Влияние изменения климата на состояние лиственницы сибирской на территории Ачинско-Боготольской лесостепи

XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Влияние изменения климата на состояние лиственницы сибирской на территории Ачинско-Боготольской лесостепи

Федосеенко Е.Д. 1
1МБУДО "Дом детского творчества"
Муковозчикова Е.Н. 1
1МБУДО "Дом детского творчества"
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Актуальность. Лесные экосистемы по своей природе динамичны и постоянно испытывают на себе влияние внешних и внутренних факторов. Одним из самых мощных абиотических факторов, оказывающих на них значительное воздействие, является климат. Устойчивое изменение климата отмечается в течение всего XX и в начале XXI веков на территории северного полушария. Особенно это выражено в Сибири, в том числе во всех регионах Красноярского края [3].

Учеными отмечается резкое влияние климата на экосистемы на границах экологических ареалов и природных зон и поясов. К таким экосистемам относятся сомкнутые леса нижней части лесного пояса и лесостепные экотоны с группами деревьев лесообразующих видов. Важнейшим лимитирующим климатическим фактором для существования лесных экосистем и успешного выживания подроста на границе леса и степи является соотношение температуры и осадков [5].

Если рост температуры будет происходить быстрее, чем экосистемы смогут адаптироваться и восстанавливаться, то можно ожидать существенные изменения в породном составе лесов или смещение природных зон.

Проблема в том, что на территории Красноярского края в условиях Ачинско-Боготольской лесостепи климатические условия осложняются рельефом – вытянутым в широтном направлении низкогорным хребтом Арга. Поскольку склоны северной и южной экспозиции отличаются по климатическим показателям, крутизне склонов, расчлененностью рельефа, особенности прироста древесины Larixsibirica в связи с динамикой условий произрастания и их изменений во времени нам не известны и требуют рассмотрения.

Гипотеза. Предполагается, что в результате изменения климата происходит изменение прироста древесных колец лиственницы сибирской и уменьшение ее доли в составе древостоя лесов на территории Ачинско-Боготольской лесостепи.

Объект исследования: лиственница сибирская. Предмет исследования: влияние климатических изменений на состояние лиственничных лесов на территории Ачинско-Боготольской лесостепи.

Цель исследования: методом дендрохронологического анализа определить изменение состояния лиственничных лесов на территории Ачинско-Боготольской лесостепи.

Задачи: 1. Отобрать древесные керны лиственницы на пробных площадках на территории Боготольского района. 2. Создать дендрохронологические ряды древесины лиственницы, взятой с пробных площадок хребта Арга и участка Ачинско-Боготольской лесостепи. 3. Повести сравнительный анализ полученных дендрохронологических рядов и климатических показателей метеостанций «Опытное поле». 4. Определить, какое влияние на состояние лиственницы оказали динамика температуры и количество осадков за исследуемый период в разных условиях.

Разработанность проблемы исследования. В последнее время учеными уделяется особое внимание лиственнице сибирской. Учитывая ее приуроченность к северным широтам, продвижение данной древесной породы на север, где она является первопроходцем изучено достаточно хорошо. Доказана экспансия лесных сообществ лиственницы в тундровую зону за последние несколько десятилетий (Абаимов, Бондарев, 1995). Вполне очевидно, что на юге ареала распространения вида, лиственница сибирская также подвержена глобальному изменению климата, в связи, с чем на части своего ареала она может смениться елью, пихтой, сосной, лиственными породами (Второе национальное сообщение, 1998).

Исследования распространения древесных и кустарниковых видов растений в Скандинавских горах Швеции показывают, что с 1950-х гг. граница распространения Betula pubescens, Picea abies, Pinus sylvestris, Sorbus aucuparia и Salix ssp. передвинулась на 120-375 м вверх [7]. Появление подроста вышеуказанных пород отмечено после 1987 г. одновременно с сильным и постоянным зимним потеплением и очень теплыми летними сезонами в некоторые годы, что дает основание прогнозировать образование ныне неизвестных высокогорных растительных сообществ в условиях глобального потепления климата. На территории Польши из-за климатических изменений ожидается возрастание общего флористического богатства сосновых и смешанных лесов [1]. На горе Чанбай (северо-восток Китая) с ростом температур отмечается перемещение вверх елово-пихтовой зоны с одновременным существенным увеличением их биомассы [3]. При этом прирост биомасса ели и пихты возрастает существенно, в то время как у лиственницы - весьма незначительно. Значительные изменения за последние 17 лет произошли в видовом составе насаждений верхнего пояса кедрово-лиственничных лесов Хейтей-Чиконского нагорья на Дальнем Востоке (Беликович, 2001).

Методы исследования

Среди наиболее действенных методов оценки темпов изменений в экосистемах является мониторинг их состояния на длительных промежутках времени. Древесная растительность выступает в качестве надежного источника информации об условиях среды и природных процессов в прошлом, поскольку эта информация регистрируется в изменчивости целого набора параметров годичных колец деревьев и может сохраняться достаточно длительное время [9]. Основная идея метода заключается в том, что ширина годичного кольца дерева показывает, какими были климатические условия в год образования этого кольца - благоприятными или неблагоприятными для роста растений [5,9]. При использовании дендрохронологического метода нами учитывались принципы: закон лимитирующих факторов, принцип чувствительности, перекрестного датирования, повторности, универсальности [6].

Для реализации поставленных цели и задач были организованы полевые исследований. Для проведения дендрохронологического анализа были отобраны по четыре модельных дерева лиственницы сибирской на каждой из 3 пробных площадок, расположенных на северном, южном склонах низкогорного хребта Арга, его выравненной вершинной поверхности и в районе д. Павловка (равнинный участок Ачинско-Боготольской лесостепи)

Рисунок 1 - Места отбора древесины лиственницы сибирской

Лимитирующим фактором при определении пробных площадок для отбора образцов древесины лиственницы сибирской являются температура и увлажнение, последнее на территории Ачинско-Боготольской лесостепи является не стабильным. Учитывалось, что на прирост древесины на этой территории не климатические факторы (пожары, буреломы, вредители), в том числе антропогенные, оказывали наименьшее влияние.

Спил зачищался, под цифровым микроскопом делались фотографии древесины в радиальном направлении от сердцевины к коре. С помощью инструментов цифрового микроскопа PCE-MM200 измерялась ширина годичных колец (Рисунок 2).

Методом подбора определялся ZOOM, который позволял произвести измерения в масштабе 1:1. Замеры производились в двух направлениях, вычислялись средние величины годового прироста для каждого дерева, которые объединялись в серии для каждой пробной площадки. Исследовались деревья с длиной ряда от 61 до 267 лет. По полученным данным строились графики в программе Microsoft Excel 2010.

Рисунок 2 - Замер ширины годового прироста Larixsibirica

Определялась зависимость между среднемесячными температурами и осадками с годовым приростом древесных колец Larixsibirica в теплый период: с апреля по август. Для исключения влияния возрастного тренда на прирост древесины в программах Microsoft Excel 2010, TRiCYCLE, Arstan произведен детрендинг, данные были проиндексированы относительно кривых, описывающих возрастные тренды каждого из параметров (Рисунок 3).

Рисунок 3 – Детрендинг в программе Arstan

По полученным данным строились графики, как для каждого радиального спила, так и для обобщенных серий с каждой пробной площадки, находились средние значения. В качестве локальных характеристик температурного режима и увлажнения территории использовались данные боготольской метеостанции «Опытное поле», располагающей рядами наблюдений с 1936 года. Применялись статистические методы обработки результатов.

Результаты исследования

Согласно лесорастительному районированию, разработанному Красноярским институтом леса и древесины им. В.Н. Сукачева СО РАН 83% территории Боготольского лесхоза (Краснореченское, Гремячинское лесничества) относятся к северному Красноярско-Ачинско-Канскому лесостепному району, по рельефу – к горным лесам. Остальные 17% площади лесхоза (Боготольское лесничество) относятся к Чулымо-Кетскому южнотаежному району темнохвойных лесов [5].

Климат территории резко континентальный. За базовый период для определения климатической нормы нами взяты наблюдения температуры и количество осадков с 1961 по 1990 годы в соответствии с рекомендациями Всемирной метеорологической организации [1]. Среднее количество осадков за этот период на территории Ачинско-Боготольской лесостепи составило 494,13 мм, среднегодовая температура – 0,260С.

Исследования состояния лиственничных лесов проводилось нами на северном и южном склонах хребта Арга, а также на его плоских вершинных поверхностях и на островных участки леса Ачинско-Боготольской лесостепи.

Лиственница сибирская (Larixsibirica) наиболее распространенная порода Сибири. В настоящее время характеризуется сокращением внешних границ, дальнейшим распадом их на отдельные пятна и острова с изреживанием популяций и все сужающейся экологической локализацией их внутри ареала [6]. Изучение породного состава по кварталам Боготольского лесхоза показало значительное сокращение лиственницы, как на северных, так и на южных склонах хребта Арга. Так с 1939 по 1991 год по данным лесоинвентаризаций площадь, занимаемая Larixsibiricaна территории Боготольского лесхоза,сократилась с 169 до 61 га. Очевидно, что в конкурентной борьбе за данные условия произрастания эта древесная порода проигрывает и вытесняется другими видами. Анализ статистических данных за 52 года показал, что доля лиственницы сибирской на северном склоне хребта Арга снижается в 1,5 раза при росте фактического запаса на 7,4%, тогда как на южном склоне уменьшается не только доля этой породы в общем запасе насаждений в 2,5 раза, но и фактический запас на 34,2% [5].

Одной из причин на сокращение лиственницы сибирской в составе лесообразующих пород на территории Ачинско-Боготольской лесостепи является изменение количества осадков и термического режима территории. В большинстве публикаций указывается, что на величину годового прироста положительное влияние оказывает запасы снега и количество осадков в начале вегетации лиственницы сибирской, что непосредственно влияет на количество влаги в корнеобитаемом слое [8]. Анализ температурных данных боготольской метеостанции «Опытное поле» за апрель месяц показал, что существует прямая корреляция среднемесячных температур с шириной прироста древесины лиственницы сибирской. В раннюю весну при среднесуточных температурах выше + 50С начинается ранняя вегетация и прирост древесины более значителен, чем при поздней и затяжной весне. С 2007 года происходит постепенный рост весенних температур, что приводит к раннему пробуждению почек у лиственницы, а, следовательно, и к увеличению прироста ранней древесины (Рисунок 4). При этом величина аппроксимации в 0,52 говорит о довольно высокой достоверности полученных результатов.

При высоких средних температурах июля прирост годовых колец у Larixsibirica снижается.

Рисунок 4 – Влияние апрельских среднемесячных температур на величину прироста древесины лиственницы сибирской за период метеонаблюдений с 1948 по 2024 гг. по данным боготольской метеостанции Опытное поле

Большое влияние на начало вегетации оказывает соотношение тепла и влаги в раннее весеннее время. С 2007 года, когда среднемесячные температуры апреля становятся положительными, можно увидеть увеличение ширины древесных колец на фоне среднемесячных осадков выше 30мм (Рисунок 5).

Рисунок 5 - Соотношение тепла и влаги их влияние на величину годового прироста древесных колец лиственницы сибирской

Первичный детрендинг полученных результатов прироста древесины Larix sibirica в программе Arstan позволил убрать возрастные тренды в ширине древесных годовых колец и выделить периоды наиболее благоприятных условий произрастания лиственницы сибирской (Рисунок 6).

Рисунок 6 – Детрендинг годового прироста лиственницы сибирской на территории Ачинско-Боготольской лесостепи

Из полученной диаграммы хорошо видно, что начиная с 2007 года происходит увеличение прироста древесины лиственницы сибирской на фоне увеличения среднегодовых температур, в т.ч. за теплый период в сочетании с увеличением осадков.

Выделяются 7-8 летние циклы увеличения годового прироста Larixsibirica, а так же резкое снижение за периоды с 1968 по 1976 гг. и с 2003 по 2010 гг., что связано с термическим режимом и количеством осадков.

На спилах лиственницы в годы со снижением количества осадков хорошо прослеживаются древесные кольца более темного цвета в связи с небольшой ранней древесиной и увеличением позднего прироста.

Отрицательным моментом в местах произрастания лиственницы сибирской является отсутствие подроста, что, возможно, связано с низкой всхожестью семян в условиях меняющегося климата.

 

Выводы

  1. Сравнение изменчивости годового прироста хвойных деревьев с метеоданными базового периода с 1961 по 1990 годы по метеостанции «Опытное поле» г. Боготола показало зависимость изменения ширины прироста древесных колец от показателей температуры и влажности.

  2. Показано, что раннее наступление среднемесячных температур выше 50С приводит к большему приросту ранней древесины и увеличению ширины древесных колец, что характерно для периода начиная с 2007 года.

  3. Определено, что прирост древесины лиственницы сибирской положительно реагирует на увеличение осадков, особенно коррелирует с запасами снега, что приводит к увеличению влаги в корнеобитаемом слое.

  4. Выделяются 7-8 летние циклы увеличения годового прироста Larixsibirica, а также резкое снижение за периоды с 1968 по 1976 гг. и с 2003 по 2010 гг., что связано с термическим режимом и количеством осадков.

Литература

  1. Бабушкина Е.А Трансформация климатического отклика в радиальном приросте деревьев микроэкологическими условиями их произрастания / Бабушкина Е.А., Кнорре А.А. и др. // География и природные ресурсы. Иркутск, 2011. №1..С.166

  2. Барченков, А.П. Изменчивость морфологических признаков генеративных органов лиственницы сибирской / А.П. Барченков, Л.И. Милютин, А.П. Исаев // Лесоведение – 2007. №2. – С. 65-69.

  3. Барченков, А.П. Климатический отклик радиального прироста видов лиственницы (Larix sp.) в географических культурах на территории Красноярской лесостепи / А. П. Барченков, И. А. Петров, А. С. Шушпанов, А. С. Голюков // Сибирский экологический журнал. 2023. № 5. С. 661–674.

  4. Миронов А.Г. Динамика лесных экосистем юга Средней Сибири в условия меняющегося климата и активизация биотического воздействия / А.Г. Миронов. Красноярск: СибГТУ, 2007- 18с.

  5. Павлов, И Н Динамика лесного фонда на территории Боготольского лесхоза за период 1939-1991 гг / И.Н. Павлов, А Г Миронов // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения - сборник статей по материалам Всероссийской научно-практической конференции, 12-14 мая, 2004 г - Красноярск СибГТУ, 2004 -Т1 - С 283-289

  6. Тишин Д.В. Дендрохронология / Д.В. Тишин, Н.А. Чижикова. – Казань: Казанский университет, 2018. – 34 с.

  7. Шушпанов А. С. Сравнительная реакция прироста лиственницы (Larix sibirica Ledeb.) на изменения климата в лесостепи и высокогорьях Южной Сибири // Сиб. экол. журн. 2018. Т. 25, № 4. С. 438–448.

  8. Фильрозе, Е.М. Дендрохронология и дендроклиматология / Е.М. Фильрозе, Г.М. Гладушко.–Новосибирск: Наука, сиб. отд–ние, 1986.–С. 68–71

  9. Методы дендрохронологии. Часть I. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно–кольцевой информации: Учебно–методическое пособие. Красноярск: КрасГУ, 2000. 80 с.

Просмотров работы: 2