Дендрохронологические исследования Pinus sylvestris L. Жигулевского государственного природного биосферного заповедника имени И.И. Спрыгина

Представляется важным выявить реакций лесных сообществ на изменение климата, на локальном уровне. Наиболее удачным объектом для оценки таких процессов являются хвойные деревья, которые благодаря своим годичным кольцам способны фиксировать различную экологическую информацию (Шиятов, 1986; Комин, 1990; Ваганов и др., 1996).

Целью нашего исследования явилась оценка влияния природно-климатических факторов на рост годичных колец деревьев, произрастающих на склонах Жигулевских гор. Данный природный объект расположен на территории Жигулевского заповедника, в лесостепной зоне Среднего Поволжья. В научной литературе

накоплен значительный фактический материал по влиянию климатических факторов на радиальный рост деревьев, тем не менее, современных сведений о приросте деревьев Среднего Поволжья, недостаточно. Из последних работ по Жигулевскому заповеднику хотелось бы отметить статью А.В. Тимофеева (2007) в которой автор изучил влияние атмосферных засух на прирост годичных колец сосны. В работе О.А. Ефимова и соавторы (2017) установлено, что для полноценного роста древесины сосны в вегетационный период необходимы продолжительные осадки и умеренные температуры. В нашей работе была предпринята попытка определить основные климатические показатели, связанных с радиальным приростом сосны обыкновенной.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В 2015 году Институтам географии РАН была организована экспедиция по изучению сосновых лесов Поволжья. Пробная площадь T07S была заложена 10 августа на западном склоне 69

горы «Стрельная» (66º40' c.ш. 34º21' в.д.) на рис.1. Отбор кернов проводился возрастным буром Пресслера на высоте 1 м от шейки корня у 21 сосны по методике, описанной в работе (Шиятов и др. 2000). Ширину годичных колец измеряли на полуавтоматической установке LINTAB с точностью 0,01 мм (Rinn, 2005). С помощью программы COFECHA (Holmes, 1983) проводился контроль качества измерений и поиск выпадающих и ложных колец. Для удаления возрастного тренда и осреднения серий в безразмерные хронологии использовалась программа ARSTAN (Holmes, 1986). Возрастной тренд удалялся с помощью отрицательной экспоненты, отрицательного линейного тренда и функции Хугерсхофа. Индексированные значения получались делением значения ширины кольца в каждый год на значение аппроксимирующей функции в этот год. Для анализа климатического отклика использовались стандартные или остаточные хронологии. Для выявления цикличности был применён вейвлет анализ.

Рис. 1. Фотография соснового леса пробной площади T07S

Для выявления реакции прироста сосны на климат использовали данные по среднемесячной температуре воздуха и количеству осадков метеостанции Безенчук (meteo.ru) расположенный в 52 км от пробной площадки. Динамика связи радиального прироста деревьев с погодными факторами во времени была проанализирована с помощью ранговой корреляции Спирмена.

Комплексное влияние климатических факторов на радиальный прирост сосны было оценено с помощью регрессионных деревьев, использующих набор правил для определения величины прироста (Breiman, 1984). Данные модели были построены с помощью пакета rpart в среде статистического программирования R (R Development, 2011).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Подсчет годичных колец показал, что максимальный возраст деревьев составил 235 лет. На основании хронологий прироста модельных деревьев пробной площади T07S была получена одна обобщенная хронология ZHI, длительность ряда составила 225 лет на рис. 2. В результате вейвлет анализа, в хронологии (после 1900 года) появляется выраженная периодичность с периодом колебания – 17-20 лет.

Для выявления основных климатических факторов, определяющих прирост сосны исследуемого района, был проведен корреляционный анализ индекса прироста с температурой воздуха и осадками за период с сентября предыдущего года по август текущего включительно на рис. 3. Установлен статистически значимый положительный отклик радиального прироста сосны на количество осадков февраля и августа (R = 0.41-0.44) и отрицательный отклик на температуру мая и особенно августа (R = - 0.56).

Комплексное влияние климатических факторов на радиальный прирост сосны было оценено с помощью регрессионных деревьев, использующих набор правил для определения величины прироста. В результате были сформулированы три сценария, в результате которых формируется повышенный, средний или пониженный радиальный прирост.

1790     1820     1850     1880     1910     1940     1970     2000

Рис. 2. Обобщенная хронология ZHI по сосне обыкновенной (1790-2014 гг.), Жигулевский заповедник

Рис. 3. Корреляция индекса обобщенной хронологии радиального прироста сосны с климатическими показателями. Осадки - слева, температура – справа. Черным цветом обозначены корреляции, статистически значимо отличающиеся от нуля при 99% уровне доверия

Положительная связь между приростом деревьев и количеством осадков февраль, август указывает на большое значение почвенной влаги зимой и в конце вегетации. В дальнейшем физиологическая активность сосны зависит от температуры теплого периода времени, что особенно важно в период максимального прироста деревьев.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 18-44-160028.