Зависимость радиального прироста тополя бальзамического от климатических факторов в городе Архангельске
Автор: Лежнева Светлана Викторовна, Тюкавина Ольга Николаевна
Журнал: Общество. Среда. Развитие (Terra Humana) @terra-humana
Рубрика: Природная среда
Статья в выпуске: 1 (34), 2015 года.
Бесплатный доступ
Тополь бальзамический одна из перспективных древесных пород в лесном и лесопарковом хозяйстве на севере. Для выращивания устойчивых к внешним воздействиям насаждений необходимо изучить закономерности роста тополей и выявить лимитирующие факторы в развитии деревьев. Основой этого являются дендроиндикационные исследования. В результате анализа прироста тополя, произрастающего в разных районах Архангельска, выявлены годы с аномально большими и малыми температурами за вегетационный период не более 30°С, количество осадков от 60 до 70 мм, солнечная активность, выражаемая в числах Вольфа близкая к 80.
Дендроиндикация, климатические факторы, радиальный прирост, тополь бальзамический, экосистемы
Короткий адрес: https://sciup.org/14031869
IDR: 14031869
Текст научной статьи Зависимость радиального прироста тополя бальзамического от климатических факторов в городе Архангельске
Лежнева С.В., Тюкавина О.Н. Зависимость радиального прироста тополя бальзамического от климатических факторов в городе Архангельске // Общество. Среда. Развитие. – 2015, № 1. – С. 169–174.
Тополь бальзамический – одна из перспективных древесных пород в лесном и лесопарковом хозяйстве на севере. Это связано с его морозоустойчивостью, газо-устойчивостью, средней требовательностью к почвам и высокой продуктивностью. Для выращивания устойчивых к внешним воздействиям насаждений необходимо изучить закономерности роста тополей и выявить лимитирующие факторы в развитии деревьев. Основой таких исследований является дендрохронологическая информация. Влияние климатических факторов на рост тополя в условиях степи и лесостепи изучали Г.И. Редько [6], В.И. Шошин [9]. Для данных условий не было выявлено влияние среднесуточной температуры воздуха на прирост тополей и других пород по диаметру, но недостаточное количество осадков в течение вегетационного периода резко снизило общий прирост всех пород по диаметру и сократило период их роста. Сезонный ход роста ствола определяется в первой половине вегетации термическим режимом, а во второй – влагообеспеченнос-тью насаждений. Согласно исследованиям В.Е.Вихрова, Р.Т. Протасевича [1], Ф.З. Глебова [2], А.А. Молчанова [5], прирост годичного кольца в северных широтах зависит от температуры вегетационного периода, а в южных засушливых районах – от условий увлажнения. В промежуточных областях влияет как температура, так и увлажнение. Х. Лир, Г. Польстер, Г.И. Фидлер [4] указывают, что прирост деревьев тополевого типа (тополь, ива, береза, ольха, лиственница) зависит от условий погоды данного сезона, причем известную роль играет образование резервных веществ в предыдущем году. Согласно исследованиям Т.Ф. Дерюгиной [3], О.В. Толкач, С.Л. Соколова, А. Швайдер [7; 8], неблагоприятные погодные условия во второй половине вегетационного периода могут привести к снижению прироста в следующем году. Вопросы влияния метеорологических условий на
Среда обитания
прирост тополя на Европейском Севере изучены не достаточно.
Цель исследований – изучить межгодовые и многолетние изменения климатических показателей и динамики радиального прироста тополя бальзамического для выявления факторов, лимитирующих интенсивность роста.
Материалы и методы . Исследования проводились на территории различных районов города Архангельска. Протяженность Архангельска – 60 км. Поэтому можно выделить северную (Маймакса) и южную часть города (Варавино-Фактория). Исследованиями охвачена протяженность города в 17 км (рис. 1). Объект № 1 – рядовые посадки тополя вблизи жилых многоэтажных зданий в Ломоносовском округе по ул. Северодвинская. Объект № 2 – это рядовые посадки тополя вблизи жилых многоэтажных зданий, находится в округе Варавино-Фактория по ул. Воронина на расстоянии от предыдущего объекта 7 км. Объект № 3 – рядовые посадки тополя вблизи жилых двухэтажных деревянных домов, расположен от объекта №1 на расстоянии 10 км в Маймаксанском округе по улице Гидролизная.
На каждом объекте подбирали 10–11 модельных деревьев. У каждого модельного дерева определяли диаметр, высоту, категорию состояния, возраст, наличие патологии. Для изучения радиального прироста на высоте 1,3 м с северной стороны ствола отбирали керны приростным буравом.
Определение ширины годичного слоя проведено полуавтоматическим комплек-

Рис. 1. Схема расположения точек отбора кернов сом для распознавания годичных колец Линтаб-6 с точностью ±0,01 мм. В программе TSAP-Win совместимость составляла более 60%, что позволяет использовать данные для дальнейшего анализа.
Дендрограммы прироста тополя в разных районах города представлены на рис. 2. В динамике радиального прироста отмечается тенденция снижения прироста тополя по диаметру с 1991 г.
Общество. Среда. Развитие ¹ 1’2015

— ♦— Центр — ■- — Юг Север
Рис. 2. Фрагмент дендрограммы прироста тополя в разных районах Архангельска (1981–2013 гг.)
Серии годичных колец тополя в центральном и южном районах более продолжительные и составляют 48–54 года (1960, 1967–2013 гг.) в северном районе – около 30 лет (1981–2013), что связано с более поздним временем озеленения.
Результаты исследования. Измерения кернов тополя дали возможность определить межгодовую и многолетнюю изменчивость прироста деревьев в разных районах Архангельска. Абсолютные значения позволяют проследить параллельность хода прироста отдельных деревьев и установить диапазон колебаний прироста. Так, в центральной части он составляет 5,78 мм (3,97–9,75 мм), северной – 6,09 мм (2, 41–8,5 мм), наибольшая величина прироста в южной части города – 7,29 мм (от 3,48 до 10,87 мм).
Для приведения абсолютных значений прироста к сопоставимому виду и нивелирования «кривой большого роста», проводилось нормирование от 10-летней календарной норме.
Дендрограммы каждого типа леса сравнивались графически (рис. 3) для выявления параллельности в изменении прироста, а затем для более объективной оценки для них рассчитывались коэффициенты синхронности по формуле:

где А – разница в величине прироста между соседними годами в одном ряду;
В – разница в величине прироста между соседними годами в другом ряду;
|А+В| + – «вес» однонаправленных интервалов, обе разности с одним значком;
|A|+|В| – общий «вес» всех интервалов, сумма абсолютных величин всех разностей [10].
Наибольший коэффициент синхронности прироста отмечается центральной и южной частях города (табл. 1), наименьший – между тополями, произрастающими в центральном и северном районах г. Архангельска.
Таблица 1 коэффициент синхронности прироста в разных районах архангельска
Центр |
Юг |
Север |
|
Центр |
1 |
||
Юг |
0,72 |
1 |
|
Север |
0,65 |
0,67 |
1 |
Несмотря на выявленные различия, для всех пробных площадей были выбраны даты с одинаковыми отклонениями более 100% и менее 99% на всех пробных площадях. Выявлено 14 совпадений прироста за 33 года (что составляет 43% от всего ряда), из них больше нормы 8 (57%), меньше – 6 (43%) (табл. 2). Анализ роста тополей дал возможность выявить даты внутривековых изменений прироста.

— ♦— Центр — ■- — Юг Север
Рис. 3. Фрагмент дендрограммы прироста тополя в индексированных значениях в разных районах Архангельска (1981–2013 гг.)
Среда обитания
172 |
Таблица 2 Годы аном ально б ольших и малых приростов тополя |
|||||||
Годы максимальных приростов |
величина прироста. тип леса |
годы минимальных приростов |
величина прироста. Район |
|||||
Центр |
Юг |
Север |
Центр |
Юг |
Север |
|||
1987 |
101,18 |
108,43 |
122,76 |
1984 |
87,62 |
99,06 |
82,59 |
|
1989 |
102,40 |
120,48 |
103,79 |
1999 |
93,96 |
77,70 |
55,94 |
|
1990 |
112,31 |
121,26 |
125,00 |
2000 |
71,73 |
71,36 |
62,61 |
|
1991 |
105,00 |
122,40 |
134,45 |
2008 |
93,96 |
87,36 |
76,33 |
|
1993 |
107,67 |
106,27 |
119,74 |
2009 |
99,59 |
95,21 |
90,44 |
|
1994 |
115,70 |
115,03 |
101,78 |
2010 |
96,77 |
76,69 |
73,88 |
|
1995 |
123,06 |
107,41 |
107,42 |
|||||
2002 |
104,35 |
121,58 |
112,51 |
|||||
Среднее |
108,96 |
115,36 |
115,93 |
Среднее |
90,61 |
84,56 |
73,63 |

Рис. 4. Температура воздуха нарастающим итогом накануне и в годы максимальных (max) и минимальных (min) приростов тополей
Общество. Среда. Развитие ¹ 1’2015
Серии годичных колец использованы нами для определения влияния факторов среды на межгодовую и внутривеко-вую изменчивость роста деревьев. Для лет с синхронным аномально малым и большим приростом на четырех пробных площадях проведены выборки средних месячных значений температуры, осадков и солнечной активности. Более полное представление о значении факторов наблюдается при их анализе за 24 месяца: накануне и в годы аномалий.
Анализ распределения среднемесячной температуры с нарастающим итогом в годы с противоположными аномалиями (рис. 4) показал, что накануне аномально больших и минимальных приростов данный показатель находился практически на одном уровне. И в годы максимальных приростов, и в их предшествующие годы среднемесячная накопительная температура в вегетационный период составила не более 30°С. В годы минимальных приростов данный показатель превышал данное пороговое значение. Следовательно, среднемесячная накопительная температура порядка 30 °С является оптимальной для развития тополя.
Особенности распределения осадков накануне аномально больших приростов сосны отчетливо проявляются в июле (рис. 5). Именно в этот месяц отмечаются существенные различия в количестве осадков. Их повышенное количество неблагоприятно для высокого прироста текущего и следующего года.

Рис. 5. Количество осадков накануне и в годы максимальных (max) и минимальных (min) приростов

Рис. 6. Солнечная активность накануне и в годы максимальных (max) и минимальных (min) приростов тополей
Внутригодовое распределение осадков в годы благоприятные для роста отличается их большим количеством в феврале, марте и июне. Наибольшая потребность в воде у любого древесного растения, особенно у тополя, – в начале вегетационного периода, который характеризуется интенсивным ростом. В условиях Архангельска это вторая половина мая, июнь. Согласно рис. 5, в июне оптимальное количество осадков составляет 70 мм. Оптимальным количеством осадков для вегетационного периода является диапазон от 60 до 70 мм.
Изменения температуры и осадков происходят на фоне изменения характеристик солнечной активности. Значения чисел Вольфа были проанализированы по той же методике, что и метеорологические факторы (рис. 6).
Солнечная активность в годы предшествующие аномальным приростам в вегетационный период находится на одном уровне. В годы формирования максимальных радиальных приростов в вегетационные месяцы солнечная активность была снижена на 20% по сравнению с годами заложения минимальных приростов. Солнечная активность в год заложения радиального прироста тополя находится на уровне 80. Аналогичные исследования проводились в сосняках, произрастающих в различных условиях. Для сосны так же благоприятна солнечная активность на уровне 80. Следовательно, солнечная активность выражаемая числом Вольфа на уровне 80 в год заложения годичного слоя является оптимальной для формирования максимального радиального прироста у древесных пород в городе Архангельске.
Среда обитания
Отношения факторов в годы максимальных приростов к годам минимального прироста (%)
Фактор среды |
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
IX |
X |
XI |
XII |
Среднее |
темпер. накануне |
110 |
73 |
70 |
1650 |
109 |
106 |
96 |
100 |
87 |
22 |
141 |
135 |
179 |
Tемпер. в год аном. |
102 |
103 |
86 |
152 |
87 |
106 |
88 |
99 |
87 |
86 |
160 |
108 |
105 |
Осадки накануне |
79 |
110 |
123 |
122 |
86 |
94 |
57 |
63 |
101 |
91 |
85 |
81 |
91 |
Осадки в год аном. |
105 |
128 |
112 |
86 |
79 |
128 |
66 |
86 |
96 |
83 |
105 |
107 |
98 |
W накануне |
196 |
210 |
154 |
140 |
99 |
96 |
102 |
117 |
131 |
135 |
116 |
159 |
138 |
W в год аном. |
133 |
103 |
84 |
95 |
78 |
81 |
80 |
117 |
120 |
119 |
87 |
112 |
101 |
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. 3 (жирным шрифтом выделены максимальные и минимальные значения каждого фактора накануне и годы аномалий). Диапазон колебаний внутригодовых различий в таком построении дает возможность проследить, в какие месяцы накануне и в годы аномалий имеют преобладающее значение сочетание факторов.
Средние годовые характеристики позволяют сделать вывод о преобладающем влиянии на радиальный прирост тополя температуры и солнечной активности.
выводы. В результате исследования прироста тополя, произрастающего в разных районах Архангельска выявлены годы с аномально большими и малыми условиями прироста. Исследования межгодовых различий прироста годичных колец тополя показали: согласованность в многолетнем ходе и одинаковый отклик на изменения условий среды. На благоприятные условия тополь в разных условиях произрастания реагирует синхроннее, чем на негативные. Выявлены оптимальные уровни климатических факторов для развития тополя: средняя накопительная температура за вегетационный период – не более 30°С, количество осадков – от 60 до 70 мм, солнечная активность, выражаемая в числах Вольфа, составляет 80.
Общество. Среда. Развитие ¹ 1’2015
Список литературы Зависимость радиального прироста тополя бальзамического от климатических факторов в городе Архангельске
- Вихров В.Е., Протасевич Р.Т. Прирост древесины сосны в связи с условиями обитания и изменения погоды//Экология древесных растений. -Минск, 1965. -С. 92-100.
- Глебов Ф.З. Влияние гидрологических и метеорологических особенностей на производительность и рост древостоев болотных лесов//Осушение лесных земель. Тезисы докладов советско-финского симпозиума. Петрозаводск, 22 июня, 1978. -Л., 1978. -С. 76-78.
- Дерюгина Т.Ф. Сезонный рост лиственных древесных пород. -Минск: Наука и техника, 1984. -120 с.
- Лир Х., Польстер Г., Фидлер Г.-И. Физиология древесных растений. -М.: Лесная промышленность, 1974. -424 с.
- Молчанов А.А. Продуктивность органической массы в лесах различных зон. -М.: Наука, 1971. -275 с.
- Редько Г.И. Биология и культура тополей. -Л.: Издательство Ленинградского университета, 1975. -174 с.
- Толкач О.В. Влияние запасных питательных веществ на формирование водопроводящих путей у березы повислой (Betula pendula Roth.)//Лесной вестник МГУЛ. -2008, № 3. -С. 88-90.
- Толкач О.В., Соколов С.Л., Шайдер А. Реакция годичного прироста на внешние условия в зависимости от степени толерантности березового древостоя//Лесной журнал. -2007, №3. -С. 14-20.
- Шошин В. И. Особенности роста тополя и березы в полезащитных полосах сухой степи//Биологические основы защитного лесоразведения в Западной Сибири. -М., 1983. -С. 84-92.
- Феклистов П.А. К методике установления сходства дендрохронологических рядов//Дендроклиматические исследования в СССР: тез. докл. III Всесоюз. конф. -Архангельск, 1978. -С. 71-72.