IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ИССЛЕДОВАНИЕ ВИДА ДУБ ЧЕРЕШЧАТЫЙ (QUERCUS ROBUR) В РАЙОНЕ «ЗЕЛЁНАЯ РОЩА» ГОРОДА УФА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ БЕЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Волков Н.В. 1

---

1

Хасанова А.Я. 1

---

1

Работа в формате PDF

9.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

1.1. Выбор и актуальность темы исследования

Большойстарыйдуб – самое приметное дерево леса, он огромен, привлекает к себе больше внимание, чем другие деревья. Он старше всех в лесу, старше людей, зверей, птиц – поэтому его нужно исследовать, беречь и защищать. Наше исследование связано с несколькими причинами…

Во-первых, около гимназии, в которой я учусь, расположен огромный старый дуб. Как-то раз мы с друзьями вчетвером не смогли его обхватить. Поэтому я задумался: «А сколько же ему лет, наверное, он очень древний?». Во время прогулок в районе улиц Менделеева и Генерала Горбатова, по лесу и уфимским паркам в районе «Зелёная Роща» я увидел несколько больших старых дубов с огромными ветвями. Из окон нашей квартиры видны три таких дуба, которые возвышаются над лесом. В других районах города Уфа я не видел деревьев с более толстыми стволами. Обычно все деревья намного тоньше и меньше, чем дубы из нашего района. Когда мы смотрели на большие дубы, у меня всегда возникало желание узнать их возраст, провести научное исследование. Мы узнавали у взрослых, искали в Интернете и в библиотеке, но нигде не обнаружили информацию о возрасте этих дубов.

Во-вторых, я родился в Уфе, но несколько лет наша семья прожила в Западной Сибири - в Ханты-Мансийском автономном округе-Югре. Там нет дубов, и я не видел их, когда мы много раз ехали на автомобиле и останавливались по дороге на пути в Уфу. Потом я узнал, что Уфа и Республика Башкортостан – самый восточный край обитания дубов. Это очень красивые деревья и мне хотелось бы изучить ареал распространения на примере самых старых дубов нашего района. У нас в Уфе бывают сильные морозы зимой, а летом очень жарко. В горах Урала и в Сибири морозы ёще сильнее, наверное, поэтому дубы не растут за Уральскими горами - в Сибири. Поэтому я хотел бы сам изучить этот вопрос.

В-третьих, мы видим, как много строят в Уфе домов. В нашем лесном районе с красивым названием «Зелёная Роща» каждый год появляются новые дома. С каждым годом дома строят всё и выше, и выше! Очень страшно смотреть, как рядом с домами вырубают лес. Оставляют только одинокие деревья среди асфальта и бетона. Кажется, что срубают больше деревьев, чем сажают! Я не видел рядом с самыми крупными и старыми дубами и другими деревьями таблички «Памятник природы. Охраняется государством».

Деревья и лес – это чистый воздух и кислород, благодаря которому живут люди, звери и птицы. Дубы – очень красивые и полезные деревья, которые очищают грязный воздух. Нужно чтобы они жили долго и радовали всех. Чтобы старые дубы не срубили люди, их нужно взять на учёт, определить их точное положение, возраст, описание.

Нужно охранять дубы, раз в месяц их проверять, наблюдать, как они растут. Мне хотелось бы написать научную работу, определить места расположения крупных дубов в нашем районе. Я хотел бы определить угрозы для дубов, написать предложения по защите экологии старых деревьев.

В-четвёртых, я узнал о Всероссийской научной и экологической программе «Деревья – памятники живой природы», действующей с 2010 года. В реестре программы «уникальные старовозрастные деревья» из 61 региона России, нет ни одного дерева из Уфы и Республики Башкортостан (см. рис. 1), но есть деревья из соседних регионов.В Национальном реестре уникальных, старовозрастных деревьев этой программы всего 2 дерева из республики (чёрный тополь и ива), но нет дубов и деревьев из Уфы.

Рис. 1 Карта «Деревья – памятники живой природы» Всероссийской научной и экологической программы (www.rosdrevo.ru) (выделены зелёным цветом).

Для отправки заявки и включения самых старых дубов из г. Уфы в реестр Всероссийский программы, мне нужно провести научное исследование и определить возраст деревьев.

В-пятых, в районе «Зелёная Роща», в котором я живу, были обнаружены древние поселения возрастом больше 2 000 лет. В нашем районе также растут самые крупные дубы, которые я видел в Уфе. Мы хотели бы ответить на вопрос: «Есть ли среди дубов нашего района деревья-ровесники Уфы, основанной в 1574 году?».

Очень хотелось самому найти информацию, замерить деревья, определить возраст древних дубов. Интересно изучить все методы исследования возраста деревьев, и выбрать только те, что не принесут вреда дереву; возможно, придумать новые способы.

Выбранная тема очень актуальна и имеет практическое значение:

для биологии и дендрологии

для экологии и охраны окружающей среды

для истории и этнографии

для образования детей и учащихся

для информирования взрослых

для развития туризма

для патриотизма жителей Уфы и Башкортостана

для моего личного развития

Всё вышеизложенное определило актуальность и выбор темы исследования: «Исследование вида дуб черешчатый (Quercus robur) в районе «Зелёная Роща» города Уфа с использованием дендрохронологических методов без экологического риска».

1.2. Цель исследовательской работы (проекта)

Определение научных данных по возрасту, точному расположению и экологическому состоянию самых старых деревьев вида Дуб черешчатый (Quercus robur) на территории района «Зелёная Роща» города Уфа с использованием нескольких методов исследования без экологического риска.

Гипотеза нашего исследования:

«В ходе исследования планировалось самостоятельно найти и изучить наиболее крупные деревья дуба с определением размеров (окружность, диаметр ствола), точного месторасположения, описанием экологического состояния деревьев. Не принося вред деревьям определить их возраст с помощью специальных методик исследования».

Задачи исследования:

Анализ биологии, ареала распространения и экологического состояния вида дуб черешчатый.

Проведение самостоятельных полевых исследований для самостоятельного получения данных наиболее крупных деревьев дуба в районе исследования:

Данные по размерам (окружность, диаметр ствола)

Геоданные месторасположения (участок территории, широта, долгота

Данные об экологическом состоянии. Фото.

Анализ методов исследования возраста деревьев.

Проведение самостоятельного исследования возраста деревьев дуба с помощью нескольких дендрохронологических методов исследования без экологического риска для деревьев.

Формирование выводов и предложений.

Объект исследования: популяция вида дуб черешчатый (Quercus robur). Район исследования: район «Зелёная Роща» города Уфа.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Анализ биологии вида дуб черешчатый (Quercusrobur)

Общая информация.

Дуб обыкновенный, летний (Quercus robur), название «черешчатый» этот вид получил за длинные плодоножки, отличающие его от других видов дубов. «Светолюбив, не переносит верхушечное затенение. Проростки и молодые дубки наоборот тенелюбивы, а по мере роста становятся светолюбивыми. По мере роста в 50-60 лет дубы начинают сильно затенять друг друга, происходит естественное прореживание. Только одинокие деревья растут мощными раскидистыми великанами. Еще дуб устойчив к засухе благодаря глубоким корням.

Рис. 2 Дуб черешчатый — Quercus robur

Любит влажную почву, но не переувлажненную. Так же дуб может повреждаться различными вредителями, таким как грибы, бактерии, насекомые. Старые деревья имеют толстую кору, которая защищает их от лесных пожаров.» [12]

Возраст дуба

«Продолжительность жизни деревьев весьма различна. Некоторые породы (секвойя, баобаб) доживают до 4—5 тыс. лет. Тис ягодный, платаны доживают до 3—4 тыс. лет, кипарис вечнозеленый до 2—3 тыс. лет, каштан настоящий, можжевельник обыкновенный, кедр сибирский, дуб летний — до 2 тыс. лет, лиственница, сосна — до 500—600 лет, ель обыкновенная, дуб красный, тополя белый и черный — до 300—400 лет» [1].

«Рост дерева в толщину или по диаметру продолжается в течение всей жизни; в результате чего ежегодно образуются так называемые годичные слои (кольца), по которым можно у большинства видов подсчитать возраст дерева… У некоторых лиственных пород годичные кольца простым глазом почти не видны и определение возраста дерева по ним затруднительно» [1].

«Возраст деревьев можно определять разными способами. Точный способ заключается в счёте годичных колец на сечении ствола у его основания, но для этого дерево надо срубить. ….Годичные слои можно сосчитать и не срубая дерева, а высверливая в стволе до сердцевины (специальным полым буравом) цилиндрик древесины толщиною в карандаш, на котором и производится подсчёт годичных слоев»[2].

Выводы:Возраст дуба может достигать многих сотен лет. Можно определять возраст дерева разными способами, в том числе с минимальным экологическим риском, не причиняя большого вреда дереву.

«Высота дерева различна у разных древесных пород и колеблется от нескольких до многих десятков метров, а в отдельных случаях доходит до, 120 м и более (…секвойя вечнозеленая, секвойя дендрон гигантский Северной Америки, австралийские эвкалипты). Деревья наших лесов не достигают таких размеров, однако многие из них вырастают до 40—50 м и более… Лиственница европейская и сосна обыкновенная имеют высоту до 54 м, дуб летний 40—50 м. Такие породы, как береза, осина, липа, вяз, ильм, клен остролистный и др., редко превышают 25—35 м». [1]

Влияние внешних факторов: климат, почвы, место расположения.

«Оптимальные условия существования вида имеются в центральной части ареала и менее благоприятные — на его окраинах». [1]

«На севере, а также на плохих почвах прирост в толщину происходит медленнее, нежели на юге и на хороших почвах. ….Засухи задерживают прирост деревьев в толщину; обилие осадков его ускоряет».[2]

«Дуб хорошо переносит зиму в средней полосе страны. Но в особенно суровые зимы он все же страдает от мороза. На стволах дубов вы, вероятно, видели длинную сильно выступающую складку, которая идет сверху вниз на значительном протяжении. Это - след зажившей раны, глубокой трещины в стволе. Такие трещины появляются в середине зимы во время сильных морозов. Их называют морозобоинами. Растрескивание древесины от мороза происходит мгновенно и сопровождается громким звуком, напоминающим выстрел из ружья. Глубокая рана на дереве долго не заживает. Края ее сильно вздуваются, набухают. Когда эта рана, наконец, зарастает, на стволе остается "шрам". Такой нарост, конечно, очень портит древесину и уродует дерево. Дубы с морозобойными наплывами - самое обычное явление в северных областях. В более южных районах морозобоины образуются редко» [4].

«В различных районах нашей страны дуб растет по-разному. Прямоствольный великан, высотой более 30 м - таким мы видим его в дубравах лесостепи, например в Воронежской области. По-иному выглядит дуб под Москвой. Здесь он довольно корявый и невысокий - не более 22-23 м - и годится большей частью только на дрова. Еще севернее, например, в Вологодской области, дуб растет в виде приземистого деревца или даже кустарника» [5].

«Дуб: это дерево - олицетворение мощи, крепости, силы. Особенно могучи одиночные старые дубы, растущие где-нибудь среди луга… В лесу дуб выглядит совершенно иначе. Здесь он высокий, с узкой, сжатой с боков кроной, которая никогда не спускается до земли, а наоборот, расположена на довольно большой высоте. Ствол такого дерева более или менее прямой. Все это - следствие конкуренции за свет, которая проявляется между деревьями в лесу тем сильнее, чем ближе стоят они друг к другу» [5].

Выводы:На рост и возраст деревьев дуба влияет почвы, климат, место расположения дерева. Мягкий климат, обилие осадков, хорошие почвы, западные и южные регионы благоприятны для роста дуба. Морозы, засуха, бедные почвы, северные и восточные регионы менее благоприятны.

«Область распространения, занимаемая видом растения в данное время, называется его ареалом. Ареалы на карте изображаются путём соединения линией крайних пунктов распространения растения. Такая линия называется границей распространения вида, а площадь, заключенная этой линией, и будет ареал. В качестве примера можно привести ареал дуба летнего в европейской части. Граница распространения дуба летнего проходит от Ленинграда через Вологду, Киров, Уфу, Оренбург, Уральск, Энгельс, Волгоград, Ростов. Территория, заключенная в эту границу, и будет ареалом дуба в России» [6].

«В диком состоянии дуб растёт на большой территории - от Ленинграда на севере, от государственной границы на западе до Урала. Область его естественного распространения имеет форму широкого клина, направленного с запада на восток.

Тупой конец этого клина упирается в Урал в районе Уфы. На всей этой огромной территории дуб далеко не всюду образует леса. …дубовые леса имеют гораздо меньшее распространение, чем сам дуб. Эти леса мы находим только в наиболее благоприятных для дуба почвенно-климатических условиях. В доисторические времена дубовых лесов было значительно больше, чем сейчас, но и тогда они встречались далеко не всюду, где способен расти дуб. Это общее правило в растительном мире... В пределах области естественного распространения (ареала) какого-либо растения оно отнюдь не везде растет массово» [5].

Рис.4 Ареалы основных видов дуба в России и странах бывшего СССР [7]

«Дуб черешчатый занимает всю западную Европу и значительную территорию европейской части СССР. Его северная граница проходит несколько севернее Ленинграда, к Тихвину, южнее Вологды, через Киров, южнее Перми, на Уфу, до Оренбурга. В пределах ареала распространён неравномерно, по периферии, встречается островами» [6].

«Широколиственные леса заметную роль играют лишь на западном склоне Южного Урала. Они занимают примерно 4—5 % площади лесного Урала. В них доминируют дуб, липа, остролистный клен. За исключением липы, эти породы не заходят на восток дальше Урала, но совпадение восточной границы их распространения с Уралом — явление случайное: продвижению в Сибирь этих пород препятствуют не сильно разрушенные Уральские горы, а сибирский континентальный климат» [3].

«К почве дуб требователен, теплолюбив, поэтому на севере не заходит за пределы Ленинградской, Вологодской, Кировской областей, а на востоке – Башкирской АССР». [8]

Выводы: Учёные делают выводы о том, что восточнее города Уфа находится граница ареала распространения Дуба черешчатый (Quercus robur), но нет единого точного определения этой границы у разных авторов. В книгах о деревьях и дендрологии информация о восточной границе ареала распространения дуба сильно различается (см. рис. 5-7).

По более современным данным, предоставленным во время встречи с С.Е. Кучеровым, к.б.н., учёным-дендрохронологом из Уфимского ботанического сада-института: «Дуб черешчатый распространён в европейской части страны, доходя на северо-западе до 61 градуса северной широты, на востоке северный предел его распространения постепенно опускается к югу и, подходя к Уралу, понижается до 52 градуса и чуть южнее. Восточный предел распространения дуба – Урал. Самая южная граница – хребет Дзяу-Тюбе Шайтан-Тау, находящийся в границах Башкортостана и Оренбургской области. За Уралом дуба нет. Он совершенно отсутствует в Сибири».

Рис.5 Ареал дуба черешчатого [6] Рис.6 Ареалы дуба [1]

2.3. Экологическое состояние дуба черешчатого в настоящее время

«Изменения в почвах и растительности, связанные с деятельностью человека. На значительной части территории Русская (Восточно-Европейская) равнина давно заселена. Почвы и растительность ее под влиянием деятельности человека утратили первоначальный облик. Наиболее сильно оказались измененными леса...

«Дубовые леса были широко распространены в древней Руси. Однако теперь дубовых лесов осталось мало. Основная масса наших дубрав давно уничтожена. Дело в том, что эти леса занимают очень благоприятные для земледелия почвы - достаточно влажные, хорошо дренированные, богатые питательными веществами. Поэтому, когда нашим предкам нужны были пахотные земли, они в первую очередь вырубали именно дубовые леса».[5]

Уже в начале XX века, почти 100 лет назад, было резкое снижение лесов в западной части Республики Башкортостан и около Уфы (см. рис 8).

Рис.8. Карта лесов Европейской части России, 1926г.

2.4. Анализ информации из других открытых источников

Для поиска необходимой информации проведены встречи со специалистами организаций, работающих в сфере леса:

Лаборатория дендрологии, лесной селекции и интродукции древесных растений (Уфимский ботанический сад-институт уфимского научного центра Российской академии наук)

ГАУ РБ «Уфимский лесхоз»

МУП «Горзеленоз» г.Уфы

«Музей леса (г.Уфа)

Центр защиты леса РБ

Национальная библиотека РБ (отдел редких книг)

2.5. Выводы о состоянии и степени изученности темы исследований.

Тема дуба черешчатого в целом изучена достаточно хорошо, но существуют разночтения между учёными об ареале распространения дуба в Республике Башкортостан. Подробные исследования всех крупных старых деревьев дуба в районе «Зелёная Роща» г. Уфа не проводились. Научных данных по всем наиболее крупным старым деревьям нет, учёными проводились выборочные исследования нескольких крупных дубов из исследуемого района. Существует необходимость проведения данного научного исследования.

3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Период и объём исследований.

Период проведения исследования и выполнения научной работы:

1 сентября – 26 ноября 2017г.

Данный период выбран в связи с более лёгким поиском крупных деревьев дуба и доступом к деревьям осенью (нет листвы, травы, снега, клещей).

В ходе исследования использовано следующее оборудование:

Рулетка длиной 5 метров.

Смартфон Lenovo А5000 с GPS-навигацией

Фотоаппарат Nikon Coolpix 340

Увеличительное стекло

Микроскоп

Объём исследования: самостоятельно получены и подробно исследованы данные по 46 наиболее крупным, старым деревьям вида дуб черешчатый (Quercus robur). В целом визуально исследованы несколько сотен деревьев дуба с целью выбора наиболее крупных, старых деревьев. Исследования проведены на территории несколько квадратных километров в районе «Зелёная Роща» г. Уфа

3.2. Анализ известных методик исследования

Для изучения и выбора методик исследования возраста деревьев необходимо провести анализ известных дендрохронологических методик. Дендрохронология – это наука исследования деревьев, изучения годичных колец древесины, климата, датирования событий, природных явлений. Дендрохронология позволяет:

определить возраст деревьев

провести дендроклиматические исследования, историческое исследование климата, реконструкцию климата прошлого

анализ гидрологии (стока воды крупных рек)

получение данных по глобальному изменению климата и экологии

получить датировку природных катастроф: извержений вулканов, землетрясений, цунами

получить датировку прошлых пожаров, засух и как результат – миграций людей

Для изучения общепринятых дендрохронологических методик проведена встреча со старшим научным сотрудником Лаборатории дендрологии, лесной селекции и интродукции древесных растений Уфимского ботанического сада-института Уфимского научного центра Российской академии наук, к.б.н. С.Е. Кучеровым (см. ниже пп. 3.2.1-3.2.4).

По словам учёного обычно применяют следующие четыре методики дендрохронологических исследований:

3.2.1. Метод подсчёта годичных колец на сечении ствола.

«Для того, чтобы определить точный возраст необходимо спилить дерево, выкорчевать пень, сделать продольный раскол пня по сердцевине и начать отсчёт от самого первого слоя (кольца), образовавшегося в первый год жизни дерева. Спиливать деревья - негуманный метод, приносящий вред природе, поэтому он может применяться только при исследовании погибших деревьев. Более того, у некоторых деревьев (например, у дуба) ствол, который мы видим сегодня, мог начать расти из живой почки на пне давно срубленного дерева. Корни дуба, который мы видим сегодня, могут быть гораздо старше».

3.2.2. Метод получения керна (пробы, образца) дерева

«Для определения возраста живых деревьев применяют гораздо более безболезненный для дерева метод: взятие керна (образца) древесины специальным инструментом - возрастным буравом. Это прочная и упругая трубка из стали, пустая внутри, с очень острым концом и винтовой нарезкой. Возрастной бурав вворачивают в дерево с помощью рукоятки. При проведении исследования очень сложно попасть в центр дерева, поэтому потом экспертно добавляют количество недостающих слоёв до центра.

После измерений ширины годичных слоев у взятых образцов, исследователи получают ряды прироста, в которых каждому значению прироста соответствует определённый год. Последний год в этих рядах – это год взятия образца, предпоследний – предыдущий год и так далее до самого первого (центрального) слоя. Длина рядов, полученных по этим измерениям близка к возрасту деревьев».

3.2.3. Метод перекрестной датировки

«Учёные научились «строить» более длительные ряды прироста, благодаря образцам, взятым из давно срубленных или погибших деревьев, сохранившихся как на поверхности земли, так и погребённых под ее поверхностью (в болотах, в речных отложениях). Для продления вглубь времени рядов прироста применяется метод перекрёстной датировки. Он основан на том, что динамика прироста деревьев, произрастающих на каком-то участке земной поверхности очень сходна, и отличается от динамики прироста деревьев, растущих в других местах. Последовательность прироста для каждого места уникальна. Сравнивая ряды прироста годичных колец от различных живых и старых деревьев, с рядами прироста образцов из погибших деревьев (пни, лежащие на поверхности деревья, древесина из старых построек в этой местности, древесина в земных отложениях, в водоёмах (древесина затонувших кораблей на морском и речном дне), находят участки совпадения прироста длиной в 30-50 лет. Накладывая друг на друга совпадающие участки, эти ряды «склеивают», и таким образом, образуется удлиненный в прошлое временной ряд. Для различных частей Земли получены ряды прироста (хронологии) за последние 7-10 тысяч лет».

3.2.4. Метод сравнительной оценки с помощью таблиц хода роста

«Возраст живого дерева определяется экспертным путём, исходя из сравнения диаметра живого дерева с научными данными таблиц хода роста аналогичных деревьев в данном регионе». Данные приблизительные, т.к. район исследования может отличаться от общих условий региона.

Помимо четырёх вышеуказанных методов мной самостоятельно обнаружена информация о трёх методах исследований:

3.2.5. Метод отношения диаметра дерева к среднегодовому приросту

Данный метод применяется в Северной Америке, например в Департаменте природных ресурсов штата Мичиган (США):

«Разделите диаметр ствола на средний годовой прирост в диаметре. По мере роста дерева, толщина его ствола с каждым годом увеличивается. Зная средний годичный прирост дерева этого вида в вашей местности, вы можете разделить на него диаметр ствола для определения примерного возраста дерева. Среднегодовой прирост зависит от вида дерева и местных условий.

Измерьте окружность ствола в сантиметрах. Измеряйте ствол на уровне 1,3 м от земли.

Вычислите диаметр ствола (разделив окружность на число Пи).

Разделите диаметр на средний годовой прирост. Так вы получите примерный возраст дерева. Вы можете уточнить информацию о среднем годовом приросте нужного вида дерева либо в интернете, либо подсчитать кольца и измерить диаметр спиленного дерева того же вида». 14]

Возраст живых деревьев определяют из данных образцов спилов аналогичных деревьев и экспертной оценки среднего годового роста стволов живых деревьев.

3.2.6. Метод исторического анализа лесонасаждений

Определение возраста деревьев на основании точных данных о посадке конкретных деревьев по записям в архивах.Для старых деревьев метод применяется редко, т.к. для деревьев старше 100 лет в архивах практически не сохранилось записей о посадке деревьев в архивах.

3.2.7. Метод радиоуглеродного анализа

Метод исследований в специальной лаборатории: применяют для исследования ископаемой древесины из болот, отложений рек, со дна моря. Лабораторий в России мало и для исследования требуется кусок дерева.

3.3. Разработка собственных методов исследования

Кроме анализа общепринятых методов были разработаны две собственные методики дендрохронологических исследований возраста деревьев (см. п.5.5 и 5.6):

Метод анализа расположения леса и деревьев по историческим данным географических карт.

Метод анализа географических названий района исследования, связанных с деревьями вида дуб.

Преимущество собственных методов - отсутствие экологического риска для деревьев. Их можно применять в дополнение к другим методам.

3.4. Выбор методов для проведения собственного исследования

Для применения в исследовательской работе проведён выбор методов для проведения собственного исследования. Критерии выбора:

возможность самостоятельного проведения исследования школьником

отсутствие экологического риска для исследуемых деревьев дуба

для проведения собственного исследования необходимо выбрать и применить способы определения возраста дубов, которые не вредят их жизни.

Метод подсчёта годичных колец на сечении ствола.Это наиболее точный метод, но со 100% экологическим риском, т.к. дерево необходимо срубить. Этот метод не гуманен для природы, он возможен, только если дерево уже погибло. Его применяют только для исследования упавших и погибших деревьев. Метод не применим.

Метод получения керна (пробы, образца) дерева. Этот метод приблизительной оценки. Для получения керна не нужно спиливать дерево, но в дереве после исследования остаётся отверстие диаметром около 1 сантиметра (чтобы не было вреда, его заделывают, но экологический риск остаётся). Для проведения исследования необходим специальный инструмент - возрастной бурав, который необходимо вручную вкручивать до середины ствола. Метод не применим.

Метод перекрестной датировки.Метод основан на методах подсчёта годичных колец на сечении и получения керна. Метод не применим.

Метод сравнительной оценки с помощью таблиц хода роста. Этот метод приблизительной оценки без экологического риска, т.к. данные по размерам живых деревьев (диаметр) сравнивают с таблицами хода роста из научных данных. Метод выбран.

Метод отношения диаметра дерева к среднегодовому приросту. Нет экологического риска, есть возможность самостоятельного исследования школьником. В тоже время при наличии образцов спилов деревьев дуба из данного района метод можно применять как один методов комплексного исследования. Метод выбран.

Метод анализа архивных документов по посадке лесонасаждений или отдельных деревьев. Нет экологического риска, есть возможность самостоятельного исследования школьником.Метод выбран.

Метод радиоуглеродного анализа. Очень сложный и дорогостоящий метод исследований, в Уфе нет специальной лаборатории. Существует экологический риск – необходим кусок живого дерева. Самостоятельное исследование школьником не возможно. Метод не применим.

Метод анализа расположения леса и деревьев по историческим данным географических карт. Нет экологического риска, есть возможность самостоятельного исследования школьником.Метод выбран.

Метод анализа географических названий района исследования, связанных с деревьями вида дуб. Нет экологического риска, есть возможность самостоятельного исследования школьником.Метод выбран.

Для проведения собственного исследования выбраны следующие методы:

Метод отношения диаметра дерева к среднегодовому приросту.

Метод сравнительной оценки с помощью таблиц хода роста.

Метод анализа архивных документов по посадке лесонасаждений или отдельных деревьев.

Метод анализа расположения леса и деревьев по историческим данным географических карт.

Метод анализа географических названий района исследования, связанных с деревьями вида дуб.

4. ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДУЕМОГО РАЙОНА

Исследуемый район «Зелёная Роща», где расположены старые дубы, находится в окрестностях и на территории санатория «Зелёная Роща», в районе Лысой горы, ул. Менделеева, ул. Генерала Горбатова, рядом с гостиницей «ГазпромТрансГаз», в Парке-лесе лесоводов Башкирии, в окрестностях детского санатория «Салют». Исследуемый район находится на возвышенности Уфимских гор, на крутом склоне реки Уфа (Караидель).

В ходе исследования самостоятельно проведён анализ гидрологии, типа местности, почвы, климата, географии исследуемого района по открытым источникам.

4.2. Тип местности. Почвы.

Исследуемый район относится к приречному и останцево-водораздельному типам местности (см. рис.9) и расположен около края возвышенности рядом с рекой Уфа (Караидель). В этих двух типах местности находятся наиболее оптимальные почвы для роста дуба - почвы для нагорных дубрав и березово-дубовых лесов:

оподзоленные черноземы и темно-серые лесные почвы – тип почвы под нагорной дубравой;

смытые черноземы и серые лесные почвы крутых склонов – тип почвы под березово-дубовыми лесами. [3]

Район «Зелёная Роща» как раз относится к этим двум типам местности с почвами, наиболее благоприятными для роста дубов.

Рис.9 Размещение основных типов местности по элементам рельефа лесостепной зоны Восточно-Европейской равнины. [3]

7 — оподзоленные черноземы и темно-серые лесные почвы – тип почвы под нагорной дубравой, 8 — смытые черноземы и серые лесные почвы крутых склонов – тип почвы под березово-дубовыми лесами. [3]

«Дубы к почве среднетребовательны, лучше растут и дают больше древесины на нормально влажных глубоких серых лесных почвах, на деградированных чернозёмах и аллювиальных почвах». [7]

«Дуб требователен к почвенным условиям, произрастая на глубоких плодородных почвах; на бедных почвах даёт низкорослые стволы». [2]

4.3. Климат. География

«В северной части ареала своего распространения дуб страдает от весенних заморозков, побивающих молодые побеги, от зимних морозов, вызывающих образование трещин и морозобоин на стволах. У нас дуб произрастает на юго-восточном (до Урала) конце области естественного распространения, которая занимает большую часть Западной Европы».[2]

5. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1. Полевые исследования

Для получения научных данных для исследований по выбранным методикам самостоятельно проведены полевые исследования на территории нескольких квадратных километров:

Самостоятельно получены и подробно исследованы данные по 46 наиболее крупным, старым деревьям вида Дуб черешчатый (Quercus robur): окружность ствола на высоте 1,3 м, описание местоположения, геоданные (широта, долгота), фотографии, экологическое состояние.

В целом визуально исследованы несколько сотен деревьев вида Дуб черешчатый (Quercus robur) с целью выбора наиболее крупных и старых деревьев.

По результатам полевых исследований оставлена электронная база данных самых старых деревьев с фото.

Собственные дендрохронологические исследования возраста деревьев проведены с помощью пяти методов исследования:

5.2. Метод отношения диаметра дерева к среднегодовому приросту.

Для определения среднегодового прироста деревьев дуба в районе исследования самостоятельно изучены срезы аналогичных деревьев из района исследования (Парк лесоводов Башкирии):

1-й срез дуба (фото 1).Радиус ствола 23 см.Диаметр 46 см.Возрастопределён по кольцам - 95 лет (1920-2014гг.).

2-й срез дуба (фото 2).Радиус 17 см.Диаметр 34 см.Возрастопределён по кольцам - 70 лет (1933-2004гг.).

3-й срез дуба (фото 3,4).Радиус 8,5 см.Диаметр 17 см.Возрастопределён по кольцам - 27 лет.

4-й срез дуба (фото 5).Радиус 27 см. Диаметр 54 см.Возрастопределён по кольцам - 101 год.

При использовании данных 3-го среза (молодое дерево – 27 лет) для определения возраста более старых деревьев будет получен завышенный возраст, т.к. с возрастом средний прирост уменьшается. Поэтому для дальнейшего исследования средний годовой прирост деревьев дуба определён как средний показатель по трём спилам старых деревьев (возраст от 70 до 101 лет), без учёта более молодого дерева (27 лет).

Фото 1 Образец среза дуба №1 Фото 2 Образец среза дуба №2

[Лаборатории дендрологии, лесной селекции и интродукции древесных растений Уфимского ботанического сада-института]

Фото 3, 4. Образец среза дуба №3 [Музей леса (г.Уфа)].

Фото 5. Образец среза дуба №4. [Обнаружен в Парке лесоводов Башкирии].

Средний годовой прирост деревьев дуба черешчатого в районе исследования (СГП, мм в год):

СГП = (Р1+Р2+Р3)/(В1+В2+В3)=(230+170+270)/(95+70+101)=2,52 мм в год

где СГП – средний годовой прирост, мм в год

Р1-Р3 – радиусы деревьев дуба, мм

В1-В3 – возраст деревьев дуба, лет

Возраст деревьев определяем как отношение диаметра деревьев (по результатам полевых исследований) к среднему годовому приросту. Таблица «Определение возраста наиболее крупных деревьев в районе исследования пометоду отношения диаметра дерева к среднегодовому приросту» в Приложении 1. В Таблице 1 – определено 21 дерево наиболее старых дубов, возраст которых по данному методу определён старше 200 лет.

Таблица 1. Наиболее старые дубы в районе исследования, возрастом старше 200 лет

Выводы: В результате исследованияпо методу определён возраст 46 наиболее крупных дубов в районе исследования. Все деревья старше 100 лет.Самый старый дуб возрастом 284 года (1733 год) – дерево у гимназии №16 и дома по ул. Менделеева 148/4. Это наиболее крупный дуб из всех исследованных - диаметр 143 см. 21 дуб - старше 200 лет, в т.ч. 11 деревьев старше 225 лет (они возможно росли ещё при правлении Екатерины II).

5.3. Метод сравнительной оценки с помощью таблиц хода роста.

Результаты собственных полевых исследований (замеры диаметра стволов деревьев дуба в районе исследования) сравнили с Таблицами хода роста (данными научных исследований по размерам, возрасту и другим данным аналогичных деревьев). Для сравнения выбраны данные из книги «Таблицы и модели хода роста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород Северной Евразии» (см. Таблицу 2) [8]:

Таблица 2 п. 7.1.4 «Ход роста полных семенных дубовых древостоев экорегионов зоны лиственных лесов и лесостепи Европейской части»(экорегион «Башкирский лесостепной») из главы 7 «Региональные таблицы хода роста дубовых древостоев» [8]

В соответствии с таблицей хода роста определён среднегодовой ход роста дуба (средний годовой прирост) для дубов экорегиона возрастом 160 лет – 3 мм в год (см. Таблицу 3).

Таблица 3. Среднегодовой ход роста дуба (средний годовой прирост)

В начале рост дерева был более быстрым, но чем старее становилось дерево, тем меньше был рост. Можно предположить, что средний ход роста в следующие 150 лет стал ещё медленнее и составил 2,8 мм в год.

Попробуем продолжить таблицу возраста и диаметра для живых деревьев из полевых исследований с шагом 20 лет (см. Таблицу 4):

Д=ВД+20*СГП=160 + 20*2,5=

где Д180 – диаметр дуба для 180 лет, мм

Д160 – диаметр дуба для 160 лет, мм

СГП – средний годовой прирост деревьев дуба (мм в год)

Например, определим диаметр для 180 лет Д180=630+20*2,8=686 и т.д.

Таблица 4. Среднегодовой ход роста дуба (средний годовой прирост)

Выводы: В результате исследованияпо данной методике 21 дерево из 46 наиболее крупных старше 300 лет! Расчёт по методике приблизителен, т.к. среднегодовой ход роста дерева определён в 2,8 мм для деревьев старше 160 лет. Для построения более точных расчётов (с ростом не в 2,8 мм, а более точным) необходимы математические расчёты с использованием знаний математики из более старших классов. Это позволяет, продолжить данную исследовательскую работу в ближайшем будущем.

5.4. Метод анализа архивных документов по посадке лесонасаждений или отдельных деревьев.

Для определения возраста деревьев на основании точных данных о посадке деревьев в районе исследования по записям в архивах были заданы вопросы в «Уфимский лесхоз», «Горзеленоз» г.Уфы, «Музей леса (г.Уфа), Центр защиты леса Республики Башкортостан, Национальную библиотеку Республики Башкортостан (отдел редких книг). К сожалению, были предоставлены ответы, что архивы о посадке деревьев до Октябрьской революции 1917 г. в районе исследования не сохранились, или ответы что в архивах нет записей о посадке деревьев в районе исследования до 1917 г.

Вывод: Исследование проведено - архивные данные отсутствуют.

5.5. Метод анализа расположения леса и деревьев по историческим данным географических карт.

Проведён самостоятельный анализ пяти географических карт Уфы (1820, 1919, 1921, 1939, 1945 гг.) для оценки изменения размещения лесов:

Анализ карты 1820 года.

На карте Уфимского уезда Оренбургской губернии, 1820 г. (см. рис.10) видно, что в начале XIX века в Уфе оставалось очень мало отдельных небольших «островов» леса, два из них были в районе исследования.

Рис. 10 Карта Уфимского уезда Оренбургской губернии, 1820 г.[16]

Анализ двух карт 1919-1921 гг. и 1919 г.

На карте Уфы Стрельбицкого издания 1919-1921 гг. (см. рис.11) и военно-топографической карте окрестностей Уфы 1919 г. (см. рис. 12) хорошо видно, что уже в начале XX века в Уфе и в районе исследования практически не осталось лесов.Участок района исследования (на краю склона и на берегу реки Уфа (Караидель)) был покрыт узкой полосой деревьев и лесом, а другие участки Уфы и этого района уже не имели леса. За прошедшие 100 лет (с 1820 г.) почти все участки леса в Южной части Уфы на возвышенности были вырублены, за исключением небольших участков в районе исследования.

В районе исследования до Октябрьской революции размещались дачи чиновников, помещиков: на карте есть название «Дачи» в двух местах, а также отдельные дома. Вероятно, дачи охраняли, поэтому около них и сохранились небольшие участки леса

Рис.11 Карта Уфы Стрельбицкого издания, 1919-1921 гг.

Рис. 12 Военно-топографическая карта окрестностей Уфы, 1919 г.

Анализ двух карт 1939 и 1945 гг.

На плане города Уфы 1939 г. (рис. 13) и на топографической карте окрестностей Уфы 1945 г. хорошо видно, что в середине XX века в южной части Уфы не было лесов, за исключением района исследования.Лес сохранился на самом краю склона и у берега реки Уфа. В районе санатория «Зеленая роща», гостиницы «Газпромтрансгаз» до Великой Отечественной войны на месте бывших дач были построены санатории и дома отдыха для трудящихся. Вероятно, эту территорию охраняли, поэтому в районе исследования сохранились небольшие участки леса.

Рис. 13 План города Уфы, 1939 г.

Рис. 14 Топографическая карта окрестностей Уфы, 1945 г.[17]

Выводы: По результатам собственного анализа расположения леса и деревьев по историческим данным географических карт за последние два века (с 1820 г.) можно экспертно датировать наиболее крупные и старые деревья вида Дуб черешчатый в районе исследования возрастом не менее 197 лет (1820-2017 гг.). В отличие от других районов Южной части города Уфа, в районе исследования в последние 197 лет сохранялись участки леса и деревьев. Вероятно, с начала XIX века в районе исследования сохранились самые старые дубы. Часть района исследования в последние 120 лет, использовалась как место отдыха (дачи, санаторий) и охранялся. Поэтому в этом районе не рубили деревья, до сих пор сохранились старые дубы.

5.6. Метод анализа географических названий района исследования, связанных с деревьями вида дуб.

Проведён самостоятельный анализ.

Есть много версий происхождения названия «Уфа», но у города несколько веков назад были и другие названия. В XVI веке его называли «Имэнкала» - в переводе с башкирского языка «дубовый город», «город из дуба»:

«В XVI веке крепость и город Уфа среди тюркоязычного населения края именовались трёмя словами: Туратау, Имэнкала, Уфа (Өфө-Өпө). Когда размышляешь о значении этих названий, то получается, что слово Туратау образовано от древнетюркского слова тура со значением “крепость, город” и от башкирского «тау» со значением “гора”, выражающие общее значение “гора, имеющая на ней город; гора с городом”. Другое название Имэн-кала образовано от башкирских слов «имэн» - “дуб” и «кала» - “город”. Мотивом называния крепости этим именем послужило её обнесение частоколом из дуба, служащего защитной стеной от нападений врагов… Если учесть, что названия даются неспроста, есть основание полагать, что древними башкирскими племенами на высоком берегу устья реки Уфы было святое место жертвоприношения языческим сверхъестественным силам. Эта гипотеза подтверждается историко-археологическими данными. Одна из возвышенностей на территории Уфы в микрорайоне «Зелёная Роща» называется Лысая гора (другое название - Туратау). Там археологи нашли место древнего городка и обнаружили много находок. Древнее место преклонения и жертвоприношения тенгри постепенно превращалось в центр цивилизации, он носил два имени: Өфө (Өпө)и Торатау (Туратау). Учёные, изучавшие города Урала, справедливо отмечают и утверждают, что задолго до построения крепости и города Уфа здесь жили определённые племена».[10]

В Уфе, помимо района «Зелёная роща» много других мест, связанных с дубами. Например, деревня Дубовка была расположена севернее микрорайона Глумилино. [11].Сейчас на месте Дубовки район города с домами. Другой пример - ниже стадиона «Динамо» в южной части Уфы расположена улица Малые Дубнячки [18].

В районе Архирейской слободы (сейчас там расположен Дом Правительства) – в исторической части Уфы раньше росли дубы. «На склоне горы позади Архиерейского дома (до 1827 года он был деревянным) росла дубовая рощица, и это место издавна уфимцы называли «Дубками» или «Дубнячками». [19]

Выводы:Исследование данным методом показывает присутствие географических названий со словом «дуб» в Уфе.Город и исследуемый район («Зелёная Роща») - историческое место произрастания дубов, связанное с древними названиями Уфы (Имэн-кала («дубовый город»), Туратау). Здесь с давних времён растут дубы. Возможно, находятся самые старые деревья вида дуб черешчатый в Уфе. Анализ не позволяет определить точный возраст деревьев, но подтверждает наличие в районе исследования очень деревьев возрастом в сотни лет.

5.7. Анализ данных, полученных другими исследователями

Данные исследований возраста дубов из разных районов города Уфы и Башкирии, предоставленные С.Е.Кучеровым, к.б.н., учёным-дендрохронологом из Уфимского ботанического сада-института:

Самый старый дуб возрастом около 350 лет находится на западном склоне Южного Урала на границе Республики Башкортостан и Челябинской области.
Дубовая аллея в Непейцовском дендропарке датируется 1909-1911 гг. (находится в другом районе г. Уфы, чем район исследования)
Рядом с Непейцовским дендропарком находятся дубы, возрастом около 180-190 лет.
Дубы возрастом около 300 лет находятся за хребтом Калу, около старой дороги между Стерлитамаком и Белорецком.

Выводы: По данным других исследователей в Уфе есть дубы старше 190 лет, а в Республике Башкортостан есть дубы возрастом около 350 лет.

6.ВЫВОДЫ. ПРЕДЛОЖЕНИЯ

6.1. Выводы:

Цель исследовательской работы выполнена: определены научные данные по возрасту, точному расположению и экологическому состоянию самых старых деревьев вида Дуб черешчатый (Quercus robur) на территории района «Зелёная Роща» города Уфа с использованием пяти методов исследования без экологического риска и причинения вреда деревьям.

В результате дендрохронологических исследованийопределён возраст 46 наиболее крупных дубов в районе исследования (все старше 125 лет).

По исследованиям по методу отношения диаметра дерева к среднегодовому приросту самый старый дуб возрастом 284 года (1733 год). Это дерево у гимназии №16 и дома по ул. Менделеева 148/4, наиболее крупный и старый дуб из всех исследованных.

21 дуб - старше 200 лет, в т.ч. 11 деревьев старше 225 лет (они росли ещё при правлении Екатерины II).

По исследованиям по методусравнительной оценки с помощью таблиц хода роста 21 дерево из 46 подробно исследованных старше 300 лет! Расчёт по методике приблизителен. Для построения более точных расчётов необходимы математические расчёты с использованием знаний математики из более старших классов. Это позволяет, продолжить исследовательскую работу по данному методу в ближайшем будущем в 2018г. после консультаций с учителями математики.

В нашей работе получены оригинальные результаты на основании собственного исследования, в том числе в полевых условиях. Полученные научные данные исследовательской работы ранее не встречались в опубликованной литературе. Результаты исследовательской работымогут быть использованы как в науке (в биологии, экологии, дендрологии, истории), так и в общественной и практической деятельности (образовании, этнографии, туризме).

Деревья Уфы вида дуб черешчатый находятся на восточной границе ареала распространения в Евразии в менее благоприятных условиях, встречаются только небольшими «островами». Определены более точные границы ареала.

Исследуемый район наиболее оптимален для роста дубов по условиям типа местности (приречный, останцево-водораздельный). В этом районе наиболее оптимальные почвы для дуба.
Существует проблема защиты экологии и более тщательного ухода за старыми дубами. Деятельность человека за последние века сократила леса и распространение дубов. Если на территории санатория «Зелёная Роща» за дубами следят и ухаживают, то в других местах за некоторыми из уникальных деревьев никто не следит. Висят сломанные ветки, бетон и кирпичи лежат у дерева, к одному дереву прибиты доски. Несколько дубов засохли. Необходимо изучать сохранившиеся дубы для науки и экологии. Необходимо проводить активную посадку дубов.

Разработаны две собственные дендрохронологические методики исследований в дополнение к основным методам. По результатам собственного анализа расположения леса и деревьев по историческим данным географических карт экспертно датированы наиболее старые дубы в районе исследования возрастом не менее 197 лет (1820-2017 гг.).

Географические названия связаны с деревьями вида дуб в Уфе и исследуемом районе. Район исследования - историческое место произрастания дубов, связан с древними названиями Уфы (Имэн-кала («дубовый город», «город из дуба»), Туратау). В этом месте, вероятно, находятся и самые старые деревья вида дуб черешчатый в Уфе.

У научной работы есть хорошие перспективы продолжения исследования в 2018-2019гг.:

развитие исследований по методусравнительной оценки с помощью таблиц хода - создание точных математических расчётов с использованием знаний математики из более старших классов

исследования дубов в других районах Уфы

изучение возраста спиленных деревьев дуба по пням с построением дендрохронологической хронологии для изучения климата прошлого, решения задач дендрохронологии

проведение дополнительного изучения экологического состояния пошкалам визуальной оценки деревьев после появления листвы на деревьях

6.2. Предложения:

Продолжить изучение сохранившихся дубов для решения проблем экологии.

Передать информацию о возрасте, точном расположении и состоянии старых дубов в соответствующие службы города, чтобы они следили за деревьями и охраняли их.

Необходимо проводить активную посадку дубов, используя рекомендации учёных.«Для быстрого роста дуба нуждаются в боковом затенении и полном освещении вершины, что учитывается при культивировании (выращивают в коридорах, прорубленных среди других пород)». [7] «Воспитание технически ценного дуба должно производиться в сложных формах насаждений, в которых второй ярус затеняет нижнюю часть стволов дуба. Обычные спутники дуба - ясень, клён, липа, ильмовые породы» [2].

Посадить несколько деревьев на территории нашей гимназии силами учеников и учителей.
Обязать строителей домов в районе исследования высаживать новые дубы на территории жилых комплексов.

Необходимо рассказать о самых старых дубах Уфы детям и ученикам школ, взрослым жителям нашего района и города, туристам-гостям города.

Разместить в Уфе у старых дубов таблички с информацией о возрасте и о том, что деревья охраняются государством. Можно разместить таблички: «Этому дубу больше 200 лет» или «Ровесник Отечественной войны 1812 г.», чтобы все знали, сколько им лет.

Направить заявку о старых дубах Уфы во Всероссийскую программу «Деревья – памятники живой природы».

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Шиманюк А.П. «Дендрология» - Москва: Лесная промышленность, 1974 - с.264

Эйтинген Г.Р. «Лесоводство» - Москва: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1949 - с.368

Мильков Ф.Н., Гвоздецкий Н.А. Физическая география СССР, 1986 г. из-во «Высшая школа»

Меннинджер Э. «Причудливые деревья» Пер. с англ. И. Г. Гуровой. Под ред. и с предисл. П. И. Лапина - Москва: Мир, 1970 - с.371

Петров В.В. «Мир лесных растений» - Москва: Наука, 1978 - с.166

Богданов П.Л. «Дендрология» - Москва: Лесная промышленность, 1974 - с.240

«Лесная энциклопедия»: В 2-х т./Гл.ред. Воробьев Г.И.; Ред.кол.: Анучин Н.А., Атрохин В.Г., и др. - М.: Сов. энциклопедия, 1985.-563 с.

«Таблицы и модели хода роста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород Северной Евразии», Федеральное агентство лесного хозяйства, Москва, 2008, -887с.

«Русский лес» - Москва: Изобразительное искусство, 1979

С.Г. Каримов, Л.Г. Хабибов «К вопросу о происхождении названия города Уфа», 2014, Вестник Башкирского университета.

Военно-топографическая карта окрестностей Уфы 1919 года.

www.rosdrevo.ru

http://russianpermaculture.ru/rastenia/dub-chereshchatyi-quercus-robur/

http://bashkortostan.rcfh.ru

https://ru.wikihow.com/определить-возраст-дерева, http://www.michigan.gov/documents/dnr/TreeAge_401065_7.pdf

http://www.etomesto.ru/map-ufa_pgm-ufimskogo-uezda/?x=56.017746&y=54.714601

http://www.etomesto.ru/map-ufa_okruga-2km-1945/?x=55.983154&y=54.715611

https://www.google.ru/maps/@54.7161456,55.9380546,16.83z).

http://posredi.ru/blog10_19_arhiyerey_sloboda.html

7. ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Определение возраста наиболее крупных деревьев в районе исследования пометоду отношения диаметра дерева к среднегодовому приросту