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

Вид материала

Автореферат

Содержание 6.1. Влияние характера мерзлотных ландшафтов на рост лиственничных древостоев Центральной Якутии. 7.5. Содержание стабильных изотопов 13С/12С в годичных кольцах деревьев Якутии как индикатор антропогенного влияния на окружающу

Подобный материал:

• Влияние выбросов цементного завода на растительный покров центральной якутии (на примере, 341.47kb.
• Экология и биоэнергетика некоторых зимующих видов птиц Якутии 03. 00. 16 Экология, 295.57kb.
• Элективный курс «Физика природных процессов» (методическое пособие для учителя) Омск, 336.07kb.
• Кадровое планирование на предприятии (на примере …) Модернизация системы управления, 49.23kb.
• Демонстрационная версия рабочей программы «Экологическое нормирование в криолитозоне», 41.78kb.
• Ii республиканская научно-практическая конференция «География и краеведение в Якутии», 37.99kb.
• Взаимосвязь глобальных и региональных политических процессов (на примере Центральной, 738.45kb.
• Рабочей программы учебной дисциплины физика природных процессов уровень основной образовательной, 60.78kb.
• Формирование Скоплений природного газа и газовых гидратов в криолитозоне, 1083.78kb.
• Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности [Экология] по сельскохозяйственным, 337.69kb.

Почти все древесно-кольцевые хронологии по лиственнице показывают значимую корреляцию с температурой воздуха в мае (рис.5). Для восточных и центрально-восточных участков характерна отрицательная корреляционная связь с июльской температурой воздуха. Этот район характерен как самый засушливый в Центральной Якутии.




Рис. 5. Корреляционный анализ радиального прироста лиственницы в разных районах Центральной Якутии с температурой воздуха и количеством атмосферных осадков. На гистограммах пунктирной линией указан значимый предел достоверности

(p < 0,05). Районы:

1 – северные,

2 – центральные (левобережье),

3 – центральные (правобережье),

4 – центральные восточные, 5 – южные, 6 – западные,

7 – юго-восточные,

8 – восточные.


Высокие температуры июля, вызывая иссушающий эффект, негативно отражаются на радиальном приросте лиственниц. В этот период для всех групп деревьев наблюдается положительная корреляционная связь с осадками июля. В другие месяцы осадки оказывают не очень существенное влияние на радиальный прирост лиственницы. В Центральной Якутии в июле отмечаются самые высокие температуры воздуха (35-40°С). Установлено, что для участков, расположенных в восточной части Центральной Якутии, характерна положительная связь прироста деревьев с количеством атмосферных осадков, выпадающих в октябре-ноябре предыдущего года. Известно, что осенние осадки, промерзая в деятельном слое, задерживаются в почве и используются растениями в следующий вегетационный сезон.

На некоторых участках в центральных и западных районах Центральной Якутии для сосны характерна положительная корреляция прироста с температурой воздуха апреля (рис.6). Это связано с тем, что высокие весенние температуры воздуха способствуют более раннему сходу снежного покрова и более ранним срокам начала вегетации. Однако в летние месяцы температура воздуха не лимитирует радиальный прирост деревьев, а в июне почти на всех участках показана отрицательная корреляционная связь с радиальным приростом сосны. Излишне высокие температуры воздуха, вызывая иссушающий эффект условий мест произрастания сосны, негативно сказываются на радиальном приросте деревьев. Для участков сосны, произрастающих в Центральной Якутии, важна роль осадков, особенно летних месяцев. Почти на всех исследуемых участках большое значение в приросте сосны имеют осенние осадки предыдущего года. Видимо, накапливаясь в деятельном слое, в виде почвенной влаги используются деревьями в течение вегетационного периода.




Рис. 6. Корреляционный анализ радиального прироста сосны в разных районах Центральной Якутии с температурой воздуха и количеством атмосферных осадков. На гистограммах пунктирной линией указан значимый предел достоверности (p < 0,05). Районы:

1 – северные,

2 – центральные (левобережье),

3 – центральные (правобережье),

4 – южные,

5 – юго-западные,

6 – западные,

7 – юго-восточные,

8 – восточные.


5.2. Сравнительный анализ радиального прироста лиственницы и сосны со среднесуточной температурой воздуха и суммой осадков по пятидневкам в период с апреля по конец сентября.

Анализ влияния микроклиматических условий на радиальный прирост стволов деревьев был проведен с использованием суточных данных температуры воздуха и количества выпадающих осадков м/с Якутск (рис. 7).

У радиального прироста сосны отмечается высокая корреляционная связь с температурой воздуха во второй и третьей декадах апреля, она совпадает с периодом схода снежного покрова. Результаты анализа выявляют порог в 4°С, после чего ширина годичного кольца у лиственниц начинает положительно коррелировать с температурой воздуха в начале второй декады мая. В середине мая, когда температура воздуха достигает 7°С, отмечается значимая корреляция между температурой воздуха и шириной годичного кольца у сосны, а у лиственницы это достигается при температуре воздуха 9°С в начале третьей декады мая. При дальнейшем повышении температуры воздуха наблюдается снижение подобной корреляции у обоих видов деревьев. У сосны уменьшение влияния температуры воздуха на прирост начинается в конце мая при температуре воздуха 12°С, а у лиственницы в начале июня при 13-14°С. Следует отметить, что наиболее значимые корреляции между температурой воздуха и шириной годичных колец у обоих видов деревьев отмечаются в течение двух пятидневок мая.




Рис. 7. Коэффициент корреляции среднемноголетней температуры воздуха по пятидневкам (м/с Якутск) и радиального прироста: а –лиственницы; б – сосны (научный стационар «Спасская Падь»).


Еще большие различия в климатическом отклике двух исследуемых пород деревьев отмечаются при корреляции прироста с осадками по пятидневкам (рис. 8). Для сосны характерно существенное влияние атмосферных осадков, выпадающих с третьей декады мая до конца июля. В начале вегетационного периода на песчаных грунтах, где в основном произрастают сосняки, в верхних горизонтах деятельного слоя наблюдается дефицит почвенной влаги, поэтому большое количество осадков в первой половине вегетационного сезона положительно сказывается на радиальном приросте сосны.

Для лиственницы выпадающие атмосферные осадки оказывают незначительное и даже отрицательное влияние на радиальный прирост деревьев. Лиственницы произрастают в основном на суглинистых почвах, где содержание почвенной влаги достаточно для роста, поэтому некоторый ее переизбыток негативно сказывается в росте деревьев. Только в середине июля отмечается положительная корреляционная связь количества выпадающих атмосферных осадков с радиальным приростом лиственниц.

Таким образом, главным лимитирующим фактором роста древесных пород в Центральной Якутии являются колебания температуры воздуха и количество атмосферных осадков, выпадающих в период их активного роста. Сочетание многолетних относительно высоких средних температур мая и июня с наибольшим количеством атмосферных осадков в июне и июле оказывает положительное влияние на радиальный прирост деревьев в Центральной Якутии.




Рис. 8. Коэффициент корреляции количества выпадающих атмосферныхосадков по пятидневкам (м/с Якутск) и радиального прироста: а – лиственницы; б – сосны (научный стационар «Спасская Падь»).


5.3. Изменение начала вегетационного периода лиственницы и сосны Центральной Якутии в течение последних 120 лет.

По данным оценочного доклада об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации указано, что в конце XX в. изменились сроки фенологических событий у растений (Изменение климата…, 2008). Там же отмечено, что сдвиг сроков вегетации идет не повсеместно, т.к. растения реагируют не на изменение среднегодовых значений гидрометеорологических величин, а на изменение характеристик годового хода их суточных значений. Ввиду этого нами был проведен сравнительный анализ хода суточных температур воздуха и количества выпадающих атмосферных осадков с ростом древесных пород Центральной Якутии.

Систематические работы по фенологии основных древесных пород в районе исследований не проводились. Имеются лишь отрывочные данные, в основном охватывающие цветение и плодоношение деревьев (Белык, 1964; Поздняков, 1975; Карпель, Медведева, 1977; Щербаков и др., 1977; Медведева, 1987; Исаев, 1993; Леса среднетаежной подзоны Якутии, 1994). Систематизировать эти сведения, тем более сравнивать их между собой, не представляется возможным, поскольку исследования проводились в разное время и на абсолютно разных участках. В связи с этим весьма перспективной является возможность реконструкции сезонного развития древесных пород, в аспекте влияния климатических факторов, дендрохронологическими методами.

На рис. 9 показано изменение средней годовой температуры воздуха и количества выпадающих атмосферных осадков по м/с Якутск за период с 1890 по 2008 г. Весь ряд инструментальных данных был разделен на три периода: 1890-1930 гг. (-10,6°С), 1930-1970 гг. (-10,4°С) и с 1970-х гг. по настоящее время (-8,9°С). Сравнительный анализ количества выпадающих атмосферных осадков между этими периодами показал повышение их количества в последние десятилетия. В конце XIX и начале XX в. в первой половине лета в среднем выпадало меньше осадков, чем за то же время во второй половине XX в.



Рис. 9. Ход средней годовой температуры воздуха (а) и выпадения осадков (б) по м/с Якутск за период 1890-2008 гг.


Очевидно, что такие изменения должны были сильно сказаться на радиальном приросте деревьев, произрастающих в Центральной Якутии. Однако анализ радиального прироста показал, что значимого увеличения ширины колец не наблюдается. Это можно объяснить тем, что в районе исследований повышение средних годовых температур воздуха в последние десятилетия происходило за счет смягчения суровости зимних сезонов, в то время как в летние периоды не отмечается повышение температуры воздуха (Скачков, 2009; Павлов, Малкова, 2005).

Средний суточный ход температуры воздуха во всех трех периодах имеет схожий тренд, особенно во второй половине лета. Наибольшие расхождения между тремя периодами выявлены в сроках перехода температуры воздуха через 0°С. В начале XX в. он происходил в середине первой декады мая, а за последние десятилетия сдвинулся на еще более раннее время – начало третьей декады апреля.

Сумма положительных температур воздуха в трех выделенных временных периодах в мае, т.е. в начале вегетационного периода, значительно повысилась (с 196,8 до 246,4°). Однако анализ древесно-кольцевых хронологий лиственницы и сосны в Центральной Якутии не выявил значимого положительного тренда в радиальном приросте деревьев. Изменение суммы положительных температур воздуха по конец августа подтверждает данное положение – этот показатель был довольно постоянным – от 1748,6 до 1779,5°.

Был проведен анализ отклика радиального прироста лиственницы и сосны ход среднесуточных температур воздуха по пятидневкам (рис. 10 и 11) за три временных периода. Функция отклика радиального прироста лиственницы и сосны с температурами воздуха и количеством выпадающих атмосферных осадков в Центральной Якутии позволила выявить некоторые закономерности влияния климата на рост деревьев в различных районах Центральной Якутии.

Сроки вегетации и основные причины, вызывающие прирост у двух пород, резко отличаются. У лиственницы начало вегетационного периода связано с температурами воздуха в мае, а у сосны – в апреле. В более поздние сроки средняя месячная температура воздуха отрицательно влияет на радиальный прирост сосны на некоторых участках ее произрастания. На радиальный прирост лиственницы положительно влияют только атмосферные осадки, выпадающие в июле, в то время как на прирост сосны – осадки июня-июля, иногда августа. В отдельные временные отрезки более чем векового периода изменения хода суточных температур воздуха и количества атмосферных осадков по-разному сказывались на радиальном приросте деревьев. В начале прошлого столетия влияние температуры воздуха и количества выпадающих осадков в сравнении с современными значениями было ниже.

В настоящее время наблюдается сдвиг на более ранние сроки, в среднем на одну декаду, дат перехода суточных значений температуры от отрицательных к положительным, а также дат начала радиального прироста лиственницы и сосны, о чем свидетельствует положительная значимая связь этих параметров. Если для лиственницы было характерно положительное влияние температур воздуха в третьей декаде мая, то в последние годы произошел сдвиг к первым декадам мая. Для сосны этот сдвиг произошел с середины мая на конец апреля. За последнее время усилилось влияние осадков на рост сосны. Для лиственницы количество осадков в течение вегетационного периода оказалось не столь значимо. Это еще раз показывает на различие условий мест произрастания этих древесных пород.




Рис. 10. Отклик радиального прироста лиственницы (I) и сосны (II) , произрастающих на стационаре «Спасская Падь» в Центральной Якутии на изменения температуры воздуха по пятидневкам с начала апреля по конец сентября:

а – 1890-1930 гг.,

б – 1930-1970 гг.,

в – 1970-2008 гг.





Рис. 11. Отклик радиального прироста лиственницы (I) и сосны (II) , произрастающих на стационаре «Спасская Падь» в Центральной Якутии на изменения количества выпадающих осадков по пятидневкам с начала апреля по конец сентября:

а – 1890-1930 гг.,

б – 1930-1970 гг.,

в – 1970-2008 гг.


5.4. Влияние снежного покрова на радиальный прирост деревьев Центральной Якутии.

Анализ влияния снежного покрова на рост лиственницы и сосны в Центральной Якутии позволил выявить тесную связь радиального прироста деревьев со временем и высотой снежного покрова в период его формирования. Известно, что эти предзимние характеристики снежного покрова являются одними из основных факторов, определяющих интенсивность и скорость промерзания почвы. Кроме предзимних характеристик снежного покрова на развитие лесной растительности Центральной Якутии большое влияние оказывают максимальная высота и время схода снежного покрова.

В настоящее время широко изучена динамика колебаний снежного покрова. Установлены зависимости максимальной высоты снежного покрова, плотности, испарения, состава и других характеристик для различных районов России и Якутии в частности (Шашко, 1961; Поздняков, 1963; Саввинов, 1965; Гаврилова, 1973). Изучение снежного покрова в лесах Центральной Якутии проводилось многими исследователями (Поздняков, 1963, 1986; Уткин, 1965; Гаврилова, 1973). Снежный покров представляет собой промежуточную среду, уменьшающую тепломассообмен между почвой и приземным слоем атмосферы в холодное время года, препятствуя интенсивному понижению температуры почвы. С одной стороны является источником пополнения запасов почвенной влаги, с другой - теплоизолирующим фактором, предохраняющим поверхность и верхние слои почвы от чрезмерного переохлаждения. С появлением дендрохронологических методов исследований появилась возможность изучения влияния снежного покрова на рост и развитие лесов в области распространения многолетнемерзлых пород с другого ракурса. При исследовании годичных колец деревьев была выявлена большая роль времени схода снежного покрова в радиальном приросте деревьев в субарктических районах Сибири (Vaganov et al., 1999, Kirdyanov et al., 2003).

Проведенные исследования свидетельствуют о существенном влиянии снежного покрова на радиальный прирост лиственницы и сосны. Для обеих древесных пород одинаково большое значение имеет высота снежного покрова в зимние месяцы (рис.12). Во время становления и схода снежного покрова его значение для роста деревьев имеет свои особенности в зависимости от породы деревьев и характера их местопроизрастания.




Рис.12. Корреляция радиального прироста деревьев с высотой снежного покрова м/с Якутск (I) и Чурапча (II): a - лиственница Лено-Вилюйского междуречья;

б - сосна Лено-Вилюйского междуречья; в – лиственница Лено-Амгинского междуречья; г – сосна Лено-Амгинского междуречья. Линией отмечен доверительный интервал при p<0,05.


На левобережных участках р. Лены (Лено-Вилюйское междуречье) на радиальный прирост лиственниц большое влияние оказывает высота снежного покрова в октябре, а в ноябре его влияние почти исчезает. Это связано с тем, что раннее становление снежного покрова на суглинистых почвах лиственничных лесов Лено-Вилюйского междуречья препятствует сильному выхолаживанию почвогрунтов и обеспечивает более равномерное распределение почвенной влаги в период промерзания грунтов. На супесчаных грунтах сосновых лесов того же междуречья высота снежного покрова в октябре и начале ноября не оказывает существенного влияния на радиальный прирост деревьев. Только к концу ноября высота снежного покрова начинает значимо коррелировать с ростом сосны. Очевидно, в начале наступления сильных морозов более мощный снежный покров начинает выполнять теплоизолирующую роль, препятствуя выхолаживанию грунта.

На Лено-Амгинском междуречье высокий снежный покров в октябре недостаточно благоприятен для радиального прироста деревьев, а для лиственницы даже оказывает отрицательное влияние. В этой части Центральной Якутии, где широко распространены аласные котловины, быстрое промерзание грунтов имеет большое значение для сохранения осеннего влагозапаса грунтов в лесных насаждениях. При медленном промерзании грунтов внутригрунтовый сток почвенной влаги и надмерзлотных вод в водосборные котловины усиливается, что негативно сказывается на росте растений в последующий вегетационный сезон. Для роста сосны высота снежного покрова в октябре не имеет существенного значения, т.к. сосна растет преимущественно на песчаных грунтах. Во влажные годы более ранний и высокий снежный покров препятствует более быстрому промерзанию грунтов в начале зимнего периода и способствует стоку почвенной влаги в нижние слои. В свою очередь, сухие и малоснежные зимы способствуют быстрому промерзанию почвы, но в эти периоды почва сильно иссушена и такого же эффекта, как под лиственничниками, когда идет консервация влаги в верхних слоях, не наблюдается.


Рис. 13. Сопоставление высоты снежного покрова (А), температуры грунтов на глубине 3,2 м (Б, 1) и ширины годичных колец (Б, 2 и В)


В весенний период на всех участках отмечается высокая корреляционная связь радиального прироста деревьев с высотой снежного покрова в марте и в первой декаде апреля. В Центральной Якутии в марте высота снежного покрова максимальна. В дальнейшем корреляционная связь радиального прироста деревьев с высотой снежного покрова снижается и к третьей декаде апреля в некоторых случаях достигает отрицательных значений. Подобное обстоятельство можно объяснить тем, что если в зимние месяцы, включая март, снежный покров действует как защитный слой, препятствующий выхолаживанию грунтов, то уже в апреле он начинает противодействовать процессу повышения температуры грунтов.

На рис. 13 показано сопоставление радиального прироста лиственницы с высотой снежного покрова и температурой грунтов. При небольшой высоте снежного покрова с 2001 по 2003 г. наблюдается понижение температуры грунтов и образование узких годичных колец лиственницы. В дальнейшем при увеличении высоты снежного покрова растет ширина радиального прироста деревьев.

Таким образом, снежный покров, определяя различное гидротермическое состояние почвогрунтов в зимнее время, приводит к разному росту лиственниц и сосны на Лено-Вилюйском и Лено-Амгинском междуречьях. Полученные результаты исследований показали, что при помощи древесно-кольцевых хронологий можно выяснить и объяснить некоторые механизмы воздействия динамики снежного покрова на развитие лесной растительности, произрастающей в пределах распространения многолетнемерзлых пород.


Глава 6 Влияние параметров многолетнемерзлых почвогрунтов и наличие криогенных ландшафтов на радиальный прирост древесных пород Центральной Якутии


6.1. Влияние характера мерзлотных ландшафтов на рост лиственничных древостоев Центральной Якутии.

Дендрохронологический анализ радиального прироста деревьев, результаты которого были представлены в предыдущей главе, показал, что лесные насаждения восточной части Лено-Амгинского междуречья испытывают нехватку воды в летний период. Основная причина этого – наличие большого количества аласных котловин, оказывающих значительное влияние на формирование водного баланса этой территории.

Исследования радиального прироста лиственницы Каяндера на Лено-Вилюйском междуречье проводились на научных стационарах Института биологических проблем криолитозоны СО РАН «Спасская Падь» и Института мерзлотоведения СО РАН «Нелегер», а также на других участках этой части Центральной Якутии. На Лено-Амгинском междуречье изучались участки на мерзлотных полигонах Института мерзлотоведения СО РАН «Юкэчи» и «Дыргыабай», на стационаре Института биологических проблем криолитозоны СО РАН «Тюнгюлю» и на других участках данной территории (рис.14).

Исследованные участки охватывают весь спектр ландшафтов Центральной Якутии. Основным типом рельефа являются термокарстовый (аласный) и эрозионно-аккумулятивный. Аласные формы рельефа и ландшафты изучены многими исследователями (Ефимов, 1950; Соловьев, 1959; Босиков, 1991; Десяткин, 2008). На рассматриваемой территории выделяются два района распространения аласов: 1) междуречье Лены и Амги, с характерными глубокими аласами на мощном ледовом комплексе (до 30-40 м); 2) междуречье Лены и Вилюя, для которого характерны неглубокие аласы на маломощном ледовом комплексе (5-10 м).

Следует заметить, что многие авторы указывают на засушливый климат Лено-Амгинского региона (Гаврилова 1973, и др.). Однако, если сравнивать данные м/с Якутск и Чурапча по температуре воздуха и количеству выпадающих осадков, то они показывают большую схожесть. В зимние месяцы на обоих междуречьях выпадает почти одинаковое количество осадков. Однако в летний период на Лено-Амгинском междуречье выпадает в среднем большее количество осадков (175 мм), чем на Лено-Вилюйском (166 мм). Но именно леса этого междуречья больше всего испытывают недостаток увлажнения. В целом за теплый период года (май сентябрь) здесь выпадает около 70% годовой суммы осадков.

Нами был рассчитан индекс сухости для метеостанций Центральной Якутии, который совпадает с индексом сухости степных районов России. Для Лено-Вилюйского междуречья индекс сухости оказался равным: Якутск – 2,84, Покровск – 3,37, Намцы – 4,5. Для Лено-Амгинского междуречья: Чурапча – 2,13, Ытык-Кель – 1,68, Амга – 2,35. Исходя из этих данных, на Лено-Амгинском междуречье лесные насаждения не должны испытывать недостатка в увлажнении. Однако если рассматривать в географическом плане, то видны значительные различия в ландшафтах этих двух исследуемых районов. Как уже говорилось, по ландшафтно-географическому признаку этим двум районам присущи существенные различия. Н.П. Босиковым (1991) было изучено распространение аласов в Центральной Якутии. Согласно результатам его работы на Лено-Вилюйском междуречье площадь аласов составляет всего 1-3% от общей территории, а на Лено-Амгинском достигает почти 20%.

На Лено-Амгинском междуречье аласные котловины играют большую роль в режиме увлажнения лесных экосистем. Здесь глубокие аласы могут служить местным базисом эрозии, куда стекают поверхностные и надмерзлотные воды, что понижает влажность почвогрунтов на межаласных участках. На Лено-Вилюйском междуречье лиственницы, не испытывают большого дефицита влаги, поскольку в этом районе Центральной Якутии количество аласных котловин минимально. В силу этого выпадающие атмосферные осадки в основном задерживаются на лесных участках.

Для подтверждения этого вывода нами было заложено два модельных участка на Лено-Вилюйском и Лено-Амгинском междуречьях размером 20 на 20 км (рис.14). Общая площадь открытых (не занятых лесом) территорий на модельном участке Лено-Вилюйского междуречья составиа 6,4%, а лесами занято 93,6%. На модельном участке Лено-Амгинского междуречья это соотношение соответственно – 79,5 и 20,5%. Сначала была проанализирована отдельно величина испарения с леса и аласных лугов. Для этого использовались данные об испарении лесов и лугов М.К.Гавриловой (1967), А.В. Павлова (1979), А.В. Павлова и А.Н. Прокопьева (1978). Как известно, с лугов испаряется в 1,5-2 раза больше влаги, чем под пологом леса. Результаты расчетов показали, что суммарное испарение влаги с аласных лугов и лесных насаждений на модельном участке Лено-Амгинского междуречья оказалось в 1,39 раза больше, чем на ключевом участке Лено-Вилюйского междуречья.

Уменьшение количества влаги в почвогрунтах под лесными массивами межаласных пространств может происходить за счет стока воды в аласные котловины. Часть выпадающих атмосферных осадков обычно долго не задерживается на межаласных участках и по надмерзлотным слоям стекает в аласные котловины. Так происходит частичное иссушение лесных межаласных участков. При расчете баланса влаги на конкретном участке леса, расположенном на ровной поверхности или на склоне крутизной 5-7°, что характерно для аласов Лено-Вилюйского междуречья, поверхностный и надмерзлотный сток талых и дождевых вод практически может не приниматься во внимание. За счет этого в лесах этой части Центральной Якутии остается достаточно большое количество воды, обеспечивающей нормальный рост древесных пород.

Общий периметр аласов на модельном участке Лено-Амгинского междуречья составил 660,8 км, а на участке Лено-Вилюйского междуречья значительно меньше – 251,4 км. Отсюда следует, что если даже склоны аласов будут одинаковой крутизны на обоих модельных участках, то все равно в аласные котловины Лено-Амгинского междуречья будет поступать в 2,5-3 раза больше влаги, чем на Лено-Вилюйском междуречье может стекать по склонам. Именно по этой причине на Лено-Вилюйском междуречье основное количество приходящей влаги остается в лесных массивах.




Рис. 14. Модельные участки на Лено-Вилюйском и Лено-Амгинском междуречьях


Был сделан сравнительный анализ объемной влажности деятельного слоя до глубины 1 м на стационаре «Нелегер» на Лено-Вилюйском междуречье и на полигоне «Дыргыабай» на Лено-Амгинском междуречье (рис.15.). Результаты исследований показали, что на участке «Нелегер» запасов влаги больше, чем на втором участке. Даже в относительно сухие годы с малым количеством выпадающих атмосферных осадков на Лено-Вилюйском междуречье в почве содержится почти столько же влаги (201 мм), что и во влажные годы на Лено-Амгинском междуречье (250 мм).




Р
1
ис. 15. Содержание влаги в деятельном слое на стационарах Нелегер (Лено-Вилюйское междуречье) (1) и Дыргыабай (Лено-Амгинское междуречье) (2).

2

Таким образом, наличие большого количества аласных котловин является основной причиной недостатка влаги в деятельном слое для роста древесных пород на Лено-Амгинском междуречье.

2. Связь радиального прироста деревьев с температурой почвогрунтов сезонно-талого слоя.
   

В условиях криолитозоны одним из важных факторов для нормального роста древесных пород являются температурные условия почвогрунтов. Температурный режим почв таежно-аласных ландшафтов в теплое время года имеет большой разброс и зависит от многих факторов: характера растительного покрова, экспозиции, количества поступающей радиации, состояния приземного слоя атмосферы, теплоемкости, теплопроводности и морфологического строения почвенно-грунтовой толщи и т.д.

Были проведены наблюдения по выяснению влияния температурных условий почвогрунтов на радиальный прирост деревьев, произрастающих на стационаре ИБПК СО РАН «Спасская Падь» (рис.16). Корреляционный анализ древесно-кольцевых хронологий лиственницы с температурными условиями почвогрунтов на разных глубинах свидетельствует о значимой корреляционной связи в зимний период (r = 0,43, при p<0,05) (рис.16,a). Чем выше температура почвогрунтов в холодное время года, тем быстрее идет их прогревание весной, что способствует своевременному началу активного роста деревьев в начальный период вегетации. Летние значения температуры почвогрунтов не лимитируют радиальный прирост деревьев, поскольку в это время года количество тепла, необходимого для благоприятного роста лиственницы, достаточно.




Рис. 16. Коэффициент корреляции древесно-кольцевых хронологий в зависимости от температуры почвогрунтов на разных глубинах (стационар "Спасская Падь"):

а – лиственница;

б – сосна. Линией отмечен доверительный интервал при p<0,05.


Аналогичный анализ древесно-кольцевых хронологий сосны показал, что на верхних и нижних границах деятельного слоя (глубина 20 и 120 см) зимние температуры почвогрунтов до конца мая положительно коррелируют (r = 0,44, при p<0,05) с радиальным приростом деревьев (рис.16,б). На глубинах от 40 до 80 см положительное влияние температуры почвогрунтов на рост сосны наблюдается в весенние месяцы. Как и в случае с лиственницей, более высокие значения температуры почвогрунтов в зимние и весенние месяцы способствуют своевременному началу ростовых процессов у сосны. Однако в отличие от лиственницы, на некоторых глубинах в летние месяцы наблюдается отрицательное воздействие высоких значений температуры почвогрунтов на рост сосны (r = -0,45, при p<0,05). Это объясняется, по-видимому, большим дефицитом влаги на более сухих почвах, где высокие температуры почвы вызывают иссушающий эффект.

Для сравнения подобный анализ сделан и на дендрохронологических участках Лено-Амгинского междуречья, где деревья произрастали в более сухих условиях. Был проведен корреляционный анализ между древесно-кольцевыми хронологиями лиственницы Лено-Амгинского междуречья и температурными условиями почвогрунтов на разных глубинах по м/с Чурапча. В ходе исследований было выявлено наличие большой корреляционной связи древесно-кольцевых хронологий с температурами почвогрунтов на разных глубинах, как и для стационара «Спасская Падь» в зимний период года (r=0,49 и r=0,56 соответственно, при p<0,05). В некоторых случаях высокая температура почвогрунтов, особенно в верхних слоях, оказывает негативное воздействие на рост лиственницы (r= -0,31, при p<0,05), что было характерно для сосны на стационаре «Спасская Падь».

Радиальный прирост древесных пород, произрастающих на мерзлотных почвах, находится в тесной связи с температурными условиями деятельного слоя в течение всего вегетационного периода. Различные значения зимних температур почвогрунтов на разных глубинах определяют время весеннего оттаивания почвы. При более высоких температурных условиях в зимний период происходит раннее оттаивание почвогрунтов весной. Это в свою очередь сказывается на времени начала вегетационного периода, что отражается на годичном приросте деревьев.

6.3. Связь радиального прироста с фактором влажности почвы.

Важнейшим условием, определяющим нормальный рост растений в области распространения многолетнемерзлых пород, является водный режим почвогрунтов. Гидротермический режим почв Центральной Якутии, подстилаемых многолетнемерзлыми породами, имеет ряд региональных особенностей.

В период начала промерзания почвогрунтов (конец сентября и октябрь) происходит процесс миграции почвенной влаги в сторону промерзания, вверх к дневной поверхности и вниз к верхней границе многолетнемерзлых пород. В результате этого в верхних и нижних частях почвенно-грунтового разреза идет аккумуляция влаги и наблюдается интенсивный рост потенциала влаги |μ_w|. Причем наибольшую величину потенциала влаги имеют участки с более низкой отрицательной температурой. Формирование потенциалов влаги приводит к развитию градиента μ_w в талой зоне и миграции ее от меньших к большим потенциалам, т.е. из талой в мерзлую зону. Вследствие этого в верхней (до 50 см) и нижней (от 80 до 100 см) частях разреза деятельного слоя содержание влаги становится выше, чем в средней части (от 60 до 80 см) (Ершов, 1979; Фельдман. 1988). Именно с этим связана доступность для растений почвенной влаги, которая длительное время года пребывает в твердой фазе и постепенно по мере оттаивания почвогрунтов в летний период переходит в жидкое состояние.

Нами был проведен корреляционный анализ древесно-кольцевых хронологий по лиственнице на стационарах «Спасская Падь» и «Тюнгюлю» с динамикой влажности почвогрунтов на разных глубинах (рис.17а). Результаты показывают, что высокая корреляционная связь с влажностью верхних слоев почвогрунтов наблюдается в течение всего вегетационного периода. Однако наиболее высокие значения коэффициента корреляции приходятся на осенний период предыдущего сезона (r=0,80 и выше, при p<0,05). Это связано с тем, что лиственница в начале вегетационного периода использует накопленный в предыдущем году запас почвенной влаги.

Следует отметить, что наиболее высокую корреляционную связь с радиальным приростом лиственницы дают значения влажности в верхних слоях почвогрунтов (до 50 см на стационаре «Тюнгюлю» и до 80 см на стационаре «Спасская Падь»), где влага аккумулирована в период сезонного их промерзания в сентябре и в октябре предыдущего года. Также хорошую корреляционную связь с ежегодным приростом деревьев показывают значения влажности почвогрунтов в сентябре и октябре на глубине 80-100 см («Тюнгюлю», где r = 0,86, при p<0,05) и 100 см и ниже («Спасская Падь», где r = 0,76, при p<0,05). Эту связь можно объяснить тем, что в середине вегетационного периода корневая система лиственницы начинает использовать влагу нижних горизонтов почвы. Поскольку в летнее время оттаивание почвогрунтов происходит постепенно, то к середине этого периода года влага, накопленная на нижних границах сезонно-талого слоя, начинает использоваться корнями лиственницы. Полученные результаты хорошо согласуются с данными по осенней влажности на стационарах ИБПК СО РАН «Спасская Падь» и «Тюнгюлю», где уменьшение содержания почвенной влаги в средней части сезонно-талого слоя сопровождается снижением корреляции с радиальным приростом лиственниц (рис.17,б).

На стационаре «Спасская Падь» был сделан сравнительный анализ радиального прироста сосны с количеством почвенной влаги на разных глубинах (рис.18а). Динамика влажности в верхнем метровом слое, где находится основная масса корней сосны, зависит от режима выпадения осадков. Это подтверждает факт хорошей корреляционной связи радиального прироста сосны с осадками, выпадающими в июне и июле.


Рис. 17. Коэффициент корреляции древесно-кольцевых хронологий лиственницы c влажностью почв на глубине от 10 до 100 см на стационарах «Тюнгюлю» (а) и «Спасская Падь» (б). Линией отмечен доверительный интервал при p<0,05. в – осенняя влажность (октябрь) сезонно-талого слоя почвы на лиственничнике стационара «Спасская Падь».


В отличие от проведенных исследований на лиственничниках, где проанализированы данные до глубины 100 см, нами сделан анализ данных до глубины 200 см. Содержание почвенной влаги в сентябре показывает высокую корреляционную связь. Следует отметить, что наиболее высокие значения коэффициента корреляции приходятся на осенний период предыдущего сезона (r=0,60 и выше, при p<0,05). В сентябре наблюдается хорошая корреляционная связь радиального прироста сосны с влажностью почвогрунтов во всех изученных слоях.

В октябре, в отличие от лиственничных участков, где в результате промерзания почвы иссушается тонкий слой на глубинах 50-60 см, на участках произрастания сосны иссушаемый слой намного больше по мощности и находится на глубинах 50-100 см. При этом наибольшую корреляционную связь показывают глубины ниже 100 см. Это связано с хорошими инфильтрационными свойствами песчаных грунтов, в результате чего большой процент осенних атмосферных осадков достигает нижних горизонтов сезонно-талого слоя. Данные результаты хорошо сопоставимы с количеством почвенной влаги в осенний период (рис.18б). В момент промерзания деятельного слоя почвогрунтов в октябре сосняке стационара «Спасская Падь» в интервале глубин 50-100 см образуется слой с низким количеством влаги. Более увлажненные слои находятся на глубинах до 50 см и ниже 1 м.

В начале летнего периода в июне наибольшая корреляционная связь радиального прироста сосны с влажностью почвогрунтов наблюдается на глубинах до 120 см. К этому времени в сосновых лесах почвогрунты успевают оттаять до этой глубины. В июле за счет усиления испарения с поверхности верхние слои песчаных почв значительно иссушаются. В этот период до глубины 40 см корреляционная связь значительно снижается. Радиальный прирост деревьев чутко реагирует на такие изменения влажностных условий почвогрунтов. При этом усиливается влияние содержания влаги на глубинах ниже 60 см до 130 см. В августе до глубины 100 см положительной корреляции радиального прироста сосны с содержанием влаги не наблюдается. В это время усиливается связь с влажностью почвы более нижних слоев почвогрунтов.


Рис. 18а. Коэффициент корреляции древесно-кольцевых хронологий сосны c влажностью почв на глубине от 10 до 200 см на стационаре «Спасская Падь» за сентябрь и октябрь предыдущего и с июля по август текущего года.


Рис.18б. Осенняя влажность (октябрь) сезонно-талого слоя почвы в сосняке на стационаре «Спасская Падь».


Глава 7. Анализ влияния экологических факторов на радиальный прирост деревьев в условиях сплошного распространения многолетней мерзлоты

Особенности региона исследований вносят свои коррективы во влияние тех или иных экологических факторов на рост древесных пород. Главной особенностью является наличие многолетней мерзлоты, когда отличия почвогрунтовых условий на разных типах мерзлотных почв могут значительно изменить характер влияния различных экологических факторов на рост древесных пород. Повторно-жильные льды и развитие различных криогенных процессов являются одним из наиболее распространенных внешних факторов, характерных для Центральной Якутии с его аласным типом ландшафтов. Влияние пирогенного и антропогенного факторов на лесные экосистемы в криолитозоне имеет также свои особенности в связи с существованием многолетнемерзлых грунтов. Дендрохронологические методы позволяют проводить быстрый и надежный мониторинг динамики развития лесов криолитозоны.

7.1. Влияние термокарста на радиальный прирост деревьев в Центральной Якутии.

Термокарстом называют процесс образования просадочных и провальных форм рельефа вследствие вытаивания подземных льдов. Известно много работ по изучению термокарстового образования аласов (Граве, 1944; Соловьев, 1959, 1962. 1963; Катасонов, 1979; Босиков, 1991; Десяткин, 2008). Нами были проведены исследования модельного термокарствого озера около стационара ИМЗ СО РАН «Юкэчи» в 10 км от с. Майя на территории Лено-Амгинского междуречья. Были проведены датировки образцов по трем профилям термокарстового озера (рис.19). На рисунке видно, что процессы разрушения берегов термокарстового озера происходят неравномерно. Несмотря на то, что есть периоды повышения и понижения термокарстовой активности одновременно на всех трех профилях, время образования креневой древесины идет не с постоянной скоростью.


Рис. 19. Изолинии начала влияния термокарста на рост деревьев. Сплошными линиями обозначены трансекты, треугольники показывают положение деревьев и даты начала депрессий, пунктиром обозначены изолинии берегов по десятилетиям.


В результате исследований выявлены периоды активации термокарстовых процессов на модельном озере: 1850-1860, 1870-е,1880-1890, 1910-е, 1925-1930, 1940-е , 1955-1965, 1970-1980 и 90-е гг. После начала образования термокарстового озера процесс его расширения идет постоянно. В некоторые периоды этот процесс значительно замедляется, после чего в определенные периоды повышается скорость увеличения размеров озера за счет разрушения береговой линии. Длина трансект составляет 30 м и охватывает временной период с 1830 по 1990-е гг. Исследования показали неравномерное разрушение берегов термокарстового озера вдоль трех трансектов. Это связано с неравномерным расположением повторно-жильных льдов, которые вытаивают в разный временной период.

7.2. Влияние наледей на радиальный прирост.

Проведены дендрохронологические исследования для изучения динамики развития наледей «Булуус» и «Улахан Тарын» на территории Центральной Якутии и оценено влияние наледных процессов на рост древесных пород. В ходе исследований осуществлен сравнительный анализ радиального прироста сосны обыкновенной (Pinus Sylvestris L.) и лиственницы Каяндера (Larix Cajanderi Mayr) с динамикой формирования наледей за последние два столетия.

Наледи «Булуус» и «Улахан-Тарын» ежегодно формируются одноименными источниками подземных вод, расположенными на Бестяхской надпойменной террасе р. Лены. Наблюдения за развитием наледей Центральной Якутии и их зависимостью от климатических и других факторов внешней среды проводились сотрудниками Института мерзлотоведения СО РАН еще в середине и начале второй половины XX в (Арэ, 1969; Гаврилова, 1969; Ефимов, 1952; Пигузова, Шепелев, 1972; Толстихин, 1974). Кроме этих работ осуществлялись исследования ботанического характера (Кривошапкин, 2001; Рыкова, Чечурова, 2001). Автором в 2001-2010 гг. проводились дендрохронологические исследования на наледных участках «Булуус» и «Улахан Тарын» (Николаев, Тимофеев, 2001; Ефремов, Николаев, 2005; Николаев и др., 2004; Поморцев и др., 2007; Николаев, 2010).

Были заложены локальные трансекты, охватывающие склоны разной экспозиции на наледных участках. Анализ статистических характеристик радиального прироста деревьев, произрастающих на исследуемых наледных площадках, а также построенных древесно-кольцевых хронологий показывает существенное влияние наледи как фактора, который определяет своеобразные локальные условия на местности.

При помощи древесно-кольцевых хронологий локального трансекта наледной площадки (BUL1-5), удалось выявить периоды увеличения и уменьшения объема наледного льда за последние 200 лет (рис.20).




Рис. 20. Периоды уменьшения (I) (красный овал) и увеличения (II) (синий овал) размера наледи «Булуус», реконструированные при помощи древесно-кольцевых хронологий.


Установлено, что увеличение размеров наледи, сопровождающееся выходом значительного количества подземных вод, негативно сказывается на радиальном приросте деревьев, произрастающих около кромки наледи (BUL1). Угнетенный рост деревьев в нижней части объясняется более поздним началом вегетационного периода, который начинается только после протаивания наледи до определенного уровня. При этом близкое расположение наледи в первую половину летнего периода угнетает радиальный прирост деревьев. Радиальный прирост деревьев, произрастающих на склонах наледной площадки (BUL2-5), показывает увеличение ширины годичных колец, вследствие подъема уровня подземных вод за счет больших размеров наледи. Небольшие размеры наледного тела вызывают увеличение радиального прироста деревьев низинных участков (BUL1). Снижение процесса наледообразования было инициировано уменьшением ресурсов надмерзлотных вод сезонно-талого слоя. Данное обстоятельство вызвало водный дефицит для радиального прироста сосны на склоновых участках, где у деревьев наблюдается уменьшение размеров годичных колец. Таким образом, анализ радиального прироста деревьев, произрастающих на наледной площадке, позволяет проследить периоды снижения или повышения размеров наледи. Противоположный ход радиального прироста деревьев наблюдается на низинных и склоновых участках, что указывает на значительные увеличения или уменьшения размеров наледи.

На рис. 20 видно, что наибольшие размеры наледь имела в начале XIX в. и в 30-40-х гг. XX в. Помимо этого увеличение ее размеров происходило в 1860-1880-е гг., в 1960-е и 1980-е гг. Периоды снижения ее размеров зафиксированы в середине XIX, начале XX вв., и в 1970-е гг. Полученные результаты показали, что дендрохронологические исследования могут служить хорошим инструментом для изучения динамики развития наледей подземных вод.

7.3. Влияние пирогенного фактора на радиальный прирост деревьев Центральной Якутии.

В настоящее время леса Центральной Якутии, так же как и большинство лесных экосистем бореальной зоны, имеют послепожарное происхождение или же сформированы под влиянием неоднократного огневого воздействия (Аболин, 1929; Уткин, 1965; Поздняков, 1969, 1975; Щербаков, 1975; Фуряев, 1996; Абаимов, 1996; Цветков, 1996, 2006 и др.). Возникновению и распространению пожаров в Центральной Якутии способствует чрезвычайно засушливая погода в весенне-летний период. Поэтому в условиях данного региона лесные пожары являются естественным фактором формирования и динамики развития лесов (Аболин, 1929; Уткин, 1965; Поздняков, 1975; Щербаков, 1975; Щербаков и др., 1979; Тимофеев и др., 1994; Софронов, Волокитина, 1998; Лес и вечная мерзлота, 2000; Лыткина, Протопопова, 2005 и др.).

После низовых пожаров происходят большие изменения в режиме влажности и глубине сезонного протаивания почвогрунтов, в составе и структуре растительного покрова (Саввинов, 1971; Гаврилова, 1973; Поздняков, 1963, 1975; Щербаков и др., 1979; Тарабукина, Саввинов, 1990; Прокушкин и др., 2000; Тимофеев и др., 1994; Лыткина, 2008). Пирогенный фактор в лиственничных фитоценозах Центральной Якутии определяет не только состояние лесов, но и весь ход их развития: от возобновления до распада (Уткин, 1965; Поздняков, 1983 и др.). На протяжении жизни одного поколения древостоя лесные экосистемы мерзлой зоны подвергаются дестабилизирующему воздействию пожаров не менее 3-5 и более раз. Дендрохронологический анализ пожаров ранее проводился в работах сотрудников Института леса СО РАН (Арбатская, Ваганов,1996; Ваганов, Арбатская, 1996; Ваганов, Арбатская, Шашкин, 1996, Харук и др., 2000.).

В результате исследований, проведенных в окрестностях стационара "Нелегер", была сделана реконструкция лесных пожаров последних 200 лет. Пожары происходили в 1816 (пожарные поранения имеются на 3 деревьях), 1849 (2), 1858 (1), 1866 (1), 1885 (2), 1918 (1), 1939 (9), 1944 (1), 1949 (5), 1954 (3), 1958 (1), 1973 (9), 1978 (1) годах. В ходе анализа выявлено, что в среднем каждые 16,7 года данный лесной массив подвергался воздействию огня, что сопоставимо с результатами других исследований (Фуряев, 1996; Ivanova, 1996; Фарбер, 2000).

Проведено сопоставление датировок пожаров на территории стационара «Нелегер» со среднегодовой температурой воздуха по м/с Якутск (рис.21,а). На рисунке видно, что пожары возникали в годы увеличения значений температуры воздуха или на следующий после этого год. Полученные результаты указывают на то, что в районе исследований пожары возникали в годы температурных «пиков». Выявлена также довольно значимая зависимость количества пожаров в окрестностях г. Якутска со средней температурой воздуха летних месяцев (r = 0,51).

Сопоставление количества выпадающих осадков с датировкой пожаров по стационару «Нелегер» показало, что пожары возникали в годы уменьшения количества осадков (рис. 21,б). Это подтверждается датировками и данными по пожарам в окрестностях г. Якутска. Интересно отметить, что перед пожароопасным годом в течение 2-3 лет наблюдается увеличение количества осадков. В периоды увеличения осадков, видимо, происходит некоторое накопление горючих материалов за счет увеличения интенсивности роста растений травяно-кустарничкового яруса, которые в «сухие» годы обычно выгорают во время беглых низовых пожаров. Выявлена и обратная зависимость числа пожаров от количества выпадающих атмосферных осадков. Коэффициент корреляции составил r= –0,47.

Рис. 21. Сопоставление датировок пожаров на территории стационара Нелегер с температурой воздуха (а) и с количеством выпадающих осадков (б) по метеостанции Якутск.

Дендрохронологические исследования послепожарной реакции древесных пород в Центральной Якутии

Для оценки послепожарной реакции древесных пород были проведены дендрохронологические исследования на лиственничных и сосновых участках. Для анализа радиального прироста сосен в пред- и послепожарный периоды был применен метод наложенных эпох. При помощи этого метода был проведен сравнительный анализ влияния пожаров на радиальный прирост лиственницы и сосны.

Почти на всех древесных образцах выявлены пожары, произошедшие в 1939 и 1973 гг. (рис.22). После пожара 1939 г. максимальный радиальный прирост наблюдался только на пятый год после пожара, а после пожара 1973 г. – уже на второй год. Вследствие повышения температуры и озоления почвы, условия питания растений после пожаров заметно улучшаются. Увеличивается тепловой поток в почву, вследствие чего повышается глубина сезонного протаивания многолетнемерзлых грунтов, что способствует повышению их увлажненности под лиственничниками.




Рис. 22. Динамика радиального прироста стволов лиственницы в перед- и послепожарный периоды. а – пожар 1939 г., б – пожар 1973 г.


В период проведения стационарных исследований в 2002 г. в районе стационара «Нелегер» проходил сильный низовой пожар. Часть территории, где стояли приборы для полевых наблюдений, нами были защищены от прохождения низового пожара. В результате около стационара образовались участки, которые подверглись влиянию огня, и участки без его воздействия. Впоследствии был сделан сравнительный анализ радиального прироста деревьев на этих двух участках (рис.23). Первый участок с лиственницей подвергался низовому пожару 2002 г. Второй участок с лиственницей являлся контрольным, он не подвергся влиянию огня. Расстояние между участками составляет 200-250 м. Радиальный прирост деревьев на этих участках показал некоторые различия: через год после пожара произошло снижение радиального прироста на обоих участках, однако в этот год снижение радиального прироста у лиственниц происходило и на других участках в Центральной Якутии в результате снижения температуры грунтов при малоснежном зимнем периоде, а уже 2004 г. радиальный прирост лиственниц на послепожарной территории был выше, чем на контрольном участке. Это было вызвано изменением гидротермического режима почвы в сторону улучшения. Как показал анализ годичных колец деревьев, в 2005 г. такие различия уже нивелировались.


Рис. 23. Радиальный прирост лиственниц на послепожарном и контрольном участках (II)


В лаборатории криогенных ландшафтов Института мерзлотоведения СО РАН имеются данные по температуре и влажности почвогрунтов в лиственничнике с 1996 г. Эти данные позволили проследить динамику изменения гидротермического режима грунтов до и после пожара 2002 г. Был проведен сравнительный анализ осенней влажности на лиственничниках стационара «Нелегер» ИМЗ СО РАН (рис.24).




Рис. 24. Динамика изменения осенней влажности почвы с 2001 по 2005 г. на участке лиственничника стационаре «Нелегер» на без влияния низового пожара (2001 г.) и с его воздействием (2002-2005 гг.).


На сосняках после прохождения пожаров, наоборот, происходит снижение радиального прироста деревьев на 1-2 года (рис.25). После этого на 3-4-й г. после пожара радиальный прирост восстанавливается. После воздействия огня в почвогрунтах увеличивается глубина проникновения положительной температуры. Лучшие условия инсоляции способствуют более быстрому сезонному прогреванию и протаиванию почвогрунтов по сравнению с негорелыми участками. В супесчаных почвах в последующие годы происходит снижение их влагозапасов из-за большого расхода влаги на испарение, в связи с лучшим прогреванием почвогрунтов и снижением поступления влаги из мерзлых слоев. В результате этого отмечается ухудшение условий произрастания, деревьев, что отражается в радиальном приросте сосны.




Рис. 25. Динамика радиального прироста стволов сосны в перед- и послепожарный периоды.

а – пожар 1969 года,

б – пожар 1986 года


Многие исследователи отмечают увеличение глубины максимального сезонного протаивания почвогрунтов в сосняках после прохождения пожаров (Щербаков и др., 1979, Тарабукина, Саввинов, 1990; Тимофеев и др., 1996 и др.). Сотрудники Института мерзлотоведения СО РАН П.Н. Скрябин и др. (2008, 2010) исследовали воздействие лесного пожара на термическое состояние грунтов песчано-грядового типа местности в сосновом лесу, где в течение первых двух лет после пожара отмечалось резкое повышение температуры (примерно на 1,5С). Однако продолжительность увеличения протаивания различная. На сосняке в Центральной Якутии на второй год после низового пожара в начале августа сотрудниками ИМЗ СО РАН и ИБПК СО РАН была отмечена значительная глубина сезонного протаивание грунтов (420-450 см). Некоторые исследователи отмечают значительное увеличение глубины сезонного оттаивания грунтов через год после прохождения пожара, другие, их большинство, – через 4-5 лет, а некоторые утверждают, что оно продолжается до 8 и более лет (Тарабукина, Саввинов, 1990).

Низовые пожары в лиственничных и сосновых лесах вследствие разных почвенно-грунтовых условий по-разному оказывают влияние на рост этих древесных пород в после пожарный период. Вследствие различной послепожарной динамики гидротермических условий мерзлотных почв на песчаных почвах происходит иссушение грунтов и увеличение сезонно-талого слоя, что способствует возобновлению сосновых лесов, а на суглинистых почвах, где при таянии многолетней мерзлоты увеличивается увлажненность, преимущественно идет возобновление лиственничных лесов.

7.4. Влияние антропогенных факторов на радиальный прирост деревьев

Со второй половины XX в. на территории Якутии значительно увеличилось антропогенное влияние на природные мерзлотные экосистемы. Особенно сильному антропогенному прессу подверглись природные экосистемы Южной Якутии, где осваиваются многие месторождения полезных ископаемых, отводятся большие лесные массивы под лесозаготовки, ведутся изыскательские работы под строительство каскада гидроэлектростанций. Промышленному загрязнению подвергаются значительные по площади участки ПТК (природные технические комплексы). Крупными источниками являются: с конца 1940-х гг. – Чульманская ТЭС (пос. Чульман), с середины 1970-х гг. – Нерюнгринский разрез (окрестности г. Нерюнгри), с конца 70-х гг. – железная дорога (Тында-Беркакит); с 1980-х гг. – Нерюнгринская ГРЭС (пос. Серебрянный бор). Транспортную систему этих крупных промышленных объектов, помимо автомобильного, представляет железнодорожный транспорт. В отличие от данного региона Центральная Якутия – это крупные сельскохозяйственные объекты и большая плотность населения. Однако к 2013 г. в эти районы Якутии ожидается приход железнодорожного транспорта. В связи с этим антропогенный пресс, особенно в районах прихода железной дороги, усилится.

Методами дендроклиматических исследований автором оценена интенсивность влияния на радиальный прирост древесных растений промышленных объектов. Для анализа в районе исследований в зоне влияния Нерюгринского ПТК заложено 7 дендроклиматологических участков (рис.26). На всех участках были построены древесно-кольцевые хронологии сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и лиственницы каяндера (Larix сajanderi Mayr).

Между древесно-кольцевыми хронологиями проведен корреляционный анализ для последних 100 лет радиального прироста. Временные ряды были поделены на четыре равных периода продолжительностью по 25 лет: 1900-1924, 1925-1949, 1950-1974 и 1975-2000 гг. Древесно-кольцевые хронологии показывают высокую видовую и пространственную зависимость радиального прироста деревьев. Хронологии лиственницы не коррелируют с радиальным приростом сосны. В начале XX в. корреляция между двумя хронологиями лиственницы составляла 0,53. Однако за последние 25 лет эта связь возросла до 0,75. Анализ корреляций хронологий сосны показал следующее. До 1925 г. участок BERK (сосна) имеет высокую корреляционную связь с участками около г. Нерюнгри NERH (0,77) и NERP(0,72) ввиду относительно близкого расположения этих участков. С чульманскими участками (CHLM, CHLT) в начале века связь незначительна (0,37-0,40). В период с 1950 по 1975 г. отмечается высокая корреляционная связь (0,57-0,76). В этот период единственным источником загрязнения явилась автомобильная дорога. Однако с 1975 по 2000 г. эта связь уменьшается до 0,55-0,64. Очевидно, это вызвано усилением влияния г. Нерюнгри на участок BERG в последние десятилетия. За последние 25 лет корреляция участка BERK с участком NERP, расположенным рядом с котельной г. Нерюнгри, достаточно высокая – 0,67, в то время как с участком NERH, который находится в 4 км западнее, около ручья Холодникан, где после открытия Нерюнгринского разреза, повысился уровень подземных вод, уменьшается до 0,36.

Корреляционный анализ деревьев позволил выявить интенсивность влияния климатических факторов по периодам для разных участков. Основное загрязнения атмосферы Нерюнгринским угольным разрезом приходит на участки древесных пород, лежащие к юго-востоку от источника загрязнения. Вследствие этого два сосновых участка около Нерюнгри, находящиеся к востоку и западу от разреза, за последние два десятилетия показали снижение корреляции радиального прироста деревьев.

7.5. Содержание стабильных изотопов 13С/12С в годичных кольцах деревьев Якутии как индикатор антропогенного влияния на окружающую среду.

Известно, что в результате деятельности человека в воздух выбрасывается огромное количество углекислоты, образующейся при сгорании разного вида топлива: нефти, газа и угля. Роль лесных экосистем России как эффективного резервуара поглощения СО₂ определяется территориальными и ландшафтно-климатическими особенностями страны.

Были построены древесно-кольцевые хронологии по содержанию ¹³С для отдельных районов Якутии и отмечены сходные периоды увеличения и уменьшения содержания изотопа углерода ¹³С в древесных кольцах лиственниц (рис.27).




Рис. 27. Динамика содержания изотопа углерода в древесных кольцах лиственниц со стационара «Нелегер» (1) и участка «Сунтар Хаята» (2)


Однако общие тренды уменьшения содержания изотопа углерода δ¹³С при фракционировании ¹³C/¹²C, в счет увеличения содержания антропогенного углерода ¹²С в атмосфере, разные. Построенная хронология для участка «Сунтар Хаята» показывает, что за последние 150 лет в радиальном приросте лиственницы здесь отмечается постепенное насыщение легким изотопом углерода ¹²С. Это свидетельствует о том, что на территории Восточной Якутии древесные кольца четко реагируют на изменения содержания техногенного СО², начиная с середины XIX в. В данном районе особенно сильные изменения наблюдаются с 40-50-х гг. XX в. На стационаре «Нелегер» в Центральной Якутии изменения в содержании изотопов углерода ¹³С наблюдаются, начиная с 50-х гг. ХХ века. Можно сделать вывод, что территория Якутии наиболее сильно начала подвергаться интенсивному индустриальному воздействию с 40-50-х годов ХХ в. Содержание стабильных изотопов углерода ¹²С и ¹³С в радиальном приросте деревьев указывает как на глобальные, так и региональные особенности антропогенного влияния на экосистемы. Подобные исследования могут служить инструментом для изучения климата прошлого и прогнозов его изменений в будущем.