Потенциал использования дендрохронологической информации в лесной науке и практике (18.04.2011)

Автор: Румянцев Денис Евгеньевич

Из рис. 17. видно, что по доле поздней древесины в рассматриваемых типах леса ель не отличается. В среднем за период 1969?2002 доля поздней древесины в годичном кольце составляет 31% в ельнике липовом и по 29% в ельнике черничнике и ельнике кисличнике. В то же время, от года к году доля поздней древесины варьирует сильно, изменяясь от 18% до 44% в ельнике липовом, от 16% до 40% в ельнике черничном, от 17% до 39% в ельнике кисличном. Таким образом, в данных типах леса совпадают и средняя доля поздней древесины, и пределы варьирования доли поздней древесины в годичном кольце. Закономерности варьирования от года к году также сходны во всех типах леса, коэффициент корреляции между временными рядами по доле поздней древесины составляет 0,71?0,75.

На основе расчета коэффициентов корреляции между временными рядами по доле поздней древесины и рядами метеопараметров (среднемесячные температуры, месячная сумма осадков) анализировалось влияние климатического режима разных лет на долю поздней древесины в годичном кольце ели. Даже при уровне доверительной вероятности 0,05 не было обнаружено достоверных значений коэффициентов корреляции между рядами доли поздней древесины и рядами метеопараметров за прошлый календарный год. Что касается метеопараметров календарного года формирования годичного кольца, то достоверные при уровне доверительной вероятности 0,05 значения коэффициентов корреляции были обнаружены между хронологиями и рядами по таким показателям как: осадки января (ельник черничник: значение коэффициента корреляции 0,34), осадки августа (ельник липовый: -0,32; ельник черничник: -0,38; ельник кисличник: -0,47), осадки сентября (ельник липовый: 0,39), температура мая (ельник липовый; 0,39; ельник черничник 0,41), температура сентября (ельник липовый: -0,37).

Таким образом, оказалось, что в рассматриваемом случае на долю поздней древесины в годичном кольце ели во всех типах леса влияют метеоусловия в конце вегетационного сезона, когда собственно поздняя древесина и формируется. Данный вывод не является тривиальным, например, в работе Эклунда (Eklund, 1957) было установлено, что изменчивость поздней древесины от году к году соответствует изменчивости ранней древесины и зависит от температур конца мая и температур июня. Полученные нами результаты о влиянии метеоусловий мая на долю поздней древесины в ельнике сложном и ельнике черничнике, по-видимому, следует объяснять их влиянием на ширину слоя ранней древесины.

Выявленные с помощью корреляционного анализа закономерности варьирования доли поздней древесины в годичном кольце были проверены методом анализа климаграмм локальных экстремумов прироста. Рассчитав обобщенную хронологию по доле годичного кольца для всех типов леса, мы произвели, затем сортировку лет, отобрав по пять крайних значений ранжированного ряда. В результате были отобраны годы с высокой (34?39%) долей поздней древесины (1986, 1971, 1969, 1975, 1990 г.г.) и годы с низкой (17-24%) долей поздней древесины (1980, 1989, 1992, 1987, 1974 г.г.). Оценка достоверности отличий двух выделенных групп по значениям метеопараметров производилась по критерию Стьюдента. Достоверные отличия (уровень доверительной вероятности 0,05) были выявлены между суммами осадков за август и среднемесячными температурами мая. Таким образом, климатический режим лет, когда формировались кольца с высокой долей поздней древесины достоверно отличается от климатического режима лет, когда формировались кольца с низкой долей поздней древесины по значениям таких метеопраметров, как сумма осадков за август и среднемесячная температура мая. Повышенное количество осадков в августе препятствует формированию годичных колец с высокой долей поздней древесины. Пониженные температуры в мае также отрицательно сказываются на последующем формировании годичных колец с высокой долей поздней древесины.

7. Контроль за законностью вырубки древесины на основе древесно-кольцевой информации

В главе анализируются основные возможности использования дендрохронологической информации в сфере контроля за легальностью заготовки древесины. Подводя итог изложенной в главе информации можно сделать следующие выводы:

1.На основе выделения генотипических компонент прироста возможно определение вида срубленного дерева, что актуально при контроле за запрещенными к вырубке породами, которые по морфологии ствола проблематично отличить от незапрещенных к вырубке;

2. Методом перекрестной датировки возможно установить время рубки подвергнутых экспертизе стволов с точностью до года, а на основе анализа структуры ближайшего к коре годичного кольца возможно определение срока рубки дерева в течение года (осень –зима, май-июнь, июль-август);

3. Даже при отсутствии общей линии разделения возможно достоверное установление того, являлись ли ранее пень и ствол дерева одним целым;

4. Возможно опознание того, действительно ли в ходе рубок ухода вырубались деревья низших классов по Крафту. Кроме того, много лет спустя после даты проведения рубок возможно установить, проводились ли вообще рубки ухода на данном участке леса;

5. Анализируя изменчивость годичных колец на образце возможно получить данные о типе условий произрастания древостоя, о составе древостоя и об истории биогеоценоза в котором сформировался ствол. При условии наличия для территории базы данных возможно составить программу для автоматического распознавания места происхождения древесины. Возможно вести распознавание географического района происхождения древесины, используя для этой цели прежде всего оценку сходства хронологий на основе коэффициента корреляции;

6. Для сохранения деревьев на особо ценных участках целесообразно вести их маркировку путем направленного аномального изменения структуры ряда годичных колец. Это возможно, например, за счет внесения удобрений в определенном году. Подобную маркировку невозможно будет подделать;

7. Подробно изучив закономерности изменчивости прироста под действием климатических факторов в географическом градиенте, возможно будет вести опознание региона происхождения древесины более точно, чем лишь на основе установления сходства хронологии с эталонной хронологией из банка данных. Также дендроклиматический анализ может лечь в основу методик идентификации типа условий местопроизрастания и класса роста срубленных стволов деревьев. Применение дендроклиматических методик обеспечит весьма существенное снижение объемов лесоустроительных работ, необходимых в настоящее время при создании банка дендрохронологической информации в целях контроля за легальностью оборота древесины.

8. МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКИХ НАСАЖДЕНИЙ НА ОСНОВЕ ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

8.1 Обоснование культурной ценности городских лесов России

Дендрохронологический метод является относительно трудоемким способом получения информации о состоянии деревьев и древостоев. Поэтому его практическое использование в сфере мониторинга состояния насаждений не всегда будет экономически целесообразно. Однако в городских лесах должны быть востребованы даже самые дорогостоящие методики оценки состояния насаждений, ведь помимо слабо поддающихся экономической оценке эстетических и гигиенических функций городские леса выполняют важные культурные функции, которые экономически оценивать невозможно.

8.2 Перспективы использования дендрохронологической информации в мониторинге состояния городских лесных экосистем

Вопрос о возможностях оценки состояния деревьев и насаждений на основе дендрохронологической информации до настоящего времени окончательно не решен. Достаточно подробные обзоры по использованию дендрохронологической информации в области лесозащиты содержаться в обобщающих работах (Надзор и учет…, 1965; Воронцов, 1978; Иерусалимов, 2004; Fritts, 1976; Innes, 1993).

Для дальнейшего прогресса в данной области необходимо совершенствование методик прочтения дендрохронологической информации на физиологическом уровне. В ходе исследования может быть зафиксирован определенный характер изменчивости прироста (хронографический уровень прочтения), определенный характер связи между приростом и экологическими факторами (экологический уровень прочтения) и на самом высшем уровне познания мы можем описать биологический механизм влияния экологических факторов на формирование годичного кольца (физиологический уровень прочтения).

8.3 Диагностика потребности насаждений в регуляции водного режима почвы

Дендрохронологическая диагностика на основе корреляционного анализа позволяет выявлять как сам факт неблагоприятного для роста деревьев водного режима почвы, так и календарный период года в течении которого необходима его регуляция.

Пример использования методики – диагностика потребностей разных видов сосны в дендрарии ГБС РАН в регуляции водного режима. Корреляционный анализ показал, что на участке с сосной кедровой сибирской колебания прироста оказались тесно сопряжены с погодной обстановкой мая. Установлено, что высокие температуры и низкое количество осадков в мае отрицательно сказываются на приросте. Результаты моделирования на основе уравнения линейной регрессии отражает рис. 18.

Рис. 18. Результаты моделирования кратковременных колебаний радиального прироста сосны кедровой сибирской на основе уравнения линейной регрессии

Таким образом, в ходе диагностики было установлено, что для ускорения роста сосны кедровой на данном объекте необходимо вести полив в мае. Данный пример демонстрирует принципиальную схему использования дендрохронологической информации при диагностике потребности насаждений в необходимости регуляции водного режима.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Установлено, что история становления дендрохронологии как науки складывалась таким образом, что потенциал ее использования в нуждах лесного хозяйства оказался раскрыт не полностью. Успехи дендрохронологического метода в области реконструкции экологических условий прошлого и археологических датировок обусловили доминирование в данной области знаний специфичной методологии, не всегда соответствующей потребностям лесной науки и практики. В настоящее время методология использования дендрохронологических методов в лесоведении хорошо разработана лишь в области реконструкции истории лесных биогеоценозов. Многие предложения лесоводов и дендрохронологов по более широкому использованию дендрохронологического метода в интересах лесного хозяйства так и не нашли широкого применения ни в исследовательских работах, ни в практике лесного хозяйства.

2. Выявлено, что для более широкого использования дендрохронологического метода в практике лесного хозяйства важен открытый А.А. Кудиновым и окончательно подтвержденный нами факт того, что кратковременные колебания радиального прироста тождественны колебаниям объемного прироста древесины. Данный индикатор может использоваться для оценки колебаний объемного прироста древесины в насаждении. Подтверждено, что колебания линейного прироста не отражают колебаний прироста по объему. Кроме того, подтверждено, что тренды изменчивости радиального прироста не всегда совпадают с трендами изменчивости прироста по объему, поэтому оценка изменений продуктивности насаждений на основе трендов радиального прироста должна проводиться с осторожностью.

3. Обосновано, что выделение генотипических компонент в долговременной изменчивости радиального прироста возможно корректно провести в одновозрастных географических культурах при сопоставлении обобщенных хронологий по разным образцам, но безусловно невозможно в лесу для отдельно взятых деревьев. В зависимости от похожести на указанные объекты должна оцениваться корректность попыток выделения генотипических компонент радиального прироста во всех остальных случаях.

4. Предложено выделение генотипических компонент в кратковременной изменчивости радиального прироста вести на основе теории В.А. Драгавцева. В ее рамках годичное кольцо рассматривается нами как количественный признак, значение которого в каждый из вегетационных периодов у одного и того же генотипа будет определяться разными локусами с разным вкладом каждого из них в формирование признака. Кратковременный ряд изменчивости радиального прироста следует рассматривать как запись результатов серии опытов, произведенных природой, «помещавшей» данный генотип в разные экологические условия. Приняв такую точку зрения, следует считать, что максимально совпадающие ряды кратковременной изменчивости радиального прироста отражают идентичные наследственные экологические свойства особей (при условии однородности экотопа). Разработанные нами методики анализа генотипической компоненты в кратковременной изменчивости радиального прироста (кластерный анализ рядов кратковременной индексов прироста, сопряженный анализ хронологий) дали адекватные результаты при исследовании экологических закономерностей эволюции в роде Picea Dietr.

5. Пересмотрены устоявшиеся представления о причинах дифференциации популяций ели Русской равнины по фену формы семенной чешуи. С учетом результатов дендрохронологической диагностики наследственных экологических свойств разных форм была построена концептуальная модель микроэволюционных процессов в популяции ели, полиморфной по фену "форма семенной чешуи". Показано, что для современной структуры популяций ели по фену формы семенной чешуи определяющую роль играл естественный отбор в ответ на антропогенное преобразование среды.

6. Подтверждено, что доля поздней древесины сильно варьирует в связи с возрастом. Варьирование доли поздней древесины с возрастом обусловлено главным образом изменениями ширины слоя ранней древесины. Динамика слоя поздней древесины хотя и обладает выраженным возрастным трендом, но уровень варьирования с возрастом у нее намного меньше, чем у слоя ранней древесины.

7. Установлено, что вариация доли поздней древесины в связи с возрастом может превышать ее вариацию по типам леса или генотипически обусловленную изменчивость. Если свести к нулю роль возраста (например, рассматривая образцы разных генотипов в одновозрастных географических культурах), то окажется, что доля поздней древесины в годичном кольце имеет большую степень наследственной детерминации, чем ширина годичного кольца. В связи с этим ранняя диагностика выборочного ранга генотипа по качеству древесины корректна, в отличии от ранней диагностики выборочного ранга по ширине годичного кольца.

8. Подтверждено, что кратковременные колебания ширины слоя поздней древесины возможны не только в экзогенном режиме (обусловленном колебаниями экологических факторов среды), но и в эндогенном (тесно сопряженном с изменениями ширины слоя ранней древесины).

7. Сформулировано представление о том, что продуктивность того или иного генотипа в конкретный год определяется степенью благоприятности для него экологических условий среды, и в первую очередь погодным фоном. В оптимальных условиях произрастания лимитирующие радиальный прирост факторы могут меняться ежегодно. В связи с этим классические методы дендроклиматического анализа, подобные корреляционному анализу малопригодны при имитационном моделировании изменчивости прироста в зависимости от изменчивости метеопараметров. Хорошие результаты дают предложенные нами методы анализа климаграмм лет локальных экстремумов прироста и сопряженного анализа хронологий.

8. Показано, что элиминация генотипической компоненты изменчивости прироста позволяет вести анализ его экологической компоненты и дает возможности для формирования методик классификации лесных участков по типам лесорастительных условий и лесорастительного районирования, диагностики потребности лесных и городских насаждений в регуляции водного режима, установления места произрастания и легальность происхождения заготовленной древесины. Предложено данные направления считать приоритетными на пути привлечения дендрохронологического метода в лесоводственную практику.

9. Обосновано, что отдельным, малоразработанным направлением является анализ экологической компоненты в изменчивости радиального прироста в целях слежения за состоянием деревьев и насаждений. Для прогресса исследований в данной сфере необходимо дальнейшее совершенствование методов экофизиологической интерпретации дендроклиматической информации. Они могут быть классифицированы на подходы, не связанные с привлечением дополнительных временных рядов (анализ структуры годичных колец, анализ статистических параметров временного ряда), и на подходы, связанные с привлечением дополнительных временных рядов (сопряженный анализ рядов динамики прироста и рядов динамики экологических параметров, сопряженный анализ хронологий).

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах из списка ВАК

1. Николаев Д.К. Сопряженное развитие культур сосны и ели естественного происхождения под их пологом / Николаев Д.К., Румянцев Д.Е. //Лесоведение. –2004 – №5. – С.45-49.

2. Румянцев Д.Е. Влияние климатических факторов на рост сосны в Южной Карелии / Румянцев Д.Е. // Лесоведение. – 2004. – №5. – С.73-75.


загрузка...