Лесная экология — это научное изучение взаимосвязанных моделей, процессов, флоры , фауны , грибов и экосистем в лесах . [1] Управление лесами известно как лесное хозяйство , лесоводство и лесоуправление . Лесная экосистема — это естественная лесная единица, состоящая из всех растений, животных и микроорганизмов ( биотических компонентов ) в этой области, функционирующих вместе со всеми неживыми физическими ( абиотическими ) факторами окружающей среды. [2]
Леса играют чрезвычайно важную роль в глобальной экосистеме . Леса производят около 28% кислорода Земли (подавляющее большинство которого создается океаническим планктоном), [3] они также служат домом для миллионов людей, и миллиарды зависят от лесов в некотором роде. Аналогично, большая часть видов животных в мире живет в лесах. Леса также используются в экономических целях, таких как топливо и древесные продукты. Таким образом, лесная экология оказывает большое влияние на всю биосферу и деятельность человека, которая поддерживается ею. [4]
Леса изучаются на ряде организационных уровней, от отдельного организма до экосистемы. Однако, поскольку термин лес подразумевает область, населенную более чем одним организмом , лесная экология чаще всего концентрируется на уровне популяции , сообщества или экосистемы. Логично, что деревья являются важным компонентом лесных исследований, но большое разнообразие других форм жизни и абиотических компонентов в большинстве лесов означает, что другие элементы, такие как дикие животные или питательные вещества почвы , также являются важнейшими компонентами. [5]
Лесная экология имеет общие характеристики и методологические подходы с другими областями экологии наземных растений , однако присутствие деревьев делает лесные экосистемы и их изучение уникальными во многих отношениях из-за потенциала для широкого разнообразия лесных структур, создаваемых уникально большими размерами и высотой деревьев по сравнению с другими наземными растениями. [ необходима ссылка ]
Лесопатология — это исследование как биотических , так и абиотических заболеваний, влияющих на здоровье лесной экосистемы , в первую очередь грибковых патогенов и их насекомых-переносчиков . [6] [7] Это подраздел лесного хозяйства и фитопатологии .
Лесопатология является частью более широкого подхода к охране лесов .
Насекомые, болезни и экстремальные погодные явления повредили около 40 миллионов га лесов в 2015 году, в основном в умеренных и бореальных зонах. [8],_1970%E2%80%932014.svg/1280px-Overall_decline_in_a_forest-specialist_index_for_268_forest_vertebrate_species_(455_populations),_1970%E2%80%932014.svg.png)
Поскольку деревья могут вырастать больше, чем другие растительные формы жизни, существует потенциал для большого разнообразия лесных структур (или физиономий). Бесконечное количество возможных пространственных расположений деревьев разного размера и вида создает очень сложную и разнообразную микросреду, в которой экологические переменные, такие как солнечная радиация , температура, относительная влажность и скорость ветра , могут значительно различаться на больших и малых расстояниях. Кроме того, важная часть биомассы лесной экосистемы часто находится под землей, где структура почвы, качество и количество воды , а также уровни различных питательных веществ в почве могут сильно различаться. [10] Таким образом, леса часто являются весьма неоднородной средой по сравнению с другими наземными растительными сообществами. Эта неоднородность, в свою очередь, может обеспечить большое биоразнообразие видов как растений, так и животных. Некоторые структуры, такие как древовидные папоротники, могут быть ключевыми видами для разнообразного ряда других видов. [11]
На биоразнообразие в лесу влияет ряд факторов; основными факторами, повышающими численность диких животных и биоразнообразие, являются наличие разнообразных видов деревьев в лесу и отсутствие равномерного управления возрастом древесины . [12] Например, дикая индейка процветает, когда существуют неравномерные высоты и вариации полога , а ее численность сокращается при равномерном управлении возрастом древесины.
Методы управления лесами, имитирующие естественные нарушения (лесное хозяйство с переменным сохранением [13] ), могут позволить сообществу быстро восстановить разнообразие для различных групп, включая жуков. [14]
Тропические леса являются одними из самых разнообразных экосистем в мире. [15] Хотя на акр леса приходится множество различных видов деревьев, многие из них имеют схожий внешний вид из-за схожего давления окружающей среды. [15] [16] Некоторые из этих общих черт, которыми обладают многие тропические деревья, включают толстые и кожистые листья, которые являются удлиненными и яйцевидными со средними ребрами и кончиками капель . [15] [16] Эти адаптации помогают быстро отводить воду из листьев, вероятно, помогая предотвратить рост водорослей или лишайников [15] и предотвращая отражение солнечного света водой или ограничение транспирации . [16] Обычно тропические деревья имеют большие опорные корни на более крупных деревьях и ходульные корни на деревьях среднего размера, которые помогают поддерживать их высокие и вертикальные структуры в неглубокой и влажной почве. [15] [16] Тропические леса растут очень густо из-за обильных осадков и круглогодичного вегетационного периода. Это создает конкуренцию за свет, из-за которой многие деревья вырастают очень высокими, блокируя большую часть или весь свет, достигающий лесной подстилки . [15] Из-за этого полог демонстрирует отчетливо стратифицированные слои от самых высоких деревьев до плотно расположенных деревьев среднего яруса ниже. [15] Из-за слабого освещения на лесной подстилке существует разнообразная популяция эпифитов , типа растений, которые растут на деревьях полога, а не на почве, чтобы получить лучший доступ к свету. Многие лианы используют похожую тактику, однако они укореняются в земле, прорастая по деревьям, чтобы достичь света. [15] Фауна в тропических лесах также демонстрирует множество уникальных адаптаций для заполнения различных ниш . Эти адаптации присущи разным видам в зависимости от того, где они находятся. [15] Например, в тропических лесах Южной Америки и Африки есть похожие на вид животные, которые разделяют экологические ниши, однако млекопитающие из Южной Америки являются грызунами , а африканские — копытными . Это ясно демонстрирует конвергентную эволюцию между видами, обитающими в тропических лесных средах. [15]
Хвойные деревья обладают уникальными чертами, которые делают их особенно приспособленными к суровым условиям, включая холод, засуху, ветер и снег. [16] Их листья покрыты восковым налетом и наполнены смолой , что помогает предотвратить потерю влаги, что делает их невкусными для животных и медленно разлагающимися . Эта опавшая листва создает кислую лесную подстилку, которая отличается от хвойных лесов. [16] Из-за типов листьев, которыми обладают хвойные деревья, они сталкиваются с проблемой потери питательных веществ из почвы; эта проблема решается с помощью микоризного симбиоза с грибами , которые помогают транспортировать ограниченные питательные вещества к деревьям в обмен на сахара . [16] Некоторые хвойные деревья неспособны выживать без микоризных грибов. [16] Большинство хвойных деревьев также являются вечнозелеными , что позволяет им использовать короткие вегетационные периоды их соответствующих сред. [16] Их тонкая коническая структура помогает им выдерживать сильные ветры, не будучи снесенными. [16] Стереотипная конусообразная форма хвойных деревьев помогает предотвратить накопление большого количества снега на их ветвях и их поломку. [15] Из-за суровых условий, в которых обычно встречаются хвойные леса, разнообразие видов растений и животных ограничено. Более холодный климат ограничивает количество видов рептилий и амфибий , которые могут выжить. [16] Виды, которые чаще встречаются в хвойных лесах, — это млекопитающие , в том числе крупные травоядные, такие как лоси и вапити , хищники, такие как медведи и волки , а также несколько более мелких видов, таких как кролики , лисы и норки . Также есть множество видов перелетных птиц и некоторые хищные птицы, такие как совы и ястребы . [16] Хвойные леса содержат множество ценных деревьев для производства целлюлозы и пиломатериалов, что делает их одними из самых экономически важных экосистем. [16] Они также исторически были востребованы для торговли мехом из-за видов животных, которые их населяют. [16]
В лесах деревья и кустарники часто служат в качестве растений-питомников , которые способствуют укоренению и росту сеянцев растений нижнего яруса. Лесной полог защищает молодые растения нижнего яруса от экстремальных температур и засушливых условий. [17]
_colonization.png/1280px-Positive_effects_of_arbuscular_mycorrhizal_(AM)_colonization.png)
Важным взаимодействием в лесных экосистемах является микоризная сеть , которая состоит из грибов и растений, которые разделяют симбиотические отношения. [18] Было показано, что микоризные сети увеличивают поглощение важных питательных веществ, особенно тех, которые медленно рассеиваются в почве, таких как фосфор. [19] Тонкие гифы мицелия способны проникать глубже в почву , чем корни растения, что позволяет ему лучше получать доступ к фосфору и воде. [19] Микоризная сеть также может транспортировать воду и питательные вещества между растениями. [20] Эти взаимодействия могут помочь обеспечить устойчивость к засухе их симбиотическим растениям, помогая защитить их в ходе прогрессирования изменения климата . [19] Однако было показано, что польза микоризных сетей сильно различается в зависимости от вида растения и доступности питательных веществ. Польза растений от микоризного гриба уменьшается по мере увеличения плотности питательных веществ, потому что потеря сахаров растениями обходится дороже, чем получаемая ими польза. [18] Хотя многие растения полагаются на микоризный симбиоз, не все обладают этой способностью, а те, у которых ее нет, как было показано, подвергаются отрицательному воздействию присутствия микоризных грибов. [18]
Экологический потенциал конкретного вида является мерой его способности эффективно конкурировать в данной географической области, опережая другие виды, поскольку все они пытаются занять естественное пространство. Для некоторых областей он был количественно определен, как, например, Гансом-Юргеном Отто для Центральной Европы. [21] Он берет три группы параметров:
Каждый параметр оценивается по шкале от 0 до 5 для каждого рассматриваемого вида, а затем вычисляется глобальное среднее значение. Значение выше 3,5 считается высоким, ниже 3,0 — низким, а промежуточным — для тех, что находятся между ними. В этом исследовании Fagus sylvatica имеет оценку 3,82, Fraxinus excelsior — 3,08, а Juglans regia — 2,92; и являются примерами трех категорий.
Леса накапливают большие объемы биомассы на корню, и многие из них способны накапливать ее с высокой скоростью, т. е. они высокопродуктивны. Такие высокие уровни биомассы и высокие вертикальные структуры представляют собой большие хранилища потенциальной энергии , которая может быть преобразована в кинетическую энергию при правильных обстоятельствах. [ необходима цитата ]
Леса мира содержат около 606 гигатонн живой биомассы (над и под землей) и 59 гигатонн мертвой древесины. [22]
Два таких преобразования, имеющих большое значение, — это пожары и вывалы деревьев , оба из которых радикально изменяют биоту и физическую среду, где они происходят. Кроме того, в лесах с высокой производительностью быстрый рост самих деревьев вызывает биотические и экологические изменения, хотя и медленнее и с меньшей интенсивностью, чем относительно мгновенные нарушения, такие как пожары.
Лесные деревья хранят большие объемы воды из-за своих больших размеров и анатомических/физиологических характеристик. Поэтому они являются важными регуляторами гидрологических процессов, особенно тех, которые связаны с гидрологией грунтовых вод и местным испарением и режимами осадков/снегопадов . [23]
По оценкам, 399 миллионов га леса отведены в первую очередь для защиты почвы и воды, что на 119 миллионов га больше, чем в 1990 году. [22]
Таким образом, лесные экологические исследования иногда тесно связаны с метеорологическими и гидрологическими исследованиями в региональных экосистемах или исследованиях планирования ресурсов. Возможно, что еще важнее, подстилка или опавшие листья могут стать основным хранилищем воды. Когда эта подстилка удаляется или уплотняется (из-за выпаса скота или чрезмерного использования человеком), усугубляются эрозия и наводнения, а также лишение лесных организмов воды в сухой сезон.
Древесный материал, часто называемый грубым древесным мусором , разлагается относительно медленно во многих лесах по сравнению с большинством других органических материалов из-за сочетания факторов окружающей среды и химии древесины (см. лигнин ). [24] Деревья, растущие в засушливых и/или холодных условиях, делают это особенно медленно. Таким образом, стволы и ветви деревьев могут оставаться на лесной подстилке в течение длительного времени, влияя на такие вещи, как среда обитания диких животных , поведение пожаров и процессы регенерации деревьев .
Некоторые деревья оставляют после себя жуткие скелеты после смерти. На самом деле, эти смерти на самом деле очень редки по сравнению с количеством смертей деревьев, которые остаются незамеченными. Из одного дерева можно получить тысячи саженцев, но только несколько из них действительно могут вырасти до зрелости. [25] Большинство этих смертей вызваны конкуренцией за свет, воду или питательные вещества почвы, это называется естественным истончением. Отдельные смерти, вызванные естественным истончением, остаются незамеченными, но многие смерти могут помочь сформировать лесные экосистемы. [25] Существует четыре стадии восстановления леса после нарушения: фаза установления, которая представляет собой быстрый рост саженцев, фаза истончения, которая происходит после того, как формируется полог, и покрытые им саженцы умирают, переходная фаза, которая происходит, когда одно дерево из полога умирает и создает карман света, дающий новым саженцам возможность расти, и, наконец, фаза устойчивого состояния, которая происходит, когда в лесу есть деревья разных размеров и возрастов. [25]
В этой статье использован текст из свободного контента . Лицензия CC BY-SA 3.0 (лицензионное заявление/разрешение). Текст взят из Глобальной оценки лесных ресурсов 2020 г. Основные выводы, ФАО, ФАО.
