ЭКОЛОГИЯ, 2014, № 5, с. 323-331
УДК 633.877+581.54
КЛИМАТИЧЕСКИЙ СИГНАЛ В РАДИАЛЬНОМ ПРИРОСТЕ ХВОЙНЫХ В ЛЕСОСТЕПИ ЮГА СИБИРИ И ЕГО ЗАВИСИМОСТЬ ОТ ЛОКАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ МЕСТОПРОИЗРАСТАНИЯ © 2014 г. Е. А. Бабушкина, Л. В. Белокопытова
Хакасский технический институт — филиал ФГАОУВПО "Сибирский федеральный университет"
655017Абакан, ул. Щетинкина, 27 e-mail: babushkina70@mail.ru, white_lili@mail.ru Поступила в редакцию 10.09.2013 г.
Представлены результаты исследования радиального прироста лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), произрастающих в лесостепной зоне юга Сибири на участках с различным ландшафтом и почвенным увлажнением, но в однородных климатических условиях. Выявлено значимое влияние на радиальный прирост климатических факторов; наиболее значимы температуры апреля—июля и сентября, суммы осадков апреля—июля и сентября—ноября. Также выявлена его взаимосвязь с гидротермическим коэффициентом мая. Показано, что климатическая реакция в структуре древесины хвойных в лесостепной зоне различается в зависимости от локальных условий местопроизрастания и видовых особенностей.
Ключевые слова: радиальный прирост, ширина годичного кольца, климатические факторы, почвенное увлажнение, лесостепная зона.
DOI: 10.7868/S0367059714050035
В последнее время в связи с повышением интереса к изменениям климата увеличивается количество научных работ по изучению влияния различных факторов на динамику экосистем. В рамках этой области одним из перспективных направлений является дендроэкологический анализ, т.е. анализ характеристик древесины как индикаторов условий окружающей среды. Задача выявления внешнего сигнала наиболее проста в том случае, когда рост и развитие растений ограничивает один экстремальный фактор среды. Так, хорошо изучено влияние температур первой половины сезона роста на верхней и северной границах леса, осадков в наиболее засушливых регионах (Наурзбаев и др., 2003; Briffa et al., 2004; Сидорова и др., 2007; Esper et al., 2010). Однако основной массив лесных экосистем расположен в более благоприятных условиях, где наблюдается значимое влияние нескольких факторов, причем не только климатических, но и локальных, включая особенности рельефа, состава почв, режима подземных и поверхностных вод и т.д. Например, в последние годы проводятся исследования в таежных экосистемах Сибири по влиянию на ширину годичных колец (ШГК) характера мерзлотных ландшафтов (Николаев и др., 2011), влажности почвы (Велисевич, Хуторной, 2009), ландшафтной неоднородности (Кузнецова, Козлов, 2011;
Табакова и др., 2011). В то же время лесостепная зона менее изучена в этом отношении. Тем не менее можно отметить работы по дендроклиматиче-скому анализу ШГК сосны обыкновенной на Южном Урале (Агафонов, Кукарских, 2008), в Ал-тае-Саянской горной области исследовали климатический отклик в приросте сосны (Магда, Ваганов, 2006) и лиственницы (Кпогге й а1., 2010). Все исследования подтвердили комплексный характер влияния основных компонентов климата на радиальный прирост хвойных.
В 2008 г. были начаты дендроэкологические исследования в Республике Хакасия, где на относительно небольшой территории наблюдается широкое разнообразие зон растительности, лесо-образующих пород деревьев и типов ландшафта. Дендрохронологическая станция была заложена в лесостепной зоне и включала два контрастных местообитания по характеру ландшафта и почвенного увлажнения. В результате исследования динамики радиального прироста сосны обыкновенной, лиственницы сибирской и ели сибирской выявлено влияние осадков и температур первой половины вегетационного сезона, сильно различающееся в зависимости от локальных условий произрастания и видовых особенностей (Бабушкина и др., 2010, 2011). В 2012 г. исследования были расширены на базе лаборатории "Био-
Рис. 1. Район исследования:
а — карта района исследования (Республика Хакасия и юг Красноярского края); б — схема сбора образцов древесины на дендрохронологических станциях и сравнение участков по степени почвенного увлажнения.
геохимия экосистем Евразии", созданной в Хакасском техническом институте — филиале Сибирского федерального университета: заложено еще несколько дендростанций на территории Республики Хакасия и на юге Красноярского края.
Цель данного исследования — сравнение влияния локальных условий на радиальный прирост двух видов хвойных, имеющих ряд физиологических и экологических различий, произрастающих в однородных климатических условиях.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Материалы для дендроэкологического исследования получены с двух дендрохронологических станций на юге Сибири — в Минусинской впадине (рис. 1а). Дендростанция "Беренжак" (54°20' с.ш., 89°44' в.д.) расположена на юге Чулымо-Енисей-ской котловины, в 32 км к юго-западу от п. Шира (метеостанция #29756 "Шира", 54°30' с.ш.,
89°56' в.д.). Дендростанция "Малая Минуса" (53°45' с.ш., 91°56' в.д.) находится на границе ленточного бора в северной части Минусинской котловины, в 15 км к востоку от г. Минусинска (метеостанция #29866 "Минусинск, опытное поле", 53°41' с.ш., 91°40' в.д.). Небольшое расстояние между дендро- и метеостанциями позволяет обеспечить высокое качество дендроклиматических исследований.
По климатическому районированию эта территория относится к Алтае-Саянской климатической области умеренного пояса с умеренно холодным континентальным климатом (Алисов, 1956). По данным метеостанции "Шира", среднегодовая температура воздуха составляет около 1°С. Начало вегетации (переход суточных температур через 5°С) приходится на последнюю декаду апреля. Длительность периода с температурой выше 10°С составляет 110—120 дней. Среднее количество осадков за год составляет 290 мм. Их ре-
90
70
50
30
10 0 -10
-30
-50
55 45 35 25 15
5
0
15
25
110
90
70
50
30
10 0 -10
-30
-50
(б)
6 7 Месяц
55 45 35 25 15
10 11 12
Рис. 2. Климатограммы метеостанций "Минусинск" (а) и "Шира" (б): данные за 1915-2012 гг. по средней температуре (линии) и количеству осадков (столбцы) с указанием средних значений и стандартного отклонения (средние и верхние/нижние линии и столбцы соответственно).
жим характеризуется хорошо выраженным летним максимумом: 86-94% осадков выпадает в теплый период года (апрель-октябрь). Максимум приходится на июль, минимум - на февраль - март (рис. 2). В г. Минусинске климат имеет небольшие отличия: при той же среднегодовой температуре зима на 1-2°С теплее, а лето на 1-2°С холоднее; средняя сумма осадков за год составляет 330 мм, при этом их летний максимум менее выражен (81-91% осадков за апрель-октябрь), так как зимы более снежные. Тем не менее в целом климатические условия исследуемых
участков сходны, что позволяет эффективно их сравнивать. В работе использовали ежемесячные данные метеостанций по средней приземной температуре и сумме осадков за 1924-2008 гг., а также рассчитанные значения гидротермического коэффициента Селянинова (ГТК) по месяцам с мая по август (Селянинов, 1937).
На каждой дендростанции образцы брали в двух различных местообитаниях: 1) крутой (около 20-30°) склон южной экспозиции; 2) подножие склона вблизи от водотока (пересыхающий ручей) с относительно высоким уровнем грунтовых вод
(см. рис. 1б). На дендростанции "Беренжак" склоновый участок покрыт сосново-лиственнич-ным злаково-разнотравным лесом с березой, произрастающим на горной серой лесной почве не-полноразвитого профиля со скальниками; пойменный участок лесостепной, лес представлен ельником кустарниковым осоково-зеленомош-ным (приручейным) с единичными деревьями лиственницы и березы, почва лугово-чернозем-ная оподзоленного ряда. На дендростанции "Малая Минуса" оба участка покрыты березово-сос-новым злаково-разнотравным лесом, произрастающим на слаборазвитых слоисто-эоловых гумусовых черноземах; на склоновом участке тра-вяно-кустарничковый ярус более скудный, почва содержит большее количество песка; в пойменном участке выражен моховой покров (покрытие до 30%). Таким образом, на обеих станциях подобраны контрастные по степени увлажнения участки, особенно на станции «Беренжак». Сравнительная оценка участков по степени увлажнения почвы (выявленная по составу растительности, особенностям почвы и характеру ландшафта) представлена на рис. 1б.
Исследовали изменчивость радиального прироста двух древесных видов: на станции "Беренжак" — лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.), на станции "Малая Минуса" — сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.). Сбор, транспортировку и первичную обработку кернов проводили по стандартным методикам, принятым в дендрохронологии (Шиятов и др., 2000), измерения — на измерительной установке LINTAB 5 с применением специализированного пакета TSAP Win (точность 0.01 мм) (Rinn, 2011). Датировку образцов (определение календарного года каждого кольца) подтверждали кросскорреляционным анализом в специализированной программе COFECHA. Для выделения климатического сигнала, влияющего на ширину годичного кольца, проводилась процедура стандартизации (индексации). При стандартизации индивидуальных хронологий на первом этапе удаляли возрастной тренд, для описания возрастного тренда использовали негативную экспоненциальную и линейную функции, на втором этапе проводили удаление автокорреляционной зависимости. Затем индивидуальные индексированные кривые прироста усредняли для получения локальной хронологии (Шиятов и др., 2000). Процедуру стандартизации выполняли с помощью программы ARSTAN. Расчет статистических характеристик древесно-кольцевых хронологий, корреляционный анализ и анализ значимости различий между выборками выполнены в программах STATISTICA 10 (Новый сайт StatSoft Russia, 2013) и Microsoft Excel 2007.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Были получены по четыре локальных измеренных и индексированных хронологии: по лиственнице — LS1 на склоне и LS2 в пойме, по сосне — PS1 на склоне и PS2 в пойме (рис. 3). Анализ статистических характеристик измеренных хронологий показал следующие результаты: на участках с более высоким почвенным увлажнением для обоих видов радиальный прирост выше, о чем свидетельствуют как максим
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.