Аномальные приросты сосны в Карелии и факторы среды

Автор: Ловелиус Николай Владимирович, Пальчиков Сергей Борисович, Ретеюм Алексей Юрьевич

Журнал: Общество. Среда. Развитие (Terra Humana) @terra-humana

Статья в выпуске: 3 (36), 2015 года.

Бесплатный доступ

Рассмотрены изменения прироста годичных колец сосны в Карелии в связи колебаниями солнечной и геомагнитной активности, галактических космических лучей и циркуляции атмосферы северного полушария по типизации Б.Л. Дзердзеевского. Делается вывод о ведущей роли глобальных факторов среды в отличие от многочисленных работ, в которых определяющее значение в изменении прироста деревьев отводится «климатическому сигналу».

Аномалии прироста годичных колец, галактические космические лучи, геомагнитная активность, изменчивость, индивидуальные хронологии, обобщённая хронология, солнечная активность, элементарные циркуляционные механизмы

Короткий адрес: https://sciup.org/140225664

IDR: 140225664

Текст научной статьи Аномальные приросты сосны в Карелии и факторы среды

Ловелиус Н.В., Пальчиков С.Б., Ретеюм А.Ю. Аномальные приросты сосны в Карелии и факторы среды // Общество. Среда. Развитие. – 2015, № 3. – С. 193–197.

Проблема использования древесных растений в качестве индикаторов изменения условий среды насчитывает более двух столетий. История исследований прироста деревьев многократно рассматривалась отечественными и зарубежными специалистами, обзоры этих исследований приведены в многочисленных работах [1–3; 7–12; 14–16; 18; 20–22].

Нами поставлена задача определить влияние некоторых глобальных факторов среды земного и космического происхождения на изменения прироста годичных колец сосны в пределах Карелии по материалам, опубликованным в монографии С.П. Гриппа [4]. Для этого было выполнено построение обобщённой серии индексов годичных колец сосны по пяти индивидуальным наиболее продолжительным хронологиям (табл. 1, 2).

В связи с тем, что преобразование измерений годичных колец в индексы выполнено С.П. Гриппой [4] с использованием метода «коридоров» [19], годы с аномальным приростом взяты с графика фрагмента дендрограммы обобщённой серии за период с 1890 года (рис. 1), для которого есть инструментальные наблюдения циркуляции атмосферы и других факторов среды (табл. 3).

Для лет с максимальными и минимальными приростами годичных колец сосны выполнены выборки средних месячных и годовых значений: солнечной и геомагнитной активности, галактических космических лучей, циркуляции атмосферы по ти- пизации Б.Л. Дзердзеевского, температуры воздуха и осадков. Результаты выборок приведены в рисунках и таблицах. Результат анализа средних месячных значений чисел Вольфа, характеризующих солнечную активность, приведён на рис. 2.

Аномально большой прирост фиксируется в годы высокой активности Солнца. Этот вывод следует также из результатов анализа с 1700 г., если рассматривать редкие события, имеющие частоту 3–4% (3–4 случая в столетие). На минимумы солнечной активности сосны в Карелии, как правило, реагируют отрицательно, а на максимумы – положительно.

Таблица 1

* Работа выполнена при поддержке РФФИ и РГО, проект №15-05-06468.

Общие характеристики серий годичных колец

№ п.п.	№*	Место взятия образцов	Период	Продолжительность периода, годы
1.	1.	район Пулозе-ра “Осударева дорога”	1506– 1997	491
2.	7.	район пос. Шокша	1549– 1997	448
3.	10.	НПП “Толво-ярви”	1548– 1998	450
4.	12.	пос. Пряжа	1606– 1998	392
5.	19.	Восточная часть Карелии	1548– 1998	450

* № серий годичных колец приведены по книге С.П. Гриппа [4].

Среда обитания

Общество. Среда. Развитие ¹ 3’2015

Таблица 2

Обобщённая серия индексов годичных колец сосны по пяти хронологиям из Карелии [4]

Годы	1500	10	20	30	40	50	60	70	80	90
1		75	125	68	67	71	92	130	60	92
2		100	112	69	69	53	89	127	63	65
3		75	123	85	103	52	127	133	81	65
4		75	122	57	108	35	101	124	94	75
5		113	134	73	92	69	92	127	106	75
6	75	113	148	60	92	67	96	117	93	71
7	125	101	151	92	109	56	117	139	79	65
8	113	78	90	76	90	78	149	112	68	89
9	125	139	65	64	90	60	142	101	84	122
10	113	126	80	82	71	131	111	76	77	108

Годы	1600	10	20	30	40	50	60	70	80	90
1	122	100	69	63	118	83	81	88	99	97
2	105	100	94	72	97	93	84	93	120	97
3	103	96	104	66	78	105	87	131	113	99
4	116	96	108	72	67	91	84	129	97	100
5	126	95	108	76	89	84	67	132	113	123
6	96	100	79	100	91	74	75	119	94	103
7	104	118	71	90	102	108	91	123	112	76
8	108	99	85	113	129	77	79	108	136	86
9	100	81	72	97	134	99	77	87	127	85
10	100	77	61	6	97	83	55	109	127	78

Годы	1700	10	20	30	40	50	60	70	80	90
1	80	86	129	41	132	96	91	122	103	93
2	86	81	121	40	112	94	88	103	104	103
3	95	77	107	94	96	108	74	118	118	96
4	116	93	89	100	115	103	70	118	112	97
5	124	87	76	148	96	116	57	114	109	104
6	127	107	101	148	91	137	71	117	98	109
7	128	112	73	161	97	133	78	114	89	112
8	112	116	83	136	95	110	86	119	94	123
9	93	113	76	124	71	108	63	125	92	109
10	69	128	61	142	87	105	119	107	89	106

Годы	1800	10	20	30	40	50	60	70	80	90
1	123	97	91	122	98	109	108	124	122	120
2	123	94	101	122	109	110	127	115	110	124
3	114	104	110	112	111	110	129	130	111	116
4	114	94	102	98	110	100	126	134	93	138
5	110	85	109	106	86	100	132	121	99	124
6	105	98	100	100	97	97	121	133	111	100
7	95	96	103	75	109	104	108	110	133	98
8	111	91	119	75	99	99	112	119	117	99
9	95	98	113	74	112	96	103	114	131	96
10	105	99	106	98	114	108	114	127	114	114

Годы	1900	10	20	30	40	50	60	70	80	90
1	113	114	126	89	104	109	119	72	88	111
2	124	98	98	89	107	123	120	88	76	122
3	107	104	108	89	107	107	109	97	86	96
4	99	101	98	87	113	118	101	86	92	100
5	96	104	99	93	108	132	104	74	83	113
6	83	110	94	106	100	121	120	65	87
7	91	112	94	77	89	119	106	74	90
8	99	123	81	82	92	114	86	106	100
9	131	117	89	85	90	123	86	84	143
10	108	113	89	99	106	116	75	78	101

год

Рис.1. Фрагмент серии индексов годичных колец сосны по 5-ти районам

Таблица 3

Годы аномальных приростов сосны по пяти индивидуальным сериям годичных колец сосны

№ п.п	Макс.		№ п.п	Мин.
№ п.п	годы	К	№ п.п	годы	К
1	1894	108,6	1	1906	86,8
2	1921	115,4	2	1928	85,6
3	1936	100,2	3	1943	87,0
4	1951	119,2	4	1976	85,8
5	1989	113,8	5	1995	86,2
Среднее		111,4		86,3	86,3

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII месяцы

Рис. 2. Солнечная активность в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны в Карелии [13]

Чем объясняется такая закономерность? Вероятно, главной причиной не может служить сам приход солнечной радиации, поскольку разница величин полного излучения при значениях чисел Вольфа менее 10 и более 150 измеряется всего 0,1% (судя по данным за 1960–2013 гг.). В качестве действующего фактора необходимо принять во внимание изменения галактических космических лучей, интенсивность которых обратно пропорциональна плотности и скорости солнечного ветра. Как свидетельствуют наблюдения, потоки заряженных частиц способны вызывать лавинообразные процессы конденсации влаги в атмосфере, однако относительно их климатообразующей роли существуют прямо противоположные мнения. На наш взгляд, сложившаяся ситуация обусловлена использованием трудно сопоставимых материалов дистанционных съемок.

Для решения проблемы на региональном уровне предлагается метод сопоставления суточных показателей интенсивности космических лучей и количества атмосферных осадков в летние месяцы, когда развивается преимущественно конвективная облачность (рис. 3). Как видим, увеличение интенсивности космических лучей стимулирует осадкообразование. В зоне избыточного увлажнения такой эффект ослабления солнечной активности

Интенсивность ГКЛ, имп./мин.

Рис. 3. Галактические космические лучи (станция Апатиты) и суточные суммы осадков в дни с дождем (станция Петрозаводск) в июне–августе 1961–2012 гг.

Анализ индексов геомагнитной активности показал, что минимальные приросты наблюдаются при максимальных значениях геомагнитной активности в период вегетации с мая по октябрь (рис. 4). Этот результат согласуется с выводами авторов, показавших, что чувствительность ели и лиственницы в северной Евразии к геомагнитной активности и её отсутствие к температуре воздуха [23].

Рис. 4. Геомагнитная активность в годы больших

(Б) и малых (М) приростов сосны в Карелии [13]

Наблюдения за галактическими космическими лучами, приходящими к границе атмосферы, ведутся лишь с 1958 г. [17], что предопределило несколько иной выбор дат с противоположными аномалиями прироста. Группу дат больших приростов составили 1959, 1987, 1978, 1989, а малых – 1965, 1976, 1980, 1995 гг. Результаты анализа данных (рис. 5) показали, что в годы минимальных значений галактических космических лучей наблюдается минимальный прирост годичных колец сосны, что находится в противофазе с характеристиками солнечной активности (рис. 2). Подобные значения соотношения космических факторов в годы аномальных приростов сосны наблюдались ранее по материалам прироста годичных колец сосны в Вологодской области [12].

Рис. 5. Галактические космические лучи в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны в Карелии [17]

К глобальным факторам среды относится циркуляция атмосферы северного полушария. Нами использовалась циркуляция атмосферы по типизации Б.Л. Дзердзеев-ского [6], которая представлена четырьмя группами элементарных циркуляционных механизмов (ЭЦМ): меридиональными северной и южной, зональной и группой нарушения зональности. В годовом исчислении повторяемость (дни) каждой из этих групп представлена в табл. 4, из которой следует, что наибольшую повторяемость имеет меридиональная северная группа. Причём разность её повторяемости в годы больших и малых значений прироста составляет 52

Среда обитания

дня, что приводит к существенному снижению прироста сосны. Большая повторяемость групп циркуляции: меридиональной южной, зональной и нарушения зональности благоприятны для роста сосны. При этом наибольшая повторяемость наблюдается меридиональной южной группы ЭЦМ, что обеспечивает перенос тёплых воздушных масс с юга, имеющих утепляющее значение, благоприятное для растений.

Анализ метеорологических элементов в годовом исчислении показал, что в годы с большим приростом сосны температуры были: минимальная на 0,3° выше, максимальная на 0,4°, средняя на 0,3°, а количество осадков больше на 10 мм, чем в годы с малым приростом.

Результаты анализа распределения ЭЦМ, представленные на рис. 6, дают возможность проследить особенности их внутригодового распределения. На рис. 6а наиболее значимые различия в повторяемости меридиональной северной группы циркуляции с начала года. и в особенности в июле–августе привело к снижению теплообеспеченности в районе исследований, что явилось ухудшением условий произрастания сосны. Преобладание повторяемости меридиональной южной с начала года и в особенности в июне

Таблица 4

Годовые характеристики повторяемости ЭЦМ в годы больших (Б) и малых (М) приростов годичных колец сосны [6]

№ п.п.	Тип циркуляции	Количество дней			Отношение, %
№ п.п.	Тип циркуляции	Б	М	Разность, дни	Отношение, %
1.	Меридиональная северная	158	210,0	52,0	75,2
2.	Меридиональная южная	56,8	36,8	20,0	154,0
3.	Зональная	30,8	28,5	2,3	108,0
4.	Нарушение зональности	114,0	92,0	22,0	126,0

способствует улучшению прироста сосны (рис. 6б), разница в повторяемости ЭЦМ в годы с большим и малым приростом составляет 20 дней. Повторяемость группы зональной циркуляции в годы противоположных аномалий имеет минимальные различия (рис. 6в), а группа нарушения зональности в годы с большим и малым приростом составляет различие в 22 дня, что составляет 126%. В сумме положительные отклонения циркуляции атмосферы (МЮ, З, НЗ) составляют 44,3 дня, отрицательные – 52 дня (МС). Вклад каждого из факторов среды, формирующих условия произрастания сосны в Карелии приведен на рис. 7.

а – меридиональная северная группа циркуляции (ЭЦМ 8а – 12г) в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны (дни)

в – зональная группа циркуляции (ЭЦМ 1а – 2в) в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны (дни)

Общество. Среда. Развитие ¹ 3’2015

б –меридиональная южная группа циркуляции (ЭЦМ 13з и 13л) в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны (дни)

г – группа нарушения зональности (ЭЦМ 3 – 7бл) в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны

Рис. 6. Распределения ЭЦМ

галактиче-

меридиональная

Расчёт доли вклада факторов среды в формирование прироста сосны (рис. 6) показывает, что самый значительный вклад вносит солнечная активность (29,1%). В число трёх самых значительных факторов относятся две группы циркуляции атмосферы: меридиональная южная (17%) и нарушение зональности (13,9%).

Авторы отдают себе отчёт, что процесс формирования прироста сосны не исчерпывается влиянием перечисленных глобальных факторов природной среды, однако анализ показал, что каждый из них несёт определённую долю вклада в формирование условий произрастания деревьев, а самый значительный вносит солнечная активность. Это даёт основание утверждать, что при изучении изменчивости прироста деревьев нельзя не учитывать влияние глобальных факторов и ограничиваться только поиском «климатического сигнала» [14; 15 и др.].

меридиональная южная группа циркуляции атмосферы

ские косми- северная ческие лучи

8.3

зональная солнечная активность зональ- ности нару- шение

17,0

13,9

Рис. 7. Доли вклада факторов среды в формирование условий произрастания сосны в Карелии, %

10,7

геомагнитная

активность

29,1

1.9

Список литературы Аномальные приросты сосны в Карелии и факторы среды

Агафонов Л.И. Древесно-кольцевая индикация гидролого-климатических условий в Западной Сибири/Автореф. дисс. … д-ра биол. наук. -Екатеринбург, 2011. -42 с.
Битвинскас Т.Т. Дендроклиматические исследования. -Л.: Гидрометиздат, 1974. -170 с.
Ваганов Е.А., Круглов В.Б. Экология древесных растений. -Красноярск: СФУ, 2007 -230 с.
Гриппа С.П. Естественные и антропогенные изменения природной среды Восточной Фенноскандии. Деметондрохронология. -Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2014. -121 с.
Гриппа С.П. Естественные и антропогенные изменения природной среды Восточной Фенноскандии: Дендроиндикация. -Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2014. -83 с.
Кононова Н.К. Классификация циркуляционных механизмов северного полушария по типизации Б.Л. Дзердзеевского. -М., 2009. -372 с.
Костин С.И. Связь колебаний прироста деревьев с солнечной активностью// Лесное хозяйство // 1965, № 4. - С. 12-14.
Ловелиус Н. В. Изменчивость прироста деревьев: Дендроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий. Л.: Наука. 1979. -232 с.
Ловелиус Н.В. Становление дендроиндикации как направления научных и прикладных исследований. -СПб.: Европейский дом, 2001. -312 с.
Ловелиус Н.В., К.Н. Дьяконов, Пальчиков С.Б., А.Ю. Ретеюм, Румянцев Д. Е., Липаткин В.А., Черакшев А.В. Радиальный прирост сосны в сфагновых сосняках лесной зоны России и глобальные факторы среды//Общество. Среда. Развитие. -2013, № 4. -С. 251-257.
Lovelius N.V. Dendroindication of natural processes and antropogenic influences. -St.-Petersburg: World and Family, 1997. -320 p.
Лежнева С.В. Влияние геофизических факторов среды на прирост хвойных в средней и южной подзонах восточноевропейской тайги: дис…канд биол. наук. -СПб., 2015. -206 с.
Леви К.Г., Задонина Н.В., Бердникова Н.Е. и др. Современная геодинамика и гелиогеодинамика. 500-летняя хронология аномальных явлений в Сибири и Монголии. -Иркутск: Изд-во ИрГТУ. 2003. -383 с.
Матвеев С.М. Дендроиндикация динамики состояния сосновых насаждений Центральной лесостепи. -Воронеж: ВГУ, 2003. -269 с.
Николаев А.Н. Дендрохронологический анализ природных процессов в криолитозоне (на примере Центральной Якутии)/Автореф. дис. … д-ра биол. наук. -Якутск, 2011. -40 с.
Румянцев Д.Е. История и методология лесоводственной дендрохронологии. -М.: МГУЛ. 2010. -109 с.
Стожков Ю.И., Свиржевский Н.С., Базилевская Н.С. и др. Потоки космических лучей в максимуме кривой поглощения в атмосфере и на границе атмосферы. ФИАН. -М.: Наука. 2007. -77 с.
Феклистов П.А., Евдокимов В.Н., Барзут В.М. Биологические и экологические особенности роста сосны в северной подзоне европейской тайги. -Архангельск: АГТУ, 1997 -140 с.
Шиятов С.Г. и др. Методы дендрохронологии. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцевой информации/Уч.-мет. пос. Ч. I. -Красноярск: КрасГУ. 2000. -80 с.
Douglass A.E. Climatic cycles and tree growth//Carnegie Inst. Wash. Publ. -1919, vol. I. -289 p.
Erlandsson S. Dendro-chronological snudies. -Uppsala: Flmqvist and Wiksells, 1936. -119 p.
Fritts H.C. Tree-Rings and climate. Methods of dendrochronology. -London; N. Y.; San Francisco: Acad. Press; Warsaw, 1987. -246 p.
Khabarova O., Savin I. Changes in Environmental Parameters and Their Impact on Forest Growth in Northern Eurasia//ACS. Vol. 5. -2015, №.2. -P. 91-105.

Еще

Статья научная