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

Гвоздецкий Н.А., Михайлов Н.И. Физическая география СССР. Азиатская часть. М.: Высш.шк., 1987.- 448 с.
Жильцов А.С. Гидрологическая роль горных хвойно-широколиственных лесов Южного Приморья. Владивосток. «Дальнаука». 2008. – 331 с.
Колесников Б.П. Кедровые леса Дальнего Востока. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1956.- 261 с.
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.
Комарова Т.А. Послепожарные сукцессии в лесах Южного Сихотэ-Алиня. Владивосток: «Дальнаука» ДВО РАН. 1992. – 223 с.
Комарова Т.А., Ловелиус Н.В., Жильцов А.С. Индикация природных процессов в лесах среднегорного пояса Южного Сихотэ-Алиня. Владивосток: «Дальнаука». 2009.- 200 с.
Кудинов А.И. Широколиственно-кедровые леса Южного Приморья и их динамика. Владивосток. «Дальнаука». 2004.- 368 с.
Ловелиус Н.В. Изменчивость прироста деревьев. Дендроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий. Л.: «Наука». 1979. – 232 с.
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.
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.
Таранков В.И. Введение в дендроклиматологию Дальнего Востока // Гидроклиматические исследования в лесах Советского Дальнего Востока// Владивосток, 1973. – С. 7 – 23 с.