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
годы
|
1900
|
1910
|
1920
|
1930
|
1940
|
1950
|
1960
|
1970
|
1980
|
1990
|
2000
|
0
|
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 ели аянской (мм) на п.п. 11-1975 гг
годы
|
1900
|
1910
|
1920
|
1930
|
1940
|
1950
|
1960
|
1970
|
1980
|
1990
|
2000
|
0
|
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
|
0
|
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 колец пихты белокорой (мм) на п.п. 11-1975 гг
годы
|
1900
|
1910
|
1920
|
1930
|
1940
|
1950
|
1960
|
1970
|
1980
|
1990
|
2000
|
0
|
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 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
№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 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.
|