ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
УДК 581.52
ВЛИЯНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПРОИЗРАСТАНИЯ НА КЛИМАТИЧЕСКИЙ СИГНАЛ В ИЗМЕНЧИВОСТИ РАДИАЛЬНОГО ПРИРОСТА РАЗЛИЧНЫХ ДРЕВЕСНЫХ ВИДОВ
Бабушкина Елена Анатольевна,
старший преподаватель, кандидат биологических наук Хакасский технический институт -филиал ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Абакан, Республика Хакасия, Россия babushkina 70@mail. ru
Проведены исследования по выявлению климатического сигнала, содержащегося в изменчивости ширины древесных колец нескольких видов деревьев и кустарников из различных локальных условий в лесостепной зоне Республики Хакасия. Установлено, что при разных условиях произрастания происходит значительная трансформация климатического сигнала. Совместный дендроклиматический анализ хронологий средообразую-щих видов может быть полезен в исследовании динамики лесных биогеоценозов.
Ключевые слова: ширина годичных колец; локальные условия произрастания; дендроклиматические исследования.
INFLUENCE OF LOCAL GROWTH CONDITIONS
ON THE CLIMATIC SIGNAL IN VARIABILITY OF VARIOUS WOOD SPECIES RADIAL GROWTH
Elena Babushkina,
senior teacher, Cand. Biol. Sci.
Khakass technical institute - branch of Siberian Federal University,
Abakan, Russia babushkina70@mail. ru
The study of determination of climatic signal in tree-rings of some species of trees and bush was carry out in the forest-steppe zone in Khakasia. It was established that the significant transformation of climatic signal reflected in tree-ring variability is depend on tree growth conditions. Joint dendroclimatic analysis of main species can be useful in research of wood biogeocenoses dynamic.
Keywords: tree-ring width; local growth conditions; dendrocli-matic researches.
Публикации последних лет свидетельствуют о значительном потеплении климата в течение нескольких десятилетий [1]. Уже в течение последующих 80 лет прогнозируется резкая смена растительных поясов [2]. В связи с этим актуальным направлением является сравнение реакции различных видов растений на быстрые изменения климата [3]. Прогнозируемые изменения температурно-влажностного режима могут существенно влиять на сезонный цикл роста, сроки прохождения фенофаз и др. Поэтому необходимо изучить реакцию разных видов растений (в первую очередь средообразующих) на условия окружающей среды и выявить их видоспецифичность в меняющихся условиях.
В предыдущих исследованиях был рассмотрен вклад климатических факторов в погодичную изменчивость радиального прироста различных видов деревьев, в зависимости от локальных условий произрастания [4].
Наряду с деревьями кустарники являются одним из распространенных средообразователей в лесных сообществах. Следо-
вательно, их использование в качестве индикатора изменения климатических условий расширяет возможности изучения климата и прогнозирования смены растительных поясов.
Таким образом, в данной работе было интересно показать видоспецифичность климатического сигнала радиального прироста деревьев и кустарников в различных условиях произрастания.
Материал для дендроэкологического исследования отбирался в лесостепной зоне Ширинского района Республики Хакасия [54°24'с.ш., 89°57'в.д.]. По характеру природных условий район занимает часть Чулымо-Енисейской котловины и восточные отроги Кузнецкого Алатау [5] и является составной частью Алтае-Саянской горной области. По климатическому районированию территория Ширинского района относится к Алтае-Саянской климатической области умеренного пояса с умеренно холодным континентальным климатом [6]. По данным метеостанции Шира (за последние 40 лет) среднегодовая температура воздуха составляет +1.10С. Начало вегетации (переход суточных температур через 5 0С) приходится на последнюю декаду апреля. Длительность периода с температурой выше 10оС составляет 110-120 дней. Режим осадков характеризуется хорошо выраженным летним максимумом: 72-90% их выпадает в теплый период года (апрель-октябрь). Максимум приходится на июль, минимум на февраль - март.
Сбор материала проводился с двух отличающихся по степени почвенного увлажнения участков - склон южной экспозиции (ЮС) и пойма ручья Тунгужуль (ПР).
На участке, расположенном на южном склоне, исследовали изменчивость радиального прироста следующих видов деревьев: лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) LS1, сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) PS1 и березы повислой (Betula pendula L.f.) BP1; кустарников: кизильника черноплодного (Cotoneaster melanocarpus Fisch. ex Blytt) CM1, курильского чая
(Pentaphylloides fruticosa (L.) O.Schwarz) PF1, смородины красной (Ribes acidum Turcz. ex Pojark.) RA1, спиреи трехлопастной (Spiraea trilobata L.) ST1.
На участке, находящемся в пойме ручья, исследовались такие виды деревьев, как лиственница сибирская LS2, ель обыкновенная (Picea obovata Ledeb) PO2; кустарники: береза низкая (Betula humilis Schrank) BH2, ива мохнатая (Salix lanata L.) SL2, смородина красная RA2, курильский чай PF2.
Поскольку рассматриваемые участки имеют разные условия произрастания (влажность почвы), необходимо было учесть экологические предпочтения исследуемых видов. Стоит отметить, что один и тот же мезофильный вид, попадая в разные условия увлажненности, может обнаруживать известную пластичность, приобретая в сухих условиях более ксероморфные, а во влажных более гигроморфные черты [7]. Такими свойствами из исследуемых видов обладают в наибольшей степени лиственница и курильский чай.
Отбор образцов деревьев производился в виде кернов, а для кустарников был произведен сбор спилов ветвей с наибольшим диаметром (имеющим максимальное число годичных колец) для повышения надежности измерений. Сбор, транспортировка и первичная обработка материала проводилась по стандартным методикам, принятым в дендрохронологии [8]. Измерения ширины годичного кольца исследуемых видов производились на полуавтоматической измерительной установке LINTAB при помощи специализированного пакета TSAP [9], с точностью 0,01 мм. Точная датировка образцов проверялась при помощи программы COFECHA, входящей в специализированный пакет программ DPL [10].
Для выделения климатического сигнала, влияющего на ширину годичного кольца древесных растений, проводилась процедура стандартизации (индексации), позволяющая выделить климатически обусловленную изменчивость радиального при-
роста [11]. Процедуры расчетов выполнены в специализированном программном пакете для дендрохронологических исследований DPL [10] и STATISTICA [12]. Индивидуальные индексированные кривые прироста затем усреднялись для получения локальных хронологий для отдельных видов и участков [8]. Процедура стандартизации выполнялась с помощью программы ARSTAN, входящей в пакет DPL.
Хронологии деревьев покрывают период от 100 лет для березы, до 200 лет для лиственницы, по кустарникам - от 10 лет у смородины до 12 лет у курильского чая. Поскольку климатические данные по метеостанции Шира имеются только за последние 40 лет роста, хронологии деревьев были обрезаны.
Ранее проведенные исследования древесно-кольцевых хронологий деревьев выявили более тесные корреляционные связи между ними внутри участков, чем между участками. Дендрок-лиматический анализ этих хронологий (по всей их длине) приведен в работе [4].
Как показал анализ коэффициентов корреляции между исследуемыми хронологиями (табл. 1), такая тенденция присутствует и при совместном исследовании деревьев и кустарников. Несмотря на значительные морфоэкологические различия между видами, внутри каждого участка наблюдается сходство между хронологиями (корреляции положительные), между участками, напротив, корреляции отрицательные даже для хронологий одного вида.
Таблица 1
Корреляционная связь между древесно-кольцевыми хронологиями
LS1 BP1 PS1 CM1 PF1 RA1 LS2 PO2 BH2 SL2 PF2 RA2
LS1 1.00
BP1 0.39 1.00
Г81 0.46 0.41 1.00
CM1 0.60 0.07 0.20 1.00
PF1 -0.03 -0.04 -0.25 0.42 1.00
RA1 0.10 0.20 0.09 0.63 0.47 1.00
-0.36 -0.18 0.23 -0.22 0.18 0.27 1.00
LS2 -0.32 -0.18 -0.07 -0.02 -0.03 0.24 0.45 1.00
PO2 -0.11 -0.03 0.22 -0.19 -0.21 0.50 0.10 0.55 1.00
BH2 -0.43 0.20 0.35 -0.15 0.02 0.30 0.62 0.69 0.10 1.00
SL2 -0.78 -0.03 -0.12 -0.66 -0.33 0.20 0.27 0.36 0.00 0.62 1.00
PF2 -0.59 -0.23 -0.08 -0.50 -0.09 -0.22 0.54 0.46 -0.11 0.80 0.72 1.00
RA2 -0.20 -0.47 -0.46 -0.37 -0.86 -0.62 -0.62 0.44 0.32 0.70 0.33 0.23 1.00
Примечание: цветом выделены коэффициенты корреляции, значимые при ^<0.05
Пригодность древесно-кольцевых хронологий к дендрок-лиматическому анализу определяли по их статистическим характеристикам (табл. 2) [8]. Стандартные отклонения и коэффициенты чувствительности хронологий показывают, что они должны достаточно значимо реагировать на изменения внешних условий. Сходство между индивидуальными хронологиями (в пределах локальной) также указывает на наличие единого внешнего сигнала, на что указывают высокие значения межсериальных коэффициентов корреляции (0.71-0.93) и отношения сигнала к шуму (более 9.6).
Таким образом, исследуемые хронологии пригодны для дендроклиматических исследований (с учетом небольшой длины хронологий кустарников).
Для выявления влияния локальных условий на климатический сигнал в индексированных локальных хронологиях провели их корреляционный анализ со среднемесячными температурами и суммами осадков по месяцам с сентября предыдущего по сентябрь текущего года (рис. 1). Поскольку хронологии имеют различную длину, в каждом случае граница значимости коэффициентов корреляции (уровень р<0.05) вычислялась отдельно.
Таблица 2
Статистические характеристики древесно-кольцевых хронологий
Хро- Сред- Стан- Коэффи- Средний меж- Отно-
но- нее дартное циент сериальный шение
логия значе- отклоне- чувстви- коэффициент сигнала
ние, ние, SD тель- корреляции,R к шуму,
Mean ности, &• SNR
LS1 0.990 0.299 0.339 0.715 12.5
BP1 0.943 0.359 0.356 0.781 17.8
PS1 0.998 0.285 0.315 0.761 9.6
CM1 1.081 0.456 0.498 0.824 23.4
PF1 1.049 0.339 0.317 0.861 31.0
RA1 1.126 0.601 0.581 0.916 54.5
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.