CC BY
128
УДК 630.5+551.5 ББК 43.4+20.3
Н.В. Ловелиус, А.Н. Соболев
изменения прироста деревьев и элементов климата на соловецком архипелаге
Цепь 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.
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
Среда обитания
еиешпн ВПВ]_
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
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: 18901899, 1900-1909 и 1910-1919 гг. За теплые сезоны принимались годы с суммой температур больше 52°С.
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°С, средняя температура в суровые зимы составила 51°С. К теплым зимам отнесены годы с отрицательными температурами выше -25,2°С. Разность средних темпера-
Анализ температуры воздуха и сумм осадков основан на материале средних месячных данных, которые рассчитаны для теплой и холодной частей года [1]. По ним получены средние десятилетние значения этих пок азателей и пост роены рис. 1, 2.
По сумме температур в теплую часть года самыми теплыми были сезоны: 1897, 1901, 1906, 1921, 1934, 1936, 1937, 1938, 19У3, 1961, 1967, 1974, 1989, 2000 гг., а самыми холодными - 1892, 1899, 1902, 1916, 19)18,
"С
Рис. 1. Суммы средних месячных температур воздуха (IV-X мес.) на о. Большой Соловецкий по десятилетиям (1890-2008 гг.).
тур в суровые и теплые зимы составила 31°С, 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; 19801989; 2000- 2008 гг. с продолжительностью 138, 139, 145, 144 дня соответственно (рис. 3).
/
/
/
V-/
V/
1940
1950
.-А
Г
■ "1970 /
'Л 1
\ і %80
V
1960
Рис. 2. Сумма средних месячных температур в холодную часть года по десятилетиям на о. Большой Соловецкий (1890-2008 гг.)
иболее четко выявляются три минимума 1910-1919, 1940-1949, 1990-1999 гг., отчетливо проявляются максимумы осадков в 1900-1909, 1920-1929, 1950-1959 гг. Следует 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 мож ет 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 рост;! 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 большие амплитуды внутривековых колебаний (рис. 5).
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 холодн ую часть года их выпадает 192,5 мм (или 34,8% от годовой нормы), в теплую — 3(31,1 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-
Рис. 5. Дендрограмма отклоненийприроста ели на о. Большой Соловецкий от 10-летней календарной нормы: А - ЕК >100%; Б - ЕК < 99,9%.
90 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
1930
С
Среда обитания
Рис. 16. Дендрограмма прироста сосны по сумме отклонений от 10-летней календарной нормы на о. Большой Соловецкий: А - ЕК > 100%;
Б -ЕК < 99,9%е.
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 18301839 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 нх средних месячных значений для лет с аномально большими и малыми приростами (табл. 3). На основании расчетов их
Таблица 3 Годы аномально больших и малых приростов г.к.
ЕЛЬ СОСНА
№ п/п К>120% № п/п К<80% № п/п К>110% № п/п К<90%
МАКС МИН. МАКС. 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 19859) 13 1968 13 1977
14 1981 14 1990 14 1971 14 19)87
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 так же имеет выраженные различия в их внутригодовом распределении (рис. 8).
°С ЕЛЬ
24 -14 - /Л И 1 1 V Б
4 - месяцы і //
-6 - I II III IV V VI \ / 'II VIII IX X XI XII
-16 - \
-26 -
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.
для ели и сосны существенно различаю т-ся. Наиболее полное представление о соотношении чисел Вольфа в годы противоположных аномалий прироста деревьев дают расчеты их отношений (табл. 4).
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
Рис. 9. Внутригодовое распределение чисел В он ьфа (IV) в годы аном ально 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), длят сосны - 12,9% (73,085,9). 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
о
О
Terra Humana
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 10-4,4 8б,1 78,7 87,8 90,4 82,3 87,3
Для сосны 84,5 73 7б,3 73,3 84 82,9 85,б 85,9 77,1 80,4 7б,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 отношен ий ос адк ов с чис лами Вольфа (рис:. 11). Только 15 марте и мае имеет место противофаза во внутригодовом распределении этих элементов.
сосны; выявить связь прироста деревьев с температурой, осадками, солнечной активностью;
Рис. 11. Отношения осадков и чисел Вольфа в годы противоположных аномалий прироста ели. Коэффициент корреляции 0,654.
Установлено, что метеорологические условия и прирост деревьев находятся в тесной зависимости от солнечной активности.
Перечисленные результаты, полученные по данным инструментальных наблюдений и приросту деревьев на о. Большой Соловецкий, могут быть отнесены к «чистому опыту» в природе, так как на острове нет никакой промышленности. Они в полной мере составляют основу слежения за изменениями природной среды на архипелаге.
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:
1. 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).
2. Ипатов Л.Ф., Косарев В.П, Проурзин Л.И., Торхов С.В. Леса Соловецкого архипелага. - Архангельск: ГУП «СОЛТИ», 2009. - 244 с.
3. Климат Карелии: Изменчивость и влияние на водные объекты и водосборы / отв. ред. Н.Н. Филатова. - Петрозаводск: Карельский научный центр РАН. 2004, - 224 с.
4. Ловелиус Н.В. Дендроиндикация. Dendroindication. - СПб: Петровская академия наук и искусств, 2000. - 313 с.
5. Ловелиус Н.В. Изменчивость прироста деревьев. Дендроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий. - Л.: Наука, 1979. - 232 с.
6. 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.
7. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Части 1-6. Вып. 3. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - С. 693.
8. Сазонов Б.И. Суровые зимы и засухи. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 240 с.
9. 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.
10. Шварцман Ю.Г., Болотов И.Н. Пространственно-временная неоднородность таежного биома в области плейстоценовых материковых оледенений. - Екатеринбург: УрО РАН, 2008. - 302 с.
