CC BY
74
Terra Humana
УДК 630.5 ББК 43.4
Н.В. Ловелиус, А.Д. Трофимова
АНОМАЛИИ ПРИРОСТА СОСНЫ КОРЕЙСКОЙ В ЮЖНОМ И СРЕДНЕМ СИХОТЭ-АЛИНЕ И ФАКТОРЫ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
Рассматривается изменения радиального прироста сосны корейской в Среднем и Южном Сихотэ-Алине и его связь с факторами природной среды - температурой, осадками, циркуляцией атмосферы, элементарными циркуляционными механизмами, солнечной и геомагнитной активностью.
Ключевые слова:
геомагнитная активность, осадки, прирост, сосна корейская, солнечная активность, температура, циркуляция атмосферы, элементарные циркуляционные механизмы.
Горная страна Сихотэ-Алинь на юго-востоке России вытянута вдоль берега Японского моря на 1200 км, его ширина -200-250 км и средняя высота вершин -800-1000 м. Состоит из ряда хребтов, массивов, плато, разделенных глубокими долинами многочисленных рек.
Работа выполнена на основе отобранных образцов из трех районов Среднего и Южного Сихотэ-Алиня (рис. 1). Самая северная точка взятия кернов - в орехо-про-
Рис.1. Места отбора образцов в районе исследований.
Цифрами на карте обозначены:
1 - Восток
2 - Сихотэ-Алиньский заповедник
3 - Верхнеуссурийский стационар
. ^ **“*% JWbHErore‘ -с~~“ У?»™ 'V. 3
...
I - ОУССУРИИС* I .
І Терті»»*
і
;*5“
* f oCmnmmmm
.....-5
s> moatAj фВрмп»
Мм Jr
Гrpt femw»
мысловой зоне вблизи поселка Восток-2 (N 46° 45’ 49”; Е 135° 82’ 13”), где было отобраны керны из 15 модельных деревьев (по 2 образца-керна с каждого дерева) в кедрово-широколиственном папоротниковоразнотравном лесу. Средняя продолжительность серий годичных колец - 250 лет, максимальная - 394 года.
Второй точкой взятия образцов был Сихотэ-Алиньский государственный природный биосферный заповедник в Терней-ском районе (М 45° 06’ 58”; Е 135° 51’ 99”). Территория заповедника находится в центральной части обширного горного сооружения Сихотэ-Алинь, с 2000 г. площадь заповедника составляет 401 428 га и включает 2 900 га акватории Японского моря. В настоящее время это самый крупный хорошо охраняемый природный резерват в поясе хвойно-широколиственных лесов Евразии и Америки [13]. В заповеднике был собран материал вблизи кордона «Кабаний» с постоянной пробной площади (Ф-5-1999) в кедрово-еловом с тисом папоротниково-разнотравном лесу. Керны взяты у 10 модельных деревьев сосны корейской, по которым получены серии годичных колец со средней продолжительностью ряда 320 лет и с максимальной - 333 года.
На Южном Сихотэ-Алине керны отобраны на Верхнеуссурийском
биогеоценотическом стационаре Биолого-почвенного института ДВО РАН ^ 44° 00’ 27”; Е 133° 51’ 75”), расположенного в бассейне р. Правая Соколовки (приток IV порядка р. Уссури) в пределах высотных отметок от 440 до 1108 м над ур. м. Он занимает площадь около 4,5 тыс. га. На пробной площади № 401983 (пп. № 40-1983) по два керна было взято с 8 модельных деревьев сосны корейской в пихтово-еловом лесу с кедром и березой желтой. Средняя продолжительность серии измерений - 220 года, а максимальная - 271 год.
В задачи нашего исследования входило: 1) проследить особенности формирования радиального прироста сосны корейской из разных мест произрастания, 2) определить распределение метеорологических и гелиофизических факторов в годы аномальных изменений радиального прироста деревьев.
Методика взятия и последующая обработка образцов, интерпретация результатов опубликованы ранее [5-7; 1012]. Измерения проводились в Лаборатории дендрохронологии на полуавтоматических установках Lintab-5, на базе организации НПСА «Здоровый лес», при сотрудничестве с кандидатами наук С.Б. Паль-чиным и Д.Е. Румянцевым (Московский государственный университет леса). Они не только дают возможность обрабатывать полевой материал, но и сами публикуют интересные работы [1], их многочисленные публикации о жизни леса можно найти в журналах «Лесной вестник», «Здоровый лес» и на сайте - www.zles.ru.
Измерения были переведены в миллиметры (1 мм - 100 ед. шк.), по ним построена сводная таблица по трём районам исследования (табл. 1), для приведения серий к сравнимому виду выполнены расчёты отклонений от 10-летней календарной нормы. В группы
Таблица 1 245 Обобщённая серия годичных колец сосны корейской из трёх районов исследования (1800-2009 гг.)
Годы 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1800 1,13 1,25 1,38 1,4 1,23 1,36 1,60 1,33 1,18 1,13
1810 1,22 1,24 1,11 1,02 1,12 1,01 0,98 1,22 1,3 1,29
1820 1,39 1,19 1,27 1,11 1,24 1,17 1,24 1,00 1,05 1,11
1830 1,13 1,22 1,34 1,22 1,12 1,24 1,20 1,08 1,09 1,12
1840 1,02 0,91 1,04 1,03 0,97 0,99 1,14 1,18 1,23 1,08
1850 0,92 0,89 0,93 1,34 1,62 1,86 1,56 1,52 1,67 1,44
1860 1,31 1,30 1,36 1,42 1,55 1,39 1,40 1,43 1,37 1,09
1870 1,23 1,15 1,19 1,26 1,27 1,20 1,24 1,54 1,59 1,43
1880 1,46 1,52 1,36 1,11 1,25 1,02 1,15 1,28 1,45 1,46
1890 1,54 1,39 1,40 1,31 1,41 1,26 1,14 1,39 1,31 1,14
1900 1,25 1,46 1,32 1,41 1,35 1,29 1,42 1,31 1,28 1,31
1910 1,23 1,21 1,08 0,89 1,05 1,07 0,95 1,14 1,20 0,96
1920 1,07 1,08 1,11 1,11 1,15 1,21 1,40 1,43 1,38 1,45
1930 1,49 1,44 1,28 1,05 1,05 1,02 1,01 1,04 1,13 1,20
1940 1,17 1,06 1,13 1,11 1,22 1,36 1,31 1,19 1,20 0,97
1950 1,19 1,36 1,28 1,05 1,03 1,07 1,25 1,19 1,07 1,05
1960 1,17 1,28 1,52 1,48 1,28 1,05 0,93 0,93 1,01 0,98
1970 1,07 1,11 1,11 0,99 1,03 0,94 0,93 0,99 0,94 0,92
1980 1,04 1,01 1,01 1,39 1,11 1,17 1,04 1,15 0,94 1,05
1990 1,17 1,09 0,96 0,89 1,21 1,18 1,26 1,03 0,93 1,03
2000 1,00 1,13 1,12 0,62 0,77 0,81 0,84 0,72 1,18 0,90
Таблица 2
Годы аномально максимальных и минимальных отклонений прироста кедра
№ Мах (К) Мт (К)
годы ПП40 Вост Сих-Ал годы ПП40 Вост Сих-Ал
К К К К К К
1 1820 113,1 122,7 118,0 1813 86,65 90,12 89,72
2 1848 115,6 121,3 111,7 1827 81,69 90,03 83,57
3 1858 111,7 141,3 116,4 1850 50,47 77,73 79,30
4 1878 118,8 114,5 135,5 1851 54,87 69,70 72,78
5 1881 119,4 106,5 123,3 1852 62,70 65,97 74,92
6 1890 112,0 120,2 115,2 1869 75,31 83,31 82,86
7 1918 109,1 112,8 111,1 1885 67,80 78,25 86,72
8 1929 120,4 112,6 120,1 1896 88,67 81,05 88,35
9 1930 111,9 117,0 147,5 1913 83,65 83,22 81,53
10 1931 121,1 108,3 139,9 1916 86,87 90,82 85,11
11 1951 126,1 118,1 109,5 1966 89,93 74,52 78,56
12 1962 129,1 117,0 146,0 1967 76,13 89,74 73,05
13 1963 123,8 129,7 128,0 1993 89,84 73,10 87,29
14 1983 137,3 125,8 115,9 1998 90,17 82,78 86,52
15 2001 115,2 141,1 113,8 2004 87,89 88,16 75,11
сред 119,0 120,6 123,4 сред 78,18 81,23 81,69
Среда обитания
Terra Humana
противоположных аномалий прироста включены годы с наибольшими отклонениями (табл. 2) для них выполнены выборки среднемесячных значений факторов среды: температуры, осадков, солнечной (W) и геомагнитной (аа) активности и меридиональной северной группы циркуляции (ЭЦМ). В основу выборок включены годы аномалий по ряду минимальной продолжительности за 200 лет.
Анализ многолетних (внутривековых) изменений выполнен относительно реперов солнечной и геомагнитной активности, приведённых в таблице 3.
Предварительная обработка данных наблюдений на метеостанциях Красный Яр (Восток), Терней (Сихотэ-Алиньский заповедник), Чугуевка (Верхнеуссурийский стационар) показала, что в многолетнем ходе они хорошо согласуются, но имеют меньшую продолжительность (рис. 2), поэтому инструментальные наблюдения по среднемесячной температуре воздуха и сумме осадков были взяты по метеостанции Владивосток-Обсерватория, т.к. эта станция имеет наиболее продолжительный ряд наблюдений.
Для анализа реакции сосны на изменения факторов среды нами использовано распределение метеорологических эле-
Таблица3 Годы экстремумов солнечной (”^ и геомагнитной (аа) активности
№ п.п. max W min W max aa min aa
1 1830 1823 1872 1879
2 1837 1833 1882 1890
3 1848 1843 1892 1901
4 18б0 185б 1910 1913
5 1870 18б7 1919 1924
б 1883 1878 1930 1934
7 1893 1889 1943 1945
8 1905 1901 1951 1954
9 1917 1913 19б0 19б5
10 1928 1923 1974 1980
11 1937 1933 1982 1987
12 1947 1944 1991 1997
13 1957 1954
14 19б8 197б
15 1979 198б
1б 1989 199б
17 2000
ментов и геофизических характеристик в их внутригодовом и многолетнем ходе. Для реализации многолетнего хода элементов использовался метод наложенных
-1,5
годы
Рис. 2. Средние годовые температуры воздуха на метеостанциях: В - Владивосток, Т - Терней, Ч - Чугуевка, К - Красный Яр (коэффициент корреляции равен 0,7).
Рис. 3. Температура воздуха с нарастающим итогом во Владивостоке накануне и в годы больших (1) и малых приростов деревьев (2).
мм
накануне месяц в годы аномалий
Рис. 4. Осадки во Владивостоке накануне и в годы больших (1) и малых приростов деревьев (2).
эпох, в качестве реперов использованы даты максимумов и минимумов 11-летних циклов солнечной и геомагнитной активности (табл. 3).
Распределения температуры воздуха накануне и в годы аномалий показало, что благоприятными для роста деревьев являются более низкие температуры в годы с аномально большими приростами, а накануне распределение температур при меньших амплитудах было противоположным (рис. 3). Эту особенность распределения температуры подчёркивают линейные тренды.
Внутригодовое распределение осадков показало, что резкое и обильное их выпадение в сентябре накануне дат с аномальными приростами неблагоприятно влияет на ход роста сосны (рис. 4). А равномерное выпадение осадков в период вегетации с
мая по сентябрь - способствует увеличению прироста годичных колец.
Метеорологические данные метеостанции Владивосток, использованные в работе, несколько отличаются от абсолютных значений многолетних характеристик ближайших к месту взятия образцов станций, но это не меняет общих представлений о соотношении их в годы противоположных аномалий прироста деревьев.
Для представления об уровне различий характеристик температур и осадков в годы противоположных аномалий выполнены расчеты отношения значений в годы максимумов к данным в годы минимумов (рис. 5). Благоприятными для роста сосны являются обильные осадки в период вегетации при низких температурах. Линии трендов пересекаются в июне.
Среда обитания
Terra Humana
месяцы
Рис. 5. Отношение средних месячных значений температуры воздуха (Т) и атмосферных осадков (Р) в годы противоположных аномалий прироста сосны корейской.
Таблица 4
Внутригодовые колебания циркуляции атмосферы северного полушария (дни) в годы аномально больших и малых приростов годичных колец сосны корейской в Среднем и Южном Сихотэ-Алине по типизации Б.Л. Дзердзеевского
Месяцы Дни / % отн-я
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
1) группа (ЭЦМ 1а-2в)
Макс. 2,111 1,111 3,444 3,222 1,333 2,556 3,667 5,556 1,556 4,556 0,889 3,778 33,78
185,0%
Мин. 0,86 1,14 1,43 0,86 1,71 2 4,29 2,43 1,57 1 0,86 0,14 18,29
2) группа (ЭЦМ 8а-12г)
Макс. 18,89 17 22,78 19 18,89 10,78 12,44 14,89 19,33 14,89 15,22 16,89 201
94,7%
Мин. 20,71 16,86 21,86 19,71 18,86 12,43 13,57 13,86 18,14 17,57 17,57 21,14 212,3
3) группа (ЭЦМ 13з и 13л)
Макс. 1,44 3,33 0,22 1,67 0,33 3,89 5,56 3,44 3,78 4,89 2,89 4 35,44
66,2%
Мин. 4,571 3 2,857 2,143 1,714 5,429 6,857 8 4 5,571 5,571 3,857 53,57
4) группа (ЭЦМ 3-7бл)
Макс. 8,556 6,333 5,556 6,444 9,222 12,78 9,444 8,111 5,222 6,444 10,78 6,778 95,67
132%
Мин. 3,429 4 5,714 5,286 7,571 8,571 4,286 8,143 7,571 6,857 5,286 б 72,71
На распределение метеорологических элементов существенное влияние оказывают изменения циркуляции атмосферы. В работе использованы данные каталога элементарных циркуляционных механизмов (ЭЦМ) Б.Л. Дзердзеевского [8], из его «календаря» выполнены выборки количества дней по 4-м группам:
1) Зональная группа циркуляции (ЭЦМ 1а-2в);
2) Меридиональная северная группа циркуляции (ЭЦМ 8а-12г);
3) Меридиональная южная группа циркуляции (ЭЦМ 13з и 13л);
4) Группа нарушения зональности (ЭЦМ 3-7бл).
В табл. 4 приведены результаты расчётов повторяемости ЭЦМ за каждый месяца и за год (в днях), а также показано их отношение (в %). В годовом исчислении
наибольшие различия за год проявляются в годы противоположных аномалий прироста в повторяемости зональной группы циркуляции (185%), за ней следует группа нарушения зональности (132%), преобладание этих типов циркуляции создают благоприятные условия для роста деревьев. Неблагоприятные условия создаются для роста деревьев в годы с меридиональным южным типом циркуляции (66,2%) и в меньшей мере с меридиональным северным (94,7%).
Для роста деревьев существенное значение имеет распределение факторов среды и в том числе циркуляции атмосферы в отдельные месяцы и сезоны года, что хорошо прослеживается путём расчета отношений элементов циркуляции в годы противоположных аномалий, как было показано на рис. 5. Аналогичные расчёты выполнены и на материале повторяемости типов циркуляции (рис. 6), что дало возможность проследить, насколько велик диапазон различий каждой группы ЭЦМ. Наибольшие амплитуды оказались характерными для группы нарушения зональности (группа 4 (ЭЦМ 3-7бл): так, в январе различия составили 250, в июле - 220, а в
сентябре - 204%. Особое значение имеет преобладание этого типа циркуляции в период вегетации. Почти полная противоположность наблюдается в распределении отношения 3-й группы меридиональной южной циркуляции, что подтверждается отрицательным коэффициентом корреляции (-0,12). Только в январе и декабре отмечается переход отношения через норму на 11 и 4% соответственно, при этом самые глубокие минимумы были в марте (7,7%) и в мае (19,3%). Противоположные тенденции в годовом изменении циркуляции 3-й и 4-й групп отчётливо подчёркивают их линейные тренды. В тоже время характеристика колебаний меридиональной северной группы ЭЦМ незначительно изменяется во все месяцы года.
В отдельную таблицу 5 выделены сведения о зональной группе циркуляции (ЭЦМ 1а - 2в), имеющей наибольшие амплитуды колебаний: минимальные значения в мае, июле, ноябре имеют значения 78, 86, и 80%; максимальные - в апреле, августе, октябре, декабре равны 378, 229, 456, 2699% соответственно. Эти характеристики различий безусловно сказываются на изменении природных условий, влияющих на
Рис. 6. Отношение повторяемости (дни) типов циркуляции в годы с большим приростом к данным в годы с малым: 2 - меридиональная северная группа циркуляции (ЭЦМ 8а - 12г); 3 - меридиональная южная группа циркуляции (ЭЦМ 13з и 13л); 4 - группа нарушения зональности (ЭЦМ 3 - 7бл).
Зональная группа циркуляции (ЭЦМ 1а - 2в)
Таблица 5
Аном. I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Макс. 2,111 1,111 3,444 3,222 1,333 2,556 3,667 5,556 1,556 4,556 0,889 3,778
отн. 245 97 240,8 374,7 78,4 127,8 85,5 228,6 99,1 455,6 80,1 2699
Мин. 0,86 1,14 1,43 0,86 1,71 2 4,29 2,43 1,57 1 0,86 0,14
Среда обитания
Terra Humana
250 w
70 -і
накануне месяц в годы
Рис. 7. Распределение солнечной активности накануне и в годы больших (1) и малых (2) приростов сосны корейской.
аа
накануне месяц в годы
Рис. 8. Распределение геомагнитной активности в годы больших (1) и малых (2) приростов сосны.
формирование лесорастительных условий в районе исследований.
В годы накануне дат аномальных приростов сосны корейской благоприятно влияют на прирост большие значения солнечной активности, максимум которых приходится на август месяц, и их отношение равно 151,8%. Разница между суммами за период вегетации накануне равно 102,3, а в годы аномалий происходит смена знака и разница сумм равна минус 4,01 (рис. 7).
Накануне и в годы с аномально большими приростами показатели геомагнитной активности были больше, что положительно влияло на ход роста сосны корейской в разных районах исследования (рис. 8).
Для представления об уровне различий характеристик солнечной и геомаг-
нитной активности в годы противоположных аномалий выполнены расчеты отношения значений в годы максимумов к данным в годы минимумов (рис. 9). В годы максимумов прироста наблюдаются высокая геомагнитная активность и низкая активность солнца, что наиболее отчётливо прослеживается по положению линейных трендов.
Анализ прироста сосны корейской в 15летней матрице (когда за «0»-й год приняты даты максимумов и минимумов 11-летних циклов) дает возможность проследить изменения прироста за 7 лет до дат максимумов/минимумов и за 7 лет после их прохождения (рис. 10). Накануне максимумов прироста наблюдается минимум солнечной активности на -4-й год, после чего
месяцы
Рис. 9. Отношение средних месячных значений солнечной (W) и геомагнитной (аа) активности в годы противоположных аномалий прироста сосны.
Рис. 10. Изменения солнечной активности в годы максимумов (1) и минимумов11-летних циклов (2) в интегральном исчислении (коэффициент корреляции равен -0,65).
идет плавный подъем, который продолжается до +3-го года. В годы минимумов наблюдается зеркальная картина изменений прироста с максимальными амплитудами в -4-й год. Коэффициент корреляции в многолетнем ходе кривых равен -0,65.
Аналогичным образом методом наложенных эпох были обработаны данные по приросту сосны корейской в эпохи максимумов геомагнитной активности, что показало отчетливое увеличение роста деревьев, начиная с -4-го года до +2-го года, после чего наступает спад до +7-го года (рис. 11). В эпохи минимумов такой отчетливой картины не наблюдается, что
дает основание говорить о благоприятном воздействии геомагнитной активности в эпохи максимумов. Этот результат дает основание использовать даты максимумов для прогноза прироста сосны корейской.
Изучению лесов России и Дальнего востока посвящена огромная литература, но в нашей работе использована только часть источников [2—4; 9].
Выполненные исследования дали возможность определить локальные, региональные и глобальные факторы природной среды, которые создают благоприятные и отрицательные условия для роста сосны
Среда обитания
Terra Humana
корейской в районе исследований. Отчётливо выраженное увеличение прироста в эпохи максимума геомагнитной активности может быть использовано для прогноза изменений прироста деревьев.
Авторы приносят благодарность доктору географических наук, профессору А.Ю. Ретею-му (МГУ им. М.В. Ломоносова); доктору биологических наук, профессору Т.А. Комаровой (Биолого-почвенного институт ДВО РАН); кандидатам сельскохозяйственных наук С.Б. Пальчину и Д.Е. Румянцеву (МГУЛ) за помощь при сборе, обработке материалов и подготовке этой работы к публикации.
Список литературы:
[1] Александрова Н.С., Коровин В.В., Коротков С.А. и др. Дендрохронологическая информация в ле-соводственных исследованиях. - М.: Изд. Московского государственного университета леса, 2007. -138 с.
[2] Алексеев В.А., Марков М.В. Статистические данные о лесном фонде и изменение продуктивности лесов России во второй половине ХХ века. - СПб.: Санкт-Петербургский лесной экологический центр, 2003. - 272 с.
[3] Жильцов А.С. Гидрологическая роль горных хвойно-широколиственных лесов Южного Приморья. - Владивосток: Дальнаука, 2008. - 331 с.
[4] Колесников Б.П. Кедровые леса Дальнего Востока. - М. -Л.: Изд-во АН СССР, 1956. - 261 с.
[5] Комарова Т.А., Ловелиус Н.В., Ахмедьянов С.А., Глушко С.Г., Сапожников А.П., Шакирзянова А.Г. Материалы к характеристике послепожарного лесовосстановительного ряда лещинного кедровника с темнохвойными. - Владивосток: ВИНИТИ, 1990. - 56 с.
[6] Комарова Т.А., Ловелиус Н.В., Жильцов А.С. Индикация природных процессов в лесах среднегорного пояса Южного Сихотэ-Алиня. - Владивосток: Дальнаука, 2009. - 200 с.
[7] Комарова Т.А., Ловелиус Н.В., Жильцов А.С. Индикация природных процессов в лесах среднегорного пояса Южного Сихотэ-Алиня. - Владивосток: Дальнаука, 2009. - 200 с.
[8] Кононова Н.К. Классификация циркуляционных механизмов Северного полушария по Б.Л. Дзерд-зеевскому. - М.: Воентехниииздат, 2009. - 372 с.
[9] Кудинов А.И. Широколиственно-кедровые леса Южного Приморья и их динамика. - Владивосток: Дальнаука, 2004. - 368 с.
[10] Ловелиус Н.В. Изменчивость прироста деревьев. Дендроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий. - Л.: Наука, 1979. - 232 с.
[11] Ловелиус Н.В., Комарова Т.А. Прирост деревьев в Южном Сихотэ-Алине и факторы среды / Лесные экосистемы Северо-Восточной Азии и их динамика. Мат. межд. конф. 22-26 августа 2006 г. - Владивосток, 2006. - С. 119-121.
[12] Ловелиус Н.В., Комарова Т.А., Вон-Кей Пак, Ле Д.К., Канг Х.С. Дендроиндикация условий произрастания Ртш Koraiensis Siebold е1 Zucc. в Южном Сихотэ-Алине // Общество. Среда. Развитие. -2007, № 1. - С. 121-132.
[13] Растительный и животный мир Сихотэ-Алиньского заповедника. - Владивосток: Изд. ОАО «Прим-полиграфкомбинат», 2006. - 436 с.
ГОДЫ
Рис. 11. Изменения прироста сосны в годы максимумов геомагнитной активности в интегральном исчислении.
