельности, вызывающее изменение природной среды и естественных ландшафтов. Стремительное развитие человеческого общества, рост населения планеты, научно-технический прогресс привели к усилению антропогенного воздействия на природную среду, лесные экосистемы и отдельные компоненты.
Антропогенные источники поступления загрязняющих атмосферу веществ могут быть перечислены в следующем порядке: а) стационарные источники загрязнения (сжигание топлива, нефтеперерабатывающие заводы, черная металлургия, цветная металлургия, химическая промышленность, целлюлозно-бумажная промышленность и т.д.); б) подвижные источники загрязнения.
Наряду с известными физико-химическими методами определения негативного воздействия техногенных атмосферных загрязнителей на лесные экосистемы, которые даже при использовании современных приборов и оборудования являются достаточно дорогостоящими и трудоемкими, применяют также и методы биологической индикации.
Биоиндикация – выявление естественных колебаний природных процессов и экологически значимых антропогенных изменений на основе реакции на них живых организмов и их сообществ (Криволуцкий, 1990). Поскольку растения в целом обладают относительно высокой чувствительностью к воздействию некоторых загрязняющих веществ, их можно использовать в качестве индикаторов для выявления загрязнения и определения его уровня, а также при осуществлении мониторинга состояния загрязнения атмосферы. Преимущество таких методов в том, что они реагируют на весь комплекс воздействующих веществ, который очень сложно и неполно определяется с помощью приборов.
Растение - индикатор – это такое растение, у которого признаки повреждения появляются при воздействии на него фитотоксичной концентрации одного загрязняющего вещества или смеси таких веществ.
Для мониторинга в большей степени характерна не качественная, а количественная оценка. Поэтому растение - монитор должно не только быть индикатором, но и помогать в получении количественной оценки (Мэннинг,
Федер, 1985).
Все методы фитоиндикации, можно разделить на две группы:
1. Выявление наиболее устойчивых к токсикантам видов.
13
2.Подбор наиболее чувствительных растений к действию токсикантов и определение степени загрязнения атмосферы по ответным реакциям
конкретных видов.
Изучение урбосообществ дает возможность, наметить общие пути их стабилизации и возможной замены видов при увеличении антропогенной нагрузки. Фитоиндикацию следует рассматривать, как важное дополнение инструментальных методов, позволяющее оценить перспективу и весь комплекс воздействия техногенеза на окружающую среду.
ТЕМА 11 (4 часа)
Дендроклиматическое прогнозирование состояния лесных экосистем, пригородных и городских насаждений.
Цель занятия: познакомиться с возможностями применения метода дендроклиматического анализа для прогнозирования состояния насаждений.
Вопросы:
1.Принципы прогнозирования, возможности прогнозов
2.Реконструкция и прогнозирование солнечной активности, элементов климата, радиального прироста деревьев
Прогнозирование продуктивности и состояния древостоев является в настоящее время очень важной и актуальной задачей во многих областях знаний, и, прежде всего – в лесном хозяйстве, для выбора оптимальной стратегии и тактики хозяйственной деятельности, для своевременного обнаружения и уменьшения отрицательных последствий антропогенного воздействия.
Изменчивость радиального прироста может быть индикатором преобладания определенных типов атмосферной циркуляции, показателем изменения границ основных климатических районов во времени, периодичности этих изменений, показателем динамики термического и гидрологического режима различных климатических районов.
Для реконструкции и прогнозирования активности Солнца можно использовать Цюрихский ряд чисел Вольфа (как наиболее длительный непрерывный ряд наблюдений).
Наличие вековой и многовековой циклической изменчивости солнечной активности, отражающейся в динамике климатических ритмов и приросте древесных растений, вызывает необходимость учитывать фазы солнечной активности при осреднении климатических показателей, моделировании их динамики, и прогнозировании изменчивости прироста деревьев.
В вековой динамике засух (и радиального прироста сосны обыкновенной) в Центральной лесостепи хорошо прослеживаются циклы: 11-летний (солнечный или Швабе-Вольфа), магнитный (Хейла), Брикнера имеющие важное прогностическое значение.
14
ТЕМА 12 (2 часа)
Угрозы биологическому разнообразию.
Цель занятия : Выявить процессы, приводящие к уменьшению биоразнообразия в лесных экосистемах.
Вопросы :
1.Влияние хозяйственной деятельности на видовую структуру экосистемы.
2.Процессы происходящие на вырубках в хвойных и в лиственных насаждениях.
3.Особенности малонарушенного разновозрастного леса.
4.Виды-интродуценты – угроза биологическому разнообразию.
В настоящее время считается, что наибольшим естественным разнообразием обладают малонарушенные природные экосистемы. Из этого следует, что угроза биоразнообразию тем сильнее, чем дальше отдаляется лесная экосистема от естественного состояния в результате интенсивной хозяйственной деятельности и использования природных ресурсов. Особые процессы происходят на вырубках. Здесь обычно резко увеличиваются разнообразие и численность видов, связанных с другими( нелесными) местами обитания: опушечных, луговых, сорных видов растений, а также видов, увеличению численности которых благоприятствует обилие корма( копытные, многие виды птиц). При этом следует понимать, что многие факторы, обеспечивающие увеличение числа вышеуказанных видов и их численности на вырубках, действуют лишь короткое время. В результате всплеск видового разнообразия часто резко снижается к моменту, когда вырубка превращается в густой молодой одновозрастный лес. С другой стороны, на вырубленных участках исчезает часть видов, чувствительных к нарушениям( резкому изменению влажности, температурного и светового режима и т.д.), а также виды, для выживания которых нужны особые условия( высокая влажность воздуха, старые дуплистые деревья, мертвая древесина). Многие из этих видов исчезают на вырубке не сразу, а по мере исчезновения экологических ниш, которые они занимали ранее. В силу этого может сложиться обманчивое впечатление, что рубка леса способствует увеличению разнообразия видов на вырубке. Таким образом, малонарушенный разновозрастный лес отличается наиболее высоким уровнем естественного видового разнообразия, прежде всего за счет максимального структурного разнообразия. Отдельный вопрос связан с видами-интродуцентами. Опасность использования таких видов обусловлена несколькими факторами. Во-первых, велик риск их неконтролируемого распространения, например в силу отсутствия у них естественных врагов. Во-вторых, они могут напрямую способствовать вытеснению местных видов, которые по разным причинам не обладают устойчивостью к их воздействию. В-третьих, такие виды могут занимать экологические ниши местных видов, вытесняя последних на наименее привлекательные местообитания. Особую
15
опасность представляют генетически модифицированные организмы(ГМО), экономический интерес к использованию которых на лесных плантациях сильно вырос.
ТЕМА 13 (2 часа)
Биоразнообразие лесов мира и России.
Цель занятия : Ознакомиться с факторами, обусловливающими видовое разнообразие лесов, произрастающих в разных географических и климатических условиях.
Вопросы :
1.Эндемичные виды лесных растений.
2.Особенности формирования биологического разнообразия лесов России.
3.Связь видового разнообразия с географическим положением региона.
Наибольшим биологическим разнообразием отличаются тропические леса. По имеющимся данным, в них обитает приблизительно 2/3 всех видов живых организмов. Области с наибольшим количеством эндемичных видов также главным образом лесные. Положение России в Северной Евразии определяет особенности ее биологического разнообразия. Значительная часть территории лесной зоны 20 тыс. лет назад подверглась оледенению и впоследствии была подвержена изменениям климата. Сформировавшиеся здесь лесные сообщества не отличаются высоким биологическим разнообразием, но образованы быстрорастущими видами с широкими возможностями расселения. Важнейшие особенности лесов России – хорошо выраженная биогеографическая структура, наличие относительно непрерывных лесных массивов разной степени нарушенности и сплошных массивов с хорошо сохранившейся лесной флорой и фауной, что можно рассматривать как результат восстановления нарушенного биоразнообразия. В лесах России зарегистрировано около 3500 сосудистых растений, из которых 180 видов – аборигенные древесные и кустарниковые породы. Наивысший уровень биоразнообразия отмечается на Северном Кавказе и юге Дальнего Востока. Наименьшее количество древесных и кустарниковых пород произрастает в некоторых районах Калмыкии, Карелии, Южного Таймыра и Якутии. В целом разнообразие пород увеличивается с севера на юг, достигая максимума в лесостепной зоне. В горных условиях породное разнообразие существенно возрастает благодаря высотной поясности растительного покрова. Среди равнинных территорий наибольшим разнообразием отличаются леса Калининградской области, в которых отмечена 21 лесообразующая порода. Хотя уровень биологического разнообразия в северных лесах намного ниже, чем в тропиках, он, тем не менее, является естественным, т.е. оптимальным для данных природных условий, и поддерживается в течение многих тысячелетий. Именно в крупных массивах малонарушенных таежных (бореальных) лесов наиболее