CC BY
135
УДК 630 5:630 177
ДИНАМИКА РАДИАЛЬНЫХ ПРИРОСТОВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ И ЕЛИ ЕВРОПЕЙСКОЙ В ЗОНЕ ХВОЙНО-ШИРОКОЛИСТВЕННЫХ
ЛЕСОВ
DYNAMICS OF RADIAL PINE-GROWTH ORDINARY AND FIRMING
EUROPEAN IN THE ZONE OF CONIFEROUS-BROADBAND FORESTS
Иванов В.П., Марченко С.И., Нартов Д.И., Балухта Л.П.
(Брянский государственный инженерно-технологический университет, г.Брянск, РФ) Ivanov V.P., Marchenko S.I., Nartov D.I., Baluhta L.P.
(Bryansk State Technological University of Engineering, Russia)
Выполнены исследования длительной изменчивости радиальных приростов сосны обыкновенной и ели европейской на фоне изменяющихся погодно-климатических условий. Выявлена синхронность изменения радиальных приростов изучаемых пород в отдельные годы
Long-term variability of radial growths of Scots pine and European spruce against the background of changing weather and climate conditions has been studied. The synchro-nicity of changes in the radial increments of the rocks studied in certain years
Ключевые слова: сосна, ель, радиальный прирост древесины, погодно-климатические условия
Key words: pine, spruce, radial wood growth, weather and climate conditions
Комплексное изучение радиального прироста древесины позволяет судить об изменчивости характера роста деревьев на фоне динамики климатических показателей, что заметили лесорубы, охотники, пастухи и люди других профессий, связанных с лесом [2].
Известно, что внешние условия различно действуют на рост деревьев, и факторы, определяющие утолщение слоев у одних деревьев, вызывают противоположные явления у других. В.Н. Адаменко в 1963 г. и Н.В. Ловелиус в 1970 г. установили связи циркуляционных условий атмосферы с аномалиями прироста древесины, при этом следует учитывать изменчивость процессов радиального прироста у различных видов деревьев [1, 4]. Л.Ф. Правдин отмечал, что рост и продуктивность древостоев сильно изменчивы, не только в пределах одной области в результате влияния различных почвенно-климатических условий, но и в различных физико-географических районах в результате влияния климатических факторов [6].
Э.Д. Лобжанидзе пришел к выводу, что на формирование ширины годичных колец оказывает влияние группа факторов: вид и возраст древесной породы, происхождение и плодоношение деревьев, почвенно-экологические и внешние условия [3].
Кроме климатических факторов и лесохозяйственной деятельности человека, на текущий прирост влияют происхождение и биологические особенности древесных пород, лесорастительные условия, санитарное состояние насаждений, семенные годы, стихийные бедствия (ветровалы, лесные пожары) и т.д. Текущий прирост деревьев зависит и от взаимного влияния деревьев друг на друга (затенение, охлестывание крон, аллелопатия), положения участков леса
на различных геоэлементах рельефа. Многие авторы считают необходимым проводить исследования на массовом материале, и сходятся во мнении, что при изучении радиальных приростов необходимо изучение не менее 10-15 кернов древесины.
Для сосны и ели одного возраста, произрастающих в различных условиях местообитания, норма прироста годичного кольца неодинакова [2]. Величины годичных индексов прироста обусловлены не только колебаниями в природной обстановке, но и проявлением наследственных признаков и положением дерева в древостое. Из ряда факторов, влияющих на ширину годичных колец, выделены два ведущих: первый - изменение возраста (сначала интенсивный рост молодняка, жердняка, средневозрастного насаждения, замедление ростовых процессов в спелом насаждении и очень медленный рост, отмирание старых деревьев), второй - изменение климатических (погодных) факторов, под воздействием которых изменчивость ширины годичных колец теряет плавность и приобретает квазиколебательный циклический характер. Первый фактор -влияние возраста на радиальный прирост - приходится учитывать, а потом исключать из дальнейших исследований. Следующий этап исследований заключается в выявлении степени влияния меняющихся метеоусловий на изменчивость радиального прироста.
Объекты и методика. Представляют интерес результаты изучения радиального прироста сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и ели европейской (Picea abies (L.) Н. Karst.), произрастающих в одинаковых лесорастительных условиях за весьма длительный период - с 1951 по 2016 гг. Объект исследования - смешанный древостой в Опытном отделе Учебно-опытного лесхоза БГИ-ТУ (кв. 63, в. 12) имеет следующую лесоводственно-таксационную характеристику: состав - 9С1Е+Б, возраст - 70 лет, средняя высота - 25 м, средний диаметр - 28 см, относительная полнота - 0,9; тип леса - сосняк брусничный, ТЛУ - А2, подрост - 10Е, средней густоты, подлесок состоит из рябины обыкновенной и крушины ломкой средней высоты. Участок с насаждением характеризуется постоянным микрорельефом, устойчивым гидрологическим режимом, абсолютная высота над средним уровнем моря составляет 199 м.
В исследуемом насаждении с 15-и учетных деревьев каждой породы летом 2017 г. были взяты керны древесины (всего 30 шт.) возрастным буравом Пресс-лера для проведения дендрохронологических исследований на фоне изменяющихся погодно-климатических условий (среднемесячных данных температуры воздуха и количества выпадающих осадков). Учетные деревья выбраны по преобладающим параметрам высоты и диаметра: это здоровые, хорошо развитые деревья, без внешних признаков ослабления болезнями, насекомыми - вредителями и механических повреждений. Обработка кернов древесины в камеральных условиях и анализ результатов измерения выполнены с использованием общепринятых и современных методик [5].
Результаты. Исследования показали, что динамика средних радиальных приростов сосны и ели (рисунок 1) за 66-летний период характеризуется довольно высокой синхронностью, что подтверждается результатами корреляционного анализа. Корреляция абсолютных значений средних радиальных при-
ростов сосны и ели г=0,82±0,07; ^=11,2 - высокая (по Чеддоку), положительная, достоверная при р=0,001 (критическое значение ^99о/о=3,5). Похожие результаты дает анализ индексированных хронологий (рисунок 2) после исключения влияния возрастных трендов: корреляция индексов радиальных приростов сосны и ели г=0,55±0,11; ^=5,2 - заметная, положительная, достоверная при р=0,001. Это достаточно интересное явление, т.к. в литературе встречалась информация о различной норме реакции сосны и ели на воздействие погодно-климатических условий. Отмечается, что биологические кривые большого роста у сосны и ели имеют различную форму. В зависимости от местопроизрастания меняются сроки естественной спелости деревьев, ширина годичных колец и закономерности их сужения. В чистых древостоях сосны высших классов бонитета кульминация текущего прироста по диаметру наблюдается в 10-20-летнем возрасте, ели - в 25-40-летнм возрасте [2].
Рисунок 1 - Древесно-кольцевые хронологии сосны и ели в ТЛУ А2
Варьирование величины радиального прироста у сосны (по данным 15 учетных деревьев) за весь период наблюдений отмечалось в диапазоне 19,452,5%; у ели он несколько шире - 19,7-60,2%.
В более раннем возрасте (анализируемый период с 1951 по 1992 гг.) абсолютные значения среднего радиального прироста сосны обыкновенной были выше, чем у ели европейской, причем, в отдельные годы - довольно существенно. Так, например, в 1964 и 1981 гг. зафиксировано их существенное различие при р=0,001; в 1973 и 1980 гг. - при р=0,01; в 1955-1956, 1968, 1979, 19821983, 1988, 1991-1992 гг. - при р=0,05.
Рисунок 2 - Динамика индексов радиального прироста сосны и ели в ТЛУ А2
В более позднем возрасте (анализируемый период с 1993 по 2016 гг.) ситуация поменялась: абсолютные значения среднего радиального прироста ели европейской стали выше, чем у сосны обыкновенной. Наиболее существенное различие (при р=0,01) зафиксировано в 1998-2001, 2005-2006 гг. и 1997, 2002, 2016 гг. (при р=0,05). Исключение составили лишь 2007 и 2010-2011 гг., когда приросты сосны и ели практически не различались.
Обращает на себя внимание выраженное существенное превышение величины радиальных приростов сосны по сравнению с елью в периоды 1955-1956; 1979-1983, 1991-1992 гг. и выраженное существенное превышение величины радиальных приростов ели по сравнению с сосной в периоды 1997-2002 и 20052006 гг.
Эта ситуация может свидетельствовать об изменении конкурентных отношений между видами в древостое, связанных с их биологическими особенностями, или доминированием сосны в древостое при совместном произрастании с елью. Следует отметить, что в более раннем возрасте сосна имела явные преимущества в росте, но в дальнейшем, начиная с 1993 г., ситуация изменилась: средние радиальные приросты ели чаще оказывались выше, чем у сосны, т.е. в более старшем возрасте у ели увеличивается темп прироста. Можно считать, что ель не всегда растет медленно, весьма часто она ведет себя как порода быстрорастущая [7].
Анализ результатов исследования позволил выявить годы с выраженной синхронной реакцией у изучаемых древесных пород по величине радиального прироста: в 1955, 1957, 1962, 1982, 1990, 1994, 2004, 2015, 2016 гг. - зафиксирована стимуляция прироста (всего 9 сезонов), в то время как в 1967, 1973, 19751977, 1979, 1996 и 2010 гг. наблюдалось ингибирование роста по диаметру у сосны и ели (8 сезонов). Возможно, данный эффект объясняется глобальным действием внешних факторов, ведущая роль в которых, по нашему мнению,
принадлежит природно-климатическим. В пользу этого предположения свидетельствуют результаты дискриминантного анализа совокупного влияния температуры и осадков текущего и предыдущего годов на величину радиальных приростов сосны и ели (рисунок 3).
Пространство выявленных кластеров хорошо дискриминировано (кластеры не смешиваются, накладываясь друг на друга) и организовано - четко просматривается агрегация отдельных групп, что свидетельствует о правильно выбранном направлении исследований.
Рисунок 3 - Отображение в плоскости первых двух факторов влияния климатических показателей на величину радиальных приростов сосны и ели
Попытка вычленить из общей суммы климатической информации достоверные и наиболее значимые факторы показала, что в годы стимулирования и ингибирования радиальных приростов у сосны и ели наблюдались существенные различия в количестве осадков апреля предыдущего года, а также средней температуры января и мая текущего года. Существенность различий параметров оценивалась при р=0,05 - для анализируемых выборок критическое значение составило 2,13. Оказалось, что в неблагоприятные для роста по диаметру сосны и ели годы отмечалось существенно меньшее ^=2,3) количество осадков в апреле предыдущего года (30,4±10,7 мм) по сравнению с годами стимулирования прироста (48,2±16,1 мм) - в 1,5 раза. Как известно, рост по диаметру происходит за счет питательных веществ (ассимилятов) текущего года и частично - предыдущего, его начало приходится на вторую половину мая - начало июня, и вполне возможно, что количество и время выпадения осадков сыграли в этот период ведущую роль.
Похожая, более выраженная закономерность наблюдается при анализе температуры января текущего года ^=3,5): ингибирование роста сосны и ели наблюдается на фоне существенно более низкой среднемесячной температуры
воздуха (-10,0±3,5°С) по сравнению с благоприятными для роста по диаметру годами (-5,2±1,7°С) - почти в 2 раза. Известно, что в это время древесные породы находятся в состоянии глубокого покоя, и можно предположить, что растения не вполне успешно прошли период подготовки к низким зимним температурам. Возможно, на ситуацию влияет температура предыдущего месяца - декабря, т.к. в зимний период происходит перидермальная транспирация, ход которой может быть нарушен температурными условиями, что и отражается на характере радиальных приростов сосны и ели.
Синхронное ингибирование приростов сосны и ели наблюдается также при существенной ^=2,7) разнице средних температур мая (15,3±5,4°С) по сравнению с годами стимулирования прироста (12,5±4,2°С).
Исследования изменчивости радиального прироста сосны обыкновенной и ели европейской за 66-летний периода с 1951 по 2016 гг. выявили у них 17 сезонов синхронного изменения прироста по диаметру: 9 сезонов стимуляция и 8 сезонов ингибирования роста. Значительная роль в изменчивости характера роста принадлежит биологическим особенностям видов, но, в то же время, достаточно существенно проявляется влияние на радиальные приросты погодно-климатических факторов.
Список использованных источников
1. Адаменко В.Н. Опыт изучения условий существования ледников полярного Урала за 260-летний период по данным дендрохронологического анализа // В кн.: Гляциолгические исследования. IX раздел программы МГГ. М.: Наука, 1963. С.103-118.
2. Битвинскас Т.Т. Дендроклиматические исследования. Л.: Гидрометеоиздат, 1974.
172 с.
3. Лобжанидзе Э.Д. Камбий и формирование годичных колец древесины. Тбилиси: АН ГрузССР, 1961. 159 с.
4. Ловелиус Н.В., Соболев А.Н., Феклистов П.А. Черты единства в приросте сосны и ели на Соловецком архипелаге и факторы среды // Общ-во. Среда. Развитие. 2012. №4. С.262-267.
5. Марченко С.И. Техника выполнения измерительных работ с использованием компьютера: учеб. пособие. Брянск: БГИТА, 2008. 20 с.
6. Правдин Л.Ф. Сосна обыкновенная. М.: Наука, 1964. 194 с.
7. Тарасенко В.П., Родин С.А. Ель обыкновенная. М.: Пушкино: ВНИИЛМ, 2007. 216
с.
Исследования выполнены при поддержке гранта РНФ № 16-14-10224 по теме: « Физиологические и молекулярные механизмы адаптации хвойных растений к засухе»
