CC BY
7
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.99.9.010
ДИНАМИКА РАДИАЛЬНОГО ПРИРОСТА В ЦЕНОПОПУЛЯЦИИ ЕЛИ ЕВРОПЕЙСКОЙ ИЗ АЛЕКСЕЕВСКОЙ РОЩИ НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА «ЛОСИНЫЙ ОСТРОВ»
Научная статья
Румянцев Д. Е. 1 *, Киселева В. В.2, Воробьева Н.С.3
1 2> 3 Мытищинский филиал Московского Государственного Технического Университета им. Н. Э. Баумана,
Мытищи, Россия
*Корреспондирующий автор (dendro15[at]list.ru)
Аннотация
В работе исследована изменчивость радиального прироста за пять лет, а также ширины годичного кольца в старовозрастном насаждении Алексеевская роща на территории национального парка «Лосиный остров». Установлены основные закономерности его кратковременной и долговременной изменчивости радиального прироста, особенности влияния метеопараметров на величину прироста. Выполненные исследования подтвердили уникальность Алексеевской рощи как насаждения с высокой природоохранной ценностью. Распад значительной части насаждения в результате ветровала представляет собой потерю, однако он позволил отобрать уникальные образцы древесины, ценные с точки зрения дендрохронологического анализа. Возможности для их исследования в настоящее время использованы не полностью.
Ключевые слова: ель европейская, дендрохронология, радиальный прирост, Алексеевская роща, Национальный парк «Лосиный остров».
DYNAMICS OF RADIAL GROWTH IN NORWAY SPRUCE COENOPOPULATIONS OF ALEXIS GROVES
OF LOSINY OSTROV NATIONAL PARK
Research article
Rumyantsev D.E.1' *, Kiseleva V.V.2, Vorobyeva N.S.3
1 2 3 Mytischi Branch of Bauman Moscow State Technical University (National Research University), Mytischi, Russia
Corresponding author (dendro15[at]list.ru)
Abstract
The paper studies the variability of radial growth over five years, as well as the width of the annual ring in the old-age plantation Alekseevskaya grove on the territory of Losiny Ostrov National Park. The main regularities of its short-term and long-term variability of the radial growth, the peculiarities of the influence of meteorological parameters on the amount of growth are established. The performed research confirmed the uniqueness of the Alekseevskaya grove as a plant with a high environmental value. The collapse of a significant part of the plant because of wind is a loss, but it has allowed us to select unique wood samples that are valuable for dendrochronological analysis. Opportunities for their research are currently not fully used.
Keywords: Norway spruce, dendrochronology, radial growth, Alekseevskaya grove, Losiny Ostrov National Park.
Введение
История Лосиного Острова, отмеченная письменными источниками, насчитывает несколько веков. Первое упоминание о территории, на которой располагается парк в своих современных границах, относится к 1406 г., периоду завершения становления Москвы как центра Северо-Восточной Руси. В это время Лосиный Остров входил в состав Тайнинской дворцовой волости, которая простиралась к востоку от Троицкой дороги (ныне Ярославское шоссе). По свидетельству многих документов, он являлся излюбленным местом соколиной и медвежьей охоты царя Ивана Грозного. Позднее, уже при царе Алексее Михайловиче, на этих землях сложилось царское охотничье хозяйство.
Лес, получивший название «Алексеевская роща», сохранил многие элементы от того времени, когда зарождались традиции русской дворцово-парковой культуры (XVII-XVIII века). Алексеевская роща - сложный бор, где сосна растет вместе с широколиственными породами. Алексеевская роща имеет свою историю, отраженную в документах. Старые сосняки и липняки рощи привлекали к себе внимание ученых - лесоводов еще в конце Х!Хвека. В своих современных границах роща известна с 1804 г. До сих пор сохранились межевые валы и канавы, отделявшие рощу от других землепользование До революции роща была объявлена заповедным участком, с 1920-х годов она была памятником природы, в современном зонировании национального парка выделена в зону охраны памятников истории и культуры. Многим соснам здесь более 200 лет, елям - за 150, липам - 150-180. Эти липы - потомки деревьев, составлявших примыкавшую к усадьбе липовую рощу. Почти полтора столетия за Алексеевской рощей ведутся наблюдения, а сама роща считается образцом устойчивости и долголетия подмосковных лесов [4].
Алексеевская роща занимает территорию кв. 38, 39, 42, частично кв. 40 и 41 Алексеевского лесопарка национального парка «Лосиный остров», ее площадь около 150 га. Тип условий местопроизрастания характеризуется как свежие и влажные сложные субори (С2-С3). По сравнению с другими породами сосна здесь отличается наилучшим ростом. По материалам лесоустройства 1998 г., в возрасте 170-200 лет средняя высота насаждений составляла 31-32 м, средний диаметр 52-54 см. Насаждения отнесены к I классу бонитета. В типах условий произрастания С2-С3 непременные спутники сосны - ель и липа. В некоторых выделах ель встречается в составе первого яруса древостоя (1-3 единицы). В возрасте 100-200 лет ее высота 27-30 м, диаметр до 44 см.
Однако, как показывают инструментальные изменения на постоянной пробной площади в Алексеевской роще, размеры деревьев при таксации оказались занижены. На расположенной в кв. 39 постоянной пробной площади № 21 в 2014 г. насаждение имело следующие характеристики (таблица 1).
Таблица 1 - Таксационные характеристики насаждения
ярус породный состав возраст полнота породы средний диаметр средняя высота
1 6С2Лп2Е 210-220 0,6 С 60,7 37,7
Лп 62,2 38,0
Е 57,2 36,8
2 8Лп2Кл, ед. Б 80-100 0,2 Лп 25 21
Кл 22,6 19,3
Основатель кафедры ботаники МЛТИ профессор В. Н. Сукачев [10, с.109] отмечал, что ель не отличается особенно большой долговечностью: обычно считается, что 250-300 лет составляют ее предельный возраст. Если для Западной Европы указывались случаи достижения елью 50 м высоты при 2 м толщины, то у нас она никогда таких размеров не достигает. Как показали выполненные исследования, ценопопуляция ели из Алексеевской рощи превышает указанные В. Н. Сукачевым характеристики. В последние годы активизировались исследования закономерностей динамики радиального прироста ели лесу, в благоприятных (неэкстремальных) условиях произрастания [1], [2], [8], [9]. Их результаты говорят о высокой роли географической и экологической компоненты в формировании закономерностей изменчивости радиального прироста.
Материалы и методы
В сентябре 2018 года производился отбор спилов на участке, пострадавшем от ураганного ветра, в северной части кв. 39. Спилы отбирались с высоких пней, оставшихся после уборки ветровальной древесины, на высоте 50-60 см при помощи бензопилы, всего было отобрано шесть спилов ели. Их толщина составляла около 10 см, диаметры спилов по двум взаимно перпендикулярным направлениям приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Диаметры стволов по двум взаимно перпендикулярным направлениям, см.
Номер Диаметр 1 Диаметр 2
Спил 1 78 55
Спил 4 57 49
Спил 8 63 55
Спил 9 77 64
Спил 10 68 60
Спил 11 59 54
Внешний вид образца представлен на рисунке 1.
Рис. 1 - Внешний вид спила № 8 50
Поверхность спилов была обработана с помощью фрезы, благодаря чему годичные кольца стали хорошо видимы. Далее производился подсчет годичных колец, измерение прироста за пять лет по 3 направлениям, а также измерение их ширины по радиусу одного из спилов [5]. Измерение ширины годичных колец велись с помощью «ЛУПА ЛИ-3-10х» (ГОСТ 8309-75), согласно методике, разработанный С.М. Матвеевым [5]. Статистический анализ данных осуществлялся с помощью табличного процессора Microsoft Excel.
Результаты исследований
В результате измерений были получены ряды текущего радиального прироста за 5 лет для каждого из трех радиусов спила.
Следует отметить две тенденции в изменчивости текущего радиального прироста ели: относительная стабильность его величины в период с 1821 по 1961 год и рост значений прироста в период с 1966 по 2016 год . Далее была рассмотрена изменчивость текущего радиального прироста в обобщенном временном ряду.
На основании временных рядов по разным модельным деревьям был рассчитан обобщенный временной ряд древостоя, который приведен на рис 2.
Из графика на рис. 2 видно, что в период с 1962 по 1966 год значение текущего радиального прироста превышает показатели за период 1821-1961 гг. (временной промежуток равен 140 лет) и далее больше не возвращается к значениям этого периода.
Изменчивость текущего радиального прироста была успешно аппроксимирована с помощью полиномиальной функции второго порядка. Она описывается уравнением вида y = 0,021x2 - 0,647x + 11,32, которое характеризуется высоким коэффициентом детерминации (R2 = 0,736).
Рис. 2 - Усредненный по 6 модельным деревьям график временной изменчивости текущего радиального прироста
за 5 лет (ширина 5 годичных колец за последние 5 лет в мм)
По данным старых таксационных описаний полнота выдела, где произрастали модельные деревья, начиная с 1945 г., не превышала 0,6-0,7, тем не менее условия для ели при такой полноте под сравнительно светлым пологом сосны не были оптимальными. Данные о рубках ухода в этот период в материалах лесоустройства отсутствуют, поэтому можно обосновано полагать, что наблюдаемое явление связано с частичным распадом древостоя: гибель части деревьев в результате усыхания, ветровала, бурелома, что создало условия для выхода деревьев ели в 1 ярус с соответствующим увеличением радиального прироста. Чем более разнородна экологическая среда в древостое, тем выше коэффициент вариации радиального прироста как между отдельными радиусами одного дерева, так и для разных деревьев. Для временных рядов радиального прироста нами было рассчитано изменение коэффициента вариации радиального прироста за 5 лет по временным периодам. Результаты расчета отражены на рис 3.
в древостое ели из Алексеевской рощи по годам
Изменчивость коэффициента вариации текущего радиального прироста была успешно аппроксимирована с помощью линейной функции. Она описывается уравнением вида, у = 0,971х + 22,07 с коэффициентом детерминации R2 = 0,487. Видно, что по мере развития елового элемента древостоя вариабельность условий роста в нем закономерно увеличивалась.
Ширина годичного кольца от года к году меняется с достаточно большой амплитудой. Эти изменения являются индикатором благоприятности тех или иных экологических условий с точки зрения формирования объемного прироста древесины [1]. Полученный нами ряд изменчивости радиального прироста ели (дендрохронограмма) отражен на рисунке 4.
На дендрохронограмме просматриваются годы формирования экстремально широких и экстремально узких годичных колец. Анализ графика на рисунке 4 показал, что локальные максимумы прироста наблюдаются в 1844, 1900, 1953, 1994, 2005, 2015 годах. Локальные минимумы прироста наблюдаются в 1829, 1852, 1867, 1891, 1914, 1939, 1949,1956, 1978, 1984, 2003, 2014 годах. Используя данные реперные годы, был проведен дендроклиматический анализ методом климаграмм [6]. Выяснилось, что изменение среднемесячного количества осадков значимо для формирования годичных колец экстремальной ширины, тогда как среднемесячные температуры для этого мало значимы. Данные о количестве осадков в годы максимального и минимального прироста приведены на графиках на рисунке 5.
Анализ климаграммы на рисунке 5 показывает, что для формирования высокого или низкого прироста наиболее значимо количество осадков в мае, июне и июле, отчасти - количество осадков в зимний период, определяющее высоту снежного покрова. Недостаток влаги в период наиболее активного роста тканей приводит к значительному снижению величины радиального прироста.
Г~ N
мм
-
Рис. 4 - Динамика ширины годичных колец по годам (радиальный прирост в мм по одному из радиусов одного из спилов)
100 90 80 70 60 50
мм 40 30 20 10 0
/
/ / / / ✓ / // / / /
Рис. 5 - Среднее количество осадков по месяцам в годы высокого и годы низкого прироста
Заключение
Выполненные исследования подтвердили уникальность Алексеевской рощи как насаждения с высокой научной ценностью. Распад значительной части насаждения в результате ветровала представляет собой потерю, однако он позволил отобрать уникальные образцы древесины, ценные с точки зрения дендрохронологического анализа. Возможности для их исследования в настоящее время использованы не полностью. Предварительно нами были получены следующие выводы:
1. Возраст исследуемых деревьев ели европейской составляет 200 лет, то есть, еловая и сосновая части древостоя принадлежат к одному поколению.
2. Изменчивость текущего прироста за пять лет отражает долговременные тенденции в изменчивости прироста древесины, в ней значительным образом нивелировано влияние колебания погодных условий от года к году. Установлено, что в течение долгого времени, до 140 лет, ширина годичного кольца деревьев ели была достаточно стабильна и прирост за пять лет составлял не более 1 см, а в последние десятилетия наблюдался ее рост до 1,5 см. Это может быть обусловлено изменениям структуры древостоя в последние годы - выпадением отдельных деревьев сосны и выходом ели в 1 ярус.
3. Из климатических параметров наибольшее влияние на ширину годичных колец у ели в условиях исследуемого древостоя оказывает количество сумма осадков в мае-июле. Недостаток увлажнения ведет к снижению радиального прироста, обильное увлажнение способствует формированию широких годичных колец.
Конфликт интересов Conflict of Interest
Не указан. None declared.
Список литературы/ References
1. Дендрохронологическая информация в лесоводственных исследованиях: монография / Под редакцией В.А. Липаткина, Д. Е. Румянцева. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. - 137 с.
2. Калугина С. В. Почвы и растительность юга Среднерусской возвышенности в условиях меняющегося климата / С. В. Калугина, М.А. Митряйкина, М. А. Польшина и др.. Белгород: Константа - 326с.
3. Катютин П.Н. Радиальный прирост ели сибирской на разных этапах послепожарных сукцессий / П.Н. Катютин, В. В. Горшков, Н.И. Ставрова // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник, 2014, №5, с. 72-79.
4. Киселева, В.В. История и современное состояние сосняков Алексеевской рощи национального парка «Лосиный остров» / В.В. Киселева, В.Д. Ломов, В.И. Обыденников, А.П. Титов // Лесоведение, 2010 , №3. - С. 42-52.
5. Матвеев, С.М. Дендрохронология. Методика дендрохронологического анализа: методические указания / С. М. Матвеев. - Воронеж: ФГБОУ ВПО «ВГЛТА», 2013. - 43 с.
6. Румянцев Д. Е. История и методология лесоводственной дендрохронологии / Д. Е. Румянцев. М.: МГУЛ, 2010 -107 с.
7. Румянцев Д. Е. Климатический сигнал засух в хронологии ели из кисличного типа леса Центрально-лесного заповедника / Д.Е. Румянцев, А.Е. Кухта, Д.В. Пучинская // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник, 2016, №2, с. 36-43
8. Соломина О.Н. Засухи Восточно-Европейской равнины по гидрометеорологическим и дендрохронологическим данным / О.Н. Соломина и др.. С.-Пб.: Нестор-История, 2017 -360с.
9. Стоноженко Л. В. Оценка реакции ели европейской на воздействие климатических факторов в древостоях разного породного состава / Л. В. Стоноженко, Д. Е. Румянцев, Е. 3 Найденова// Лесохозяйственная информация, 2018, №4, с. 21-30
10. Сукачев В.Н. Дендрология с основами лесной геоботаники / В.Н. Сукачев. Л.: ГОСЛЕСТЕХИЗДАТ, 1934. -614с.
Список литературы на английском языке/ References in English
1. Dendroxronologicheskaya informaciya v lesovodstvenny'x issledovaniyax: monografiya [Dendrochronological information in forestry research: monograph]/ Pod redakciej V.A. Lipatkina, D. E. Rumyanceva. - M.: GOU VPO MGUL, 2007. - 137 p. [in Russian]
2. Kalugina S. V. Pochvy' i rastiteFnosf yuga Srednerusskoj vozvy'shennosti v usloviyax menyayushhegosya klimata [Soils and vegetation of the South of the Central Russian upland in a changing climate] / Kalugina S. V., Mitryajkina M.A., Pol' shina M. A. et al. Belgorod: Konstanta - 326 p. [in Russian]
3. Katyutin P.N. RadiaFnyj prirost eli sibirskoj na raznyx etapax poslepozharnyx sukcessij [Radial growth of Siberian spruce at different stages of post-fire successions] / Katyutin P.N., Gorshkov V. V., Stavrova N.I. // Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa - Lesnoj vestnik, 2014, №5, P. 72-79. [in Russian]
4. Kiseleva, V.V. Istoriya i sovremennoe sostoyanie sosnyakov Alekseevskoj roshhi nacionaFnogo parka «Losiny'j ostrov» [History and current state of pine trees in the Alekseevskaya grove of the national Park "Moose island»]/ V.V. Kiseleva, V.D. Lomov, V.I. Obydennikov, A.P. Titov // Lesovedenie, 2010 , №3. - P. 42-52. [in Russian]
5. Matveev, S.M. Dendroxronologiya. Metodika dendroxronologicheskogo analiza: metodicheskie ukazaniya [Dendrochronology. Methods of dendrochronological analysis: guidelines] / S. M. Matveev. - Voronezh: FGBOU VPO «VGLTA», 2013. - 43 p. [in Russian]
6. Rumyancev D. E. Istoriya i metodologiya lesovodstvennoj dendroxronologii [History and methodology of forestry dendrochronology] / Rumyancev D. E.. M.: MGUL, 2010 - 107 p. [in Russian]
7. Rumyancev D. E. Klimaticheskij signal zasux v xronologii eli iz kislichnogo tipa lesa CentraTno-lesnogo zapovednika [Climate signal of droughts in the chronology of spruce from the acidic forest type of the Central forest reserve] / Rumyancev D. E., Kuxta A.E., Puchinskaya D.V. // Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa - Lesnoj vestnik, 2016, №2, P. 36-43. [in Russian]
8. Solomina O.N. Zasuxi Vostochno-Evropejskoj ravniny' po gidrometeorologicheskim i dendroxronologicheskim dannym [Droughts in East European plain, in the meteorological and dendrochronological data] / Solomina O.N. et al. S.-Pb.: Nestor-Istoriya, 2017 -360 p. [in Russian]
9. Stonozhenko L. V. Ocenka reakcii eli evropejskoj na vozdejstvie klimaticheskix faktorov v drevostoyax raznogo porodnogo sostava [Assessment of the reaction of European spruce to the influence of climatic factors in stands of different species composition] / Stonozhenko L. V., Rumyancev D. E., Najdenova E. 3 // Lesoxozyajstvennaya informaciya, 2018, №4, P. 21-30 [in Russian]
10. Sukachev, V.N. Dendrologiya s osnovami lesnoj geobotaniki [Dendrology with the basics of forest geobotany] / Sukachev, V.N. - L.: GOSLESTEXIZDAT, 1934. - 614 p. [in Russian]
