Библиографическое описание:

Моисеев П. А., Григорьева А. В., Главацких К. В. Радиальный прирост ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) разного возраста на верхнем пределе ее произрастания в горах Южного Урала (на примере массива Иремель) // Молодой ученый. — 2016. — №11. — С. 573-577.



В статье приведены результаты исследований радиального прироста ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) разного возраста на верхнем пределе ее произрастания в горах Южного Урала. Получены данные о влиянии урожайных лет и внешних (климатических) факторов на величину радиального прироста ели сибирской.

Ключевые слова: горный массив Иремель, Южный Урал, ель сибирская, верхний предел произрастания древесно-кустарниковой растительности, радиальный прирост.

Район исследований

Исследования поводились на склонах горного массива Иремель (54º 30–34′ с.ш. и 58º 49–54′ в.д.). На общем основании массива поднимаются две вершины (Большой и Малый Иремель), соединенные между собой длинной (около 3 км) и пологой седловиной.

Климат Иремельского горного района отражает все основные черты климата Восточно-Европейской равнины. К ним относится, прежде всего, значительная континентальность, характерная для всей Башкирии и выражающаяся в годовой амплитуде температуры более 30°С. Южный Урал подвержен воздействию различных воздушных масс: атлантических, арктических, континентальных, морских, тропических. Частая их смена приводит к непостоянству и изменению погодных условий. Летом часто наблюдаются ветра северо-западного направления со скоростью 9,6–13 м/с. В районе исследований преобладают западные потоки воздуха. Осадки в большом количестве наблюдаются осенью и зимой. Безморозный период в районе Иремеля составляет до 40–50 дней. При значительной высоте вершин на них долго лежит снег. Первые осенние заморозки обычны в первых числах сентября. Вегетационный период короткий.

Горы Иремель сложены кварцевыми песчаниками, кварцито-песчаниками и темно-серыми и черными сланцами. Иремель входит в район горнолуговых и горноподзолистых почв, а по механическому составу — глинистых почв и суглинков.

На массиве Иремель хорошо прослеживается вертикальная поясность растительности. Выделяют горнолесной, подгольцовый и горнотундровый пояса [1].

Цель изадачи

Цель — изучить радиальный прирост ели сибирской (Picea obovata) разного возраста на верхнем пределе ее произрастания в горах Южного Урала (на примере массива Иремель).

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

‒ построение древесно-кольцевых хронологий по ширине древесных колец для деревьев ели разного возраста;

‒ проведение сравнительного анализа индексов прироста в различные годы у деревьев ели разного возраста;

‒ проведение дендроклиматического анализа, оценка влияния различных климатических факторов (среднемесячных температур и сумм осадков) на радиальный прирост ели (изменения индексов прироста).

‒ выявление влияния урожайных лет на размер радиального прироста.

Методика исследований

В основу исследования положен профильный метод, позволяющий получать информацию о составе и структуре растительности на различных высотных уровнях в пределах лесотундрового экотона. С каждого высотного уровня профиля горы Малый Иремель с 2004 по 2009 года были собраны образцы кернов ели сибирской. Для изучения текущего годичного прироста было отобрано и обработано около 300 образцов древесины (кернов) ели.

Ширина годичных колец измерялась под бинокулярным микроскопом с переводом числа делений измерительной шкалы в миллиметры или на полуавтоматической установке LINTAB-6 (с точностью 0.01 мм). По данным измерений строились графики абсолютного радиального прироста для каждого радиуса, которые используются для точной датировки годичных колец при помощи метода перекрестной датировки [2].

После построения древесно-кольцевых хронологий, проводится стандартизация значений их показателей. Поскольку в рядах изменчивости абсолютных величин прироста деревьев содержатся самые различные не климатические сигналы: возрастные изменения, влияние почвенно-грунтовых условий, конкурентные взаимоотношения, воздействие различных катастрофических факторов, то в дендрохронологии разработана специальная методика, позволяющая исключать, или, по крайней мере, сильно снижать их влияние при помощи вычисления индексов прироста. Индексация ширины годичных колец проводилась для каждой индивидуальной хронологии с помощью сплайн-функций в программе TREND. Значения прироста за каждый год выражаются в процентах, что дает возможность их сравнивать и усреднять. Полученные ряды имеют одинаковые средние и статистически равные дисперсии. У каждого такого ряда в значительной степени исключены индивидуальные особенности радиального роста дерева и сохранена общая для данной совокупности деревьев изменчивость (сигнал).

Обобщенные ряды, характеризующие основные черты изменчивости прироста на каждом участке, строятся путем расчета взвешенных средних в программе ARSTAN. С целью нивелирования локальных воздействий и лучшего выявления влияния климата обобщенные хронологии объединяют в генерализованные хронологии.

После стандартизации значений проводится сравнительный анализ индексов прироста в различные годы у деревьев ели разного возраста, а затем дендроклиматический анализ, оценка влияния различных климатических факторов (среднемесячных температур и сумм осадков) на радиальный прирост ели (изменения индексов прироста).

Анализ климатического отклика обобщенных хронологий проводится с помощью расчета коэффициентов корреляций (Rs) между индексами прироста и ежемесячными значениями осадков и температуры воздуха за период, в течение которого возможно влияние климатических факторов на годичный радиальный прирост древесины. Это особенно важно в тех случаях, когда отсутствуют какие-либо предположения о возможном влиянии климатических факторов на рост древесных растений в конкретных условиях [3].

Результаты исследований

Урожайные годы в еловых древостоях Южного Урала отмечались в 1934, 1937, 1842, 1948, 1952, 1957, 1961, 1966, 1969, 1973, 1978, 1982, 1988, 1992, 1998, 2003, 2009 годах [4].

Для достижения поставленной цели была измерена ширина годичных колец и построены обобщенные хронологии индексов прироста ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) разного возраста (для групп 40–76 лет, 75–101, 100–130 лет) и разной формы роста (одноствольной и многоствольной). Далее проведен сравнительный анализ и дендроклиматический анализ индексов прироста в различные годы.

При корреляционном анализе обобщенных хронологии индексов прироста, построенных на основе индивидуальных хронологий деревьев, произрастающих как на пятом, так и на седьмом высотных уровнях (рис.1), отмечено, что коэффициент корреляции между хронологиями молодых и средних составляет 0,82, между молодыми и старыми 0,76. Самая высокая связь наблюдается между индексами средних и старых деревьев — R=0,93.

Рис. 1. Индексы прироста деревьев одноствольников (Малый Иремель обобщенные хронологии для 5 и 7 высотных уровней)

Коэффициент корреляции между индексами молодых и средних многоствольных деревьев равен 0,77 и совпадает по величине с выявленным при анализе одноствольных деревьев. Наибольшие значения индексов приростов отмечаются у деревьев с многоствольной формой роста у средних по возрасту деревьев (1901–1925 г. появления) в 1966 и 2000 годах, а наименьшие значения в 1953, 1968 и 1994 годах, как у молодых, так и у средних по возрасту деревьев. Причиной синхронного снижения приростов, вероятно, послужили крайне неблагоприятные климатические условия в эти годы (рис.2).

Рис. 2. Индексы приростов деревьев многоствольников (Малый Иремель обобщенные хронологии для 3–7 высотных уровней)

Хорошо известно, что в урожайные годы у молодых (слабо или вообще не плодоносящих) и взрослых (активно плодоносящих) деревьев гормональный фон существенно различается. У взрослых деревьев генеративные органы в период их образования выделяют большое количество гормонов роста, что приводит к их значительному повышению во всех тканях растений (в том числе и камбии), а у молодых этого нет.

Выявлено, что индексы прироста у старых (средних) деревьев в преобладающей части урожайных лет выше, чем у молодых, хотя в отдельных случаях (в 1952, 1966, 1969, 1973, 1992 годах) наблюдается обратная ситуация. На повышение радиального прироста в эти годы, возможно, существенно повлияли внутренние процессы, которые связанны с увеличением гормонов роста, стимулирующих у активно плодоносящих деревьев деление и растяжение клеток древесины и в конечном итоге большей ширине годичного кольца. Молодые деревья (неплодоносящие) не претерпевают гормональных изменений, так как еще не достигли урожайного возраста.

В целом на различия в приростах как в урожайные, так и неурожайные годы у молодых и старых деревьев, произрастающих на верхней границе лесов, существенное влияние оказывают температуры воздуха и глубина снегового покрова, а они в свою очередь на степень промерзания почвы, и, в конечном счете, на степень повреждения корневой системы в зимний период. Так как у старых деревьев корневая система в несколько раз больше, чем у молодых экземпляров, то при одинаковой величине поврежденных корней, влияние температур по-разному сказывается на дальнейшем росте разных возрастных групп.

На основании вышеизложенного можно сказать, что динамика радиального прироста ели сибирской разного возраста на верхнем пределе ее произрастания в целом сходна. Высокие корреляционные связи и синхронность индексов приростов разных возрастных групп, показывают, что на прирост большее влияние должны оказывать внешние (климатические), нежели внутренние (различия физиологии: продолжительность периода роста, гормональные изменения во время урожайных лет) факторы. Для выяснения этого предположения нами был проведен дендроклиматический анализ. В результате было выявлено, что значимые положительные корреляционные связи существуют с температурами июля (от 0,32 до 0,48) и февраля (0,34) текущего года роста для молодых и для многоствольников (0,26 и 0,34 соответственно). Это означает, что в эти промежутки времени температуры были благоприятными, в частности февральские, когда глубина промерзания почвы и низкие температуры могут отрицательно сказываться на росте деревьев.

Заключение

  1. Возрастные группы деревьев, произрастающие на одном высотном уровне, имеют достаточно синхронные хронологии и высокие корреляционные связи между группами.
  2. Между средними и старыми деревьями наблюдалась наиболее высокая корреляционная связь, скорее всего это является причиной гормональных всплесков в годы плодоношения, каких не наблюдается у молодых экземпляров, в силу их возраста.
  3. Наибольшие значения индексов прироста у старых деревьев связаны с урожайными годами. Ширина годичного кольца напрямую зависит от гормональных изменений, которые происходят до и в год плодоношения, так как индексы приростов молодых деревьев ниже в урожайные годы, чем у старых экземпляров.
  4. На радиальный прирост могут влиять внутренние процессы, которые связанны с возрастом дерева, интенсивностью плодоношения, гормональными изменениями на физическом уровне, и внешние процессы — глубина снегового покрова, степень промерзания почвы, температуры, повреждения корневой системы.

Значимые корреляционные связи и синхронность индексов приростов разных возрастных групп ели сибирской, произрастающей на верхней границе лесов, показывают, что на прирост оказывают влияние больше внешние, нежели внутренние факторы.

  1. Многоствольные деревья более требовательны и чувствительны к факторам окружающей среды, чем одноствольные. У одноствольной формы роста ели сибирской связей с температурами предыдущего и осадками текущего и предыдущего года не зафиксировано.
  2. Более высокие значимые связи между радиальным приростом и температурами июля прослеживаются у молодых деревьев.
  3. В целом на рост ели сибирской на верхней границе леса оказывают положительное влияние: температуры июля и февраля текущего года; суммы осадков текущего года по февралю для многоствольников; температуры сентября, октября, ноября предыдущего года и января текущего для многоствольников.

Литература:

  1. Цветаев А. А. Горы Иремель (Южный Урал). — Уфа: Башкирское кн. изд-во, 1960. — 83 с.
  2. Douglass A. E. Climatic cycles and tree–growth. A study of the annual rings of trees in relation to climate and solar activity. — vol. 1. — Washington: Carnegie Inst, 1919. — 127 р.
  3. Тишин Д. В. Дендроэкология (методика древесно-кольцевого анализа). — Казань: Казанский университет, 2011. — 33 с.
  4. Моисеев, П. А. Структура и динамика древесной растительности на верхнем пределе ее произрастания на Урале: автореф. дис. на соиск. учен. степ. док. биолог. наук (03.02.08)/ Моисеев Павел Александрович; Учрежд. Рос. акад. наук. Ин-т. экол. раст. и жив. УрО РАН. — Екатеринбург, 2011.- 44с.
Основные термины (генерируются автоматически): индексов прироста, радиального прироста, разного возраста, радиальный прирост, хронологии индексов прироста, старых деревьев, прироста деревьев, изменения индексов прироста, верхнем пределе, анализ индексов прироста, picea obovata ledeb, величин прироста деревьев, горах Южного Урала, Индексы прироста деревьев, величину радиального прироста, Малый Иремель, исследований радиального прироста, анализа индексов прироста, вычисления индексов прироста, индексов приростов.

Ключевые слова

горный массив Иремель, Южный Урал, ель сибирская, верхний предел произрастания древесно-кустарниковой растительности, радиальный прирост

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос