Опыт Опыт использования центрографического метода.
advertisement
Опыт использования центрографического метода. УДК 551.586 Н.И. Быков Опыт ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦЕНТРОГРАФИЧЕСКОГО МЕТОДА В ДЕНДРОИНДИКАЦИ ОН Н ЫX ИССЛЕДОВАНИЯХ Конец двадцатого столетия характеризуется активным поиском путей перехода общества к устойчивому развитию. Данная концепция подразумевает гармоническое сочетание удовлетворения потребностей человечества с сохранением среды его обитания. Подобный подход невозможен без точного учѐта вещественноэнергетических связей элементов геосистем и их динамики. Вместе с тем режимные характеристики многих компонентов географической среды на сегодняшний день изучены недостаточно. Инструментальные наблюдения за некоторыми из них полностью отсутствуют или непродолжительны, что не позволяет сделать достоверный прогноз их развития. Подобная ситуация побуждает к разработке индикационных методов, позволяющих реконструировать пространственно-временные характеристики изучаемых объектов и процессов через косвенные показатели. Одним из таковых является метод дендроиндикации, в основе которого лежит статистическая зависимость между показателями исследуемого объекта и показателями жизнедеятельности древесных растений. К последним относятся внешняя и жизненная формы растений, структура древостоев, ежегодная биологическая продуктивность и другие. Для реконструкции многолетнего режима объектов наиболее часто как в России, так и за рубежом используют такой мерный показатель продуктивности древесных растений, как ширина годового кольца. Еѐ определение производится по двум или нескольким радиусам с последующим осреднением. Однако этот показатель является весьма неудобным, что объясняется его иерархическим положением в системе показателей продуктивности растения. Наиболее точно отражает годовой прирост биомассы еѐ полный объѐм. Показатели нижележащих уровней являются частными. И хотя они связаны коррелятивно, но полного соответствия между ними нет. Со снижением уровня показателя происходит уменьшение отношения сиг- нал/пгум, а, следовательно, и понижение индикационной значимости показателя. На самом нижнем уровне отмечается явление анизотропии, которая проявляется в том, что реакция разных радиусов на один и тот же фактор различна (рис.1). Здесь это явление объясняется конкуренцией в борьбе за воду и питательные вещества между различными частями растения. Поэтому предположение о том, что каждый радиус характеризует прирост одной половины дерева, может оказаться неверным, а процедура осреднения прироста по двум радиусам может послужить причиной возникновения ошибки вследствие весовой неравнозначности величин. Иначе говоря, вместо взвешенного среднего арифметического мы получаем простое среднее. Рис. 1. Сглаженные по трехлетней средней скользящей годовые приросты ксилемы (ширина кольца) дерева по двум противоположным радиусам в относительных единицах 109 ГЕОГРАФИЯ Как показали наши исследования, при переходе к показателям следующего иерархического уровня происходит не только более точное отражение биологической продуктивности древесного растения, но и увеличивается точность индикации, так как прочность связи между приростом и лимитирующим его фактором повышается. Вместе с тем появляются дополнительные возможности индикации, поскольку смена линейных показателей площадными позволяет уже оценивать поле воздействующего фактора, например, направление процесса. В связи с этим перспективным в дендрохронологии стало использование центрографического метода, сущность которого заключается в определении геометрических центров двумерных пространств [1]. Ежегодное изменение геометрического центра дерева на его поперечном срезе отражает главное направление радиального прироста. Изменение этого направления определяется лимитирующим фактором воздействия, который меняется в зависимости от типа местообитания. Поэтому данный метод возможно использовать в дендрохронологии для индикации таких динамических процессов, как лавины, сели, циркуляция атмосферы и т.д. В нашем случае центрографический метод использовался для дендроиндикации синоптических условий зимнего периода на Алтае. Основная идея работы заключалась в следующем. Смена типа циркуляции атмосферы на уровне 500 гПа ведет к изменению направления ветра в ее приземных слоях и вследствие этого - условий существования древесных растений. Реакция последних проявляется в изменении формы и направления максимального прироста их биомассы. Особенно чутко реагируют на ветровой режим деревья изреженных древосто- ев, в частности, на верхней границе леса, где они образуют флаговые формы. При этом среди пород деревьев хорошими индикаторами зимних условий являются вечнозеленые хвойные,так как их ассимиляционный аппарат в значительной степени повреждается именно в этот сезон (лиственница флаговые формы образует значительно реже). С помощью центрографического метода нами были получены значения отклонений направления максимального прироста по годовым кольцам ксилемы модельных деревьев. Для этого использовались такие виды древесных растений верхней границы леса на Алтае, как кедр, лиственница и можжевельник. Анализ этих отклонений показал существенные отличия в направлении главного прироста даже у близко расположенных деревьев (рис. 2). Коэффициент корреляции дендрорядов изменяется от 0.01 до 0.71, при этом связь может быть как положительная, так и отрицательная. Подобное явление можно объяснить значительной зависимостью направленности действия лимитирующего фактора от характера локального местообитания. Так, например, экспозиция склона определяет не только приход солнечной радиации, но и направление движения воздушных масс в приземных слоях. Изменчивость показателей направления главного прироста во многом зависит от вида растения. Меньшая вариация дендрорядов отмечается у лиственницы, что дополнительно подчеркивает значимость ветрового режима зимнего периода для вечнозеленых деревьев этих местообитаний. Врем я Рис. 2. Отклонения главного направления радиального прироста двух модельных деревьев в радианах 110 Опыт использования центрографического метода. Далее методом корреляционного анализа была проверена теснота связи между нестандартизированными рядами полученных показателей с показателями синоптических процессов зимнего периода на Алтае по типизациям АЛ. Каца, Г.Я. Вангенгейма - А.А. Гирса, Л .А. Вительса [2]. Было выявлено, что отклик на тот или иной синоптический процесс у каждого дерева проявляется индивидуально (рис.З). Некоторые из них отрицательно реагируют на западный перенос воздушных масс, другие - на восточный тип циркуляции (по типизации Г.Я .Вангенгейма -А. А.Гирса). Направление главного прироста ряда деревьев имеет более тесную связь с антициклональным типом цир куляции (по типизации Л.А. Вительса). Коэффициент корреляции сравниваемых динамических рядов изменяется от нуля до 0.57. Вместе с тем процедура сглаживания исследуемых рядов по трехлетней скользящей увеличивает тесноту связи до 0.8. Последнее обстоятельство позволяет использовать показатели главного направления радиального прироста древесных растений для реконструкции синоптических условий зимнего периода прошлых лет. Кроме того, появляется возможность использования археологической древесины для характеристики устойчивости атмосферной циркуляции в прошлом. а) 1960 1970 1980 Время Рис. 3. Сравнение отклонений главного направления радиального прироста модельных деревьев (светлая линия) с повторяемостью типов атмосферной циркуляции на уровне 500 гПа в зимний период (темная линия) в относительных единицах: а) восточный тип (по Вангенгейму-Гирсу), б) западный тип (по ВангенгеймуГирсу) 111 ГЕОГРАФИЯ Таким образом, применение показателей растений открывает новые перспективы в день более высокого иерархического уровня для хадроиндикации природных процессов, характеристики прироста биомассы древесных ЛИТЕРАТУРА 1. Червяков В.А. Центрографический метод. Барнаул, 1995. 2. Снежно-водно-ледниковые ресурсы бассейна Верхней Оби и прогнозы стока весеннего по ловодья. Томск, 1986.
