Межгодовые и многолетние изменения прироста сосны в Вологодской области

Автор: Ловелиус Николай Владимирович, Лежнева Светлана Викторовна

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

Статья в выпуске: 2 (31), 2014 года.

Бесплатный доступ

Дендроиндикация, лесные экосистемы, радиальный прирост, сосна, сосняк брусничный, сосняк осоково-сфагновый, сосняк черничный, факторы среды

Короткий адрес: https://sciup.org/14031744

IDR: 14031744

Текст статьи Межгодовые и многолетние изменения прироста сосны в Вологодской области

Для сохранения лесов следует знать их современное состояние и изменения, происходившие в прошлом. Наиболее достоверные ретроспективные сведения можно получить по годичным кольцам за десятки, сотни и даже тысячи лет. Формирование годичных колец происходит под влиянием большого количества факторов. Особенности прироста сосны изучались многими специалистами [2; 5; 7; 10; 13; 14 и др.]. Для исследования прироста сосны в Вологодской области в разных типах леса были заложены три пробных площади в Бабушкинском районе (Ле-денгское участковое лесничество) [1]. Керны отбирались над корневой шейкой ствола с помощью бурава Пресслера. На каждой пробной площади проводился отбор кернов по два из десяти деревьев наибольшего возраста, описывались типы леса, состав древостоев, измерялась высота и диаметр, навигатором фиксировались координаты каждого модельного дерева. Краткое описание пробных площадей представлено в табл. 1.

Обработка собранных кернов выполнена в лаборатории кафедры физической географии и ландшафтоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова [3; 11; 12]. Измерения кернов сосны дали возможность определить

межгодовую и многолетнюю изменчивость прироста деревьев в районе исследований. Они стали основой построения сводных серий годичных колец (рис. 2) по каждому месту сбора кернов [4]. Величины прироста по типам леса приведены в табл. 2–4. Абсолютные значения позволяют проследить параллельность хода прироста отдельных деревьев и установить диапазон колебаний прироста. Так, в брусничном сосняке он составляет 1,07 мм (0,49–1,56 мм), осоково-сфагновом – 0,78 мм (0,59–1,37 мм), в черничном – 1,54 мм (0,45–1,99 мм).

Для приведения измерений обобщённых серий по каждой пробной площади к сопоставимому виду и нивелирования так называемой «кривой большого роста», присущей всем биологическим системам, проводилось их нормирование от 10-летней календарной нормы. По данным нормированных приростов годичных колец (индексов) построены дендрограммы. На рис. 1 приведена обобщенная дендрограмма по 3 типам леса с 10-летним скользящим осреднением.

Также были выделены даты с одинаковыми отклонениями более 100% и менее 99% на всех трех пробных площадях. За 204 года (с 1809 по 2013 гг.) выявлено 97 совпадений прироста (47%) на трех мес-

Таблица 1

Характеристика пробных площадей

номер пробной площади	тип леса	квартал, выдел	координаты	Средний диаметр, см	Средняя высота, м	напочвенный покров
ПП 1 15.08.2013	Сосняк брусничный	квартал 60, выдел 20	59°42′562–578″ с.ш., 43°11′388–425″; в.д.	37,6	23	брусника, черника, сфагновые мхи, осоковые
ПП 2 15.08.2013	Сосняк осоковосфагновый	квартал 60, выдел 6	59°42′541–561″ с.ш., 43°11′348–375″ в.д.	34,3	15	сфагновые мхи, брусника, осоковые, клюква, багульник, подбел
ПП 4 16.08.2013	Сосняк черничный	квартал 51, выдел 26	59°42′348–368″ с.ш., 43°12′105–135″ в.д.	33,5	26	черника, брусника, осоковые
Среднее по сосне				36,5	21

Среда обитания

величина прироста сосны в брусничном типе леса, мм

годы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1800									1,15	0,85
1810	0,81	0,85	0,89	0,66	0,71	0,85	0,90	0,53	0,42	0,68
1820	0,70	0,62	0,35	0,33	0,30	0,45	0,36	0,27	0,63	0,48
1830	0,54	0,44	0,43	0,34	0,37	0,30	0,32	0,17	0,21	0,33
1840	0,38	0,58	0,46	0,71	0,63	0,62	0,72	1,02	1,08	1,03
1850	0,38	0,58	0,46	0,71	0,63	0,62	0,72	1,02	1,08	1,03
1860	1,12	1,05	0,84	0,88	0,85	0,92	0,96	1,25	0,96	1,08
1870	1,02	0,73	0,76	0,86	1,03	0,74	0,89	1,06	1,09	0,97
1880	0,90	1,01	1,03	1,17	0,91	0,79	0,92	0,87	0,70	0,61
1890	0,76	0,90	0,89	1,08	0,65	0,66	0,50	0,66	0,80	0,77
1900	0,75	0,96	0,93	0,80	0,90	0,82	0,84	1,06	0,98	0,79
1910	0,79	0,80	0,61	0,44	0,72	0,69	0,80	0,67	0,64	0,67
1920	0,89	1,48	1,68	1,91	1,83	1,29	1,69	1,41	1,30	1,21
1930	1,28	1,28	1,17	1,20	1,25	1,10	1,33	1,49	1,51	1,47
1940	1,52	1,30	1,38	1,17	1,29	1,54	1,85	1,74	1,65	1,65
1950	1,73	1,40	1,58	1,71	1,96	1,59	1,58	1,61	1,84	1,72
1960	1,49	1,41	1,37	1,35	1,21	1,33	1,61	1,54	1,26	1,51
1970	1,38	1,03	1,07	1,44	1,39	1,59	1,41	1,43	1,39	1,26
1980	1,21	1,23	1,17	1,50	1,33	1,24	1,35	1,28	1,17	1,31
1990	1,08	1,30	1,18	1,25	0,99	0,97	0,89	1,34	1,14	1,41
2000	1,36	1,25	1,26	1,22	1,19	1,10	1,21	1,21	1,05	1,03
2010	1,06	1,17	1,15

Таблица 3

Terra Humana ¹ 2’2014

величина прироста сосны в осоково-сфагновом типе леса, мм

годы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1790		1,44	1,30	0,69	1,19	1,38	0,69	1,15	1,43	1,29
1800	0,97	0,83	0,85	0,87	0,68	0,89	0,90	1,02	1,03	0,84
1810	0,72	0,95	0,92	0,72	0,90	0,67	0,58	0,53	0,61	1,03
1820	0,96	0,73	0,50	0,55	0,54	0,59	0,67	0,72	0,91	0,83
1830	0,83	0,89	0,73	0,71	0,66	0,63	0,62	0,48	0,45	0,61
1840	0,74	0,85	0,85	0,88	0,66	0,71	0,73	1,02	1,00	0,92
1850	0,88	0,74	0,83	0,89	0,77	0,89	0,92	0,94	0,97	1,04
1860	1,16	1,25	1,05	1,08	0,89	1,03	0,85	0,92	0,94	1,20
1870	1,23	1,05	0,99	0,95	1,13	0,90	0,94	1,09	1,12	1,02
1880	0,83	0,89	0,89	1,05	0,99	0,87	1,00	0,96	0,86	0,84
1890	0,79	0,95	0,86	0,57	0,58	0,64	0,60	0,86	0,90	0,97
1900	0,95	1,05	0,88	1,04	0,96	0,92	1,00	0,94	1,00	0,83
1910	0,78	0,70	0,75	0,61	0,69	0,49	0,64	0,60	0,56	0,61
1920	0,63	0,78	0,80	1,10	1,12	0,75	0,98	0,78	0,67	0,62
1930	0,67	0,69	0,64	0,71	0,68	0,59	0,79	0,77	0,80	0,79
1940	0,79	0,65	0,69	0,62	0,56	0,79	0,87	0,72	0,72	0,70
1950	0,77	0,54	0,51	0,60	0,67	0,60	0,51	0,48	0,54	0,57
1960	0,41	0,41	0,41	0,41	0,37	0,36	0,45	0,46	0,38	0,40
1970	0,40	0,29	0,34	0,41	0,33	0,43	0,39	0,47	0,48	0,51
1980	0,48	0,41	0,42	0,55	0,53	0,53	0,61	0,58	0,49	0,65
1990	0,62	0,70	0,55	0,63	0,58	0,55	0,47	0,64	0,58	0,56
2000	0,52	0,54	0,65	0,72	0,50	0,45	0,56	0,75	0,55	0,47
2010	0,42	0,49	0,45

Таблица 4 величина прироста сосны вчерничном типе леса, мм											201
годы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1790	2,02	1,61	1,33	1,29	1,00	1,07	0,78	0,64	0,73	0,91
1800	0,77	0,75	0,93	1,25	1,02	0,90	0,81	0,76	0,83	0,73
1810	0,67	0,66	0,57	0,66	0,76	0,86	0,82	0,83	0,88	1,18
1820	1,06	1,09	0,74	0,75	0,60	0,90	0,83	0,68	0,94	0,93
1830	1,07	1,12	1,03	0,98	0,85	0,81	0,83	0,65	0,70	0,87
1840	1,10	1,62	1,40	1,26	0,51	0,44	0,53	0,74	0,98	1,11
1850	0,90	0,59	0,62	0,78	0,50	0,41	0,46	0,49	0,48	0,64
1860	0,56	0,62	0,53	0,42	0,48	0,60	0,50	0,51	0,57	0,76
1870	0,80	0,73	0,72	0,70	0,74	0,62	0,76	0,84	0,86	0,77
1880	0,83	1,01	0,92	0,91	0,92	0,79	0,86	0,81	0,61	0,74
1890	0,90	1,03	0,93	0,76	0,83	0,74	0,69	0,95	0,95	0,95
1900	0,85	1,01	0,90	0,85	0,75	0,77	0,90	1,00	0,59	0,61
1910	0,59	0,64	0,58	0,48	0,52	0,44	0,63	0,76	1,24	1,46
1920	1,69	2,12	1,91	2,07	1,94	1,59	1,76	1,65	1,49	1,42
1930	1,68	1,75	1,60	1,52	1,55	1,63	1,82	1,81	1,82	1,55
1940	1,47	1,20	1,25	1,10	1,24	1,37	1,27	1,18	1,19	1,06
1950	1,18	0,94	0,87	1,07	1,11	1,07	0,99	0,92	0,95	1,02
1960	0,87	0,88	0,83	0,81	0,73	0,79	0,91	0,91	0,74	0,91
1970	0,86	0,76	0,83	0,90	0,85	1,09	0,96	0,94	0,83	0,75
1980	0,74	0,81	0,80	0,86	0,75	0,72	0,80	0,91	0,82	0,89
1990	0,90	0,94	0,84	0,80	0,83	0,90	0,79	1,02	0,83	0,87
2000	0,87	0,82	0,81	0,80	0,76	0,81	0,83	0,90	0,84	0,92
2010	0,80	0,96	0,83

1858 1882 1903

105 •

90 1798

1913 1932

1795 1815 1835 1855 1875 1895 1915 1935 1955 1975 1995 годы

Рис. 1. Фрагмент дендрограммы сосны с 10-летним скользящим осреднением (1795–2008 гг.).

ничном (выше нормы – 116%, ниже – 84%).

Годы аномальных (максимальных и минимальных) приростов использованы для определения влияния факторов среды на межгодовую и внутривековую изменчивость роста деревьев [8; 9]. Для лет с аномально малым и большим приростом на трех пробных площадях проведены выборки средних

тах отбора кернов: из них больше нормы 47 (48%), меньше – 50 (52%). После увеличения «критерия жесткости» до > 110% и < 90% они вошли в две группы (табл. 5).

Средние показатели прироста выше нормы 113–116%, ниже – 84–88%. Наибольшая амплитуда колебаний в сосняке брус- месячных значений температуры и осадков. Более полное представление о значении факторов наблюдается при их анализе за 24 месяца: накануне и в годы аномалий (рис. 2, 3).

Анализ распределения температуры с нарастающим итогом в годы с противо-

Среда обитания

202 Таблица 5 Даты с отклонениями прироста выше и ниже средней многолетней нормы № п/п годы максимумов тип леса годы минимумов тип леса Сосняк брусничный Сосняк осоко-сфагновый Сосняк черничный Сосняк брусничный Сосняк осоко-сфагновый Сосняк черничный 1 1871 111,48 118,04 106,10 1896 86,05 82,90 84,77 2 1884 131,31 114,38 108,33 1897 65,19 77,72 79,04 3 1892 117,34 123,06 117,98 1906 92,87 96,13 93,56 5 1902 108,72 109,72 122,72 1926 87,81 91,13 90,14 6 1924 130,02 133,66 117,35 1929 88,50 81,41 84,47 7 1939 115,44 112,20 108,79 1944 77,53 87,20 89,21 8 1946 102,05 111,11 111,11 1952 83,73 93,26 92,89 9 1955 117,22 115,72 109,68 1965 85,94 91,13 87,11 10 1976 118,75 106,17 124,29 1969 89,49 93,60 88,31 11 1992 112,55 119,05 107,80 1997 77,06 79,93 90,60 12 1998 116,02 108,84 116,97 2011 93,06 78,36 94,67 Среднее 116,41 115,28 113,14 Среднее 84,29 86,62 88,61 положными аномалиями (рис. 2) показал абсолютно разное их распределение. Накануне аномально больших приростов преобладали высокие температуры, а в годы максимальных приростов – низкие. Накануне минимальных приростов – температуры понижены, а в годы малых приростов – показатели температуры выше, чем в годы больших. При анализе количества атмосферных осадков (рис. 3) видно, что накануне и в годы максимальных приростов в период активной вегетации их количество больше, чем в годы минимумов прироста.

Кроме того, выполнен расчет отношений средних месячных значений факторов в годы с большим приростом к данным в to X

Terra Humana ¹ 2’2014

Рис. 2. Температура воздуха накануне и в годы аномально больших (—) и малых (- - -) приростов сосны нарастающим итогом.

годы с малым за каждый из 24 месяцев. Различия между отношениями факторов накануне и в годы больших приростов к данным в годы с малым, могут служить показателем их значимости в создании благоприятной или неблагоприятной среды для формирования аномального прироста. Расчёты их отношений в годовом исчислении накануне и в годы аномалий приведены в табл. 6, в ней жирным шрифтом выделены максимальные и минимальные значения каждого фактора накануне и годы аномалий. Накануне отношения температур изменяются от 82 до 119%, а в годы аномалий от 34 до 128%, т. е. их влияние снижается, роль осадков так же уменьшается – накануне 72–134%, а в годы – 61–147 %.

Диапазон

X колебаний внутригодовых различий в таком построении дает возможность проследить, в какие месяцы накануне и в годы аномалий имеютпреобла-дающее значение сочетание двух факторов. Превышение осадков над 100% начинается с августа предшествующего года и продолжается

Рис. 3. Количество осадков накануне и в годы аномально больших (—) и малых (- - -) приростов сосны.

накануне месяцы в годы аномалий

Рис. 4. Уровень воды в реке Сухоне в годы максимальных (—) и минимальных (- - -) приростов сосны (гидропост г. Тотьма).

Таблица 6

Отношение факторов среды в годы больших приростов сосны к данным в годы с малым (в годовом исчислении накануне и в годы аномалий, %).

накануне	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	Сред.
Темп.	88,89	92,78	91,89	82,06	97,73	103,7	99,73	93,77	108,2	82,94	89,14	119,4	95,86
Осад.	96,83	112,2	110,1	108,9	75,38	129,9	72,51	125,6	122,2	150,5	134,5	96,77	111,3
в год	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	Сред.
Темп.	101,5	92,16	81,64	42,73	91,92	96,43	99,03	98,73	95,34	34,85	128,5	110,2	89,43
Осад.	112,7	144,5	147,4	144,5	88,28	118,2	100,2	99,60	82,45	82,02	61,74	67,65	104,1

Среда обитания

до июня, не значимо в декабре. Высокий снежный покров является благоприятным для минимального промерзания почвы и корневых систем деревьев. Это особенно важно, когда температуры в марте имеют минимальные значения. На примере ана- лиза соотношения температуры и осадков прослежена система их сложных сочетаний накануне и в годы аномальных приростов сосны.

Как известно, «реки являются продуктом климата», т.к. в интегрированной форме могут характеризовать условия тепло и влагообеспеченности. Следовательно, можно предположить, что в годы аномальных приростов найдут отражение в колебаниях уровня реки Сухоны. В работе использованы средние месячные значения уровней воды в р. Сухоне (гидропост в городе Тотьма), расположенном в 40 км от места сборов

Terra Humana ¹ 2’2014

Рис. 5. Изменение чисел Вольфа накануне и в годы аномальных приростов сосны: (—) – максимальных, (- - -) – минимальных.

Рис. 6. Геомагнитная активность накануне и в годы аномальных приростов сосны: (—) – максимальных, (- - -) – минимальных.

Рис. 7. Галактические космические лучи накануне и в годы аномальных приростов сосны: (—) – максимальных, (- - -) – минимальных.

Таблица 7

Отношение космических факторов среды в годы больших приростов сосны к данным в годы с малым (в годовом исчислении накануне и в годы аномалий, %)

накануне I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Сред. W 91,83 91,62 95,27 107,5 102,4 103,3 133,8 123,5 97,98 124,7 121,8 100,2 107,8 аа 118,8 145,1 144,3 132,4 120,1 107,8 142,5 110,8 103,1 123,3 116,7 121,4 123,8 Гкл 97,61 97,89 96,31 96,47 96,93 94,09 94,10 95,33 97,02 97,70 97,96 98,11 96,6 в год I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Сред. W 129,0 129 150,8 132 178,2 173,2 128,7 134,4 164,8 132,5 169,4 156,6 148,2 аа 105,2 101,4 112 144,8 121,3 131,3 123,1 129,9 113,7 158 146,3 127,3 126,2 Гкл 97,49 97,01 97,63 97,41 97,61 98,98 99,99 99,03 98,81 99,62 98,98 98,86 103,1 кернов. Данные этого гидропоста были проанализированы в годы аномально больших и малых приростов деревьев (рис. 4).

Внутригодовое распределение уровней в р. Сухоне накануне дат с противоположными аномалиями прироста имеют хорошо выраженные различия, особенно с мая по ноябрь месяц. В годы аномальных приростов эти различия менее выражены. Следовательно, для лет с аномально большим приростом характерно меньшее увлажнение, чем накануне.

Нами был проведен анализ космических факторов в той же последовательности, как температуры и осадки (рис. 5–7). Величина солнечной активности увеличивается накануне и в годы максимальных приростов (сумма ГэВ за год изменяется с 648 до 755), а накануне и в годы минималь- ных – уменьшается (с 603 до 520). В распределении геомагнитной активности происходит смена знака. Ее высокие значения накануне благоприятны для роста, а в год аномалий благоприятнее ее пониженные показатели. Противоположная ситуация наблюдается в распределении галактических космических лучей. Накануне аномалий и в годы минимальных аномалий наблюдается их повышенные значения, не благоприятные для роста. Эти показатели меньше в годы больших приростов и больше в годы малых.

Отношения космических факторов среды внеземного происхождения представлены в табл. 7. Амплитуда колебания у солнечной активности составляет 87% (от 91 до 178). Изменения геомагнитной активности – 45% (от 101 до 146). Отношение галак-

Среда обитания

тических космических лучей наиболее стабильное и меняются в пределах 94–100%.

Анализ космических факторов показал, что накануне и в годы аномалий разница галактических космических лучей несущественна. Различия между отношениями солнечной активности и геомагнитной ак- тивности в год, предшествующий аномалии незначительны, а в год аномального прироста – существенны. Благоприятные условия для аномально больших приростов формируются при повышенных значениях солнечной активности и пониженных – геомагнитной активности. Проведенный анализ космических факторов дает основание заключить, что при высокой геомагнитной активности создаются неблагоприятные условия для роста сосны, тогда как высокая солнечная активность и ГКЛ создают условия благоприятные для роста деревьев.

Исследования межгодовых различий прироста годичных колец сосны в трех типах леса (на основании 8849 измерений) показали: высокую согласованность дендрограмм в многолетнем ходе. На небла- гоприятные условия сосна в разных местах произрастания реагирует лучше, чем на оптимальные. Межгодовые колебания прироста в сосняке брусничном составляют 1,07 мм (0,49–1,56 мм), осоково-сфагновом – 0,78 мм (0,59–1,37 мм), в черничном – 1,54 мм (0,45–1,99 мм). Оптимальными для роста сосны среди гидрометеорологический факторов являются пониженные температуры и повышенное количество осадков, пессимальными – высокие температуры и сильное переувлажнение.

Авторы благодарят за помощь при подготовке и проведении экспедиционной работы директора Вологодского филиала «Здоровый лес» Юрия Михайловича Жаворонкова, доцента кафедры лесного хозяйства ВГМХА им. Н.В. Верещагина к.с-х.н. Владимира Сергеевича Вернодубенко, и Александра Владимировича Ерегина. За содействие в проведении лабораторных исследований – профессора кафедры физической географии и ландшафтоведения МГУ им. М.В. Ломоносова д.г.н. Алексея Юрьевича Ретеюма.

Список литературы Межгодовые и многолетние изменения прироста сосны в Вологодской области

Атлас Вологодской области/Под ред. Е.А. Скупиновой. -СПб.: ФГУП Аэрогеодезия; Череповец: ООО «Порт-Апрель», 2007. -40 с.
Вернодубенко В. С. Результаты исследования древесно-кольцевых хронологий сосняков, произрастающих на торфяных почвах//Дендро 2012: перспективы применения древесно-кольцевой информации для целей охраны, воспроизводства и рационального использования древесной растительности. 7-10 ноября 2012 г. Материалы Международной конференции -М.: МГУЛ, 2013. -С. 23-24.
Лежнева С.В. Прохождение стажировки в Лаборатории дендрохронологии Московского государственного университета леса./Предисл. Н.В. Ловелиуса. -СПб., 2012. -19 с.
Лежнева С. В. Изменчивость прироста годичных колец сосны и ели в Вологодской области//Дендро 2012: перспективы применения древесно-кольцевой информации для целей охраны, воспроизводства и рационального использования древесной растительности. 7-10 ноября 2012 г. Материалы Международной конференции -М.: МГУЛ, 2013. -С. 46-47.
Леса земли Вологодской/В.И. Антонов, Л.Н. Беляев, Г.А. Воробьев и др. -Вологда: Легия, 1999. -57 с.
Ловелиус Н.В. Изменчивость прироста деревьев. Дендроиндикация природных процессов и антропогенных явлений. -Л.: Наука, 1979. -231 с.
Ловелиус Н.В. Дендроиндикация. Dendroindication. -СПб.: ПАНИ, 2000, -313 с. (на рус. и англ. яз.)
Ловелиус Н.В., Лежнева С.В. Закономерности межгодовой и многолетней изменчивости температур воздуха и атмосферных осадков в Вологодской области в связи с солнечной активностью//Экологическое равновесие: антропогенные изменения географической оболочки земли, охрана природы. Материалы IV междунар. науч.-практ. конф., 28-29 окт. 2013/Под общ. ред. В.Н. Скворцова; отв. ред. Т.С. Комисарова. -СПб.: ЛГУ им. А.С. Пушкина, 2013. -С.149-151.
Ловелиус. Н.В., Лежнева С.В. Прирост ели в оптимальных условиях произрастания на Андомской возвышенности (Вологодская область)//География: проблемы науки и образования. Материалы ежегодной Международной научно-практической конференции LXVI Герценовские чтения посвященной 150-летию со дня рождения Владимира Ивановича Вернадского. 18-20 апреля 2013 г. -СПб.: Астерион, 2013. -С. 36-39.
Матвеев С.М. Дендроиндикация динамики состояния сосновых насаждений Центральной лесостепи. -Воронеж: ВГУ. 2003. -269 с.
Методы дендрохронологии. Часть I. Сбор и получение древесно-кольцевой информации/Шиятов С.Г., Ваганов Е.А., Кирдянов А.В.и др.: уч.-мет. пос. -Красноярск: КрасГУ, 2000. -80 с.
Пальчиков С.Б., Румянцев Д.Е. Современное оборудование для дендрохронологических исследований//Лесной вестник. -2010, №3 (72). -С. 46-51.
Природа Вологодской области//Гл. ред. Г.А. Воробьев. -Вологда: «Издательский Дом Вологжанин», 2007. -440 с.
Румянцев Д.Е. История и методология лесоводственной дендрохронологии. -М.: МГУЛ, 2010. -109 с.

Еще

Статья