Изменения прироста деревьев и элементов климата на Соловецком архипелаге

Автор: Ловелиус Николай Владимирович, Соболев Александр Николаевич

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

Статья в выпуске: 3 (16), 2010 года.

Бесплатный доступ

Цель исследования - показать межгодовые и многолетние изменения климатических показателей и динамики прироста сосны и ели за 300 и 255 лет соответственно за время инструментальных наблюдений. Радиальный прирост деревьев формируется в тесной зависимости от природных условий, что позволяет по приросту годичных колец получать достоверные сведения об изменениях среды за время, превышающее срок инструментальных наблюдений на сотни и тысячи лет.

Короткий адрес: https://sciup.org/14031165

IDR: 14031165

Текст научной статьи Изменения прироста деревьев и элементов климата на Соловецком архипелаге

Исследования лесов и радиального прироста деревьев Соловецкого архипелага раскрыты в работах [2; 9; 10]. Но детальный анализ многолетних изменений климатических элементов и их связь с ростом деревьев не были освещены в достаточной мере.

Наблюдения за температурой воздуха на о. Большой Соловецкий проводятся с 1888 г., за осадками – с 1891 г., за продолжительностью периода вегетации – с 1910 г., а за относительной влажностью – с 1936 г. [1]. Анализ многолетних тенденций изменения температуры и осадков выполнен раздельно для теплой и холодной частей года. Такой подход дает более полное представ- ление о факторах среды в период вегетации и относительного покоя растений.

В этой работе анализ прироста сосны и ели проведен на кернах, взятых Н.В. Лове-лиусом у модельных деревьев двух пород, произрастающих в южной части острова Большой Соловецкий [6]. Методика взятия кернов, проведения измерений и статистической обработки серий годичных колец описывалась ранее [4; 5].

В табл. 1 и 2 приведены индексы прироста сосны и ели. Для исключения возрастных особенностей прироста, они рассчитаны как отклонения от 10-летней календарной нормы.

Таблица 1

Серия индексов годичных колец сосны (%), произрастающей в сосняке черничнике южной части острова Большой Соловецкий

Годы	1700	1710	1720	1730	1740	1750	1760	1770	1780	1790	1800	1810	1820	1830	1840	1850
0		69	121	94	65	81	107	75	121	126	95	116	82	113	91	113
1		82	96	84	86	95	91	58	121	82	102	99	78	118	104	102
2		108	115	84	97	100	107	73	99	80	116	111	90	119	100	99
3		119	99	111	93	122	106	103	128	86	109	88	91	112	95	100
4		136	93,7	96	86	112	99	113	116	82	109	89	106	103	90	111
5		102	94	101	106	96	107	94	83	94	96	87	95	94	99	105
6		99	108	114	105	114	111	125	85	122	90	78	117	88	109	93
7	146	110	133	116	133	93	110	119	86	107	90	97	129	82	105	83
8	141	80	69	89	128	112	85	123	79	112	101	125	107	85	99	87
9	96	95	69	111	101	75	77	117	84	110	92	110	104	84	108	107

Годы	1860	1870	1880	1890	1900	1910	1920	1930	1940	1950	1960	1970	1980	1990	2000
0	96	105	88	113	92	92	92	102	108	98	106	108	104	118	105
1	100	99	86	122	98	101	101	108	113	103	108	117	99	98	118
2	97	100	97	120	117	105	105	110	95	106	98	108	104	88	103
3	90	100	104	114	111	109	106	96	98	97	89	111	99	96	91
4	104	107	101	99	99	94	104	91	116	102	98	106	109	102	97
5	113	97	102	86	100	94	114	98	99	121	96	101	107	93	105
6	104	99	100	79	110	107	110	89	91	89	96	85	97	95	89
7	94	98	108	82	99	105	88	103	95	82	102	78	88	103	70
8	102	98	114	86	89	105	96	104	95	102	110	92	91	106
9	101	95	100	99	85	89	84	99	91	99	97	93	101	102

Cреда обитания

258	Таблица 2 Серия индексов годичных колец ели (%), произрастающей в ельнике зеленомошном южной части о. Большой Соловецкий
	Годы	1750	1760	1770	1780	1790	1800	1810	1820	1830	1840	1850	1860	1870
	0		104,8	116,4	81,5	96,6	115,4	70,7	74,6	120	127,6	95,8	114,3	97,7
	1		48,8	89	114,1	113,6	102,6	70,7	86	120	139,8	88,5	81,3	77,9
	2	62,5	56,8	75,3	97,8	108	96,2	106,1	96,5	115,7	111,2	80,2	79,1	80,2
	3	62,5	96,8	61,6	87	113,6	89,7	96	99,1	102,6	91,8	91,7	94,5	118,6
	4	62,5	89	89	97,8	136,4	96,1	111,1	100,9	113	101	116,7	109,9	119
	5	75	145,2	82,2	119,6	108	96,1	126,3	127,2	87	88,8	96,9	119,8	100
	6	100	112,9	95,9	103,3	90,9	102,6	136,4	109,6	73,9	96,9	120,8	114,3	107
	7	175	88,7	116,4	97,8	96,6	102,6	96	118,4	60,9	91,8	110,4	89	94,9
	8	112,5	145,2	150,7	114,1	79,5	96,1	65,7	83,3	90,4	76,5	114,6	86,8	108,1
	9	112,5	104,8	116,4	87	51,1	102,5	116,2	100,9	117,4	72,4	81,3	114,3	103,5

Годы	1880	1890	1900	1910	1920	1930	1940	1950	1960	1980	1990	2000
0	95,5	123,1	73,8	94	99,2	78,1	96,6	81	112,9	101,2	62,1	140
1	96,4	117,6	141,8	114,5	107,2	96,4	91,4	104,8	128,7	123,5	90,8	125,3
2	106,3	124	116,4	93,2	108	85,4	109,5	100	90,1	60,5	94,3	92
3	104,5	123,1	132,8	96,6	92,8	100,7	106,9	115,9	96	121	94,3	78,7
4	89,3	85,2	113,1	93,2	104	92,7	72,4	130,2	103	128,4	98,9	92
5	98,2	77,8	107,4	96,6	96,8	89,1	94,8	88,1	106,9	93,8	134,5	74,7
6	102,7	73,1	73,8	100	102,4	121	109,5	107,9	97	102,5	85,1	88
7	95,5	94,4	85,2	94,9	105,6	105,8	109,5	94,4	99	98,8	106,9	37,3
8	83,9	95,4	80,3	88,9	90,4	132,8	107,8	75,4	80,2	95,1	112,6
9	105,4	87	72,1	123,9	96,8	88,3	102,6	98,4	90	72,8	120,7

Анализ температуры воздуха и сумм осадков основан на материале средних месячных данных, которые рассчитаны и u для теплой и холодной частей года [1]. По ним получены средние десятилетние значения этих показателей и построены рис. 1, 2.

По сумме температур в теплую часть года самыми теплыми были сезоны: 1897, 1901, 1906, 1921, 1934, 1936, 1937, 1938, 1943, 1961, 1967, 1974, 1989, 2000 гг., а самыми холодными – 1892, 1899, 1902, 1916, 1918,

T erra Humana

Рис. 1. Суммы средних месячных температур воздуха (IV–X мес.) на о. Большой Соловецкий по десятилетиям (1890–2008 гг.).

1941, 1945, 1958, 1966, 1968, 1969, 1971, 1976, 1978 гг. При расчете средних температур по десятилетиям самыми теплыми были 1930–1939 гг. и 2000–2008 гг. (рис. 1). Эти периоды совпадают по времени с «потеплением Арктики» и современным ростом температуры воздуха. Самыми холодными были три десятилетия: 1890– 1899, 1900–1909 и 1910–1919 гг. За теплые сезоны принимались годы с суммой температур больше 52°C.

По сумме отрицательных температур за отдельные годы самыми теплыми были зимы: 1890, 1910, 1921, 1925, 1930, 1935, 1937, 1938, 1939, 1944, 1949, 1975, 1983, 1989, 1990, 1992, 1995, 2007, 2008 гг., а по десятилетиям – зимы в 1930–1939 гг. и 2000–2008 гг.; самыми холодными – 1988, 1893, 1899, 1902, 1929, 1940, 1941, 1942, 1946, 1956, 1966, 1969, 1979, 1985, 1986, 1987, 1998; а самыми холодными десятилетиями – 1890–1899, 1960–1969 и 1940–1949, 1980–1989 гг. (рис. 2). К числу суровых относились зимы с температурой –41,5°C, средняя температура в суровые зимы составила 51°C. К теплым зимам отнесены годы с отрицательными температурами выше –25,2°C. Разность средних темпера- тур в суровые и теплые зимы составила 31°C, а отношение 260,2%. Оценка суровости зим по каталогу Б.И. Сазонова [8] показала индексы –3,4 для суровых зим и +4,2 – для теплых.

Наиболее значимой характеристикой среды для растительного покрова является продолжительность периода вегетации, которая колеблется от 130 до 145 дней. Многолетний ход продолжительности периода вегетации имеет отчетливо выраженные внутривековые колебания с максимумами в 1920–1929; 1550–959; 1980– 1989; 2000– 2008 гг. с продолжительностью 138, 139, 145, 144 дня соответственно (рис. 3).

годы , , . ,

1910 1920 1930 1940 195С

-31

-33

-35

-37

-39

-25 — ispo

-27

-29

-41 °C

Рис. 2. Сумма. средних месячных температур в холодную часть года по десятилетиям на о. Большой Соловецкий (1890–2008 гг.)

Рис. 3. Средние 10-летние значения продолжительности перода вегетации (дни) на о. Большой Соловецкий.

Среднее годовое количество осадков на о. Б. Соловецкий составляет 555,7 мм, а в холодную часть года их выпадает 192,5 мм (или 34,8% от годовой нормы), в теплую – 361,1 мм (65,2%). В многолетнем ходе сумм осадков (рис. 4) в теплую часть года наиболее отчетливо прослеживается их увеличение с начала наблюдений до 1950-х гг., после чего началось снижение, которое продолжалось до 1990-х гг. На- иболее четко выявляются три минимума 1910–1919, 1940–1949, 1990–1999 гг., отчет- ливо проявляются максимумы осадков в 1900–1909, 1920–1929, 1950–1959 гг. Сле- дует отметить, что снижение суммы осадков происходит на фоне потепления зим (с 1960-х гг.), теплой части года (с 1970-х гг.) и увеличения продолжительности периода вегетации. Линии линейного тренда дают основание говорить лишь о незначительном увеличении количества осадков от начала наблюдений к настоящему времени. Если учесть многократную смену приборов и возросшую точность измерений, то выявленные тенденции нельзя считать существенными. В известной мере это положение может быть отнесено и к другим элементам климата.

Рис. 4. Средние десятилетние суммы осадков (мм)на о. Большой. Соловецкий в теплую (А) и холодную (Б) части года (1891–2008 гг.).

Анализ роста сосны за 300 лет (табл. 1) и ели за 240 лет (табл. 2) из южной части о. Большой Соловецкий дал возможность выявить даты внутривековых изменений прироста ели и сосны (рис. 5, 6). Ель более чутко реагирует на внутривековые изменения условий произрастания, чем сосна. Об этом свидетельствуют бóльшие амплитуды внутривековых колебаний (рис. 5).

Рис. 5. Дендрограмма отклонений прироста ели на о. Большой Соловецкий от 10-летней календарной нормы: А – ΣК ≥100%; Б – ΣК < 99,9%.

Cреда обитания

Рис. 6. Дендрограмма прироста сосны по сумме отклонений от 10-летней календарной нормы на о. Большой Соловецкий: А – ΣК ≥ 100%; Б – ΣК < 99,9%.

Величина изменений прироста ели и сосны и их повторяемость существенно отличаются. Они формируются за счет разной реакции этих пород на изменения факторов природной среды. На дендрограмме ели (рис. 5) отчетливо проявился внутри-вековой ритм 30–40 лет, а наибольшими по амплитуде оказались десятилетия 1830– 1839 и 1970–1979 гг. (ритм 140 лет).

В приросте сосны внутривековые колебания по продолжительности выражены менее отчетливо, а наибольшие амплитуды наблюдались в десятилетия 1770–1779 и 1880–1889 гг. (ритм 110 лет). Абсолютное равенство фаз увеличения и снижения прироста у каждой породы является обязательным условием их устойчивости к неблагоприятным условиям произрастания.

Для определения реакции ели и сосны на изменения температуры, осадков и солнечной активности выполнены выборки их средних месячных значений для лет с аномально большими и малыми приростами (табл. 3). На основании расчетов их

Terra Humana

Таблица 3

Годы аномально больших и малых приростов г.к.

Е Л ь				С О С Н А
№ п/п	К≥120% МАКС	№ п/п	К≤80% МИН.	№ п/п	K≥110% МАКС.	№ п/п	К≤90% МИН.
1	1890	1	1895	1	1888	1	1896
2	1892	2	1896	2	1891	2	1897
3	1893	3	1908	3	1892	3	1908
4	1901	4	1909	4	1902	4	1909
5	1903	5	1930	5	1903	5	1919
6	1919	6	1944	6	1913	6	1927
7	1936	7	1958	7	1916	7	1929
8	1938	8	1968	8	1925	8	1936
9	1954	9	1969	9	1926	9	1956
10	1961	10	1975	10	1941	10	1957
11	1970	11	1976	11	1944	11	1963
12	1972	12	1982	12	1955	12	1976
13	1977	13	1989	13	1968	13	1977
14	1981	14	1990	14	1971	14	1987
15	1983	15	2003	15	1973	15	1992
16	1984	16	2005	16	1990	16	2006

средних значений для двух групп лет построены рисунки

На рис. 7 приведены температуры воздуха (нарастающим итогом) в годы противоположных аномалий прироста ели и сосны. Из них следует, что в годы с большим приростом ели нет различий в ходе температур в холодную часть года, а в период вегетации необходимы повышенные температуры. В годы с большим приростом сосны нужны высокие температуры воздуха в холодную часть года и невысокие температуры в период вегетации.

Анализ осадков в те же годы с противоположными аномалиями прироста также имеет выраженные различия в их внутригодовом распределении (рис. 8).

Рис. 7. Распределение температуры в годы аномально больших (А) и малых (Б) приростов ели и сосны на о. Большой Соловеций (нарастающим итогом).

Для максимальных приростов ели благоприятно повышенное количество осадков с февраля по июль и в целом за год, что подчеркивается положением линейного тренда. Внутригодовое распределение осадков в годы, благоприятные для роста сосны, отличается большим их количеством в феврале, марте, мае и июне, а затем снижением до конца года. Значительное количество осадков в августе и октябре неблагоприятны для роста сосны.

Рис. 8. Внутригодовое распределение осадков (мм) в годы аномально больших (А) и малых (Б) приростов ели (Е) и сосны (С) на о. Большой Соловецкий.

Изменения температуры и осадков происходят на фоне средних месячных характеристик солнечной активности, представленных в работе числами Вольфа (рис. 9). Из анализа гелиограмм для сосны и ели можно заключить, что при внешнем сходстве линейных трендов внутригодовое распределение солнечной активности для ели и сосны существенно различаются. Наиболее полное представление о соотношении чисел Вольфа в годы противоположных аномалий прироста деревьев дают расчеты их отношений (табл. 4).

Рис. 9. Внутригодовое распределение чисел Вольфа (W) в годы аномально больших (А) и малых (Б) приростов ели (Е) и сосны (С) на о.

Большой Соловеций.

Разность отношений средних годовых значений чисел Вольфа для ели и сосны составляют 7,4%, а диапазон колебаний у ели – 31,6% (72,8–104,4), для сосны – 12,9% (73,0– 85,9). Наиболее отчетливо среднемесячные значения различий прослеживаются на гелиограмме (рис. 10): сосна более устойчива к колебаниям солнечной активности, чем ель. Этим построением подтверждается разница в ходе многолетних колебаниях на

Cреда обитания

Отношение чисел Вольфа в годы с максимальным приростом к данным в годы с минимальным (К,%)

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Год Для ели 72,8 82,7 79,8 89 100,2 98,6 104,4 86,1 78,7 87,8 90,4 82,3 87,3 Для сосны 84,5 73 76,3 73,3 84 82,9 85,6 85,9 77,1 80,4 76,4 81,1 79,9 дендрограммах ели и сосны (рис. 5, 6). Коэффициент корреляции отношений чисел Вольфа в годы противоположных аномалий прироста ели и сосны отрицательный: –0,339. Наибольшая положительная связь выявлена у отношений осадков с числами Вольфа (рис. 11). Только в марте и мае имеет место противофаза во внутригодовом распределении этих элементов.

сосны; выявить связь прироста деревьев с температурой, осадками, солнечной активностью;

К%

Рис. 10. Отношения чисел Вольфа в годы максимальных приростов ели (Е) и сосны (С) к данным в годы минимальных.

Выполненные исследования дали возможность: определить изменения метеорологических факторов и даты экстремумов их межгодовых и внутривековых колебаний; установить особенности изменений прироста годичных колец ели и

Список литературы Изменения прироста деревьев и элементов климата на Соловецком архипелаге

Гриценко И.В., Водовозова Т.Е. Отчет по теме «Мониторинг климата Соловецких островов». -Архангельск: ГУ Архангельский Центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Гидрометцентр, 2009. -12 с. (рукопись).
Ипатов Л.Ф., Косарев В.П, Проурзин Л.И., Торхов С.В. Леса Соловецкого архипелага. -Архангельск: ГУП «СОЛТИ», 2009. -244 c.
Климат Карелии: Изменчивость и влияние на водные объекты и водосборы/отв. ред. Н.Н. Филатова. -Петрозаводск: Карельский научный центр РАН. 2004, -224 с.
Ловелиус Н.В. Дендроиндикация. Dendroindication. -СПб: Петровская академия наук и искусств, 2000. -313 с.
Ловелиус Н.В. Изменчивость прироста деревьев. Дендроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий. -Л.: Наука, 1979. -232 с.
Ловелиус Н.В. Радиальный прирост сосны и ели на о. Большой Соловецкий//Материалы III Всероссийской научной конференции (8-11 декабря 2008 года). -Архангельск, 2008. -С. 43-44.
Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Части 1-6. Вып. 3. -Л.: Гидрометеоиздат, 1988. -С. 693.
Сазонов Б.И. Суровые зимы и засухи. -Л.: Гидрометеоиздат, 1991. -240 с.
Соболев А.Н. Лесные насаждения Соловецкого архипелага, их состояние и закономерности изменения под влиянием рекреации/Автореф. дис. … канд. с/х наук. -Архангельск, 2009. -18 с.
Шварцман Ю.Г., Болотов И.Н. Пространственно-временная неоднородность таежного биома в области плейстоценовых материковых оледенений. -Екатеринбург: УрО РАН, 2008. -302 с.

Еще

Статья научная