Приростгодичных колец хвойных в Южном Сихотэ-Алине в связи с изменениями региональныхи глобальных факторов среды
Ловелиус Н.В.
Трофимова А.Д.
Исследования проведены в Верхнеуссурийскомбиогеоценотическом 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 характеристикамтерритория стационара типична для среднегорного пояса Южного Сихотэ-Алиня ислужит своеобразным эталоном южной тайги с господством широколиственно-кедровыхи пихтово-еловых лесов [4, 5]. Согласно физико-географическому районированиюрассматриваемая территория относится к Западно-Сихотэ-Алинской горной областиАмуро-Приморской страны [1]. На стационаре с 1973 года ведутся комплексныеисследования лесных экосистем на постоянных и временных пробных площадях [2,4-10].
В среднегорном поясе (от450 до 850 м над ур. м.), где проводилась работа, основная ландшафтообразующаяроль принадлежит широколиственно-кедровым и типичным кедровникам [3].Постоянными спутниками сосны корейской в этом поясе служат ель аянская и пихтабелокорая [6].
В задачи нашей работывходило: а) проследить особенности формирования радиального прироста сосныкорейской, ели аянской и пихты белокорой. б) Определить распределениетемпературы воздуха и атмосферных осадков и характеристик солнечной (W) и геомагнитной (aa) активности, галактическихкосмических лучей (ГКЛ) в годы аномальных изменений прироста годичных колец.
Материалами для анализаизменчивости радиального прироста деревьев были керны модельных деревьев сосныкорейской, ели аянской и пихты белокорой, произрастающих в пихтово-еловом лесус кедром и березой желтой на постоянной пробной площади № 11-1975. Керныдеревьев были отобраны буравом Плесстлера в 2008 и 2009 гг. Методика взятия ипоследующая обработка образцов опубликована ранее [8]. Измерения выполнялисьпод бинокулярным микроскопом МБС – 1 в единицах шкалы окуляр-метрометра (сточностью 0,01 мм) с последующим переводом их в миллиметры (таб. 1,2.3).
Данные по средниммесячным температурам воздуха и сумме осадков по месяцам были взяты изметеостанции «Чугуевка», расположенной в долине р. Уссури на высоте 257 м надур. м. и находящейся в 30 км к северо-западу от района исследований. ЧислаВольфа, индекс аа, ГКЛ получены от профессора В.А. Дергачева.
Наибольшего возрастадостигает кедр от 200 до 300 лет, ель аянская 150 – 230 лет, а пихта белокорая имеетсерии годичных колец от 40 до 110 лет, это обусловлено частым поражением еедеревьев сердцевинной гнилью. Для анализа использован ряд с 1900 по 2008 год,по длине самой короткой серии годичных колец пихты.
Таблица 1
Прирост годичных колецсосны корейской (мм) на п.п. 11-1975 гггоды 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 0,8 0,96 0,94 0,95 0,76 0,68 0,7 0,77 1,1 1,11 0,72 1 1,07 0,91 0,83 0,87 0,59 0,66 0,78 0,85 1,07 0,97 0,84 2 1,04 0,9 1,05 0,77 0,75 0,77 0,96 0,84 1,14 0,89 0,93 3 1,06 0,73 0,96 0,58 0,69 0,59 1,01 0,68 1,28 0,88 0,48 4 0,84 0,93 0,81 0,7 0,72 0,68 0,73 0,99 0,94 0,86 0,65 5 0,84 0,85 0,85 0,74 0,75 0,65 0,72 0,89 0,84 0,87 0,69 6 0,86 0,78 1,11 0,69 0,72 0,61 0,71 0,81 0,93 0,96 0,56 7 0,83 0,81 1,19 0,65 0,68 0,65 0,74 0,94 1,12 0,54 0,57 8 0,94 0,93 0,97 0,68 0,72 0,63 0,77 0,79 1,01 0,78 0,69 9 0,9 0,81 0,98 0,81 0,53 0,63 0,74 0,88 1,04 0,96 сред 0,92 0,86 0,97 0,74 0,69 0,66 0,79 0,84 1,05 0,88 0,68
Таблица 2
Прирост годичных колец елиаянской (мм) на п.п. 11-1975 гггоды 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 0,3 0,41 0,4 1,32 0,91 0,99 0,58 1,14 0,69 0,67 0,43 1 0,34 0,49 0,37 1,22 0,76 0,91 0,59 1,1 0,67 0,81 0,51 2 0,4 0,53 0,37 1,21 0,62 0,88 0,71 1,22 0,66 0,68 0,63 3 0,41 0,51 0,42 1,21 0,58 0,81 0,92 1,07 0,64 0,71 0,31 4 0,36 0,48 0,51 1,18 0,73 0,82 1,08 1,06 0,66 0,69 0,3 5 0,41 0,48 0,84 1,11 0,98 0,64 1,23 0,92 0,74 0,49 0,45 6 0,45 0,49 0,9 1,14 1,08 0,81 1,15 1,01 0,8 0,53 0,38 7 0,43 0,42 1,09 1,06 1,09 0,82 1,07 1,01 0,87 0,42 0,31 8 0,42 0,38 1,13 1,12 1,17 0,73 1,05 0,84 0,77 0,38 0,38 9 0,38 0,33 1,17 0,93 0,94 0,65 0,99 0,65 0,77 0,44 сред 0,39 0,45 0,72 1,15 0,89 0,81 0,94 1,00 0,73 0,58 0,37
Таблица 3
Прирост годичных колецпихты белокорой (мм) на п.п. 11-1975 гггоды 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 1,1 0,37 0,23 1,47 3,33 2,68 2,4 2,25 1,53 1,59 0,78 1 0,8 0,3 0,3 1,77 3,15 2,37 2,03 2,47 1,68 1,43 0,77 2 0,6 0,37 0,4 1,8 2,9 2,57 2,15 2,43 1,81 1,39 1,12 3 0,6 0,27 0,43 1,57 2,5 2,34 2,36 2,04 1,87 1,25 0,8 4 0,5 0,37 0,5 1,33 2,63 2,48 2,38 2,09 1,6 1,36 0,82 5 0,2 0,27 0,57 1,55 3,02 2,42 2,22 1,92 1,62 1,07 0,81 6 0,2 0,33 0,53 2,08 3,64 2,55 2,35 1,81 1,45 1,11 0,92 7 0,43 0,37 0,63 2,35 3,26 2,38 2,51 1,88 1,69 0,97 0,7 8 0,33 0,27 0,83 2,5 3,56 2,13 2,48 1,71 1,63 0,85 0,65 9 0,37 0,4 1 2,9 2,67 2,55 2,6 1,5 1,56 0,94 0,51 0,51 0,33 0,54 1,93 3,07 2,45 2,35 2,01 1,64 1,2 0,79
По материалам таблицпостроена дендрограмма (рис. 1) средних 10-летних значений прироста годичныхколец кедра, ели аянской и пихты белокорой.
Рис.1. Дендрограммасредних 10-летних значений прироста кедра (К), ели аянской (Е) и пихтыбелокорой (П)
/>
Прирост пихты белокоройотличается большими значениями, в среднем за десятилетия он достигает 3,07 мм,что в 3 раза больше чем у других пород (рис. 1).
Для приведения серийгодичных колец к сравнимому виду были рассчитаны отклонения от 10-летнейкалендарной нормы и построены графики суммарной вероятности встречаемостиотклонений от нормы (рис. 3). Оказалось, что наибольший диапазон колебанийимеет кедр (40 – 230), за ним ель (50 – 160) и пихта (30 – 180%).
Рис.2. Суммарнаявероятность встречаемости прироста кедра, ели и пихты в мм
/> />/>
Рис.3. Суммарнаявероятность повторяемости отклонений прироста кедра, ели и пихты в отклоненияхот многолетней нормы
/>/> />
Таблица 4
Годы аномальномаксимальных и минимальных отклонений пророста деревьев№пп К% K% K% K% K% K% годы Пихта Ель Кедр годы Пихта Ель Кедр 1 1902 116,9 103,8 109,1 1899 90,91 80,86 92,22 2 1903 116,9 104,4 110,3 1904 97,4 91,55 93,47 3 1912 111,1 118 112,7 1918 80,81 84,8 96,29 4 1927 116,6 151,7 112,9 1920 42,94 55,15 82,67 5 1928 153,4 156,5 107,3 1921 55,21 51,68 90,68 6 1929 184,1 162 109,8 1924 92,02 71,41 91,3 7 1946 118,8 121,8 114,4 1935 80,28 96,43 81,35 8 1947 106,3 122,7 119,9 1942 94,61 69,82 91,43 9 1948 116,1 132,2 110,5 1943 81,56 65,93 85,68 10 1950 109,4 123,2 103,2 1955 98,98 79,71 96,29 11 1952 105 109,5 113,3 1958 87 90,64 95,6 12 1970 111,9 113,7 109,2 1961 86,3 63,39 90,74 13 1971 122,7 109,7 114,9 1975 95,5 91,57 96,68 14 1972 121 122,3 116,1 1978 85,11 83,67 75,24 15 1974 104,1 105,5 116,5 1979 74,61 65,23 81,72 16 1990 133,4 115,3 109,1 1995 89,35 83,66 97,93 17 1991 119,7 139,2 103,5 1998 70,86 65,54 95,13 18 2002 142,3 153,2 130,3 2007 88,84 75,02 69,47
Годы с аномально большимии малыми приростами (таб. 4) были отобраны из отклонений прироста годичныхколец от 10-летней календарной нормы. Для них и предшествующих лет выполненывыборки средних месячных температур воздуха и сумм осадков и построеныклиматограммы (рис.4 и 5).
Рис.4. Осадки вВерхнеуссурийском стационаре в годы больших (сплошная линия) и малых приростов деревьев(пунктир)
/>
Рис.5. Температуравоздуха с нарастающим итогом в Верхнеуссурийском стационаре в годы больших(сплошная линия) и малых приростов деревьев (пунктир)
/>
Внутригодовоераспределение осадков накануне и в годы с аномальным приростом существенноразличается. Их максимумы накануне приходятся на июль и август принезначительной разнице, тогда как в годы аномалий они наблюдаются в июне (вгоды с положительными аномалиями прироста) и августе (в годы с малымприростом), причем их разница в августе составляет 55,7 мм. Это дает основание заключить, что внутригодовое распределение осадков имеет наибольшеезначение в годы с аномальным приростом деревьев.
Распределения температурывоздуху показало (рис 5), что благоприятными для роста деревьев являются более высокиетемпературы накануне дат с аномальным приростом. Это дает основание сделатьвывод о большей значимости положительных температур накануне дат с аномальнымприростом деревьев.
Анализ чисел Вольфанакануне и в годы наибольших приростов исследуемых пород показал, что солнечнаяактивность достигает самых высоких значений, а годы наименьших наблюдается еёснижение (Рис. 6). В годы с максимальным приростом солнечная активностьнаиболее высокая в период вегетации растений с апреля по август.
Рис.6. Средние месячныезначения чисел Вольфа (W)накануне и в годы аномально больших (сплошная линия) и малых (пунктир)приростов деревьев
/>
Геомагнитная активностьимеет хорошо выраженный сезонный ход с максимумами в марте и сентябре и сминимумами в январе, июне и декабре (Рис. 7). В годы аномально большихприростов максимумы геомагнитной активности накануне в марте и сентябре, а вгоды аномалий в марте и октябре. Причем значения индекса аа увеличивается восенний период с 22,6 до 25,4, который является одним из самых большихпоказателей. Можно сделать вывод, что повышенная геомагнитная активностьположительно влияет на прирост деревьев в годы аномалий.
Распределениегалактических космический лучей накануне и в годы наибольших и наименьшихвеличин прироста показано на рис. 8. Из него следует, что накануне аномальныхвеличин прироста значения галактических космических лучей имеют большийдиапазон различий. В период вегетации их величины меньше, особенно заметноеснижение галактических космических лучей период с апреля по август в годыбольших приростов. Следует подчеркнуть, что снижение ГКЛ происходит синхронно сувеличением солнечной активности (рис. 6).
Рис.7. Средние месячныезначения индекса геомагнитной активности (аа) накануне и в годы аномальнобольших (сплошная линия) и малых (пунктир) приростов деревьев
/>
Рис.8. Средние месячныезначения галактических космических лучей (ГКЛ) накануне и в годы аномальнобольших (сплошная линия) и малых (пунктир) приростов деревьев
/>
Для полученияпредставлений о диапазоне различий факторов среды в годы противоположныханомалий выполнены расчеты отношений их характеристик в годы максимумов кданным в годы минимумов (рис. 9,10). Анализ распределения соотношениятемпературы и осадков показывает, что наибольший диапазон различийпрослеживается в температуре накануне в апреле и равен 257,7 %. В годы аномалийтемпературы воздуха не имеют таких амплитуд и колеблются от 138,8 в апреле и до82 % в ноябре. В изменении осадков наибольшие амплитуды также прослеживаютсянакануне дат аномальных приростов (40,1-156,9%). В годы аномалий их значенияимели несколько меньше диапазон различий (54,6-148,7%).
Рис. 9. Отношениетемпературы и осадков в годы с наибольшим к данным в годы с наименьшимприростом годичных колец
/>
На рисунке 10представлены отношения солнечной и геомагнитной активности, галактическихкосмических лучей, на котором ось значений различий дана в одном масштабе, чтопозволяет видеть наличие наибольших амплитуд солнечной активности, затемгеомагнитной активности и наименьшими амплитудами характеризуются галактическиекосмические лучи. К числу их особенности следует отнести существенныевнутригодовые различия в активности Солнца в годы аномалий, которые достигаютмаксимального значения в мае месяца в годы аномалий 175,5 %.Они находятся впротивофазе с геомагнитной активностью, имеющий так же наибольшие амплитудыколебаний в годы аномалий.
Галактические космическиелучи накануне и в годы аномалий не имеют выраженных внутригодовых колебаний, ноимеют тенденцию к увеличению в годы аномалий, изменяясь в пределах накануне79-82% и в годы аномалий 82-88%.
Рис. 10. Отношениесолнечной (W) и геомагнитной активности (aa), галактических космических лучей(ГКЛ) в годы с наибольшим к данным в годы с наименьшим приростом годичных колец
/>
Проведенный анализфакторов среды накануне и в годы аномального прироста сосны корейской, елиаянской и пихты белокорой дает возможность проследить насколько велико значениевнутригодового перераспределения метеорологических и гелиофизическиххарактеристик природной среды для роста деревьев во время их относительногопокоя и в период вегетации.
Пока нет достоверногоподтверждения разделения прямого и опосредованного влияния проанализированныхфакторов, что не исключает возможности прямых воздействий гелиофизическихфакторов на прирост деревьев.
Благодарности: КомаровойТатьяне Александровне, доктору биологических наук, профессору за консультации исотрудничество в период сбора материалов для этой работы. БПИ ДВО РАН городВладивосток.
Пальчикову СергейБорисовичу (кандидату с.х. наук) и Румянцеву Денису Евгеньевичу (кандидатусельскохозяйственных наук) за предоставленную возможность обрабатывать материалв лаборатории «Здоровый лес».
Дергачеву ВалентинуАндреевичу, доктору физ.-мат. наук, профессор за предоставление архивныхматериалов по солнечной и геомагнитной активности, галактическим космическимлучам. 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 лещинногокедровника 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 среднегорногопояса 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 иантропогенных воздействий. Л.: «Наука». 1979. – 232 с.
9. Ловелиус Н.В.,Комарова Т.А. Прирост деревьев в Южном Сихотэ-Алине и факторы среды// Лесныеэкосистемы Северо-Восточной Азии и их динамика. Материалы международнойконференции 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 произрастанияPinus 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 // Гидроклиматическиеисследования в лесах Советского Дальнего Востока// Владивосток, 1973. – С. 7 –23 с.