ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2004, № 6, с. 3-13
УДК 630*181:551.34
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ВЛИЯНИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ И ТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА МЕРЗЛОТНЫХ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ НА РАДИАЛЬНЫЙ ПРИРОСТ ЛИСТВЕННИЦЫ И СОСНЫ
© 2004 г. А. Н. Николаев1, П. П. Федоров2
1Институт мерзлотоведения СО РАН 677010 Якутск, ул. Мерзлотная, 1 2Институт биологических проблем криолитозоны СО РАН 677007 Якутск, просп. Ленина, 41 Поступила в редакцию 25.11.2003 г.
Представлены результаты исследований радиального прироста лиственницы и сосны на стационаре Института биологических проблем криолитозоны СО РАН "Спасская Падь". Показано, что лиственница и сосна даже на близлежащих участках по-разному реагируют на влияние температуры воздуха и на количество выпадающих осадков. Повышение температуры почвы на разных глубинах в зимне-весенний период благоприятно сказывается на радиальном приросте деревьев. В летний период наблюдается отрицательная корреляция древесно-кольцевой хронологии по сосне с температурами почвы. Впервые представлена регрессионная модель радиального прироста, где помимо стандартной климатической функции отклика включено значение температуры почвы, которое существенно увеличивает объяснимую внешними условиями дисперсию.
Дендроклиматология, радиальный прирост, функция отклика, термический режим почв, многолетняя мерзлота.
В современной научной литературе по денд-роклиматологии практически нет работ, в которых не только рассматриваются вопросы влияния температуры и осадков на изменчивость радиального прироста в зоне распространения многолет-немерзлых почв, но и делаются попытки выявить современные тенденции в реакции роста на изменения термического режима почв [1, 2, 5, 6, 9, 22]. В связи с этим большой интерес представляют реакции лесообразующих пород на климатические условия в зоне распространения многолетней мерзлоты.
Якутия, в которой резко континентальный климат, имеет большие перспективы в использовании дендроклиматических методов. Во-первых, леса Якутии находятся в зоне тайги и представлены хвойными породами деревьев, в основном лиственницей, которая может достигать возраста 400-600 и более лет [3, 7, 9]. Во-вторых, прирост древесных растений очень чувствителен к изменению внешних условий. В-третьих, территория Якутии находится в зоне распространения сплошной многолетней мерзлоты. Значительную ее часть занимают леса, являющиеся неотъемлемой частью мерзлотных экосистем. На территории Якутии средняя годовая температура грунтов на глубине 10-15 м колеблется от 0° до -4°С и ниже. В Якутске, расположенном в долине р. Лена, мощность мерзлоты достигает 210-220 м (по не-
которым данным до 450 м) с температурой - 4°С. В летний период года слой многолетней мерзлоты протаивает до 2-3 м. Многолетняя мерзлота способствует фиксированию осадков в пределах деятельного слоя почвы, задерживает современные экзогенные процессы, что в условиях сложной морфологической структуры и сурового климата приводит к возникновению на территории Якутии характерных форм рельефа [12].
Многолетние измерения температуры почв в центральных районах Якутии дали возможность использовать древесно-кольцевые хронологии не только для выявления отклика радиального прироста на температуру воздуха и атмосферные осадки, но и детально проанализировать влияние термического режима почв на рост и развитие лиственницы и сосны. Рассмотрению результатов проведенного анализа и посвящена эта работа.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования древесно-кольцевых хронологий по лиственнице Каяндера (Larix cajanderi Mayr) и по сосне обыкновенной (Pinus sylvestris L.) проводились на научном стационаре Института биологических проблем криолитозоны СО РАН "Спасская Падь", который находится в 25 км к северо-западу от г. Якутска. Выбор места исследований продиктован тем, что окрестные леса в из-
Таблица 1. Описание участков исследований на стационаре "Спасская Падь"
Код участка Вид Координаты Период Описание
SPP11 LACA 62°13' N 129°36' Е 1798-1996 Лишайниково-толокнянковый лиственничник (10Л + С). Сомкнутость крон 0.3. Высота лиственницы 13-16 м, сосны 8-12 м. Диаметр лиственницы 25 см, сосны 22 см. Увлажнение атмосферно-грунтовое. Толокнянка 50%, лишайниковый покров 80%.
SPPV LACA 62°13' N 129°36' Е 1820-1996 Арктоусово-брусничный лиственничник (10Л + Б). Сомкнутость крон 0.5. Высота деревьев 17-19 м. Диаметр стволов 23-35 см. Увлажнение преимущественно атмосферное. Видны следы низового пожара. Брусника 30-40%, арктоус 40%. Лишайниковый покров не развит.
SPP2 LACA 62°13' N 129°36' Е 1815-1996 Брусничный лиственничник (10Л + Б). Сомкнутость крон 0.4-0.5. Высота деревьев 17-23 м. Диаметр стволов 28-40 см. Увлажнение атмосферно-грунтовое, избыточное. Брусника 70-75%, арктоус 20%. Лишайниковый покров выражен слабо.
SPP16 LACA 62°13' N 129°36' Е 1811-1996 Багульниково-мохово-брусничный лиственничник (10Л). Сомкнутость крон 0.5 . Высота деревьев 16-20 м. Диаметр стволов 25-35 см. Увлажнение атмосферно-грунтовое. Видны следы низового пожара. Кустарничковый ярус 75%, мхи 30%.
SPP12 PISY 62°13' N 129°36' Е 1814-1996 Мертвопокровно-толокнянковый сосняк (10С). Сомкнутость крон 0.4. Высота деревьев 12-15 м. Диаметр стволов 18-22 см. Увлажнение грунтово-атмосферное, недостаточное. Толокнянка 60%. Мохово-лишайниковый покров не развит.
SPP13 PISY 62°13' N 129°36' Е 1791-1996 Толокнянковый сосняк (10С). Сомкнутость крон 0.5. Высота деревьев 15-17 м. Диаметр стволов 20-25 см. Увлажнение атмосферное, недостаточное. Толокнянка 70%. Лишайниковый покров выражен слабо.
SPP3 PISY 62°13' N 129°36' Е 1786-1996 Толокнянково-брусничный сосняк (10С + Л). Сомкнутость крон 0.4-0.5. Высота деревьев 18-22 м. Диаметр стволов 24-28 см. Увлажнение преимущественно атмосферное, недостаточное. Брусника 65%, толокнянка 30%. Лишайниковый покров 45%.
Примечание. LACA - Larix cajanderi Mair, PISY - Pinus sylvestris L.
На территории стационара преобладают супесчаные и суглинисто-супесчаные разновидности дерново-лесных осолоделых почв, занимающих ровные участки поверхности или пологие склоны. Они сочетаются со слабооподзоленными песчаными и супесчаными почвами и с комплексом черноземно-луговых, черноземно-луговых солонцеватых и лугово-болотных почв [8].
Для детального изучения роли микроклиматических условий в радиальном приросте стволов лесообразующих пород были взяты образцы -керны древесины в 4 типах лиственничников и 3 типах сосняков (табл. 1). Сборы образцов проводились по общепринятой методике - на фиксированных высотах от уровня корневой шейки на высоте 1.3 м от поверхности земли [13, 14]. Для построения хронологий отбирались старые и средневозрастные деревья.
Измерения ширины годичных колец сделаны на полуавтоматической установке ЬШТАВ У-3.0 [24]. Посредством сочетания кросс-корреляционного анализа [20] и графической перекрестной датировки [16-18, 25] определялись относительная или абсолютная даты индивидуальных серий, выявлялись ложные и выпавшие кольца. Кросс-
вестной мере отражают основные черты, свойственные лесам Центральной Якутии. При изучении закономерностей радиального прироста лиственницы и сосны на пробных площадях стационара особое внимание было уделено роли метеорологических условий (температуры воздуха и почвы, а также количеству выпадающих осадков) в изменчивости роста деревьев.
Январь Май Сентябрь
Март Июль Ноябрь
70 60
50 s
£
40 н
м
30g
о 200
10
0
Рис. 1. Среднемесячная температура воздуха и количество осадков для метеостанции Якутска. Стрелками обозначен период положительных температур: 1 -количество годовых осадков; 2 - температура.
Среднегодовая температура воздуха, °С -7 !
:1 2
-9
-10
-11
-12
Сумма годовых осадков, мм -,400
360
"113880
1890 1900 1910 1920 1930
1940 1950 1960 1970 Год
320
280
240
200
160
120
1980 1990 2000
Рис. 2. Ход среднегодовой температуры воздуха и суммы годовых осадков для метеостанции Якутска: 1 - температура; 2 - количество осадков. Плавные линии обозначают кривую тренда.
корреляционный анализ реализован в специализированном пакете дендрохронологических исследований БРЬ-98 [21], графическая перекрестная датировка - в программном пакете ТБАР-У3.5 [24]. Таким образом, построенные древесно-кольцевые хронологии соответствуют общепринятым в дендроклиматическом анализе требованиям [13, 23].
Расчет статистических показателей изменчивости прироста деревьев, таких как чувствительность хронологий, среднеквадратичное отклонение, межсериальный коэффициент корреляции, автокорреляция, выполнены в программном пакете А^ал. В этом же пакете путем расчета значений собственных векторов выполнен анализ главных компонент [23, 25]. Результатом стандартизации в А^ал'е являются две хронологии с каждого участка: стандартная (убран только возрастной тренд) и остаточная (удалена автокорреляция) [6, 18].
Интенсивность влияния различных климатических условий на радиальный прирост в денд-роклиматологии оценивается функцией отклика [15, 18-19]. При этом характер локальных условий произрастания имеет немаловажную роль. Поэтому дендроклиматический анализ проведен
для хронологий из различных типов лиственничников и сосняков (табл. 1).
С помощью коэффициентов корреляции оценен относительный вклад каждой из исходных климатических переменных в радиальный прирост деревьев. При этом отсчет времени велся с конца вегетационного периода, т.е. с октября предыдущего года по конец сентября текущего [18, 19, 23].
При анализе реакции древесных пород на температуру воздуха и количество осадков нами использованы данные метеостанции Якутска (62°01' с.ш., 129°43' в.д.) (рис. 1, 2). Среднее значение температуры воздуха для метеостанции Якутска в период наблюдений с 1892 по 2000 г. составило -10.0°С, минимальное значение -12°С, максимальное -7.6°С. Стандартное отклонение за данный период наблюдений равно 1.02. Средняя температура января в Якутске составляет -43.2°С, июля - 18.7°С. Амплитуды по среднемесячной температуре воздуха составляют 61.9°, а по абсолютным минимуму и максимуму - 102°. За 1892-2000 гг. в Якутске выпало в среднем 242 мм осадков за год при минимуме 143 и максимуме 391 м
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.