CC BY
70
УДК 582.475+58.02 ББК 28.5
Н.В. Ловелиус, С.Б. Пальчиков, А.Ю. Ретеюм
АНОМАЛЬНЫЕ ПРИРОСТЫ СОСНЫ В КАРЕЛИИ И ФАКТОРЫ СРЕДЫ
*
Рассмотрены изменения прироста годичных колец сосны в Карелии в связи колебаниями солнечной и геомагнитной активности, галактических космических лучей и циркуляции атмосферы северного полушария по типизации Б.Л. Дзердзеевского. Делается вывод о ведущей роли глобальных факторов среды в отличие от многочисленных работ, в которых определяющее значение в изменении прироста деревьев отводится «климатическому сигналу».
Ключевые слова:
аномалии прироста годичных колец, галактические космические лучи, геомагнитная активность, изменчивость, индивидуальные хронологии, обобщённая хронология, солнечная активность, элементарные циркуляционные механизмы.
Ловелиус Н.В., Пальчиков С.Б., Ретеюм А.Ю. Аномальные приросты сосны в Карелии и факторы среды // Общество. Среда. Развитие. - 2015, № 3. - С. 193-197.
© Ловелиус Николай Владимирович - доктор биологических наук, профессор, Российский государственный педагогический
университет им. А.И. Герцена, Санкт-Петербург; e-mail: lovelius@mail.ru © Пальчиков Сергей Борисович - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Московский государственный университет
леса; президент, НПСА «Здоровый лес», Москва; e-mail: dendro@mgul.ac.ru © Ретеюм Алексей Юрьевич - доктор географических наук, профессор, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва; e-mail: lovelius@mail.ru
Проблема использования древесных растений в качестве индикаторов изменения условий среды насчитывает более двух столетий. История исследований прироста деревьев многократно рассматривалась отечественными и зарубежными специалистами, обзоры этих исследований приведены в многочисленных работах [1-3; 7-12; 14-16; 18; 20-22].
Нами поставлена задача определить влияние некоторых глобальных факторов среды земного и космического происхождения на изменения прироста годичных колец сосны в пределах Карелии по материалам, опубликованным в монографии С.П. Гриппа [4]. Для этого было выполнено построение обобщённой серии индексов годичных колец сосны по пяти индивидуальным наиболее продолжительным хронологиям (табл. 1, 2).
В связи с тем, что преобразование измерений годичных колец в индексы выполнено С.П. Гриппой [4] с использованием метода «коридоров» [19], годы с аномальным приростом взяты с графика фрагмента ден-дрограммы обобщённой серии за период с 1890 года (рис. 1), для которого есть инструментальные наблюдения циркуляции атмосферы и других факторов среды (табл. 3).
Для лет с максимальными и минимальными приростами годичных колец сосны выполнены выборки средних месячных и годовых значений: солнечной и геомагнитной активности, галактических космических лучей, циркуляции атмосферы по ти-
пизации Б.Л. Дзердзеевского, температуры воздуха и осадков. Результаты выборок приведены в рисунках и таблицах. Результат анализа средних месячных значений чисел Вольфа, характеризующих солнечную активность, приведён на рис. 2.
Аномально большой прирост фиксируется в годы высокой активности Солнца. Этот вывод следует также из результатов анализа с 1700 г., если рассматривать редкие события, имеющие частоту 3-4% (3-4 случая в столетие). На минимумы солнечной активности сосны в Карелии, как правило, реагируют отрицательно, а на максимумы - положительно.
Таблица 1 Общие характеристики серий годичных колец
№ п.п. №* Место взятия образцов Период Продолжительность периода, годы
1. 1. район Пулозе-ра "Осударева дорога" 15061997 491
2. 7. район пос. Шокша 15491997 448
3. 10. НПП "Толво-ярви" 15481998 450
4. 12. пос. Пряжа 16061998 392
5. 19. Восточная часть Карелии 15481998 450
* № серий годичных колец приведены по книге С.П. Гриппа [4].
* Работа выполнена при поддержке РФФИ и РГО, проект №15-05-06468.
CD Ci
О
Таблица 2
Обобщённая серия индексов годичных колец сосны по пяти хронологиям из Карелии [4]
CL
CD ^
CD Ci
О
3
ю О
Годы 1500 10 20 30 40 50 60 70 80 90
1 75 125 68 67 71 92 130 60 92
2 100 112 69 69 53 89 127 63 65
3 75 123 85 103 52 127 133 81 65
4 75 122 57 108 35 101 124 94 75
5 113 134 73 92 69 92 127 106 75
6 75 113 148 60 92 67 96 117 93 71
7 125 101 151 92 109 56 117 139 79 65
8 113 78 90 76 90 78 149 112 68 89
9 125 139 65 64 90 60 142 101 84 122
10 113 126 80 82 71 131 111 76 77 108
Годы 1600 10 20 30 40 50 60 70 80 90
1 122 100 69 63 118 83 81 88 99 97
2 105 100 94 72 97 93 84 93 120 97
3 103 96 104 66 78 105 87 131 113 99
4 116 96 108 72 67 91 84 129 97 100
5 126 95 108 76 89 84 67 132 113 123
6 96 100 79 100 91 74 75 119 94 103
7 104 118 71 90 102 108 91 123 112 76
8 108 99 85 113 129 77 79 108 136 86
9 100 81 72 97 134 99 77 87 127 85
10 100 77 61 6 97 83 55 109 127 78
Годы 1700 10 20 30 40 50 60 70 80 90
1 80 86 129 41 132 96 91 122 103 93
2 86 81 121 40 112 94 88 103 104 103
3 95 77 107 94 96 108 74 118 118 96
4 116 93 89 100 115 103 70 118 112 97
5 124 87 76 148 96 116 57 114 109 104
6 127 107 101 148 91 137 71 117 98 109
7 128 112 73 161 97 133 78 114 89 112
8 112 116 83 136 95 110 86 119 94 123
9 93 113 76 124 71 108 63 125 92 109
10 69 128 61 142 87 105 119 107 89 106
Годы 1800 10 20 30 40 50 60 70 80 90
1 123 97 91 122 98 109 108 124 122 120
2 123 94 101 122 109 110 127 115 110 124
3 114 104 110 112 111 110 129 130 111 116
4 114 94 102 98 110 100 126 134 93 138
5 110 85 109 106 86 100 132 121 99 124
6 105 98 100 100 97 97 121 133 111 100
7 95 96 103 75 109 104 108 110 133 98
8 111 91 119 75 99 99 112 119 117 99
9 95 98 113 74 112 96 103 114 131 96
10 105 99 106 98 114 108 114 127 114 114
Годы 1900 10 20 30 40 50 60 70 80 90
1 113 114 126 89 104 109 119 72 88 111
2 124 98 98 89 107 123 120 88 76 122
3 107 104 108 89 107 107 109 97 86 96
4 99 101 98 87 113 118 101 86 92 100
5 96 104 99 93 108 132 104 74 83 113
6 83 110 94 106 100 121 120 65 87
7 91 112 94 77 89 119 106 74 90
8 99 123 81 82 92 114 86 106 100
9 131 117 89 85 90 123 86 84 143
10 108 113 89 99 106 116 75 78 101
Рис.1. Фрагмент серии индексов годичных колец сосны по 5-ти районам
Таблица 3
Годы аномальных приростов сосны по пяти индивидуальным сериям годичных колец сосны
№ п.п Макс. № п.п Мин.
годы К годы К
1 1894 108,6 1 1906 86,8
2 1921 115,4 2 1928 85,6
3 1936 100,2 3 1943 87,0
4 1951 119,2 4 1976 85,8
5 1989 113,8 5 1995 86,2
Среднее 111,4 86,3 86,3
W 98 -
78 -
58
38 -
18
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII месяцы
Рис. 2. Солнечная активность в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны в Карелии [13]
Чем объясняется такая закономерность? Вероятно, главной причиной не может служить сам приход солнечной радиации, поскольку разница величин полного излучения при значениях чисел Вольфа менее 10 и более 150 измеряется всего 0,1% (судя по данным за 1960-2013 гг.). В качестве действующего фактора необходимо принять во внимание изменения галактических космических лучей, интенсивность которых обратно пропорциональна плотности и скорости солнечного ветра. Как свидетельствуют наблюдения, потоки заряженных частиц способны вызывать лавинообразные процессы конденсации влаги в атмосфере, однако относительно их климатообразующей роли существуют прямо противоположные мнения. На наш взгляд, сложившаяся ситуация обусловлена использованием трудно сопоставимых материалов дистанционных съемок.
Для решения проблемы на региональном уровне предлагается метод сопоставления суточных показателей интенсивности космических лучей и количества атмосферных осадков в летние месяцы, когда развивается преимущественно конвективная облачность (рис. 3). Как видим, увеличение интенсивности космических лучей стимулирует осадкообразование. В зоне избыточного увлажнения такой эффект ослабления солнечной активности негативно сказывается на росте сосен.
2 3 2,9
со" ° 2,8
£ 2,7 о
о 2,6
S 2,5
^ 24
5 2,3
Í 2,2
I 2,1
V VI VII VIII месяцы
Рис. 4. Геомагнитная активность в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны в Карелии [13]
Наблюдения за галактическими космическими лучами, приходящими к границе атмосферы, ведутся лишь с 1958 г. [17], что предопределило несколько иной выбор дат с противоположными аномалиями прироста. Группу дат больших приростов составили 1959, 1987, 1978, 1989, а малых - 1965, 1976, 1980, 1995 гг. Результаты анализа данных (рис. 5) показали, что в годы минимальных значений галактических космических лучей наблюдается минимальный прирост годичных колец сосны, что находится в противофазе с характеристиками солнечной активности (рис. 2). Подобные значения соотношения космических факторов в годы аномальных приростов сосны наблюдались ранее по материалам прироста годичных колец сосны в Вологодской области [12].
ГэВ
3100 п . . М
2800 -
2500 -
2200
IV V
VI VII VIII месяцы
XI XII
<6000 6000-7000 >7000
Интенсивность ГКЛ, имп./мин.
Рис. 3. Галактические космические лучи (станция Апатиты) и суточные суммы осадков в дни с дождем (станция Петрозаводск) в июне-августе 1961-2012 гг.
Анализ индексов геомагнитной активности показал, что минимальные приросты наблюдаются при максимальных значениях геомагнитной активности в период вегетации с мая по октябрь (рис. 4). Этот результат согласуется с выводами авторов, показавших, что чувствительность ели и лиственницы в северной Евразии к геомагнитной активности и её отсутствие к температуре воздуха [23].
Рис. 5. Галактические космические лучи в годы
больших (Б) и малых (М) приростов сосны в Карелии [17]
К глобальным факторам среды относится циркуляция атмосферы северного полушария. Нами использовалась циркуляция атмосферы по типизации Б.Л. Дзердзеев-ского [6], которая представлена четырьмя группами элементарных циркуляционных механизмов (ЭЦМ): меридиональными северной и южной, зональной и группой нарушения зональности. В годовом исчислении повторяемость (дни) каждой из этих групп представлена в табл. 4, из которой следует, что наибольшую повторяемость имеет меридиональная северная группа. Причём разность её повторяемости в годы больших и малых значений прироста составляет 52
о
2
о
3
ю О
дня, что приводит к существенному снижению прироста сосны. Большая повторяемость групп циркуляции: меридиональной южной, зональной и нарушения зональности благоприятны для роста сосны. При этом наибольшая повторяемость наблюдается меридиональной южной группы ЭЦМ, что обеспечивает перенос тёплых воздушных масс с юга, имеющих утепляющее значение, благоприятное для растений.
Анализ метеорологических элементов в годовом исчислении показал, что в годы с большим приростом сосны температуры были: минимальная на 0,3° выше, максимальная на 0,4°, средняя на 0,3°, а количество осадков больше на 10 мм, чем в годы с малым приростом.
Результаты анализа распределения ЭЦМ, представленные на рис. 6, дают возможность проследить особенности их внутриго-дового распределения. На рис. 6а наиболее значимые различия в повторяемости меридиональной северной группы циркуляции с начала года. и в особенности в июле-августе привело к снижению теплообеспеченности в районе исследований, что явилось ухудшением условий произрастания сосны. Преобладание повторяемости меридиональной южной с начала года и в особенности в июне
Таблица4
Годовые характеристики повторяемости ЭЦМ в годы больших (Б) и малых (М) приростов годичных колец сосны [6]
а - меридиональная северная группа циркуляции (ЭЦМ 8а - 12г) в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны (дни)
ДНИ
9 Н
3 -
№ п.п. Тип циркуляции Количество дней Отношение, %
Б М Разность, дни
1. Меридиональная северная 158 210,0 52,0 75,2
2. Меридиональная южная 56,8 36,8 20,0 154,0
3. Зональная 30,8 28,5 2,3 108,0
4. Нарушение зональности 114,0 92,0 22,0 126,0
б -меридиональная южная группа циркуляции (ЭЦМ 13з и 13л) в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны (дни)
способствует улучшению прироста сосны (рис. 6б), разница в повторяемости ЭЦМ в годы с большим и малым приростом составляет 20 дней. Повторяемость группы зональной циркуляции в годы противоположных аномалий имеет минимальные различия (рис. 6в), а группа нарушения зональности в годы с большим и малым приростом составляет различие в 22 дня, что составляет 126%. В сумме положительные отклонения циркуляции атмосферы (МЮ, З, НЗ) составляют 44,3 дня, отрицательные - 52 дня (МС). Вклад каждого из факторов среды, формирующих условия произрастания сосны в Карелии приведен на рис. 7.
8дни vii
i /\
2 -
в - зональная группа циркуляции (ЭЦМ 1а - 2в) в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны (дни)
15' 13 -11 9 -7 -5 3
дни
г - группа нарушения зональности (ЭЦМ 3 - 7бл) в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны
Рис. 6. Распределения ЭЦМ
4
0
6
0
галактические космические лучи
9,1
меридиональная северная
10,7
геомагнитная активность
меридиональная южная группа циркуляции атмосферы
17,0
11.9
Рис. 7. Доли вклада факторов среды в формирование условий произрастания сосны в Карелии, %
Список литературы:
[1]
Расчёт доли вклада факторов среды в формирование прироста сосны (рис. 6) показывает, что самый значительный вклад вносит солнечная активность (29,1%). В число трёх самых значительных факторов относятся две группы циркуляции атмосферы: меридиональная южная (17%) и нарушение зональности (13,9%).
Авторы отдают себе отчёт, что процесс формирования прироста сосны не исчерпывается влиянием перечисленных глобальных факторов природной среды, однако анализ показал, что каждый из них несёт определённую долю вклада в формирование условий произрастания деревьев, а самый значительный вносит солнечная активность. Это даёт основание утверждать, что при изучении изменчивости прироста деревьев нельзя не учитывать влияние глобальных факторов и ограничиваться только поиском «климатического сигнала» [14; 15 и др.].
Агафонов Л.И. Древесно-кольцевая индикация гидролого-климатических условий в Западной Сибири / Автореф. дисс. ... д-ра биол. наук. - Екатеринбург, 2011. - 42 с.
[2] Битвинскас Т.Т. Дендроклиматические исследования. - Л.: Гидрометиздат, 1974. - 170 с.
[3] Ваганов Е.А., Круглов В.Б. Экология древесных растений. - Красноярск: СФУ, 2007 - 230 с.
[4] Гриппа С.П. Естественные и антропогенные изменения природной среды Восточной Фенноскан-дии. Деметондрохронология. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2014. - 121 с.
[5] Гриппа С.П. Естественные и антропогенные изменения природной среды Восточной Фенноскан-дии: Дендроиндикация. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2014. - 83 с.
[6] Кононова Н.К. Классификация циркуляционных механизмов северного полушария по типизации Б.Л. Дзердзеевского. - М., 2009. - 372 с.
[7] Костин С.И. Связь колебаний прироста деревьев с солнечной активностью// Лесное хозяйство // 1965, № 4. - С. 12-14.
[8] Ловелиус Н. В. Изменчивость прироста деревьев: Дендроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий. Л.: Наука. 1979. - 232 с.
[9] Ловелиус Н.В. Становление дендроиндикации как направления научных и прикладных исследований. - СПб.: Европейский дом, 2001. - 312 с.
[10] Ловелиус Н.В., К.Н. Дьяконов, Пальчиков С.Б., А.Ю. Ретеюм, Румянцев Д. Е., Липаткин В.А., Че-ракшев А.В. Радиальный прирост сосны в сфагновых сосняках лесной зоны России и глобальные факторы среды // Общество. Среда. Развитие. - 2013, № 4. - С. 251-257.
[11] Lovelius N.V. Dendroindication of natural processes and antropogenic influences. - St.-Petersburg: World and Family, 1997. ы- 320 p.
[12] Лежнева С.В. Влияние геофизических факторов среды на прирост хвойных в средней и южной подзонах восточноевропейской тайги: дис.канд биол. наук. - СПб., 2015. - 206 с.
[13] Леви К.Г., Задонина Н.В., Бердникова Н.Е. и др. Современная геодинамика и гелиогеодинамика. 500-летняя хронология аномальных явлений в Сибири и Монголии. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ. 2003. - 383 с.
[14] Матвеев С.М. Дендроиндикация динамики состояния сосновых насаждений Центральной лесостепи. - Воронеж: ВГУ, 2003. - 269 с.
[15] Николаев А.Н. Дендрохронологический анализ природных процессов в криолитозоне (на примере Центральной Якутии) / Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. - Якутск, 2011. - 40 с.
[16] Румянцев Д.Е. История и методология лесоводственной дендрохронологии. - М.: МГУЛ. 2010. - 109 с.
[17] Стожков Ю.И., Свиржевский Н.С., Базилевская Н.С. и др. Потоки космических лучей в максимуме кривой поглощения в атмосфере и на границе атмосферы. ФИАН. - М.: Наука. 2007. - 77 с.
[18] Феклистов П.А., Евдокимов В.Н., Барзут В.М.. Биологические и экологические особенности роста сосны в северной подзоне европейской тайги. - Архангельск: АГТУ, 1997 - 140 с.
[19] Шиятов С.Г. и др. Методы дендрохронологии. Основы дендрохронологии. Сбор и получение дре-весно-кольцевой информации / Уч.-мет. пос. Ч. I. - Красноярск: КрасГУ. 2000. - 80 с.
[20] Douglass A.E. Climatic cycles and tree growth // Carnegie Inst. Wash. Publ. - 1919, vol. I. - 289 p.
[21] Erlandsson S. Dendro-chronological snudies. - Uppsala: Flmqvist and Wiksells, 1936. - 119 p.
[22] Fritts H.C. Tree-Rings and climate. Methods of dendrochronology. - London; N. Y.; San Francisco: Acad. Press; Warsaw, 1987. - 246 p.
[23] Khabarova O., Savin I. Changes in Environmental Parameters and Their Impact on Forest Growth in Northern Eurasia // ACS. Vol. 5. - 2015, №.2. - P. 91-105.
О
