Geum.ru

Дендрохронологический анализ природных процессов в криолитозоне (на примере Центральной Якутии) 03. 02. 08 Экология

Вид материалаАвтореферат

Содержание


Глава 3. Методика и объект дендрохронологических исследований
Larix cajanderi Mayr
Глава 5. Анализ влияния климатических факторов на радиальный прирост деревьев Центральной Якутии
5.1 Влияние температуры воздуха и количества атмосферных осадков на радиальный прирост лиственницы и сосны, произрастающих в раз
Подобный материал:
1   2   3   4   5

Глава 3. Методика и объект дендрохронологических исследований


3.1. Объект исследований и описание мест сбора дендрохронологического материала

Объектами дендрохронологических исследований являются лиственница Каяндера ( Larix cajanderi Mayr) и сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), произрастающие в Центральной Якутии. В работе использованы 54 древесно-кольцевые хронологии (35 по лиственнице и 19 по сосне). Исследования проводились вдоль меридионального трансекта (среднее течение р. Лены) и широтного трансекта, включающего Лено-Вилюйское междуречье на западе и Лено-Амгинское междуречье на востоке Центральной Якутии (рис. 1). Протяженность района исследований с севера на юг, от с. Столбы Намского района до пос. Синск Хангаласского района, составляет более 300 км, а с запада на восток, от с. Бердигестях Горного района до с. Уолба Таттинского района более 400 км.

Собранный дендрохронологический материал (керны) живых деревьев отвечает общепринятым в дендроклиматическом анализе требованиям (Cook, Kairiukstis, 1990). С одного участка образцы брались в среднем с 24 деревьев. Для построения хронологий отбирались старые и средневозрастные деревья. Для изучения динамики развития термокарстового озера и датировки пожаров на территории Центральной Якутии проводился сбор спилов с остатков древесины. Первичная обработка дендрохронологического материала, измерение ширины годичных колец на полуавтоматической установке LINTAB V-3.0. (Rinn, 1996) и построение древесно-кольцевых хронологий осуществлялись в лаборатории криогенных ландшафтов Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН (Якутск) и в лаборатории структуры древесных колец Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН (Красноярск). Статистический анализ изменчивости прироста деревьев (временных рядов) проводился в программном пакете DPL-04 (Holmes, 2004).

Расчет и анализ функции отклика выполнены в программном пакете “STATISTICA 7.0”. Процедура оценки функции отклика проводилась расчетом корреляций между индексами прироста и ежемесячными значениями температуры воздуха и осадков за период с января по август текущего года и с сентября по декабрь предыдущего года роста дерева (всего 24 переменных). При проведении исследований характера влияния климатических факторов на радиальный прирост деревьев использовались данные ближайших метеостанций. В работе были использованы данные температуры и влажности почв на разных глубинах деятельного слоя, полученные на научных стационарах Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН «Нелегер» и «Юкэчи» (с 1996 по 2009 гг.), а также Института биологических проблем криолитозоны СО РАН «Спасская Падь» (с 1996 по 2009) и «Тюнгюлю» (с 1990 по 2009 гг.).

Кроме изучения ширины древесных колец использовались данные по плотности древесины и содержанию стабильных изотопов углерода 13С/12C. Подготовка образцов для денситометрического анализа и измерения плотности древесных колец проводилась в Институте леса им. В.Н.Сукачева СО РАН в соответствии со стандартной методикой (Schweingruber, 1988; Кирдянов, 1999). Изотопный анализ на масс-спектрометре (IMS OPTIMA) осуществлялся в Институте химии и динамики геосферы исследовательского центра Юлих (ICG-4) (Германия) (Leavitt, 1982; Farquhar et al., 1989; Schleser et al., 2000). Данные по стабильным изотопам углерода приводились в виде формулы, отражающей соотношение их в пробе растительного материала, Rp=(13CO2/12CO2)p, по отношению к стандарту, Rref=(13CO2/12CO2)ref , и выражались в ‰: δ13Сp=(Rp-Rref)/Rref x 103. В качестве стандарта для определения соотношения изотопа углерода принимался стандарт PDB – ископаемый карбонат Pee Dee Belemnite.


Глава 4. Пространственное распределение лесов на мерзлотных почвах и сравнительный анализ основных статистических характеристик древесно-кольцевых хронологий Центральной Якутии

Несмотря на общую схожесть географического расположения и однородность климатических условий, на территории Центральной Якутии в силу ландшафтных и почвенно-мерзлотных условий (рис.2) распространены различные типы лиственничных и сосновых лесов (рис.3). Об условиях местопроизрастания и типах лесных насаждений Центральной Якутии известно большое количество работ (Поздняков, 1963; Караваев, Скрябин, 1971; Щербаков, 1975; Андреев и др., 1987; Тимофеев, 1980, 2003; Тимофеев и др. 1994).

В пределах описываемой территории преобладают лиственничники брусничной группы, произрастающие на среднеувлажненных местах (свежих, типичных, сыроватых). Это самая большая и экологически разнообразная группа типов брусничных лиственничников, занимающих до 75% лесопокрытой площади центральной части среднетаежной подзоны Якутии (Уткин, 1965). Лиственница образует поверхностные корни, предпочитая среднеплодородные и среднеувлажненные суглинистые почвы. Она хуже растет на сухих и сырых участках. В отличие от лиственницы сосна произрастает на сухих песчаных и супесчаных хорошо аэрируемых почвах. В течение длительного времени процессы почвообразования были тесно связаны с образованием природных ландшафтов Центральной Якутии.

Первый район – Лено-Амгинское междуречье, характеризуется широким распространением мерзлотных палевых почв, которые развиваются под разными вариантами лиственничных лесов. В формировании лесного покрова наряду с лиственничниками сухих и свежих местопроизрастаний принимают участие сосняки мертвопокровные и толокнянковые, а также березняки с остепненными элементами.

На аллювиальной Бестяхской террасе распространены песчаные почвы. На этой территории в основном представлены толокнянковые, лишайниково-толокнянковые типы сосново-лиственничных и лиственничных древостоев низкой производительности (Поварницын, 1932а; Щербаков, Чугунова, 1961). К этой группе относят бруснично-толокнянковый лиственничник с сосной (Щербаков, 1975; Тимофеев, Исаев, 1987; Исаев, 1988 и др.).



Рис. 2. Карта почвенно-мерзлотных условий Центральной Якутии.




Рис. 3. Карта типов лесов Центральной Якутии.


На территории аккумулятивно-аллювиальной Тюнгюлюнской и эрозионно-аккумулятивной Абалахской равнин распространены палевые среднесуглинистые и палевые средне- и легкосуглинистые почвы. Данная территория характеризуется наличием большого количества подземных повторно-жильных льдов и аласных котловин. Здесь распространены бруснично-разнотравные лиственничники с аласными злаковыми лугами, лимнасово-брусничные лиственничники в сочетании с ольховниково-брусничными лиственничниками с участками злаково-осоковых лугов, бруснично-разнотравные сосняки в сочетании с толокнянковыми лиственничниками и бруснично-зеленомошные березняки в сочетании с брусничными лиственничниками (Уткин, 1965; Тимофеев и др., 1996).

Второй район - Лено-Вилюйское междуречье, характеризуется широким распространением мерзлотных таежных и оподзоленных почв, на которых развиваются кустарничково-зеленомошные лиственничные леса, часто с примесью сосны. Большая часть территории Лено-Вилюйского междуречья представлена ледниково-флювиальной равниной. Здесь большое распространение имеют палевые легкосуглинистые и супесчаные почвы. Ближе к р. Лене представлены легко- и среднесуглинистые почвы. На данной территории распространены бруснично-разнотравные лиственничники с осоковыми и вейниковыми аласными лугами, пушицевыми и кустарничковыми болотами, бруснично-зеленомошными лиственничниками с участками осоковых и моховых болот, бруснично-разнотравные лиственничники с березой, а также багульниково-бруснично-зеленомошные сосняки с лиственницей в сочетании с ерниками и осоково-моховыми болотами (Поварницын, 1932; Тюлина, 1957, 1959, 1962; Поздняков 1961; Уткин, 1965; Щербаков, 1975; Тимофеев и др., 1996). На этой территории термокарстовые котловины в виде аласов представлены в меньшей степени (Босиков, 1991). В результате морфогенеза рельефа Лено-Вилюйского междуречья распространено большое количество так называемых «травяных речек» с котловинами выдувания в виде системы озер. Широкое распространение здесь имеют лиственничные леса, но на супесчаных почвах встречаются смешанные сосново-лиственничные насаждения.

Для разных территориальных участков Центральной Якутии был сделан сравнительный анализ статистических характеристик ширины годичных колец и древесно-кольцевых хронологий лиственницы Каяндера (Larix cajanderi Mayr) и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) (35 и 19 соответственно). По лиственнице выявлено 5 и по сосне 4 территориальных групп древесно-кольцевых хронологий (рис.4). В радиальном приросте деревьев большое значение имеют условия мест произрастания, которые обусловлены не только локальными различиями, но и географическим расположением участков. В результате в разных районах на территории Центральной Якутии условия произрастания имеют свои особенности.

В главе рассмотрены статистические характеристики радиального прироста деревьев и построенных древесно-кольцевых хронологий. Наблюдается широкая вариабельность возраста обобщенных хронологий: 85 - 381 год у лиственницы и 85 - 369 лет у сосны. Более длительные хронологии построены для участков, характеризующихся меньшей освоенностью человеком. Так, вблизи населенных пунктов, где население широко использует древесину в хозяйстве, возраст древостоев достигает всего 150-200 лет.

Межсериальный коэффициент корреляции у лиственницы (0,63-0,81) выше, чем у сосны (0,56-0,74). Высокая согласованность радиального прироста деревьев связана с локальными условиями мест их произрастания. Наиболее высокий коэффициент чувствительности и среднеквадратичное отклонение отмечается на участках восточной части района исследований (0,31 и 0,46 соответственно против 0,19 и 0,25 на западной стороне).

Для лиственницы и сосны характерны значения авторегрессии 1-го и 2-го порядка. Это указывает на то, что радиальный прирост деревьев прошлого и позапрошлого года отражает значимую автокорреляционную связь с приростом текущего года. Наибольшие значения автокорреляции свойственны в средней части территории исследований (0,79), а в западной части значения несколько выше (0,54), чем в восточной (0,48). Анализ главных компонентов показал, что первые три главных компоненты объясняют от 55 до 82 % дисперсии, приходящейся на древесно-кольцевые хронологии. Это указывает на существование очень сильных факторов, лимитирующих радиальный прирост деревьев. Причем от 36 до 64 % дисперсии приходится на первую главную компоненту.


Рис. 4. Расположение участков и группировки древесно-кольцевых хронологий по лиственнице (А) и сосне (Б) на территории Центральной Якутии.


В целом проведенный статистический анализ показал, что существуют значительные различия условий произрастания древесных пород, особенно между восточной и западной частями Центральной Якутии. Вдоль долины р. Лены (меридионального трансекта) резких различий в радиальном приросте и характеристиках древесно-кольцевых хронологий не обнаружено, хотя между северными и южными участками различия существенные.

Кроме древесно-кольцевых хронологий по ширине древесных колец были построены хронологии по плотности древесных колец длительностью в 414 лет и по содержанию стабильных изотопов углерода 13С/12С длительностью в 410 лет. За последние четыреста лет значения дельта 13С изменялись в пределах -20,12…-25,97 ‰.


Глава 5. Анализ влияния климатических факторов на радиальный прирост деревьев Центральной Якутии

Климатические факторы играют ведущую роль в росте древесных пород Центральной Якутии. Главными климатическими факторами, наиболее сильно влияющими на рост деревьев, являются температура воздуха и количество выпадающих осадков. В зависимости от географического положения, условий местопроизрастания и видовых различий одни и те же климатические факторы могут по-разному влиять на радиальный прирост деревьев. В настоящее время известно много работ о значении температуры воздуха и выпадающих осадков для территории Сибири, и Якутии в частности (Шиятов, 1986; Ваганов и др., 1996; Hughes et al., 1999; Наурзбаев и др., 2001; Николаев, Тимофеев, 1999; Николаев, Федоров, 2004; Николаев и др., 2008; Nikolaev et al., 2009).

5.1 Влияние температуры воздуха и количества атмосферных осадков на радиальный прирост лиственницы и сосны, произрастающих в различных условиях Центральной Якутии.

Для выявления связи климатических переменных и радиального прироста деревьев, произрастающих в разных районах Центральной Якутии, был проведен корреляционный анализ древесно-кольцевых хронологий по лиственнице и сосне, разделенных на 8 отдельных групп по территориальной принадлежности. Анализ особенностей влияния климатических параметров на рост лиственницы и сосны показал, что Лено-Вилюйский район является более увлажненным, чем Лено-Амгинский, который, по мнению многих исследователей, считается наиболее засушливым районом Центральной Якутии.