Влияние факторов среды на изменчивость прироста древесных растений (на примере ели и сосны в долине Р. Луги)
Автор: Ловелиус Николай Владимирович, Колесников Алексей Петрович
Журнал: Общество. Среда. Развитие (Terra Humana) @terra-humana
Рубрика: Природная среда
Статья в выпуске: 2 (15), 2010 года.
Бесплатный доступ
Анализируется прирост годичных колец основных лесообразующих пород хвойных - ели и сосны, произрастающих в долине среднего течения р. Луги. Выявляются даты аномалий прироста двух пород; проводится анализ метеорологических и гелиофизических факторов в годы аномальных приростов деревьев.
Аномальный прирост, галактические космические лучи, геомагнитная активность, годичное кольцо, ель, осадки, солнечная активность, сосна, температура, циркуляция атмосферы
Короткий адрес: https://sciup.org/14031135
IDR: 14031135
Текст научной статьи Влияние факторов среды на изменчивость прироста древесных растений (на примере ели и сосны в долине Р. Луги)
Изучению прироста древесных растений на северо-Западе россии и в других регионах посвящено большое количество публикаций [1–16 и др.], среди которых значительное место занимают разработки авторов. В задачу нашего исследования входит: установить наличие черт единства в погодичных и многолетних колебаниях прироста деревьев, определить диапазон колебаний прироста годичных колец двух пород и выявить основные факторы природной среды в годы аномальных отклонений прироста от многолетней нормы.
средние характеристики модельных деревьев ели и сосны, из которых буравом Пресстлера было взято по 2 керна, приведены в табл. 1.
Всего в работе использованы 38 модельных деревьев (23 ели и 15 сосен), по которым выполнено несколько тысяч измерений и построены обобщенные серии прироста годичных колец в абсолютных значениях (табл. 2, 3). Для приведения данных к сопоставимому виду и определения аномальных отклонений показатели измерений рассчитаны как отклонения от 10-летней календарной нормы, результаты расчетов приведены на рис. 1 и 2.
Анализ ежегодных изменений прироста ели и сосны показал, что согласованность ежегодных колебаний в абсолютных значениях (мм) имеет коэффициент корреляции 0,78, в отклонениях от 10-летней нормы – 0,53, а средние 10-летние приросты (мм) имеют самый высокий коэффициент корреляции 0,92 (рис. 3). По ходу двух дендрограмм в абсолютных значениях прослеживается проявление ритма большой продолжительности с минимумом в 1990-е годы. Из этого можно сделать вывод, что независимо от разной экологии этих пород их реакция на изменения факторов среды в многолетнем ходе совпадает.
Определение факторов среды, на фоне которых происходит формирование межгодовых и внутривековых изменений прироста, оказалось возможным при выявлении дат наиболее значительных отклонений от средней 10-летней календарной нормы, они приведены в табл. 4. средние значения различий между максимумами и минимумами для сосны составляет 56,3 %, у ели – 43,1 %, а разница отклонений прироста для двух пород составляет 13,2 %. следовательно, есть основание предположить, что сосна более чутко отзывается на изменение условий среды.
Таблица 1
Средние значения морфометрических показателей модельных деревьев ели и сосны, произрастающих в районе географической станции «железо» (Ленинградская обл.)
|
Порода |
Количество деревьев |
Высота дерева, м |
Высота взятия керна, м |
Обхват ствола, м |
Годы измерений |
|
|
У корневой шейки |
На высоте 1,3 м |
|||||
|
Ель |
23 |
25 |
0,5 |
1,4 |
1,3 |
1896–2006 |
|
сосна |
15 |
21,9 |
0,5 |
1,63 |
1,35 |
1902–2006 |
Cреда обитания
|
232 |
Таблица 2 Средние значения прироста годичных колец ели по 23 модельным деревьям (мм) |
||||||||||||
|
Годы |
1890 |
1900 |
1910 |
1920 |
1930 |
1940 |
1950 |
1960 |
1970 |
1980 |
1990 |
2000 |
|
|
0 |
1,8 |
2,7 |
3,5 |
2,8 |
2,3 |
4,3 |
2,6 |
2,4 |
2,4 |
3 |
2,4 |
||
|
1 |
2,2 |
3,5 |
3,5 |
2,8 |
2,6 |
4 |
2,7 |
2,6 |
2,8 |
2 |
2,8 |
||
|
2 |
2,1 |
3,3 |
3,5 |
3 |
2 |
3,5 |
3 |
2,6 |
2,8 |
1,8 |
2,7 |
||
|
3 |
3,4 |
2,8 |
3,5 |
3,4 |
3,2 |
3,6 |
2,6 |
2,1 |
3 |
2 |
2,4 |
||
|
4 |
3,2 |
3,2 |
3,6 |
3,2 |
3,8 |
2,8 |
2,5 |
2,5 |
2,6 |
2,3 |
2,8 |
||
|
5 |
3,3 |
3,3 |
3,8 |
3,1 |
4,4 |
2,7 |
2,4 |
2,9 |
1 |
1,8 |
2,8 |
||
|
6 |
0,6 |
3,5 |
3,6 |
3,3 |
3,1 |
4,2 |
2,3 |
2,2 |
2,6 |
2 |
1,6 |
2,6 |
|
|
7 |
0,8 |
2,5 |
3,4 |
3,1 |
3,3 |
4 |
2,6 |
2,2 |
2 |
2,2 |
1,8 |
||
|
8 |
1 |
2,3 |
3,6 |
4,9 |
3,5 |
3,6 |
2,5 |
2,1 |
2,3 |
2,7 |
1,8 |
||
|
9 |
0,8 |
2,9 |
4,1 |
2,7 |
2,9 |
3,7 |
2,9 |
2,2 |
2,5 |
2,7 |
2 |
||
Таблица 3
Средние значения прироста сосны по 15 модельным деревьям (мм)
|
Годы |
1900 |
1910 |
1920 |
1930 |
1940 |
1950 |
1960 |
1970 |
1980 |
1990 |
2000 |
|
0 |
1,2 |
4 |
3,5 |
2,8 |
4,6 |
2,6 |
2,7 |
1,8 |
2 |
1,6 |
|
|
1 |
1,8 |
4 |
3,2 |
2 |
4,4 |
2,4 |
2,6 |
1,8 |
2 |
2 |
|
|
2 |
1,1 |
2,5 |
3,6 |
3,5 |
2 |
4 |
2,8 |
2,4 |
1,8 |
1,7 |
2 |
|
3 |
1,2 |
2,4 |
3,6 |
4,3 |
3,2 |
3,6 |
2,5 |
2 |
1,9 |
1,4 |
2 |
|
4 |
1,9 |
3,5 |
3,8 |
4,1 |
3,5 |
3 |
2,4 |
1,9 |
2,2 |
1,5 |
1,7 |
|
5 |
2 |
3,3 |
4,2 |
3,6 |
4,5 |
2,8 |
2,2 |
2,1 |
1,9 |
1,9 |
2,3 |
|
6 |
3,5 |
3,9 |
3,7 |
3,8 |
4,6 |
2,2 |
1,8 |
1,3 |
1,4 |
1,4 |
3,1 |
|
7 |
2,7 |
3,3 |
3,7 |
4 |
4,5 |
2,6 |
2 |
1,7 |
1,4 |
1,1 |
|
|
8 |
2,2 |
3,8 |
3,4 |
4,2 |
4 |
2,4 |
2 |
1,8 |
1,6 |
1,4 |
|
|
9 |
2,4 |
4,4 |
3,2 |
3,7 |
4 |
2,6 |
2,4 |
1,8 |
2,2 |
1,2 |
К%
150,0
140,0
130,0
120,0
110,0
100,0
90,0
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
Е
Terra Humana
1896 1906 1916 1926 1936 1946 1956 1966 1976 1986 1996 2006
годы
Рис. 1. Дендрограмма ели в отклонениях от 10-летней нормы (%) 1896–2006 гг.
Рис. 2. Дендрограмма сосны в отклонениях от 10-летней нормы (%) 1902–2006 гг.
Рис.3. Средние десятилетние приросты годичных колец если (Е) и сосны (С). Коэф. корреляции 0,92.
В состав факторов среды были включены данные по температуре воздуха, осадкам, циркуляции атмосферы, солнечной и геомагнитной активности накануне и в годы аномальных отклонений прироста деревьев. На рис. 4 приведены результаты анализа температуры воздуха с нарастающим итогом.
Из него можно заключить, что аномально большие приросты деревьев формируются при наличии высокой температуры воздуха накануне и в годы аномалий. В распределении осадков наблюдаются различия накануне и в годы аномальных приростов. Наиболее выразительные различия в распределении осадков проявля-
Cреда обитания
|
234 |
Таблица 4 Годы аномалий прироста ели и сосны в районе геостанции «железо» |
|||||||
|
№ п.п. |
Максимумы ≥ 109,3 % |
№ п.п. |
Минимумы ≤ 89,6 % |
|||||
|
Годы |
индексы |
Годы |
индексы |
|||||
|
Ель |
Сосна |
Ель |
Сосна |
|||||
|
1 |
1906 |
128,7 |
164,7 |
1 |
1902 |
77,2 |
51,8 |
|
|
2 |
1919 |
122,4 |
146,2 |
2 |
1910 |
80,6 |
39,9 |
|
|
3 |
1933 |
109,3 |
113,5 |
3 |
1913 |
83,6 |
79,7 |
|
|
4 |
1938 |
112,5 |
110,8 |
4 |
1929 |
76,3 |
86,0 |
|
|
5 |
1945 |
130,2 |
128,2 |
5 |
1940 |
68,0 |
79,8 |
|
|
6 |
1946 |
124,3 |
131,1 |
6 |
1941 |
76,9 |
57,0 |
|
|
7 |
1947 |
118,3 |
128,2 |
7 |
1942 |
59,2 |
57,0 |
|
|
8 |
1949 |
109,5 |
114,0 |
8 |
1955 |
86,5 |
87,0 |
|
|
9 |
1950 |
137,8 |
142,9 |
9 |
1956 |
73,7 |
68,3 |
|
|
10 |
1951 |
128,2 |
136,6 |
10 |
1957 |
83,3 |
80,7 |
|
|
11 |
1952 |
112,2 |
124,2 |
11 |
1958 |
80,1 |
74,5 |
|
|
12 |
1953 |
115,4 |
111,8 |
12 |
1968 |
85,7 |
86,6 |
|
|
13 |
1962 |
122,4 |
121,2 |
13 |
1977 |
81,6 |
83,7 |
|
|
14 |
1989 |
111,6 |
122,2 |
14 |
1986 |
82,6 |
77,8 |
|
|
15 |
1990 |
149,3 |
128,2 |
15 |
1997 |
89,6 |
70,5 |
|
|
122,1 |
128,3 |
79,0 |
72,0 |
|||||
Terra Humana
Рис. 4. Температура воздуха с нарастающим итогом в годы больших (А) и малых (В) приростов ели и сосны в районе геостанции «Железо».
ются в июне–августе в годы аномальных приростов. Есть основание заключить, что при незначительном различии годовых сумм осадков (в годы противоположных аномалий) это подтверждается линейными трендами (рис. 5). Наиболее существенное значение имеет их внутригодовое распределение и в особенности в период вегетации.
соотношение температуры воздуха и осадков, как известно, существенно зависит от обмена воздушных масс, и потому послужило основанием получить этому количественное подтверждение (рис. 6). распределение количества дней с меридиональной циркуляцией имеет хорошо выраженный сезонный ход накануне и в годы противоположных аномалий прироста деревьев. При этом наиболее значительные различия наблюдаются накануне и в годы наибольших величин прироста ели и сосны. Так, в годы с большим приростом минимально количество дней с меридиональной циркуляцией, что согласуется с максимальными температурами и осадками в период вегетации.
Анализ внутригодового распределения чисел Вольфа в годы противоположных аномалий показал, что накануне и в годы максимально больших приростов деревьев наблюдается высокая солнечная активность (рис. 7). Причем экстремальные значения попадают на август месяц, как и в распределении осадков, характеристик зональной циркуляции атмосферы и солнечной активности.
Индекс геомагнитной активности аа имеет выраженный сезонный ход с двумя максимумами и минимумом в июне. В годы больших приростов и накануне он имеет хорошо выраженное превышение над характеристиками в годы малых приростов (рис. 8).
Анализ распределения галактических космических лучей накануне и в годы противоположных аномалий прироста ели и сосны показал полную противофазу с распределением чисел Вольфа, что подтверждает общие представления о существенном снижении притока галактических космических лучей к Земле в период высокой активности солнца (рис. 9).
Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы:
– межгодовые изменения прироста ели и сосны в районе исследований имеют несущественные различия (рис. 1, 2), которые нивелируются при их осреднении по 10-летиям, коэф. корреляции 0,92 (рис. 3);
– для оптимальных условий формирования больших приростов деревьев необходимы высокие температуры воздуха накануне и в годы аномалий (рис. 4);
Рис. 5. Осадки в годы больших (А) и малых (В) приростов ели и сосны в районе геостанции «Железо». Коэф. корреляции 0,87.
Cреда обитания
Рис. 6. Меридианальная циркуляция атмосферы в годы больших (А) и малых (Б) приростов сосны и ели. Коэф. корреляции 0,82.
Terra Humana
Рис 7. Солнечная активность в годы больших (А) и малых (В) приростов ели и сосны в районе геостанции «Железо».
Рис. 8. Геомагнитная активность в годы больших (А) и малых (В) приростов ели и сосны. Коэф. корреляции 0,85.
Рис. 9. Галактические космические лучи в годы больших (А) и малых (В) приростов ели и сосны (по ст. Мурманск). Коэф. корреляции 0,81.
Cреда обитания
– большие приросты деревьев формируются при наличии большого количества осадков в период вегетации (в июне–августе) при минимальном вторжении холодных воздушных масс с севера (рис. 5, 6);
– факторы среды внеземного происхождения – солнечная и геомагнитная актив- ность, галактические космические лучи – являются фоновыми характеристиками природной среды, которые вносят свой вклад в изменение распределения гидрометеорологических элементов, и не исключено их непосредственное воздействие на рост и развитие древесных растений.
Список литературы Влияние факторов среды на изменчивость прироста древесных растений (на примере ели и сосны в долине Р. Луги)
- Битвинскас Т.Т. Дендроклиматические исследования. -Л., 1974. -172 с.
- Дергачев В.А., Чистяков В.Ф. 1993. 210-и 2400-летние солнечные циклы и колебания климата//Солнечный цикл. -СПб. -С. 112-130.
- Ловелиус Н.В. Дендроиндикация. Dendroindication. -СПб: ПАНИ, 2000. -313 с. (на русском и английском языке).
- Ловелиус Н.В. Дендроиндикация состояния лесных экосистем и природных условий (о. Ряжков, Кандалакшский залив)//Геология и эволюционная география. -СПб.: Изд-во «Эпиграф». 2005. -С. 188-196.
- Ловелиус Н.В. Дендроиндикация состояния хвойных на о. Валаам//Изв. РГО. Т. 131. -1999, Вып. 5. -С. 83-90.
- Ловелиус Н.В. Изменчивость прироста деревьев. -Л.: Наука, 1979. -232 с.
- Ловелиус Н.В. Изменчивость прироста деревьев. Дендроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий/Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. докт. биолог. наук. -Днепропетровск, 1981. -60 с.
- Ловелиус Н.В. Колебания прироста годичных колец хвойных на верхней границе леса в горных районах ССР/Автореф. дисс. на соиск. уч. cт. канд. географ. наук. -Л., 1970. -20 с.
- Ловелиус Н.В. Опыт применения дендрохронологического анализа для изучения изменений климата (на примере Восточного Саяна)//XIX Герценовские чтения. География и геология. -Л., 1966. -С. 34-36.
- Ловелиус Н. В. Становление дендроиндикации как направления научных и прикладных исследований. -СПб.: «Европейский дом». 2001. -312 с.
- Ловелиус В.Н., Грицан Ю.И. Лесные экосистемы Украины и тепло-влагообеспеченность. -СПб: ПАНИ, 1998. -336 с.
- Ловелиус Н.В., Колесников А.П. Характеристика среды в годы аномалий радиального прироста лиственницы в Санкт-Петербурге//LIX Герценовские чтения. -СПб., 2006. -С 36-43.
- Ловелиус Н.В., Колесников А.П. Факторы среды в годы аномальных приростов лиственницы на острове Валаам//LIX Герценовские чтения. -СПб., 2007. -С. 22-29.
- Логинов В.Ф., Шерстюков Б.Г., Оль А.И., Акатова Н.И. Индексы солнечной и геомагнитной активности. -Обнинск, 1991. -152 с.
- Чиркова Э.Н. Современная гелиобиология. -М.: Гелиос, 2005. -520 с.
- Lovelius N.V. Dendroindication of natural processes and antropogenic influences. -St.-Persburg: «World and Family-95», 1997. -320 p.
