CC BY
26
УДК 581.5
БЕЛЯЕВ Владимир Васильевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры географии и геоэкологии Поморского университета. Автор 90 научных публикаций
.?т
ХМАРА Константин Алексеевич, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории экологической радиологии группы экологии леса Института экологических проблем Севера Уральского отделения РАН. Автор 16 научных публикаций
ДРОВНИНА Светлана Игоревна, аспирант, младший научный сотрудник лаборатории экологической радиологии группы экологии леса Института экологических проблем Севера Уральского отделения РАН. Автор 4 научных публикаций
К ЛЕСОВОДСТВЕННОЙ ОЦЕНКЕ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ЗЕМЛИ
Конвективный тепловой поток, биогеоценоз, температура почвы
Появление методов космической съемки, способных зафиксировать конвективный тепловой поток (КТП) Земли, позволило выявить зоны с его аномально высокими и низкими показателями, в том числе и на территории Европейского Севера. В основе метода лежит передача тепла через преобразование тепловой энергии в энергию электромагнитного инфракрасного излучения, которое измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2). Аномалии КТП зависят на континентах от строения земной коры: мощности осадочного чехла, наличия разрывов [1]. Несмотря на то, что во всех горных породах, залегающих в самой верхней части земной коры, основным механизмом теплопередачи является кондуктив-ная теплопроводность, конвекция тоже играет немаловажную роль [2].
Согласно имеющимся данным, на 5-10% территории Севера европейской части России отмечается аномально высокий конвективный тепловой поток Земли, достигающий десятков ватт на квадратный метр, что составляет до 25% летней среднесуточной нормы суммарной солнечной радиации [3]. В земной коре древней платформы, на которой находится Архангельская область, генерируется поток, равный 9-26 мВт/м2, повышение тепловых потоков и температуры здесь связано с расположением осадочных бассейнов и активизированных зон [4]. Эти зоны представлены разломами земной коры, где обнаружены неоднородности многих физических параметров (повышенная электропроводность,
пониженная скорость распространения сейсмических волн, пониженная плотность горных пород). Тепловое поле может осложняться аномалиями, вызванными литолого-пет-рографическими и гидрогеологическими особенностями разреза [5]. Сильная обратная связь теплового потока с новейшими тектоническими движениями и прямая положительная связь с современными движениями земной коры наводит на мысль о возможном, но пока не оцененном потенциале современной геодинамики Восточно-Европейской платформы [6].
Ранее нами по данным таксационных описаний Архангельской лесоустроительной экспедиции был проведен сравнительный анализ лесных насаждений (выделов), произрастающих на двух территориях с высоким КТП и на двух - с более низким. Причем в обоих случаях аномалии с «низким» и «высоким» КТП располагались одна от другой на расстоянии в несколько километров. Эти исследования наглядно показали, что насаждения одноименных типов леса, одного породного состава и возраста, произрастающие в зонах с разной величиной КТП, очень существенно отличаются по продуктивности (запасам древесины). В рассмотренных типах леса (ельники-черничники и ельники-долгомошники) различия достигают одного класса бонитета [7]. Следовательно, можно говорить о новом факторе, влияющем на экологические условия лесных биогеоценозов. Для нашего региона важной задачей является оценка влияния КТП на лесорастительные условия.
Исследования в этом направлении мы продолжили, и по данным таксационных описаний Архангельской лесоустроительной экспедиции был проведен сравнительный анализ лесных насаждений (выделов) Архангельского, Северодвинского и Онежского лесхозов, произрастающих на 12 территориях с повышенным КТП и на 14 - с пониженным. Отбор территорий производился на основе карты некоррелированно-
го КТП в масштабе 1:1 000 000, выполненной для большей части Приморского района, северной части Холмогорского района, северо-западной части Пинежского района, северо-востока Онежского района, северной и восточной частей Мезенского района Архангельской области1. Лесоводственно-таксационная характеристика насаждений, произрастающих на этих территориях, представлена в табл. 1.
Таблица 1
Таксационная характеристика лесных насаждений на территориях с различным КТП
Территории с повышенным КТП Территории с пониженным КТП
№ Тип леса* Состав** Возраст, лет Высота, см Диаметр, см Запас древесины на 1 га/м3 Высота, см Диаметр, см Запас древесины на 1 га/м3
Северодвинский лесхоз Северодвинское лесничество (оз. Кудьмозеро)
1 С СФ СФ 10С 160 14 20 140 9 16 60
2 Е ДМ ДМ ЕСБ 190 14 15 14 16 18 16 100 16 17 16 18 24 18 120
3, 4 Е ДМ ДМ ЕСБ 190 14 15 14 16 20 16 100 12 13 13 16 20 16 70
6Е 2С 2Б 190 14 16 15 16 24 18 130 15 16 15 16 22 16 130
Онежский лесхоз Караминское лесничество Онежский лесхоз Нижмозерское лесничество
5 С СФ СФ 10С 160 11 18 60 8 12 25
Онежский лесхоз Нижмозерское лесничество
6 Е ДМ ДМ ЕСБ 622 180 180 120 14 17 14 16 26 16 130 16 17 14 22 24 16 140
Архангельский лесхоз Новодвинское лесничество
7 Е ТБ ТС 7Е 3Б 170 120 16 17 20 20 140 16 17 20 20 140
8 С СФ БГ 10С 170 11 16 70 11 16 70
1 Авторы выражают глубокую признательность В.И. Горному (Центр экологической безопасности РАН) за любезно предоставленную карту некоррелированного конвективного теплового потока.
Окончание табл. 1
№ Тип леса* Состав** Возраст, лет Территории с повышенным КТП Территории с пониженным КТП
Высота, см Диаметр, см Запас древесины на 1 га/м3 Высота, см Диаметр, см Запас древесины на 1 га/м3
9, Е 8Е 190 15 18 140 16 18 140
10 ЧЕР 1С 190 18 24 18 26
ЧС 1Б 140 17 20 17 20
8Е 190 17 20 160 16 18 140
1С 190 19 26 18 26
1Б 120 17 20 17 20
11 С СФ 10С+Б 160 11 16 70 10 16 50
О БО
* группы типов леса (тип леса): С СФ СФ - сосняк сфагновый (сфагновый), Е ДМ ДМ - ельник долгомошный (долгомошный), Е ТБ ТС - ельник травяно-болотный (травяно-сфагновый), С СФ БГ - сосняк сфагновый (багульниковый), Е ЧЕР ЧС - ельник черничник (черничный свежий), С СФ О БО - сосняк сфагновый осоково-болотный;
** породный состав: С - сосна, Е - ель, Б - береза, С+Б - сосна с примесью березы.
Из приведенных материалов видно, что лесные насаждения, произрастающие в зонах с разной величиной КТП, очень существенно отличаются по продуктивности (запасам древесины), хотя имеют сходный тип, возраст и состав древостоя. В рассмотренных типах леса (сосняки сфагновые, ельники-долгомошники, ельники травяно-болотные, ельники-черничники, сосняки сфагново-осоковые) мы в подавляющем большинстве случаев находим новое подтверждение влияния КТП на запас древесины, а следовательно, и на продуктивность лесных биоценозов. Иногда эти закономерности не зафиксированы, что можно объяснить разнообразием других факторов (рельеф, увлажненность, структура горных пород и др.).
В условиях таежных лесов температура и влажность - ведущие факторы регуляции распространения биоты, поскольку тепло определяет анатомо-морфологические, физиологические, поведенческие и другие особенности организмов. Сравнительное изучение температуры 30-сантиметрового слоя почвы и приземного слоя воздуха на 6 территориях (3 с повышенным и 3 с пониженным КТП) в усло-
виях северной и средней подзон тайги показало достоверные различия в температуре почвы в течение периода наблюдений (июль-сентябрь 2004 г.) (табл. 2, рис. 1-2).
Методика исследований сводилась к одновременному измерению температуры воздуха на высоте 1 м и температуры почвы на глубине 30 см, так как общеизвестно, что около 90% питательных корней древесных растений располагаются именно в этом слое и его температура наиболее значима с этих позиций. Замеры проводились в 100 статистически выбранных точках на территориях с повышенным и пониженным КТП. При этом использовали контактные термометры ТК 5-05 (погрешность термометра 0,5°) и аспирацион-ные психрометры.
Полученные результаты позволяют сделать предварительный вывод о том, что на территориях с повышенным конвективным тепловым потоком выше не только температура почвы на исследованной глубине, но и температура приземного слоя воздуха. Различия составляют 1°С. Это, безусловно, должно оказывать влияние на многие стороны
Таблица 2
Температура почвы на глубине 30 см на участках с разной величиной КТП
Место наблюдений Озеро Ижма (Пустынное) Озеро Опогра Устьянский лесхоз, кв. 89, 101 Чадромского лесничества
Время наблюдений Июль Июль Июль-сентябрь
Уровень КТП Повы- шенный Пони- женный Повы- шенный Пони- женный Повы- шенный Пони- женный
Количество наблюдений 100 100 100 100 54 55
Среднее арифметическое (М), °С 10,8 9,8 11,0 10,6 11,5 10,6
Ср. квадратичное отклонение (а), °С 0,51 0,63 0,92 0,96 0,90 1,04
Достоверность различий ср. значений (1) 14,75 4,22 6,12
о 16
10
8
6
4
2
-участок с повышенным КТП участок с пониженным КТП
участок с повышенным КТП участок с пониженным КТП
1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99
№ точек наблюдений
Рис. 1. Температура воздуха на участках с различным значением КТП на территории Новодвинского лесничества (оз. Опогра), на высоте 1 м, 20 июля 2004 г.
функционирования лесных биоценозов. Так же появляется возможность целенаправленно картировать, исследовать и охранять релик-
1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97
№ точек наблюдений
Рис. 2. Температура почвы на участках с различным значением КТП на территории Иж-мозерского лесничества на глубине 30 см,
27 июля 2004 г.
товые сообщества, восстанавливать структуру редких биогеоценозов именно в пределах зон выноса эндогенного тепла.
0
Список литературы
1. Горный В.И., Шилин Б.В., Ясинский Г.И. Тепловая аэрокосмическая съемка. М., 1993.
2. Горный В.И., Теплякова Т.Е. О влиянии эндогенного тепла земли на формирование в Бореальной зоне локальных ареалов неморальной растительности // Докл. РАН. 2001. Т. 378. № 5. С. 1-2.
3. Кутас Р.И., Цвященко В.А., Корчагин И.Н. Моделирование теплового поля континентальной литосферы / Отв. ред. Е.Г. Буллах. Киев, 1989. С. 34-151.
4. Санникова Н. С. Микроэкосистемный анализ структуры и функций лесных биогеоценозов // Экология. 2003. № 2. С. 90-95.
5. Череменский Г.А. Геотермия. Л., 1972.
6. Юдахин Ф.Н., Щукин Ю.К., Макаров В.И. Глубинное строение и современные геодинамические процессы в литосфере Восточно-Европейской платформы. Екатеринбург, 2003.
7. Беляев В.В. Влияние конвективного теплового потока Земли на лесорастительные условия // Вестн. Поморского ун-та. Сер. «Естественные и точные науки». № 1(3). 2003. С. 23-29.
Belyaev Vladimir, Hmara Konstantin, Drovnina Svetlana ABOUT FORESTRY ASSESMENT OF CONVECTIVE FLOW OF EARTH
Opportunities of forestry assesment of convective flow of Earth(CFE) through study of the fiatures of forest biogeocenoses in zone with abnormally high and abnormally low CFE are described in these article. Main directive of work included: 1) preselection and comparative analysis of afforestation in zones of abnormal CFE according to data of forest estimation describtions and the works results; 2) comparative study of 30 sm earth s layer and ground layer air temperature on six territories in the conditions of northern and midle subareas of taiga. As a result reliable differences in Earth temperatures of the compared territories were discovered.
Рецензент - Феклистов П.А., профессор Архангельского государственного технического университета
