18/08/2024
0Отталкивание (застенчивость, избегание) крон соседних деревьев создает промежутки между их верхушками, похожие на каналы. Jordan Lye/moment, via Getty images
Когда вы гуляете по лесу, вам может показаться, что это статичная обстановка, в которой мало что происходит. Но деревья постоянно взаимодействуют и реагируют друг на друга по мере своего роста. Идет острая конкуренция за свет и пространство. Каждое изменение так или иначе влияет на общую картину леса.
Ученые-лесоводы, такие как я, проводят много времени, размышляя о сукцессии леса – предсказуемом процессе, в ходе которого виды растений заселяют участок земли и становятся его доминантами. Основная последовательность заключается в том, что земля эволюционирует от открытого поля к кустарникам и кустарничкам, затем к молодым деревьям и, наконец, к большим, зрелым деревьям. Возмущения, такие как сильный шторм или лесной пожар, могут прервать или затормозить процесс сукцессии леса.
Я изучаю экологические изменения в видовом составе, расположении деревьев и развитии леса, которые происходят во время сукцессии и после возмущений. Моя исследовательская группа анализирует условия в смешанных лиственных, или листопадных, лесах. Используя кольца деревьев, мы восстанавливаем, как выглядели прежние леса много лет назад.
Применяя наблюдаемые закономерности и процессы, исследователи могут моделировать будущий рост и развитие лесов. Вот некоторые сведения о том, что может происходить среди деревьев вокруг вас во время лесной прогулки.
Многие деревья отдаляются от других деревьев, чтобы свести к минимуму взаимодействие с соседями – такую модель поведения исследователи называют «застенчивостью кроны». Если вы посмотрите вверх, то заметите промежутки между деревьями, а рядом с ними – ветви со сломанными сучьями и меньшим количеством листьев. Напротив, ветви и листья, которым хватает места и солнечного света для роста, будут гуще и здоровее.
В смешанных лиственных лесах часто обитает более 30 древесных видов, а это значит, что они могут развиваться по-разному. Понимание того, как взаимодействуют деревья, позволяет людям, управляющим лесами, будь то сельская или городская местность, предписывать методы, которые будут направлять рост леса.
Когда лес только формируется, в нем могут быть тысячи саженцев деревьев на акр. Но только 50-100 деревьев на акр могут выжить и вырасти до зрелости. Лесоводы стараются понять, какие деревья будут конкурировать с другими и какие деревья будут сдавать пространство для роста.
Одной из самых важных зон для понимания роста леса является полог – потолок леса, который включает в себя все листья, ветви и сучья в кронах деревьев. Типичный смешанный лес имеет несколько слоев полога, состоящих из видов с разной скоростью роста. Когда деревья умирают, они освобождают пространство для роста, которое выжившие деревья занимают, разрастаясь и расширяя свои кроны.
Как бури формируют леса
Взрослое дерево за свою жизнь переживает множество погодных явлений. Ветряные бури заставляют деревья раскачиваться и сталкиваться с соседями, что приводит к истиранию кроны – повреждению почек и кончиков ветвей. Эти воздействия могут замедлить и сократить рост ветвей. Ссадина кроны – признак того, что древостой слишком густой и конкуренция между деревьями подрывает здоровый рост.
Однако абразия кроны может помочь некоторым видам. Например, дубы, медленно растущие виды, имеют плотные ткани и крепкие ветви, которые могут истирать и повреждать ветви более быстрорастущих деревьев, таких как тополь и эвкалипт, которые имеют более слабую и менее плотную древесину. Это позволяет дубам возвышаться над своими изначально более быстрорастущими конкурентами.
Некоторые леса представляют собой монокультуры, в которых доминирует один вид деревьев. Например, на больших территориях западной части США в 1800-х годах леса были сожжены или вырублены, а затем восстановлены сосной ложнохвойной ( Pinus contorta или сосна скрученная широкохвойная, в США её иногда называют сосной обыкновенной), которая является уроженкой западных горных районов. Все деревья росли с одинаковой скоростью, в отличие от смешанных лесов, где одни виды растут быстрее других.
В результате получились высокие, стройные деревья, которые сильнее раскачиваются во время ветра. Из-за истирания кроны или стеснения у сосен маленькие кроны, которые не так сильно разрастаются в стороны, как обычно.
В итоге такие леса становятся застойными ( наверное лучше сказать “стагнирующими” М.П.) Пространство между деревьями сокращается, потому что маленькие кроны не удерживают соседние деревья на «расстоянии вытянутой руки». Рост деревьев уменьшается, и их жизнеспособность снижается.
Прореживание таких лесов или предписанные ожоги (пожары, палы) могут увеличить расстояние между деревьями и предоставить больше места для роста кроны.
Наблюдение за борьбой деревьев
Чтобы изучить движение ветвей во время ветра, мы со студентами используем акселерометры – устройства, измеряющие, как быстро меняется скорость движущегося объекта. Большинство современных смартфонов содержат встроенные акселерометры, которые помогают таким приложениям, как Google Maps, точно определять положение телефона.
Мы прикрепляем акселерометры к концам ветвей, где они измеряют движение ветвей в трех измерениях. Связав эти данные в реальном времени с измерениями скорости ветра, мы можем определить движения ветвей и их ускорение в ответ на различную скорость ветра.
В одном из исследований мы проанализировали, как взаимодействие между различными видами деревьев изменяет лесной полог в нижних лиственных лесах вдоль рек и ручьев в центральной части Миссисипи. Эти леса состояли в основном из дуба вишневокорого (Quercus pagoda) и ликвидамба (Liquidambar styraciflua). Оба вида распространены в смешанных древостоях, но у них разные формы кроны и скорость роста.
Изначально в молодых лесах более многочисленными и заметными были ликвидамбы. Но со временем, благодаря столкновениям деревьев друг с другом, дуб начал укрепляться на местах, освобожденных от стертых ветвей. В конце концов дуб вытеснил увядающие ликвидамбы дубраву и стал доминировать под пологом леса.
Аэрофотоснимок повреждений, нанесенных ураганом, которые нарушают сукцессию в дубовом лесу на восточном побережье Шотландии. Это естественное нарушение создает пробелы разного размера, влияющие на рост соседних деревьев, а также возможности для возобновления. David Goddard/Getty Images
Управление сверху вниз
Лесная среда постоянно меняется и подвержена влиянию многих факторов – от нашествия насекомых и болезней растений до изменения климата и стихийных бедствий. Физическое истирание кроны между видами не так хорошо изучено, как некоторые из этих других стрессов, но оно явно способствует развитию разнообразных, смешанных лиственных лесов.
Наше исследование показывает, что когда истирание кроны уменьшает размер кроны и рост более быстрорастущих видов, могут появиться и стать более заметными более медленно растущие крепкие виды. Этот вывод может помочь ученым и лесоводам в разработке и управлении здоровыми и продуктивными лесами.
