Самостоятельные практические работы и наблюдения школьников в лесу

На экскурсиях в лес можно проделать ряд самостоятельных работ и наблюдений, которые помогут приобрести полезные знания о лесе.

Практические работы

Для полного представления о данном участке леса необходимо определить все его признаки, т. е. составить так называемое таксационное описание, которое является паспортом участка, по которому можно судить о его ценности и состоянии, намечать те или иные хозяйственные мероприятия.

При описании леса учитываются следующие основные признаки: местоположение; почва (песок, супесь, суглинок, сухая, свежая, сырая почва); ярусность и полнота древостоя по ярусам; состав, смешение пород леса и их возраст по ярусам; средний диаметр и высота деревьев по ярусам, тип леса; бонитет; запас; подлесок; травянистый покров; наличие грибов и ягод.

В конце описания проставляются дата и подпись.

Различают древостои средней густоты и редкие. Густота древостоев определяется по количеству деревьев на единице площади, которое зависит от их возраста и условий роста. Полнотой древостоя называют степень сомкнутости древесного полога, глазомерно определяемого по сближению крон деревьев. При полной сомкнутости полога, т. е. полном соприкосновении кронами всех рядом растущих деревьев, полнота древостоя считается равной единице 1,0. Чем больше просветов в древесном пологе, тем меньше полнота древостоя. Если просветы в пологе древостоя составляют, например, половину занимаемой им площади, то полнота его принимается равной 0,5. При сомкнутости крон 0,3 насаждение называют рединой. Участки с сомкнутостью древесного полога 0,2 - 0,1 относят к не покрытым лесам.

Полноту приспевающих, спелых и перестойных древостоев определяют также в квадратных метрах по сумме площадей сечения стволов на высоте груди (1,3 м от шейки корня) путем подеревного обмера мерной вилкой диаметров стволов на выбранной небольшой площади (так называемой пробкой), наиболее характерной для данного древостоя. При этом пользуются специальными таблицами.

Для представления о значении суммы площадей сечения на 1 га древостоев полной сомкнутости (полнота 1,0) можно указать, что эта величина составляет в средних условиях роста для спелой сосны примерно 33 м2, ели 43 м2, березы 25 м2.

Древесные породы обозначают одной или двумя начальными буквами, например, Е - ель, Б - береза, Ос - осина, Ол - ольха, К - кедр, С - сосна и т. д. В смешанных насаждениях из двух и более пород состав древостоя обозначается так, чтобы сумма долей, приходящихся на каждую породу, составляла 10, например: 6С3Е1Б. Если насаждение по составу чистое и состоит из одной породы, например сосны, то обозначают его 10С.

Для определения возраста дерева, в котором оно было срублено, подсчитаем на пне количество годичных слоев, начиная от центра к периферии, для удобства отмечая карандашом по заранее выбранному и прочерченному радиусу каждый десяток слоев. К количеству подсчитанных годичных слоев прибавим для точности определения возраста дерева на низком пне - 1, а на более высоком (например, 30 см) 2 - 3, так как до высоты нашего среза древесному всходу в свое время нужно было расти 1 - 3 года.

Если внимательно всмотреться в годичные слои, особенно отчетливо заметные на пнях деревьев хвойных пород, то можно по ним прочесть историю роста дерева, его "биографию". Известно, что широкие годичные слои образуются при благоприятных условиях жизни дерева, обеспечивающих высокий прирост, и наоборот, узкие, иногда еле заметные слои свидетельствуют о неблагоприятной обстановке для дерева.

Заметим также, что древесина не всегда состоит из концентрически расположенных годичных слоев. Во многих случаях годичные слои развиваются на одной стороне окружности ствола сильнее, чем на другой, и сердцевина бывает смещена в одну сторону, Такое неправильное расположение слоев обычно вызывается ветром, иногда грибными заболеваниями, чаще оно наблюдается у ели.

В течение всей жизни дерева условия его роста постоянно изменяются. Периоды сильного затенения, недостаточности площади питания, засухи и сильные морозы, нападения вредных насекомых, повреждения от пожаров - все невзгоды в жизни дерева отражаются в суженных годичных слоях, снижении прироста. В то же время благоприятные годы отражаются в этой живой летописи широкими слоями, сильным приростом в толщину.

Возраст растущих деревьев сосны можем довольно точно определить по мутовкам. Подсчитаем количество мутовок и для точности сделаем прибавку на 2 года, так как в самом раннем возрасте мутовок еще не образуется. При подсчете мутовок необходимо следить, чтобы не пропустить их в нижней части ствола, где сучья, образующие мутовку, уже отвалились и пеньки их заросли древесиной. Заросшие мутовки заметны по некоторому утолщению или рубцам на стволе.

По мутовкам можно судить о том, как дерево росло в любой период его жизни. Например, какая высота у него была, допустим в 10 лет, нам укажет расстояние от шейки корня до 8-й мутовки, в 15 лет - расстояние до 13-й мутовки и т. д.

По числу мутовок можно судить приблизительно и о возрасте ели. Подсчет мутовок у хвойных деревьев покажет, что ель в первые годы растет значительно медленнее сосны, к 10 годам она достигает всего 1 - 1,5 м, в то время как высота сосны к этому возрасту обычно составляет 2 м и более. Зато в дальнейшем по энергии роста она начинает опережать сосну и за год может давать прирост в высоту на 3/4 м. Ель растет в течение всей жизни, до самых последних дней и в лучших для себя условиях достигает 30 м.

Диаметр дерева, кроме специальной мерной вилки или скобы, можно точно определить при помощи рулетки путем измерения длины окружности ствола и деления ее на число π (3,14). Измеряя диаметр лежащего на земле ствола через 1 м от комля (основания ствола) к вершине, определим его сбег. Интересно сопоставить уменьшение диаметра на высоте ствола у нескольких деревьев одной породы. Увидим, что наибольший средний сбег у самых высоких деревьев (I класса роста), т. е. они менее полнодревесны. Деревья III класса роста и ниже, как правило, менее сбежистые, т. е. более полнодревесные.

Находясь в лесу, следует научиться измерять высоту стоящих деревьев. Это поможет лучше и нагляднее убедиться в неравенстве их высоты в насаждении, в разнице средней высоты древостоя, образованного деревьями одной и той же породы и возраста, но в различных условиях роста, например на почве нормального увлажнения и на торфяном болоте и т. д.

Для определения высоты стоящего дерева применяются особые оптические приборы, так называемые высотомеры. Если кет таких приборов, можно сделать необходимое измерение высоты дерева при помощи обычной лесной мерной вилки, треугольника или просто небольшой палки, или кола. При этом необходимо иметь рулетку. В основе таких измерений лежат свойства подобных треугольников (рис. 18).

Рис. 18. Измерение высоты дерева мерной вилкой

Лесная мерная вилка предназначена в основном для измерения диаметра деревьев, однако она может служить и для измерения их высоты. Мерная вилка состоит из линейки с нанесенными делениями в сантиметрах и двух ножек - подвижной и неподвижной. Для измерения высоты деревьев на подвижной ножке в пределах 30 см нанесены наклонные (косые) деления в сантиметрах начиная от нуля в верху ножки до ее окончания у мерной линейки. К неподвижной ножке строго напротив куля на подвижной ножке прикрепляется отвес (гирька на шнуре).

Отмерив от дерева рулеткой любое расстояние в пределах 30 м и остановившись на определенной точке, подвижную ножку мерной вилки отодвинем на столько сантиметров, на сколько метров отошли от дерева. Будем визировать (направим луч зрения) по внутренней грани неподвижной ножки на вершину дерева. Отвес пересечет на подвижной ножке определенное деление, которое выразит высоту дерева в метрах от уровня глаза до вершины. К полученной величине необходимо прибавить высоту наблюдателя.

Наиболее простой способ определения высоты следующий: возьмем палку длиной 40 см и отмерим с нижнего конца 4 см, т. е. 1/10 часть. Затем, отойдя от дерева на 12 - 20 м и держа палку вертикально в вытянутой руке, визируем на дерево так, чтобы низ палки совпадал с его основанием, а верх с вершиной. При этом отметим на стволе дерева точку, где приходится 1/10 часть палки, затем определим расстояние в метрах от этой отметки до шейки корня. Полученную величину помножим на 10, произведение будет равняться высоте дерева в метрах.

Высоту дерева можно измерить при помощи равнобедренного прямоугольного треугольника, рулетки и вешек. На уровне глаз измеряющего сделаем на стволе дерева отметку (например, прикрепим бумажку). Отойдем от дерева на такое расстояние, чтобы глаз, гипотенуза треугольника и вершина дерева были на одной линии, а горизонтальный катет и отметка на дереве также составляли одну линию. Получится воображаемый треугольник АОС с равными катетами ОС и АС. Измерим расстояние ОС (от наблюдающего до дерева) рулеткой. Оно будет равно длине дерева от его вершины до отметки на стволе. Прибавив расстояние от отметки на стволе до земли, получим высоту дерева (рис. 19).

Определить высоту дерева можно и так. На некотором расстоянии от дерева воткнуть веху или шест и при помощи отвеса (камня, привязанного к концу шнура) убедиться, что он стоит вертикально. Лечь на землю на таком расстоянии, чтобы можно было на одной прямой линии видеть и конец шеста и верхушку дерева (рис. 20). В этой точке (за своей головой) поставить колышек, затем измерить расстояние от него до шеста и до основания дерева. Получатся два подобных треугольника Oab и ОАВ. У меньшего Оаb один катет - отвесный шест, а другой - расстояние от колышка до основания шеста; гипотенуза - луч зрения наблюдающего. У большего треугольника ОАВ катетами являются высота дерева и расстояние от колышка до основания дерева. Гипотенуза - луч зрения наблюдающего - совпадает с гипотенузой первого треугольника. У подобных треугольников сходственные стороны пропорциональны. Поэтому расстояние от колышка до шеста так относится к расстоянию от колышка до дерева, как высота шеста к высоте дерева. Отсюда находим высоту дерева:

Рис. 19. Измерение высоты дерева при помощи прямоугольного равнобедренного треугольника

Рис. 20. Измерение высоты дерева при помощи шеста

И еще один способ измерения высоты деревьев, простой, но менее точный. На измеряемом дереве на высоте 2 м от земли сделайте отметку. Отойдите от дерева и в вытянутой руке держите вертикально карандаш. Отметьте на нем такой отрезок, который совпадает с 2-метровым отрезком на дереве. Высота дерева будет во столько раз превышать 2 м, сколько отрезков отложится на карандаше.

О типе леса можно судить по составу леса, почве и напочвенному покрову.

Бонитет является показателем условий местопроизрастания насаждений, производительности занятой им почвы, от чего зависит степень накопления древесины или продуктивность насаждения. Различают обычно пять классов бонитета. Древостои высшей продуктивности относятся к I бонитету, самый низкий к V. Для определения класса бонитета надо знать высоту основного яруса древостоя и его возраст. По этим данным бонитет находят по таблицам.

Запас древостоя - это количество древесины на 1 га (в м3). Его определяют по средней высоте древостоя в метрах, среднему диаметру в сантиметрах и полноте, пользуясь специальными таблицами, составленными для полных насаждений (полнота 1,0). Взятое из таблиц значение запаса древостоя умножают на установленную фактическую полноту данного древостоя.

Запас древесины на 1 га спелых древостоев полной сомкнутости в средних условиях роста (III бонитет) составляет: сосновых примерно 350 м3, еловых 520 м3, березовых 220 м3.

При глазомерном определении запаса древостоя на площади 1 га можно использовать такие несложные формулы: для сосновых насаждений 18 (Н - 2)Р; еловых и пихтовых 23 (Н - 6)Р; березовых 18 (Н - 6)Р; осиновых и ольховых 22 (Н - 7)Р.

В этих формулах Н - средняя высота древостоя, Р - его полнота. Так, запас соснового древостоя на 1 га при глазомерно установленной средней высоте 19 м и полноте 0,6 будет равен: 18 × (19-2) × 0,6 = 184 м3 (округленно 180 м3).

На экскурсии в лесу ознакомимся с простейшими способами определения объема срубленных деревьев. Для определения объема срубленного ствола измерим его длину (в м), диаметр на половине длины (в см) и вычислим площадь поперечного сечения ствола (в тысячных или сотых долях квадратного метра), соответствующего измеренному нами диаметру. Произведение площади поперечного сечения (на половине длины ствола) на его длину даст объем ствола (в тысячных или сотых долях кубического метра). Точно так же можем определить и объем бревна. Практически объем круглого леса (бревен) определяют по его длине и диаметру в верхнем отрезе, пользуясь соответствующими таблицами.

Более или менее приближенно объем стоящего дерева можем определить, перемножив площадь сечения ствола на высоте груди на половину его высоты, измеренной по одному из знакомых уже нам способов.

Зная объем одного дерева, можно определить древесный запас насаждения (объем всех стволов данной ступени толщины). Например, обмерив на участке стволы сосны, установили:

По специальной таблице определяют объем одного дерева каждой ступени, что позволяет подсчитать запас всех стволов этой ступени, а также общий запас древостоя, а именно: объем одного ствола толщиной 16 см = 0,11 м3, а объем 20 стволов (0,11 × 20) = 2,2 м3; объем одного ствола толщиной 20 см = 0,25 м3, а объем 30 стволов (0,25 × 30) = 7,5 м3; объем одного ствола толщиной 24 см = 0,40 м3, а объем 35 стволов (0,40 × 35) = 14,5 м3. Итого объем (запас) всех стволов равен 24,2 м3.

Наблюдения

Проведем в лесу самостоятельные наблюдения. Сравним у деревьев различных пород следующие признаки: форму кроны, ствола, окраску коры, толщину ветвей, расположение ветвей, величину и форму листьев.

Понаблюдаем в нашем широколиственном лесу биологические особенности деревьев первого яруса и сравним их сроки цветения, цветки, способы опыления, типы плодов и способы распространения плодов и семян с деревьями и кустарниками II и III ярусов.

Следует обратить внимание, что при зацветании насекомоопыляемые деревья или кустарники (вишня, яблоня, сирень) мало выделяют пыльцы в сравнении с ветроопыляемыми растениями.

Биологические особенности растений I, II и III ярусов обусловлены различными условиями их жизни. В I ярусе сильнее выражено действие света и ветра.

Сравним состав лесных трав в хвойном и лиственном лесу. Понаблюдаем особенности их цветения и плодоношения.

В хвойном лесу, где затенение сильнее и одинаково в течение всего вегетационного периода, цветущих растений встречается значительно меньше, чем в лиственном, поэтому здесь растения приспосабливаются к недостатку света. Преобладают такие теневыносливые растения, как хвощи, плауны, мхи, лишайники, кислица, грушанка круглолистная.

Здесь травы преимущественно зацветают поздно, в июне-июле. Цветки в еловых лесах чаще всего белые, опыляются главным образом мухами. Следовательно, на биологические особенности цветения и плодоношения трав также влияют условия их жизни.

В лиственном лесу весной, пока не оделись деревья листьями, цветущих растений больше, чем летом, так как больше света.

Цветение трав начинается очень рано, особенно в широколиственных лесах. Такие раннецветущие светолюбивые растения, как подснежник и хохлатка, медуница, чистяк, ветреница, гусиный лук зацветают, когда деревья еще не оделись листвой и под кронами их много света. Яркая окраска цветков этих трав - желтая, фиолетовая, синяя - привлекает бабочек, шмелей и пчел, которые их опыляют. Позднее зацветают травы с белыми цветами (ландыш, соломонова печать, василистник), что связано с их теневыносливостью и опылением мухами.

Сравните сосны одного и того же возраста (допустим, 60 - 70 лет), выросшие в свежем бору и на болоте. Понаблюдайте различие по высоте и толщине деревьев, в строении и характере кроны, хвои, стволов, корневой системы и других признаков. Объясните причины наблюдаемых различий.

Выводы: корни сосны, растущей в песчаном бору, берут из глубоких слоев почвы воду и питательные вещества. Ее хвоя много потребляет влаги. Корни сосны, растущей на болоте, расположены в верхних слоях почвы из-за недостатка в ней воздуха и тепла. Холодная вода, имеющая кислую реакцию, плохо усваивается корневой системой. Скудная хвоя мало испаряет воды, что имеет положительное значение для дерева, так как воды в него поступает мало. Болотная и боровая сосна приспособлены к жизни в различных условиях.

Сравните березу, выросшую на суходоле и на болоте. Береза в возрасте 25 - 30 лет на болоте едва достигает 1 м высоты. Ее листья мельче, ствол ниже, крона беднее по сравнению с березой на суходоле. Причины различия болотной березы по сравнению с березой, выросшей на сухой почве, заключаются в различных условиях жизни их корневой системы.

Сравните еловый подрост под пологом густого леса с равным ему по возрасту (например, 30 лет) ельником, не испытывающим угнетения. Выберем по одному дереву из того и другого насаждения.

Результаты наблюдения запишем.

Вывод: несмотря на то, что ель растение теневыносливое, но имея лучшие условия освещения и питания, она развивается лучше.

Понаблюдайте в лесу деревья одного возраста, но различные по толщине ствола. Одни растут быстрее и хорошо развиваются, другие отстают в своем развитии, оказываются стесненными, получают мало света и отмирают.

Такие деревья вырубают и используют в хозяйстве. Прореженный лес будет быстрее наращивать технически ценную древесину. В этом видно постоянное взаимодействие деревьев в лесу, влияние их друг на друга, а также роль человека.

Если маршрут нашей экскурсии проходит неподалеку от лесосеки сплошной или выборочной рубки, или участка рубок ухода за лесом, находящихся в процессе разработки, непременно зайдем туда и проследим за ростом деревьев в насаждениях по годичным слоям на срубленных (и, может быть, уже раскряжеванных) стволах. Конечно, такими наблюдениями здесь сможем заняться только в том случае, если поблизости не производится повал деревьев.

На пнях различной толщины (например, 32 см и 16 см), оставшихся от стоящих рядом деревьев, можно насчитать одинаковое количество слоев, только в одном случае они будут шире, а в другом уже. Одинаковый возраст соседних деревьев одной и той же породы при резко различной их толщине укажет на различные условия их роста: одно из них свободно росло и развивало свою крону, другое же, смолоду отстав в росте, оказалось в угнетении соседними деревьями и плохо прирастало. Если срубленные деревья еще лежат у пней, измерим рулеткой их высоту. Заметим резкую разницу в высоте толстого и тонкого одновозрастных деревьев.

Посчитаем годичные слои у одних и тех же деревьев на пнях и в верхних отрубах отрезков стволов, разделенных при заготовке леса на сортименты (бревна, кряжи, фанерные, тарные и др.). На пне одного срубленного дерева насчитываем, например, 75 годичных слоев, а на высоте 6,5 м (верхнего отреза первого бревна) 50 слоев. Следовательно, когда дерево имело высоту 6,5 м, ему было 25 лет (75 - 50). У другого дерева, при равном с первым количестве слоев на пне, может оказаться, что высоты 6,5 м и даже меньшей оно достигло только в 35 или 40 лет, что укажет на различные условия жизни этих деревьев в молодом возрасте, а возможно и различие наследственных свойств.

Определение по 10 - 20 пням возраста деревьев, а также их высоты и толщины по еще не вывезенным с лесосеки стволам или их отрезкам даст нам картину дифференциации деревьев в насаждении и разделения их на классы роста. Убедимся, что при одном и том же или почти одинаковом возрасте деревья даже в пределах одной породы очень отличаются как по высоте, так и диаметру.

Охарактеризуйте деревья сосново-еловой чащи в возрасте 25 - 35 лет. Опишите ярусность, смыкание крон, дифференцировку стволов и разделение деревьев на классы и сравните с молодняком 10 - 15 лет. Укажите состав насаждения. Отметьте признаки, отражающие приспособленность деревьев к среде обитания.

На площадке 100 м2 обнаружено 40 деревьев, из них I и II классов (очень крупные и крупные) - 10, III и IV классов (средние) - 20, V класса - 10 деревьев (отмирающие).

Вывод: в чаще дифференцировка стволов выражена ярче, чем в молодняке. Господствующие деревья чащи по высоте и толщине резче выделяются от других деревьев. Дифференцировка деревьев произошла из-за различной их приспособленности к окружающим условиям жизни. Те, которые не смогли приспособиться, погибают. Происходит естественный отбор.

Если экскурсия будет проходить в августе-сентябре, можно подсчитать количество семян и шишек ели у деревьев разных классов роста. В шишках у деревьев I и II классов в среднем 125 - 130 семян, III класса - 100, IV класса только 50 - 60. На деревьях V класса шишек часто не бывает совсем. Если учесть, что у ели I класса роста в среднем 300 шишек, а у ели III класса - 235, то всего одно дерево I класса роста дает в семенной год около 38 000 семян, а дерево III класса - около 24 000 семян. Семян образуется много, что очень важно для сохранения вида, так как масса их погибает от различных причин, еще не успев прорасти.

Сравните расположение хвои на ветках у сосны и ели. Какое это имеет значение для растений? Сосна - растение светолюбивое, развивается тем лучше, чем больше получает освещения, потому что ее прозрачная хвоя плохо использует свет, мало его задерживает и много пропускает вниз. Хвоя расположена относительно солнечных лучей в разные стороны, и луч света скользит по ней.

У сосны ассимиляционный процесс лучше происходит при прямом свете; нижние ветки из-за недостатка света отмирают.

Ель растение теневыносливое. Оно может жить под пологом верхних ярусов деревьев и использовать рассеянный свет, проникающий через крону. Ее хвоя расположена на ветках очень густо и задерживает весь падающий свет. Ассимилирующая поверхность ели значительно больше, чем у сосны, благодаря чему она может жить под пологом других пород и у нее идет интенсивный рост, вызывающий смену соснового яруса еловым. Испаряющая поверхность кроны ели значительно больше, чем у сосны.