CC BY
169
Дендрохронология в экологических и археологических исследованиях
- чЛ 1,1
ж
- мнга
Резюме. В статье рассматриваются возможности дендрохронологии в решении экологических проблем и археологических исследованиях. Приведены примеры использования дендрохронологического метода для оценки климатических изменений, антропогенного влияния на лесные экосистемы, датировки исторических зданий и сооружений. Рассмотрены перспективы развития этого научного направления на территории Беларуси.
Ключевые слова: деревья, годичные кольца, климат, антропогенные факторы, археология, реконструкция.
г А
шп.
Щ
■
V
И
'А
В связи с растущим антропогенным прессом на лесные экосистемы и зеленые насаждения в городах все чаще возникает необходимость оценки и прогноза их состояния. Строительство зданий и сооружений, рубка леса, загрязнение среды ведут к гибели или постепенной деградации лесных сообществ. Существующая система мониторинга объектов растительного мира дает возможность определить степень происходящих изменений только на тех участках, где она функционирует не менее 5-10 лет. Как быть с остальными лесными экосистемами? Как можно реконструировать изначальное состояние насаждений и отдельных деревьев? Ответить на эти вопросы позволяют они сами.
То, что кольца на поперечном срезе ствола представляют собой годичный прирост древесины, отмечено еще в «Истории растений» древнегреческого ученого Теоф-раста. В течение последующих двух тысячелетий исследователи неоднократно обращали внимание на эту особенность деревьев. Однако только с середины XVIII в. с развитием лесоведения и лесоводства, физиологии растений началось более или менее систематическое исследование особен-
ностей формирования древесины. В XIX в. уже не вызывало сомнений, что в ее годичном приросте четко фиксируются засушливые годы и его можно использовать для реконструкции неблагоприятных погодных явлений.
В результате в начале XX в. на стыке лесоведения, климатологии, астрономии и археологии возникла дендрохронология -наука о временных и пространственных закономерностях формирования у древесных растений годичных колец и об их использовании для анализа природных процессов и явлений. Основателем ее, несомненно, следует считать американского астронома Эндрю Дугласса, который заинтересовался цикличностью в годичных кольцах деревьев и ее связью с солнечной активностью. В 1910-1920-х гг. он разработал метод их перекрестного датирования, который успешно применял для определения времени существования индейских поселений начала 2-го тысячелетия н.э. на юго-западе США. Он же основал первую ден-дрохронологическую лабораторию в Аризонском университете, которая и сейчас является одной из ведущих в мире. Дендрохроно-логи исследуют не только ширину
годичных колец, но и многие другие параметры, которые могут дать информацию об экологических условиях прошлых веков и тысячелетий: размеры и количество клеток, плотность, содержание химических элементов, соотношение изотопов кислорода и углерода и др.
В Советском Союзе, в том числе в Беларуси, активные дендрохронологические исследования начались только во второй половине XX в. Они затрагивали влияние рельефа и климата, гидрологического режима и почвенного плодородия на формирование прироста деревьев [5; 13; 12]. Однако начиная с 1990-х гг. и до недавнего времени в силу разных причин полномасштабные изыскания на территории нашей страны практически не проводились. В то время как во всем мире развивалась методология сбора, обработки, анализа материала, появлялось новое оборудование для оценки, Беларусь оставалась в стороне. И это несмотря на то, что дендрохронология при грамотном использовании методов позволяет дать ответ на многие вопросы, касающиеся влияния природных и антропогенных факторов на рост деревьев.
Биология
Поскольку в умеренных и высоких широтах наблюдается чередование сезонов и, соответственно, периодов вегетации и покоя у растений, между кольцами древесины, сформировавшимися в соседние годы, существуют четкие границы. Причем параметры годичных колец зависят от факторов, воздействующих на дерево как в вегетационный период текущего и предыдущих лет, так и в периоды покоя. Именно на этой основе выполнены наиболее достоверные погодичные реконструкции климатических показателей на сотни и тысячи лет в прошлое [6; 1; 2].
Годичные кольца дают возможность оценить состояние дерева, его возраст, начало воздействия позитивного или негативного фактора, во многих случаях удается установить и сами обстоятельства, воссоздать историю развития древостоя, выполнить прогноз на ближай-
V, тыс. т. 300250 200 150 100 50 0
шее время и др. Работая с растением или его частями, можно определить дату (год, сезон) его гибели, состояние на момент рубки (здоровое, ослабленное, сухостой), группу типов леса и регион происхождения материала. Соответственно, в развитии этого научного направления оказались заинтересованы не только ученые, но и органы контроля за соблюдением природоохранного законодательства.
Еще в начале 2000-х гг. было показано, что промышленные выбросы Новополоцкого нефтепромышленного комплекса при его выходе на максимальную мощность вызвали падение прироста у деревьев в окружающих лесных массивах более чем на 20% [10]. Поэтому с 2005 г. сотрудниками лаборатории продуктивности и устойчивости растительных сообществ Института экспериментальной ботаники НАН Беларуси в рамках задания
ДГ Г 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 -0,10 -0,20 -0,30
1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 | Объем эмиссий Разность индексов прироста
Рис. 1. Динамика объемов эмиссий Новополоцкого нефтепромышленного комплекса и разности индексов прироста деревьев ели на контрольных и загрязненных участках [10]
ил ЩД пл
6X1
ист ол
о . " о о*
ЧЙ Шмы: г- ^ г
^ - ш у «етзгЖ * -- " -и _ 3£ _-—- - -
ЭОС
Расстояние, км
Рис. 2. Взаимосвязь между хронологиями сосны и расстоянием между ними на территории Беларуси
ГПНИ «Природно-ресурсный потенциал» и других проектов проводится систематический сбор дендрохронологического материала по всей территории страны с целью формирования банка данных, который мог бы служить эталоном для оценки и прогноза изменений, происходящих в окружающей среде.
На начало 2014 г. в базе данных содержалось 205 обобщенных и 5250 индивидуальных дендрохронологических рядов сосны, ели и дуба, построенных только по живым деревьям. Установлено, что с увеличением расстояния между хронологиями сосны достоверная связь между ними сохраняется в среднем на расстоянии до 100-150 км, в отдельных случаях - до 400 км (рис. 2). На основании этого материала проведено дендрохро-нологическое районирование территории Беларуси: выделено две зоны (северная и южная) и 10 дендрохронологически однородных районов. Для каждого из них разработаны мастер-хронологии по сосне обыкновенной, объединяющие информацию из нескольких древостоев.
При создании дендрохро-нологического банка данных и совершенствовании методологии решались и многочисленные частные задачи. В 2009 г. выполнен прогноз годичного прироста сосны и ели на территории Беларуси в соответствии с предсказываемыми климатическими изменениями. В южных регионах уже к 2025 г. можно ожидать его падения на 4-6 и 8-10%, а к 2050 г.-на 8-10 и 20% соответственно. Таким образом, изменения будут носить крайне неблагоприятный характер, и даже на севере потери прироста еловых лесов могут составить до 6%. Ситуация будет усугубляться повышением вероятности засух в летний период и гибелью еловых насаждений, поэтому юго-западный регион (включая всю Брестскую и юж-
Максим Ермохин,
ведущий научный сотрудниклаборатории продуктивности и устойчивости растительных сообществ Института экспериментальной ботаники
им. В. Ф. Купревича НАН Беларуси, кандидат
биологических наук
Василий Савельев,
старший научный сотрудниклаборато-рии продуктивности и устойчивости растительных сообществ Института экспериментальной ботаники
им. В. Ф. Купревича НАН Беларуси, кандидат
биологических наук
Рис. 3.
Фрагмент шкалы «Dannenstern House» (Рига) и шкала, построенная из сруба, найденного при раскопках в Витебске[8]
ную часть Гродненской области) становится зоной рискованного выращивания ели [11]. В целом по стране отмечено снижение лимитирующего влияния атмосферных осадков с продвижением с юга на север и усиление роли ранневесенних температур воздуха в приросте деревьев.
Установлены климатические факторы, играющие основную роль в формировании прироста древесных пород в разных условиях произрастания, а также вызывающие его депрессию, ослабление и гибель древостоев. Кроме засух в мае-июне негативное влияние оказывают низкие зимние и ранневесенние температуры воздуха. Учеными начаты работы по воссозданию погодных условий в XVII-XIX вв. на основании годичного прироста деревьев.
В Институте экспериментальной ботаники с 2008 г. проводится отбор образцов из деревянных конструкций исторических зданий и сооружений, а также археологических раскопок. В 2012 г. была разработана непрерывная 401-летняя древесно-кольцевая хронология сосны [4; 7]. В результате удалось уточнить даты строительства и реконструкций многих исторических объектов: монастыря в д. Юровичи Калин-ковичского района (1720-е гг.), монастыря бернардинцев в Минске (1756-1862 гг.), Несвижского замка (1720-1829 гг.) [4]. Подтверждены имеющиеся исторические данные о времени возведения Свято-По-
кровской церкви в д. Турец Кореличского района, деревья для постройки которой были срублены зимой 1886-1887 гг. [7], и часовни из д. Королевцы Вилейского района (1801-1802 гг.), которая находится в Белорусском государственном музее народной архитектуры и быта в д. Строчица. Помогла дендрохронология и в датировке деревянных конструкций XVI-XIX вв. из археологических раскопок в Витебске, Пинске и Минске [8; 9]. Также было установлено, что один из средневековых домов Риги был построен из деревьев, росших в окрестностях Витебска [8].
Только с использованием дендрохронологии удается решить многие вопросы, связанные с соблюдением природоохранного и лесного законодательства. Ежегодно сотрудники лаборатории проводят более десятка экспертиз по заданию органов государственного управления и контроля. Наиболее типичен случай, когда под видом выборочной санитарной рубки вместо сухостойных и усыхающих деревьев удаляются здоровые. Только дендрохроно-логическое исследование позволяет установить по пню, в каком состоянии дерево находилось на момент гибели.
Определение по пням года и сезона рубки деревьев, породы, состояния растения, потери прироста - это лишь часть вопросов, на которые приходится давать ответы. В практике даже есть случай, когда был определен год и сезон появления на деревьях пулевых отверстий.
В ближайших планах лаборатории - разработать длинные (протяженностью до 1000 лет) древесно-кольцевые хронологии по сосне обыкновенной и дубу черешчатому. Они позволят реконструировать климат Средневековья на территории нашей страны и, возможно, показать влияние человека на происходящие изменения погодных условий.
Они же дадут возможность ответить на вопрос, с какого времени древесина с белорусских земель экспортировалась для строительства в Западную Европу и, таким образом, уточнить историю лесопользования и существующие представления о естественной и антропогенной динамике лесов. Породное, пространственное и лесотипологическое расширение сети древесно-кольцевых хронологий позволит оценить степень трансформации лесного покрова республики, связанной с антропогенной деятельностью и другими факторами, а также прогнозировать изменение его структуры в ближайшем будущем. ED
See: http://innosfera.org/2015/03/ dendrochronology
Литература
1. Esper J., Cook E. R., Schweingruber F. H. Low-frequency signals in long treeringchronologies for reconstructing past temperature variability // Science. 2002. V. 295. P. 2250-2253.
2. Makinen H. [et al.]. Large-scale climatic variability and radial increment variation of Picea abies (L.) Karst. in central and northern Europe // Trees - Structure and Function. 2003. Vol. 17, № 2. P. 173-218.
3. Wasny T. Baltic timber in Western Europe - an exciting dendrochronological question // Dendrochronologia. 2002. № 20. P. 1-8.
4. Yermokhin M.Tree-Ring Chronology of Scots Pine (Pinus sylvestris L.) from Nesvizh Castle XVI-XIX cc // Dendrochronologia. 2012. № 30. P. 69-72.
5. Болботунов А. А. Влияние рельефа на формирование и продуктивность сосновых фитоценозов: автореф. ... дис. канд. с.- х. наук: 06.06.03.- Новополоцкий политехн. ин-т им. Ленинского комсомола.- Новополоцк, 1986.
6. Ваганов Е. А., Шиятов С. Г., Мазепа В. С. Дендроклиматиче-ские исследования в Урало-Сибирской Субарктике.- Новосибирск, 1997.
7. Ермохин М. В. Анализ многовековой древесно-кольцевой хронологии сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в центральной Беларуси // Ботаника (исследования): сб. науч. трудов.- Мн., 2013. Вып. 42. С. 217-231.
8. Ермохин М.В.Использование дендрохронологического метода для датировки археологической древесины в Беларуси // Матэрыялы па археалогн БеларусьАрхеалапчныя даследван-н на Беларуа у 2008 г.- Мн., 2011. Вып. 20. С. 398 -402.
9. Ермохин М. В.Результаты дендрохронологического исследования материалов с территории Минского замчища (по раскопкам 2009 г.) // Матэрыялы па археалогн Беларусь Вынга даследвання першабытных i сярэднявяковых ста-ражытнасцей Беларуа у 2011-2012 гадах.- Мн., 2014. Вып. 25. С. 213-217.
10. Пугачевский А. В. и др. Оценка изменчивости радиального прироста деревьев в зоне влияния крупных промышленных предприятий//Лесные стационарные исследования: методы, результаты, перспективы: матер. совещ.- Тула, 2001. С. 552-555.
11. Пугачевский А. В., Степанович И. М., Ермохин М. В. Растительность в новых природных условиях // Наука и инновации. 2011, № 4 (98). С. 21-24.
12. Русаленко А. И. Структура и продуктивность лесов при подтоплении и затоплении.- Мн., 1983.
13. Смоляк Л. П., Болботунов А. А. Роль комплекса экологических факторов в формировании годичного кольца и продуктивности сосны в зоне южной тайги // Дендрохронологиче-скиеметоды в лесоведении и экологическом прогнозировании: тез. междунар. раб. совещ.- Иркутск, 1987. С. 33-35.
