Полное название темы работы | Исследование природных процессов на основе дендроиндикации. |
Фамилия, имя автора | Свищёва Мария |
Место выполнения работы | Лаборатория структуры древесных колец института леса имени |
Руководитель | , учитель географии МОУ «Общеобразовательный лицей №6 «Перспектива»» |
Год, в течении которого выполнялся проект | 2012 г. |
Оглавление
Введение 3
Основное содержание 4
Выводы 9
Список литературы 10
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ ДЕНДРОИНДИКАЦИИ
Введение
В нашей работе рассмотрены наблюдаемые ежедневно и хорошо знакомые нам объекты – деревья. Казалось бы: что необычного нового можно узнать, созерцая их? Какие открытия можно совершить, любуясь красотой соснового леса или могучих кедров? Но это лишь на первый взгляд. На самом деле, любое дерево – это летопись различных событий, зашифрованная в истории его роста и гибели. Каждое отдельное дерево или древостой в целом хранители бесценной информации об изменениях температуры или осадков, массовых вспышках насекомых и пожарах, изменении уровня озер и разливах рек, о подвижках грунтов (оползней) и сходах лавин. Иными словами речь идет об индикации (дендроиндикации) процессов и явлений, которые оказывают весьма существенное влияние на лесные системы (или отдельные деревья) или сооружения (дороги, здания), но иногда протекают незаметно для человека.
Особенно актуально знание о таких процессах и в настоящем и в прошлом, чтобы прогнозировать их вероятность в будущем. Например, при сооружении горнолыжных трасс или дорог важно знать вероятность и частоту схода лавин, а по характерным признакам – раневым повреждениям на деревьях можно детально восстановить размеры лавин и лавиноопасность в целом в конкретном месте. Данный метод хорошо зарекомендовал себя при исследовании частоты пожаров на севере Красноярского края [1]. Основные возможности методов фитоиндикации природной среды в высокогорьях рассмотрены в книге и [2]. Однако систематизации имеющихся знаний до сих пор не проведено, это касается и г. Красноярска. Рассматриваемый нами метод может использоваться при оценке состояния искусственных и естественных насаждений в черте города и его пригородах соответствующими структурами. Например, в Красноярске и других городах края актуальна проблема выявления деревьев (тополей), жизненный цикл которых практически закончен или обнаруживается обширное поражение гнилью и которые необходимо срочно убирать с улиц. Применение данного метода позволило бы в короткие сроки выявить такие деревья и нанести на карту их расположение.
Годичные кольца деревьев давно привлекали внимание исследователей, но впервые использовать их на практике для прогноза засух удалось профессору Одесского университета Шведову. Им была опубликована статья «Дерево как летопись засух», в которой, рассматривая чередование узких и широких годичных колец акации, Шведов спрогнозировал наступление следующих двух засушливых периодов [3]. Стройную научную основу для нового научного направления – дендрохронологии - разработал американский астроном Дугласс [4, 5]. С тех пор уже больше столетия дендрохронология (дендро (dendro) – дерево, логос (logos) – учение) является одним из основных направлений в исследовании климата Земли и лесов планеты. Как оказалось, несмотря на различия в породе деревьев, на разные типы лесов и разнообразие локальных местообитаний изменения годичного радиального прироста или ширины годичных колец подчинены определенным закономерностям. В частности, отчетливо проявляется географическая приуроченность форм возрастных кривых к определенным типам местообитаний. Резкие изменения абсолютных значений ширины годичных колец в ту или другую сторону, влияющие на форму возрастной кривой и есть те самые индикаторы изменений условий роста дерева.
Основное содержание
Что же оказывает влияние на рост деревьев? Говоря про рост дерева, мы будем иметь ввиду годичный радиальный прирост (или годичное кольцо) ширина которого и является важнейшим показателем условий роста и изменяется ежегодно. Рост каждого дерева непосредственно зависит от целого ряда условий, которые разбиваются на две большие группы – внутренние и внешние. К первым относят генетические, физиологические и возрастные особенности, ко вторым – климатические, почвенно-грунтовые, антропогенные и т. д. [6]. Как правило, в благоприятные по климатическим условиям годы формируются широкие годичные кольца, а в неблагоприятные – узкие. Поэтому у большинства деревьев наблюдается синхронное изменение ширины годичных колец во времени. Чередование узких и широких годичных колец неповторимо во времени и поэтому всегда можно точно установить какой год был более благоприятным, а какой нет.
Внесем необходимые пояснения, изменения ширины годичных колец у деревьев в зависимости от возраста происходит, как правило, в сторону уменьшения значений и визуально описывается кривой, которую так и называют - «возрастной кривой» у которой прослеживается «период большого роста» [4-6]. Наиболее широкие годичные кольца дерево формирует в первые десятилетия своей жизни, затем эти значения уменьшаются с течением времени. Максимальные значения ширины годичных колец наблюдаются через 20-60 лет после формирования первого годичного кольца, на графике «период большого роста» виден весьма отчетливо (рис. 1). Наиболее четко такая зависимость (форма кривой) наблюдается у деревьев, растущих в благоприятных условиях. На климатическом пределе своего существования (например, на севере или в степи) возрастные кривые имеют другую форму, в частности, «период большого роста» смещается на более поздние сроки либо вообще отсутствует.
Рис. 1. Форма возрастнойя кривой, описывающей изменение ширины годичных колец во времени (толстая линия), тонкая линия показывает ежегодные изменения ширины годичных колец. Отчетливо видна кривая «большого роста», приходящаяся на 1-31 годы жизни дерева (лиственницы). Керн дерева взят из лесного массива в лесостепной зоне вблизи г. Красноярска.
Таким образом, цель нашего исследования – рассмотреть особенности роста деревьев различных типов местообитаний, показав их географическую обусловленность.
Задачи: проанализировать основные формы возрастных кривых деревьев, произрастающих в благоприятных и неблагоприятных местообитаниях; выявить географические закономерности в распределении форм возрастных кривых деревьев, характерные для каждого местообитания; обосновать практическое применение и перспективы будущих исследований на основе данного метода.
Методы исследования – дендрохронологический и дендроиндикационный. Объекты исследования: изменения ширины годичных колец в зависимости от возраста или возрастные кривые деревьев, произрастающих в контрастных типах местообитаний Красноярского края и Сибири. Материал исследования: керны хвойных пород лиственницы сибирской и сосны обыкновенной. Для исследования использованы керны из коллекции образцов древесины из лаборатории структуры древесных колец Института леса им. СО РАН. Измерения проведены на измерительном комплексе LINTAB, включающем микроскоп и компьютер, с использованием специального пакета программ для обработки измерений. Сами измерения, анализ изображений, построение графиков и литературный обзор осуществлены авторами работы лично. Всего было измерено 20 деревьев различных местообитаний расположенных в центральных и южных районах Красноярского края.
Использование для нашего исследования деревьев лиственницы сибирской и сосны обыкновенной обусловлено тем фактом, что хвойные виды наиболее пригодны для дендрохронологического анализа, поскольку формируют хорошо различимые годичные кольца и ширина этих колец чувствительна к изменению внешних условий. Тем не менее лиственные виды деревьев также могут использоваться для подобного анализа, но это требует наличия специальных навыков работы с такими образцами.
Формы возрастных кривых деревьев разных видов (сосны и лиственницы) (рис. 1), которые произрастают в благоприятных условиях при достаточном увлажнении и теплообеспеченности очень похожи и явно выражены. Наблюдается период «большого роста», когда формируются наиболее широкие годичные кольца, и уменьшение абсолютных значений ширины годичных колец в дальнейшем с величением возраста дерева. При изменении условий (локальных или климатических) в результате различных процессов или в других местообитаниях формы возрастных кривых также будут меняться (рис. 2). Например, вот как будет выглядеть возрастная кривая сосны обыкновенной из сухого местообитания при сезонном недостатке влаги. Наблюдается постепенная тенденция к увеличению абсолютных значений ширины годичных колец дерева со временем. То есть ширина годичных колец с возрастом увеличивается, значит, в первые десятидетия своей жизни дерево испытывало влияние каких-то факторов, которые ограничивали его рост. Косвенно такая форма возрастной кривой может показывать на улучшение климатических условий (в часности на увеличение увлажнения) в месте произрастания данного дерева [6, 7].
Рис. 2. Форма возрастной кривой (толстая линия) сосны обыкновенной, произрастающей в неблагоприятных условиях – сухое местообитание (степная зона). Период «большого роста» практически не выражена (отсутствует).
Точный анализ причин изменения условий роста деревьев данного местообитания можно будет сделать только при проведении специальных исследований. Но именно первичный анализ формы возрастной кривой позволяет определить какие именно исследования необходимы, какие деревья или их виды пригодны для дальнейших исследований, какие местообитания лучше всего отражают изменения климатических условий, а какие почвенно-грунтовых и других.
В качестве еще одного примера рассмотрим изменение ширины годичных колец сосны обыкновенной произрастающей на заболоченном местообитании (рис. 3). Хорошо видно, что до возраста в 70 лет дерево находилось под влиянием фактора, который угнетал его рост. Затем произошло событие, после которого рост дерева значительно улучшился и достиг максимальных значений. Что могло явиться причиной улучшения условий роста деревьев заболоченного местообитания? Такой причиной может являться изменение почвенно-грунтовых условий, в частности, уменьшение степени заболоченности, когда корневая система дерева освобождается от избытка влаги и условия роста деревьев становятся оптимальными. Установление данного факта весьма важно для понимания процесса в целом – что могло вызвать изменение почвенно-грунтовых условий? Ведь это могло быть явление локального характера – ирригационные мероприятия или регионального – общее иссушение территории как следствие изменения климата. Конечно это уже тема продолжения исследований, требующая своей подготовки и методики, но в основе которой находится именно метод дендроиндикации.
Рис. 3. Форма возрастной кривой (толстая линия) сосны обыкновенной, произрастающей в неблагоприятных условиях – заболоченное местообитание. Кривая «большого роста» смещена на последние десятилетия жизни дерева.
Выводы:
Таким образом, рост деревьев различных типов местообитаний имеет четкую географическую обусловленность в пределах одного климатического района, все разнообразие условий роста деревьев (зависящих от экспозиции, местоположения и др.) описывается несколькими типичными возрастными кривыми, а именно:
- формы возрастных кривых деревьев одного вида, произрастающих в благоприятных и неблагоприятных местообитаниях, являются надежными индикаторами изменения внешних (климатических) и локальных (почвенно-грунтовых и иных) условий произрастания деревьев. Основным индикатором является наличие (или отсутствие) периода большого роста и его проявление относительно возраста;
- формы возрастных кривых деревьев разных видов одинаковы для каждого местообитания, наиболее комфортными являются свежие местообитания, где наблюдается оптимальное наличие влаги в течение вегетационного периода. Распределение форм возрастных кривых в зависимости от условий местообитания носит закономерный характер и создает хорошую основу для индикационных исследований различных процессов, например, пожаров или заболачивания территории.
- перспективы использования данного метода в школьных исследованиях весьма широки, например, совместно с департаментом озеленения г. Красноярска можно точно установить местонахождение гнилых и поврежденных деревьев вблизи школ города, представляющих наибольшую опасность для жителей; дать оценку
различным природным процессам в пригородной зоне (пожары, вспышки насекомых-вредителей, заболоченность участков); оценить состояние древостоев зеленой зоны г. Красноярска и других городов края.
Список литературы:
1. Арбатская изменчивость частоты пожаров и прироста сосны в средней подзоне тайги Средней Сибири / , // Экология, 1997. - № 5. - C. 330-336.
2. , Шиятов условий среды и природных процессов в высокогорьях / , // М.: Наука - 19с.
3. Шведов, как летопись засух / // Метеорологический вестник – 1892 - №5.
4. Ваганов исследования в Урало-Сибирской Субарктике / , , // Новосибирск: Изд-во СО РАН – 1996 – С. 246.
5. Методы дендрохронологии. Часть I. Основы дендрохронологии. Уч.-метод. пособие / Отв. ред. , // Красноярск: Изд. Центр КГУ - 2000 – С. 82.
6. Шиятов верхней границы леса на Урале / // М.: Наука – 1986 – C. 136.
7. Магда прирост сосны как индикатор атмосферного увлажнения в Минусинской котловине / , // Известия Русского географического общества – 2002 - Том 134 - Вып. 1 – С. 73-79.
