Анализ изменения радиального прироста ели сибирской (Picea obovata) и пихты сибирской (Abies sibirica) на территории заповедника "Вишерский"

сокращён до 140-150 дней, продолжительность безморозного периода составляет 30-80 дней, но заморозки возможны в любые месяцы лета [1]. Уральские горы, как естественное препятствие, создают благоприятные условия для выпадения осадков в предгорных и горных районах. В среднем за год в горных долинах (на высотах 260-460 м) выпадает 830-940 мм осадков. Сложный горный рельеф создает различные условия накопления снега: на подветренных склонах, во впадинах и в криволесье снежная масса достигает исключительной мощности, 4-5 м [2]. Характерной особенностью климата являются температурные инверсии, возникающие вследствие ослабленного обмена воздуха, сильно расчленённого рельефа [1].

По ботанико-географическому районированию Пермского края С.А. Овеснова [8] заповедник преимущественно располагается в северо- и среднетаежных кедрово-еловых горных лесах и частично в средне- и южнотаежных предгорных пихтово-еловых и еловопихтовых лесах. Территория заповедника относится к экорегиону WWF «Уральские горные тундры и тайга» [9]. Согласно данным лесоустройства (2007), покрытая лесом площадь составляет 76%, из них – темнохвойными породами – 68% [2]. Хвойные виды деревьев наиболее пригодны для проведения дендрохронологического анализа, поскольку они наиболее долговечны, имеют хорошо различимые годичные кольца, а их прирост очень чувствителен к изменению внешних условий [12].

Цель исследования: получение данных о возрасте и динамике радиального прироста ели сибирской ( Picea obovata) и пихты сибирской ( Abies sibirica) под влиянием совокупности сопряженно действующих факторов в условиях Вишерского заповедника. Подобное исследование для заповедника «Вишерский» проведено впервые.

Материал и методы. Для исследования были заложены три пробные площадки (ПП), каждая из которых находилась на разных высотах (рис. 1), в разных биотопах и микроклиматических условиях. Географические координаты определялись с помощью GPS-навигатора (Garmin eTrex H). Высота каждого дерева измерялась при помощи лазерного дальномера (Nikon Forestry Pro), так же измерялся диаметр ствола на уровне груди. Для каждого типа условий местообитания делалось обобщенное геоботаническое описание (табл. 1). Отбор образцов древесины производился с помощью бурава Пресслера на высоте 1,3 м по одному радиусу, преимущественно с северной стороны ствола. На каждой ПП объем выборки составлял 24 дерева. При их отборе предпочтение отдавалось наиболее старым и прямостоящим [13].

Рис. 1. Расположение ПП

Исходными данными для дендрохронологического анализа радиального прироста послужили средние значения прироста, рассчитанные по измерениям ширины годичных колец (ШГК). Эти измерения проводились на установке LINTAB 6, которая представляет собой комплекс, предназначенный для измерения величин прироста годичных колец полуавтоматическим способом и её последующего статистического и графического анализа. Прибор состоит из бинокулярного микроскопа, двигающегося столика, обеспечивающего линейное перемещение образца с точностью 0,01 мм, приспособления, преобразующего электронный сигнал в цифровой, а также компьютера со специальным программным обеспечением [7]. К прибору прилагается компьютерная программа TSAP-Win, которая позволяет вводить данные измерений в компьютер, исправлять и анализировать полученные данные, представлять их в табличной и графической форме. Для контроля за правильностью выполненных измерений, серия измерений каждого керна перекрестно датировалась в программе TSAP-Win со средней групповой хронологией. В случае низкого уровня синхронности керн поступал на повторное измерение [7].

Перед измерением все керны проходили предварительную подготовку. Каждый керн вставлялся в деревянный держатель, его поверхность зачищалась с помощью канцелярского ножа. Для увеличения контрастности между ранним и поздним приростом годичного кольца использовался порошок мела. Качество поверхности образца должно быть таким, чтобы под микроскопом при большом увеличении была чётко видна его структура. Качество зачистки гарантирует обнаружение самых узких колец. Зная точное календарное время взятия образца и формирования в нём подкорового кольца, обратным отсчётом определяются календарные даты образования всех колец измеряемого керна.

Таблица 1. Характеристика ПП

Тип леса / исследуемая порода	Координаты	Высота над уровнем моря, м	Средний диаметр деревьев, см	Средняя высота деревьев, м
ПП 1 (тайга, Лыпья)
елово-пихтовый лес кисличномелкопапоротниковый / ель сибирская	61°09ʹ19ʺ с.ш. 58°46ʹ16ʺ в.д.	284	22,3	19,0
ПП 2 (криволесье)
березово-пихтовое горное криволесье/ пихта сибирская	61°07ʹ99ʺ с.ш. 58°52ʹ36ʺ в.д.	618	12,6	7,8
ПП 3 (тайга, Хальсория)
разреженный ельник кисличнопапоротниковый / ель сибирская	61°30ʹ87ʺ с.ш. 59°13ʹ48ʺ в.д.	412	32,0	18,8

Для получения средних величин годичных колец данные о ширине i всех учетных деревьев суммируются по каждому календарному году в отдельности и суммы делятся на число образцов n:

∑1 о

1 ср .= ․

и

Если в исследуемом насаждении находятся несколько возрастных групп деревьев, для них средние многолетние кривые радиального прироста следует рассчитывать в отдельности [3].

Результаты и их обсуждение. По измерениям ШГК получено 48 индивидуальных серий приростов ели (24 – ПП 1, 24 – ПП 3) и 24 – пихты (ПП 2). Длительность индивидуальных древесно-кольцевых хронологий на ПП 1 варьирует от 72 до 100 лет при среднем значении 85 лет. Поскольку деревья на данной ПП относятся к двум возрастным группам, средние многолетние кривые радиального прироста рассчитывались дифференцированно (рис. 2).

Деревья на ПП 1 обоих классов возраста синхронно реагируют на влияние сходных внешних факторов. Можно выделить реперные годы с низкими значениями прироста (1948, 1959, 1964, 1978, 1999) и с высокими (1943, 1958, 1966, 1985, 2001, 2011) для каждого модельного дерева. Деревья IV класса имеют большие значения прироста, что связано с их меньшим возрастом, а соответственно, и более активным ростом. На ПП 2 возраст деревьев изменяется от 78 до 135 лет при среднем значении 99 лет. Здесь все обследованные деревья были разделены на четыре класса возраста (рис. 3).

Рис. 2. Динамика радиального прироста ели сибирской IV-V классов возраста на ПП 1

Рис. 3. Динамика радиального прироста пихты сибирской IV-VII классов возраста на ПП 2

В криволесье наблюдается аналогичная картина, ширина годичного кольца уменьшается с возрастом дерева. Выявлено, что синхронность графиков на всем их протяжении не так велика, но в отдельные годы (1909, 1926) наблюдаются синхронные снижения размеров прироста, в отдельные – синхронный прирост (1929, 1943). На ПП 3 возраст модельных деревьев варьирует от 84 до 274 лет при среднем значении 137 лет. Здесь так же деревья разделены на четыре возрастных класса – это V, VI, VIII, XII (рис. 4). На обследованной территории не обнаружены VII, IX-XI классы. Синхронность графиков достаточно заметна, большинство совпадений между VIII и XII классами возраста и V и VI, что связано с большой возрастной разницей. Для первой пары (VIII и XII классы) годы снижения роста приходятся на 1888, 1904, 1989, 2007, годами большого прироста являются 1892, 1929, 1943, 1984. Для V и VI классов возраста в 1930, 1933, 1953 годах отмечено значительное снижение роста, в 1965, 1994, 2010 – значительный прирост.

По результатам измерений построена столбчатая диаграмма, отражающая количественное соотношение модельных образцов каждого класса возраста для всех ПП (рис. 5).

Рис. 4. Динамика радиального прироста ели сибирской V, VI, VIII, XII классов возраста на ПП 3

Рис. 5. Распределение деревьев по классам возраста

Имеет смысл отдельно сравнить радиальный прирост деревьев IV, V, VI классов по площадкам. На рис. 6-8 изображены сравнительные графики по значениям радиального прироста деревьев на ПП 1 и ПП 2 для IV класса возраста, на ПП 1, ПП 2, ПП 3 для V класса возраста, на ПП 2, ПП 3 для VI класса возраста соответственно.

Созданием серий годичных колец ели и пихты положено начало формирования дендрохронологической базы данных Вишерского заповедника, которая может быть использована для ретроспективного экологического мониторинга, а именно определения влияния локальных, региональных и глобальных факторов среды, влияющих на межгодовую и внутривеко-вую изменчивость роста деревьев.

Годы

Рис. 6. Сравнение радиального прироста деревьев IV класса возраста для ПП 1 и ПП 2

Рис. 7. Сравнение радиального прироста деревьев V класса возраста для ПП 1, ПП 2, ПП 3

Рис. 8. Сравнение радиального прироста деревьев VI класса возраста для ПП 2 и ПП 3

Выводы:

• 1.    На территории заповедника «Вишерский» (близ кордона Хальсория – ПП 3) эпизодически можно найти долгоживущие деревья для построения относительно длительных хронологий.

• 2.    Анализ изменения радиального прироста ели сибирской и пихты сибирской под влиянием совокупности сопряженно действующих факторов показал, что ШГК у обеих пород на всех трех площадках характеризуется сходной динамикой с хорошо выраженными годами максимального и минимального прироста.

• 3.    Ответная реакция пихты сибирской при произрастании в экстремальных лесорастительных условиях (ПП 2 – криволесье) проявляется в низких значениях размеров прироста вне зависимости от класса возраста, что является адекватной реакцией на стрессовые факторы и может быть отнесена к категории адаптивных ответных реакций.

• 4.    Полученные древесно-кольцевые хронологии могут быть использованы для анализа климатического отклика и выделения «следа», оставленного каким-либо фактором.

  
  
  
  

• 5.

• 6.

• 7.

• 8.

• 9.