Солнечная радиация. 
Лесоведение и лесная экология

Энергия Солнца, или солнечная радиация, является главнейшим климатообразующим фактором, определяющим освещенность, температуру, влажность и движение воздуха, магнитные бури и др. Солнечная радиация оказывает влияние и на такие процессы, происходящие в биогеоценозах, как фотосинтез, транспирация, морфогенез, теплои влагообмен и др.

Интенсивность солнечной радиации существенно меняется в широтном направлении, а в долготном остается практически неизменной. Однако даже в одном районе ее характеристики могут заметно различаться на склонах разной экспозиции и крутизны. Поэтому теплолюбивые засухоустойчивые виды растений проникают дальше на север по южным склонам. Наоборот, по северным склонам дальше к югу распространяются холодостойкие и влаголюбивые виды.

Интенсивность и состав солнечной радиации, приходящей к деятельной поверхности биогеоценозов, зависит от многих факторов: сезона года, времени суток, высоты стояния солнца, облачности и прозрачности атмосферы, рельефа местности. С высотой стояния солнца нагревание деятельной поверхности, а от нее и приземного воздуха, усиливается. Толща атмосферы влияет на характер солнечной радиации, рассеивая прямые лучи, а также поглощая лучи некоторой части спектра. При этом любые примеси в атмосфере (водяные пары, пыль, сажа, копоть, дым) усиливают перехват атмосферой солнечной радиации. По эти причинам до деятельной поверхности Земли (кроны деревьев, луг, болото и т. д.) доходит всего около 50% солнечной радиации, поступающей к верхним слоям атмосферы.

Поглощенная лесным фитоценозом солнечная радиация обеспечивает протекание не только физиологических (фотосинтез, транспирация и др.), но и физических процессов (нагревание растений и почвы, физическое испарение с поверхности растений и почвы и др.).

Солнечная радиация представлена видимыми и невидимыми, прямыми и рассеянными, длинноволновыми и коротковолновыми лучами, роль которых в биогеоценозе далеко не одинакова. Инфракрасные лучи приводят к нагреванию деятельной поверхности, а ультрафиолетовые — катализируют некоторые химические реакции. Процесс фотосинтеза протекает под влиянием оранжево-красных лучей, получивших название физиологически активной радиации (ФАР). Качественный состав радиации имеет значение и для транспирации, идущей наиболее интенсивно под действием красных лучей. Установлено, что свет влияет не только на интенсивность формирования органического вещества, но и на его качество (анатомическое строение органов, биохимический состав тканей и др.).

На создание органического вещества расходуется лишь небольшая доля солнечной энергии, поступающей к фитоценозам — не более 1—2%. Остальная ее часть рассеивается в виде тепла. Различают прямую радиацию, исходящую непосредственно от Солнца, и рассеянную радиацию, поступающую от небосвода. Эти виды радиации в совокупности образуют суммарную солнечную радиацию. Растения лучше приспособлены к поглощению рассеянной радиации. С увеличением географической широты высота стояния Солнца над горизонтом снижается, сокращая прямую и увеличивая рассеянную радиацию.

Лесные фитоценозы в значительной степени изменяют и перераспределяют поток солнечной энергии. Из общего количества суммарной радиации 20—25% отражается пологом леса, а 35—70% задерживается кронами деревьев. Под полог леса в зависимости от состава, строения древостоя и сомкнутости крон проникает от 5 до 40% солнечной радиации. Например, загущенные ельники пропускают света менее 10%, а сосняки, березняки и осинники — 30% и более.

Проходя через слой лесного фитоценоза, солнечная радиация изменяется количественно и качественно: 20—40% солнечной энергии, проникшей под полог древостоя, отражается живым напочвенным покровом и почвой. Таким образом, только 5—15% радиации, поступившей к пологу леса, поглощается растениями нижних ярусов и почвой. Под пологом леса преобладает радиация, бедная ФАР. Все это зачастую нарушает прохождение растениями нижних ярусов некоторых фенологических фаз (например, цветения). Радиационный режим в лесу очень изменчив и зависит от состава, возраста, строения древостоев и сомкнутости крон.

Требовательность растений к интенсивности солнечной радиации существенно различается, в связи с чем выделяют соответствующие экологические группы растений: светолюбивые, теневыносливые и тенелюбивые (см. параграф 4.1). Неодинаковая освещенность в кронах приводит к формированию трех типов листового аппарата: светового, теневого и полутеневого. Листья первого типа характеризуются наибольшей эффективностью фотосинтеза.

Требовательность растений к световому режиму определяется не только биологическими особенностями вида, но и этапом онтогенеза. В молодом возрасте большинство древесных видов характеризуются относительной теневыносливостью. Например, сосна обыкновенная сравнительно хорошо переносит затенение до 10-летнего возраста, а ель европейская — даже до 40-летнего. Зонтиковидная форма крон, ослабленный рост в высоту и по диаметру ствола — все это признаки недостаточной освещенности.

Обнаружено, что улучшение климатических и почвенных условий в некоторой степени компенсирует слабую освещенность, повышая теневыносливость растений. Наоборот, ухудшение качества среды повышает требовательность растений к свету. Следствием неблагоприятных условий на северной границе лесной растительности является формирование разреженных древостоев.

Активность Солнца не остается постоянной во времени. Признаками ее усиления служат появление на Солнце темных пятен, из которых на огромную высоту извергаются протуберанцы. Периодичность таких солнечных вспышек в среднем составляет 11 лет. Влияние солнечной активности на биосферу Земли реализуется через изменение геомагнитных полей, ионизацию атмосферы, количества атмосферных осадков и др., что сказывается на состоянии всех организмов, в том числе и древесных. Так, интенсивность возобновления и роста сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) и ели европейской (Picea abies) изменяются в соответствии с циклами солнечной активности (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Интенсивность прироста древостоев в связи с динамикой солнечной активности [47].

Световой режим фитоценозов можно регулировать особыми промежуточными рубками, в процессе которых вырубается только часть деревьев, что вызывает приток под полог леса света и тепла (см. подпараграф 12.3.1). Это способствует усилению деятельности микроорганизмов и ускорению круговорота веществ, повышению продуктивности древостоев и появлению благонадежного подроста.