УДК 630*561.24

ДЕНДРОКЛИМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РОСТА СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В УСЛОВИЯХ СОСНЯКА ЛЕЩИНОВОГО (ОДИНЦОВСКИЙ РАЙОН МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ)

Румянцев Д.Е., профессор кафедры экологии и защиты леса Мытищинского филиала МГТУ им. Баумана

Черакшев А.В., аспирант кафедры экологии и защиты леса Мытищинского филиала МГТУ им. Баумана

Аннотация

Исследования проводились в сосняке лещиновом, расположенном в Одинцовском районе Московской области в окрестностях поселка Барвиха. Установлено, что даже в благоприятных условиях роста (срединная часть ареала в широтном градиенте; плодородные и достаточно увлажненные почвы сложной группы типов леса) у такого засухоустойчивого вида как сосна обыкновенная в хронологиях по радиальному приросту проявляется засухозависимый климатический сигнал. Данный сигнал хорошо фиксируется при использовании метода анализа климаграмм и слабо фиксируется при использовании методов линейного корреляционного анализа.

Ключевые слова: сосна обыкновенная, радиальный прирост, дендрохронология, дендроклиматология, рекреационные леса

I. Введение

Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) произрастает в обширном ареале от Пиренейского полуострова на западе, до побережья Охотского моря на востоке, поднимаясь на Скандинавском полуострове до 70^о с.ш. и спускаясь в Малой Азии до 38^о с.ш. (Рысин, Савельева, 2008). Столь обширный ареал является свидетельством высокой экологической пластичности вида. Московская область, как и вообще центральная часть Русской равнины является благоприятной для роста сосны, о чем свидетельствуют высокие бонитеты сосновых древостоев. Влиянию климатических факторов на прирост сосны посвящен значительный объем публикаций, как в российской науке, так и в мировом научном сообществе. Их достаточно подробный обзор выполнен Д.Е. Румянцевым (2004). Приведенные в обзоре данные свидетельствуют, что характер связи прироста древесины с климатическими факторами может быть весьма разнообразен и должен отдельно устанавливаться применительно к каждому конкретному географическому району. Также необходимо учитывать лесотипологический фактор. В роли наиболее значимых для продуктивности сосны могут выступать погодные условия разных месяцев текущего вегетационного сезона, месяцев, предшествовавших началу вегетации, условия месяцев предшествовавшего вегетационного сезона. Ряд исследований последних лет выполненных на материале сосновых древостоев зоны лесостепи в Европейской и Азиатской части России показали выраженное влияние засух на колебания ширины годичных колец (Матвеев, 2003; Матвеев, Мироненко, Тимащук, 2015; Вахнина, 2016; Малышева, Быков, 2011; Польшина, Митряйкина, Калугина, 2015). Влияние засух на радиальный прирост сосны проявляется и в центральной части Русской равнины (Соломина, Кузнецова, Мацковский, Долгова, 2016), но в основном фиксируется в отдельные, реперные годы. В районах близких к северной границе распространения вида (Архангельская область), на избыточно увлажненных почвах выраженного влияния засух на радиальный прирост не было отмечено фиксируется (Пинаевская, Тарханов, 2016).

II. Постановка задачи

В нашей работе рассматривается динамика радиального прироста сосны из сосняка лещинового в Одинцовском районе Московской области (окрестности поселка Барвиха). Участок расположен на вершине склона. Первое учетное дерево имеет координаты 55^о45,1612’ с.ш. и 37^о17,4288’ в.д., остальные деревья расположены равномерно относительно него в виде круговой площадки. Средняя высота древостоя составляла 25м, средний диаметр 36см. Тип леса – сосняк лещиновый, в подлеске отмечены такие виды как лещина обыкновенная, бересклет бородавчатый, жимолость лесная, в подросте преобладает клен остролистный. Сосняк лещиновый согласно классификации В.Н. Сукачева входит в группу сложных сосняков, которые формируются на относительно богатых и устойчиво влажных или свежих песчано-супесчаных почвах, нередко с суглинистыми прослойками, и обычно встречаются по высоким надпойменным речным террасам (Рысин, Савельева, 2008).

Отбор образцов древесины (кернов) производился с помощью бурава Пресслера на высоте 1,3. С каждого учетного дерева отбиралось по одному керну, пробная площадь была представлена 22 учетными деревьями.

Измерения ширины годичных колец велись в полуавтоматическом режиме с помощью прибора Lintab с точностью до 0,01 мм в лаборатории Института географии РАН. Для контроля за правильностью измерений использовалась процедура перекрестной датировки древесно-кольцевых хронологий с помощью программы TSAP-Win с использованием данных о значении коэффициента синхронности (Румянцев и др., 2015). В табличный процессор Microsoft Excel, в котором выполнялась статистическая обработка данных.

III. Результаты

В результате измерения ширины годичных колец, нами были получены временные ряды радиального прироста. Они отражают колебания ширины годичного кольца по годам учетных деревьев. Существует широкий спектр изменчивости по ширине годичных колец как между разными деревьями, так и для отдельных деревьев в разные календарные годы. При этом наблюдается синхронность в колебании ширины годичных колец во времени, которая особенно четко проявляется в годы минимумов прироста, например, 1956г. и 2002г. Наличие синхронности в колебаниях прироста разных деревьев говорит о правильности выполненных измерений.

Наиболее длинная из полученных древесно-кольцевых хронологий имеет первое кольцо, сформировавшееся в 1911 г. Возрастную структуру исследованного древостоя характеризует график на рис.1.

Рис. 1 Процент учетных деревьев, включенных в анализ в разные годы

Анализируя график можно отметить, что исследованный древостой сосны является разновозрастным, возраст наиболее старых деревьев составляет в нем около ста лет, наиболее молодых около 60 лет. Обобщенная средняя хронология по ширине годичного кольца для всех

учетных деревьев приведена на графике на рис .2.

Рис. 2 Динамика средней ширины годичного кольца в исследуемом древостое

Анализируя график (рис.2) можно отметить наличие во временном ряду хорошо выраженного временного тренда: с возрастом ширина годичного кольца постепенно снижается. Это хорошо известный в дендрохронологии факт, который объясняется особенностями физиологии организма дерева и биоморфологическими закономерностями формирования его ствола (Битвинскас, 1974; Румянцев, 2010; Румянцев, Матвеев, 2013). С точки зрения реконструкции истории данного фитоценоза можно сказать, что развитие его началось на открытом месте, а не под пологом существовавшего ранее древостоя, в противном случае в начале XX века в хронологии наблюдалось бы формирование чрезвычайно узких годичных колец в течение нескольких лет подряд.

Для дендроклиматического анализа может использоваться метод климаграмм (Ловелиус, 2000; Румянцев, 2010). Исследуемая нами хронология хорошо демонстрирует неравнозначность погодных условий разных лет с точки зрения благоприятности для метаболизма деревьев. В данных орографических и эдафических условиях рост сосны неблагоприятно складывался в следующие годы: 1914, 1929, 1936, 1939, 1956, 1964, 1972, 1989, 1996, 2002, 2011. Проанализировав погодный режим данных лет, его отличия от средних многолетних показателей можно сделать вывод об климатических факторах, влияющих на прирост. Для этого были сопоставлены средние среднемесячные температуры: средние для группы лет минимумов прироста и средние для всего периода 1911–2015г.г. Для месячных сумм осадков аналогичный анализ был выполнен для периода 1949-2015г.г. Результаты анализа отражает сопоставление климаграмм, выполненное на рис. 4 и рис.5.

Рис. 4 Сопоставление климаграмм для месячных сумм осадков

Таким образом, в условиях произрастания исследованного древостоя неблагоприятные условия для роста складываются в годы с недостатком зимних осадков (январь, февраль, март), а также летних осадков (июнь, июль, август). Осадки мая и апреля существенно не влияют на состояние деревьев в исследованном древостое.

Рис. 5 Сопоставление климаграмм для месячных сумм осадков

Анализируя климаграмму (рис.5) следует сделать вывод, что на росте деревьев отрицательно сказываются повышенные температуры июня и июля.

В итоге, для улучшения состояния деревьев в посадке может быть рекомендован полив насаждений в июне, июле и августе в те годы, когда осадков будет выпадать значительно ниже среднемноголетней нормы, а также мероприятия по снегозадержанию. Полученные результаты характеризуют влияние на рост погодной обстановки только в отдельные, особенно неблагоприятные по своим параметрам годы вегетации.

Более полное представление о влиянии климатических факторов на формирование прироста древесины дает обработка временных рядов методом корреляционного анализа. Для целей корреляционного анализа необходимо удалить из рядов радиального прироста возрастной тренд, то есть выполнить процедуру индексации (Румянцев, 2010; Матвеев, Румянцев, 2013). Один из вариантов индексации - это деление ширины годичного кольца в конкретном году на среднюю ширину годичного кольца за последние пять лет. Таким образом индексируются все индивидуальные хронологии, а затем на их основе рассчитывается средняя обобщенная индексированная хронология (рис.6).

Рис. 6 Временной ряд индексов радиального прироста

Результаты корреляционного анализа индексированной хронологии приведены в таблице. Достоверные при уровне доверительной вероятности 0,05 значения коэффициентов корреляции (Лакин, 1990) выделены жирным шрифтом.

Таблица. Значения коэффициентов корреляции между временным рядом индексов прироста и временными рядами метеопараметров

Месяц	Метеопараметр
	Месячная сумма осадков в год формирова-ния прироста	Месячная сумма осадков в год, предшест-вовавший формирова нию прироста	Средне-месячная температура в год формирова-ния прироста	Среднемесяч-ная температура в год, предшество-вавший формирова-нию прироста
Январь	0,16	0,08	-0,10	-0,04
Февраль	0,23	-0,09	0,05	0,06
Март	0,13	-0,20	-0,14	0,05
Апрель	0,04	0,08	-0,18	0,04
Май	0,25	0,14	-0,04	0,01
Июнь	0,11	-0,04	-0,03	-0,04
Июль	0,36	0,13	0,08	-0,09
Август	0,07	0,22	-0,05	-0,10
Сентябрь	-0,11	0,01	-0,09	-0,20
Октябрь	0,03	-0,11	-0,09	-0,04
Ноябрь	0,04	0	-0,27	-0,16
Декабрь	0,10	0,05	0,02	0,22

Таким образом, по данным корреляционного анализа выявлены лишь слабые связи, находящиеся на границе достоверности значений коэффициента корреляции. Максимальное значение коэффициента корреляции обнаружено между временным рядом индексов прироста и временным рядом осадков июля, что в целом совпадает с данными анализа климаграмм.

Отсутствие тесных связей с метеопараметрами говорит о том, что насаждение находится в благоприятных для роста условиях. В целом можно констатировать, что корреляционный анализ не дал нам однозначной информации о характере влияния климатических факторов на формирование ширины годичного кольца, с его помощью мы не смогли точно выявить факторы, которые отрицательно сказываются на приросте стволовой древесины. В данном случае неприменима и методика сепарирования из хронологии «скрытого» засухозависимого сигнала (Румянцев, Кухта, Пучинская, 2017), так как отсутствуют значимые переменные для построения уравнения линейной регрессии.

Причины того, почему в высокобонитетных древостоях корреляционный анализ иногда оказывается неэффективным для решения упомянутых задач, были рассмотрены В.А. Липаткиным и Д.Е. Румянцевым (Дендрохронологическая информация…, 2007). Отсутствие корреляционной связи между колебаниями прироста и колебаниями метеопараметров еще не говорит об отсутствии влияния климатических факторов на прирост стволовой древесины сосны. Традиционным объектом дендроклиматических исследований являются насаждения в экстремальных условиях произрастания. В неэкстремальных условиях произрастания дендроклиматический анализ на основе расчета коэффициентов корреляции затруднен в силу того, что лимитирующие прирост факторы меняются от года к году. Если в этом году увеличение продуктивности ограничивается недостатком дозы фактора А, то на следующий год при тех же значениях фактора А прирост может лимитироваться уже недостатком дозы фактора В. Возможно допустить существование компенсаций, когда действие фактора А компенсируется действием фактора В. Поэтому с точки зрения классических представлений в экологии, полученные нами результаты следует объяснять тем, что Московская область лежит в той части зоны ареала сосны, в которой ежегодные дозы климатических факторов близки к составляющим зону оптимума жизнедеятельности организма. Сильные отклонения от величины этих доз в большую или меньшую сторону отрицательно сказываются на продуктивности сосны. Наличие одинаковой реакции прироста на разнонаправленные экстремальные отклонения дозы факторов от среднего, в совокупности со сменой лимитирующего фактора от года к году снижает, таким образом, познавательную ценность процедуры корреляционного анализа при выявлении зависимостей продуктивности деревьев лесной зоны от действия экологических факторов.

IV. Выводы

На основании выполненных дендрохронологических исследований были получены следующие основные выводы:

1. Исследуемый древостой является разновозрастным, наиболее старые деревья имеют возраст более 100 лет. Древостой находится в благоприятных условиях роста, лимитирующие прирост факторы меняются от года к году и отсутствует какой-либо ярко выраженный неблагоприятный климатический фактор, который бы регулярно отрицательно влиял на развитие исследуемых насаждений.

2. При рекреационном использовании данного участка леса для улучшения состояния насаждения, стимуляции радиального прироста в целях скорейшего зарастания ран и механических повреждений стволов может быть рекомендован полив деревьев в июне, июле и августе в те годы, когда сумма осадков за эти месяцы будет значительно ниже среднемноголетних показателей по г. Москве, а также проведение мероприятий по снегозадержанию.

3. С точки зрения дендроклиматических исследований важно, что даже в благоприятных условиях роста (срединная часть ареала в широтном градиенте; плодородные и достаточно увлажненные почвы сложной группы типов леса) у такого засухоустойчивого вида как сосна обыкновенная в хронологиях по радиальному приросту проявляется засухозависимый климатический сигнал. Данный сигнал хорошо фиксируется при использовании метода анализа климаграмм и слабо фиксируется при использовании методов линейного корреляционного анализа.

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант 14-17-00645)

Литература

1. Битвинскас Т.Т. Дендроклиматические исследования. Л.: Гидрометеоиздат, 1974 – 172с.

2. Дендрохронологическая информация в лесоводственных исследованиях. Под. ред. В.А. Липаткина, Д.Е. Румянцева. М.: МГУЛ, 2007 – 137с.

3. Вахнина И.Л., Обязов В.А., Замана Л.В. Дендроклиматический анализ сосны Цасучейского бора (Юго-Восточное Забайкалье)// Материалы Всероссийской конференции с международным участием «Эволюция биосферы и техногенез», VI Всероссийского симпозиума с международным участием «Минералогия и геохимия ландшафта горно-рудных территорий» и XIII Всероссийских чтений памяти академика А.Е. Ферсмана «Рациональное природопользование», «Современное минералообразование», посвященных 35-летию ИПРЭК СО РАН. Улан-Удэ: Бурятский научный центр Сибирского отделения РАН, 2016 – С.51-53.

4. Матвеев С.М. Дендроиндикация динамики состояния сосновых насаждений Центральной лесостепи. Воронеж: ВГУ, 2003 – 272 с.

5. Матвеев С.М., Мироненко А.В., Тимащук Д.А. Лесоводственный и дендроклиматический анализ искусственных сосновых фитоценозов, подверженных рекреационной дигрессии в пригородной зоне г. Воронежа // Журнал Сибирского федерального университета. Серия Биология. 2015. Т.8, №4, с.410-425.

6. Матвеев С.М., Румянцев Д.Е. Дендрохронология. Воронеж: ВГЛТА, 2013 – 140с.

7. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990 – 352с.

8. Ловелиус Н.В. Дендроиндикация. Санкт-Петербург: ПАНИ, 2000 – 313 с.

9. Малышева Н.В., Быков Н.И. Дендроклиматический анализ ленточных боров Западной Сибири. // Известия Российской академии наук. Серия Географическая, 2011, №6 – с. 68-77.

10. Пинаевская Е.А., Тарханов С.Н. Рост разных форм сосны (Pinus sylvestris L.) на северной границе ареала как индикатор локальных изменений климата // Материалы второй международной конференции «Природные ресурсы и комплексное освоение прибрежных районов Арктической зоны». Архангельск: ФАНО, 2016 – с.385-389.

11. Польшина М.А., Митряйкина А.М., Калугина С.В. Изучение отклика древесной растительности юга лесостепи Среднерусской возвышенности на изменения климата // Материалы VI Международной научной конференции «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах». Белгород: БГНИУ, 2015 - С. 290-294.

12. Румянцев Д.Е. Диагностика особенностей роста сосны и ели в Южной Карелии с использованием методов дендрохронологии. Дисс….кандидата биологических наук. М.: МГУлеса, 2004 – 115 с.

13. Румянцев Д.Е. История и методология лесоводственной дендрохронологии. М.: МГУЛ, 2010 – 109с.

14. Румянцев Д.Е., Епишков А.Н., Липаткин В.А., Волкова Г.Л. Статистические закономерности изменчивости временных рядов радиального прироста сосны обыкновенной по показателям синхронности на территории Русской равнины //Современные проблемы науки и образования, 2015, №5, с.688 -699.

15. Румянцев Д.Е., Кухта А.Е., Пучинская Д.В. Климатический сигнал засух в хронологии ели из кисличного типа леса Центрально-лесного заповедника// Лесной вестник. Forestry Bulletin, 2016, Т.20, №2 – с.36-43.

16. Рысин Л.П, Савельева Л.И. Сосновые леса России. М.: КМК, 2008 – 289с.

17. Соломина О.Н., Кузнецова В.В., Мацковский В.В., Долгова Е.А. Отчего зависит ширина годичных колец деревьев в Центральной части Восточно-Европейской равнины? // Известия РАН. Серия географическая. №3, 2016 – с.47-64.