CC BY
42
1. Л1СОВЕ ТА САДОВО-ПАРКОВЕ ГОСПОДАРСТВО
УДК 630 *165.3:504 Доц. Ю.1. Гайда, д-р с.-г. наук -
Укратський НД1 гiрського лiсiвництва; Терноптьський НЕУ
ГЕОГРАФ1ЧН1 КУЛЬТУРИ ЯК 1НСТРУМЕНТ ВИВЧЕННЯ РЕАКЦ11 Л1СОВИХ ДЕРЕВНИХ ВИД1В НА ЗМ1НИ КЛ1МАТУ
Узагальнено методологiчнi аспекти використання географiчних культур лiсових деревних вищв для прогнозування !х адаптивно! реакцп на клiматичнi змши. Апробова-но метод побудови регресшних моделей (функцш реагування) на прикладi мережi геог-рафiчниx культур дуба звичайного 1976-1977 рр. в Укрщш. Як незалежна змiнна (регре-сор) цих функцш використано рiзницю мiж середньорiчними температурами пов^я, середньомiсячними температурами сiчня, липня, рiчними амплггудами температури по-вггря, индексами континентальностi клшату Горчинського i Хромова мiсцевостi загойв-лi насшня i мiсця створення географiчниx культур. Залежними змiнними (регресанта-ми) були середня висота, середнiй дiаметр стовбурш, збереженiсть i запас стовбурово! деревини провешенцш дуба. Встановлено, що ймовiрним наслiдком глобального потеп-лiння (зростання середньорiчноi температури повiтря на 4°С), може бути зниження ш-тенсивностi росту дубових насаджень на 10 -17 %.
Ключовi слова: змша клiмату, географiчнi культури, провешенцн дуба звичайного, функця реагування.
Сьогодш антропогенний чинник вважають однieю i3 ключових причин глобальних клiматичних змш [2]. ТШидюсть таких змiн значно перевищуе тем-пи еволюцшно!' реакцií лiсових деревних порiд [11]. Тому до прюритетних пи-тань науково!' дискусií стосовно наслiдкiв глобального потеплшня належить мо-делювання сценарив змiн клшату, прогнозування трансформацií ареалш та по-пуляцшно-просторово1 структури видiв лiсовоí арборифлори, визначення мож-ливих флуктуацiй 1х адаптивних i неадаптивних ознак [8].
Вiдповiдно до наявних прогнозiв Мiжурядовоí групи експерпв зi змiн клiмату (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) впродовж наступних 100 рокiв середня температура у бврош може збiльшиться на 2-4° С [3]. Однозначно, глобальне потеплiння прямо чи опосередковано може певним чином вплинути на поширення, рiст та стiйкiсть основних лiсоутворювальних порiд в Украíнi. Надшним генекологiчним iнструментом отримання iнформацií про сценарц адаптацií лiсових деревних порвд до ймовiрних клiматичних флукту-ацш е географiчнi культури - випробувальш культури потомств географiчно вiддалених популяцш [6, 9, 10, 12].
Методолопчною основою використання географiчних культур для прогнозування реакцц лiсових деревних видш на клiматичнi змiни е особливосп методики 1х створення. Як правило, клшатичш умови в пунктах заготiвлi насiння та мкцях створення дослiдних культур можуть ктотно вiдрiзнятися. Особливо це стосуеться випробування географiчно вiддалених популяцiй видш iз широким ареалом. Рiзниц,я мiж показниками клшату джерел насiння та пункту випробування провешенцш може бути подiбною до величин прогнозованих се-
редньострокових i довгострокових змш цих показникiв ктмату. Зiставлення кiлькiсних значень адаптивних ознак потомств географiчних популяцш лiсових деревних видiв i/або !х вiдхилень вщ значень потомства мiсцевоí популяцií з рiзницями " клшатичний показник материнського насадження - клшатичний показник у пункта випробування" дае змогу апроксимувати статистичну залеж-нiсть мiж цими показниками певною регресiйною функщею, яка отримала наз-ву функцií реагування [10].
Методика i об'екти дослщження. Для визначення рiвня i напрямтв можливо!' реакцií на клiматичнi змши одного iз найважливiших лiсових деревних видiв Украши дуба звичайного використано данi багаторiчних обмiрiв ме-режi його географiчних культур, ят було створено у 1975-1977 рр. у чотирьох регiонах: на Закарпатп - в Мукачiвському держлiсгоспi (24 провешенцц), у Правобережному Лiсостепу - у Вшницькому держлiсгоспi (28 провешенцш), у Лiвобережному Лiсостепу - у Тростянецькому держлiсгоспi та у Байрачному Степу - у Ворошиловградському (ниш Луганському) держлкгосш (по 23 про-венiенцií).
Як незалежна змiнна використано рiзницю середньорiчних температур повiтря, середньомкячних температур сiчня, липня, рiчних амплиуд темпера-тури повiтря, iндексiв континентальносп клшату Горчинського i Хромова мiж мiсцевостями заготiвлi насiння i мкцями створення географiчних культур. За-лежними змiнними (регресантами) були середня висота, середшй дiаметр стов-бурiв, збереженкть i запас стовбурово!' деревини провешенцш дуба, а точшше 1х вщсоткове вiдхилення вiд показника мiсцевоí популяцп. Такий пiдхiд дав змогу об'еднати (узагальнити) данi, отриманi в рiзних пунктах випробування, в яких абсолютш значения показникiв росту провенiенцiй внаслщок до комплексу абiотичних i бiотичних чинникiв дещо вiдрiзияються.
При виборi математично1 моделi (специфiкацií модел^ враховували не-обхiднiсть обов'язкового включення до не1 вiльного члена навиъ тодi, коли модель без нього була бшьш адекватною за уама критерiями. Такий пiдхiд пояс-нюеться тим, що присутнiсть вшьного члена е доцшьною як з огляду на змiст явища (у нашому випадку рiст географiчних культур залежить не тiльки вiд температурних факторш), так i на статистично-математичш характеристики мо-делi. Останне означае, що по-перше, модель без вшьного члена не можна ощ-нювати за критерiем R2, по-друге - сума вщхилень (залишкiв, збурень) теоре-тичних значень вiд емпiричних у такш моделi не дорiвнюе нулю [4]. Варто заз-начити, що не дивлячись на згаданi вище моменти, деякi автори використовува-ли у своíх дослiджениях моделi без вшьного члена [12].
Для аналiзу використано клiматичнi данi з on-line бази даних Solargis.in-fo [7], ят отримано за допомогою жерактивно1 карти, що забезпечуе достатнiй ршень детальностi i точностi. 1ндекс континентальносп клiмату в пунктах заго-тiвлi жолудш визначено за А.В. Горчинським [1] та СП. Хромовим [5]. Рiчну амплiтуду коливань температури (Amp) розраховано як рiзницю мiж середшми температурами липня i сiчия.
Результати дослщжень та обговорення. На основi аналiзу значного ма-сиву даних росту дуба звичайного в 10-34^чних географiчних культурах отри-
мано низку регресшних моделей, якi вiдображають форму i напрямок статис-тичного зв'язку мiж показниками клшату та параметрами росту i розвитку дуба рiзного географiчного походження (табл. 1). Функци реагування в десятирiчних культурах в основному е лiнiйними (моделi 1, 2, 4, 7). Тшьки в географiчних культурах у Луганськiй обл. найбшьш адекватним виявилося ршняння гшербо-ли (модель 3). Усi щ регресiйнi функцií пояснюють вiд 13,3 % до 36,5 % мшли-восп показника вiдхилення росту ктматишв вiд росту мiсцевого (контрольного) варiанта. I це цiлком зрозумшо, адже диференцiацiя росту потомства геогра-фiчних популяцш лiсових деревних порвд в нових умовах визначаеться не тшьки вiдмiннiстю температурного режиму пов^я мiж мiсцями зростання ма-теринських насаджень i пунктами 1х випробування, але й рiзницею iнших по-казникш клшату, грунту, гiдрологií, рельефу. Загалом усi отриманi функцií реагування висоти дубтв показують, що у багатьох випадках перемiщення жолу-дш iз холоднiших умов у теплiшi супроводжуеться зниженням iнтенсивностi росту провешенцш вiдносно мiсцевоí популяцií i навпаки.
Табл. 1. Функци реагування висоти (Н), дiаметра стовбура (Б), збереженостi (%) та запасу стовбуровоЧ деревини (V) провешенцш дуба звичайного на змту середньорiчно'i температури повтря (Т)
№
мо-дел1
Мюцезнаходження геог-раф1чних культур
Вк культУР
Функц1я реагування
Критерп значущоси 1 адекватност1 модел1
Е критерш
Я2
Закарпатська обл., ДП "Мукач1вське ЛГ"
10
Н = 7,487-4,2797
5,96
0,022
0,206
В1нницька обл., ДП "Вшницьке ЛГ"
10
Н = 3,014-3,2647
14,95
0,0006
0,365
Луганська обл., ДП "Луганське ЛГ"
10
Н = - 8,959 + 8,651/7
7,98
0, 0105
0,285
Ус1 геокультури держмереж1
10
Н = - 0,297-2,5387
18,58
0,0003
0,133
Закарпатська обл., ДП "Мукач1вське ЛГ"
15
Н = 3,778 + 2,3687 - 1,51072
5,38
0,013
0,339
Закарпатська обл., ДП "Мукач1вське ЛГ"
20
Н = 5,514-0,8607®
4,61
0,043
0,173
В1нницька обл., ДП "Вшницьке ЛГ"
10
Б = - 5,361-2,1947
5,04
0,035
0,180
Закарпатська обл., ДП "Мукач1вське ЛГ"
34
г = 39,140-26,6697 + 3,991 Т2
5,645
0,0109
0,349
Закарпатська обл., ДП "Мукач1вське ЛГ"
34
V = 7,775-17 2277+ 2,11Т2
3,64
0,043
0,258
<
1
Функци регресií збереженосп i запасу стовбурово!' деревини на змiни се-редньорiчноí температури пов^я (моделi 8 i 9) також шюструють зменшення цих показникш у разi пiдвищення середньорiчноí температури на 3-4°С.
У табл. 2 наведено значуш ршняння регресií висоти дуба звичайного (у % вщ висоти мкцевого варiанта) на змiну шших клiматичних показниюв. Як бачи-мо, шдвищення середнiх температур як i липня, так i сiчня зумовлюе певне зни-ження середньо1 висоти дерев дуба (моделi 10, 11, 13, 17, рис. 4). Подiбними мо-жуть бути наслiдки збшьшення континентальностi клшату (моделi 12, 14-16, 18).
Отримаш моделi можуть бути використанi для прогнозування кiлькiсних показниюв можливо!' реакцп росту дуба звичайного на глобальне потеплшня, яке супроводжуватиметься пiдвищенням як середньорiчних, так i середньомь сячних температур. Однак тут потрiбно обов'язково зробити застереження про певну наближенiсть прогнозних ощнок, оскiльки адекватнiсть бiльшостi моделей не е задовшьною.
Табл. 2. Функци реагування висоти (H) проветенцт дуба звичайного на змту по-казниюв клгмату: Jan - середньог температури Ычня, Jul - середньог температури липня, Amp -рiчноl амплтуди температури повтря, Gorch - тдексу континенталь-
№ мо-делi Мюцезнаходження географiчних культур BÍK культУР Функц1я реагування Критерп значущосп i адекватностi моделi
F критерш p < R2
10 Сумська обл., ДП "Тростянецький ЛГ" 10 H = 2,427-1,037Л/2 6,67 0,017 0,225
11 Вiнницька обл., ДП "Вшницьке ЛГ" 10 H = 4,969-2,767Jan 22,99 0,0001 0,469
12 Вiнницька обл., ДП "Вшницьке ЛГ" 10 H = 3,626--0,252Amp2 6,32 0,018 0,196
13 Закарпатська обл., ДП "Мукачiвське ЛГ" 10 H = 10,562--4,353Jan 20,83 0,0001 0,475
14 Закарпатська обл., ДП "Мукачiвське ЛГ" 10 H = 7,388-0,617Amp2 24,27 0,0001 0,513
15 Закарпатська обл., ДП "Мукачiвське ЛГ" 10 H = 5,764-0,116Gorch2 9,95 0,004 0,302
16 Закарпатська обл., ДП "Мукачiвське ЛГ" 10 H = 6,100--14556,7Hrom2 7,10 0,014 0,236
17 Уи геокультури держмережi 10 H = -0,535 --0,784Jan-0,218Jan2 12,12 0,0001 0,166
18 Уи геокультури держмережi 10 H = 0,237-0,329Amp1 20,56 0,0001 0,143
Якщо за основу взяти прогноз, зроблений IPCC (шдвищення температури пов^я на 4°С), то зпдно з нашими моделями варто очжувати зниження се-редньо!' висоти 10^чних культур дуба звичайного на 10-17 %, 15^чних - на 15 %, 20^чних - на 14 % (табл. 1, рис. 1-3). Запас стовбурово!' деревини дубо-вих насаджень у вiцi 34 роки може знизитися на 35 % як внаслвдок падiння ш-тенсивносп росту, так i зниження збереженосп культур.
Зарубiжнi автори проводили подiбнi дослiдження з хвойними видами (ялиною канадською, сосною ладанною, сосною Банкса, ялиною европейською) у Пiвнiчнiй Америщ та Gвропi [6, 9, 12]. Вони побудували низку лiнiйних i не-лiнiйних (головним чином параболiчних) моделей, якi вiдображають регресда середньо!' висоти або ж вiдносного вiдхилення росту потомств географiчно вщ-далених популяцiй вiд середньо!' висоти мкцевого варiанта на рiзницю макси-мальних, мiнiмальних середньоденних температур, сум кшькосл лiтнiх опадiв. Коефiцiенти детермiнацií цих моделей, як i у нашому дослiдженнi, не е високи-ми (0,137-0,463). Прогнози, зроблеш для Picea glauca (Moench) Voss у Схвднш Канадi на основi симулятивних дослвджень [6], е подiбними до наших.
20 10 0
£-10 5-20 -30 -40 -50
Н= 7,487 - 4.279Т
X. •
•
• V..
Чч
-3 -2 -1
7 АТ,°С
Рис. 1. ЛШя регреси висоти дуба зеичайного в 10-р'тпих географ'тпих культурах в Мукач'шському лшгост на змшу середньор1чно'1 температуры пов'тгря
30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50
Н = 3,778 + 2,368Т-1,51 ОТ*Т
-3 -2 -1
7 ДТ,°С
Рис. 3. ЛШя регреси висоти дуба зеичайного в 15-р 1чних географ'тпих культурах в Мукач'шському лшгост на змшу середньор'шшп температури пов'тгря
40
30
20
10
# 0 I ^ -10
-20
-30
-40
-50
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 АТ,°С
Рис. 2. ЛШя регреси еисоти дуба зеичайного е Ю-ргчних географ'тпих культурах держмереэт (в 5 пунктах еипробуеання) на змту середньор1чно1 температуры пов'тгря
Н=- 0,297 - 2.538Т
* л * ' •
• .......... ф < % ........ Г.......... •
• * • ..........
* • # *
•
Н = - 0,535-0,783иап-0,218иап^ап
: £ • •
.......»■■■« : • •
• ! ........*... » # »»■узг • ч........ • ф
• • • .! • л
• 1
• •
-6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Лиап,°С а
н п
Рис. 4. ЛШя регреси висоти дуба зеичайного в 10-р1чних ^ географ'тпих культурах держмереж1 (в 5 пунктах еипробуеання) на змту середньо'1 температури Ычня |!
За сценарда клшатичних змш, коли температура тдвищиться на 4 °С, а кшьккть опадав зменшиться на 10 %, середня висота ялини канадсько!' у вщ 22 роки зменшиться на 14,1 %, а середшй дааметр стовбура - на 13,9 %. Амери-канський учений Р. Шмдттнг (R.C. Schmidtling), який використав такий же ме-тодичний шдхвд, прогнозуе падания штенсивносп росту у висоту у сосни ладанно!' та ялини европейсько!' внаслщок глобального потеплшня на 5-10 % [12]. Ок-рш цього, вш наводить також прогнози шших автор1в щодо зменшення показ-никш росту та продуктивной 1нших деревних видав, зокрема падшня висоти у сосни звичайно!' - на 11,6 %, запасу стовбурово!' деревини у сосни короткох-войно! - на 8,9 %, у сосни ладанно!' на 17-17,9 %.
Однак не ус прогнози е такими песимктичними. Ш. Мапаш стверджуе, що для сосни Банкса (Pinus banksiana Lamb.) шдвищення середньор1чно1 темпе-ратури пов1тря може привести до акселерацп росту за умови достатньо!' кшь-косп опад1в. Тшьки на твденшй меж1 ареалу цього виду можлив1 зниження його росту та конкурентоспроможност1, що веде до сукцесшних змш [9].
Висновки. Географ1чн1 культури лкових деревних видш е важливим шструментом отримання емшричних даних про адаптацда 'х популящй до но-вих мшроклшатичних та едаф1чних умов. Матер1али дослвдження адаптивних ознак деревного виду в географ1чних культурах можна використати для визна-чення функщй реагування на змшу клшатичних параметров.
За результатами багатор1чних дослщжень мереж1 географ1чних культур дуба звичайного 1975-1977 рр. побудовано низку регреайних моделей реагування його показнитв росту i продуктивной на коливання макроклшатичних параметров. На основi цих моделей зроблено прогноз змши стану насаджень дуба звичайного в УкраМ внаслщок глобального потеплiния. Пiдвищения се-редньорiчноí температури повiтря ймовiрно може привести до зниження се-редньо!' висоти дубових деревосташв у вiцi 10-20 ротв на 10-17 %.
Лггература
1. Астапенко П.Д. Вопросы о погоде / П.Д. Астапенко. - Л. : Гидрометеоиздат, 1989. -
392 с.
2. Дщух Я. Еколопчш аспекти глобальних змш клшату: причин, насладки, да / Я. Ддух // Вюник НАН Украши : зб. наук. праць. - 2009. - № 2. - С. 34-44.
3. Пачаури Р.К. Изменение климата, 2007 г: Обобщающий доклад. Вклад рабочих групп I, II, III в Четвертый доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата / Р.К. Пачаури, А. Райзингер, и осн. группа авторов (ред.) // Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК). - Женева, Швейцария - 105 с.
4. Кочан О. Метод умовних найменших квадратш для побудови моделi похибки термопар / О. Кочан // Системи обробки шформаци : зб. наук. праць. - 2013. - Вип. 6 (113). - С. 90-95.
5. Хромов С.П. Метеорология и климатология для географических факультетов / С.П. Хромов. - Л. : Гидрометеоиздат, 1968. - 491 с.
6. Andalo C. The impact of climate change on growth of local white spruce populations in Quebec, Canada / C. Andalo, J. Beaulieu, J. Bousquet // Forest Eology and Management. - Vol. 205 (2005). - Pp. 169-182.
7. iMaps: an interactive map that provides solar radiation and meteorological information with very high detail and accuracy. [Electronic resource]. - Mode of access http://Solargis.info/imaps/.
8. Koskela J. Climate change and forest genetic diversty: implications for sustainable forest mamagements in Europe / J. Koskela, A. Buck, E. Teissier du Cros, editor. - Rome, Bioversity International, 2007. - 111 p.
9. Matyas Cs. Modeling climate change effects with provenance test data / Cs. Matyas // Tree Physiology. - Vol. 14 (1994). - Pp. 797-804.
10. Matyas Cs. Climatic adaptation of trees: rediscovering provenance tests / Cs. Matyas // Euphytica. - Vol. 92 (1996). - Pp. 45-54.
11. Matyas Cs. Migratory, genetic and phenetic response potential of forest tree populations facing climate change / Cs. Matyas // Acta Silv. Lign. Hung. - Vol. 2 (2006). - Pp. 33-46.
12. Schmidtling R.C. Use of provenance tests to predict response to climatic change: lobolly pine and Norway spruce / R.C. Schmidtling // Tree Physiology. - Vol. 14 (1994). - Pp. 805-817.
Гайда Ю.И. Географические культуры как инструмент изучения реакции лесных древесных видов на изменения климата
Обобщены современные методологические аспекты использования географических культур для прогнозирования адаптивной реакции лесных древесных видов на климатические изменения. Апробирован метод построения регрессионных моделей (функций реагирования) на примере сети географических культур дуба черешчатого 1976-1977 гг. в Украине. В качестве независимой переменной (регрессора) этих функций использовали разницу между среднегодовыми температурами воздуха, среднемесячными температурами января, июля, годовыми температурами воздуха, индексами континентальности климата Горчинского i Хромова местности заготовки семян и места их тестирования. Зависимыми переменными (регрессантами) были средняя высота, средний диаметр ствола, сохранность и запас стволовой древесины провениенций. Прогнозируется, что вероятным последствием глобального потепления (возрастание среднегодовой температуры воздуха на 4°С), может быть снижение интенсивности роста дубовых насаждений на 10-17 %.
Ключевые слова: изменение климата, географические культуры, провениенции дуба черешчатого, функции реагирования.
Hayda Yu.I. Provenance Tests as the Tool for Study of Forest Tree Species Response to Climate Change
Current methodological aspects of use of provenance tests of forest tree species to predict their adaptive response to climate change are summarized. The methods of constructing regression models (response functions) on the example of provenance trials network of common oak in Ukraine in 1976-1977 are applied. The deviation of mean annual temperature, average temperatures in January and July, the annual amplitude of air temperature, Gorchinsky's and Chromow's continental climate indexes between seed sources and planting site are used as an independent variable (regressors) of this function. Height, dbh, survival and volume (% deviation planting-source) were used as the dependent variable (regresantes). The response models predict that increasing annual mean temperatures of 4 °C may be the result in a loss of height growth of common oak of 10 -17 %.
Key words: climate change, provenance trials, seed sources of common oak, response function.
УДК 630*22 Ст. наук. ствроб. Ю.С. Шпарик, д-р с.-г. наук -
Прикарпатський НУ т. Василя Стефаника; проф. В.1. Парпан, д-р бюл. наук;
астр. В.1. Токар - УкрНДМрлк, м. 1вано-Франшвськ
МЕТОДОЛОГ1Я ВИД1ЛЕННЯ ВОДОЗБОР1В ДЛЯ ВЕДЕННЯ
Л1СОВОГО ГОСПОДАРСТВА В УКРАШСЬКИХ КАРПАТАХ
Наведено шдходи до видшення водозборш для ведення лкового господарства в Украшських Карпатах. Методолопя базуеться на: аналiзi параметрiв водозборш рiзних порядюв у прських умовах для чотирьох басейшв модельних рiчок; класифжацп водоз-борiв для ведення лкового господарства; видшенш люогосподарських водозборiв на цифрових картах; складанш перелжу люових дшянок у межах кожного водозбору; щен-тифжаци люшничих заходiв для видшених люогосподарських водозборш. Щщбраш заходи дадуть змогу не зменшувати люиспсть водозборiв нижче науково обгрунтованих норматишв.
Ключовi слова: порядок водозборiв, люисткть, ухил водотоку, коефщент форми, люогосподарський водозбiр, лiсiвничi заходи.
