Metsien biologinen rooli luonnossa

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Kuinka usein ajattelemme metsien roolia elämässämme? Mikä on metsä? Mitä ekologisia tehtäviä se suorittaa? Tässä artikkelissa yritämme vastata näihin ja moniin muihin metsään luonnollisena ekosysteeminä liittyviin kysymyksiin.

Metsä on yhdistelmä maapallon kiinteällä pinnalla kasvavaa puu-, pensas- ja ruohomaista kasvillisuutta, joka sisältää eläimiä, mikro-organismeja ja muita luonnonympäristön osia (maaperä, vesistöjä ja jokia, ilmavaippa), jotka ovat biologisesti yhteydessä toisiinsa. Metsien tärkeimmät ominaisuudet ovat pinta-ala ja puuvarannot. Metsät kasvavat kaikilla mantereilla Etelämannerta lukuun ottamatta ja ne kattavat noin 31 % maan pinta-alasta. Maapallon metsärahaston kokonaispinta-ala on 4 miljardia hehtaaria ja puuvarat 527 203 miljoonaa kuutiometriä [1].

Metsä on monimutkaisesti organisoitunut itsesäätelevä ekosysteemi, jossa aineiden (typpi, fosfori, happi, vesi jne.) ja energiavirtojen kierto tapahtuu jatkuvasti kaikentyyppisten ja -muotoisten organismien välillä. Kaikki kasvit ovat sopeutuneet toisiinsa, samoin kuin eläinorganismeihin, ja päinvastoin, kaikki eläinorganismit ovat sopeutuneet kasviorganismeihin. Ne eivät voi olla olemassa ilman toisiaan. Jokaisella metsäalueella on selkeä tilarakenne (pysty ja vaaka), joka sisältää suuren joukon vanhoja puita, pensaita, nurmikasveja, pää- ja oheislajien aluskasvillisuutta sekä sammaltaita ja jäkälää.

Metsän pystysuoralle rakenteelle on ominaista eri kasvimuotojen jakautuminen korkeudessa, kun taas vaakasuora heijastaa eri kasvilajien jakautumista vaakatasossa. Metsässä on suuren määrän kasveja ohella valtava määrä erilaisia lajeja ilman (c) selkärankaisia, miljoonia maaperän eliöitä, lukuisia hyönteisiä, lintuja ja eläimiä. Ne kaikki yhdessä muodostavat ekologisen järjestelmän, jossa jokainen kasvi ja eläin suorittaa tiettyä ekologista tehtävää osallistuen erilaisten kemiallisten alkuaineiden kiertokulkuun.

Ulkoisten ympäristötekijöiden (valo, lämpötila, kosteus, tuuli, virtaukset, erilaiset älykkään ihmisen toiminnan muodot jne.) vaikutuksesta metsäekosysteemissä tapahtuu tiettyjä muutoksia, joilla ei yleensä ole terävää ja tuhoisaa luontoon, eivätkä ne johda ekosysteemin epätasapainoon. Ihmisen järjettömän toiminnan voimakkaasti kasvava vaikutus johtaa kuitenkin yhä useammin ekologisen tasapainon rikkomiseen, joka ilmenee äkillisinä ja katastrofaalisina muutoksina ja seurauksina. Joten kesällä 2008 Länsi-Ukrainan alueella Karpaattien vuoristoalueella tapahtui suurin tulva lukuisten sateiden vuoksi. Tämän seurauksena noin 40 tuhatta taloa tulviutui, lähes 700 kilometriä teitä huuhtoutui pois, yli kolmesataa siltaa tuhoutui [2].

Yksi syy laajamittaiseen tulviin on Karpaattien rinteillä tapahtuneet metsäkadot, jolloin merkittävä osa metsästä hakattiin lähes 40 vuoden ajan [3].

Tosiasia on, että metsällä on tärkeä vettä säätelevä rooli, joka hidastaa sulan ja sadeveden pintavalumia, siirtäen osan siitä maahan, mikä vähentää tulvien ja tulvien tuhovoimaa ja ruokkii näin pohjavettä. Sateen sateella puiden latvut ja rungot säilyttävät osan kosteudesta, mikä mahdollistaa veden imeytymisen metsäpeitteeseen vähitellen, ei itsestään. Metsän kuivikkeet säilyttävät kosteuden ja luovuttavat sitä ajan myötä jokiin ja pohjaveteen, ja osa kosteudesta käytetään kasvien ruokkimiseen. Avoimella alueella (esim. hakkuella) sadevesi putoaa kokonaan maan pinnalle, eikä sillä ole aikaa imeytyä, koska metsän karikkeen vedenläpäisevyys on suurempi kuin avoimella alueella, mikä johtaa suurimman osan vedestä virtaa pinnasta syvennykseen tai pintavesistöihin (puro, joki). Joskus avoin alue ei päästä vettä ollenkaan ja se valuu kokonaan pois muodostaen voimakkaan vesivirran. Metsällä on tärkeä rooli talven sateiden jakautumisessa ja kevään sulassa. Avomilla alueilla lumipeite kiinnittyy hieman myöhemmin kuin metsässä toistuvien sulatusten vuoksi ja jakautuu epätasaisesti puhaltavien tuulien vuoksi. Metsissä lumi jakautuu tasaisesti, mikä liittyy pintakerroksen tuulen järjestelmän muutokseen. Yleensä lunta kerääntyy avoimille alueille enemmän kuin metsiin. Keväällä voimakkaan auringonsäteilyvirran vaikutuksesta lumi sulaa, mikä ei riipu vain tästä tekijästä. Erityyppisillä kasvillisuuksilla ja kohokuvioilla on tärkeä rooli tässä prosessissa. Avoin alue saa 100 % auringon säteilystä ja vain osa minkä tahansa puuston latvoksen alla, joten lumi sulaa metsissä hitaammin. Esimerkiksi raivauksilla lumi sulaa 7-25 päivää ja kuusimetsässä 32-51 päivää [4].

Kotimainen metsätieteilijä Aleksandr Alekseevich Molchanov havaitsi, että kevään valumakerroin laskee jyrkästi metsäpeitteen kasvaessa (0, 6-0, 9 puuttomalla mäkisellä alueella kertoimeen 0, 09-0, 38 metsäpeitteen kanssa 40 prosenttia [6].

Kun metsää kaadetaan, puun latvus poistetaan ja maaperä menettää vedenläpäisevyysominaisuutensa, mikä johtaa vesistöjen vesistöjen rikkoutumiseen samalla kun pintavirtaus lisääntyy ja maaperän tuhoutuminen kiihtyy. Metsällä on siis tärkeä rooli säätelemässä tasaista veden virtausta vesistöihin, osallistuu veden kiertokulkuun ja ehkäisee maaperän tuhoutumista.

Yhtä tärkeä kasvillisuuden ominaisuus liittyy planeetan ilmaston muodostumiseen. Metsä vaikuttaa sellaisiin ilmastotekijöihin kuin tuuli, lämpötila, kosteus jne. Tuulen ansiosta kasvit pölyttyvät, hedelmät ja siemenet leviävät, kosteuden haihtuminen lehtien pinnalta tehostuu ja metsä puolestaan vähentää tuulen nopeus pintailmakerroksessa sääteleen lämpötilaa ja kosteutta. Viljelmien läsnäolo muuttaa lämpöjärjestelmää viereisillä alueilla. Kesällä vihreän massiivin kylmempi ilma syrjäyttää viereisen alueen lämpimämmän ja kevyemmän ilman ja alentaa ilman lämpötilaa näillä alueilla. Ilman lämpötilan laskun aste riippuu istutuslajista (kruunun läpinäkyvyydestä, lehtien heijastavuudesta, korkeudesta ja iästä), istutustiheydestä ja useista muista ominaisuuksista. Suurilehtiset puut suojaavat parhaiten lämpöenergiaa vastaan. Joten esimerkiksi haapa kulkee lehtien läpi 10 kertaa enemmän energiaa kuin orapihlaja. Metsässä ilmankosteus kasvaa, koska puiden ja pensaiden lehtien, ruohonvarsien haihtumispinta on vähintään 20 kertaa suurempi kuin näiden kasvien maa-ala. Vuoden aikana hehtaarilta metsää haihtuu ilmaan 1-3,5 tuhatta tonnia kosteutta, mikä on 20-70 % ilmakehän sademäärästä. Esimerkiksi metsäpeitteen lisääntyminen 10 % voi lisätä vuotuista sademäärää 10-15 % [5]. Lisäksi noin 90 % tulevasta vedestä haihtuu lehtien pinnalta ja vain 10 % menee kasvien ravintoon. Ilmankosteus keskivyöhykkeellä metsässä tai puistossa kesällä on 16-36 % korkeampi kuin kaupungin pihalla. Viheralueet lisäävät myös ilmankosteutta viereisillä avoimilla alueilla.

Metsä osallistuu aktiivisesti kaasunvaihtoon ensisijaisesti sitomalla hiilidioksidia ja vapauttamalla happea ilmakehään. Tätä luonnonilmiötä kutsutaan fotosynteesiksi. Hehtaari metsää sitoo siis 8 kg hiilidioksidia (H2CO3) tunnissa, joita päästöt 200 ihmistä. Hiilidioksidin imeytymisaste ja hapen vapautuminen riippuu voimakkaasti istutustyypistä. Berliinin poppeli on siis 7-kertainen, kantatammi on 4,5-kertainen, suurilehtinen lehmus 2,5-kertainen ja mänty 1,6 kertaa tehokkaampi kuusen kaasunvaihdon kannalta.

Metsällä on myös merkittävä rooli ilmakehän puhdistamisessa pölystä. Kasvit keräävät pölyhiukkasia lehtien, oksien ja runkojen pinnoille. Tässä tapauksessa kertymisen vaikutus määräytyy suurelta osin lämpötilan, kosteuden ja tuulen nopeuden lisäksi myös istutuslajin mukaan. Joten havupuut 30 kertaa ja koivu 2, 5 kertaa enemmän pölyä kuin haapa. Pölypitoisuus kaupunki- ja esikaupunkipuistoissa on 1,5-4 kertaa pienempi kuin teollisuusalueella. Mittaukset ovat osoittaneet, että puiden alla olevan ilman pölyisyys on 20-40 % pienempi kuin avoimilla lähialueilla. Kasvin aktiivisen elämän aikana yksi aikuinen puu poistaa ilmasta: hevoskastanja - 16 kg, vaahtera - 28 kg, Kanadan poppeli - 34 kg pölyä.

Metsä on myös mukana puhdistamassa ilmaa kaasumaisista epäpuhtauksista. Kylmä ilma, joka luo pystysuoria virtoja, ja alhaisemmat tuulen nopeudet viheralueiden alueella edistävät kaasumaisten epäpuhtauksien siirtymistä yläilmakehään. Tämä johtaa niiden määrän vähenemiseen viheralueiden vyöhykkeellä 15-60%. Eri puulajeilla on erilainen vastustuskyky ilmansaasteita vastaan, mutta ne säilyttävät kykynsä sitoa myrkyllisiä epäpuhtauksia ilmakehästä. Siten valkoinen akaasia vangitsee rikki- ja fenoliyhdisteitä ilmakehästä vahingoittamatta vakavasti lehtiään. Kohdasta (c) seuranta osoitti, että rikkidioksidi vahingoittaa vakavasti kasvillisuutta.

Kemiantehtaiden lähellä lehmus-, koivun- ja tammenlehtien pinta palaa 75-100% ja pihlajan - 25-65%. Ilman pilaantumista vastustamattomia puulajeja ovat: hevoskastanja, vaahtera, kuusi ja tavallinen mänty, pihlaja, syreeni, keltainen akaasia jne. Vastustuskykyisimpiä ovat: musta poppeli, valkoinen akaasia, suurilehtinen poppeli, Pennsylvanian vaahtera, muratti.

Kasvit erittävät biologisesti aktiivisia aineita (fytonsideja), joilla on pieninä määrinä korkea fysiologinen aktiivisuus suhteessa tiettyihin elävien organismien ryhmiin. Biologisesti aktiiviset aineet tappavat patogeeniset bakteerit tai hidastavat mikro-organismien kehitystä. Eri kasvien biologisesti aktiivisten aineiden tehokkuus ei ole sama. Joten Atlas-setri aiheuttaa bakteerien kuoleman 3 minuutin erittymisen jälkeen, lintukirsikka - 5 minuutin kuluttua, mustaherukka - 10 minuutin kuluttua, laakerit - 15 minuutin kuluttua.

Metsäalueiden osallistuminen on myös suuri liikenteen valtateiden ja yritysten melutason vähentämisessä. Lehtipuiden latvut imevät 26 % tulevasta äänienergiasta ja heijastavat ja haihduttavat 74 %. Kaksi lehmusriviä voivat vähentää melutasoa 2, 5-6 kertaa, riippuen istutuskaistaleen leveydestä ilman lehtiä ja 7, 7-13 kertaa, kun kasvit olivat lehtineen. Äänieristysaste riippuu puiden ja pensaiden lajista, korkeudesta ja istutuskuviosta. Melu ihmisen kasvun huipulla korkeilla rakennuksilla rakennetulla kadulla, jossa ei ole viheralueita, on 5 kertaa korkeampi kuin samalla puiden reunustamalla kadulla, koska liikkuvan liikenteen melu heijastuu rakennusten seinistä.

Siten metsällä on tärkeä rooli planeetalla suotuisten olosuhteiden ylläpitämisessä kaikille eläville organismeille, myös ihmisille. Metsä luonnollisena ekosysteeminä osallistuu ilmaston ja sedimentin muodostumiseen, ylläpitää ilmakehän kaasukoostumusta, tarjoaa kotia ja ravintoa monille kasvi- ja eläinlajeille ja -muodoille. Nykyään metsien suojelussa on kuitenkin vakava ongelma.

Suurin osa metsäekosysteemeistä on sellaisissa maissa kuin Venäjä (809 milj. hehtaaria), Brasilia (520 milj. hehtaaria), Kanada (310 milj. hehtaaria), USA (304 milj. hehtaaria), Kiina (207 milj. hehtaaria), Demokraattinen tasavalta Kongo (154 miljoonaa hehtaaria) [8].

Lisäksi planeetan ekologisen tasapainon ylläpitämiseksi arvokkaimmat ovat taiga ja trooppiset metsät. Trooppisissa metsissä on melko korkea biologinen monimuotoisuus, joka sisältää jopa 70-80 % kaikista tieteen tuntemista eläimistä ja kasveista. Yhdysvaltain ulkoministeriön mukaan vuotuinen metsien menetys vastaa neljää aluetta Sveitsissä (41 284 km²) [9].

Metsäkadon laajuuden kuvaamiseksi tätä aluetta voidaan silti verrata Moskovan alueen alueeseen (44 379 km²). Tärkeimmät syyt metsien vähenemiseen ovat hallitsematon metsänhakkuut maatalousmaan osalta - 65-70 % ja hakkuut - 19 % (kuvat 7, 8, 9).

Useimmat trooppiset maat ovat jo menettäneet yli puolet luonnonmetsistään. Esimerkiksi Filippiineillä metsistä on hakattu noin 80 %, Keski-Amerikassa metsäala on vähentynyt 60 %. Tällaisissa trooppisissa maissa, kuten Indonesiassa, Thaimaassa, Malesiassa, Bangladeshissa, Kiinassa, Sri Lankassa, Laosissa, Nigeriassa, Libyassa, Guineassa ja Ghanassa, metsäpinta-ala on pienentynyt 50 % [9].

Yhteenvetona voidaan todeta, että metsäekosysteemien pinta-alan säilyttäminen ja kasvattaminen on ihmiskunnan tärkein tehtävä, jonka toteuttaminen varmistaa sen selviytymisen suotuisassa luonnonympäristössä. Muuten ihmiskunta ei yksinkertaisesti selviä, koska vain maallisen sivilisaation harmoninen kehitys luonnon kanssa antaa mahdollisuuden koko ihmiskunnan elämälle ja kehitykselle.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.