Ландшафты влажных тропических лесов.

4.2.1. Ландшафты влажных тропических лесов.

Ландшафты влажных тропических лесов занимают большие площади в экваториальной Африке (бассейн р.Конго), Южной и Юго-Восточной Азии (Индо-Малайская область, включающая полуостров Малакку, Зондские, Филиппинские  острова до Новой Гвинеи включительно) и в Южной Амери­ке (бассейн р Амазонка). Кроме этих основных массивов, влажные тропические леса фрагментарно сохранились на склонах Анд в Центральной Америке и на островах Карибского моря, на склонах высоких вулканов Восточной Африки, в Шри-Ланка и в северо-восточной Индии (на полуострове Индостан они на большей части своего ареала уничтожены), в Индокитае (сохранились небольшие участки достигающие на севере южных провинций Китая), на многих островах Тихого океана. Еще шире эти ландшафты были распространены в прошлые геологические эпохи.

Влажные экваториальные леса развиваются в условиях влажного оранжерейного кли­мата, для которого характерно постоянное обильное увлажнение и ровный температурный фон.

Солнечная радиация здесь несколько понижена из-за густого облачного покрова, но радиационный баланс высокий. Подавляющая часть радиационного тепла затрачивается на испарение, на долю турбулентного потока тепла в атмосферу остается 6-14%.

Средние месячные температуры колеблются в пределах 1-2⁰, составляя 27-28⁰С. Максимумы температуры значительно снижены в сравнении с субэкваториальными условиями и суточный ритм термического режима выражен четче, чем сезонный: суточная амплитуда температур составляет 10-12 град.

Среднегодовое количество осадков велико, достигает 1000-1200 мм и отличается равномерным распределением по месяцам.

Характерны так называемые зенитальные дожди, выпадающие обычно после полудня, когда наиболее интенсивны конвекционные токи воздуха. Они имеют характер сильных ливней и сопровождаются грозами. Максимумы осадков приурочены к тому времени, когда солнце находится в зените над экватором, т.е. к весне и осени. Главный максимум осадков обычно приходится на сентябрь- октябрь, второй - на апрель-май. Минимумы наблюдаются в июле (главный) и феврале. На эту схему накладываются осадки, связанные с летним муссоном и пассатом. Значительную пестроту в режим осадков вносят также местные орографические особенности

Очень высока влажность воздуха, которая составляет в среднем 60-70%, особенно велика она под пологом леса. Над верхним ярусом, в условиях интенсивной инсоляции влажность воздуха уменьшается и листья деревьев верхнего яруса  ксероморфны. Продолжительность дня в тропической зоне  в течение года  практически  постоянна, что обеспечивает очень равномерное протекание процессов фотосинтеза.

Влажный тропический лес, как ни один другой ландшафт изменяет климатические условия, формируя свой фитоклимат, заметно отличающийся от климатических характеристик открытых пространств. Под пологом леса  интенсивность освещения составляет менее 1% дневной нормы, лесная растительность перехватывает до 80% осадков. Леса насыщены фитонцидами, с чем связаны сильные ароматы тропического леса. В воздухе содержится также много газообразных продуктов гнеения, в том числе соединений азота.

Рекомендуемые материалы

До 50-70% осадков расходуется на сток, годовой слой которого составляет более 1000 мм. Речная сеть густая , реки полноводные с ровным режимом. Активность денудационных процессов сдерживается лесной растительностью, под которой поверхностный сток ничтожен. Так, в бассейне Конго твердый сток равен всего лишь 18-37 т/км² в год. По наблюдениям, во вторичном вечнозеленом лесу в Кот-д,Ивуаре, ежегодно выносится 0,03 т/га (3 т/км кв.) твердого материала, тогда как обрабатываемые земли теряют до 60т/га при уклоне поверхности 4,5⁰  и  570 т/га при уклоне в 20 ⁰.

Изобилие тепла и влаги не лимитируют БИК, равномерность увлажнения и поступления тепла обеспечивает миграцию атомов  с одинаковой интенсивностью круглый год.

Стабильный в течение последних геологических периодов гидротермический режим с обилием тепла и влаги способствовал формированию мощной  15-40 (до 125 м) кислой ферралитной  коры выветривания. На ней формируются желтые и  красно-желтые  ферралитные почвы, для которых характерны небольшая гумусность (1,5 -2,5 %), сильная выщелоченность, кислая реакция (рН= 3,5_5,5), недостаток Ca, P, K  и других  зольных элементов, накопление полуторных окислов Fe и Al. Почвы имеют слабо дифференцированный профиль и глинистый состав.

Образованные вечнозелеными крупнолистными деревьями, влажные тропические леса отличаются поразительной густотой и разно­образием флористического состава древесных пород. На Калимантане известно не менее 10-11 тыс. видов растений, на Малакке - около 7,5 тыс видов ( в том числе 3 тыс древесных). В верхнем течении Амазонки на площади около 2га было учтено 654 экземпляра деревьев, относящихся к 60 видам. Всего здесь насчитывают до 40 тыс видов высших растений. Африканские экваториальные леса несколько уступают южноамериканским (около 25 тыс. видов). Только древесных видов здесь насчитывают до 3 тыс., в том числе до 1000 в верхнем ярусе.   В систематичес­ком отношении деревья влажного тропического леса представлены преимущественно бобовыми, миртовыми, мальгипиевыми, встречают­ся также пальмы и древовидные папоротники. Обилие лиан и эпи­фитов сочетается с отсутствием или слабым развитием травянисто­го покрова,деревья образуют до 5 ярусов, верхний из которых имеет  высоту 35-45 м , но некоторые достигают в Евразии 60м, в Африке - до 80м, в Южной Америке - до 90 м (кастанья или ангелинседрорана). Верхний ярус несомкнут, ветвиться они начинают на высоте 25-30 м, ветки растут не горизонтально, а тянутся вверх. Деревья имеют досковидные корни. Более половины деревьев относятся к семейству двукрылоплодных, много бобовых, имеются виды с ценной древесиной (красное дерево, каучуконос кастиллоа и др.). Деревья среднего яруса образуют сплошной полог из узких сомкнутых крон на высоте 20 - 40м. Здесь преобладают быстрорастущие виды с мягкой древесиной. Нижний ярус представлен медленно растущими теневыносливыми деревьями высотой 10-15 м, чаще с твердой и тяжелой древесиной - эбеновое дерево, санталовое, гуарея, каучуконосы, пальмы масличная и винная, кофейные деревья (Африка). В Южной Америке нижний ярус представлен густыми,  высотой до 2-4 м зарослями из ананасовых, банановых папоротниковых, ароидных и других растений.

Во влажных тропических лесах растения максимально используют все  возможное для поселения и усвоения элементов питания пространство, отсюда и исключительная густота леса. Видовое разнообразие определило и большую площадь выявления ландшафтов, намного большую, чем для других лесных ландшафтов. Колоссальное количество биологической информации во влажных тропических лесах связано не только с благоприятными для организмов климатическими условиями, но и с историческими причинами:  эти ландшафты  приурочены к областям древней суши, где эволюция непрерывно продолжается многие миллионы лет, начиная с палеогена и даже мезозоя

Обилие тепла и влаги определяет большую ежегодную продукцию живого вещества. Продуктивность здесь в 2-3 раза больше, чем в широколиственных лесах и достигает 300-500 ц/га. Очень велика скоростьроста растений (бамбук растет за сутки на 1 м, а лишайник  в тундре в год - на 10 мм). По биомассе (Б) влажные тро­пические леса не очень сильно отличаются от других лесных ландшафтов, хотя и превосходят их по данному показателю (Б в ландшафтах  кислого класса - 6500 ц/га ). По соотношению Б и П, надземной и подземной, зеленой и не зеленой биомассе и многим другим показателям влажные тропические леса также существенно не отличаются от других лесных ландшафтов. Однако по величине К = 0,64-0,66, они достаточно обособлены, отличны от тайги и широколиственных лесов. Растительный опад во влажных тропических лесах велик и составляет 3-5% от биомассы (первые сотни ц/га), т.е. в несколько раз больше, чем в умеренном поясе (дубравы - 65 ц/га, средняя тайга - 50 ц/га). Раз­ложение органических веществ протекает очень быстро, минера­лизация осуществляется животными и микроорганизмами, главным образом бактериями. Поэтому в лесах практически нет подстилки.  Подстилочный индекс - менее 0,1 (в тайге и тундре - 50). Гуму­са накапливается не больше, чем в почвах умеренных широт.

Обилие растительной пищи, постоянно теплый и влажный климат определяют поразительное разнообразие и богатство животного мира. По встречаемости и роли во влажных тропических лесахпервое место занимают бабочки, муравьи и другие насекомые, птицы, ящерицы, змеи. Среди млекопитающих наиболее многочисленны мыши и обезьяны. Но зоомасса составляет около 1% от  общей биомассы (45 ц/га). По этому показателю влажные тропические леса резко отличаются от тайги,  в которой накапливается  лишь 3,6 ц/га зоомассы или  0,01% от  общей биомассы.

Химический состав тропических растений весьма специфичен. Углеводов в тканях растений тропиков накапливается больше, чем в растениях умеренной зоны. Известно обильное скопление углеводов в стволе саговой пальмы, в плодах бананов, хлебного дерева. Белков в семенах и плодах тропических растений мало. Минеральных веществ растения автономных ландшафтов содержат немного, зольность прироста колеблется от 2,5 до 5% (в тайге 1,6-2,5%). В листьях тропических деревьев среди водных мигрантов первое место принадлежит кремнию - у бамбуков в золе содержится до 90% двуокиси кремния. Поэтому влажные тропические леса относят к кремниевому типу химизма.

Влажный и жаркий климат определяет очень быстрое разложение растительных остатков и  интенсивный вынос основных биофильных элементов: калия, кремния, кальция на фоне относительного накопления железа и марганца. Важнейшими водными мигрантами БИКа являются кремний и кальций, ко второй группе относятся калий, магний, алюминий, железо, к третьей - марганец и сера.

Важной особенностью БИКа является вымывание азота, фосфора, калия и кальция, магния и натрия, хлора и серы дождевыми водами не только из почв, но и из листьев. Согласно наблюдениям, проведенным в Гане, объем вынесенного материала составляет  2,86 ц/га ежегодно.

Определенную роль в круговороте элементов играет поступление солей с атмосферными осадками - эта величина составляет 2-3 ц/га, что в 7-10 раз меньше количества водных мигрантов, потребляемых растениями, т.и. КА равно 0,1-0,15. Дополнительным источником питания, является азотная кислота, ко­торой обогащаются осадки во время частых гроз.

Надземные части растений могут поглощать аммиак и окислы азота, выделяемые надземной растительностью и поступающие в приземную атмосферу. Под пологом леса создается таким образом почти замкнутый круговорот газообразных соединений азота.

Растения влажных тропических лесов потребляют за год почти в 5 раз больше химических элементов, чем их выносится с ионным стоком (КВ - 4-4,5). Значительная часть подвижных элементов находится в биологическом круговороте, что и предохраняет их от выщелачивания. Нахождение подвижных химических элементов в живом веществе - единственно надежная форма защиты от выщелачивания в условиях влажных тропиков. Это - важнейшая геохимическая особенность  ландшафтов влажных тропических лесов, резко отличающая их от ландшафтов умеренного пояса.

Грунтовые воды ландшафтов влажных тропических лесов относят к глеевому классу, они обогащены железом и марганцем, мигрирующим в виде бикарбонатов или органических комплексов. В местах выхода таких вод на поверхность или их встречи с кислородными водами возникает кислородный геохимический барьер, на котором осаждаются гидроокислы железа и формируются знаменитые кирасы (железный панцирь).

Хотя в автономных ландшафтах происходит интенсивный вынос подвижных соединений, особенно катионов, полный вынос никогда не имеет место, так как ему противодействует биологический захват - биогеохимический барьер. Но суммарный эффект обоих процессов резко сдвинут в сторону выноса и кислое выщелачивание - характерная черта данного ландшафта.

Для влажных тропических лесов характерны следующие геохимические классы ландшафтов:

- кислые;

- кислые глеевые (лесные болота - лапаки);

- сернокислые (на горных породах с сульфидами тяжелых металлов);

- кальциевые (маргалитные ландшафты) - на кальцевосодержащих горных породах;

- соленосно-сульфидные (мангры) - солоноватоводные прибрежные лесные болота.

Кислые ландшафты влажных тропических лесов являются наиболее распространенными. Эти ландшафты формируются на водораздельных поверхностях, сложенных изверженными, метаморфическими и осадочными силикатными породами. Из-за разложения большой массы органических соединении почвенные воды обогащаются СО₂ и органическими кислотами. Для их нейтрализации не хватает катионов, грунтовые и почвенные  воды имеют кислую реакцию и  энергично выветривают горные породы, выщелачивая подвижные соединения на большую глубину. Из почв и коры выветривания выносится кальций, натрии, магний и калий, выщелачиваются также редкие щелочи - литий, барий, стронций, цезий. В результате они  относительно обогащаются инертными  в данной обстановке элементами - железом (гидроокислы составляют  более 30% против 5-20% в исходных породах), алюминием (гидроокислы  или глинистые минералы - более 50% против 15-20% в исходных породах), остаточным кварцем и редкими элементами из группы инертных - танталом, редкими землями, цирконием. Кальция очень мало - 0,1% прикларке3%. Почвы приобретают характерную красную, оранжевую окраску.

Гидроокислы железа и алюминия находятся в коллоидном состоянии, что определяет существование здесь сорбционного барьера, поглощающего анионы - хлор, сульфат-ион, фосфат-ион, окислов молибдена, мышьяка и т.д. Менее эффективным является сорбционный барьер из отрицательных коллоидов, сорбируюших катионы.

На плоских равнинах, где просачивание атмосферных вод медленное и возможно их застаивание, развиваются процессыоглеения и возникает окислительно-восстановительная зональность: окислительная зона красного цвета сменяется книзу глеевой зоной белого или пестрого цвета.

В депрессиях рельефа, в нижних частях склонов, речных долинах и озерных котловинах грунтовые воды застаиваются близко от поверхности и формируются супераквальные ландшафты - лесные болота с кислымоглеением(Н-Fe  - класс). Тропические болота имеют низкийрН - менее 4 (до 2), в них наблюдается концентрация сидерита и других минералов железа.

Важнейшие геохимические особенности ландшафтов влажных тропических лесов.  Геохимические особенности влажных тропических лесов накладывают резкий отпечаток на флору, фауну, сельское хозяйство и здоровье человека. Так, содержание натрия в водах и продуктах питания настолько мало, что не обеспечивает потребностей человеческого организма. В тропиках человек выделяет 12 л пота в день. Это усугубляет дефицит натрия. Падение содержания натрия в крови (при сильном потоотделении) вызывает истощение нервной системы и снижение трудоспособности, которая проявляется в быстрой утомляемости при физической работе).

Хотя растения влажных тропиков содержат много железа, но человек плохо усваивает этот элемент из растительной пищи, поэтому в этих ландшафтах широко распространено малокровие, вызванное  недостатком железа в пище.

Недостаток кальция сказывается, вероятно, на росте животных. Так, окапи в экваториальной Африке имеет рост 1,5-2 м, а родственные ему жирафы саванн ( кальциевые ландшафты) - около 6 м. Гиппопотам имеет 1,5 в длину,  а в саваннах - 4 м. Малые размеры характерны и для шимпанзе, кур, собак, других диких и домашних животных. Таким образом, происходит приспособление организмов к дефициту кальция. Но благодаря большому количеству ультрафиолетового излучения формирование витамина Д происходит  в достаточном количестве и в организм закрепляется кальций и фосфор и рахит редок.

Другим приспособлением к дефициту кальция является "кальцефобия" у  ряда растений. Эти растения довольствуются очень небольшими количествами кальция и избегают почв, содержащих много кальция (например, чай).

В почвенных растворах тропиков много кремнезема, который накапливается в листьях деревьев (окремнение кожицы листьев). От избытка кремнезема растения избавляются сбрасывая листву. Растительность обогащена так же алюминием (до 10%).

Таким образом, основные ландшафтно- геохимические особенности зоны влажных тропических лесов заключаются в:

1. высокой продуктивности и скорости БИКа: ежегодно образуется огромное количество живого вещества и происходит быстрая минерализация остатков организмов;

2. чрезвычайной химической активности воды, насыщенной продуктами разложения органического вещества (углекислым газом и органическими соединениями). Воды обладают грандиозной разрушительной силой, которой не может противостоять ни одна горная порода, все они разлагаются с образованием различных растворимых соединений;

3. интенсивной водной  миграции и преобладании выщелачивания;

4. высокой биологической информативности - огромное количество видов организмов, их сложные взаимоотношения определяют исключительную устойчивость ландшафта, его высокую самоорганизацию;

5. дефиците химических элементов и малом количестве неорганической информации, которые возникают в результате слабой минерализации вод  и кислого выщелачивания ;

Главными физико-химическими барьерами являются кислородный и сорбционный. Для всех элементарных ландшафтов характерно высокое содержание железа как за счет остаточного накопления, так и за счет концентрации на кислородных барьерах.

Огромная продуктивность растениеводства и животноводства сопровождается минеральным голоданием культурных растений. В пище непропорционально большое место занимают углеводы, наблюдается дефицит белков и минеральное голодание.

Экологические проблемы районов влажных тропических лесов связаны с их интенсивным освоением во второй половине ХХ века. За последние 40 лет человечество потеряло почти 1/5 лесных массивов этой зоны. Сегодня их площадь составляет уже менее 0,8 млрд га при темпах сокращения в 7,3 млн. га в год, т.е. 14 га в минуту. Такие быстрые темпы сведения  лесов неминуемо приведут к существенным изменениям в экосистеме Земли.

Антропогенное воздействие на эти ландшафты проявляется как непосредственно путем интенсивных рубок, так и косвенно, в нарушении условий их существования путем загрязнения среды, нарушения водно-теплового баланса, условий стока и почвообразования, внедрения чуждых видов растений и животных.

Промышленные вырубки обычно начинаются с прокладок густой сети дорог, что само по себе приводит к сведению больших площадей леса. Так, в Юго-Восточной Азии при прокладке дорог лес был  уничтожен на 14% площади, предназначенной для вырубки. Прокладка дорог способствует проникновению в леса инородных биологических видов, в том числе вредителей и новых болезней. Она увеличивает эрозию почв, делает леса более доступными для местного населения, занимающегося подсечно-огневым земледелием. Вырубка леса как правило носит избирательный характер, вырубаются лишь некоторые особо ценные виды пород деревьев. Но даже избирательные рубки дают разрушительные последствия, так как при этом нарушаются гораздо большие площади, чем в случае, если бы заготавливалась древесина всех пород. Исследования , проведенные в восточной Амазонии, показали, что при вырубке в этом районе 3% деревьев, было вырвано с корнем, поломано или повреждено при прокладке дорог и в ходе рубки 54% всех древесных растений.  Как свидетельствует опыт Амазонии и Индонезии, избирательные рубки могут привести к такому нарушению микроклимата, что влажные тропические леса, ранее практически не подверженные пожарам, превращаются в высушенные, легко воспламеняющиеся массивы.

Обратите внимание на лекцию "5 Местное самоуправление, суд, военные реформы, финансы, просвещение".

Подсчитано, что промышленные вырубки приводят к ежегодной деградации 4,5 млн. га влажного тропического леса.

Большой ущерб влажным тропическим лесам наносит земледелие. Почвы этих ландшафтов бедны водорастворимыми минеральными элементами, которые легко вымываются осадками. Растительность плантаций или огородов быстро (за 1-2 года) исчерпывает запасы питательных веществ и далее необходимо либо удобрять почвы, либо забрасывать и вырубать новые массивы. Вырубка небольших участков для земледелия часто сочетается с экстенсивным скотоводством. Сначала проводится частичная вырубка леса, а его остатки уничтожаются огнем. Стелющийся дым над пожарищами в Южной Америке виден со спутников как плотная бурая мгла, временами застилающая значительные площади северо-востока этого материка. Поэтому Амазонию называют «величайшим крематорием». Вместе с остатками растительности сгорает все живое. Выжигание повторяется через 2-3 месяца, если участок используется под пастбище, или через 6-8- месяцев, если под плантацию Но хороших урожаев на этих землях как правило не получают, так как большая продуктивность тропических лесов - особенность эволюционная и при монокультурах она не проявляется. Создание плантаций ведет к усилению эрозии и далее к опустыниванию.

Существенные нарушения ландшафтов влажного тропического леса связаны с добычей полезных ископаемых. Она ведет к вырубке леса, расчистке территории под инженерные сооружения, деградации почв и загрязнению территории продуктами добычи, массовому вымиранию видов. Так, остров Бугенвиль считался по красоте ландшафтов жемчужиной Океании. Но добыча медной руды привела к образованию  здесь безжизненного карьера на площади в 10 тыс. га. Аналогичные результаты были достигнуты на острове Науру при добыче фосфоритов, при добыче бокситов в Амазонии. Восстановления прежних ландшафтов не происходит. Таким образом, ландшафты влажных тропических лесов , несмотря на их мощную, равновесную структуру легко подвергаются разрушению, на месте вырубленного тропического леса возникают вторичные лесные сообщества, значительно уступающие коренному лесу по биомассе, продуктивности и сложности структуры. На восстановление первичного леса даже в самых благоприятных условиях требуется несколько столетий.

Уничтожение влажного тропического леса является не только локальной, но и глобальной экологической проблемой. Сокращение площади влажных тропических лесов приведет к изменениям не только в биосфере Земли, но и отразится на процессах, происходящих в атмосфере, на глобальном климате. Среди многочисленных прогнозов возможных изменений, связанных с влажными тропическими лесами, можно выделить два основных направления.

Прогнозы первого направления предполагают, что уничтожение влажных тропических лесов должно привести к увеличению альбедо, и, следовательно, к уменьшению поглощения солнечной радиации на очень больших площадях (до 30%) суши. Это приведет к уменьшению испарения, количества осадков и тепла, высвобождающегося в атмосферу при их выпадении. Такое нарушение теплообмена приведет к охлаждению средней и верхней тропосферы тропиков, и уменьшению термического градиента, направленного от экватора к полюсам. Уменьшение переноса тепла и влаги из приэкваториальных областей приведет к глобальному охлаждению атмосферы Земли, а это грозит аридизацией части умеренного пояса и прежде всего его земледельческих районов севернее 40 ⁰с.ш.

Второе направление охватывает проблемы глобального круговорота углерода. Во влажных тропических лесах сосредоточено не менее 50% биосферного углерода. Математические модели круговорота биосферного углерода, построенные на основе результатов детальных исследований, проведенные в полуостровной части Малайзии показали, что лишь для полуостровной части Малайзии сокращение запасов углерода в растительности за 15 лет (с середины 70-ых до 1990 года) составило 0,5 млрд. т. Основная часть этих потерь приходится на вынос углерода в атмосферу при сжигании лесной растительности, а также за счет уменьшения расходования углерода для фотосинтеза из-за сокращения площади лесов. К середине ХХ1 века это внесет свой вклад в усиление «парникового эффекта» и даст  повышение температур на 1-1,1⁰С А этого достаточно для нарастания таяния полярных льдов. Уже сейчас замечено, что 20-30% ежегодного объема дополнительного поступления в атмосферу Земли углерода обусловлено потерей лесных массивов в этих ландшафтах.