Vai trò sinh học của rừng trong tự nhiên

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Chúng ta thường nghĩ như thế nào về vai trò của rừng đối với cuộc sống của chúng ta? Rừng là gì? Nó thực hiện những chức năng sinh thái nào? Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cố gắng trả lời những câu hỏi này và nhiều câu hỏi khác liên quan đến rừng như một hệ sinh thái tự nhiên.

Rừng là sự kết hợp của thảm thực vật thân gỗ, cây bụi và thân thảo mọc trên bề mặt rắn của hành tinh, bao gồm động vật, vi sinh vật và các thành phần khác của môi trường tự nhiên (đất, thủy vực, sông ngòi, khí quyển) liên kết với nhau về mặt sinh học. Đặc tính chính của rừng là diện tích và trữ lượng gỗ đứng. Rừng phát triển trên tất cả các lục địa ngoại trừ Nam Cực và chiếm khoảng 31% diện tích đất liền. Tổng diện tích quỹ rừng của hành tinh là 4 tỷ ha, trữ lượng gỗ đứng là 527,203 triệu m3 [1].

Rừng là một hệ sinh thái tự điều chỉnh được tổ chức phức tạp, trong đó liên tục thực hiện quá trình tuần hoàn các chất (nitơ, phốt pho, ôxy, nước, …) và các dòng năng lượng giữa các loại và dạng sinh vật. Tất cả thực vật đều thích nghi với nhau, đối với động vật cũng như động vật, và ngược lại, tất cả sinh vật động vật đều thích nghi với sinh vật thực vật. Chúng không thể tồn tại nếu không có nhau. Mỗi khu vực rừng có cấu trúc không gian rõ rệt (theo chiều dọc và chiều ngang), bao gồm một số lượng lớn cây trưởng thành, cây bụi, cây thân thảo, cây phát triển của các loài chính và phụ, cũng như rêu và địa y.

Cấu trúc theo chiều dọc của rừng được đặc trưng bởi sự phân bố của các dạng thực vật khác nhau theo chiều cao, còn chiều ngang phản ánh sự phân bố của các loài thực vật khác nhau trong mặt phẳng ngang. Cùng với một số lượng lớn các loài thực vật, trong rừng còn có một số lượng khổng lồ các loài khác nhau không có (c) động vật có xương sống, hàng triệu sinh vật đất, vô số côn trùng, chim và động vật. Tất cả chúng cùng nhau tạo thành một hệ thống sinh thái trong đó mỗi động thực vật thực hiện một chức năng sinh thái cụ thể, tham gia vào chu trình của các nguyên tố hóa học khác nhau.

Dưới tác động của các yếu tố môi trường bên ngoài (ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, gió, dòng chảy, các hình thức hoạt động thông minh khác nhau của con người, v.v.), hệ sinh thái rừng xảy ra những biến đổi nhất định, mà theo quy luật, không có tính hủy diệt rõ rệt. tự nhiên, và không dẫn đến mất cân bằng hệ sinh thái. Tuy nhiên, tác động ngày càng lớn của hoạt động không hợp lý của con người ngày càng thường xuyên dẫn đến sự vi phạm cân bằng sinh thái, được thể hiện bằng những thay đổi và hậu quả đột ngột, thảm khốc. Vì vậy, vào mùa hè năm 2008 trên lãnh thổ miền Tây Ukraine thuộc vùng núi Carpathian đã xảy ra trận lũ lụt lớn nhất do lượng mưa nhiều. Hậu quả là khoảng 40 nghìn ngôi nhà bị ngập, gần 700 km đường bị cuốn trôi, hơn ba trăm cây cầu bị phá hủy [2].

Một trong những lý do gây ra lũ lụt quy mô lớn là do nạn phá rừng trên các sườn của dãy núi Carpathian, khi một phần đáng kể độ che phủ của rừng đã bị chặt phá trong gần 40 năm [3].

Thực tế là rừng đóng một vai trò quan trọng trong việc điều tiết nước, tức là làm chậm dòng chảy bề mặt của tan chảy và nước mưa, chuyển một phần của nó xuống mặt đất, do đó làm giảm sức tàn phá của lũ và lũ lụt, và do đó cung cấp nước ngầm. Khi mưa rơi, các tán và thân cây giữ lại một phần độ ẩm, điều này cho phép nước hấp thụ dần vào thảm rừng chứ không phải tự phát. Thảm mục rừng giữ lại độ ẩm và theo thời gian, nó được cung cấp cho các con sông và mạch nước ngầm, và một phần độ ẩm được sử dụng để nuôi cây. Trong một khu vực trống (ví dụ: một vụ chặt hạ), nước mưa rơi hoàn toàn trên bề mặt trái đất và không có thời gian để hấp thụ, vì độ thấm nước của thảm rừng cao hơn ở khu vực trống, dẫn đến dòng chảy của phần lớn nước từ bề mặt vào một chỗ trũng hoặc nguồn nước trên bề mặt (suối, sông). Đôi khi một khu vực trống không cho phép nước đi qua và nó hoàn toàn bị thoát ra ngoài, tạo thành một dòng nước mạnh. Rừng đóng một vai trò quan trọng trong việc phân phối lượng mưa vào mùa đông và trong quá trình tan băng vào mùa xuân. Ở những khu vực trống trải, lớp phủ tuyết được cố định muộn hơn một chút so với trong rừng do băng tan thường xuyên và phân bố không đều do gió thổi. Trong các khu rừng, tuyết được phân bố đồng đều, có liên quan đến sự thay đổi chế độ gió ở lớp bề mặt. Nhìn chung, tuyết tích tụ nhiều hơn ở những khu vực trống trải hơn là trong rừng. Vào mùa xuân, dưới tác động của một luồng bức xạ mặt trời cực mạnh sẽ xảy ra hiện tượng băng tuyết, điều này không chỉ phụ thuộc vào yếu tố này. Các loại thảm thực vật và rừng cứu trợ khác nhau đóng một vai trò quan trọng trong quá trình này. Một khu vực mở nhận 100% bức xạ mặt trời và chỉ một phần dưới tán của bất kỳ giá cây nào, do đó, tuyết tan trong rừng chậm hơn. Ví dụ, ở các khe nước, tuyết tan trong 7-25 ngày và trong rừng linh sam vân sam trong 32-51 ngày [4].

Nhà khoa học lâm nghiệp trong nước Aleksandr Alekseevich Molchanov nhận thấy rằng hệ số nước chảy mùa xuân giảm mạnh khi độ che phủ rừng tăng lên (từ 0, 6-0, 9 trên khu vực đồi núi không có cây đến hệ số 0, 09-0, 38 với độ che phủ rừng của 40%) [6].

Khi rừng bị chặt phá, tán cây bị mất đi và đất mất tính thấm nước, dẫn đến vi phạm chế độ nước của các nguồn nước, đồng thời nước chảy mặt tăng lên và quá trình phá hủy đất diễn ra mạnh mẽ. Vì vậy, rừng có vai trò quan trọng trong việc điều tiết dòng chảy thống nhất của nước vào các nguồn nước, tham gia vào vòng tuần hoàn của nước và ngăn chặn sự phá hủy đất.

Một đặc tính quan trọng không kém của thảm thực vật có liên quan đến sự hình thành khí hậu của hành tinh. Rừng chịu ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu như gió, nhiệt độ, độ ẩm, … Nhờ gió mà thực vật được thụ phấn, đậu quả và phát tán hạt, quá trình thoát hơi nước từ bề mặt lá được tăng cường, và đến lượt nó, rừng sẽ giảm tốc độ gió trong lớp không khí bề mặt, điều hòa nhiệt độ và độ ẩm. Sự hiện diện của các đồn điền làm thay đổi chế độ nhiệt ở các vùng lãnh thổ lân cận. Vào mùa hè, không khí lạnh hơn của khối núi xanh thay thế không khí ấm hơn và nhẹ hơn của vùng lãnh thổ liền kề, làm giảm nhiệt độ không khí ở những khu vực này. Mức độ giảm nhiệt độ không khí phụ thuộc vào loài cây trồng (độ trong suốt của tán, độ phản xạ của lá, chiều cao và tuổi), mật độ trồng và một số đặc điểm khác. Cây lá lớn là những người bảo vệ tốt nhất chống lại năng lượng nhiệt. Vì vậy, ví dụ, cây dương dương đi qua tán lá của nó năng lượng gấp 10 lần táo gai. Trong rừng, độ ẩm không khí tăng lên, do bề mặt thoát hơi nước của lá cây và cây bụi, thân cỏ lớn hơn 20 lần hoặc hơn diện tích đất mà các loại cây này chiếm giữ. Trong một năm, một ha rừng bốc hơi vào không khí 1-3, 5 vạn tấn độ ẩm, bằng 20-70% lượng mưa trong khí quyển. Ví dụ, độ che phủ rừng tăng 10% có thể dẫn đến lượng mưa hàng năm tăng 10-15% [5]. Ngoài ra, khoảng 90% lượng nước đến bốc hơi từ bề mặt của lá, và chỉ 10% được sử dụng để làm dinh dưỡng cho cây. Độ ẩm không khí ở khu vực giữa trong rừng hoặc công viên vào mùa hè cao hơn ở sân trong thành phố từ 16-36%. Không gian xanh cũng góp phần làm tăng độ ẩm không khí ở các khu vực mở rộng liền kề.

Rừng tham gia tích cực vào quá trình trao đổi khí, chủ yếu bằng cách hấp thụ carbon dioxide và giải phóng oxy vào khí quyển. Hiện tượng tự nhiên này được gọi là quang hợp. Như vậy, một ha rừng hấp thụ 8 kg khí cacbonic (H2CO3) mỗi giờ, do 200 người thải ra. Mức độ hấp thụ carbon dioxide và giải phóng oxy phụ thuộc vào loại rừng trồng. Như vậy, cây dương Berlin gấp 7 lần, gỗ sồi có cuống gấp 4,5 lần, cây bồ đề lá lớn gấp 2,5 lần, và thông Scotland có hiệu quả trao đổi khí cao hơn 1,6 lần so với cây vân sam Scotch.

Rừng cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc làm sạch bầu không khí khỏi bụi. Thực vật tích tụ các hạt bụi trên bề mặt của lá, cành và thân. Trong trường hợp này, ảnh hưởng của sự tích tụ phần lớn được xác định không chỉ bởi nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ gió, mà còn bởi loài rừng trồng. Vì vậy, cây lá kim giữ lại 30 lần, và cây bạch dương giữ lại bụi nhiều hơn gấp 2, 5 lần so với cây dương. Hàm lượng bụi tại các khu đô thị và ngoại thành thấp hơn khu công nghiệp từ 1,5-4 lần. Các phép đo cho thấy độ bụi của không khí dưới tán cây thấp hơn 20-40% so với các khu vực trống liền kề. Trong suốt thời gian hoạt động của đời sống thực vật, một cây trưởng thành loại bỏ khỏi không khí: hạt dẻ ngựa - 16 kg, cây phong Nauy - 28 kg, cây dương Canada - 34 kg bụi.

Rừng cũng tham gia vào việc làm sạch không khí khỏi các tạp chất ở thể khí. Không khí lạnh hơn, tạo ra các dòng chảy thẳng đứng và tốc độ gió thấp hơn trong khu vực không gian xanh, góp phần vào sự di chuyển của các tạp chất dạng khí vào tầng trên của bầu khí quyển. Điều này dẫn đến việc giảm số lượng của chúng trong khu vực không gian xanh từ 15-60%. Các loài cây khác nhau có khả năng chống ô nhiễm khí quyển khác nhau trong khi vẫn duy trì khả năng thu giữ các tạp chất độc hại từ khí quyển. Do đó, cây keo trắng thu giữ các hợp chất lưu huỳnh và phenol từ khí quyển mà không làm tổn hại nghiêm trọng đến tán lá của nó. Từ (c) kết quả theo dõi cho thấy rằng sulfur dioxide gây hại nghiêm trọng cho thảm thực vật.

Gần các nhà máy hóa chất, bề mặt của lá cây bồ đề, bạch dương và sồi bị cháy 75-100%, và thanh lương trà - 25-65%. Các loài cây không bền với ô nhiễm khí quyển là: hạt dẻ ngựa, cây phong Nauy, cây vân sam và thông thường, tần bì núi, tử đinh hương, keo vàng, v.v … Có khả năng chống chịu tốt nhất là: dương đen, keo trắng, dương lá lớn, phong Pennsylvanian, thường xuân..

Thực vật tiết ra các chất có hoạt tính sinh học (phytoncide), có hoạt tính sinh lý cao với số lượng nhỏ liên quan đến một số nhóm sinh vật sống. Các hoạt chất sinh học tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh hoặc làm chậm sự phát triển của vi sinh vật. Hiệu quả của các hoạt chất sinh học của các loại cây khác nhau là không giống nhau. Vì vậy, tuyết tùng Atlas gây chết vi khuẩn sau 3 phút tiết ra, anh đào chim - sau 5 phút, nho đen - sau 10 phút, nguyệt quế - sau 15 phút.

Sự tham gia của các khu vực rừng cũng rất lớn trong việc giảm tiếng ồn từ các đường cao tốc vận tải và các doanh nghiệp. Các tán cây rụng lá hấp thụ 26% năng lượng âm thanh tới, phản xạ và tiêu tán 74%. Hai hàng cây bằng lăng có thể giảm độ ồn 2, 5 - 6 lần, tùy theo độ rộng của dải trồng khi chưa có tán lá và 7, 7 - 13 lần khi cây đã có tán lá. Mức độ cách âm phụ thuộc vào loài cây, chiều cao và hình thức trồng của cây xanh và cây bụi. Tiếng ồn khi con người phát triển trên đường phố có các tòa nhà cao tầng không có không gian xanh cao gấp 5 lần so với trên đường phố có hàng cây tương tự do phản xạ tiếng ồn của phương tiện di chuyển từ các bức tường của các tòa nhà.

Vì vậy, rừng đóng một vai trò quan trọng trên hành tinh trong việc duy trì các điều kiện thuận lợi cho sự tồn tại của tất cả các sinh vật sống, bao gồm cả con người. Rừng với tư cách là một hệ sinh thái tự nhiên tham gia vào quá trình hình thành khí hậu và trầm tích, duy trì thành phần khí của khí quyển, cung cấp thức ăn cho nhiều loài và các dạng động thực vật. Tuy nhiên, ngày nay có một vấn đề nghiêm trọng về bảo tồn rừng.

Phần chính của hệ sinh thái rừng là ở các nước như Nga (809 triệu ha), Braxin (520 triệu ha), Canada (310 triệu ha), Mỹ (304 triệu ha), Trung Quốc (207 triệu ha), Cộng hòa Dân chủ Congo (154 triệu ha) [8].

Hơn nữa, giá trị nhất để duy trì sự cân bằng sinh thái trên hành tinh là rừng taiga và rừng nhiệt đới. Rừng nhiệt đới có tính đa dạng sinh học khá cao, chứa tới 70-80% các loài động thực vật mà khoa học biết đến. Theo Bộ Ngoại giao Hoa Kỳ, diện tích rừng bị mất hàng năm bằng 4 diện tích của Thụy Sĩ (41.284 km²) [9].

Để thể hiện quy mô phá rừng, diện tích này vẫn có thể được so sánh với lãnh thổ của vùng Matxcova (44.379 km²). Những lý do chính dẫn đến sự suy giảm rừng là nạn phá rừng không kiểm soát để lấy đất nông nghiệp - 65-70% và khai thác gỗ - 19% (Hình 7, 8, 9).

Hầu hết các nước nhiệt đới đã mất hơn một nửa diện tích rừng tự nhiên. Ví dụ, ở Philippines, khoảng 80% diện tích rừng đã bị chặt phá, ở Trung Mỹ, diện tích rừng giảm 60%. Ở các nước nhiệt đới như Indonesia, Thái Lan, Malaysia, Bangladesh, Trung Quốc, Sri Lanka, Lào, Nigeria, Libya, Guinea, Ghana, diện tích rừng đã giảm 50% [9].

Tổng kết lại, có thể nói việc bảo tồn và gia tăng diện tích các hệ sinh thái rừng là nhiệm vụ quan trọng hàng đầu của loài người, hoàn thành được nhiệm vụ đó sẽ đảm bảo sự tồn tại của nó trong môi trường tự nhiên thuận lợi. Nếu không, nhân loại đơn giản sẽ không tồn tại được, vì chỉ có sự phát triển hài hòa của nền văn minh trái đất với thiên nhiên mới mang lại cơ hội cho sự sống và phát triển của nhân loại nói chung.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.