Влияние наледей на радиальный прирост сосен в Центральной Якутии
О.А. Поморцев, Г.У. Мынбаева, В.С. Ефремов
Якутский государственный университет
Статья поступила в редакцию 25 мая 2006 г. Представлена членом редколлегии О.Н. Соломиной
На основе анализа 190 кернов сосен из наледных долин Улахан-Тарын и Булус показано, что в экстрааридных условиях Центральной Якутии наледь — главный угнетающий фактор радиального прироста деревьев.
Проблема дендроиндикации наледей привлекает все большее внимание исследователей не случайно [1, 4, 9, 14, 17]. Согласно [1], это пока единственный способ, с помощью которого можно оценить динамику наледных явлений в прошлом. Тем не менее, несмотря на определенные наработки в этой области, в частности, выход в свет обобщающей сводки В.Р. Алексеева [1], многие вопросы ждут своего решения. К их числу относится разработка математических методов исследования прироста годичных колец деревьев. Сложность проблемы заключается в том, что прирост — показатель интегральный. Он отражает все многообразие условий местообитания деревьев и процессы их взаимодействия с окружающей средой. В исследованиях такого рода наиболее эффективно комплексное применение методов математической статистики: оценки однородности исследуемых рядов, факторного, корреляционного и регрессионного анализов.
Объекты и методы исследований
Были изучены 9 древесно-кольцевых хронологий сосны из наледных долин Улахан-Тарын и Булус (бассейн Средней Лены, Центральная Якутия). Основу хронологий составили сборы О.А. Поморцева в Улахан-Тарыне в 2002 г. (более 50 кернов), а также В.С. Ефремова, А.Н. Николаева и О.А. Поморцева в 2004 г. в долине Булуса (более 120 кернов).
Локальные трансекты в Улахан-Тарыне закладывались по возможности с детальным охватом поперечного профиля долины и бровки вмещающей террасы, а в Булусе они привязывались к бровкам, подошвам и средним частям склонов, что объясняется морфологическими особенностями исследуемых долин. Пробы отбирались по известным методикам [6, 23, 25]. Ширину древесных колец измеряли при помощи полуавтоматической установки ИДК-2, разработанной в лаборатории дендрохронологии Института леса СО РАН (г. Красноярск). Древесные хронологии строились с использованием метода кросс-корреляционного анализа и графической перекрестной датировки [24—26].
Первичная оценка согласованности в ходе кривых исследуемых хронологий локальных трансект для обеих наледных долин показала высокие значения
межсериальных коэффициентов корреляции, особенно для Улахан-Тарына [9, 17]. Поэтому три последние хронологии (склоны восточной и южной экспозиций, а также участок поверхности террасы, примыкающий к бровке южного склона) были объединены.
Приняты следующие обозначения для хронологий Булуса: BULN1 — подошва склона северной экспозиции, т.е. участок, максимально приближенный к наледи; BULN2 — средняя часть склона северной экспозиции; ВЦЬЮ — бровка склона северной экспозиции, т.е. участок, максимально (в пределах склона) удаленный от наледи; BULS1 — подошва склона южной экспозиции, т.е. участок, максимально приближенный к наледи; BULS2 — средняя часть склона южной экспозиции; BULS3 — бровка склона южной экспозиции, т.е. участок, максимально (в пределах склона) удаленный от наледи (рис. 1а). Обобщенная хронология для Улахан-Тарына получила название долины — Улахан-Тарын (рис. 1б).
ныи склон
Улахан-Тарын
Рис. 1. Схемы отбора кернов сосен на наледных участках
Булус (а) и Улахан-Тарын (б) в Центральной Якутии Fig. 1. Scheme of pine sampling on aufeis sites Bulus (a) and Ulakhan-Taryn (б), Central Yakutiya
Таблица 1
Значения статистики критерия Смирнова—Колмогорова для каждой пары дендрохронологических рядов
Индекс хронологии BULN2 BULN3 BULS1 BULS2 BULS3 Улахан-Тарын
BULN1 3,55 2,50 0,85 2,17 4,01 0,72
BULN2 1,58 3,55 4,73 5,52 3,55
BULN3 2,56 3,74 4,47 2,50
BULS1 2,30 4,14 0,92
BULS2 3,28 1,58
BULS3 3,94
Результаты проверки гипотезы об однородности каждой пары древесных хронологий с помощью критерия Смирнова—Колмогорова
Индекс хронологии
BULN2
BULN3
BULS1
BULS2
BULS3
Таблица 2
Улахан-Тарын
BULN1 BULN2
BULN3 BULS1 BULS2
BULS3
не однородны не однородны
близки к однородным
однородны не однородны не однородны однородны не однородны не однородны не однородны не однородны
не однородны не однородны не однородны не однородны не однородны не однородны однородны не однородны близки к
однородным
не однородны
Были также использованы многолетние среднемесячные данные (с 1888 г.) по температурам воздуха и атмосферным осадкам (за дендрохронологический год — с сентября по август) метеостанции Якутск. Хотя станция удалена от района работ на 40 (Улахан-Тарын) и 70 (Булус) км и находится на противоположном берегу р. Лены, между ходом метеоэлементов существует линейная связь [7]. Такая же связь отслежена с данными выносного поста в селе Нюрюктяйцы (в 6 км от Улахан-Тарына), а также рядами более удаленных «заречных» метеостанций.
При выборе объектов индикации авторы руководствовались принципом, о котором пишет В.Р. Алексеев: наибольший эффект может быть получен при анализе дендрограмм деревьев, расположенных в сравнительно узких наледных долинах, где лед формируется «от борта до борта», занимая и русло и высокую пойму [1]. По мнению В.Р. Алексеева, влияние наледей на растительный покров неоднозначно. Усложнение наледного режима находит отклик не только в угнетении радиального прироста древостоев, но и в составе древесного яруса в целом, где происходят значительные изменения. Многие породы деревьев не выдерживают воздействия наледных процессов и погибают. Это можно наблюдать в долине Улахан-Тарын, где в центральной части наледной поляны много усохших деревьев с диаметрами стволов до 15-20 см. По периферии наледного участка процент погибших деревьев меньше, жизнеспособность их удовлетворительная.
Большое влияние наледи оказывают на водный баланс растений: если дерево или кустарник возвышаются надо льдом, происходит иссушение стволов
и ветвей под лучами яркого солнца. При этом начало поступления влаги через корневую систему значительно запаздывает [1]. Именно поэтому на наледных участках нередко можно видеть усыхающие и погибшие деревья.
Проверка однородности исходных дендрохронологических рядов, свидетельствующих об однородности доминирующих природных факторов, которые влияют на прирост деревьев, выполнена с помощью критерия Смирнова—Колмогорова и метода дисперсионного анализа [10, 13]. При детализации исследований до уровня оценок связей в системе «радиальный прирост — климат» и «радиальный прирост — наледь» использованы факторный, корреляционный и регрессионный анализы.
Анализ данных и результаты
Статистика критерия Смирнова—Колмогорова имеет вид Д„„ = sup \f„(x)~ Fjx), а случайная величина т = J———Dl//n имеет асимптотически распределение Кол-
V п + m
могорова. В табл. 1 приведены реализации величины T. Сопоставив данные этой таблицы с критическим значением распределения Колмогорова Я=1,36 при уровне значимости а=0,05, проверим однородность для каждой пары исследуемых статистических рядов (табл. 2). Из таблиц 1 и 2 следует, что ряды BULN1 и BULS1 однородны и значительно отличаются от других хронологий, за исключением Улахан-Тарына.
Исследуем статистические данные по древесным хронологиям с использованием дисперсионного анализа. При этом для выборок одинакового объема £ = = проверяется гипоте-
за Н0 : М^ = М%2 = ... = Мпри альтернативе
Таблица 3
Значения статистики Фишера для каждой пары дендрохронологических рядов
Параметры Индексы хронологий BULN2 BULN3 BULS1 BULS2 BULS3 Улахан-Тарын
Остаточная дисперсия BULN1 0,06 0,08 0,08 0,11 0,39 0,10
Факторная дисперсия 1,50 0,44 0,02 1,07 18 0,02
Статистика Фишера 23,49 5,25 0,24 9,88 46,67 0,21
Остаточная дисперсия BULN2 0,05 0,05 0,07 0,35 0,06
Факторная дисперсия 0,31 1,83 5,09 30,08 1,81
Статистика Фишера 6,19 35,85 68,27 85,45 28,78
Остаточная дисперсия BULN3 0,07 0,09 0,37 0,08
Факторная дисперсия 0,62 2,86 24,22 0,61
Статистика Фишера 8, 7 30,27 65,12 7,37
Остаточная дисперсия BULS1 0,10 0,37 0,08
Факторная дисперсия 0,82 17,07 0,00
Статистика Фишера 8,59 45,78 0,00
Остаточная дисперсия BULS2 0,40 0,11
Факторная дисперсия 10,43 0,82
Статистика Фишера 26,31 7,64
Остаточная дисперсия BULS3 0,38
Факторная дисперсия 17,12
Статистика Фишера 44,50
Нх : 3 / Ф ] : Ф М<Ц* в предположении, что теоретические дисперсии наблюдаемых величин равны. Пусть £ — общее среднее, Sобщ — общая сумма квадратов отклонений от общего среднего, Sфакт — факторная сумма квадратов отклонений от общего среднего, где яг — среднее г'-ой выборки, Socт — остаточная сумма квадратов отклонений.
1п 7
1=1 ./=1
Зфакт ~ П
,
1
Факторная и остаточная дисперсии определяются следующим образом:
факт
С о
/-1 п-1
Известно [10, 13], что факторная дисперсия обусловлена воздействием неслучайного фактора, а остаточная — воздействием случайных факторов. Значимое различие дисперсий позволяет выявлять существенное влияние неслучайного фактора. Для оценки гипотезы о равенстве средних достаточно проверить по критерию Фишера гипотезу о равенстве факторной и остаточной дисперсий. Статистика критерия Фишера F = S2факт/S2oст имеет распределение Фишера—Снедекора с /-1 и п-1 степенями свободы. Результаты расчетов остаточной и факторной дисперсий, а также статистики Фишера приведены в табл. 3.
Для проверки однородности каждой пары исследуемых статистических рядов древесных хронологий сопоставим результаты статистики Фишера, представленные в табл. 3, с критическим значением
Таблица 4
Результаты проверки гипотезы об однородности каждой пары древесных хронологий с помощью дисперсионного анализа
Индексы хронологий
BULN2
BULN3
BULS1
BULS2
BULS3
Улахан-Тарын
BULN1
BULN2 BULN3
BULS1 BULS2 BULS3
не однородны близки однородны не однородны не однородны однородны
к однородным
не однородны не однородны не однородны
не однородны близки
к однородным не однородны
не однородны не однородны не однородны не однородны
не од
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.