XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Дендроиндикационные исследования в Национальном парке «Бузулукский бор»
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность. В последние десятилетия большое внимание уделяется изучению вопросов трансформации структуры ландшафтной оболочки Земли, вызванной изменением климата. Важной задачей является определение современных климатических тенденций на основе анализа их реконструкций в прошлом. Сложность также заключается в том, что направленность и интенсивность климатических колебаний неодинаково проявляется в разных частях планеты. Чтобы судить о глобальных природных изменениях, необходимо исследовать динамику климата на региональном уровне.
Использование дендроиндикациошюго метода для реконструкций природных обстановок прошлого, в частности, климатического режима является обоснованным и достаточно перспективным. Количественные и качественные характеристики годичных колец деревьев, произрастающих в пессимальных климатических условиях, являются источником информации о произошедших колебаниях климата.
Цель работы – исследование влияния климатических и гидрологических условий на прирост сосны в Национальном парке «Бузулукский бор».
Решаемые задачи:
1)Изучить литературу и картографические данные: найти информацию о географическом положении и особенностях Национального парка «Бузулукский бор».
2)Провести полевые исследования: совершить несколько выездов (экскурсий) на территорию Национального парка для сбора материала.
3) Наполнение данными о дендроиндикационных исследованиях в Национальном парке «Бузулукский бор».
Глава 1. Географическое положение территории исследования
Живописнейшим местом Оренбургской области много веков является Бузулукский бор. Островной массив, преимущественно из соснового леса, расположился на границы Оренбургской и Самарской областей, среди степей Предуралья и Заволжья.
Бор представляет собой огромный лесной остров, имеющий форму треугольника. Посередине протекает река Боровка, впадающая на юге в реку Сакмару. Занимает площадь 86,6 тыс. га (из них 56,6 тыс. на территории Оренбургской области), а с прилежащими пойменными лесами и нагорными дубравами площадь лесного массива составляет 111 тыс. га.
Бор очень компактен: он вытянут по широте на 53, а по долготе на 34 км. Окружная граница его не превышает 200 км. Бузулукский бор расположен в обширной приречной котловине, имеющей глубину 100-150 м. Более 60 тыс. га занимают пески, мощность которых местами достигает 90 м. Отложение песков в котловине бора началось несколько сотен тысяч лет назад, когда до широты Оренбурга доходило древнее Каспийское море. Позднее море отступило далеко к югу, переместились и русла рек, пески обнажились и стали перевеваться ветром. Существование сосны в степных условиях сильно облегчается наличием песков, которые быстрее и полнее других почв поглощают атмосферные осадки и талые воды, сами меньше испаряют воды и большую долю отдают растениям.
Рис. 1. Карта Национального парка «Бузулукский бор»
Глава 2. Рельеф местности
Рельеф местности холмистый.
Основные типы рельефа:
1. Пластово-ярусный сыртово-увалистый тип общесыртовской возвышенности, окаймляющей национальный парк с северо-запада и востока, связанный со слабо-расчлененными увалистыми плосковыпуклыми и выпуклыми водораздельными пространствами с крутизной склонов 3̊-80̊, иногда до 150.
2. Флювиально-эоловая бугристо-волнистая песчаная равнина, занимающая плоскую Боровско-Самарскую котловину, занимающая большую часть национального парка. Выделяются три подтипа: плоскоравнинный песчаный, мелкобугристый песчаный и дюнный.
3. Пойменный тип развит в долине р. Самары, а также в нижнем течении р. Боровки, во время весеннего половодья эта часть долины стабильно заливается водой
Глава 3. Почвы
В геологическом отношении современные отложения подстилают древние породы Сарминской толщи Татарского яруса верхней Перми, представляющие отложения пестрых мергелей с прослойками известняков, известковых пестчанников и конгломератов. В северной и восточной частях мергели залигают неглубоко и покрыты небольшой толщей пестчанных наносов.
Почвообразующие породы отличаются следующими особенностями: легким, как правило, механическим составом, бедностью водорастворимых солей, хорошей водонепроницаемостью, низкой влагоемкостью и хорошей аэрацией. Условия почвообразования изменяются по геоморфологическим признакам.
Прирусловая пойма характерна близостью грунтовых вод (1-2 метра), слабоволнистым или ровным рельефом, ежегодным воздействием реки, в результате чего формируется аллювиальные почвы характерного слоистого строения, бедным гумусом, средним чередованием илистых и песчаных прослоек.
В центральной пойме развиваются пойменные дерново-зернистые почвы, богатые гумусом и имеющие более развитый профиль. По незатопляемым местам развиваются лугово-черноземные почвы, по понижение в условиях избыточного увлажнения - болотистые (перегнойно-болотистые и перегнойно-торфяно-болотные).
На первой надпойменной террасе почвообразование определяет неглубокое залегание грунтовых вод до 3 метров и спокойный рельеф. Здесь присутствуют почвы типа долинных черноземов с хорошо развитым и глубокоокрашенным гумусом профилем и высокогумусированные темно-серые почвы.
На второй надпойменной террасе преобладают серые лесные песчаные и суглинистые почвы, а также их темно-серые разновидности. Глубина грунтовых вод (более 5 метров), рельеф слабо и средневолнист. В небольших западинах сформированы лугово-болотистые или темно-серые средне и сильно подзолистые почвы.
Третья надпойменная терраса с глубиной залегания грунтовых вод (6-8 метров) и слабо или сильно волнистый, преходящий в дюны рельеф.
Почвы на вершинах дюн и дюнных всхолмлений представлены в основном светло-серыми и серымилесными разновидностями в разной степени эрозирование. Ниже по склонам расположены серые лесные почвы, а по котловинным понижениям залегают темно-серые лесные, часто оподзоленные. Материнской породой этих почв является желто-бурый средневзвешенный песок.
Почвы с тяжелыми лесорастительными условиями занимают 14,6% всех лесных земель, на долю наилучших и хороших лесорастительных
условий приходится соответственно 44,7% и 16,0%.
Протяженность наземного транспорта на 1000 га площади без железных дорог, широкой колеи и зимников составляет 19 км, в том числе дорог с твердым покрытием 0,3.
Глава 4. Гидрологические особенности
Подземные воды Бузулукского бора связаны с аллювиальным горизонтом, развитым в долинах Самары, Боровки, Колтубанки. Мощность аллювиального водоносного горизонта составляет от 8-10 до 40 м. это преимущественно безнапорные подземные воды грунтового типа глубиной залегания от 0,5-1,5 м до 8-12 м.
Режим грунтовых вод зависит от годовых осадков, в период таяния снега влага практически полностью поглощается. Грунтовые воды имеют слабую минерализацию, преобладающий тип вод гидрокарбонатный кальциево-магниевый. Содержание железа и марганца в 5-6 раз превышает санитарные нормы, предъявляемые к питьевой воде.
Подземные воды в окрестностях Бузулукского бора связаны с верхнепермскими отложениями и содержат повышенное содержание марганца, хрома, бора, никеля. Это указывает на необходимость осуществления гидроэкологического мониторинга.
Гидрографическую сеть Бузулукского бора и его окрестностей образует р. Самара с притоком Боровкой и притоком Кутулук р. Большой Кинель.
Река Самара протекает в южной части бора. В этих пределах для нее характерны широкая пойма (от 2 до 7 км), извилистое русло с преобладающими глубинами 1,2-1,8 м и отдельными плесами глубиной до 3,5 м. пойма изобилует озерами-старицами.
Основной водной артерией, пересекающей бор, является р. Боровка. На Бузулукский бор приходится 53,3 км ее длины. Русло песчаное, берега образуют обрывы высокой поймы, реже первой и второй надпойменных террас с навеянными древними дюнами.
Основным притоком р. Боровки в пределах бора является ручей Черталык, берущий начало у подножий степных сыртов на Боровско-Кутулукском междуречье. В пределах бора р. Боровка принимает справа приток в виде ручьев Ключ, Сусарка, Холодный, Сидоркин и Карачев Муштай, Холерный, Мазанка. Некоторые из них впадают в пойменные озера. Слева в нее впадает ручей Лебяжий и Студенка. По восточной окраине бора протекает р. Колтубань.
Озерно-болотные урочища. На территории бора сформировалась сложная система озерно-болотных урочищ различного происхождения. С учетом их генезиса можно выделить следующие типы:
1. Пойменные озера-старицы и ерики-реликты древних элементов современных русловых процессов в пределах днища долин рек Самары и Боровки.
2. Подпорные запруды и пруды на ручьях и малых реках.
3. Дюны запруды на древних водотоках,
4. Котловинные озера и болота.
5. Бобровые плотины.
Пойменные озера-старицы и ерики. наиболее крупным является оз. Потапово, пополняемое р. Колтубанкой, а также Ветельное, Ларинское, Подгорное, Глубокое, Трехлапное, Осиновое, Черепаново, Солуяново, Березовое. Все они расположены в правобережной части поймы р. Самары, ниже впадения Боровки. В пойме Боровки наиболее крупные озера-старицы расположены у п. Заповедного, а также оз. Слезинка, Птичье, Черталыкская и Державинская старицы ниже кордона Гремячей.
Подпорные запруды и пруды на ручьях и малых реках. На территории бора была создана целая система запруд для оборудования водозаборов противопожарного значения. На притоках Боровки были устроены запруды в низовьях Карачева и Сидоркина, Муштая, на ручьях Холодном, Сусарка, Ключ. Еще несколько плотин имелось в глубине бора на временных водотоках, соединяющих озерно-болотные впадины или для поддержания повышенного уровня на самих водоемах ( плотина на Кочкарном болоте, оз. Чистеньком и др.).
Дюнные и котловинные озера - сгруппированы в семь озерно-болотных систем. На левобережье реки Боровки:
- Лебяжинская группа озер и болот, в которую, входят оз. Лебяжье и оз. Кочкарное.
- озерно-болотная группа урочища «Светлейшего», в которое входят озера Чистенькое, Светлейшее, Волчье, Гатнушка.
- Елшанская группа озер и болот, расположенная на междуречье Боровки и Гатной. Здесь расположено урочище Ольхи.
В северо-западной части бора можно выделить две группы озерно-болотных урочищ:
- озерно-болотная система «Лосиная пристань», в которую, кроме болота «Лосиная пристань», входят не менее 35 озерных впадин, из них наиболее крупная - оз. Лебяжье;
- урочище «Озерное», объединяющее около 40 озерков и болот округлой формы, диаметром от 80 до 200 м.
Еще одна система озер и болот - Березово-Моховая, расположена по обе стороны железной дороги между пос. Колтубановским и поселком бывшего Рогачевского лесничества. Здесь находится урочище Березовое, занятое ольхово-березовыми топями и торфяниками. К югу от железной дороги, тянется глубокая впадина Моховых болот.
-озерно-болотная система на правобережных террасах Самары, ниже устья р. Колтубанки. Здесь находится торфяное болото Побочное, периодически заливаемая котловина оз. Гнилые караси и другие озерно-болотные урочища.
Особо следует отметить оз. Моховое, в которое впадает ручей Ключ. Оно расположено в 1-1,5 км на левобережье Черталыка и почти никогда не пересыхает.
Глава 5. Флора
Доминирующей породой Бузулукского бора является сосна обыкновенная. Бор почти со всех сторон окаймлён полосой лиственного леса, граничащего с безлесной степью.
В лесном массиве в настоящее время сосной занято около 40% площадей, дубом - 21%, клёном, липой и ольхой - 11%, берёзой, осиной и другими мелколиственными породами - примерно 28%. Согласно В. Н. Сукачеву, сосновые леса Бузулукского бора представлены 17 типами, входящими в четыре группы:
а) лишайниковые сосняки (Pineta cladinosa),
б) мшистые сосняки (Pineta pseudoherbosa),
в) ложно-травяные сосняки (Pineta pseudoherbosa),
г) сложные боры (Pineta composite).
По данным А. И. Климентьева, в Бузулукском бору выявлено и описано, за исключением водорослей, более 800 видов растений.
Во флоре бора обнаружено 36 редких, эндемичных, находящихся под охраной видов растений. Как свидетельствует Н. О. Кин: «…на территории Бузулукского бора встречается 679 видов сосудистых растений, относящихся к 353 родам, 96 семействам».
Рисунок 2. Сосна обыкновенная в Бузулукском бору
Глава 6. Дендроиндикационные исследования в Национальном парке «Бузулукский бор»
Изучение закономерностей в формировании различных циклов в древесном приросте и метеорологических данных за длительный период позволяет получить научные основы изменения естественных условий растительной среды и прогнозирования роста насаждений, а также лесообразовательных процессов в лесах. Исследования по вопросам влияния климатических и гидрологических условий на прирост сосны в Бузулукском бору еще в 1904 г. А. П. Тольским, затем В. И. Рутковским, В. Е., Рудаковым, А. С. Лисеевым. В. Е. Рудаков продолжил исследования В. И. Рутковского по зависимости уровня грунтовых вод от осадков в Бузулукском бору. Однако этими исследованиями не установлена цикличность в радиальном приросте и его связь с климатическими факторами, которые бы позволили дать возможный, хотя бы укрупненный прогноз этим закономерностям, в решении вопросов по дифференцированной системе ведения лесного хозяйства.
Например, В. И. Рутковский выявил зависимость влияния осадков на уровень грунтовых вод. В. Е. Рудаковым изучено влияние колебаний климата на годичный прирост по диаметру и дана количественная зависимость этого прироста от осадков и суммы температур воздуха. А. С. Лисеев рассматривал влияние климатических факторов на прирост по диаметру и объему сосны в различных местоположениях Бузулукского бора. Исследования были посвящены изучению связи между элементами климата и приростом сосны по диаметру. Для изучения влияния температуры воздуха на прироста сосны он рекомендует брать короткие промежутки времени - месяц и менее. В целом на прирост деревьев осадки вегетационного периода влияют в большей мере, чем за зиму или в целом за год. Весьма перспективным является изучение цикличности радиального прироста древесных пород для целей прогноза климатических составляющих, которые изложены в работах С. Г. Шиятова, В. С. Мазепы и других исследователей. В этой связи нами была поставлена задача – изучить цикличность радиального проста сосны, определить связи его с основными климатическими характеристиками и создать базу данных для их прогноза в решении задач воспроизводства сосняков и ведения хозяйства в Бузулукском бору.
Для этих целей в свежих типах леса были взяты спилы (на 1,3 м) у 11 деревьев в естественных и 4-х деревьев в искусственных сосняках с возрастом 90-170 лет. Замеры радиального прироста и расчет индексов приведены по методике С. Г. Шиятова. Сводка результатов расчета приведена в табл. 1.
|
|
|
|
Таблица 1. Индексы радиального прироста, %
Полученная информация об индексах радиального прироста сравнивалась с метеоданными Боровой ЛОС им. А. П. Тольского с 1906 г. сначала графически, а затем проводился корреляционный анализ. В качестве основных показателей были взяты осадки, температура и относительная влажность воздуха. Поскольку эти показатели значительно меняются по сезонам года и в пределах них еще и по месяцам, то в задачу исследований входило определение не только более информативных признаков, влияющих на прирост сосны, но и этих показателей по срокам наблюдений. Результаты такого анализа приведены в табл. 2.
|
Периоды |
Осадки,мм |
Температура воздуха, С° |
Влажность воздуха, % |
Количество пожаров,шт |
|
Покаждомумесяцу |
||||
|
Апрель |
0,06 ±0,10 |
0,02±0,10 |
0,07±0,19 |
-0,53±0,12 |
|
Май |
0,32 ±0,09 |
-0,32±0,09 |
0,63 ±0,15 |
-0,42±0,13 |
|
Июнь |
0,32 ±0,09 |
-0,38±0,09 |
0,52 ±0,16 |
-0,31±0,14 |
|
Июль |
0,25 ±0,10 |
-0,31±0,09 |
0,39 ±0,17 |
-0,38±0,14 |
|
Август |
0,15 ±0,10 |
-0,23±0,10 |
0,39 ±0,17 |
-0,38±0,14 |
|
Сентябрь |
-0,01 |
0,07±0,10 |
0,22 ±0,18 |
-0,49±0,13 |
|
Суммарнопомесяцам |
||||
|
Май-июнь |
0,41 ±0,085 |
-0,44±0,08 |
0,68 ±0,14 |
-0,47±0,13 |
|
Май-июль |
0,45 ±0,081 |
-0,50±0,08 |
0,66 ±0,14 |
-0,52±0,13 |
|
Май-август |
0,47 ±0,080 |
-0,52±0,07 |
0,67 ±0,14 |
-0,54±0,12 |
|
Загод |
0,51 ±0,08 |
-0,008 |
0,56 ±0,16 |
-0,52±0,13 |
Таблица 2. Коэффициенты корреляции между индексами прироста и исследуемыми показателями
Рассматривая эти данные раздельно по месяцам, можно констатировать, что влияние осадков, температуры и влажности воздуха за апрель и сентябрь на величину радиального прироста не оказывают. При дифференцированном анализе наибольший коэффициент корреляции между исследуемыми метеорологическими показателями получен при использовании данных раздельно за май, июнь, июль. При этом радиальный прирост сосны, судя по коэффициентам корреляции, в большей степени зависит от влажности воздуха в мае–июне (по тесноте связь умеренная).
Исходя из анализа, проведены расчеты коэффициентов корреляции между суммой осадков, суммой средних значений температуры и влажности воздуха по месяцам (табл. 2). Как видно, уровень связи повысился от умеренной до значительной. В этом варианте теснота связи между относительной влажностью и радиальным приростом также выше, чем при использовании осадков и температуры воздуха. Это можно объяснить, что влажность воздуха является производной величиной, обусловленной осадками и температурой воздуха.
Величины индексов прироста в некоторой степени отражают количество пожаров за пожароопасный период. Теснота связи между количеством пожаров и индексами прироста меняется по месяцам. Наибольший коэффициент корреляции между этими показателями получен по маю (0,53) и по данным за май-июнь. Однако это предложение не дает возможности прогнозировать количество пожаров за сезон. Поэтому лучше принять связь количества пожаров за год.
Если принять данные по метеоданным за весь вегетационный период (июль-сентябрь), то уровень связи их с индексами прироста снижается (крайне низкая информативность апреля и сентября).
В первом приближении по сглаженным графически индексам прироста можно выделить следующие влажные фазы, которые характеризуются усиленным ростом деревьев по диаметру, который наблюдался в 1831-1838, 1843-1847, 1851-1860, 1867-1877, 1883-1886, 1897-1907, 1908-1923, 1927-1931, 1941-1956, 1961-1967, 1981-1995, 2001-2003. Угнетение прироста, соответствующее сухим климатическим фазам, было в 1839–1842, 1848–1850, 1861–1866, 1878– 1882, 1887–1896, 1924–1926, 1932–1940, 1957– 1960, 1968–1980, 1996–2000. Фазы усиленного роста имеют период в среднем 8,3 года, а с угнетенным приростом - 5,3 года. В целом за весь исследуемый период эти колебания составляют в среднем 7 лет. Границы фаз в дальнейшем будут определены на основе более детального анализа материала по динамике прироста сосняков Бузулукского бора.
Выводы
-
Были изучены литературные и картографические источники, что позволило получить представление о географическом положении и ключевых особенностях Национального парка «Бузулукский бор».
-
В ходе серии запланированных экскурсий на территорию Национального парка «Бузулукский бор» был собран полевой материал, включающий данные о современном состоянии фитоценоза и его биоразнообразия.
-
Собранные в ходе полевых работ сведения показали, что влияние осадков, температуры и влажности воздуха за апрель и сентябрь на величину радиального прироста не оказывают.
Список использованных источников
1. Милякова Е. А., Шеин Е. В., Русанов А. М. Бузулукский бор как фактор биоразнообразия естественной растительности примыкающих к нему территорий // Проблемы геоэкологии Южного Урала. Оренбург, 2005. С. 97-102.
2. Баранкин В. А. Плата за рекреационные услуги // Бугурусланская правда. 2009г.
3. Русанов А. М. Растительный покров и почвы северной степи Высокого Заволжья // Вестн. Оренбургского гос. ун-та, 2006. № 1. С. 30-35.
4. Русанов А. М., Поляков Д. Г., Воропаев С. Б. Влияние Бузулукского бора на некоторые показатели биогеоценозов сопредельных территорий // Стратегия природопользования и сохранения биоразнообразия в XXI веке. Оренбург, 2004. С. 115-117.
5. «Географический атлас Оренбургской области». - М.: Издательство ДИК, 1999. - 96 с.: с ил., карт. - С. 65.
6. Чудилина Г. И. 150 лет Самарской губернии (цифры и факты). Статистический сборник. Самара, Самарский дом печати. 2000. 408 с.
7. Годнева Е. Д. Бузулукский бор. Обзор. М., Изд-во Госкомитета лесного хозяйства Совета Министров СССР. 1974. 66 с.
8. Лисеев А. С. Влияние осадков на прирост сосны // Лесоведение. - 1969. - №4. - С.18-25.
9. Лисеев А. С. Влияние климатических факторов на динамику при роста сосны в различных лесорастительных условиях Бузулукского бора // Дендроклиматохронолгоия и радиоуглерод: Сб. н.т. - Каунас: Ин-т ботаники АН ЛитССР, 1972. - С.42-48.
10. Мазепа В. С. Использование спектрального представления и
линейной фильтрации стационарных последовательностей при анализе цикличности в дендрохронологических рядах. - Новосибирск: Наука, 1986. - С.49-68.
11. Рутковский В. И. Влияние динамики климатических и гидрологических условий на лесные культуры. Бузулукский бор. - Т.IV. - МЛ.: Гослесбумиздат, 1950. - 144 с.
12. Рудаков В. Е. Зависимость уровня грунтовых вод от осадков в Бузулукском бору // Лесоведение. - № 2. - 1972. - С.79-80.
13. Тольский А. П. Метеорологические условия Бузулукского бора // Труды Государственного научно-исследовательского института лесного хозяйства. Вып. ХIII, 1931.