CC BY
47
Дендро 2012: перспективы применения древесно-кольцевой информации для целей охраны, воспроизводства и рационального использования древесной растительности
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДРЕВЕСНО-КОЛЬЦЕВЫХ ХРОНОЛОГИЙ СОСНЯКОВ, ПРОИЗРАСТАЮЩИХ НА ТОРФЯНЫХ почвах
В.С. ВЕРНОДУБЕНКО, доц. каф. лесного хозяйства Вологодской государственной молочнохозяйственной академии им. Н.В. Верещагина, канд. с.-х. наук
ФГБОУ ВПО ВГМХА им. Н.В. Верещагина, 160555, Вологда-Молочное, ул. Шмидта, д. 2
В статье приведены результаты обработки кернов и спилов с 20 пробных площадей. Целью проведенных исследований стала оценка влияния климатических факторов на динамику радиального прироста сосновых древостоев при различных типах заболачивания почв в Вологодской области. Вся методика работ сводилась к определению морфологической структуры насаждений (породный состав, высота, диаметр, возраст) и горизонтальной и вертикальной дифференциациям деревьев, совместно с бонитетом и запасом. Для дендрохронологического исследования использовались спилы и керны с деревьев, которые отбирались на высотной отметке 0,65 м [1—5]. В ходе работ было были получены выводы о том, что для сосны растущей на торфяных территориях характерна небольшая величина погодичной изменчивости ширины радиального прироста. А также в большинстве случаев изменчивость температурного режима окружающей среды и торфяных почв из-за их высокой теплоизоляционной способности не оказывает значимого влияния и вносит незначительный вклад в формирование и величину прироста сосны. Что касается осадков - их изменчивость имеет определяющее воздействие на рост сосны по диаметру. Стоит отметить, что по мере насыщенности торфов влагой в древостоях увеличивается влияние осадков на ширину годичных колец. Полученные коэффициенты чувствительности (0,22-0,36) указывают на то, что изменчивость индексов прироста незначительна. Что указывает, на однородную степень реакции деревьев в данных лесорастительных условиях на изменения внешних факторов. Коэффициенты корреляции между индивидуальными хронологиями в большинстве случаев показали значительную и высокую тесноту связи между размерами прироста у деревьев. Связь в колебаниях ширины годичных колец, количественно оценена показателем соотношения «сигнал-шум». «Сигнал» для всех объектов в 9 - 19 раз больше, чем изменение величины прироста, вызванное индивидуальными особенностями деревьев («шум»).
Ключевые слова: сосна, радиальный прирост, температура, осадки
Согласно принципу отбора районов и местообитаний для проведения дендрохронологического анализа берутся образцы древесины в неблагоприятных и экстремальных климатических и почвенно-гидрологических условиях. Из типов местообитания наиболее пригодными признаны в основном сухие и избыточно увлажненные. Для условий Вологодской области такими могут являться фитоценозы, произрастающие на торфяных почвах, так как близко залегающие к поверхности почвенно-грунтовые воды снижают энергию роста деревьев.
Целью проведенного исследования стала оценка влияния климатических факторов на динамику радиального прироста сосновых древостоев при различном типе заболачивания почв.
Объектами исследования были ранее и вновь заложенные постоянные пробные площади в естественных условиях местопроизрастания. Классификационной единицей при подборе объектов был принят тип леса как показатель однородности условий местопроизрастания. Коренной тип леса уста-
навливался по классификации заболоченных и болотных лесов, разработанной Н.И. Пьяв-ченко (1974) на основе типологии таежных лесов В.Н. Сукачева (1961) [7].
Методика работ сводилась к определению морфологической структуры насаждений, что включало определение породного состава, размерности (высота, диаметр), возраста. Были определены горизонтальная (густота, полнота) и вертикальная (положение деревьев в пологе, ярусность) дифференциация древостоев и производительность, выраженная классом бонитета и запасом.
Для дендрохронологического исследования использовались спилы и керны с деревьев, которые отбирались на высотной отметке 0,65 м. В дальнейшем срезы зачищались, шлифовались и маркировались. Для подсчета количества годичных приростов и измерения их ширины использовался бинокуляр МБС-
9. Точность определения календарного года формирования каждого прироста, контролировалась при помощи метода перекрестной датировки графиков индивидуальной изменчивости ширины годичных колец.
26
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2014
Дендро 2012: перспективы применения древесно-кольцевой информации для целей охраны, воспроизводства и рационального использования древесной растительности
----хронология Сокольского района
----хронология Кичменгско-Городецкого района
Рисунок. Древесно-кольцевые хронологии сосняков осоково-сфагновых Fig. Tree-ring chronologies pine sedge-sphagnum
Годы
Стандартизация, а именно перевод абсолютных величин прироста (мм) в относительные величины (индексы прироста) осуществлялась отдельно для каждого радиуса путем деления абсолютной величины каждого года на норму прироста за этот же год. Норма прироста определялась при помощи построения сплайн-фунций.
Для выявления тесноты связи между климатическими переменными и индексами прироста использовали коэффициенты корреляции. Данные наблюдений за погодными условиями брались в районных метеорологических станциях, наиболее близких к объектам исследования.
В целях выявления параметров циклических колебаний в рядах индексов радиального прироста применялось спектральное разложение по методу максимума энтропии, линейная фильтрация и аппроксимация основных циклов синусоидами по методу наименьших квадратов в программах Spectr и Sinus, разработанных В.С. Мазепой (1984).
Результаты и обсуждение. Хронологии радиального прироста сосняков, произрастающих на торфяных почвах, имеет специфические черты, отличные от других лесорастительных условий. Полученные коэффициенты чувствительности (0,22-0,36) указывают на то, что изменчивость индексов прироста незначительна. Синхронность изменения ширины годичных колец имеет показатели от средних до высоких. Наибольшая величина наблюдается у деревьев на верховой торфяной за-
лежи. Это указывает, что деревья, растущие в данных лесорастительных условиях, в большей степени одинаково реагируют на изменения внешних факторов. По мере улучшения условий местопроизрастания синхронность колебаний прироста несколько снижается.
Коэффициенты корреляции между индивидуальными хронологиями в большинстве случаев показали значительную и высокую тесноту связи между размерами прироста у деревьев. Связь в колебаниях ширины годичных колец количественно оценена показателем соотношения «сигнал-шум». «Сигнал» для всех объектов в 9 - 19 раз больше, чем изменение величины прироста, вызванное индивидуальными особенностями деревьев («шум»).
Следует отметить, что у деревьев, растущих в одинаковых типах леса и находящихся на значительном расстоянии друг от друга, прослеживается схожая тенденция динамики индексов прироста (рис. 1). В редких случаях присутствует асинхронность прироста, между годами экстремальных его величинами.
Приведенные на рисунке хронологии был построены по деревьям, произрастающим на расстоянии более 200 километров друг от друга, однако связь между ними достаточно высокая, коэффициент корреляции между хронологий 0,61.
Изменение ширины годичных колец у хвойных видов обладает высокой зависимостью от условий внешней среды предшествующего года роста. На это указывают
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2014
27
Дендро 2012: перспективы применения древесно-кольцевой информации для целей охраны, воспроизводства и рационального использования древесной растительности
Таблица 1
Связь индексов прироста с выпадающими осадками за гидрологический год Connection with the index growth by precipitation for the hydrological year
Индекс типа леса Коэффициенты корреляции индексов прироста с месячным количеством осадков
предшествующий год текущий год
IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII
С.сф.-ртр. -0,02 -0,14 0,08 -0,28 -0,35 -0,12 -0,22 -0,07 0,01 0,07 -0,06 0,09
С. ос.-сф. -0,07 -0,08 -0,17 -0,25 -0,43 -0,17 -0,36 -0,04 0,17 0,11 -0,13 0,25
С.куст.-сф. 0,11 -0,12 -0,14 -0,19 -0,50 -0,32 -0,19 -0,21 -0,16 -0,14 0,10 0,01
Примечание: выделенные значения являются достоверными
Таблица 2
Параметры основных циклов в изменчивости радиального прироста в сосняках Parameters of the main cycles in the variability of radial growth in pine forests
Индекс типа леса Показатели среднего периода (1 - лет) и средней амплитуды (2 - %) выделенных циклов в хронологиях индексов прироста
i 2 1 2
С.куст.-сф. 32,5 9,6 12,9 11,3
С.ос.-сф. 30,4 6,4 - -
С.куст.-сф. 34,6 12,4 13,5 10,2
С.куст.-сф. 34,6 13,7 13,7 17,5
С. вахт.-сф 32,4 11,8 11,9 9,2
высокие показатели автокорреляции I-го порядка (0,74-0,88). Деревья, аккумулируя и перераспределяя питательные вещества, в неблагоприятный для роста год формируют сравнительно широкие годичные кольца. В то же время снижение прироста может происходить в следующие один или даже два вегетационных периода.
Влияние температуры на радиальный прирост оценивалось в разном сочетании. Это месячные, сезонные и годовые суммы температур окружающей среды, а также их сумма за вегетационные периоды (май-октябрь) предшествующего и текущего года роста деревьев. Полученные результаты показали, что колебание температуры не вносит значимого вклада в формирование величины радиального прироста заболоченных сосняков. Для большинства объектов коэффициенты корреляции не достигали значимых значений.
Коэффициенты корреляции между приростом и осадками (табл. 1) показали, что они вносят больший вклад в формирование размера годичных годовых колец, чем температура окружающей среды. Увеличение их количества в большинстве случаев приводит
к уменьшению ширины годичного слоя древесины.
Из рассмотренных вариантов для всех объектов характерно негативное воздействие увеличения осадков зимних месяцев на текущий прирост. В большей степени это касается января, для которого получены достоверные значения коэффициентов корреляции для всех видов торфяной залежи.
Многими авторами отмечается, что изменчивость радиального прироста деревьев имеет упорядоченный характер. В его динамике присутствуют регулярные многолетние колебания (цикличность) различной длительности. В древесно-кольцевых хронологиях сосняков, растущих на торфяных почвах, наиболее часто встречаются внутривековые циклы (период до 60 лет). Характеристики полученных циклов (табл. 2) выделялись в сериях методом линейной фильтрации хронологии индексов прироста [9-12].
Каждый из циклов считается достоверным, если в хронологии выявлено не менее 3 - 5 циклов определенной продолжительности. В сосновых древостоях практически на всех объектах присутствуют циклы колебаний прироста длительностью 2-5 лет.
28
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2014
Дендро 2012: перспективы применения древесно-кольцевой информации для целей охраны, воспроизводства и рационального использования древесной растительности
Выводы
При увеличении уровня стояния грунтовых вод и снижении естественного плодородия, от низинной к верховой стадии развития болот, в приросте деревьев наблюдается увеличение общего сигнала сосняков на изменения условий окружающей среды. Можно также отметить следующие:
1. Для сосны, растущей на торфяных почвах, территориях, характерна небольшая величина погодичной изменчивости ширины радиального прироста. Это вызвано особенностью проявления климатических факторов региона исследования, почвенно-грунтовыми условиями торфяных залежей и физиологией данных древесных видов.
2. В большинстве случаев изменчивость температурного режима окружающей среды и торфяных почв из-за их высокой теплоизоляционной способности не оказывает значимого влияния и вносит незначительный вклад в формирование и величину прироста сосны.
3. Изменчивость осадков имеет определяющее воздействие на рост сосны по диаметру. Повышение количества твердых осадков зимних месяцев приводит к ухудшению водного режима почв и сдерживает ростовые процессы деревьев. Отмечается также, что по мере насыщенности торфов влагой в древос-тоях увеличивается влияние осадков на ширину годичных колец.
5. В исследованных древесно-кольцевых хронологиях прослеживаются вековые и внутривековые циклы различной длительности. Наиболее представленными являются циклы периодом 30-37 лет и 12-15 лет. В хронологиях присутствуют циклы длительностью от 2 до 5 лет, которые вызваны физиологическими особенностями анализируемой древесной породы.
Библиографический список
1. Рихтер, И.Э. Влияние биологической мелиорации и периодического недостатка влаги на динамику прироста у сосны и ели // Дендроклиматические исследования в СССР: Материалы 3 Всесоюзной
конференции по дендроклиматологии. - Архангельск, 1978 - С. 142-143
2. Петрик, Н.И. Учет эффективности лесоосушения дендроклиматологическим способом в некоторых типах леса Архангельского лесхоза / Н.И. Петрик, П.А. Феклистов // Дендроклиматологические исследования в СССР: Материалы 3-й Всесоюзной конференции по дендроклиматологии. - Архангельск, 1978 - С. 174.
3. Кукушкин, Е.Н. Формирование годичного слоя древесины в осушенном и удобренном сосняке / Е.Н. Кукушкин // Дендроклиматологические исследования в СССР: Материалы 3-й Всесоюзной конференции по дендроклиматологии. Архангельск, 1978 - С. 93.
4. Ловелиус, Н.В. Радиальный прирост сосны в сфагновых сосняках лесной зоны России и глобальные факторы среды / Н.В. Ловелиус, К.Н. Дьяконов,
С.Б. Пальчиков, А.Ю. Ретеюм и др. // Общество. Среда. Развитие, 2013. - № 4 (29). - С. 251-259.
5. Стравинскене, В.П. Динамика ранней и поздней древесины в годичных кольцах деревьев и ее изменение вследствие осушения / В.П. Стравинскене // Лесоведение, 1983, № 6 - С. 29-34
6. Пьявченко, Н.И. О научных основах классификации болотных биогеоценозов / Н.И. Пьявченко // Типы болот СССР и принципы их классификации. - Л.: Наука, 1974. - С. 35-43.
7. Сукачёв, В.Н. Методические указания к изучению типов леса / В.Н. Сукачёв, С.В. Зонн. - М.: АН СССР, 1961. - 144 с.
8. Мазепа, В.С. Современные подходы при изучении дендрохронологической информации и анализа временных рядов / В.С. Мазепа. - Красноярск: Препринт ИФ СО АН СССР, 1984. - 51 с.
9. Мазепа, В.С. Пространственно-временная изменчивость радиального прироста хвойных видов деревьев в субарктических районах Евразии: дисс. ... д-ра биол. наук / В.С. Мазепа. - Екатеринбург, 1998 - 38 с.
10. Шиятов, С.Г Методы дендрохронологии. Ч. 1. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцнвой информации. Учебно-методическое пособие / С.Г. Шиятов, Е.А. Ваганов, А.В. Кирдянов, В.Б. Круглов, В.С. Мазепа, М.М. Наузбаев, Р.М. Хантемиров. - Красноярск: Крас-ГУ, 2000. - 80 с.
11. Жаворонков, Ю.М. Использование методов дендрохронологии в судебно-ботанических экспертизах, производимых на базе ЭКЦ УВД по Вологодской области, при расследовании преступлений по незаконным рубкам леса / Ю.М. Жаворонков // Криминалистические средства и методы в раскрытии и расследовании преступлений. - М.: ЭКЦ МВД РФ, 2009. - С. 203-206.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2014
29
Дендро 2012: перспективы применения древесно-кольцевой информации для целей охраны, воспроизводства и рационального использования древесной растительности
RESULTS OF TREE-RING CHRONOLOGIES RESEACH OF PINE FORESTS GROWING ON PEAT SOILS
Vernodubenko V.S., Associate Professor, Department of Forestry FSBEE VPO N.V Vereshchagin VSMA
FSBEE VPO N.V. Vereshchagin VSMA, 160555, Vologda-Molochnoe, Shmidta st., 2
The article contains the results ofprocessing of cores and saw cuts from 20 sample plots. The aim of the research was evaluation of climatic factors influence on the dynamics of radial growth of pine stands with different type of soils waterlogging in Vologda region. The whole methodology came down to the plants morphological structure determination (species composition, height, diameter, age) and to horizontal and vertical differentiations of trees, together with site quality and forest yield. For dendrochronological research the saw cuts and cores were used which were selected on the altitude of 0.65 m. In the course of the works it was concluded that for a pine growing on peat areas a little annual variability of the radial growth width is characterized. And in most cases the variability of the environment temperature conditions and peat soils because of their high insulation capacity does not have a significant impact and makes a minor contribution to the formation and value ofpine growth. As for precipitation - their variability has a major impact on the growth ofpine in diameter. It stands to mention that as the peat is saturated with moisture, the influence ofprecipitation on the width of annual rings in the stands increases. The obtained sensitivity coefficients (0.22-0.36) indicate that the variability of the growth indices is negligible. That points out to a uniform degree of trees reaction in these forest conditions to changes in external factors. Correlation coefficients between individual chronologies in most cases showed significant and high relation between the volume of the trees growth. The connection of annual rings width variations is quantitative by the ratio value of "signal - noise ". "Signal" for all the objects is 9 - 19 times greater than the change of the growth value caused by trees individual characteristics ("noise").
Key words: pine, radial growth, temperature, precipitation
References
1. Rikhter I.E. Vliyanie biologicheskoy melioratsii iperiodicheskogo nedostatka vlagi na dinamiku prirosta u sosny i eli [Influence of biological reclamation and periodic lack of moisture on the dynamics of growth in pine and spruce]. Dendroklimaticheskie issledovaniya v SSSR: Materialy 3 Vsesoyuznoy konferentsii po dendroklimatologii. Arkhangel’sk, 1978. pp.142-143
2. Petrik N.I., Feklistov P.A. Uchet effektivnosti lesoosusheniya dendroklimatologicheskim sposobom v nekotorykh tipakh lesa Arkhangel ’skogo leskhoza [Monitor the impact of forest drainage dendroklimatologicheskim way in some forest types Arkhangelsk Forestry]. Dendroklimatologicheskie issledovaniya v SSSR, Materialy 3 Vsesoyuznoy konferentsii po dendroklimatologii. Arkhangel’sk, 1978. pp.174
3. Kukushkin E.N. Formirovanie godichnogo sloya drevesiny v osushennom i udobrennom sosnyake [The formation of the annual ring of wood in dry and fertilized pine]. Dendroklimatologicheskie issledovaniya v SSSR: Materialy 3 Vsesoyuznoy konferentsii po dendroklimatologii. Arkhangel’sk, 1978. pp. 93
4. Lovelius N.V., D’yakonov K.N., Pal’chikov,S.B., Reteyum A.Yu., Rumyantsev D.E., Lipatkin V.A., Cherakshev A.V. Radial’nyy prirost sosny v sfagnovykh sosnyakakh lesnoy zony Rossii i global’nye faktory sredy [Radial growth of pine trees in the pine forests of sphagnum forest zone of Russia and global environmental factors]. Obshchestvo. Sreda. Razvitie. № 4 (29), 2013. pp. 251-259.
5. Stravinskene V.P. Dinamika ranney i pozdney drevesiny v godichnykh kol’tsakh derev’ev i ee izmenenie vsledstvie osusheniya [Dynamics of early and late wood in tree rings and its change due to drainage]. Lesovedenie, 1983, № 6 pp. 29-34
6. P’yavchenko N.I. O nauchnykh osnovakh klassifikatsii bolotnykh biogeotsenozov [On the scientific basis for the classification of wetland ecosystems]. Tipy bolot SSSR i printsipy ikh klassifikatsii. L.: NAUKA, 1974. pp. 35-43.
7. Sukachev V.N., Zonn S.V. Metodicheskie ukazaniya k izucheniyu tipov lesa [Methodological guidelines for the study of forest types]. Moscow. AN SSSR, 1961. 144 p.
8. Mazepa V.S. Sovremennyepodkhodypri izuchenii dendrokhronologicheskoy informatsii i analiza vremennykh ryadov [Modern approaches in the study of dendrochronological data and time series analysis]. Krasnoyarsk: Preprint IF SO AN SSSR, 1984. 51 p.
9. Mazepa V.S. Prostranstvenno-vremennaya izmenchivost’ radial’nogo prirosta khvoynykh vidov derev’ev v subarkticheskikh rayonakh Evrazii [Spatio-temporal variability of radial growth of coniferous tree species in the subarctic regions of Eurasia]. Avtoref. dis...d.b.n. Ekaterinburg: 1998. 38 p.
10. Shiyatov S.G., Vaganov E.A., Kirdyanov A.V., Kruglov V.B., Mazepa V.S., Nauzbaev M.M., Khantemirov R.M. Metody dendrokhronologii. Chast’ 1. Osnovy dendrokhronologii. Sbor i poluchenie drevesno-kol’tsnvoy informatsii [Methods of dendrochronology. Part 1 Fundamentals of dendrochronology. Collection and preparation of wood koltsnvoy information]. Uchebno-metodicheskoe posobie. Krasnoyarsk: KrasGU, 2000. 80 p.
11. Zhavoronkov Yu.M. Ispol’zovanie metodov dendrokhronologii v sudebno-botanicheskikh ekspertizakh, proizvodimykh na baze EKTs UVD po Vologodskoy oblasti, pri rassledovanii prestupleniy po nezakonnym rubkam lesa [The use of dendrochronology in forensic botanical examinations made on the basis EKC ATC in Vologda region, the investigation of crimes by illegal felling] Kriminalisticheskie sredstva i metody v raskrytii i rassledovanii prestupleniy. Moscow, EKTs MVD RF, 2009. pp. 203-206.
30
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2014
