Печать
Категория: Материалы VIII Симпозиума (2018 год)
Просмотров: 61

РАДИАЛЬНЫЙ ПРИРОСТ СОСНЫ В СВЯЗИ С ДИНАМИКОЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В СТЕПНОЙ ЗОНЕ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

RADIAL GROWTH OF PINE AND DYNAMICS OF METEOROLOGICAL CONDITIONS IN THE STEPPE ZONE OF EASTERN TRANSBAIKALIA 

И.Л. Вахнина1, В.А. Обязов2, В.С. Мыглан 3, В.В. Баринов3, А.В. Тайник3, Е.В. Носкова1

I.L. Vakhnina1, V.A. Obyazov2, V.S. Myglan3, V.V. Barinov3, A.V. Taynik3, E.V. Noskova1 

1Институт природных ресурсов, эклоги и криологии СО РАН

(Россия, 672002, г.Чита, а/я 1032)

2ООО Научно-производственное объединение «Гидротехпроект»

(Россия, 199178, Санкт-Петербург, 14-я линия В.О., 97)

3Сибирский федеральный университет

(Россия, 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79) 

1Institute of Natural Resources, ecology and cryology SB RAS

(Russia, 672002, Chita, PO box1032)

2Limited liability company Scientific-Production Association «Gidrotehproekt»

(Russia, 199178, Sankt-Peterburg, 14-ya liniya V.O., 97)

3Siberian federal university

(Russia, 660041, Krasnoyarsk, Svobodny pr. 79,)

e-mail: 1Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.; 2Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.; 3Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Динамика радиального прироста сосен, произрастающих в степной зоне Восточного Забайкалья, содержит климатический сигнал на увлажненность региона. Между изменениями атмосферных осадков и шириной годичных колец наибольшая согласованность отмечается в полосе частот около 20 лет.

The dynamics of the radial growth of pine in the steppe zone of the Eastern Transbaikalia contains a climatic signal for moisture. Between the changes in atmospheric precipitation and the width of tree rings, the greatest coherence is noted in the spectral frequency of about 20 years. 

Динамика радиального прироста деревьев – чувствительный показатель изменений условий внешней среды, позволяющий оценить погодно-климатические факторы за десятки и сотни лет. В степной зоне деревья произрастают на грани своего существования, основным лимитирующим фактором выступает увлажнение. Эффективное использование сосны как объекта для дендроклиматических исследований в засушливых степных и лесостепных условиях России показано в ряде работ, выполненных по Центральной лесостепи [8], степи Южного Урала [2], ленточным борам Алтайского края [7, 9], лесостепям Алтае-Саянского региона [6], степной зоне Бурятии [3].

Средняя годовая температура воздуха на исследуемой территории меняется от -1,0 до -2,2оС. Средняя месячная температура января находится в пределах от -22,5 до -27,0, а июля – от 18,2 до 19,4о. Атмосферные осадки в среднем за год составляют 300-380 мм. Около 90 % осадков от их годовой суммы приходится на период с мая по сентябрь. За июль-август выпадает более половины годовой суммы осадков. В связи с незначительным количеством осадков в холодный период года снежный покров имеет малую мощность. В степной зоне Восточного Забайкалья хорошо проявляется цикличность в режиме выпадения атмосферных осадков. В аридные фазы повышение температур воздуха приводит к значительному снижению увлажненности как вследствие уменьшения осадков, так и увеличения испарения и транспирации, что в большей степени отражается на ландшафтах степных территорий [1, 4].

Растительность степной зоны представлена сосновыми борами, перемежающимися с полями и участками настоящих ковыльно-разнотравных и фрагментами сухих дерновиннозлаковых степей [5]. Наиболее крупным лесным массивом на исследуемой территории является Цасучейский бор (50.33°-50.50° с.ш., 114.70°-115.40° в.д., 650-700 м над уровнем моря).

В качестве материала для исследований служили керны сосны (Pinus sylvestris L.), отобранные в августе 2017 года с живых деревьев, произрастающих в Цасучейском бору, возрастными бурами Престлера. После предварительной механической подготовки образов полученная поверхность оцифровывалась на сканере (Epson Perfection V850 Pro) или сканирующем в отраженном свете микроскопе (AXIO zoom. V16 (CARL ZEISS)). Измерение ширины годичных колец у цифровых изображений, представление и анализ полученных данных выполнялись в программах CooRecorder и CDendro. Датирование древесно-кольцевых серий и статистический анализ выполнены в программах DPL (Holms, 1983) и “TSAP V3.5” [12]. Возрастной тренд измеренных серий был убран сплайном длиной в 2/3 от анализируемой серии в ARSTAN [10]. Инструментальные климатические данные взяты за период с 1936 г. по 2017 г. по вблизи расположенным метеостанциям: Борзя (50.40° с.ш., 116.52° в.д., 675 м над ур. м.) и Акша (50.27° с.ш., 113.27° в.д., 730 м над ур. м.), также в анализе использованы рассчитанные индекс засушливости Д.А. Педя (SI) и гидротермический коэффициент Г.Т. Селянинова (ГТК).

В работе применялись корреляционный, спектральный (Фурье) и вейвлет анализы. Для непрерывного вейвлет преобразования использовали вейвлет Морле (Morlet). Вейвлет когерентность вычислялась с помощью пакета «Crosswavelet and Wavelet Coherence» для MATLAB [11]. Для оценки статистической достоверности коэффициентов корреляции применялся критерий Стьюдента, спектральной плотности – критерий c-квадрат, вейвлет когерентности – метод Монте-Карло.

В результате была построена обобщенная стандартизированная древесно-кольцевая хронология (ДКХ) максимальной длительностью с 1817 по 2017 гг. (201 год) по 14 кернам. Анализ степени обеспеченности хронологии образцами показал, что значение EPS≥0,85 получено с 1870 г. Среднее значение RBAR – коэффициент корреляции между отдельными древесно-кольцевыми сериями в среднем, составил 0,60, что свидетельствует о влиянии на прирост древесины отдельных деревьев общего доминирующего фактора. Коэффициент чувствительности стандартизированной обобщенной хронологии, отражающий степень воздействия внешних факторов природной среды – 0,37 при пороговом значении 0,2, стандартное отклонение – 0,37. Тесная связь размеров годичного кольца с условиями предшествующего года подтверждается достоверными значениями автокорреляции I-го порядка (0,37). Таким образом, статистические характеристики полученной древесно-кольцевой хронологии свидетельствуют об ее пригодности для использования в анализе климатического отклика.

Анализ вейвлет колебаний приростов показал, что квазидвадцатилетние циклы прослеживаются на всем протяжении древесно-кольцевой хронологии с 1870 гг. (рис. 1). Также выделяются и более мелкие циклы: 14-летние четко проявляются с 1870 по 1920 гг., а с 1920 по 2017 гг. характерны квазидесятилетние. Полученные данные подтверждены спектральным анализом, максимальная спектральная плотность в изменениях ширины годичных колец проявляется на периодах в 10, 14, 29 и 18 лет (в порядке убывания значимости).

Рисунок 1. Вейвлет спектр древесно-кольцевой хронологии по соснам Цасучейского бора

Коэффициенты корреляции Пирсона между ДКХ и среднесячными и годовыми значениями атмосферных осадков и температурами воздуха усредненными по метеостанциям показали, что наиболее значимое (при р < 0,05, N = 82) влияние на прирост сосны в Цасучейском бору оказывают атмосферные осадки мая (r = 0,32), июня (r = 0,34) и июля (r = 0,33). Максимальная положительная связь получена для годовой суммы осадков (r = 0,49). Учитывая малое количество зимних осадков, ветра и высокую инсоляцию в весенние месяцы, осадки предшествующего сезона вегетации играют важнейшую роль для растительности в начальный период вегетации, что отражается в достоверных значениях корреляции приростов с прошлогодними осадками, составившими для июля – 0,38, августа – 0,23. Коэффициенты корреляции между ДКХ и суммой атмосферных осадков за предшествующий текущему периоду вегетации год составила 0,44. Для температур значимая связь получена только с июлем текущего года (r = -0,28), июлем и августом предшествующего (r = -0,27 и -0,27 соответственно). Достоверной связи между шириной колец и средней годовой температурой воздуха не выявлено.

Сопоставление ширины годичных колец c ГТК за период с 1976 г. по 2017 г. показало, что для текущего года значимая связь (при р < 0,05, N = 42) получена по обеим метеостанциям (r = 0,36 и 0,47), но более высокие значения корреляции выявлены для метеостанции Акша. Условия, описываемые индексом засушливости SI оказывают значимое отрицательное влияние на прирост с мая по август включительно (r от -0,25 до -0,26).

Синхронность в изменчивости ДКХ, температуры и осадков наблюдаются на периодах около 20 лет. Особенно хорошо прослеживается согласованность циклических изменений в режиме выпадения атмосферных осадков и ширины годичных колец с помощью вейвлет-когерентности (рис. 2). Наибольшие статистически достоверные значения также отмечаются в полосе частот около 20 лет. Направление стрелок на этих частотах вправо указывает на отсутствие фазовых сдвигов между ними, на всем протяжении временного ряда происходят согласованные колебания. На других частотах тоже есть совпадения, но они имеют временную локализацию и фазовый сдвиг.

Рисунок 2. Вейвлет когерентность между рядом годовых сумм осадков и шириной древесных колец стандартизированной хронологии

Таким образом, изменение ширины годичных колец Pinus sylvestris в степной зоне Восточного Забайкалья отражает динамику увлажненности территории региона. Наибольшее влияние на прирост оказывают атмосферные осадки, выпавшие в течение текущего года, а также в предшествующий периоду вегетации год. Достоверной связи между шириной колец и средней годовой температурой воздуха не выявлено, она проявляется только для отдельных месяцев: июль текущего года, июль и август предшествующего. Отмечается согласованность между многолетними изменениями в режиме выпадения атмосферных осадков и динамикой ширины годичных колец полосе частот около 20 лет. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Абакумова В.Ю. Усыхание березняков российской части бассейна реки Онон в конце XX – начале XXI века // География и природные ресурсы. 2017. № 1. С. 163-170.
  2. Агафонов Л.И., Кукарских В.В. Изменения климата прошлого столетия и радиальный прирост сосны в степи Южного Урала // Экология. 2008. № 3. С. 173-180.
  3. Андреев С.Г., Тулохонов А.К., Наурзбаев М. Региональные закономерности изменчивости прироста сосны в степной зоне Бурятии // География и природные ресурсы. 2001. № 1. С. 73-78.
  4. Вахнина И.Л., Малых О.Ф. Деградация березняков бассейна реки Аргунь как показатель климатических изменений // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2013. № 4. С. 122-126.
  5. Дулепова Б.И. Особенности флоры и растительности даурской лесостепи. Чита: Изд-во ЗабГПУ, 2004. 82 с.
  6. Магда В.Н., Блок Й., Ойдупаа О.Ч., Ваганов Е.А. Выделение климатического сигнала на увлажнение из древесно-кольцевых хронологий в горных лесостепях Алтае-Саянского региона // Лесоведение. 2011. № 1. С. 28-37.
  7. Малышева Н.В., Быков Н.И. Дендроклиматический анализ ленточных боров Западной Сибири // Известия Российской академии наук. Серия геогр. 2011. № 6. С. 68-77.
  8. Матвеев С.М. Дендроиндикация динамики состояния сосновых насаждений Центральной лесостепи. Воронеж: ВГУ 2003. 272 с.
  9. Рыгалова Н.В., Быков Н.И. Пространственно-временная изменчивость климатического сигнала древесно-кольцевых хронологий ленточных и Приобских боров // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Биология. 2015. Т. 8. № 4. С. 394-409.
  10. Cook E.R., Kairiukstis L. Methods of Dendrochronology: aplications in environmental sciences. Dordrecht; Boston; London: Kluwer Acad. Publ., 1990. 394 p.
  11. Grinsted A., Moore J.C., Jevrejeva S. Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series // Nonlin Processes Geophys. 2004. № 11. p. 561-566.
  12. Rinn F. TSAP V3.5. Computer program for tree-ring analysis and presentation. Heidelberg: Frank Rinn Distribution, 1996. 264 p.