CC BY
14УДК 630*561.24 (235.222:571.15):502.72
Быков Н.И. Давыдов Е.А.
Bykov N.I. Davydov E.A.
ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ТИГИРЕКСКОМ ЗАПОВЕДНИКЕ
DENDROCHRONOLOGICAL RESEARCHES IN TIGIREKSKY STRICT NATURE RESERVE
Алтайский государственный университет г. Барнаул. E-mail: [email protected] Государственный заповедник «Тигирекский»; Алтайский государственный университет. E-mail: [email protected]
Реферат. в статье рассматриваются результаты дендрохронологических исследований в Тигирекском заповеднике. Были проанализированы образцы с деревьев мониторинговых площадок в экотоне верхней границы леса, а также образцы с сосны кедровой и пихты сибирской сомкнутых древостоев. Выявлена тенденция поднятия верхней границы леса в последние десятилетия. Максимальный возраст пихты в сомкнутых древостоях чуть более 100 лет, кедра - немногим более 200 лет. Намечены перспективные дендрохронологические исследования на территории заповедника.
Abstract. The paper describes the results of dendrochronological researches in Tigireksky strict nature reserve. Authors analyzed wood samples of Pinus sibirica and Abies sibirica taken from monitoring plots in closed forest as well as from tree line ecotone. The trend towards increasing of tree line elevation is revealed during the last decades. The ultimate age of Abies sibirica in closed forests is a bit more than 100 years, and that of Pinus sibirica is a bit more than 200 years. Prospective directions of dendrochronological researches in Tigireksky strict nature reserve are proposed.
Ключевые слова: Алтай, Тигирецкий хребет, верхняя граница леса, древесно-кольцевая хронология. Key words: Altai, the Tigireksky mountain range, tree line, tree-ring chronology.
Дендрохронология как наука о датировании годичных колец древесных растений может широко использоваться для изучения динамики экосистем особо охраняемых природных территорий. В 2008 г. в пределах Тигирекского заповедника было заложено два дендрополигона. Первый из них находился на правом (южной экспозиции) борту Бабьего Ключа на высоте около 1450 м над уровнем моря (рис. 1). Здесь образцы отбирались с кедров (Pinus sibirica). Второй полигон находился на правом берегу р. Большой Тигирек, в его верховьях, на высоте 1380 м. Здесь основным объектом исследования стала пихта (Abies sibirica). Отбор образцов производился при помощи возрастного бура по двум радиусам со стволов наиболее старых деревьев, по 10 достаточно изолированных друг от друга деревьев на каждом полигоне, на высоте груди. Более масштабное применение дендрох-ронологического метода исследований началось в связи с формированием системы мониторинга верхней границы леса (Давыдов и др., 2011б). Работы выполнялись в 2011 и 2012 гг. согласно специально составленной для этих целей методике (Моисеев и др., 2010). В соответствии с ней на склонах разной экспозиции в пределах экотона верхней границы леса должны быть заложены профили с серией площадок на разных пределах древесной растительности (верхний предел отдельных деревьев, групп деревьев (редин), островных мелколесий (редколесий), сомкнутых лесов). К сожалению, требования методики о необходимости закладки профилей на склонах всех экспозиций выполнить не удалось в связи с сильной закурумленностью территории и ветровым характером верхней границы леса в пределах заповедника (Быков и др., 2013). В итоге работы были проведены лишь на одном профиле на склоне южной экспозиции в бассейне р. Иркутка (правый приток р. Белая) в пределах высот 1377-1586 м над уровнем моря (рис. 1). Всего отобрано и измерено 292 керна. Материал обрабатывался по общепринятой методике (Шиятов и др., 2000).
Природные условия территории заповедника описаны ранее (Давыдов и др. 2011а). Положение верхней границы отдельно стоящих деревьев, представленной исключительно кедром, в пределах заповедника изменяется в широких пределах. На исследованном профиле в бассейне р. Иркутка вблизи водораздела с р. Большой Тигирек на склонах южной экспозиции эта граница находится на высоте около 1560 м, в то время как на южных склонах г. Разработная она располагается почти на
Заповедник «Тигирекский» 3. „ ов*^„и к
ТИГИРЕКСКИЙ
Рис. 1. Места сбора образцов для дендрохронологических исследований. На схеме показаны границы Ти-гирекского заповедника и его охранной зоны (см. Давыдов и др. 2011а). 1 - верхний предел произрастания лиственницы, 2 - пихта, отбор образцов в 2008 г., 3 - сосна сибирская, отбор образцов в 2008 г., 4 и 5 - отбор образцов с колодин, 6 - отбор образцов на профиле в пределах экотона верхней границы леса.
100 метров выше. Данные различия обусловлены рельефом местности, который лимитирует высотное положение верхней границы леса, что возможно только в условиях, когда фактором, определяющим развитие древесных растений, является ветровой режим территории.
Имеются и экспозиционные отличия в высоте верхней границы леса отдельных деревьев: на склонах южной экспозиции она на 50-60 м ниже, чем на северных склонах, что, вероятно, также связано с действием ветра.
Ширина пояса отдельных деревьев значительно изменяется в зависимости от уклона поверхности. На крутых склонах (15-20°) она достигает 150-200 м, как, например, на склоне южной экспозиции в бассейне р. Иркутка. На более пологих водоразделах (в качестве примера можно привести склоны северной экспозиции в бассейне р. Б. Тигирек на стыке с бассейном р. Иркутка) ширина пояса может составлять более 1 км.
Как показали дендрохронологические исследования, самый верхний уровень (уровень отдельных деревьев) кедр стал осваивать в 80-х годах ХХ века (рис. 2). Такие деревья составляют пример-
Рис. 2. Распределение деревьев в ранжированном ряду по дате начала роста на отдельных пределах древесной растительности в Тигирекском заповеднике.
но 10% современного древостоя. Еще 45% составляют деревья, начало роста которых относится к 90-м годам того же века. А остальные заселили данный уровень в первое десятилетие XXI в.
Верхняя граница редин в районе заложения профиля находится на высоте около 1480 м над уровнем моря. Ширина пояса редин изменяется от 100 м на склонах южной экспозиции (с уклонами 15-20°) до 1,3 км на северных, более пологих, склонах (бассейн р. Б. Тигирек). Склоновые процессы могут существенно изменить ширину данного пояса. В древостое редин доминирует кедр (Pinus sibirica), к которому примешивается береза (Betula tortuosa), а на нижних площадках данного уровня еще и пихта (Abies sibirica).
На уровне редин начало освоения кедром местности относится к 60-м годам XX века. Деревья этого возраста составляют примерно десятую часть современного древостоя на данном уровне (рис. 2). Генерация кедра 70-х годов составляет около 27%. Самое многочисленное поколение кедра на уровне редин возникло в 80-е гг. Около 35% деревьев относится именно к этому возрасту. Пихта начинает заселять зону редин в семидесятых годах XX в. При этом поколение 70-х годов самое многочисленное. Численность ее последующих поколений при этом быстро падает. Заселение березы отмечается здесь в 60-80-х годах.
Верхняя граница редколесий на склонах южной экспозиции на водоразделе рек Б.Тигирек и Иркутка находится на высоте 1400-1410 м, в то время как на склонах северной экспозиции - на 40-50 м выше. То же самое отмечается и на г. Разработной, что, вероятно, свидетельствует о том, что на этих высотах экологическое значение ветра значительно снижается по сравнению с другими факторами. Ширина пояса редколесий в изучаемом районе обычно составляет 150-200 м и лишь иногда достигает 300-400 м. Значительные нарушения плавного характера данной границы происходят по причине развития лавинных процессов. В древостое доминирует пихта (более 80% деревьев) с примесью березы и кедра.
В возрастной структуре редколесий самые старые деревья относятся к восьмому десятилетию XIX в. Далее происходит плавное нарастание доли деревьев последующих десятилетий с максимальным значением в 70-х гг. XX в. (рис. 2). Деревьев последнего десятилетия отмечено было очень мало, что, вероятно, связано с тем, что они находятся на стадии подроста, бурение которого не проводилось.
Заповедник «Тигирекский» 3 А „ ов*^„и „
ТИГИРЕКСКИЙ
На уровне редколесий почти две трети пихт (65%) относятся к генерации 60-80-х годов ХХ в., а самые старые - к поколению 90-х годов XIX в. Кедры стали заселять данный уровень еще ранее - в 70-х годах XIX в., хотя большинство (60%) деревьев данной породы имеют возраст 100-115 лет, то есть начало их роста относится к первым 15 годам ХХ в. Самое многочисленное поколение берез (40%) уровня редколесий - генерация 70-х годов ХХ в., а самое старое - 50-х годов ХХ в.
Верхняя граница сплошных лесов на склонах южной экспозиции на водоразделе рек Б.Тигирек и Иркутка находится на высоте 1300-1370 м. Склоны другой экспозиции мало отличаются от данного склона в положении указанной границы. В древостое доминирует пихта (более 90% деревьев). Чаще к ней примешивается береза (7,5%), реже кедр (2%).
На уровне сомкнутых лесов начало роста наиболее старых деревьев (пихта) относится к 50-м гг. XIX в. (кедр к 80-м годам XIX в., а береза - к первому десятилетию ХХ в.). При этом в составе древостоя доля более молодых генераций увеличивается до конца 60-х гг. ХХ в., а потом резко снижается. Начало роста двух третей деревьев относится ко второй половине двадцатого века (67%) (рис. 2).
Характер распределения возрастных генераций деревьев свидетельствует о том, что на уровне отдельных деревьев и редин в изучаемом районе происходит быстрое поднятие верхней границы леса. Об этом же говорят и другие таксационные показатели. Схожая ситуация отмечается и в других заповедных территориях Алтае-Саянской горной страны (Захарова и др., 2012; Быков и др., 2014). Пионерным видом на верхней границе леса в первую очередь выступает кедр. Дальнейший анализ годичных колец деревьев данного природного рубежа позволит установить, какой именно климатический фактор является основным для продвижения верхней границы леса на более высокий уровень.
По данным с двух дендрохронологических полигонов (рис. 1) были построены древесно-кольце-вые хронологии. Самая длинная древесно-кольцевая хронология по кедру (по одному из радиусов) начиналась с 1808 года, а самая молодая - с 1929 г. После осреднения по двум радиусам хронологии стали несколько короче, но незначительно (самое раннее кольцо относится к 1818 г.) (рис. 3).
Таким образом, с учетом того, что образцы отбирались на высоте груди, максимальный возраст кедров на высоте 1450 м над уровнем моря составляет чуть более 200 лет. Деревья имеют широкие годичные кольца (1,5-2 мм). Возрастной тренд уменьшения прироста у изученных деревьев наблюдался в XIX веке, однако с конца этого же века наблюдается общее увеличение ширины годичных колец, что, возможно, связано с потеплением климата. При этом у некоторых хронологий наблюдаются эффекты осветления, то есть стремительное увеличение прироста, что обусловлено, скорее
4,5
О Ч-1-1-1-1-1-1—
1ВО0 1 839 1370 1393 1929 1959 1990
Годы
Рис. 3. Индивидуальные древесно-кольцевые хронологии, полученные по сосне кедровой с правого борта Бабьего Ключа (1450 м над уровнем моря).
всего, с гибелью соседних деревьев. Хронологии достаточно синхронны. Предварительный их анализ не выявил выпадающих колец.
Хронологии по пихте оказались существенно короче (рис. 4). Самая ранняя из них начиналась с 1909 г. Во всех древесно-кольцевых хронологиях, кроме двух, отчетливо наблюдается возрастной тренд уменьшения прироста. Существенное увеличение прироста у двух деревьев в последние годы также связано с эффектом осветления. Ширина годичных колец у пихты несколько меньше, чем у кедра. Синхронность древесно-кольцевых хронологий пихты также меньше, чем кедра.
В ближайшем будущем предстоит произвести стандартизацию годичных колец, проверку их климатической чувствительности и установить климатические факторы, лимитирующие радиальный рост изученных пород деревьев.
Дальнейшие дендрохронологические исследования в Тигирекском заповеднике будут осуществляться по следующим направлениям:
1. Дендрохронологическое датирование колодин на верхней границе леса.
2. Дендрохронологический и дендроклиматический анализ радиального роста лиственницы сибирской.
3. Дендрохронологическое датирование снежных лавин.
В рамках первого направления уже отобраны образцы с колодин, обнаруженных на верхней границе леса в Тигирекском заповеднике. Они получены с водоразделов рек Иркутка и Б. Тигирек, а также рек Крахалиха и Бабий Ключ (рис. 5). Внешний осмотр колодин свидетельствует о том, что некоторые из них могут иметь значительный возраст. Их дендрохронологический анализ может позволить продлить древесно-кольцевые хронологии, полученные с живых деревьев, а также датировать возможные климатические изменения в прошлом и изменения границ растительности.
По второму направлению в настоящее время также уже предприняты определенные шаги. Отобраны керны с лиственницы сибирской (Ьапх sibirica) в бассейне р. Холодной. Формально этот участок не входит в территорию заповедника, однако он представляет значительный интерес как место самого высокого произрастания лиственницы сибирской в данной части Тигирецкого хребта (1300 м над уровнем моря). Лиственница является наиболее подходящей породой для дендроклиматических исследований. Поскольку ранее в бассейне р. Иня нами уже выполнялись дендрохронологические исследования (Быков, Малышева, 2012), анализ радиального роста лиственниц с этого участка позволит проследить изменение так называемого минимума прироста в зависимости от высоты местности.
Рис. 4. Индивидуальные древесно-кольцевые хронологии, полученные по пихте сибирской с правого берега р. Б.Тигирек (1380 м над уровнем моря).
Заповедник «Тигирекский» 3 А „ ов*^„и „
ТИГИРЕКСКИЙ
Рис. 5. Колодина на верхней границе леса на водоразделе р. Иркутка и Б.Тигирек (фото Быкова Н.И.).
Визуальные и аэровизуальные обследования территории заповедника, а также анализ космических снимков позволили составить каталог его лавиносборов (Быков, Давыдов, 2015). В пределах лавиносборов формируются особые экосистемы, определяющим фактором которых являются снежные лавины. Частоту схода лавин, особенно максимальных, возможно установить с использованием дендрохронологического метода.
ЛИТЕРАТУРА
Быков Н. И., Давыдов Е. А. Снежники и лавиносборы Тигирекского заповедника // Труды Тигирекского заповедника, 2015. - Вып. 7. - С. 12-19.
Быков Н.И., Малышева Н.В. Дендрохронологический анализ исторического объекта горно-добывающего производства на Алтае // Журнал Сибирского Федерального университета. Серия: Биология 2012. - Т. 5, №1. - С. 89-96.
Быков Н.И., Крупочкин Е.П., Пивоваров А.А., Захарова А.В. Верхняя граница леса в Тигирекском заповеднике: результаты дендрохронологического и дистанционного изучения // Охрана окружающей среды и природных ресурсов стран Большого Алтая: материалы международной научно-практической конференции (Барнаул - Горно-Алтайск, 23-26 сентября 2013 г.) / отв. ред. Г.Я. Барышников. - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та,
2013. - С. 52-54.
Быков Н.И., Захарова А.В., Бабина С.Г. Дендрохронологическая оценка изменений верхней границы леса в Алтае-Саянской горной стране // Современные достижения и проблемы в области изучения окружающей среды: материалы Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием (Барнаул, 1-8 августа 2014) / отв. ред. Н.Ф. Харламова. - Барнаул: ООО «ТЛ Красный угол»,
2014. - С. 14-16.
Давыдов Е. А., Бочкарева Е. Н., Черных Д. В. Краткая характеристика природных условий Тигирекского заповедника // Труды Тигирекского заповедника, 2011а. - Вып. 4. - С. 7-19.
Давыдов Е.А., Быков Н.И., Бочкарева Е.Н., Маслова О.М., Давыдова Н.Ю., Мардасова Е.В. Организация экологического мониторинга в Тигирекском заповеднике и некоторые его результаты // Возможности адаптации к климатическим изменениям в Алтае-Саянском экорегионе. - Барнаул, 20116. - С. 122-132.
Захарова А.В., Быков Н.И., Сахневич М.Б., Зяблицкая А.Г. Дендрохронологические исследования верхней границы леса в Алтайском государственном природном биосферном заповеднике // Географические исследования молодых ученых в регионах Азии: материалы молод. конференции с международным участием (Барнаул-Белокуриха, 20-24 ноября 2012 г.) / Ред. О.В. Останин, Н.Ф. Харламова. - Барнаул: ООО «Алтай-Циклон», 2012. - С. 93-94.
Моисеев П.А., Шиятов С.Т., Дэви Н.М. Программа мониторинга экотона верхней границы древесной растительности на особо охраняемых природных территориях Алтае-Саянского экорегиона. Красноярск, 2010. - 86 с.
Шиятов С.Г., Ваганов Е.А., Кирдянов А.В. и др. Методы дендрохронологии. - Ч. I. - Красноярск: Изд-во КрасГУ, 2000. - 80 с.
УДК 58+59+91+631.4+502.7
Г 699
Горные экосистемы Южной Сибири: изучение, охрана и рациональное природопользование. Труды Тигирекского заповедника. Вып. 7. Барнаул, 2015. 288 с.
Сборник содержит материалы представленные на Третьей всероссийской научно-практической конференции, посвященной 15-летию организации Тигирекского заповедника «Горные экосистемы Южной Сибири: Изучение, охрана и рациональное природопользование». Обобщены данные современных исследований природных комплексов Государственного заповедника «Тигирекский». Анализируется стратегия развития и функционирование системы особо охраняемых природных территорий Алтае-Саянского экорегиона. Рассматривается актуальные вопросы изучения рельефа, климата и почв горных территорий, изучения и охраны растительного и животного мира гор Южной Сибири, проблемы устойчивого развития регионов.
Сборник рассчитан на широкий круг специалистов, работающих в области биологии, экологии и охраны природы, а также всех, кому небезразличны проблемы охраны и рационального использования природных ресурсов.
Редакционная коллегия:
Е.Н. Бочкарёва, Н.И. Быков, А.В. Волынкин, П.В. Голяков, Е.А. Давыдов (ответственный редактор), Н.Л. Ирисова, Т.М. Кругова, Т.А. Терехина
Рецензенты:
к. 6. н. Е.Н. Бочкарева, к. 6. н. Н.И. Быков, к. 6. н. А.В. Волынкин, к. 6. н. Е.А. Давыдов, к. 6. н. Н.Л. Ирисова, к. 6. н. И.В. Кудряшова, Э.Ю. Лущаев, д. 6. н. М.М. Силантьева, д. 6. н. Т.А. Терехина, д. 6. н. С.М. Цы6улин, д. 6. н. Д.В. Черных
ISBN
ISSN 2076-7390
©ФГБУ «Государственный природный заповедник «Тигирекский»
