Геология лесных ландшафтов 1 page

Методические указания к практическим занятиям

студентов II курса ЛХФ, обучающихся по программе бакалавриата

по направлению – «Лесное дело» специальности 250100

Брянск 2012

УДК 630*114(072)

Геология лесных ландшафтов: Методические указания к практическим занятиям студентов II курса ЛХФ, обучающихся по программе бакалавриата по направлению – «Лесное дело» специальности 250100 /Брянск. гос. инж.-технол. акад. Сост. З.Н. Маркина, Д.А. Костюченко, С.И. Марченко, Л.А. Соколов. – Брянск: БГИТА, 2007. – 43 с.

Представлена тематика практических занятий, которая подобрана в развитие вопросов теоретического курса. Поставлены цели занятий и форма отчётности.

Рецензент: профессор кафедры садово-паркового

и ландшафтного строительства, д-р с.-х. н., профессор А.Н. Ткаченко

Рекомендованы редакционно-издательской и методической комиссиями лесохозяйственного факультета БГИТА

Протокол № ___ от _____________ 2012 г.

© Брянская государственная

инженерно-технологическая академия

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Геология лесных ландшафтов» является комплексной естественнонаучной дисциплиной с определёнными элементами технических знаний и ставит своей целью создание научной основы в освоении специальных дисциплин: лесоводство, лесные культуры, лесная таксация и лесоустройство, лесные и гидротехнические мелиорации, и выступает как специальный предмет при изучении разделов; почвоведение, лесные питомники, экология древесных пород, лесные культуры, лесовосстановление, осушение лесных земель, устройство леса на почвенно-типологической основе и т.д.

Новый учебный план предполагает не только теоретические занятия (лекционные), но и практические, в связи с чем, и возникла необходимость разработки данных методических указаний.

Тематика практических занятий подобрана в развитие вопросов теоретического курса и тесно перекликается с ними.

Знания, полученные студентами, помогут им в изучении специальных дисциплин и в будущей практической деятельности с учётом природоохранных требований и ландшафтно-типологического подхода.

Тема 1 Документы исторической геологии: горные породы, геологический профиль, окаменелости. Краткая характеристика эр и периодов. Геохронологическая шкала (2 часа)

Цель занятия: Ознакомить студентов с документами исторической геологии: горные породы, геологические профили, окаменелости, основной литературой, методологическими приемами получения информации из периодических изданий и т.п.

Форма отчета: Студенты в тетради для практических занятий описывают краткую характеристику эр и периодов, историю развития жизни на Земле, строят геохронологическую таблицу. По пройденному материалу осуществляется выборочный контроль знаний

Основными документами геологической истории Земли являются: минералы и минеральные ассоциации, горные породы, основные структурные единицы земной коры (платформы, горноскладчатые сооружения различного возраста и др.) и, наконец, оболочки земной коры в целом.

Наиболее изучено в настоящее время геологическое строение и геологическая история самого верхнего, наиболее доступного для исследования слоя осадочных горных пород. Формирование его происходило в течение палеозойской, мезозойской и кайнозойской эр, общая продолжительность которых составляет около 570 млн. лет.

В 1930 г. совокупность палеозойской, мезозойской и кайнозойской групп, отложения которых охарактеризованы достоверными органическими остатками, предложено именовать фанерозой («фанерос» - явный, «зоэ» - жизнь).

В соответствии с геохронологической шкалой (таблица 1 и 2, рисунок 1) в истории Земли выделяют три этапа развития высшего ранга зоны: архей - продолжительность более 1500 млн. лет; протерозой - более 2500; фанерозой - около 580±20 млн. лет.

Для первой половины палеозоя - кембрий, ордовик и силур (580...430 млн. лет тому назад) - характерны преимущественно морские организмы. Наравне с микроорганизмами развиты водоросли, кораллы, губки, иглокожие, брюхоногие моллюски, появились первые позвоночные - рыбы.

Вторая половина палеозоя - девон, карбон, пермь - совпадает с герцинским тектогенезом и характеризуется появлением и широким распространением наземных растений и животных. В морях широкое развитие получили рыбы, брюхоногие, плеченогие и моллюски.

Таблица 1 – Геохронологическая шкала (данные аргонового метода 1981-1982гг.)

*Международное подразделение ещё не принято

Девонский период - 410...350 млн. лет тому назад. Море затопляет большую территорию европейской части СССР. Обра зуются первые леса, начинается формирование почвенного покрова. Большое распространение получили рыбы.

Каменноугольный период - 350...290 млн. лет тому назад. Продолжается трансгрессия. Расцвет споровых растений. Широкое распространение папоротниковых, хвощей. Появление насекомых. Образование углей, поэтому этот период и получил название каменноугольного. В конце периода начинается герцинская фаза складчатости.

Пермский период - 290...245 млн. лет тому назад. Для значительной части территории характерны магматизм, вулканизм. Образуются горы в Тянь-Шане, на Алтае, Урале. Появляются хвойные растения. Развиваются пресмыкающиеся - звереобразные, рептилии.

В конце палеозоя (карбон, пермь) сушу завоевывают разные группы растений лесного типа и примитивные голосеменные - кордаиты.

Для мезозоя характерно обновление морской фауны. Господствующее положение заняли пресмыкающиеся: в море - ихтиозавры, плезиозавры, на суше - хищные динозавры, в воздухе - птерозавры.

Рисунок 1 - Геохронологическая шкала истории Земли (по Ф.Ф. Давитая)

Внешние слова обозначают название эр и их длительность млн. лет; внутренние слова в спирали и цифры – краткие названия геологических периодов и их рубежи млн. лет назад.

Триасовый период - 245...204 млн. лет тому назад. Значительная часть территории - суша. Урал вступает в платформенный этап развития. Появляются новые группы наземных пресмыкающихся.

Юрский период - 204... 130 млн. лет тому назад. На рубеже 200... 180 млн лет тому назад протекает киммерийская фаза складчатости, для которой характерны магматизм, вулканизм, метаморфизм. На северо-востоке современной Азии образуются горы. Появляются первые птицы. Распространены летающие ящеры, ихтиозавры, плезиозавры, головоногие моллюски - аммониты, белемниты, голосеменные растения.

Меловой период - 130...65 млн. лет тому назад. Моря затопляют многие территории европейской части СССР. В позднем мелу образуется Сибирская платформа - огромный материк, происходит накопление мощных континентальных толщ. Появляются цветковые растения.

Резкая смена родов и видов животных в этот период, массовое вымирание морских пресмыкающихся - динозавров и рептилий - позволяют говорить о какой-то глобальной экологической катастрофе. Существуют две главные гипотезы по этому поводу: 1) катастрофическая эволюция, связанная с изменением среды обитания (несколько вариантов); 2) падение в океан огромного метеорита.

Для кайнозоя характерно возникновение новых групп костистых рыб, моллюсков, заселивших все пресные и морские водоёмы.

Палеогеновый период - 65...23 млн. лет тому назад. Море периодически затапливает территорию современной Украины, Поволжья, Западной Сибири, Средней Азии. В растительном мире широкое развитие получили цветковые растения, появляются травы.

Неогеновый период - 23...1 млн. лет тому назад. Проявление ряда фаз альпийской складчатости, сопровождаемое грандиозным неоген-четвертичным вулканизмом. Образуется огромный тихоокеанский огненный пояс - «кольцо» и другие более мелкие огненные пояса.

Состав животного и растительного мира близок к современному. Появление человекообразных обезьян, новых групп млекопитающих - копытных, хоботных и хищников.

Четвертичный период - 1,8 млн. лет тому назад и продолжается в настоящее время.

Плейстоцен — особо интересующий географов и почвоведов, подразделяют следующим образом:

- голоцен - Q_IV;

- позднечетвертичная эпоха - Q_III - неоплейстоцен;

- среднечетвертичная эпоха - Q_II – мезоплейстоцен$

- раннечетвертичная эпоха - Q_I - эоплейстоцен.

В плейстоцене происходит ряд фаз кайнозойской складчатости: современный вулканизм, рост и формирование краевых вулканических поясов, гор Кавказа, Тянь-Шаня, Алтая, Саян, великое покровное оледенение Русской и Западно-Сибирской равнин, образуются современные ландшафтные зоны - тундра, степи, пустыни. Животный и растительный мир - современный. Появляется и развивается человек.

Таблица 2 – Стратиграфические единицы (системы), выделенные по палеонтологическим признакам (Жуков и др., 1961)

Тема 2 Характеристика лесных ландшафтов и фаций (2 часа)

Цель занятия: Ознакомить студентов с характеристикой основных лесных ландшафтов, основной литературой, методологическими приемами получения информации из периодических изданий,

Форма отчета: Студенты в тетради для практических занятий характеризуют основные лесные ландшафты и фации. Отчитываются по пройденному материалу.

Ландшафт тундры простирается от северо-западной окраины Кольского полуострова до Берингова пролива и граничит на юге с таёжно-лесной зоной. По особенностям природных условий тундра подразделяется на арктическую, типичную и южную (включая лесотундру), в пределах которых выделяется четыре провинции: Кольская, Канинско-Печёрская, Северо-Сибирская, Чукотско-Анадырская. Общая площадь – около 180 млн. га.

Лесотундровый ландшафт, или предтундровое редколесье - самая южная часть тундры, где среди мохово-кустарничковой растительности разбросаны отдельные угнетённые, невысокие чахлые деревья или их небольшие группы – берёза извилистая, несколько видов ели и лиственницы, на северо-востоке - кедровый и ольховый стланики; по речным долинам встречаются отдельные массивы низкорослых пойменных лесов. Очень большие площади представлены крупнобугристыми и плоскобугристыми болотами.

Рельеф ландшафта представлен денудационными равнинами и равнинами ледниковых аккумуляций с хорошим дренажем.

На большей части территории тундры господствует равнинный рельеф, местами холмистый, увалистый или грядовый, изобилующий замкнутыми термокарстовыми понижениями, занятыми озёрами и болотами, которые сформировались благодаря деятельности ледников, флювиогляциальных потоков, ветра и океана. В отдельных провинциях рельеф имеет типичный горный характер (Хибины, Полярный Урал, Чукотский горный массив и другие).

Мерзлотные явления – трещинообразование, пучение, солюфлюкция (сползание почогрунтов по склону), термокарст – формируют пятнисто – мелкополигональный и бугорковатый (пятнисто-бугорковатый) микрорельеф на тундровых водоразделах и их склонах, крупнополигональный, плоско- и крупнобугристый микрорельеф – на обширных болотных равнинах. С севера на юг тундровой зоны всё большее значение приобретают пучинные и термокарстовые микроформы (бугорки, бугры)

Почвообразующие породы – ледниковые (морена) и флювиогляциальные отложения (пески, супеси, хрящевато-щебнистые отложения), морские и аллювиальные отложения различного механического состава, часто сильнокаменистые. В горах почвообразующие породы представлены преимущественно грубоскелетным элювием и делювием коренных пород.

Климат. Тундровая зона характеризуется небольшим количеством тепла, избыточной увлажнённостью, длительной холодной зимой и коротким прохладным летом. Средне годовая температура колеблется от –0,2^оС (Кольская провинция) до –9^о и даже до –16^о в азиатской части.

Сумма температур выше 10^о составляет от 0^о (арктическая тундра) до 400-600^оС (южная и лесотундра). Продолжительность периода с Т^о выше 5*С от 40 дней в северной части зоны до 100 дней в южной.

В тундре среднегодовая сумма осадков около 300 мм. На Кольском и Чукотском полуостровах – д 450 мм, в Восточной Сибири – 150-250 мм

Низкие температуры определяют высокую влажность воздуха 75-90% летом. Наиболее континентален климат в Северо-Сибирской провинции.

Характерная почвенно-климатическая особенность обеих зон – многолетняя мерзлота.

В короткое лето оттаивает небольшой поверхностный (деятельный) слой мёрзлой толщи, в которой протекает почвообразование.

В зависимости от климата отдельных подзон и провинций, а также от механического состава почвы характера растительности и рельефа глубина оттаивания колеблется от 30-80 см до 1-2 метров. Наибольшее оттаивание наблюдается по долинам рек (нередко здесь отсутствует многолетняя мерзлота) и наименьшее – на болотах с торфяными почвами.

Таёжно-лесной ландшафт занимает большую часть бореального пояса (умеренно холодного) и размещается в следующих почвенно-биоклиматических областях:

- Европейско-Западно-Сибирской таёжно-лесной континентальной (европейская часть России и Западная Сибирь) подзона северной тайги с глее-подзолистыми почвами, средней тайги с подзолистыми, южной тайги с дерново-подзолистыми почвами;

- Дальневосточной таёжно-лесной с зонами: пеплово-вулканических почв, подзолистых и буро-таёжных почв. На севере таёжно-лесная зона соприкасается с тундрой, на юге с лесостепной зоной. Зона на территории СНГ занимает 1150 млн. га (включая и бурые лесные почвы) или 52% территории. Не менее 64% площади приходится на равнины и около 36% на горные районы.

По природно-хозяйственным признакам таёжно-лесную зону объединяют с северными районами лесостепной зоны – эта объединённая зона называется нечернозёмной.

Климат умеренно холодный и умеренно влажный. В районах Восточной Сибири – резко континентальный, на Дальнем Востоке – муссонный. Среднегодовая температура в европейской части изменяется от -3^о до+4^оС, в Восточной Сибири до –7^о до -16^оС, на Дальнем востоке до +7,5^оС

В Центральной таёжно-лесной области сумма осадков 350-700 мм в год, продолжительность периода с Т^о выше 10^оС – 40-155 дней, сумма температур за этот период 400-2450^оС.

В Восточно-Сибирской мерзлотно-таёжной области эти показатели составляют 150-600 мм, 40-123 дня, 400-2000^оС, в Дальневосточной таёжно- лугово-лесной области – 380-1000 мм, 40-103 дня, 400-1500^оС. Годовое количество осадков превышает испаряемость в 1,1-1,33 раза, что обеспечивает формирование промывного водного режима.

Рельеф таёжно-лесной зоны разнообразен и делится на равнинную, плоскогорную и горную части.

Европейская часть расположена в пределах Русской равнины, где на общем равнинном фоне встречаются возвышенности высотой 220-460 метров над уровнем моря (Литовско-Белорусская, Волдайская, Смоленско-Клинско-Дмитровская гряды, Северные увалы, Тимонский кряж). Их рельеф холмисто-волнистый с грядами и холмами, резко расчленёнными речными долинами, оврагами и балками.

Встречаются низины – высота над уровнем моря 100-150 метров (Полесско-Днепровская, Верхне-Волжская, Окско-Мокшанская, Мещерская низменности). Их рельеф мало расчленён, поверхность слабо волнистая, большим количеством мелких озёр и обширными заболоченными массивами.

Западно-Сибирская часть зоны – представляет собой обширную слабо дренированную равнину, расположенную в пределах Западно_Сибирской низменности. На восток от реки Енисей простираются Средне-Сибирское плоскогорье, Центрально-Якутская низменность и обширные горные сооружения Восточной Сибири и Дальнего Востока с очень сложным горным рельефом.

На Дальнем Востоке горные хребты чередуются с обширными участками равнин и низменностей, к которым приурочены основные массивы сельскохозяйственных земель.

Почвообразующие породы в европейской части зоны почвообразующие породы представлены в основном ледниковыми и водно-ледниковыми отложениями:

- моренные отложения, алюмосиликатные и реже карбонатные, различного гранулометрического состава распространены в северной и средней тайге, но главным образом в пределах Валдайского оледенения;.

- покровные суглинки и глины, лёссовидные карбонатные лёгкие и средние суглинки распространены в южной тайге и на севере лесостепи(лиственно-лесной ландшафт);

- водно-ледниковые песчаные и супесчаные породы в низменностях Полесско-Днепровской, Мещерской, Верхневолжской и других;

- древнеаллювиальные отложения, песчаные и супесчаные, приурочены к древним речным террасам;

- двучленные породы – пески и супеси, подстилаемые с глубины 40-60 см суглинком или глиной, встречаются в северных районах;

- ленточные глины в Ленинградской и Новгородской областях;

- современные аллювиальные отложения в поймах больших и малых рек.

В Западной Сибири почвообразующие породы водно-ледникового и ледникового происхождения. В северных районах встречаются моренные пески, супеси, суглинки, лёссовидные суглинки, в южных – пылеватые средние и тяжёлые суглинки.

В горных районах европейской части, на Средне-Сибирском плоскогорье, в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке почвообразующие породы представлены главным образом делювием и элювием коренных пород.

В Центрально-Якутской низменности почвообразующими породами являются четвертичные (озёрно-аллювиальные) лёссовидные суглинки и супеси.

Равнинные пространства Дальнего Востока сложены четвертичными и третичными песками, супесями и глинами.

Почвообразующие породы оказывают большое влияние на формирование почвенного покрова.

Растительность. Преобладающий тип растительности – таёжные моховые, мохово-кустарничковые и травяно-кустарничковые леса, которые на юге сменяются лиственными и широколиственными. Значительно распространена луговая травянистая растительность – на суходольных и пойменных лугах и под пологом леса. Большие площади заняты болотными ассоциациями.

Европейскую и Западно-Сибирскую части зоны по климатическим условиям, растительности и почвенному покрову подразделяют с севера на юг на три зоны: северной, средней и южной тайги.

В этих ландшафтах господствуют тёмно-хвойные леса, где основными лесообразующими породами являются ель, сосна, пихта, кедр.

Ландшафт северной тайги занят изреженными еловыми лесами с примесью берёзы, осины, лиственницы.

В западных районах и на породах лёгкого механического состава преобладают сосновые леса (боры). Под пологом леса северной тайги развит ярус субарктических болотных кустарников (карликовая берёзка, багульник, голубика, вороника), мхов и лишайников; травянистая растительность не развивается (мхи – зелёные мхи, кукушкин лён, сфагнум). Почвенный покров образует подзону глееподзолистых и подзолистых иллювиально-гумусовых почв.

Ландшафт средней тайги представлен тёмно-хвойными еловыми лесами. Под пологом леса развивается сплошной моховой покров с почти полным отсутствием травянистой растительности. Подлесок отсутствует или слабо развит и представлен ивами, рябиной, крушиной, черёмухой, можжевельником. На месте вырубок и пожарищ произрастают вторичные леса из сосны, берёзы, осины. На песчаных породах развиты сосновые боры – беломошники. Почвенный покров образует подзону подзолистых почв.

Ландшафт южной тайги в европейской части представлена тёмно-хвойными лесами (ель европейская) с примесью широколиственных пород (дуб, ясень, клён, липа) и смешанными широколиственно-тёмно-хвойными лесами (липово-дубово-еловые, ясене-дубово-еловые и другие);

- в Западной Сибири – лиственными лесами (берёза, осина). Под пологом лесов в подлеске – лещина, бересклет и хорошо развит травянистый покров (сныть, перелеска, ветренница, копытень, злаки на лугах – полевица обыкновенная, овсяница красная, душистый колосок, мятлик луговой). Распространены – сфагновые болота. Почвенный покров образует подзону дерново-подзолистых почв. К востоку от реки Енисей господствуют светло хвойные леса, в основном лиственничные.

- на Дальнем Востоке встречаются светлохвойные, тёмнохвойные, хвойно-широколиственные и широколиственные леса. В состав пород входят лиственница сибирская и даурская, в горах – кедр. Встречаются ель, сосна, тёмнохвойные леса из ели саянской и пихты белокорой. Встречается клён берёзокорый, клён земнокорый, каменная берёза.

В травяном покрове мятлики, вейники, ирисы, герани, чины, горошки и другие. Приморье и Приамурье богата такими видами третичного периода: кедр корейский, ясень маньчжурский, орех маньчжурский, бархат амурский, лимонник китайский, актинидия острая, дуб монгольский, лианы, папоротники и другие.

Болота (мари) формируются на равнинном рельефе, обрамлённом горами в условиях муссонского климата, обилия осадков, длительной сезонной мерзлоты. Характерно медленное накопление торфа при высокой заболоченности (мхи сфагновые).

Лиственно-лесной ландшафт.Ландшафт лесостепной зоны входит в состав Центральной лесостепной и степной области суббореального пояса. Лесостепь - самостоятельное своеобразное природное образование, расположена между лесной зоной и степной и занимает переходное положение, В прошлом для европейской степи было характерно чередование дубрав и луговых степей, Леса светлые, парковые. В настоящее время это наиболее распаханная территория (60-80 % пашни).

В почвенном покрове преобладают серые лесные почвы и черноземы (подтипы: оподзоленные, выщелоченные, типичные). Здесь встречаются дерново-подзолистые, а также внутри зональные и интразональные почвы - серые лесные глеевые, лугово-черноземные, дерново-карбонатные, болотные, аллювиальные, солонцы, солоди и солончаки.

Климат. Характерной особенностью климата зоны - примерно равное соотношение осадков и испаряемости. По обеспеченности влагой западные провинции относятся к влажным, центральные и восточные полувлажным. Климат теплый, умеренно влажный. В связи с нарастанием континентальности к востоку уменьшается общая обеспеченность теплом, зима становится холодной (до –37^о), вегетационный период короче.

Рельеф в европейской части зоны волнистый, эродированного типа с наибольшим расчленением на Среднерусской, Приволжской и др. возвышенностях. В пределах возвышенностей много балок и оврагов. Более спокойный рельеф низменностей – Приднепровской, Окско-Донской, нижнего Заволжья.

В Западно-Сибирской провинции рельеф равнинный, наиболее дренированы и расчленены приречные территории. Восточная часть зоны (Приалтайская, Западно- и Восточно-Саянские провинции) более расчленены и дренированы. Пологоувалистый рельеф в предгорных равнинах и бугристый микро- и мезорельеф в межгорных котловинах.

Почвообразующие породы. На западе и в Центральной части зоны коренные дочетвертичные породы прикрыты преимущественно лёссами и лёссовидными суглинками.

В Среднерусской провинции – покровные суглинки, местами морена.

В Приволжской возвышенности, Приуралье – элювиально-делювиальные продукты выветривания коренных пород пермского, юрского, мелового и третичного периодов (элювий, сыртовые глины).

Почвообразующие породы Западно-Сибирской провинции и Восточной части зоны представлены лёссовидными суглинками и глинами.

Растительность. Целинная растительность зоны представлена травянистыми лесами, чередующимися с безлесными участками луговых степей, которые в основном распаханы.

На западе (Украинская провинция) преобладают буковые, буково-грабовые и дубово-грабовые леса. В Среднерусской провинции – дубовые леса с примесью липы, клёна, ясеня и др. пород. В Западно-Сибирской – берёзово-осиновые травянистые леса, на песчаных террасах – сосновые боры. В Средне-Сибирской провинции – сосново-лиственничные леса. На Дальнем Востоке – черноберёзово-дубовые леса.

Травянистая растительность лесов разнообразна: сныть, осока, душица, барвинок и др.

В Западно-Сибирской и Приалтайской провинциях широко распространены осоково-гипновые и осоково-тростниковые болота.

Ландшафт лесостепной и степной зон с чернозёмными почвами(91 млн. га – 8,6% территории). Большая широтная и особенно меридиональная протяжённость территории чернозёмных почв определяет неоднородность её природных условий.

Ландшафт степей – зона умеренного и континентального климата с довольно продолжительным летом и недостатком осадков.