АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ОСАДКОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ОСАДКОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ СОСНОВЫХ
ДРЕВОСТОЕВ В УСЛОВИЯХ КОЛЬСКОГО РЕГИОНА
Е. Ю. Полоскова, А. В. Кузьмин (ПАБСИ КНЦ РАН, г. Апатиты, РФ)
Estimation of precipitation influence on formation of annual increments long – term
series is carried out on the base of dendroecological approach and method of
correspondences construction. Structural heterogeneous organization of model pine
stands under conditions of mentioned factor influence is determined. Geographical
trend of plantation receptivity to precipitation is revealed.
В комплексе воздействующих на развитие лесных экосистем
климатических факторов осадки (О) относятся к категории наиболее значимых
погодных переменных. С целью изучения эффекта воздействия указанного
фактора
исследованы
модельные
насаждения,
расположенные
на
экспериментальной трансекте протяженностью около 400 км в направлении с
запада на восток. Первый модельный древостой (МО1) представляет
континентальные леса (Алакуртти), второй (МО2) приморские (Умба), третий
(МО3) притундровые (Кашкаранцы). Средние месячные величины осадков ,
вычисленные с использованием многолетних данных, для исследуемых
территорий составляют 15.5 мм, 13.2 мм, 11.6 мм соответственно. Оценка
эффекта влияния осадков проводилась на основе вычисления существенных
интервалов (СИ), которые определяются как интервалы времени на протяжении
которых осадки существенно воздействуют на формирование годичных
радиальных приростов (ГРП) исследуемого дерева на пробной площади. С
целью вычисления СИ использованы многолетние ряды ГРП и
соответствующие по временным градациям временные ряды осадков. В
качестве критерия определения влияния применяются достоверные на 0.05
уровне значимости величины непараметрического коэффициента корреляции
Спирмена. Положительные значения настоящих коэффициентов характеризуют
прямо пропорциональное влияние осадков (+ СИ) на формирование ГРП,
отрицательные обратно пропорциональное (- СИ).
Проведем сопоставление МО1, МО2 и МО3 по комплексу характеристик
в направлении с запада на восток по мере приближения к границе леса. Общее
количество существенных интервалов в указанном ранее порядке составляет
47-47-56. В первых двух случаях (МО1, МО2) суммарное количество СИ
превышает число модельных деревьев на 57%, в третьем (МО3) на 87%.
Следовательно, во всех модельных древостоях существуют группы деревьев с
несколькими существенными интервалами реагирования на воздействие
осадков. Количество независимых от влияния О деревьев (НД) определяется
следующим набором 4-7-6 в аналогичном порядке. Исключая НД из общего
числа модельных деревьев на пробной площади, и выполнив пересчет суммы
СИ на количество реагирующих древесных организмов, получает следующие
превышения существенных интервалов: 81%, 104%, 133%. Следовательно,
можно сделать заключение, что по мере приближения к границе леса общее
удельное влияние осадков на формирование годичных радиальных приростов
увеличивается. Полученный результат хорошо согласуется с распределением
средних многолетних величин осадков, абсолютные значения которых
уменьшаются по экспериментальной трансекте в направлении с запада на
восток. Следовательно, осадки по характеру действия относятся к категории
лимитирующих факторов.
Вклад прямо пропорционального влияния осадков в формирование
годичных радиальных приростов (от общего числа СИ) для МО1 – МО2 – МО3
представлен следующим рядом: 45%, 51%, 59%. В аналогичном порядке
обратно
пропорциональное
влияние
О
характеризуется
данной
последовательностью удельных весов: 55%, 49%, 41%. На основании
представленных двух ординаций можно сделать заключение, что по мере
приближения к границе леса положительное влияние осадков на формирование
ГРП увеличивается, а отрицательное уменьшается. Кроме предварительно
рассмотренных прямо пропорциональных и обратно пропорциональных
воздействий осадков целесообразно провести анализ влияния различных типов
О – дождя и снега с целью определения географических трендов. Пропорции
указанных типов О по количеству существенных интервалов были
представлены ранее. Определив процентное участие осадков в виде дождя (Од)
и в виде снега (Ос) в части + СИ и – СИ для каждого модельного древостоя,
рассмотрим ориентированные по отношению к границе леса ряды влияния
качественных (+ СИ, - СИ) и типовых (Од, Ос) сочетаний. Удельный вес
влияния летних (Од, + СИ) и зимних осадков (Ос, + СИ) в положительной
составляющей по экспериментальной трансекте (МО1, МО2, МО3) представлен
следующими группами: 38%, 75%, 67% и 62%, 25%, 33%. Как видно из
представленных числовых значений, в данном случае достоверные различия
отмечаются между континентальным модельным древостоем (Алакуртти) и
приморскими (Умба, Кашкаранцы). Следовательно, максимальное прямо
пропорциональное влияние осадков в виде дождя характерно для приморских
лесов, а в виде снега для континентальных. В аналогичном порядке рассмотрим
составляющие летних и зимних осадков в отрицательной части. Сочетание (Од,
- СИ): 31%, 48%, 57%; сочетание (Ос, - СИ): 69%, 52%, 43%.
На основании приведенных групп можно сделать заключение, что по
мере приближения к границе леса обратно пропорциональное влияние летних
осадков увеличивается, а зимних уменьшается. При этом, как и в предыдущем
случае с положительным воздействием О, наиболее существенные различия
отмечаются
между
модельными
объектами,
представляющими
континентальные и приморские леса.
Кроме установленных различий по качественным и типовым сочетаниям
осадков можно отметить аналогичные тенденции Од и Ос по прямо
пропорциональному и обратно пропорциональному влиянию. По сочетаниям
(Од, + СИ и Од, - СИ) отмечается тренд увеличения воздействия летних
осадков в направлении с запада на восток. При этом положительное влияние
выше по удельному весу. Сочетания (Ос, + СИ и Ос, - СИ) позволяют
установить противоположную тенденцию уменьшения вклада зимних осадков
по направлению к границе леса. При этом отрицательное влияние более
значимо по удельному весу.
Обобщая сроки влияния осадков на формирование годичных радиальных
приростов для всех модельных объектов по экстремальным значениям СИ,
можно сделать следующее заключение. Для южной части Кольского региона
максимальное общее влияние О, без разделения по знаку, отмечается в июне и
феврале. В первом случае данный эффект можно объяснить минимальным
количеством осадков в виде дождя, во втором минимумом снежных осадков.
Минимальное влияние осадков по всей экспериментальной трансекте
фиксируется в январе и мае. Интересно отметить, что обобщенные минимумы
непосредственно предшествуют максимумам. Данные результаты по уровню
обобщения репрезентативны на уровне географического района.
В результате проведенного анализа количественного участия элементов
древостоя в формировании годичных радиальных приростов, обусловленного
влиянием осадков, было установлено, что данный климатический фактор
оказывает положительное и отрицательное воздействие на разные группы
деревьев одновременно. Кроме того, отдельные древесные организмы в
пределах модельной площади характеризуются различной по знаку реакцией на
протяжении годового цикла. В результате ранее проведенных исследований
(Кузьмин и др., 2001) на примере объектов различного уровня биологической
организации доказано, что соотношение динамики положительного и
отрицательного воздействия одного фактора объективно характеризует
адаптивное состояние и целостность биологических систем различной степени
сложности.
Рассмотрим попарно полиномы Р (положительная реакция) и N
(отрицательная
реакция)
для
исследуемых
модельных
объектов.
Сравнительный анализ линий аппроксимаций прямо пропорционального и
обратно пропорционального влияния (Алакуртти) позволяет определить
следующие характерные временные интервалы. В начале года (январь – апрель)
кривые Р и N проявляют свойства симметрии относительно оси Х. Данный
феномен означает, что с увеличением положительного воздействия
увеличивается отрицательное. Следующий интервал (апрель – август)
характеризуется параллельностью Р и N. Такое соотношение свидетельствует о
сбалансированной реакции элементов древостоя на влияние осадков.
Увеличению
положительного
влияния
соответствует
уменьшение
отрицательного, суммарный эффект на протяжении указанного периода
остается относительно константным. Заключительный временной интервал
(август – декабрь) не проявляет признаков симметричности и параллельности и
имеет стохастический характер.
Сопоставление линий аппроксимации в положительной и отрицательной
части для модельного древостоя, расположенного в районе п. Умба позволяет
сделать следующие утверждения. Соотносительное расположение кривых Р и N
по основным тенденциям относится к параллельному типу. Следовательно,
сбалансированная реакция древостоя главным образом сохраняется в течение
года. Кроме того, для данного модельного объекта характерно доминирование
однородности реакции элементов насаждения на воздействие осадков. В
различные периоды года преобладают или положительные или отрицательные
реакции, переходные интервалы имеют плавный характер.
Наиболее восточное насаждение, относящееся к группе притундровых
лесов (Кашкаранцы), по соотношению полиномов Р и N характеризуется явно
выраженной симметричностью. Интерпретация представленных результатов
включает следующие определения. Реакция главного элемента леса на МО3 в
течение года имеет импульсивный неравномерный характер по положительным
и отрицательным значениям СИ, максимальные и минимальные значения
которых совпадают по временной шкале. Данный эффект свидетельствует о
разной по характеру реакции отдельных групп деревьев на воздействие осадков
в аналогичный период времени. Таким образом, можно сделать заключение,
что в пределах данного локального древостоя на временных отрезках
максимального воздействия О в окрестностях февраля и июля отмечаются
разные тенденции в развитии отдельных групп деревьев. В отношении одной
части насаждения осадки стимулируют рост годичных радиальных приростов.
Для другой по характеру реакции совокупности О оказывают ингибирующее
воздействие. При этом, с точки зрения динамических характеристик, снижается
целостность древостоя, но увеличивается степень надежности в критических
ситуациях.
Исследования, проведенные на примере объектов различного уровня
биологической организации, позволили получить теоретический вывод, в
соответствии с которым, симметричность положительных и отрицательных
воздействий одного фактора свидетельствует о неблагоприятных условиях
произрастания, а параллельность соответствует уровню относительной
комфортности (Кузьмин и др., 2001). Используя данное базовое определение,
проведем ранжирование в обобщенном виде исследуемых модельных
древостоев по мере их приближения к оптимальным условиям существования.
В сравнительном аспекте максимально благоприятные условия произрастания
для рассматриваемой территории в поле влияния осадков соответствуют
модельному древостою в районе населенного пункта Умба. В данном случае
отмечается максимальное подобие параллельному типу. Промежуточное
положение занимает насаждение, находящееся на незначительном удалении от
Алакуртти с комбинированным типом положительных и отрицательных
воздействий. При этом, основываясь на выбранном ранее теоретическом
принципе, можно утверждать, что первая часть года (1-3 месяцы) является
критичной, средняя (4-8 месяцы) относительно благоприятной. В максимальной
степени удаленным от оптимальных условий находится насаждение
притундрового происхождения (Кашкаранцы). В данном случае отмечается
очень хорошее подобие симметричному типу разных по знаку воздействий
одного фактора. Данные результаты по оценке оптимальности существования в
значительной степени соответствуют географическим и климатическим
характеристикам
лесорастительных
условий
произрастания
на
рассматриваемой территории.
На основании использования дендроэкологического подхода и метода
построения соответствий проведена оценка влияния осадков на формирование
годичных радиальных приростов. Определена структурная гетерогенная
организация модельных сосновых древостоев в поле влияния данного фактора
воздействия. Выявлены географические тренды восприимчивости насаждений к
воздействию осадков.
Полоскова Елена
Юрьевна,
Зам. Директора по
научной работе ПАБСИ
к.б.н.
184209 г. Апатиты,
Мурманской области, ул.
Ферсмана, д. 18 А
Полярно-альпийский
ботанический садинститут(ПАБСИ)
Кольский научный Центр
РАН,
г. Апатиты, ул. Бредова,
д.4, кв. 22
8 – 81555-79-302
E – mail:
adm@pabgi.apatity.ru
Факс: 8 - 815 55 – 79 448
д. т. 8 – 81555 4-11-88
Кузьмин Александр
Владимирович,
Зав. лабораторией
Дендроэкология, ст. н. с.,
д. б. н.
184209 г. Апатиты,
Мурманской области, ул.
Ферсмана, д. 18 А
Полярно-альпийский
ботанический садинститут(ПАБСИ)
Кольский научный Центр
РАН,
Г. Апатиты, ул.
Строителей, д.35, кв.1
8 – 81555-79-704
д. т. 8 – 81555 4-31-01
Область научных интересов: лесные экосистемы, климатические факторы