Прирост годичных колец хвойных в Южном Сихотэ-Алине в связи с изменениями региональных и глобальных факторов среды

Прирост годичных колец хвойных в Южном Сихотэ-Алине в связи с изменениями региональных и глобальных факторов среды

Ловелиус Н.В.

Трофимова А.Д.

Исследования проведены в Верхнеуссурийском биогеоценотическом стационара Биолого-почвенного института ДВО РАН, расположенного в бассейне р. Правая Соколовки (приток IV порядка р. Уссури) в пределах высотных отметок от 440 до 1108 м над ур. м. и занимающего площадь около 4,5 тыс. га. По своим природным характеристикам территория стационара типична для среднегорного пояса Южного Сихотэ-Алиня и служит своеобразным эталоном южной тайги с господством широколиственно-кедровых и пихтово-еловых лесов [4, 5]. Согласно физико-географическому районированию рассматриваемая территория относится к Западно-Сихотэ-Алинской горной области Амуро-Приморской страны [1]. На стационаре с 1973 года ведутся комплексные исследования лесных экосистем на постоянных и временных пробных площадях [2, 4-10].

В среднегорном поясе (от 450 до 850 м над ур. м.), где проводилась работа, основная ландшафтообразующая роль принадлежит широколиственно-кедровым и типичным кедровникам [3]. Постоянными спутниками сосны корейской в этом поясе служат ель аянская и пихта белокорая [6].

В задачи нашей работы входило: а) проследить особенности формирования радиального прироста сосны корейской, ели аянской и пихты белокорой. б) Определить распределение температуры воздуха и атмосферных осадков и характеристик солнечной (W) и геомагнитной (aa) активности, галактических космических лучей (ГКЛ) в годы аномальных изменений прироста годичных колец.

Материалами для анализа изменчивости радиального прироста деревьев были керны модельных деревьев сосны корейской, ели аянской и пихты белокорой, произрастающих в пихтово-еловом лесу с кедром и березой желтой на постоянной пробной площади № 11-1975. Керны деревьев были отобраны буравом Плесстлера в 2008 и 2009 гг. Методика взятия и последующая обработка образцов опубликована ранее [8]. Измерения выполнялись под бинокулярным микроскопом МБС - 1 в единицах шкалы окуляр-метрометра (с точностью 0,01 мм) с последующим переводом их в миллиметры (таб. 1,2.3).

Данные по средним месячным температурам воздуха и сумме осадков по месяцам были взяты из метеостанции «Чугуевка», расположенной в долине р. Уссури на высоте 257 м над ур. м. и находящейся в 30 км к северо-западу от района исследований. Числа Вольфа, индекс аа, ГКЛ получены от профессора В.А. Дергачева.

Наибольшего возраста достигает кедр от 200 до 300 лет, ель аянская 150 - 230 лет, а пихта белокорая имеет серии годичных колец от 40 до 110 лет, это обусловлено частым поражением ее деревьев сердцевинной гнилью. Для анализа использован ряд с 1900 по 2008 год, по длине самой короткой серии годичных колец пихты.

Таблица 1

Прирост годичных колец сосны корейской (мм) на п.п. 11-1975 гг

Таблица 2

Прирост годичных колец ели аянской (мм) на п.п. 11-1975 гг

Таблица 3

Прирост годичных колец пихты белокорой (мм) на п.п. 11-1975 гг

По материалам таблиц построена дендрограмма (рис. 1) средних 10-летних значений прироста годичных колец кедра, ели аянской и пихты белокорой.

Рис.1. Дендрограмма средних 10-летних значений прироста кедра (К), ели аянской (Е) и пихты белокорой (П)

Прирост пихты белокорой отличается большими значениями, в среднем за десятилетия он достигает 3,07 мм, что в 3 раза больше чем у других пород (рис. 1).

Для приведения серий годичных колец к сравнимому виду были рассчитаны отклонения от 10-летней календарной нормы и построены графики суммарной вероятности встречаемости отклонений от нормы (рис. 3). Оказалось, что наибольший диапазон колебаний имеет кедр (40 - 230), за ним ель (50 - 160) и пихта (30 - 180%).

Рис.2. Суммарная вероятность встречаемости прироста кедра, ели и пихты в мм

Рис.3. Суммарная вероятность повторяемости отклонений прироста кедра, ели и пихты в отклонениях от многолетней нормы

Таблица 4

Годы аномально максимальных и минимальных отклонений пророста деревьев

Годы с аномально большими и малыми приростами (таб. 4) были отобраны из отклонений прироста годичных колец от 10-летней календарной нормы. Для них и предшествующих лет выполнены выборки средних месячных температур воздуха и сумм осадков и построены климатограммы (рис.4 и 5).

Рис.4. Осадки в Верхнеуссурийском стационаре в годы больших (сплошная линия) и малых приростов деревьев (пунктир)

Рис.5. Температура воздуха с нарастающим итогом в Верхнеуссурийском стационаре в годы больших (сплошная линия) и малых приростов деревьев (пунктир)

Внутригодовое распределение осадков накануне и в годы с аномальным приростом существенно различается. Их максимумы накануне приходятся на июль и август при незначительной разнице, тогда как в годы аномалий они наблюдаются в июне (в годы с положительными аномалиями прироста) и августе (в годы с малым приростом), причем их разница в августе составляет 55,7 мм. Это дает основание заключить, что внутригодовое распределение осадков имеет наибольшее значение в годы с аномальным приростом деревьев.

Распределения температуры воздуху показало (рис 5), что благоприятными для роста деревьев являются более высокие температуры накануне дат с аномальным приростом. Это дает основание сделать вывод о большей значимости положительных температур накануне дат с аномальным приростом деревьев.

Анализ чисел Вольфа накануне и в годы наибольших приростов исследуемых пород показал, что солнечная активность достигает самых высоких значений, а годы наименьших наблюдается её снижение (Рис. 6). В годы с максимальным приростом солнечная активность наиболее высокая в период вегетации растений с апреля по август.

Рис.6. Средние месячные значения чисел Вольфа (W) накануне и в годы аномально больших (сплошная линия) и малых (пунктир) приростов деревьев

Геомагнитная активность имеет хорошо выраженный сезонный ход с максимумами в марте и сентябре и с минимумами в январе, июне и декабре (Рис. 7). В годы аномально больших приростов максимумы геомагнитной активности накануне в марте и сентябре, а в годы аномалий в марте и октябре. Причем значения индекса аа увеличивается в осенний период с 22,6 до 25,4, который является одним из самых больших показателей. Можно сделать вывод, что повышенная геомагнитная активность положительно влияет на прирост деревьев в годы аномалий.

Распределение галактических космический лучей накануне и в годы наибольших и наименьших величин прироста показано на рис. 8. Из него следует, что накануне аномальных величин прироста значения галактических космических лучей имеют больший диапазон различий. В период вегетации их величины меньше, особенно заметное снижение галактических космических лучей период с апреля по август в годы больших приростов. Следует подчеркнуть, что снижение ГКЛ происходит синхронно с увеличением солнечной активности (рис. 6).

Рис.7. Средние месячные значения индекса геомагнитной активности (аа) накануне и в годы аномально больших (сплошная линия) и малых (пунктир) приростов деревьев

Рис.8. Средние месячные значения галактических космических лучей (ГКЛ) накануне и в годы аномально больших (сплошная линия) и малых (пунктир) приростов деревьев

Для получения представлений о диапазоне различий факторов среды в годы противоположных аномалий выполнены расчеты отношений их характеристик в годы максимумов к данным в годы минимумов (рис. 9,10). Анализ распределения соотношения температуры и осадков показывает, что наибольший диапазон различий прослеживается в температуре накануне в апреле и равен 257,7 %. В годы аномалий температуры воздуха не имеют таких амплитуд и колеблются от 138,8 в апреле и до 82 % в ноябре. В изменении осадков наибольшие амплитуды также прослеживаются накануне дат аномальных приростов (40,1-156,9%). В годы аномалий их значения имели несколько меньше диапазон различий (54,6-148,7%).

Рис. 9. Отношение температуры и осадков в годы с наибольшим к данным в годы с наименьшим приростом годичных колец

На рисунке 10 представлены отношения солнечной и геомагнитной активности, галактических космических лучей, на котором ось значений различий дана в одном масштабе, что позволяет видеть наличие наибольших амплитуд солнечной активности, затем геомагнитной активности и наименьшими амплитудами характеризуются галактические космические лучи. К числу их особенности следует отнести существенные внутригодовые различия в активности Солнца в годы аномалий, которые достигают максимального значения в мае месяца в годы аномалий 175,5 %.Они находятся в противофазе с геомагнитной активностью, имеющий так же наибольшие амплитуды колебаний в годы аномалий.

Галактические космические лучи накануне и в годы аномалий не имеют выраженных внутригодовых колебаний, но имеют тенденцию к увеличению в годы аномалий, изменяясь в пределах накануне 79-82% и в годы аномалий 82-88%.

Рис. 10. Отношение солнечной (W) и геомагнитной активности (aa), галактических космических лучей (ГКЛ) в годы с наибольшим к данным в годы с наименьшим приростом годичных колец

Проведенный анализ факторов среды накануне и в годы аномального прироста сосны корейской, ели аянской и пихты белокорой дает возможность проследить насколько велико значение внутригодового перераспределения метеорологических и гелиофизических характеристик природной среды для роста деревьев во время их относительного покоя и в период вегетации.

Пока нет достоверного подтверждения разделения прямого и опосредованного влияния проанализированных факторов, что не исключает возможности прямых воздействий гелиофизических факторов на прирост деревьев.

Благодарности: Комаровой Татьяне Александровне, доктору биологических наук, профессору за консультации и сотрудничество в период сбора материалов для этой работы. БПИ ДВО РАН город Владивосток.

Пальчикову Сергей Борисовичу (кандидату с.х. наук) и Румянцеву Денису Евгеньевичу (кандидату сельскохозяйственных наук) за предоставленную возможность обрабатывать материал в лаборатории «Здоровый лес».

Дергачеву Валентину Андреевичу, доктору физ.-мат. наук, профессор за предоставление архивных материалов по солнечной и геомагнитной активности, галактическим космическим лучам. ФТИ РАН Санкт-Петербург.

Список литературы

1. Гвоздецкий Н.А., Михайлов Н.И. Физическая география СССР. Азиатская часть. М.: Высш.шк., 1987.- 448 с.

2. Жильцов А.С. Гидрологическая роль горных хвойно-широколиственных лесов Южного Приморья. Владивосток. «Дальнаука». 2008. - 331 с.

3. Колесников Б.П. Кедровые леса Дальнего Востока. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1956.- 261 с.

4. Комарова Т.А., Ловелиус Н.В., Ахмедьянов С.А., Глушко С.Г., Сапожников А.П., Шакирзянова А.Г. Материалы к характеристике послепожарного лесовосстановительного ряда лещинного кедровника с темнохвойными. Владивосток: «ВИНИТИ». 1990. - 56 с.

5. Комарова Т.А. Послепожарные сукцессии в лесах Южного Сихотэ-Алиня. Владивосток: «Дальнаука» ДВО РАН. 1992. - 223 с.

6. Комарова Т.А., Ловелиус Н.В., Жильцов А.С. Индикация природных процессов в лесах среднегорного пояса Южного Сихотэ-Алиня. Владивосток: «Дальнаука». 2009.- 200 с.

7. Кудинов А.И. Широколиственно-кедровые леса Южного Приморья и их динамика. Владивосток. «Дальнаука». 2004.- 368 с.

8. Ловелиус Н.В. Изменчивость прироста деревьев. Дендроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий. Л.: «Наука». 1979. - 232 с.

9. Ловелиус Н.В., Комарова Т.А. Прирост деревьев в Южном Сихотэ-Алине и факторы среды// Лесные экосистемы Северо-Восточной Азии и их динамика. Материалы международной конференции 22-26 августа Владивосток. 2006 г. - С. 119 - 121.

10. Ловелиус Н.В., Комарова Т.А., Вон-Кей Пак, Ле Д.К., Канг Х.С. Дендроиндикация условий произрастания Pinus Koraiensis Siebold et Zucc. в Южном Сихотэ-Алине// Общество. Среда. Развитие. СПб.: «Астерион». 2007. № 1. - С. 121 - 132.

11. Таранков В.И. Введение в дендроклиматологию Дальнего Востока // Гидроклиматические исследования в лесах Советского Дальнего Востока// Владивосток, 1973. - С. 7 - 23 с.