Ормандардың өсу динамикасы: Бұзылулар мен жаңару процестері

Кіріспе

Биотикалық және абиотикалық экожүйелердің ықпалы

Орман динамикасы – орман экожүйесін қалыптастырып, өзгертетін негізгі физикалық және биологиялық күштерді сипаттайды. Орманның үнемі өзгеруі екі негізгі элементпен түйінделеді: бұзылыс және іздік өсім.

Қиындықтар

Орманды бұзатын жағдайлар – орман экожүйесінің құрылымы мен құрамында жеке организмдердің өсуі мен өлімінен асып түсетін өзгерістерге себеп болатын оқиғалар. Бұзылулар жиілігі мен қарқындылығы бойынша әртүрлі болуы мүмкін және табиғи апаттарды, мысалы, өрт, көшкін, жел, жанартаудың атқылауын, сирек метеорлық соқтығыстарды, жәндіктердің, саңырауқұлақтардың және басқа патогендердің таралуын, жануарлардың шабуылдары мен тапталуы сияқты әсерлерін, сондай-ақ соғыс, орман шаруашылығы, ластану, қала құрылысы немесе егіс алқаптары үшін жерді тазалау және инвазивті түрлерді енгізу сияқты антропогендік бұзылуларды қамтиды. Барлық бұзылулар орман экожүйесіне зиян келтірмейді. Көптеген табиғи бұзылулар жаңару мен өсуге мүмкіндік береді және көбінесе қажетті қоректік заттарды босатады. Кішкентай масштабтағы бұзылулар орманның әртүрлілігі мен гетерогенділігін құру және сақтаудың кілті болып табылады. Кішкентай масштабтағы бұзылуларға, мысалы, бір ағаштың құлауы сияқты оқиғалар жатады, олардың нәтижесінде жарық қанаты арқылы орманның төменгі қабаттарына және жер бетіне жетеді. Бұл қолжетімді жарық ерте сатыдағы көлеңкеге төзімсіз түрлерге басым орман ішінде колонизациялауға және популяцияны сақтауға мүмкіндік береді, нәтижесінде ескі өсімдік ретінде танылатын күрделі кеңістіктік мозаикалық орман құрылымы қалыптасады. Бұл процесс жапсырма динамикасы немесе саңылау динамикасы деп аталады және тропикалық, қоңыржай және бореальдық орманды қоса алғанда, көптеген орман түрлерінде сипатталған. Белгілі бір аймақты немесе экожүйені сипаттайтын табиғи бұзылулардың жиынтығы мен үлгілері экожүйенің бұзылу режимі деп аталады. Табиғи қоғамдастық өзінің табиғи бұзылу режимімен тығыз байланысты. Мысалы, қоңыржай және бореальдық жаңбырлы ормандарда әдетте жоғары жиіліктегі, бірақ кішкентай масштабтағы оқиғалардан тұратын бұзылу режимі болады, нәтижесінде өте ескі ағаштар басымдығымен өте күрделі орман қалыптасады. Керісінше, орманның бұзылу режимінде жиі болатын өрттер сияқты жоғары қарқындылықтағы тұқымдық алмастыру оқиғалары болса, ол құрылымы жағынан біркелкі болып келеді және салыстырмалы түрде жас ағаш алқаптарына ие болады.

Forest disturbances are events that cause change in the structure and composition of a forest ecosystem, beyond the growth and death of individual organisms. Disturbances can vary in frequency and intensity, and include natural disasters such as fire, landslides, wind, volcanic eruptions, rare meteor impacts, outbreaks of insects, fungi, and other pathogens, animal caused effects such as grazing and trampling, and anthropogenic disturbances such as warfare, logging, pollution, the clearing of land for urbanization or agriculture, and the introduction of invasive species. Not all disturbances are destructive or negative to the overall forest ecosystem. Many natural disturbances allow for renewal and growth and often release necessary nutrients. Small scale disturbances are the key to creating and maintaining diversity and heterogeneity within a forest. Small scale disturbances are events such as single tree blowdowns, which create gaps that let light through the canopy to the understory and forest floor. This available light allows early successional shade intolerant species to colonize and maintain a population within the dominant forest, leading to the complex spatial mosaic forest structure recognized as old growth. This process is referred to as patch dynamics or gap dynamics and has been described across many types of forests, including tropical, temperate, and boreal. The sets and patterns of natural disturbances that characterize a particular area or ecosystem are referred to as the ecosystem's disturbance regime. A natural community is closely linked with its natural disturbance regime. For example, temperate and boreal rainforests typically have a disturbance regime consisting of high frequency but small scale events, resulting in a highly complex forest dominated by very old trees. In contrast, forests that have a disturbance regime consisting of high severity stand replacing events, such as frequent fires, tend to be more uniform in structure and have relatively young tree stands.

Мұрагерлік

Орманның біріне-бірі жаңаруы – түрлердің қандай да бір бұзылудан кейін қалпына келіп, жаңару процесі. Бұзылудың түрі, климат пен ауа райының жағдайлары, орналасқан түрлердің болуы және түрлер арасындағы өзара әрекеттесулердің бәрі жаңару жолына әсер етеді. Түрлердің әртүрлілігі мен құрамы жаңару барысында өзгеріп отырады. Жаңарудың классикалық моделі – эстафеталық флористика деп аталады, ол басым түрлердің эстафетасымен байланысты. Құрғақшылыққа төзімсіз түрлер бұзылған жерге орналасып, басым шатырға дейін өседі, бірақ олардың құрғақшылыққа төзімсіздігіне байланысты өз шатырларының астында жаңаруға қабілетсіз; көлеңкеге төзімді түрлерден құралған астыңғы қабат біртіндеп шатырдың орнын басады, ал оның көлеңкеге төзімділігі оған өз шатырының астында жаңаруға мүмкіндік береді, сондықтан ол басым түрге айналады. Көбінесе жаңару эстафеталық флористика моделі сипаттағандай толық немесе нақты бағытталмайды. Түрлер жартылай көлеңкеге төзімді болуы мүмкін және шатырдан өтетін аз мөлшердегі жарықтан пайдаланып тірі қалады, ал қосымша бұзылулар кішкентай кеңістіктерді құруы мүмкін. Осы және басқа да факторлар басым түрлердің араласуына және жаңарудың (климакс қауымдастығы) айқын аяқталуына алып келуі мүмкін. Көптеген жаңару траекториялары негізгі төрт кезеңді даму үлгісін ұстанады. Осы кезеңдердің біріншісі – тұраққа кірісу – үлкен бұзылудан кейін пайда болады және көптеген түрлердің жарық пен қоректік заттарға толы аймаққа келуін қамтиды. Екінші кезең – сабақтың бөлінуі – ресурстар азайып бара жатқанда осы түрлердің өсуі мен бәсекелесуін сипаттайды; әдетте, бір немесе бірнеше түр бәсекеде жеңіп, тұраққа айналады. Үшінші кезең – астыңғы қабаттың жаңаруы – қосымша бұзылу мен кеңістіктердің құрылуын қамтиды; осы кезде қабатталу дамиды, шатыр, ортаңғы және астыңғы қабаттар пайда болады. Соңғы кезең – ескі өсім деп аталады, ол астыңғы қабаттың жаңаруын кеңейту және аяқтау болып табылады; күрделі, көп жастағы және көп қабатты орман қалыптасады.

Forest succession is the process by which species recover and regenerate after a disturbance. The type of disturbance, the climate and weather conditions, the presence of colonizing species, and the interactions among species all influence the path that succession will take. Species diversity and composition fluctuate throughout succession. The classic model of succession is known as relay floristics and refers to a relay of dominant species. After a stand replacing disturbance, shade intolerant species colonize and grow into a dominant canopy, but due to their shade intolerance they are unable to regenerate under their own canopy; the understory (composed of shade tolerant species) gradually replaces the canopy, and due to its shade tolerance it can regenerate under its own canopy and therefore becomes the dominant species. Often succession is not so complete or directed as the relay floristics model describes. Species can be mid tolerant of shade and survive by taking advantage of small amounts of light coming through the canopy, and further disturbances can create small gaps. These and other factors can lead to a mixture of dominant species and a not so obvious “end” to succession (climax community). Many successional trajectories follow a basic four stage development pattern. The first of these stages, stand initiation, occurs after a major disturbance and involves many species arriving in the area of abundant light and nutrients. The second stage, stem exclusion, describes the growth and competition of these species as resources become less available; likely one or a few species outcompetes and becomes stand dominating. The third stage, understory reinitiation, involves further disturbance and the creation of gaps; at this point stratification develops, with layers of canopy, midstory, and understory appearing. The final stage, known as old growth, is the extension and completion of the understory reinititation; a complex multi aged and multi layered forest has developed.

Климаттың өзгеруін ескеріп

Орман климатқа сезімтал, сондықтан климаттың өзгеруі экожүйенің динамикасына зор әсер етеді. Көмірқышқыл газының деңгейінің артуы ағаштардың өнімділігі мен өсуін күшейтеді, бірақ басқа да қажетті заттар жетіспесе, бұл өсім тежеледі. Температура мен жауын-шашынның өзгеруі түрлі түрлердің сәттілігіне және нәтижесінде қалыптасатын түрлер жиынтығына әсер ете алады. Климаттың өзгеруіне байланысты көптеген факторлар экожүйенің бұзылу циклына да әсер етеді, орманды түрлі бұзылуларға осалдығын арттырып немесе азайтып, бұзылудан кейін қалпына келу процесін өзгертеді, тіпті тоқтатып та қоюы мүмкін.

Маңыздылық

Ормандар көптеген экожүйелік қызметтерді ұсынады, оның ішінде ағаш, таза су, көміртегінің жиналуы және демалысқа арналған аймақтар. Осы қызметтерді, сондай-ақ орман қамтамасыз ететін табиғи ортаны және биологиялық әртүрлілікті сақтау үшін орманды қалыптастыру мен сақтаудың динамикасын түсіну аса маңызды. Орман шаруашылығы және ағаш өсіру операциялары тиімді басқару және қорғау техникаларын жүзеге асыру үшін орман динамикасын толыққанды түсінуді талап етеді.