УДК 581.5
Елена Анатольевна Бабушкина, Лилиана Владимировна Белокопытова
Хакасский технический институт -филиал ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» г. Абакан, Россия babushkina70@mail.ru, white_lili@mail.ru
ДЕНДРОКЛИМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУРЫ ДРЕВЕСИНЫ
Рассмотрены взаимосвязи между шириной годичного кольца и гистомет-рическими параметрами древесины хвойных, построены функции зависимостей. В разных параметрах присутствует как общий, так и специфические климатические сигналы, которые можно выделить при использовании полученных функций. Это позволяет реконструировать климатические факторы с высоким качеством и временным разрешением даже при относительно слабом климатическом лимитировании роста древесины.
Ключевые слова: ширина годичного кольца, гистометрические параметры древесины, климатический сигнал, реконструкция климата.
Годичные кольца древесных растений являются индикаторами климатических изменений и могут быть использованы в дендроклиматическом анализе. Процесс формирования годичных колец хвойных представляет собой сочетание нескольких основных этапов: 1) деления клеток в камбиальной зоне; 2) рост клеток растяжением; 3) формирование вторичной клеточной стенки [1]. Параметрами структуры годичного кольца, отражающими результаты этих этапов, являются соответственно число клеток N, их радиальный размер D и толщина клеточной стенки CWT. Наиболее часто используется ширина годичного кольца TRW - интегральный параметр, складывающийся из радиальных размеров составляющих кольцо клеток. В параметрах структуры древесины может отражаться влияние нескольких внешних факторов. Вместе с тем, исследования показывают наличие в них общего климатического сигнала, вызванного наиболее сильно влияющими (лимитирующими) факторами [2]. Наиболее ярко этот сигнал выражен в ширине годичного кольца. Также наличие общего сигнала указывает на то, что параметры физиологически связаны между собой. Нами было проведено выявление характера взаимосвязей TRW с гистометрическими (клеточными) параметрами и использование этих зависимостей в дендроклиматологии путем разделения общего и специфических климатических сигналов.
Исследования проводились в лесостепной зоне Ширинского района Республики Хакасия. В работе использованы средние температуры и суммы осадков (по данным метеостанции Шира) за период с 1969 по 2008 год. Поскольку процессы формирования древесины проходят при температуре выше 6-8 оС [3], использовали климатические данные за период с последней декады мая по первую декаду сентября. Выбранные участки сбора материала отличались в основном по влажности: первый участок (ЮС) расположен на склоне холма, а второй (ПР) - в пойме ручья [4]. Разница в увлажнении усугубляется южной экспозицией склона и составом почв. На склоне исследовали лиственницу сибирскую (Larix sibirica
Ledeb.) LS1 и сосну обыкновенную (Pinus sylvestris L.) PS1, в пойме - лиственницу сибирскую LS2 и ель обыкновенную (Picea obovata Ledeb.) PO2. Сбор и обработка кернов и срезов древесины, измерение и индексация TRW проводились по стандартным дендрохронологическим методикам [5]. Гистометрические параметры были измерены на срезах при помощи системы анализа изображений [6]. В каждом годичном кольце измерения усреднялись по 5 рядам клеток. Поскольку годичные кольца содержат разное число клеток, исходные данные нормировали к единому числу клеток (15) [5].
Получены эмпирические функции зависимостей гистометрических параметров от ширины годичного кольца. Функция N(TRW) линейная, прямо пропорциональная. Следовательно, ширина годичного кольца в большей степени определяется продукцией клеток, а ее связь с радиальным размером клеток ограничивается генетической программой формирования древесины. Характер зависимостей D(TRW) и CWT(TRW) более сложен и оптимально описывается экспоненциальным уравнением. Нелинейность этих функций связана с преобладанием влияния внутренних факторов: значительные отклонения от генетически обусловленной структуры возникают при неблагоприятных внешних условиях, которые также приводят к уменьшению TRW; в результате зависимость ослабевает в области широких колец. Коэффициенты экспоненциальной функции были определены по данным измеренных индивидуальных хронологий, затем рассчитали индивидуальные и локальные (усредненные) клеточные индексированные хронологии по методу, использованному ранее А. В. Кирдяновым с соавторами для максимальной плотности древесины [2]. В индексированных гистометрических параметрах внешний сигнал слабее, чем в ширине годичного кольца, поскольку при индексировании исключается общая часть климатического содержания. Тем не менее, клеточные хронологии пригодны для дендроклиматического анализа.
На основании полученных из публикаций оценок длительности процессов дифференцировки ксилемы хвойных и климатических данных рассчитаны временные границы этих процессов для каждой клетки [1, 3, 7]. Так как климатические условия не влияют на зрелые трахеиды, соответствующая часть сезона роста была исключена из рассмотрения. По результатам корреляционного дендроклима-тического анализа были определены ведущие климатические факторы: температуры с третьей декады мая по вторую декаду июля и, в меньшей степени, осадки этого же периода. При этом климатический сигнал видоспецифичен и зависит от условий произрастания, поскольку выбранный район исследования относится к территориям с относительно слабым смешанным лимитированием [4]. Для каждого климатического фактора были выявлены хронологии, которые можно использовать для его реконструкции.
Реконструкции климатических факторов проводили методом множественной линейной регрессии с последовательным исключением наименее значимых независимых переменных [5]. Для сравнения возможностей применения различных параметров древесины в дендроклиматологии была проведена реконструкция климатических факторов двумя способами: 1) только по ширине годичных колец; 2) по ширине годичных колец и индексированным гистометрическим параметрам. Во втором случае сходимость исходных и реконструированных рядов значительно выше, уровень значимости уравнений реконструкции также повышается. Связи гистометрических параметров с климатом достаточно сильно выражены и при
рассмотрении отдельных декад. Возможности реконструкции температур при этом шире вследствие особенностей механизма влияния осадков, а также меньшей выраженности соответствующего климатического сигнала. Хронологии TRW при таком временном разрешении применять затруднительно, поэтому использовали только клеточные хронологии. Получены качественные модели реконструкции средних температур нескольких ключевых декад. В целом сходимость моделей с измеренными данными наиболее высока при условии использования комбинации хронологий, принципиально различающихся по реакции на реконструируемый фактор (разных видов и микроэкологических условий произрастания, различных параметров).
Итак, наличие специфических климатических реакций позволяет использовать в дендроклиматических исследованиях клеточные хронологии, индексированные по их зависимости от ширины годичного кольца, и таким образом расширить возможность реконструкции климатических факторов.
Список использованных источников и литературы
1. Deslauriers, A. Cellular phenology of annual ring formation of Abies balsa-mea (L.) Mill. in the Quebec boreal forest (Canada) / A. Deslauriers, H. Morin, Y. Begin // Can. J. For. Res. - 2003. - № 33. - P. 190-200.
2. Kirdyanov, A. V. Separating the climatic signal from tree- ring width and maximum latewood density records / A. V. Kirdyanov, E. A. Vaganov, M. K. Hughes // Trees. - 2007. - № 21. - P. 37-44.
3. Острошенко, В. В. Сезонный рост хвойных древесных пород в Приохо-тье / В. В. Острошенко // Лесной комплекс: состояние и перспективы развития: сб. науч. тр. - Брянск: БГИТА, 2002. - Выпуск 3. - С. 50-53.
4. Бабушкина, Е. А. Климатическая обусловленность анатомического строения годичных колец хвойных лесостепной зоны Хакасии / Е. А. Бабушкина, Е. А. Ваганов, П. П. Силкин, М. В. Брюханова // Дендрология в начале XXI века: Чтения памяти Э. Л. Вольфа. - С.-П., 2010. - С. 18-21.
5. Шиятов, С. Г. Методы дендрохронологии. Часть I. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцевой информации: Учебно-методическое пособие / С. Г. Шиятов, Е. А. Ваганов, А. В. Кирдянов, В. Б. Круглов, В. С. Мазепа, М. М. Наурзбаев, Р. М. Хантемиров - Красноярск: КрасГУ, 2000. - 80 с.
6. Силкин, П. П. Многопараметрический анализ структуры годичных колец в дендроэкологических исследованиях: автореф. дис. ... докт. биол. наук / П. П. Силкин. - Красноярск, 2009. - 34 с.
7. Rossi, S. Application of the Gompertz equation for the study of xylem cell development / S. Rossi, A. Deslauriers, H. Morin // Dendrochronologia. - 2003. -№ 21/1. - P. 33-39.
UDC 581.5
E.A. Babushkina, L.V. Belokopytova
Khakass technical institute -branch of Siberian Federal University Abakan, Russia babushkina70@mail.ru, white_lili@mail.ru
DENDROCLMATIC ANALYSIS OF VARIOUS WOOD STRUCTURE PARAMETERS
Interrelations between tree-ring width and cell parameters of conifers wood were considered, functions of dependences were constructed. Both common and specific climatic signals are present in different parameters. These signals can be allocated using of received functions. It allows to reconstruct climatic factors with high quality and temporary permission even if climatic limitation of wood growth is relatively weak.
Keywords: tree-ring width, cell parameters of wood, climatic signal, reconstruction of climate.
УДК 624.131.1
Оксана Николаевна Сайгина, Виктория Валериевна Шестернина
Приморский институт железнодорожного транспорта -филиал ДВГУПС в г. Уссурийске г. Уссурийск, Россия shesternina_v@mail. ru
РОЛЬ ТЕХНОГЕНЕЗА В ИЗМЕНЕНИИ ЭКОЛОГО-ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ Г. УССЙРИЙСКА
Геологическая среда городов испытывает большую нагрузку под действием многих техногенных факторов. Следствием техногенного вмешательства является изменение практически всех компонентов геологической среды, в том числ
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.