УДК 630*5:630*177

ДИНАМИКА РАДИАЛЬНЫХ ПРИРОСТОВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ И ЕЛИ ЕВРОПЕЙСКОЙ В ЗОНЕ ХВОЙНО-ШИРОКОЛИСТВЕННЫХ ЛЕСОВ

 

DYNAMICS OF RADIAL PINE-GROWTH ORDINARY AND FIRMING EUROPEAN IN THE ZONE OF CONIFEROUS-BROADBAND FORESTS

 

Иванов В.П., Марченко С.И., Нартов Д.И., Балухта Л.П.

(Брянский государственный инженерно-технологический университет, г.Брянск, РФ)

Ivanov V.P., Marchenko S.I., Nartov D.I., Baluhta L.P.

(Bryansk State Technological University of Engineering, Russia)

 

Выполнены исследования длительной изменчивости радиальных приростов сосны обыкновенной и ели европейской на фоне изменяющихся погодно-климатических условий. Выявлена синхронность изменения радиальных приростов изучаемых пород в отдельные годы

Long-term variability of radial growths of Scots pine and European spruce against the background of changing weather and climate conditions has been studied. The synchronicity of changes in the radial increments of the rocks studied in certain years

 

Ключевые слова: сосна, ель, радиальный прирост древесины, погодно-климатические условия

Key words: pine, spruce, radial wood growth, weather and climate conditions

 

Комплексное изучение радиального прироста древесины позволяет судить об изменчивости характера роста деревьев на фоне динамики климатических показателей, что заметили лесорубы, охотники, пастухи и люди других профессий, связанных с лесом [2].

Известно, что внешние условия различно действуют на рост деревьев, и факторы, определяющие утолщение слоев у одних деревьев, вызывают противоположные явления у других. В.Н. Адаменко в 1963 г. и Н.В. Ловелиус в 1970 г. установили связи циркуляционных условий атмосферы с аномалиями прироста древесины, при этом следует учитывать изменчивость процессов радиального прироста у различных видов деревьев [1, 4]. Л.Ф. Правдин отмечал, что рост и продуктивность древостоев сильно изменчивы, не только в пределах одной области в результате влияния различных почвенно-климатических условий, но и в различных физико-географических районах в результате влияния климатических факторов [6].

Э.Д. Лобжанидзе пришел к выводу, что на формирование ширины годичных колец  оказывает влияние группа факторов: вид и возраст древесной породы, происхождение и плодоношение деревьев, почвенно-экологические и внешние условия [3].

Кроме климатических факторов и лесохозяйственной деятельности человека, на текущий прирост влияют происхождение и биологические особенности древесных пород, лесорастительные условия, санитарное состояние насаждений, семенные годы, стихийные бедствия (ветровалы, лесные пожары) и т.д. Текущий прирост деревьев зависит и от взаимного влияния деревьев друг на друга (затенение, охлестывание крон, аллелопатия), положения участков леса на различных геоэлементах рельефа. Многие авторы считают необходимым проводить исследования на массовом материале, и сходятся во мнении, что при изучении радиальных приростов необходимо изучение не менее 10-15 кернов древесины.

Для сосны и ели одного возраста, произрастающих в различных условиях местообитания, норма прироста годичного кольца неодинакова [2]. Величины годичных индексов прироста обусловлены не только колебаниями в природной обстановке, но и проявлением наследственных признаков и положением дерева в древостое. Из ряда факторов, влияющих на ширину годичных колец, выделены два ведущих: первый – изменение возраста (сначала интенсивный рост молодняка, жердняка, средневозрастного насаждения, замедление ростовых процессов в спелом насаждении и очень медленный рост, отмирание старых деревьев), второйизменение климатических (погодных) факторов, под воздействием которых изменчивость ширины годичных колец теряет плавность и приобретает квазиколебательный циклический характер. Первый фактор – влияние возраста на радиальный прирост - приходится учитывать, а потом исключать из дальнейших исследований. Следующий этап исследований заключается в выявлении степени влияния меняющихся метеоусловий на изменчивость радиального прироста.

Объекты и методика. Представляют интерес результаты изучения радиального прироста сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и ели европейской (Picea abies (L.) Н. Karst.), произрастающих в одинаковых лесорастительных условиях за весьма длительный период - с 1951 по 2016 гг. Объект исследования - смешанный древостой в Опытном отделе Учебно-опытного лесхоза БГИТУ (кв. 63, в. 12) имеет следующую лесоводственно-таксационную характеристику: состав - 9С1Е+Б, возраст – 70 лет, средняя высота – 25 м, средний диаметр – 28 см, относительная полнота – 0,9; тип леса - сосняк брусничный, ТЛУ – А2, подрост – 10Е, средней густоты, подлесок состоит из рябины обыкновенной и крушины ломкой средней высоты. Участок с насаждением характеризуется постоянным микрорельефом, устойчивым гидрологическим режимом, абсолютная высота над средним уровнем моря составляет 199 м.

В исследуемом насаждении с 15-и учетных деревьев каждой породы летом 2017 г. были взяты керны древесины (всего 30 шт.) возрастным буравом Пресслера для проведения дендрохронологических исследований на фоне изменяющихся погодно-климатических условий (среднемесячных данных температуры воздуха и количества выпадающих осадков). Учетные деревья выбраны по преобладающим параметрам высоты и диаметра: это здоровые, хорошо развитые деревья, без внешних признаков ослабления болезнями, насекомыми - вредителями  и механических повреждений. Обработка кернов древесины в камеральных условиях и анализ результатов измерения выполнены с использованием общепринятых и современных методик [5].

Результаты. Исследования показали, что динамика средних радиальных приростов сосны и ели (рисунок 1) за 66-летний период характеризуется довольно высокой синхронностью, что подтверждается результатами корреляционного анализа. Корреляция абсолютных значений средних радиальных приростов сосны и ели r=0,82±0,07; tr=11,2 - высокая (по Чеддоку), положительная, достоверная при р=0,001 (критическое значение t99,9%=3,5). Похожие результаты дает анализ индексированных хронологий (рисунок 2) после исключения влияния возрастных трендов: корреляция индексов радиальных приростов сосны и ели r=0,55±0,11; tr=5,2 – заметная, положительная, достоверная при р=0,001. Это достаточно интересное явление, т.к. в литературе встречалась информация о различной норме реакции сосны и ели на воздействие погодно-климатических условий. Отмечается, что биологические кривые большого роста у сосны и ели  имеют различную форму. В зависимости от местопроизрастания меняются сроки естественной спелости деревьев, ширина годичных колец и закономерности их сужения. В чистых древостоях сосны высших классов бонитета кульминация текущего прироста по диаметру наблюдается в 10-20-летнем возрасте, ели - в 25-40-летнм возрасте [2].

Рисунок 1 – Древесно-кольцевые хронологии сосны и ели в ТЛУ А2

 

Варьирование величины радиального прироста у сосны (по данным 15 учетных деревьев) за весь период наблюдений отмечалось в диапазоне 19,4-52,5%; у ели он несколько шире – 19,7-60,2%.

В более раннем возрасте (анализируемый период с 1951 по 1992 гг.) абсолютные значения среднего радиального прироста сосны обыкновенной были выше, чем у ели европейской, причем, в отдельные годы – довольно существенно. Так, например, в 1964 и 1981 гг. зафиксировано их существенное различие при р=0,001; в 1973 и 1980 гг. - при р=0,01; в 1955-1956, 1968, 1979, 1982-1983, 1988, 1991-1992 гг. – при р=0,05.

 

Рисунок 2 – Динамика индексов радиального прироста сосны и ели в ТЛУ А2

 

В более позднем возрасте (анализируемый период с 1993 по 2016 гг.) ситуация поменялась: абсолютные значения среднего радиального прироста ели европейской стали выше, чем у сосны обыкновенной. Наиболее существенное различие (при р=0,01) зафиксировано в 1998-2001, 2005-2006 гг. и 1997, 2002, 2016 гг. (при р=0,05). Исключение составили лишь 2007 и 2010-2011 гг., когда приросты сосны и ели практически не различались.

Обращает на себя внимание выраженное существенное превышение величины радиальных приростов сосны по сравнению с елью в периоды 1955-1956; 1979-1983, 1991-1992 гг. и выраженное существенное превышение величины радиальных приростов ели по сравнению с сосной в периоды 1997-2002 и 2005-2006 гг.

Эта ситуация может свидетельствовать об изменении конкурентных отношений между видами в древостое, связанных с их биологическими особенностями, или доминированием сосны в древостое при совместном произрастании с елью. Следует отметить, что в более раннем возрасте сосна имела явные преимущества в росте, но в дальнейшем, начиная с 1993 г., ситуация изменилась: средние радиальные приросты ели чаще оказывались выше, чем у сосны, т.е. в более старшем возрасте у ели увеличивается темп прироста. Можно считать, что ель не всегда растет медленно, весьма часто она ведет себя как порода быстрорастущая [7].

Анализ результатов исследования позволил выявить годы с выраженной синхронной реакцией у изучаемых древесных пород по величине радиального прироста: в 1955, 1957, 1962, 1982, 1990, 1994, 2004, 2015, 2016 гг. - зафиксирована стимуляция прироста (всего 9 сезонов), в то время как в  1967, 1973, 1975-1977, 1979, 1996 и 2010 гг. наблюдалось ингибирование роста по диаметру у сосны и ели (8 сезонов). Возможно, данный эффект объясняется глобальным действием внешних факторов, ведущая роль в которых, по нашему мнению, принадлежит природно-климатическим. В пользу этого предположения свидетельствуют результаты дискриминантного анализа совокупного влияния температуры и осадков текущего и предыдущего годов на величину радиальных приростов сосны и ели (рисунок 3).

Пространство выявленных кластеров хорошо дискриминировано (кластеры не смешиваются, накладываясь друг на друга) и организовано – четко просматривается агрегация отдельных групп, что свидетельствует о правильно выбранном направлении исследований.

 

Рисунок 3 – Отображение в плоскости первых двух факторов влияния климатических показателей на величину радиальных приростов сосны и ели

 

Попытка вычленить из общей суммы климатической информации достоверные и наиболее значимые факторы показала, что в годы стимулирования и ингибирования радиальных приростов у сосны и ели наблюдались существенные различия в количестве осадков апреля предыдущего года, а также средней температуры января и мая текущего года. Существенность различий параметров оценивалась при р=0,05 – для анализируемых выборок критическое значение составило 2,13. Оказалось, что в неблагоприятные для роста по диаметру сосны и ели годы отмечалось существенно меньшее (tSt=2,3) количество осадков в апреле предыдущего года (30,4±10,7 мм) по сравнению с годами стимулирования прироста (48,2±16,1 мм) – в 1,5 раза. Как известно, рост по диаметру происходит за счет питательных веществ (ассимилятов) текущего года и частично - предыдущего, его начало приходится на вторую половину мая – начало июня, и вполне возможно, что количество и время выпадения осадков сыграли в этот период ведущую роль.

Похожая, более выраженная закономерность наблюдается при анализе температуры января текущего года (tSt=3,5): ингибирование роста сосны и ели наблюдается на фоне существенно более низкой среднемесячной температуры воздуха (-10,0±3,5ºС) по сравнению с благоприятными для роста по диаметру годами (-5,2±1,7ºС) – почти в 2 раза. Известно, что в это время древесные породы находятся в состоянии глубокого покоя, и можно предположить, что растения не вполне успешно прошли период подготовки к низким зимним температурам. Возможно, на ситуацию влияет температура предыдущего месяца – декабря, т.к. в зимний период происходит перидермальная транспирация, ход которой может быть нарушен температурными условиями, что и отражается на характере радиальных приростов сосны и ели.

Синхронное ингибирование приростов сосны и ели наблюдается также при существенной (tSt=2,7) разнице средних температур мая (15,3±5,4ºС) по сравнению с годами стимулирования прироста (12,5±4,2ºС).

Исследования изменчивости радиального прироста сосны обыкновенной и ели европейской за 66-летний периода с 1951 по 2016 гг. выявили у них 17 сезонов синхронного изменения прироста по диаметру: 9 сезонов стимуляция и 8 сезонов ингибирования роста. Значительная роль в изменчивости характера роста принадлежит биологическим особенностям видов, но, в то же время, достаточно существенно проявляется влияние на радиальные приросты погодно-климатических факторов.

 

Список использованных источников

1. Адаменко В.Н. Опыт изучения условий существования ледников полярного Урала за 260-летний период по данным дендрохронологического анализа // В кн.: Гляциолгические исследования. IX раздел программы МГГ. М.: Наука, 1963. С.103-118.

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

3. Лобжанидзе Э.Д. Камбий и формирование годичных колец древесины. Тбилиси: АН ГрузССР, 1961. 159 с.

4. Ловелиус Н.В., Соболев А.Н., Феклистов П.А. Черты единства в приросте сосны и ели на Соловецком архипелаге и факторы среды // Общ-во. Среда. Развитие. 2012. №4. С.262-267.

5. Марченко С.И. Техника выполнения измерительных работ с использованием компьютера: учеб. пособие. Брянск: БГИТА, 2008. 20 с.

6. Правдин Л.Ф. Сосна обыкновенная. М.: Наука, 1964.  194 с.

7. Тарасенко В.П., Родин С.А. Ель обыкновенная. М.: Пушкино: ВНИИЛМ, 2007. 216 с.

 

Исследования выполнены при поддержке гранта РНФ № 16-14-10224 по теме: «Физиологические и молекулярные механизмы адаптации хвойных растений к засухе»