Особенности динамики радиального прироста светлохвойных итемнохвойных древесных растений в подзоне южной тайги Омской области Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

БИОЛОГИЧЕСКИЕ, ВЕТЕРИНАРНЫЕ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ

НАУКИ

УДК 577.49+578,087.1 (571.14) д п КуТДШОВ

А. И. ГРИГОРЬЕВ

Омский государственный педагогический университет

ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ РАДИАЛЬНОГО ПРИРОСТА СВЕТЛОХВОЙНЫХ И ТЕМНОХВОЙНЫХ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В ПОДЗОНЕ ЮЖНОЙ ТАЙГИ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ _

Работа посвящена разработке методов биоиндикации о состоянии гидротермического режима воздушной среды на территории юга Западной Сибири. Выявлена высокая чувствительность группы темнохвойных древесных растений по индикации режимов осадков в первой половине вегетационного периода (май—июнь.)

В целях исследования динамики климатических ритмичности вследствие разных причин, влияющих

параметров, а также их прогнозирования, возника- на ежегодные условия погоды. Приходится искать в

ет необходимость точнее познать закономерности природе записи изменений климатических условий,

естественных вариаций климата. Наряду с кратко- Одним из таких источников, содержащих пого-

срочными и долгосрочными прогнозами погоды дичную многолетнюю и многовековую информа-

большой интерес представляет оценка возможных цию, являются годичные кольца деревьев ¡7]. изменений климатических условий как в прошлом, Деревья - наиболее долгоживущие на земле

так и в будущем [9]. организмы. С первого же дня жизни живое дерево

К сожалению, невозможно по имеющимся рядам является очевидцем многочисленных явлений при-

метеорологических наблюдений проанализировать роды и той среды, где оно произрастает. Годичное

колебания климата за прошедшие столетия и тысяче- кольцо - это память природы, в которой хранятся с .

летия. Изменения климата не подчиняются строгой точностью до одного года оценки разнообразных '

климатических условий прошлого — осадки, температура воздуха, влажность почв, солнечная активность и даже удельная радиоактивность земной атмосферы. Дендрохронология может дать широкую информацию с точностью до года о разных природных явлениях, которые оказывали влияние на ширину и структуру годичных колец [12].

В пределах регионов умеренного и холодного климата, где четко выражается смена времен года, происходит периодическая активность камбия при вторичном приросте древесных осей. В этих зонах деревья откладывают за вегетационный период один слой прироста. На поперечных срезах эти слои хорошо заметны в виде концентрических слоев — годичных колец [2].

Высказывания ученых о том, что годичные кольца деревьев отражают условия их произрастания и могут быть использованы для восстановления погоды прошлого, появились еще во времена Леонардо да Винчи. Но первые дендрохронологические работы были выполнены лишь во второй половине XIX в. в разных странах мира, независимо одна от другой. Некоторые наблюдения о связи годичного прироста и климата в Техасе сделал в 1859 г. американец Д. Кюхлер. В 1869 г. в Австрии А.Покоряй опубликовал статью о расчете метеорологических индексов по годичному приросту древесины. В 1880 г. закончил свою работу "Годичные кольца и метеорологические факторы" датский астроном Д. Кеп-тейн. Начало дендрохронологическим работам в России положила работа профессора Одесского университета Ф. Н. Шведова "Дерево как летопись засух" (1892). В то время все эти работы прошли незамеченными и обратили на них внимание лишь в XX п. [8].

Впервые сформулировал и широко применил на практике основные принципы и методы дендрохронологии в начале XX в. американский астроном А. Дуглас. В 1904 г. он начал обширные работы по сбору образцов деревьев желтой сосны (Pinus ponderosa) для изучения колебаний годичного прироста и его связи с климатом, который, в свою очередь связан, как считал Дуглас, с солнечной активностью. Работы увенчались успехом. В 1919 г. вышел в свет первый том трехтомной монографии Дугласа "Климатические циклы и годичные кольца" [9].

Светлохвойные лесные формации на юге Западной Сибири, представлены двумя типами сообществ: летнехвойными, состоящими из лиственницы сибирской, и вечнозелёными — из сосны обыкновенной. Основной зональной формацией в подзоне южной тайги Западной Сибири являются темнохвойно-пихтовые леса (Ильина, 1984). В большинстве случаев здесь формируются полидоминантные древостой с участием пихты, ели и кедра, причем пихта выполняет здесь функции лесо-образующей породы [5].

Хвойные породы деревьев — это более удобный объект анализа, по сравнению с лиственными породами деревьев. Хвойные более долговечны, имеют хорошо различимые кольца прироста, а годичный прирост более четко реагирует на изменение климатических условий [ 1,5,6].

Основным методом нашего исследования является дендрохронологический (древесно-кольцевой) анализ. Главное достоинство этого метода — возможность реконструкции климатических условий с точностью до года или сезона за сотни лет.

Сложность метода состоит в том, что годовой прирост деревьев зависит от большого количества

внутренних и внешних факторов - от биологических особенностей древесных пород, их происхождения, возраста и условий места произрастания, климатических факторов, солнечной радиации, полноты насаждения, плодоношения, санитарного состояния дерева, его наследственных свойств, стихийных явлений и ряда других причин. Прирост по диаметру особенно легко реагирует на такие колебания факторов внешней среды, как температура, влажность, интенсивность освещения. Но основное положение дендрохронологии, что ширина прироста годичного кольца является наиболее чутким показателем, реагирующим на изменение условий произрастания дерева как в современном лесу, так и в лесах прошлых эпох, получило единодушное признание всех исследователей [1,2].

Цель исследования заключалась в выявлении зависимости динамики ширины годичного кольца светло — и темнохвойных пород деревьев от климатических факторов. В данном случае было взято количество осадков на территории южного ареала произрастания хвойных пород деревьев в Омской области.

Отбор модельных деревьев и образцов древесины осуществлялся по известным методикам. Для дендрохронологического исследования были взяты поперечные спилы десяти модельных деревьев лиственницы сибирской и сосны обыкновенной, кедра сибирского, ели сибирской и пихты сибирской в двух пунктах — 30-40 км севернее с. Большие Уки и 50-60 км от этого села. Большие Уки являются южным пределом ареала распространения ели и пихты в Западной Сибири. Данный участок не испытывал интенсивного хозяйственного воздействия в течение жизни последнего поколения деревьев. Были использованы модельные деревья разного возраста, что облегчает перекрестную датировку и не приводит к потере чувствительности ряда.

Модельные деревья отстояли друг от друга на 40 — 60 км. Такой разброс позволяет выяснить степень устойчивости ширины годичного кольца на обширной территории района. Показатель сходства дендрошкал зависит от расстоянии между сравниваемыми деревьями. При расстоянии между деревьями в 40-60 км сходимость достигает — 90% [1].

Образцы были взяты возрастным буравом в зоне сплошной вырубки на высоте 0,5 м от поверхности почвы. Такая высота забора материала обусловлена тем, что, во-первых, нижняя часть ствола дерева несколько деформируется под воздействие веса, и во-вторых, тем, что в пределах этой высоты наиболее активно действия камбия — материала формирующего древесное отложение.

Образцы для исследования были подвержены шлифовке. Затем по двум взаимно перпендикулярным направляющим (по наибольшей и наименьшей) измерялась ширина годичного кольца с точностью до 0,05 мм с использованием бинокулярного микроскопа МБС-2. При измерении годичного кольца проводилось отдельное измерение «ранней» и «поздней» древесины. Затем определялась общая ширина годичного кольца для каждого модельного дерева.

По данным измерения строились графики динамики ширины годичных колец с выделением ранней и поздней древесины. За этим следовали вычисление среднего значения общей ширины годичного кольца всех 50 модельных деревьев и построение общей дендрограм.чы.

Показатели общих дендрограмм, включая общие данные по ранней и поздней древесине, были

1 2 1.1«'

3

* п.») 1

IX

и

к 0,4(1 1

К

X 0.2« |

с

0.(Х1 —

|<1 г, | I,. г,¡^/Л' "I

| 1 <11 \ I

'Л 1'\;»

Ч" 'У

II ' V |М I 1 'I

1,1'

19.18 -и 1-НИ 51 195Н 19ЙН 7.1 |97н «1 Г°ЛЬ>

| —-нриртггггиомп ,*р-нм,мм--оси.шн и

Рис. 1. Динамика прироста поздней древесины сосны обыкновенной и количество осадков за июнь-июль в мм, на ст. Б-Уки в 1935-1993 гг.

.1.5 т .1.0 | 2.5

2

I 1,0 •ч

3 1.5 ^ £ 1.0

0.5 Р.О

V ~

ГХЦ ¡1 11

' — рП.ШИЙ Прирос! С:1И СИО ,М>., - осадки МЛЙ-ИЮЧЬ,ММ

1.1 оЗ 7.1 81 190.1 гады --- ранний прирост пи.<аы снб.мм

Рис, 2. Ширина ранней части годичного кольца у темно, войных и количество осадков за период май-июнь наст. Большие У ки в 1889 - 1993 гг. в мм

сопоставлены с целью выяснения степени сходства между изучаемыми деревьями. Степень сходства, или коэффициент синхронности (Кс) показывает степень воздействия общих факторов по отношению к двум рассматриваемым временным рядам.

Коэффициент соответствия вычисляется по формуле - Кс = п+- 100% / п - 1

Гдеп+- — количество совпавших по направлению годичных отрезков кривой;

п - длительность сравниваемого времени (в годах).

В том случае, когда все отрезки сравниваемых кривых совпадают по направлению, Кс равен 100%, если же совпадений не наблюдается, равен 0%

Следующий этап — сопоставление данных о ширине годичного кольца с данными о количестве осадков за период отложения древесины на ст. Большие Уки.

Наибольшая интенсивность прироста годичного кольца наблюдается весной, а в середине лета рост или значительно снижается или прекращается совсем. Сроки отложения древесины в стволах светлохвойных видов древесных растений подзоны южной тайги - с 20-27.05 по 20 - 30.07 ¡6].

В связи с этим для изучения зависимости ширины годичного кольца и количества осадков были взяты данные о количестве осадков за период май-июль.

Заключительным этапом был проведен расчет коэффициентов синхронности. Определялось влияние на прирост древесины количества осадков.

По результатам исследования было выяснено, что Для сосны обыкновенной влияние на прирост ранней древесины оказывают преимущественно осадки мая, а в целом на прирост ранней древесины влияют осадки за периодноябрь-июнь. Коэффициент синхронности для этих показателей оказался равен 60 и 62% соответственно.

На прирост поздней части древесины сосны обыкновенной, как показали расчеты, наибольшую степень влияния оказывают осадки за период июнь-июль (рис.1), коэффициент синхронности в данном случае имеет наибольшее значение и равен 63%, что относится к достаточно высокому уровню. Чуть меньший уровень синхронности, равный 57%, показало сравнение влияния на поздний прирост древесины сосны количество осадков за июнь.

В целом же можно указать на выявление общей закономерности процесса отложения ранней и поздней древесины светлохвойных деревьев. Суммарный прирост древесины сосны обыкновенной и лиственницы сибирской находится в достаточной зависимости от количества осадков зимне-весеннего периода, коэффициент синхронности равен в данном случае 65%.

Выявленный уровень показателей синхронности может Оы-п» обусловлен тем фактом, что светло-хвойные на южном пределе ареала в Западной Сибири находятся в экологическом оптимуме и ширина годичного кольца не лимитируется только гидротермическим режимом воздушной среды.

Коэффициент синхронности между общими дендрошкалами ели и пихты сибирской равен 91%, т.е. очень высокого уровня. Сопоставление синхронности прироста ранней части древесины изучаемых деревьев показало очень высокое его значение, равное 93%. Сравнение же обобщенных дендрошкал динамики ширины прироста поздней части годичного кольца показало, что степень соответствия между изучаемыми деревьями равна 97%, что близко к абсолютной синхронности.

Далее было установлено, что наибольшее влияние на отложение древесины оказывает число осадков весеннего периода. Так, степень синхронности между шириной прироста ранней части годичного кольца и количества осадков за период май-июнь оказалась равной 79%. Влияние на прирост ранней древесины количества осадков мая и июня составляет 60 и 55% соответственно.

Весьма высокий показатель имеет и зависимость между суммарным количеством осадков за период ноябрь-июнь и составляет в данном случае 66%.

Синхронность прироста поздней части годичного кольца и количества осадков за июнь составила 52%. Синхронность прироста и количества осадков за июль составила 49%. В целом же, степень влияния на прирост поздней древесины суммарного количества осадков за период июнь-июль составляет 51%, т.е. весьма незначительное в данном районе произрастания.

Таким образом, основываясь на результатах исследования, можно заключить, что динамика ширины годичног о кольца ели и пихты сибирской, как в общем, так и в частном случаях, имеет очень высокую степень синхронности с режимом осадков вегетационного периода, что позволяет использовать каждый отдельный вид как чувственный фито-индикатор изменения гидротермических условий произрастания.

Наибольшее влияние на отложение древесины в весенний период оказывает количество осадков за период май-июнь. Влияние осадков июля на прирост поздней части годичного кольца несущественно. Вероятно это объясняется более коротким периодом отложения трахеид поздней древесины, а также установлением более стабильного водоснабжения древесных растений на стадии завершения активности деятельности камбиального слоя.

Библиографический список

1. Битвинскас Т.Т. Дендроклиматические исследования. Л.:Гидрометеоиздат, 1974 -173 с.

2. Булыгин Н.Е. Дендрология. 2-е изд. Переруб, и доп.-Д.: Агропромиздат, 1991 - 352 с.

3. Горчаковский П.Д., Шиятов С.Г. Фитоиндикация условий среды н природных процессов в высокогорьях. М.: Наука, 1985. - 208 с.

4. Горячев В. М. Подготовка дендрохронологических образцов для измерения под микроскопом/Лесоведение. 2003 № 1. - С. 65-66.

5. Григорьев А.И. К изучению истории развития лесной растительности юга Западной Сибири: Учебное пособие. Омск: Изд-во ОмГПУ, 1998 - 134 с.

6. Григорьев А.И. Эколого-физиологические основы адаптации древесных растений в лесостепи Западной Сибири: Монография. Омск: Иэд-во «Прогресс» Омского ин-та предпринимательства и права, 2003 — 112 с,

7. Колчин Б.А., Битвинскас Т Т. Современные проблемы дендрохронологии. Издательство "Наука", 1972.

8. Колчин Б.А., Черных Н.Б. Дендрохронология Восточной Европы. М., Паука, 1977.

9. Лоиолиус Н.В. Изменчивость прироста деревьев: ден-дроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий. Д.: Наука. Лен.отд. 1979. - 231с.

Ю. Молчанов A.A. Дендроклиматические основы прогнозов погоды - М.: Наука. 1976 - 168 с.

1 1. Шиятов С.Г. Дендрохронология верхней границы леса на Урале. М.: Паука, 1986 - 137 с.

12. Шиятов С.Г., Ваганов Е.А., Кирдянов A.B., Круглов В.Б., Мазепа B.C., Наурзбаев М.М.. Хантемиров Р. М, Методы дендрохронологии. Часть I. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцевой информации: Учебно-мето-дич. пособие . Красноярск, КрасГУ, 2000. 80 с.

КУТА1ПОВ Анатолий Павлович, аспирант кафедры прикладной экологии и природопользования. ГРИГОРЬЕВ Аркадий Иванович, доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой прикладной экологии и природопользования.

Дата поступления статьи в редакцию: 13.08.06 г. © Куташов А.П., Григорьев А.И.

УДК 631.95:631.4 (571.13) Я. Р. РЕЙНГЛРД

О. В. НЕЖЕВЛЯК

Омский государственный аграрный университет

ПРОБЛЕМЫ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ОМСКОЙ ОБЛАСТИ

В работе отражены основные аспекты необходимости создания принципиально новых подходов в оценке природных ресурсов, в частности почв, а также проблемы агроэкологической оценки почвенного покрова Омской области, заключающиеся в отсутствии единой методики оценки каждой почвенной разности агроландшафтов, наиболее полно учитывающей комплекс природных и антропогенных показателей и необходимой для проведения агроэкологического районирования области как основы введения адаптивно-ландшафтных систем земледелия.

Проблема повышения эффективности использования почв и почвенного покрова заключается в рациональном использовании каждой почвенной разности сельскохозяйственным производством для получения максимального количества высококачественной продукции.

Сложившиеся социально-экономические условия к настоящему периоду требуют более дифференцированного учёта, инвентаризации и оценки почвенных ресурсов, способствующих адаптации земледелия к изменившимся природным и производственным условиям. Всё это предполагает сопоставление требований сельскохозяйственных культур к фактическому состоянию почв, почвенного покрова, агроландшафта и возможность их регулирования, в связи, с чем возникает проблема по созданию системы элементарных ареалов агро-

ландшафтов, однородных по условиям возделывания сельскохозяйственных культур.

Современное состояние почвенного покрова Омской области претерпело значительное ухудшение в связи с деградационными процессами [б], в первую очередь такими, как эрозия, дефляция [5, 8, 17,18, 29], опустынивание [19].

В связи с интенсификацией сельскохозяйственного производства встала необходимость более полной и количественной оценки почвенного покрова с учетом показателей ландшафтного анализа территории [9), для внедрения адаптивно-ландшафтных систем земледелия.

Бонитировочный подход в оценке почв [31] не совсем полно соответствует требованиям сельскохозяйственного производства, поэтому должна проводиться не только качественная, но и коли-