Способность дерева давать поросль от пня после рубки - полезное биологическое свойство, это своеобразная естественная защита от уничтожения человеком. В лесном хозяйстве порослевое возобновление древесных пород не всегда желательно. Дело в том, что то дерево, которое вырастает от пня, имеет гораздо худшие технические свойства древесины, чем дерево, выросшее из семени. Порослевые стволы всегда более или менее изогнуты наподобие сабли, древесина имеет широкие и рыхлые годичные слои, причем ширина слоя по окружности ствола неодинакова.
Наше представление о лесе было бы односторонним, неполным, если бы мы ограничились рассмотрением только лесного фитоценоза, только растительного населения леса. Ведь в лесу, помимо растений, обитают разнообразные представители животного мира: звери и птицы, многочисленные насекомые и т.д. Они населяют лес сверху донизу - от вершин крон деревьев до концов их корней. Не остается незаселенной даже лесная почва: здесь живут мышевидные грызуны, кроты, личинки разных насекомых, дождевые черви.
Все живые существа, обитающие в лесу, тесно связаны с лесным фитоценозом: они находят здесь убежище, пищу, условия для размножения. Между ними, как и между растениями, существуют тесные связи, разного рода взаимодействия. В мире животных тоже есть сильные и слабые, конкуренция и сотрудничество. Но формы взаимодействия между животными, конечно, совершенно иные, чем между растениями. Здесь, например, есть хищники и их жертвы, одни живые существа служат пищей другим, чего не бывает у растений.
Животное население леса оказывает сильное влияние на растительность, на фитоценоз. Можно привести множество примеров такого рода. Некоторые насекомые (гусеницы определенных видов бабочек, личинки ряда жуков) причиняют очень большой вред лесу, уничтожая листву деревьев, повреждая их плоды и семена. Особенно страдает от подобных вредителей дуб. Лесные мыши и полевки уничтожают большое количество семян древесных пород, опавших на землю, особенно желудей дуба, и тем затрудняют семенное возобновление деревьев.
Однако в лесу имеется и своеобразный противовес этой вредной деятельности: насекомых-вредителей в массе уничтожают лесные птицы, а мыши и полевки в больших количествах истребляются лесными хищниками. Некоторые живые существа, населяющие лес, благотворно влияют на лесной фитоценоз. Это, например, дождевые черви, которые улучшают свойства лесной почвы, лесные муравьи, уничтожающие вредных насекомых. Полезна также деятельность некоторых птиц, способствующих распространению семян лесных деревьев и кустарников. Невозможно перечислить здесь все те взаимодействия и связи, которые существуют между животным и растительным населением леса, они очень многообразны и сложны.
Лесная растительность находится в тесном взаимодействии с окружающей средой. Каждый лесной фитоценоз развивается на том или ином участке земной поверхности, в определенных почвенных и климатических условиях. Он во многом зависит от окружающей среды, испытывает на себе сильное влияние внешних факторов. Состав древесных пород и растений нижних ярусов леса, многие другие особенности лесного фитоценоза в значительной степени обусловлены характером климата и свойствами почвы.
Однако и лесная растительность воздействует на среду обитания, видоизменяет и преобразует ее. Войдите в жаркий летний день с поля в лес вы сразу попадете в особый мир, где царят тень и прохлада. Под пологом леса совершенно другая среда, чем на открытом месте. Здесь иная освещенность, влажность почвы, температура воздуха и т.д. Следовательно, лесной фитоценоз и окружающая среда влияют друг на друга, находятся во взаимодействии.
Лесная растительность тесно связана, в частности, с той почвой, на которой она развивается. Один из конкретных примеров подобной связи круговорот питательных веществ в лесу. Эти вещества, необходимые для жизни растений (соли азота, фосфора, калия и т.д.), содержатся в том или ином количестве в лесной почве и извлекаются оттуда корнями. Из корней они поступают в надземную часть - стебли и листья. Однако время пребывания их здесь ограничено. Рано или поздно стебли и листья отмирают, падают на землю, разлагаются, и питательные вещества вновь возвращаются в почвенный слой. Следовательно, между лесным фитоценозом и почвенной средой идет непрерывный обмен питательными веществами, происходит постоянное их передвижение из почвы в растения и обратно.
Важную роль в этом процессе играет лесная подстилка - слой опавшей листвы или хвои на поверхности почвы. Подстилка содержит много питательных веществ, но почти все они входят в состав сложных органических соединений и для зеленых растений недоступны. Однако в процессе естественного разложения подстилки образуются более простые, доступные формы питательных веществ, которые постепенно, небольшими порциями поступают в почву.
Лесной фитоценоз находится в тесном взаимодействии не только с почвой, но и с атмосферой. Проявления этого взаимодействия очень разнообразны. Вот только один пример. Многие лесные фитоценозы получают необходимую для жизни растений воду из атмосферы, с выпадающими осадками (вода попадает в почву и оттуда поглощается корнями). Следовательно, этот атмосферный фактор оказывает большое влияние на лес. Больше того - он часто определяет сам тип леса. (Характер растительности находится в зависимости от общего годового количества осадков, периодичности и времени их выпадения и т.д.)
Однако лес в свою очередь также влияет на атмосферу. Он не только поглощает воду, но и возвращает часть ее назад в виде водяных паров, увлажняет атмосферу. Увлажнение воздуха над лесом очень значительно. Оно происходит в результате транспирации - выделения водяных паров из внутренних тканей листьев и хвои через устьица, а также вследствие физического испарения воды с поверхности смоченных дождем надземных органов растений, особенно листьев. Нет необходимости говорить, что основными увлажнителями воздуха над лесом являются деревья: они имеют неизмеримо большую массу и поверхность листвы, чем другие лесные растения. На одном гектаре лиственного леса суммарная площадь всех листьев деревьев составляет десятки гектаров, она во много раз больше той площади, которую занимает сам лес.
Итак, мы познакомились с тем, что представляет собой лесной фитоценоз, получили представление о тех факторах, которые на него влияют и с которыми он находится во взаимодействии. Мы убедились в том, что лесной фитоценоз тесно связан с животным населением, с почвой и атмосферой. Он испытывает сильное влияние с их стороны и сам в свою очередь на них влияет. Читателю теперь будет понятен вывод о том, что лесной фитоценоз - это еще не лес, а только часть леса. Лесом надо считать всю сложную природную систему, в состав которой входят растительные и животные организмы (как крупные, так и мелкие, вплоть до микроорганизмов), почвенно-грунтовый слой и атмосфера. Все эти части целого взаимодействуют между собой на определенной территории, образуя особое природное единство, которое получило название "биогеоценоз". Итак, лес следует рассматривать как биогеоценоз, состоящий из элементов живой и неживой природы, как определенное природное явление, как сложную целостную систему.
Теперь, когда у нас есть представление о лесе в целом, мы познакомимся с отдельными растениями, входящими в его состав.
ДЕРЕВЬЯ
Наши леса не так уж богаты древесными породами. Здесь нет такого обилия деревьев, какое бывает, например, в тропических джунглях, где, пройдя километр пути, можно насчитать несколько сотен видов этих растений. У нас природа беднее, и древесных пород несравненно меньше.
Как известно, деревья подразделяются на хвойные и лиственные, а последние в свою очередь на широколиственные и мелколиственные. К широколиственным относят дуб, липу, клен, ясень, вяз, ильм и некоторые другие. Все они имеют довольно крупные, широкие листовые пластинки. (Лесоводы называют почти все эти древесные породы твердолиственными.) Перечисленные деревья входят в состав коренных лесов, чаще всего дубрав. Они довольно теплолюбивы и распространены только в европейской части страны. (Исключение составляет липа, которая встречается кое-где в Западной Сибири.)
К мелколиственным древесным породам относят березу, осину, древовидные ивы, серую ольху и некоторые другие. (У лесоводов они получили название мягколиственных.) Почти все эти деревья имеют сравнительно небольшие листья, но у некоторых из них листовые пластинки крупные.
Роль мелколиственных древесных пород в природе совершенно иная, чем широколиственных. Это - деревья-пионеры, они быстро поселяются на любом свободном от леса пространстве: на вырубках, пожарищах, заброшенных пашнях и т.д. Они почти всегда образуют вторичные леса на месте вырубленных лесов коренного типа: хвойных, хвойно-широколиственных или широколиственных. Лишь в редких случаях мелколиственные деревья образуют коренные леса.
Примером могут быть березняки в Западной Сибири, "осиновые кусты" в некоторых степных районах европейской части страны и т.д.
Географическое распространение мелколиственных древесных пород несравненно шире, чем широколиственных: они растут в диком виде не только в европейской части страны, но и во многих районах к востоку от Урала.
Познакомимся с главнейшими деревьями наших среднерусских лесов. Каждая древесная порода имеет много интересных особенностей, каждая своеобразна не только по внешности, но и по многим другим признакам.
Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) - одно из самых распространенных деревьев в нашей стране. Она растет на огромной территории - от Белого до Черного моря и от Белоруссии до Восточной Сибири. Это дерево очень неприхотливо к почве. Сосну можно увидеть на сухих песках и на моховых болотах, на голых меловых склонах и на гранитных скалах. Но зато в отношении света сосна очень требовательна. Она совершенно не выносит затенения. Это одна из наших самых светолюбивых древесных пород. Как и другие светолюбивые деревья (береза, лиственница), сосна имеет рыхлую, ажурную крону, которая пропускает много света. Поэтому сосновый лес всегда светлый, приветливый.
Типы сосновых лесов очень разнообразны. Среди них - лишайниковые сосняки, или так называемые боры-беломошники. На почве под сосной в таком лесу - красивый белый ковер лишайников. В сухую погоду маленькие белые кустики лишайников становятся очень ломкими и хрустят под ногами.
В сосняке-черничнике под соснами - сплошные зеленые заросли черники, особенно красивые в конце весны, когда черничные кустики только что оделись светло-зеленой листвой. Особью тип сосняка мы встречаем тогда, когда под сосной растут низкие деревца дуба и липы.
Все эти типы сосняков связаны с определенными почвенными условиями. На почве сухой и бедной питательными веществами развивается один тип сосняка, на почве достаточно влажной и более богатой - совершенно другой.
Рис. 1. Ветвь сосны с шишками разного возраста
Но обратимся к самой сосне. В строении и размножении ее немало интересного.
На ветвях сосны парами располагаются длинные узкие хвоинки (рис. 1). Такое расположение хвои - характерная особенность этой древесной породы. Хвоинки остаются соединенными попарно не только при жизни, но и после отмирания. Опадают они тоже вместе. Посмотрите на землю под сосной - вы обязательно найдете таких "близнецов".
Массовое опадение сухой сосновой хвои происходит в сентябре. А незадолго до этого, в августе, в кронах сосен бывает хорошо заметна своеобразная пестрота: часть хвои зеленая, а часть желтая. Если присмотреться, нетрудно заметить, что зеленые хвоинки располагаются на концах веток, т.е. на побегах данного года и прошлогодних, а желтые несколько поодаль, на более старых побегах, которым уже три года. В средней полосе страны хвоинки сосны живут обычно не более двух-трех лет. На Крайнем Севере и в других районах с суровым климатом век хвоинок гораздо дольше.
Круглый год сосна стоит в своем неизменном зеленом наряде. Даже зимой, в лютую стужу она выглядит, как летом. Ее зеленые иглы словно не боятся мороза. А чем опасен мороз для хвоинок? Конечно, не тем, что превратится в лед вода, которая в них находится. От этого никак нельзя защититься. Опасно другое - высыхание. Вот что грозит зимой всем живым надземным частям растений, содержащим воду, в том числе и хвоинкам. Ведь передвижения воды по растению зимой нет, и восполнить потери влаги нельзя. В то же время потерять воду на морозе очень легко: она и в стужу довольно быстро испаряется.
Но зимой хвоинки сосны надежно защищены от высыхания, потеря воды им не грозит. Каждая хвоинка покрыта снаружи тонкой, но непроницаемой для воды пленкой-кутикулой. Микроскопические клапаны-устьица, во множестве разбросанные по поверхности хвоинки, плотно закрыты. Через них вода также не может испариться. Для надежности каждое устьице "запечатано" воском. Словом, почти полная герметизация.
Внутреннее строение хвоинки тоже не лишено интереса. В клетках ее содержатся хлоропласты - микроскопические зеленые тельца, вырабатывающие органические вещества. Почти все они располагаются только у клеточных стенок, в слое протоплазмы. И если бы у сосны были обычные клетки, количество хлоропластов, заполняющих все клетки отдельной хвоинки, оказалось бы не очень большим. Ведь хвоинки очень узкие, объем их невелик, а количество клеток в них ограничено. Но в хвоинках сосны клетки необычные. Их стенки имеют складки, вдающиеся внутрь клеточной полости, как неполные перегородки. Благодаря этому намного увеличивается внутренняя поверхность клетки, а значит, и количество хлоропластов.
Сосна - дерево вечнозеленое. Но у нее каждую весну распускаются почки и появляются молодые побеги, как и у лиственных деревьев. Присмотритесь весной к ветвям сосны. Вот перезимовавшие старые побеги с нормальной хвоей - длинной и темно-зеленой. А на концах их - растущие молодые побеги. Они имеют светло-зеленую окраску. Настоящей хвои на них пока нет. Вместо нее короткие шиловидные отростки беловатого цвета. Каждый такой отросток - это пара юных хвоинок, еще не успевших как следует вырасти. Хвоинки плотно прижаты друг к другу и одеты снаружи общим пленчатым покровом. Начнут расти - прорвут этот "футляр", выйдут наружу.
У основания молодых побегов кое-где виднеются плотные светло-желтые грозди так называемых мужских шишечек. Каждая шишечка меньше горошины (см. рис. 1). Пройдет немного времени, и из них обильно посыплется желтая пыльца. Сосна производит огромное количество пыльцы. Целые тучи ее разносятся ветром в сосновом бору, когда деревья "пылят". Если в это время выпадает дождь, то на поверхности луж пыльца плавает в виде обильного желтого порошка, напоминающего мелко измельченную серу.
Необыкновенная расточительность сосны в отношении пыльцы понятна. Лишь ничтожный ее процент попадает на так называемые женские шишечки и производит опыление. Вся остальная масса погибает.
Пыльца сосны далеко разносится ветром благодаря особым приспособлениям, улучшающим ее "воздухоплавательные" свойства. По бокам каждой пылинки имеется два объемистых мешочка, заполненных воздухом. Они уменьшают удельный вес пыльцы и тем увеличивают дальность полета. Понятно, что рассмотреть воздушные мешочки у пылинок можно только под микроскопом, при достаточно сильном увеличении. Простым глазом они, конечно, не видны.
Женские шишечки сосны появляются весной на концах молодых побегов. Они имеют вид маленьких зернышек размером немного больше булавочной головки. Их не сразу заметишь среди окружающих молодых хвоинок. Обычно на конце побега бывает по одной шишечке. Каждая из них проходит долгий путь развития, прежде чем станет взрослой деревянистой шишкой. В первый год она почти не растет: к осени становится не больше горошины. Зато на второй год сильно увеличивается в размерах и к зиме окончательно формируется - делается коричневатой, деревенеет. К этому времени созревают и семена. Зрелые шишки после высыпания из них семян некоторое время еще висят на деревьях, а затем опадают на землю.
Семена сосны высыпаются из шишек весной. Само семя - как просяное зерно, но оно снабжено небольшим пленчатым крылышком. Выпав из шишки и оказавшись в воздухе, крылатое семя начинает очень быстро вращаться, как миниатюрный пропеллер. Благодаря этому замедляется его падение, и ветер может уносить семя достаточно далеко от материнского дерева.
Семена сосны внешне похожи на семена ели. Но различить их нетрудно, надо только посмотреть, каким образом прикрепляется семя к крылышку. У сосны семя зажато между двумя отростками крылышка, словно охвачено с боков щипчиками. У ели способ прикрепления совершенно другой - семя лежит в углублении крылышка, как слива в столовой ложке.
Рис. 2. Проросток сосны
Очень оригинальны всходы сосны, когда они только что появились на свет. Это маленькие растеньица, у которых стебелек короче спички и не толще обыкновенной швейной иглы. На верхушке стебелька - пучок лучеобразно расходящихся во все стороны очень тонких иголочек-семядолей (рис. 2). Семядолей у сосны не одна и не две, как у цветковых растений, а четыре семь. Всход сосны имеет настолько своеобразный вид, что многие, увидев его, наверняка затруднятся сказать, какое это растение. При достаточном доступе света всходы сосны через несколько лет превращаются в маленькие сосновые деревца. У таких юных сосенок уже есть заметный стволик, а веточки покрыты обычными хвоинками, расположенными попарно.
Своеобразный вид имеют молодые сосны высотой в несколько метров, если они растут при полном освещении на открытом месте. Боковые ветки таких деревьев отходят от главного ствола правильными ярусами-мутовками. В каждом ярусе ветки немного приподняты и торчат во все стороны, как спицы раскрытого зонтика. Деревце имеет как бы этажи из веток. Каждый год прибавляется очередная мутовка. Следовательно, сколько у сосенки ярусов веток, столько ей и лет от роду. Зная эту особенность роста сосны, нетрудно определить возраст молодого деревца. Только истинный возраст будет немного больше, чем получается при подсчете ярусов веток. Ведь в первые несколько лет жизни сосенки очень малы и ярусы веток у них еще не образуются. Поэтому к тому возрасту, который получился при подсчете ярусов, надо добавить еще лет пять-шесть.
Подроста сосны в сосновых лесах обычно очень мало. Объясняется это тем, что в сосняках, как правило, много ели и других деревьев и кустарников, которые затеняют молодые сосенки и не дают им развиваться. Однако молодняк ели во многих сосняках довольно обилен - ему не страшно затенение. Именно он идет на смену старым деревьям сосны. Пройдет немного времени, и, если не вмещается человек, сосняки уступят место ельникам. Процесс вытеснения сосны елью наблюдается почти на всей территории европейской части страны.
Почему же светолюбивая сосна дожила до наших дней и ее еще в далеком прошлом не вытеснила теневыносливая ель? Этого не произошло по той причине, что у сосны был своеобразный союзник - низовой лесной пожар. При таком пожаре горит только опавшая сухая хвоя на почве. Однако этого достаточно, чтобы уничтожить почти весь молодняк ели. Дело в том, что кора ели тонкая и она плохо защищает живые ткани ствола от ожога при пожаре. Поэтому ель очень чувствительна к огню. Сосна же имеет очень толстую кору и переносит низовой пожар без повреждений. Периодически повторяющиеся низовые пожары изгоняют ель из сосняков. В прошлом такие пожары, по-видимому, случались гораздо чаще, чем сейчас. Поэтому сосняки и уцелели до наших дней.
Сейчас сосна чувствует себя в полной безопасности только на очень сухих песчаных участках, где обычно развиваются лишайниковые или вересковые боры. Здесь она застрахована от вытеснения елью, поскольку ее грозная конкурентка не может расти в условиях сухости почвы. Избавлена от опасного соседства сосна и на так называемых верховых болотах, где также отсутствует ель. Причина недоступности этих мест для ели - крайняя бедность почвы питательными веществами и кислородом.
Сосна - дерево удивительно нетребовательное к почве. Она мирится и с чрезвычайной бедностью почвы питательными веществами, и с крайней ее сухостью, и с резким недостатком кислорода. В этом отношении с сосной не может сравниться никакая другая древесная порода. Результаты специальных опытов показали, что молодые деревца сосны могут расти несколько лет, совершенно не получая из почвы соединений азота. Однако, хотя сосна и не погибает в крайне неблагоприятных условиях существования, растет она при этом очень плохо, выглядит сильно угнетенной. Для хорошего роста сосне, как и другим деревьям, нужна достаточно хорошая почва.
Сосна - ценная древесная порода. Она дает отличный строительный материал, прекрасные дрова. Из ее смолы вырабатывают много необходимых для человека веществ. А сколь велико оздоровительное значение сосновых лесов!
Лесоводы сейчас всячески покровительствуют сосне. На больших площадях производят посадки молодых сосенок, которые предварительно выращивают несколько лет в питомниках. Из этих посадок надеются получить впоследствии хороший сосновый лес. На посадку сосны затрачивается очень много труда и средств. Но усилия лесоводов часто пропадают даром, так как их старания сводят на нет лоси. В центральных районах европейской части страны эти животные в последнее время так сильно размножились, что стали настоящим бичом для молодых сосновых посадок. Лоси отгрызают самый верхний побег сосны и тем наносят ей непоправимый вред. "Обезглавленные" сосенки уже неспособны вырасти в нормальные высокие деревья. Соснового леса из них не будет.
Очень опасны для сосны и то ядовитые газы, которые выбрасывают трубы заводов и фабрик, в особенности сернистый газ. Наверное, многие замечали, какой жалкий, угнетенный вид имеют старые сосны в больших городах и поблизости от некоторых заводов. У таких деревьев много сухих, отмерших веточек, а те, что остались в живых, покрыты короткой редкой хвоей. Иногда живой хвои совсем мало. Деревья кажутся больными, погибающими. Они действительно находятся на грани отмирания. Сернистый газ, проникая внутрь хвоинок через устьица, вызывает отравление живых тканей. В результате хвоя почти не снабжает дерево органическими веществами.
Отмирание сосны в больших городах - сигнал опасности и для человека. Это показатель того, что воздух сильно загрязнен газами, которые поступают в атмосферу из заводских труб, топок и т.д.
Ель обыкновенная (Picea abies). Это изящное стройное дерево особенно красиво выглядит, когда растет на совершенно открытом месте. Крона такого дерева имеет форму правильного узкого конуса. Длинные нижние ветви несколько наклоняются к земле, как будто не в силах нести тяжкий груз хвои. Ветви, расположенные выше, становятся все короче и короче и постепенно приподнимаются кверху. Верхушка дерева всегда острая, она никогда не притупляется, даже когда дерево старое. Кроны елей похожи на гигантские острые пики, нацеленные в небо.
Высокой и стройной ель вырастает лишь тогда, когда самая верхняя почка дерева каждый год нормально распускается и дает начало новому побегу. Это самая главная почка дерева, она обеспечивает рост ели в высоту. Если у молодой ели верхушечная почка была повреждена или срезан побег, на котором она находится, - внешний облик дерева резко меняется: рост главного ствола прекращается, ближайшие к верхушке боковые ветви постепенно приподнимаются вверх. В результате вместо высокого и стройного дерева получается низкое и уродливое. У лиственных деревьев такого не бывает. Если "обезглавить" молодую березу или дуб, это впоследствии никак не отразится на облике дерева и оно вырастет вполне нормальным.
Иногда человек стремится специально получить уродливую ель с низкой широкой кроной. Именно такая ель нужна, например, в посадках вдоль линий железных дорог. Чтобы: получить нужную форму кроны, у молодых елей срезают верхушки.
Область естественного распространения обыкновенной ели в нашей стране довольно велика - почти вся северная половина европейской части Союза. На Урале и в Сибири растет близкий вид - ель сибирская (Picea obovata). Необозримы северные еловые леса - угрюмая и мрачная тайга. На почве - часто сплошной зеленый ковер мхов и заросли черники. Ветви и стволы деревьев покрыты хлопьями лишайников. Чем дальше к югу, тем выше становится еловый лес. Меняется состав растений, поселяющихся под деревьями. Появляется много кислицы, тут и там видишь травы, характерные для дубрав. Местами встречается дуб, а кроме него, другие широколиственные деревья: клен, липа.
В Московской области, на южном пределе своего распространения, ель достигает внушительной высоты - до 30 м (почти как 10-этажный дом). Здесь обычны ельники с травяным покровом из дубравных растений. В европейской части страны ель не идет далеко на юг, так как довольно влаголюбива. Она не выносит сухости почвы. В этом отношении ель гораздо прихотливее сосны, которая отлично растет на очень сухих песках.
Наше представление о лесе было бы односторонним, неполным, если бы мы ограничились рассмотрением только лесного фитоценоза, только растительного населения леса. Ведь в лесу, помимо растений, обитают разнообразные представители животного мира: звери и птицы, многочисленные насекомые и т.д. Они населяют лес сверху донизу - от вершин крон деревьев до концов их корней. Не остается незаселенной даже лесная почва: здесь живут мышевидные грызуны, кроты, личинки разных насекомых, дождевые черви.
Все живые существа, обитающие в лесу, тесно связаны с лесным фитоценозом: они находят здесь убежище, пищу, условия для размножения. Между ними, как и между растениями, существуют тесные связи, разного рода взаимодействия. В мире животных тоже есть сильные и слабые, конкуренция и сотрудничество. Но формы взаимодействия между животными, конечно, совершенно иные, чем между растениями. Здесь, например, есть хищники и их жертвы, одни живые существа служат пищей другим, чего не бывает у растений.
Животное население леса оказывает сильное влияние на растительность, на фитоценоз. Можно привести множество примеров такого рода. Некоторые насекомые (гусеницы определенных видов бабочек, личинки ряда жуков) причиняют очень большой вред лесу, уничтожая листву деревьев, повреждая их плоды и семена. Особенно страдает от подобных вредителей дуб. Лесные мыши и полевки уничтожают большое количество семян древесных пород, опавших на землю, особенно желудей дуба, и тем затрудняют семенное возобновление деревьев.
Однако в лесу имеется и своеобразный противовес этой вредной деятельности: насекомых-вредителей в массе уничтожают лесные птицы, а мыши и полевки в больших количествах истребляются лесными хищниками. Некоторые живые существа, населяющие лес, благотворно влияют на лесной фитоценоз. Это, например, дождевые черви, которые улучшают свойства лесной почвы, лесные муравьи, уничтожающие вредных насекомых. Полезна также деятельность некоторых птиц, способствующих распространению семян лесных деревьев и кустарников. Невозможно перечислить здесь все те взаимодействия и связи, которые существуют между животным и растительным населением леса, они очень многообразны и сложны.
Лесная растительность находится в тесном взаимодействии с окружающей средой. Каждый лесной фитоценоз развивается на том или ином участке земной поверхности, в определенных почвенных и климатических условиях. Он во многом зависит от окружающей среды, испытывает на себе сильное влияние внешних факторов. Состав древесных пород и растений нижних ярусов леса, многие другие особенности лесного фитоценоза в значительной степени обусловлены характером климата и свойствами почвы.
Однако и лесная растительность воздействует на среду обитания, видоизменяет и преобразует ее. Войдите в жаркий летний день с поля в лес вы сразу попадете в особый мир, где царят тень и прохлада. Под пологом леса совершенно другая среда, чем на открытом месте. Здесь иная освещенность, влажность почвы, температура воздуха и т.д. Следовательно, лесной фитоценоз и окружающая среда влияют друг на друга, находятся во взаимодействии.
Лесная растительность тесно связана, в частности, с той почвой, на которой она развивается. Один из конкретных примеров подобной связи круговорот питательных веществ в лесу. Эти вещества, необходимые для жизни растений (соли азота, фосфора, калия и т.д.), содержатся в том или ином количестве в лесной почве и извлекаются оттуда корнями. Из корней они поступают в надземную часть - стебли и листья. Однако время пребывания их здесь ограничено. Рано или поздно стебли и листья отмирают, падают на землю, разлагаются, и питательные вещества вновь возвращаются в почвенный слой. Следовательно, между лесным фитоценозом и почвенной средой идет непрерывный обмен питательными веществами, происходит постоянное их передвижение из почвы в растения и обратно.
Важную роль в этом процессе играет лесная подстилка - слой опавшей листвы или хвои на поверхности почвы. Подстилка содержит много питательных веществ, но почти все они входят в состав сложных органических соединений и для зеленых растений недоступны. Однако в процессе естественного разложения подстилки образуются более простые, доступные формы питательных веществ, которые постепенно, небольшими порциями поступают в почву.
Лесной фитоценоз находится в тесном взаимодействии не только с почвой, но и с атмосферой. Проявления этого взаимодействия очень разнообразны. Вот только один пример. Многие лесные фитоценозы получают необходимую для жизни растений воду из атмосферы, с выпадающими осадками (вода попадает в почву и оттуда поглощается корнями). Следовательно, этот атмосферный фактор оказывает большое влияние на лес. Больше того - он часто определяет сам тип леса. (Характер растительности находится в зависимости от общего годового количества осадков, периодичности и времени их выпадения и т.д.)
Однако лес в свою очередь также влияет на атмосферу. Он не только поглощает воду, но и возвращает часть ее назад в виде водяных паров, увлажняет атмосферу. Увлажнение воздуха над лесом очень значительно. Оно происходит в результате транспирации - выделения водяных паров из внутренних тканей листьев и хвои через устьица, а также вследствие физического испарения воды с поверхности смоченных дождем надземных органов растений, особенно листьев. Нет необходимости говорить, что основными увлажнителями воздуха над лесом являются деревья: они имеют неизмеримо большую массу и поверхность листвы, чем другие лесные растения. На одном гектаре лиственного леса суммарная площадь всех листьев деревьев составляет десятки гектаров, она во много раз больше той площади, которую занимает сам лес.
Итак, мы познакомились с тем, что представляет собой лесной фитоценоз, получили представление о тех факторах, которые на него влияют и с которыми он находится во взаимодействии. Мы убедились в том, что лесной фитоценоз тесно связан с животным населением, с почвой и атмосферой. Он испытывает сильное влияние с их стороны и сам в свою очередь на них влияет. Читателю теперь будет понятен вывод о том, что лесной фитоценоз - это еще не лес, а только часть леса. Лесом надо считать всю сложную природную систему, в состав которой входят растительные и животные организмы (как крупные, так и мелкие, вплоть до микроорганизмов), почвенно-грунтовый слой и атмосфера. Все эти части целого взаимодействуют между собой на определенной территории, образуя особое природное единство, которое получило название "биогеоценоз". Итак, лес следует рассматривать как биогеоценоз, состоящий из элементов живой и неживой природы, как определенное природное явление, как сложную целостную систему.
Теперь, когда у нас есть представление о лесе в целом, мы познакомимся с отдельными растениями, входящими в его состав.
ДЕРЕВЬЯ
Наши леса не так уж богаты древесными породами. Здесь нет такого обилия деревьев, какое бывает, например, в тропических джунглях, где, пройдя километр пути, можно насчитать несколько сотен видов этих растений. У нас природа беднее, и древесных пород несравненно меньше.
Как известно, деревья подразделяются на хвойные и лиственные, а последние в свою очередь на широколиственные и мелколиственные. К широколиственным относят дуб, липу, клен, ясень, вяз, ильм и некоторые другие. Все они имеют довольно крупные, широкие листовые пластинки. (Лесоводы называют почти все эти древесные породы твердолиственными.) Перечисленные деревья входят в состав коренных лесов, чаще всего дубрав. Они довольно теплолюбивы и распространены только в европейской части страны. (Исключение составляет липа, которая встречается кое-где в Западной Сибири.)
К мелколиственным древесным породам относят березу, осину, древовидные ивы, серую ольху и некоторые другие. (У лесоводов они получили название мягколиственных.) Почти все эти деревья имеют сравнительно небольшие листья, но у некоторых из них листовые пластинки крупные.
Роль мелколиственных древесных пород в природе совершенно иная, чем широколиственных. Это - деревья-пионеры, они быстро поселяются на любом свободном от леса пространстве: на вырубках, пожарищах, заброшенных пашнях и т.д. Они почти всегда образуют вторичные леса на месте вырубленных лесов коренного типа: хвойных, хвойно-широколиственных или широколиственных. Лишь в редких случаях мелколиственные деревья образуют коренные леса.
Примером могут быть березняки в Западной Сибири, "осиновые кусты" в некоторых степных районах европейской части страны и т.д.
Географическое распространение мелколиственных древесных пород несравненно шире, чем широколиственных: они растут в диком виде не только в европейской части страны, но и во многих районах к востоку от Урала.
Познакомимся с главнейшими деревьями наших среднерусских лесов. Каждая древесная порода имеет много интересных особенностей, каждая своеобразна не только по внешности, но и по многим другим признакам.
Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) - одно из самых распространенных деревьев в нашей стране. Она растет на огромной территории - от Белого до Черного моря и от Белоруссии до Восточной Сибири. Это дерево очень неприхотливо к почве. Сосну можно увидеть на сухих песках и на моховых болотах, на голых меловых склонах и на гранитных скалах. Но зато в отношении света сосна очень требовательна. Она совершенно не выносит затенения. Это одна из наших самых светолюбивых древесных пород. Как и другие светолюбивые деревья (береза, лиственница), сосна имеет рыхлую, ажурную крону, которая пропускает много света. Поэтому сосновый лес всегда светлый, приветливый.
Типы сосновых лесов очень разнообразны. Среди них - лишайниковые сосняки, или так называемые боры-беломошники. На почве под сосной в таком лесу - красивый белый ковер лишайников. В сухую погоду маленькие белые кустики лишайников становятся очень ломкими и хрустят под ногами.
В сосняке-черничнике под соснами - сплошные зеленые заросли черники, особенно красивые в конце весны, когда черничные кустики только что оделись светло-зеленой листвой. Особью тип сосняка мы встречаем тогда, когда под сосной растут низкие деревца дуба и липы.
Все эти типы сосняков связаны с определенными почвенными условиями. На почве сухой и бедной питательными веществами развивается один тип сосняка, на почве достаточно влажной и более богатой - совершенно другой.
Рис. 1. Ветвь сосны с шишками разного возраста
Но обратимся к самой сосне. В строении и размножении ее немало интересного.
На ветвях сосны парами располагаются длинные узкие хвоинки (рис. 1). Такое расположение хвои - характерная особенность этой древесной породы. Хвоинки остаются соединенными попарно не только при жизни, но и после отмирания. Опадают они тоже вместе. Посмотрите на землю под сосной - вы обязательно найдете таких "близнецов".
Массовое опадение сухой сосновой хвои происходит в сентябре. А незадолго до этого, в августе, в кронах сосен бывает хорошо заметна своеобразная пестрота: часть хвои зеленая, а часть желтая. Если присмотреться, нетрудно заметить, что зеленые хвоинки располагаются на концах веток, т.е. на побегах данного года и прошлогодних, а желтые несколько поодаль, на более старых побегах, которым уже три года. В средней полосе страны хвоинки сосны живут обычно не более двух-трех лет. На Крайнем Севере и в других районах с суровым климатом век хвоинок гораздо дольше.
Круглый год сосна стоит в своем неизменном зеленом наряде. Даже зимой, в лютую стужу она выглядит, как летом. Ее зеленые иглы словно не боятся мороза. А чем опасен мороз для хвоинок? Конечно, не тем, что превратится в лед вода, которая в них находится. От этого никак нельзя защититься. Опасно другое - высыхание. Вот что грозит зимой всем живым надземным частям растений, содержащим воду, в том числе и хвоинкам. Ведь передвижения воды по растению зимой нет, и восполнить потери влаги нельзя. В то же время потерять воду на морозе очень легко: она и в стужу довольно быстро испаряется.
Но зимой хвоинки сосны надежно защищены от высыхания, потеря воды им не грозит. Каждая хвоинка покрыта снаружи тонкой, но непроницаемой для воды пленкой-кутикулой. Микроскопические клапаны-устьица, во множестве разбросанные по поверхности хвоинки, плотно закрыты. Через них вода также не может испариться. Для надежности каждое устьице "запечатано" воском. Словом, почти полная герметизация.
Внутреннее строение хвоинки тоже не лишено интереса. В клетках ее содержатся хлоропласты - микроскопические зеленые тельца, вырабатывающие органические вещества. Почти все они располагаются только у клеточных стенок, в слое протоплазмы. И если бы у сосны были обычные клетки, количество хлоропластов, заполняющих все клетки отдельной хвоинки, оказалось бы не очень большим. Ведь хвоинки очень узкие, объем их невелик, а количество клеток в них ограничено. Но в хвоинках сосны клетки необычные. Их стенки имеют складки, вдающиеся внутрь клеточной полости, как неполные перегородки. Благодаря этому намного увеличивается внутренняя поверхность клетки, а значит, и количество хлоропластов.
Сосна - дерево вечнозеленое. Но у нее каждую весну распускаются почки и появляются молодые побеги, как и у лиственных деревьев. Присмотритесь весной к ветвям сосны. Вот перезимовавшие старые побеги с нормальной хвоей - длинной и темно-зеленой. А на концах их - растущие молодые побеги. Они имеют светло-зеленую окраску. Настоящей хвои на них пока нет. Вместо нее короткие шиловидные отростки беловатого цвета. Каждый такой отросток - это пара юных хвоинок, еще не успевших как следует вырасти. Хвоинки плотно прижаты друг к другу и одеты снаружи общим пленчатым покровом. Начнут расти - прорвут этот "футляр", выйдут наружу.
У основания молодых побегов кое-где виднеются плотные светло-желтые грозди так называемых мужских шишечек. Каждая шишечка меньше горошины (см. рис. 1). Пройдет немного времени, и из них обильно посыплется желтая пыльца. Сосна производит огромное количество пыльцы. Целые тучи ее разносятся ветром в сосновом бору, когда деревья "пылят". Если в это время выпадает дождь, то на поверхности луж пыльца плавает в виде обильного желтого порошка, напоминающего мелко измельченную серу.
Необыкновенная расточительность сосны в отношении пыльцы понятна. Лишь ничтожный ее процент попадает на так называемые женские шишечки и производит опыление. Вся остальная масса погибает.
Пыльца сосны далеко разносится ветром благодаря особым приспособлениям, улучшающим ее "воздухоплавательные" свойства. По бокам каждой пылинки имеется два объемистых мешочка, заполненных воздухом. Они уменьшают удельный вес пыльцы и тем увеличивают дальность полета. Понятно, что рассмотреть воздушные мешочки у пылинок можно только под микроскопом, при достаточно сильном увеличении. Простым глазом они, конечно, не видны.
Женские шишечки сосны появляются весной на концах молодых побегов. Они имеют вид маленьких зернышек размером немного больше булавочной головки. Их не сразу заметишь среди окружающих молодых хвоинок. Обычно на конце побега бывает по одной шишечке. Каждая из них проходит долгий путь развития, прежде чем станет взрослой деревянистой шишкой. В первый год она почти не растет: к осени становится не больше горошины. Зато на второй год сильно увеличивается в размерах и к зиме окончательно формируется - делается коричневатой, деревенеет. К этому времени созревают и семена. Зрелые шишки после высыпания из них семян некоторое время еще висят на деревьях, а затем опадают на землю.
Семена сосны высыпаются из шишек весной. Само семя - как просяное зерно, но оно снабжено небольшим пленчатым крылышком. Выпав из шишки и оказавшись в воздухе, крылатое семя начинает очень быстро вращаться, как миниатюрный пропеллер. Благодаря этому замедляется его падение, и ветер может уносить семя достаточно далеко от материнского дерева.
Семена сосны внешне похожи на семена ели. Но различить их нетрудно, надо только посмотреть, каким образом прикрепляется семя к крылышку. У сосны семя зажато между двумя отростками крылышка, словно охвачено с боков щипчиками. У ели способ прикрепления совершенно другой - семя лежит в углублении крылышка, как слива в столовой ложке.
Рис. 2. Проросток сосны
Очень оригинальны всходы сосны, когда они только что появились на свет. Это маленькие растеньица, у которых стебелек короче спички и не толще обыкновенной швейной иглы. На верхушке стебелька - пучок лучеобразно расходящихся во все стороны очень тонких иголочек-семядолей (рис. 2). Семядолей у сосны не одна и не две, как у цветковых растений, а четыре семь. Всход сосны имеет настолько своеобразный вид, что многие, увидев его, наверняка затруднятся сказать, какое это растение. При достаточном доступе света всходы сосны через несколько лет превращаются в маленькие сосновые деревца. У таких юных сосенок уже есть заметный стволик, а веточки покрыты обычными хвоинками, расположенными попарно.
Своеобразный вид имеют молодые сосны высотой в несколько метров, если они растут при полном освещении на открытом месте. Боковые ветки таких деревьев отходят от главного ствола правильными ярусами-мутовками. В каждом ярусе ветки немного приподняты и торчат во все стороны, как спицы раскрытого зонтика. Деревце имеет как бы этажи из веток. Каждый год прибавляется очередная мутовка. Следовательно, сколько у сосенки ярусов веток, столько ей и лет от роду. Зная эту особенность роста сосны, нетрудно определить возраст молодого деревца. Только истинный возраст будет немного больше, чем получается при подсчете ярусов веток. Ведь в первые несколько лет жизни сосенки очень малы и ярусы веток у них еще не образуются. Поэтому к тому возрасту, который получился при подсчете ярусов, надо добавить еще лет пять-шесть.
Подроста сосны в сосновых лесах обычно очень мало. Объясняется это тем, что в сосняках, как правило, много ели и других деревьев и кустарников, которые затеняют молодые сосенки и не дают им развиваться. Однако молодняк ели во многих сосняках довольно обилен - ему не страшно затенение. Именно он идет на смену старым деревьям сосны. Пройдет немного времени, и, если не вмещается человек, сосняки уступят место ельникам. Процесс вытеснения сосны елью наблюдается почти на всей территории европейской части страны.
Почему же светолюбивая сосна дожила до наших дней и ее еще в далеком прошлом не вытеснила теневыносливая ель? Этого не произошло по той причине, что у сосны был своеобразный союзник - низовой лесной пожар. При таком пожаре горит только опавшая сухая хвоя на почве. Однако этого достаточно, чтобы уничтожить почти весь молодняк ели. Дело в том, что кора ели тонкая и она плохо защищает живые ткани ствола от ожога при пожаре. Поэтому ель очень чувствительна к огню. Сосна же имеет очень толстую кору и переносит низовой пожар без повреждений. Периодически повторяющиеся низовые пожары изгоняют ель из сосняков. В прошлом такие пожары, по-видимому, случались гораздо чаще, чем сейчас. Поэтому сосняки и уцелели до наших дней.
Сейчас сосна чувствует себя в полной безопасности только на очень сухих песчаных участках, где обычно развиваются лишайниковые или вересковые боры. Здесь она застрахована от вытеснения елью, поскольку ее грозная конкурентка не может расти в условиях сухости почвы. Избавлена от опасного соседства сосна и на так называемых верховых болотах, где также отсутствует ель. Причина недоступности этих мест для ели - крайняя бедность почвы питательными веществами и кислородом.
Сосна - дерево удивительно нетребовательное к почве. Она мирится и с чрезвычайной бедностью почвы питательными веществами, и с крайней ее сухостью, и с резким недостатком кислорода. В этом отношении с сосной не может сравниться никакая другая древесная порода. Результаты специальных опытов показали, что молодые деревца сосны могут расти несколько лет, совершенно не получая из почвы соединений азота. Однако, хотя сосна и не погибает в крайне неблагоприятных условиях существования, растет она при этом очень плохо, выглядит сильно угнетенной. Для хорошего роста сосне, как и другим деревьям, нужна достаточно хорошая почва.
Сосна - ценная древесная порода. Она дает отличный строительный материал, прекрасные дрова. Из ее смолы вырабатывают много необходимых для человека веществ. А сколь велико оздоровительное значение сосновых лесов!
Лесоводы сейчас всячески покровительствуют сосне. На больших площадях производят посадки молодых сосенок, которые предварительно выращивают несколько лет в питомниках. Из этих посадок надеются получить впоследствии хороший сосновый лес. На посадку сосны затрачивается очень много труда и средств. Но усилия лесоводов часто пропадают даром, так как их старания сводят на нет лоси. В центральных районах европейской части страны эти животные в последнее время так сильно размножились, что стали настоящим бичом для молодых сосновых посадок. Лоси отгрызают самый верхний побег сосны и тем наносят ей непоправимый вред. "Обезглавленные" сосенки уже неспособны вырасти в нормальные высокие деревья. Соснового леса из них не будет.
Очень опасны для сосны и то ядовитые газы, которые выбрасывают трубы заводов и фабрик, в особенности сернистый газ. Наверное, многие замечали, какой жалкий, угнетенный вид имеют старые сосны в больших городах и поблизости от некоторых заводов. У таких деревьев много сухих, отмерших веточек, а те, что остались в живых, покрыты короткой редкой хвоей. Иногда живой хвои совсем мало. Деревья кажутся больными, погибающими. Они действительно находятся на грани отмирания. Сернистый газ, проникая внутрь хвоинок через устьица, вызывает отравление живых тканей. В результате хвоя почти не снабжает дерево органическими веществами.
Отмирание сосны в больших городах - сигнал опасности и для человека. Это показатель того, что воздух сильно загрязнен газами, которые поступают в атмосферу из заводских труб, топок и т.д.
Ель обыкновенная (Picea abies). Это изящное стройное дерево особенно красиво выглядит, когда растет на совершенно открытом месте. Крона такого дерева имеет форму правильного узкого конуса. Длинные нижние ветви несколько наклоняются к земле, как будто не в силах нести тяжкий груз хвои. Ветви, расположенные выше, становятся все короче и короче и постепенно приподнимаются кверху. Верхушка дерева всегда острая, она никогда не притупляется, даже когда дерево старое. Кроны елей похожи на гигантские острые пики, нацеленные в небо.
Высокой и стройной ель вырастает лишь тогда, когда самая верхняя почка дерева каждый год нормально распускается и дает начало новому побегу. Это самая главная почка дерева, она обеспечивает рост ели в высоту. Если у молодой ели верхушечная почка была повреждена или срезан побег, на котором она находится, - внешний облик дерева резко меняется: рост главного ствола прекращается, ближайшие к верхушке боковые ветви постепенно приподнимаются вверх. В результате вместо высокого и стройного дерева получается низкое и уродливое. У лиственных деревьев такого не бывает. Если "обезглавить" молодую березу или дуб, это впоследствии никак не отразится на облике дерева и оно вырастет вполне нормальным.
Иногда человек стремится специально получить уродливую ель с низкой широкой кроной. Именно такая ель нужна, например, в посадках вдоль линий железных дорог. Чтобы: получить нужную форму кроны, у молодых елей срезают верхушки.
Область естественного распространения обыкновенной ели в нашей стране довольно велика - почти вся северная половина европейской части Союза. На Урале и в Сибири растет близкий вид - ель сибирская (Picea obovata). Необозримы северные еловые леса - угрюмая и мрачная тайга. На почве - часто сплошной зеленый ковер мхов и заросли черники. Ветви и стволы деревьев покрыты хлопьями лишайников. Чем дальше к югу, тем выше становится еловый лес. Меняется состав растений, поселяющихся под деревьями. Появляется много кислицы, тут и там видишь травы, характерные для дубрав. Местами встречается дуб, а кроме него, другие широколиственные деревья: клен, липа.
В Московской области, на южном пределе своего распространения, ель достигает внушительной высоты - до 30 м (почти как 10-этажный дом). Здесь обычны ельники с травяным покровом из дубравных растений. В европейской части страны ель не идет далеко на юг, так как довольно влаголюбива. Она не выносит сухости почвы. В этом отношении ель гораздо прихотливее сосны, которая отлично растет на очень сухих песках.