CC BY
44
КЛИМАТОГЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ ЛИНЕЙНОГО ПРИРОСТА ЮВЕНИЛЬНЫХ РАСТЕНИЙ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В ДВУХ МОДЕЛЬНЫХ ДРЕВОСТОЯХ ПОВОЛЖЬЯ
А.Е. КУХТА, С.Н. ТИТКИНА
Для биологической оценки последствий изменений климатических факторов и влияния антропогенного стресса на экосистемы весьма перспективными объектами являются различные показатели продуктивности растений [6, 11, 12], в частности, прирост деревьев [15, 8].
В литературе указано, что климатические факторы являются основополагающими при формировании древостоев и влияющими на ход их роста. [9, 3]. Программа исследований крупномасштабных изменений климата, проводимая в Институте глобального климата и экологии Росгидромета и ИГКЭ РАН, ставит своей целью, в частности, выявление и анализ климатогенной составляющей межгодовых колебаний прироста древесных растений [5]. Объектом изучения в данной программе является сосна обыкновенная Pinus sylvestris L.
Построенная Б.П. Алисовым [1] классификация климатов основывается на учете зональных особенностей общей циркуляции атмосферы. Границы климатических зон устанавливаются по среднему положению климатологических фронтов, разделяющих в среднем воздушные массы основных географических типов. Мы будем рассматривать показатели древостоев на двух заложенных нами экополигонах - на территории Волжско-Камского государственного природного заповедника (далее по тексту ВКЗ) и Междуреченского лесничества Никольского лесхоза Пензенской области (далее по тексту МЛ). По Алисову, оба эти экополиго-на расположены в Атлантико-континентальной европейской области, в юго-восточной ее подобласти. В то же время обе территории географически относятся к региону Поволжья, а административно - к Приволжскому Федеральному округу.
ВКЗ находится в Предкамье, климат которого характеризуется как умеренно континентальный, с резкими колебаниями температуры и неравномерным выпадением осадков. Безморозный период продолжается в среднем 128 дней. В год выпадает в среднем 552,1 мм осадков, преимущественно в теплый период (апрель-октябрь) - 319,4 мм. Среднегодовая температура +3,1 °С, средняя самого теплого месяца (июля) +23,8 °С, самого холодного (января) -19,3 °С. Абсолютный минимум -48 °С (в январе 1979 г.), максимум +36,2 °С (в июле 1981 г.). Средняя продолжительность устойчивого снежного покрова - 146-147 дней, вегетационного периода - 162-75 дней. Солнечное сияние — около 2000 ч в году. В заповеднике в основном дерново-подзолистые почвы, механический состав - от рыхлых песков до суглинков. В лесах преобладает сосна (68 % лесной площади), гораздо меньше березы (13 %), липы (11 %), дуба (5 %) и ели (3 %) [2].
Климат на территории Пензенской области умеренно-континентальный, с теплым летом и умеренно холодной зимой. Сезоны хорошо выражены. Зима наступает в третьей декаде ноября и длится более четырех месяцев. Среднемесячная температура января в районе западных участков заповедника (г. Пенза) равна -12,1 °С, восточной части области (г. Кузнецк) -13,3 °С. Вторжение арктических ветров изредка приводит к резкому снижению температуры до -40 °С. Снежный покров устанавливается в конце ноября, а его разрушение происходит в первой декаде апреля. Продолжительность безморозного периода 128-130 дней. Лето длится в среднем 95-100 дней. Среднемесячная температура июля в районе Пензы +19,8 °С, а в районе Кузнецка +19,2 °С. Абсолютный максимум в июле +38 °С. Среднегодовое ко-
личество осадков в районе Пензы 666 мм, в Кузнецке - 627 мм. Структура почвы и накопление гумуса определяются не только особенностями рельефа и увлажнения, но и видовым составом сосняков. Для заложенных нами пробных площадей характерны оподзоленные, слабогумусные, каменистые супеси [7].
Целью данной работы является сравнение характера отклонений годичного линейного прироста в высоту от возрастного тренда у подроста сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на экополигонах, в Меж-дуреченском лесничестве Никольского лесхоза Пензенской области и в Волжско-Камском государственном природном заповеднике, находящихся в различных экологически, но сходных климатически условиях. Это позволит приблизиться к пониманию роли локальных условий в формировании изучаемого показателя. Проводились поиск и анализ зависимостей отклонений годичного прироста от возрастного тренда, аномалий среднемесячных значений температуры и количества осадков, что в дальнейшем может помочь определить влияние климатических условий на данный показатель.
Работы проводились на ряде заложенных в типичных для данной климатической области сосняках [2, 7]. В августе 2002 г. и сентябре 2003 г. был заложен эко-полигон и проведены измерения на территории Междуреченского лесничества Никольского лесхоза Пензенской области. Всего было измерено 180 деревьев. Площади закладывались в сосняках зеленомошных, сосняках разнотравных, в смешанном лесу.
В октябре 2002 г. на территории Волжско-Камского государственного природного заповедника обследовано всего 67 деревьев. Площади закладывались в сосняках зеленомошных, сосняках разнотравных и в смешанном лесу. Измерения проводились по методике, предложенной в работах [4, 5]. Статистическая обработка материала осуществлялась при помощи оригинальной программы ORPEX [5]. Результатом работы программы является ряд усредненных для каждого экополигона годичных приростов.
Для оценки взаимозависимостей межгодовых колебаний отклонений прироста от возрастного тренда на разных экополигонах, а также их зависимостей от аномалий метеорологических переменных вычислялись коэффициенты корреляции с использованием стандартных процедур EXCEL. Вычислялись корреляции отклонений прироста на каждом экополигоне и аномалий среднемесячных температур и суммы осадков мая-июня (основной период роста побегов) и августа-сентября (период закладки почек возобновления) текущего вегетационного сезона.
Массив метеорологических данных за 1989-2003 гг. по Пензенской области, включая ряды среднемесячных температур и осадков, был любезно предоставлен нам сотрудницей отдела мониторинга и вероятностного прогноза климата ИГКЭ Росгидромета РАН канд. геогр. наук Э.Я. Раньковой.
Массив метеорологических данных за 1989 - 2002 гг., включая ряды среднемесячных температур и осадков, были любезно предоставлены нам администрацией Волж-ско-Камского природного государственного заповедника.
С помощью указанной выше программы ORPEX для ВКЗ и МЛ были получены ряды годичных осредненных по каждому экополигону приростов сосны обыкновенной, представленные в табл. 1.
Таблица 1
Отклонения приростов от линии возрастного тренда ВКЗ и МЛ за период с 1990 - 2002 гг.
Годы Прирост ВКЗ Прирост МЛ
1990 - 0,03325 0
1991 0,13529 0,16
1992 - 0,06960 - 0,17
1993 - 0,21922 - 0,03
1994 0,10329 0,08
1995 0,04269 0,06
1996 - 0,06503 0,13
1997 0,20175 - 0,08
1998 0,03365 - 0,09
1999 - 0,29390 - 0,12
2000 0,06545 0,03
2001 0,15010 0,02
2002 - 0,07823 0,10
Таблица 2
Коэффициенты корреляции между отклонениями прироста в высоту от возрастного тренда и аномалиями метеорологических переменных текущего года
Период (1990-2002 гг.) Прирост-температура Прирост-осадки
ВКЗ МЛ ВКЗ МЛ
Май-июнь 0,313 0,217 0,496 0,218
Август-сентябрь 0,508 - 0,0035 - 0,413 0,103
Анализ приростов на данных территориях представляется весьма интересным, поскольку исследуемые объекты находятся в одном климатическом поясе (умеренно-континентальном) в одной области (Атлан-тико-континентальной европейской) по климатическому районированию Б.П. Алисова [1]. При анализе погодных данных на территории ВКЗ и МЛ в периоды с мая по июнь и с августа по сентябрь наблюдается одинаковая динамика температуры и количества осадков. Корреляция между температурой мая-июня (ВКЗ и МЛ) R = 0,94, а между осадками мая-июня R = 0,62. Корреляция температуры в августе-сентябре R = 0,77, а между осадками за тот же период R = 0,23 (расчеты и оценка значимости выполнены с помощью процедур программы (EXCEL). В связи с этим мы ожидаем одинаковый ход роста в исследуемых древостоях. Коэффициенты корреляции рядов данных по приросту представлены в табл. 2.
Максимальная зависимость прироста от осадков отмечена для мая-июня в ВКЗ (R = 0,496). Для МЛ коэффициенты корреляции между температурой и приростом в мае-июне, а также между осадками и приростом в тот же период имеют низкие, но сходные значения (R = 0,217 и R = 0,218 соответственно). Очевидно, влияние этих двух факторов на развитие и рост побегов на двух экополигонах сходно. В то же время для ВКЗ значения корреляции прироста от температуры в мае-июне (R = 0,313) ниже, чем значение корреляции прироста от осадков (R = 0,496). Это свидетельствует о том, что определяющим фактором для роста в большей степени являются осадки. В литературе отмечена тесная связь между ростом побегов, корней, а также продукцией и фотосинтезом деревьев и количеством доступной почвен-
ной влаги. При этом указано, что 80 % вариаций диаметров стволов деревьев во влажной зоне могут быть отнесены за счет колебаний количества осадков [3, 10, 15].
Зависимость между приростами в ВКЗ и МЛ характеризуется корреляцией со значением Я = 0,3. Отсутствие значимой взаимосвязи между динамикой прироста древостоев двух экополигонов, находящихся в весьма сходных климатических условиях, свидетельствует о важности роли локальных ландшафтных, эдафических и экологических факторов. Особенно на изучаемых экополи-гонах различаются почвенные условия (для МЛ характерны оподзоленные, слабогумус-ные, каменистые супеси; для ВКЗ - дерново-подзолистые, механический состав - от рыхлых песков до суглинков). При этом следует иметь в виду, что сосна обыкновенная, являясь ветроопыляемым видом со значительным потоком генов, адаптирована к самым разнообразным климатическим условиям, например, фотопериоду и температурному режиму, но не имеет специфической адаптации к почвенным условиям [13, 14, 16], что вызывает вариативность откликов древосто-ев на данный фактор.
В ходе исследований взаимосвязей климатических факторов и хода линейного роста ювенильных растений сосны обыкновенной обнаружена значимая корреляция для температуры августа-сентября и осадков мая-июня на территории ВКЗ.
Анализ рядов климатических данных для экополигонов ВКЗ и МЛ показывает сходный характер колебания температуры и осадков в периоды май-июнь и август-сентябрь на данных территориях. Такое сходство было ожидаемым, т. к. экологические полигоны находятся в одной зоне по климатическому районированию Б.П. Алисова [1].
0,2 0,15 0,1 0,05 0
-0,05 -0,1 -0,15 -0,2
0,3
0,2
0,1
-0,1
-0,2
-0,3
-0,4
прирост МЛ Ф прирост ВКЗ
Рисунок. Отклонения годичного прироста сосны обыкновенной от возрастного тренда в ВКЗ и МЛ
Несмотря на значительное сходство динамики климатических факторов для изучаемых экополигонов, ряды отклонений линейных приростов сосны обыкновенной от возрастного тренда для данных древостоев не обнаруживают значимого сходства (рисунок), что противоречит литературным данным, называющим климатические факторы определяющими ход роста деревьев. Очевидно, следует признать основополагающую роль локальных экологических, ландшафтных и эда-фических факторов в формировании характера роста сосняков данного региона.
Библиографический список
1. Алисов, Б.П. Климат СССР / Б.П. Алисов. - М.: МГУ, 1956. - 128 с.
2. Гаранин, В.И. Волжско-Камский заповедник / В.И. Гаранин, К.Г. Гильмутдинов, Н.Н. Скокова и др. // Заповедники СССР. Заповедники Европейской части РСФСР. II. - М.: Мысль, 1989. - С. 96-10.
3. Елагин, И.Н. Времена года в лесах России / И.Н. Елагин. - Новосибирск: Наука, 1994. - 271 с.
4. Кухта, А.Е. Линейный прирост деревьев как индикатор состояния среды / А.Е. Кухта // Сибирский экологический журнал. - 2003. - № 6. - С. 767-771.
5. Кухта, А.Е. Метод мониторинга линейного прироста ювенильных древесных растений и его роль в оценке крупномасштабных изменений состояния природной среды и климата. Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем / А.Е. Кухта, С.М. Семенов. - СПб.: Гидрометеоиз-дат. - Т. XVIII. - 2002. - С. 167-192.
6. Кухта, А.Е. Воздействие атмосферного загрязнения на растительность на территории Европы / А.Е. Кухта, В.В. Ясюкевич, Б.А. Кухта и др. // Обзор загрязнения природной среды в Россий-
ской Федерации за 1999 г. // Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. - М., 2000. - С. 42-45.
7. Природа Пензенской области; под. ред. С.И. Жакова. - Пенза: Приволжское кн. изд-во отд. 1970. - 228 с.
8. Семенов, С.М. Тропосферный озон и рост растений в Европе / С.М. Семенов, И.М. Кунина, Б. А. Кухта. - М.: Издательский центр «Метеорология и гидрология», 1999. - 208 с.
9. Феклистов, П.А. Биологические и экологические особенности роста сосны в северной подзоне европейской тайги. Русское геогр. об-во РАН. Арханг. фил., Арханг. гос. тех. ун-т. / П.А. Феклистов, В.Н. Евдокимов, В.М. Барзут. - Архангельск, 1997. - 140 с.
10. Цельникер, Ю.Л. Географические аспекты фотосинтеза у лесных деревьев России / Ю.Л. Цельникер, И.С. Малкина, Н.А. Завельская // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. - СПб.: Гидрометиоиз-дат. - Т. XVIII. - 2002. - С. 81-109.
11. Andersson B. 1988. Defoliation of Coniferous Trees. Assessments 1984-1987// The National Swedish Environmental Protection Board. Envoronmental Quality Laboratory. Uppsala, 28 p.
12. Holten, J.I. and Carey, P.D. 1992. Responses of climate change on natural terrestrial ecosystems in Norway. Norsk Institutt for Naturforskning. 59 p.
13. Kozlowski T. T., Pallardy S. G. 1997. Growth Controle in Woody Plants. Academic Press. 644 p.
14. Eriksson G. Evolutionary forces influencing variation among populations of Pinus sylvestris // Silva Fennica, 1998. № 32. P. 173-184.
15. Eriksson G., Ekberg I. An introduction to forest genetics. Uppsala, 2001. 166 p.
16. Kozlowski T.T., Pallardy S.G. 1997. Growth Controle in Woody Plants. Academic Press. 644 p.
17. Savolainen O.A., Hurme P.K. Conifers from the cold / Eds. R. Bijlsma, V. Loeschcke // Environmental stress, adaptation and evolution. Basel (Swizerland): Bir^user Verlag, 1997. P. 43-62.
0
