CC BY
33
ПРИРОДНАЯ СРЕДА
УДК 630.238 ББК 26.8, 43
С.в. Дежнева, О.Н. Тюкавина
зависимость радиального прироста тополя бальзамического от климатических факторов в городе Архангельске
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 малымия температура за вегетационный период не более 30°С, количество осадков от 60 до 70 мм, солнечная активность, выражаемая в числах Вольфа близкая к 80.
Ключевые слова:
дендроиндикация, климатические факторы, радиальный прирост, тополь бальзамический, экосистемы.
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.
© Лежнева Светлана Викторовна - аспирант, Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена,
Санкт-Петербург; e-mail: lezhnevasv@mail.ru © Тюкавина Ольга Николаевна - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, Архангельск; e-mail: olga-tukavina@yandex.ru
Тополь бальзамический - одна из перспективных древесных пород в лесном и лесопарковом хозяйстве на севере. Это связано с его морозоустойчивостью, газоустойчивостью, 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. Гле-бова [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
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.
1991
о
1981
1991
Центр
2006 2011 года ■ Свер
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:
ни+дг
,
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;
|А| + |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.
%
150 130 110
1992
1981
1999
1996 2001
— - -Юг
2006 2011 годы Свер
Рис. 3. Фрагмент дендрограммы прироста тополя в индексированных значениях в разных районах Архангельска (1981-2013 гг.)
о
172 Таблица 2
Годы аномально больших 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
о
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.
%
120 110 100 90 80 70 60 50 40 30
Рис. 5. Количество осадков накануне и в годы максимальных (max) и минимальных (min) приростов
месяцы накануне
месяцы I в годыаномалий
I II III IV V V VI VIII IX X XI XII I II III IV V VI VI VIII IX X XI XII
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.
о
174 Таблица 3
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
Темпер. 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
Ш накануне 196 210 154 140 99 96 102 117 131 135 116 159 138
Ш 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.
о
Список литературы:
[1] 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.
[2] 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.
[3] Дерюгина Т.Ф. Сезонный рост лиственных древесных пород. - Минск: Наука и техника, 1984. - 120 с.
[4] Лир Х., Польстер Г., Фидлер Г.-И. Физиология древесных растений. - М.: Лесная промышленность, 1974. - 424 с.
[5] Молчанов А.А. Продуктивность органической массы в лесах различных зон. - М.: Наука, 1971. -275 с.
[6] Редько Г.И. Биология и культура тополей. - Л.: Издательство Ленинградского университета, 1975. -174 с.
[7] 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.
[8] 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.
[9] 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.
[10] Феклистов П.А. К методике установления сходства дендрохронологических рядов // Дендроклима-тические исследования в СССР: тез. докл. III Всесоюз. конф. - Архангельск, 1978. - С. 71-72.
