Влияние изменений климата на пространственно-временную структуру еловых древостоев верхней границы леса в уральских горах

Влияние изменений климата на пространственновременную структуру еловых древостоев верхней границы леса в Уральских горах

В. А. Галако, к.с.-х.н, ст. науч. сотрудник, Ботанический сад УрО ран

Проведено изучение влияния отдельных климатических факторов, в частности, среднемесячной температуры воздуха, а также среднемесячных сумм осадков летних периодов с 1908 по 2002

годы, на пространственно-временную структуру на верхней границе леса в горах Северного Урала.

Многими учеными-биологами, изучавшими лесовосстановление на верхней границе леса [1— 4], установлена высокая степень зависимости изменений в структуре лесных экосистем в пределах лесотундрового экотона от изменений тех или

иных климатических характеристик. Некоторые из них [5] указывают на зависимость этих процессов от изменений климата в летний период, в частности, от средних температур летнего периода и количества осадков в тот же временной интервал. Другая группа исследователей связывает рост и выживаемость древостоев с климатическими условиями в зимний период: глубиной снежного покрова, скоростью ветра [6]. При этом считается, что немаловажными являются условия, складывающиеся в зимний период времени для подроста, чьи верхушечные побеги выросли выше среднего уровня снега, так как метелевый перенос у поверхности снежного покрова сильно иссушает и механически повреждает появляющиеся верхушки [7].

На основе вышеизложенного проведены исследования пространственно-временной динамики верхней границы леса в горах Северного Урала.

Объекты и методы исследований. Районы исследований располагались в районе Северного Урала (северо-западный склон горы Тылайский Камень Конжаковского горного массива). На склонах хребтов по вертикальному профилю прослеживается три основных высотных уровня. Первый высотный уровень характеризует редины, расположенные по склону. Верхняя граница редин является верхней границей леса [7]. В рединах отмечается сомкнутость крон менее 20%, расстояние между деревьями составляет от 20 м до 50 м. Второй высотный уровень располагается от верхней до нижней границы редколесий, где сомкнутость крон — от 20% до 50%, расстояние между деревьями — от 10 м до 30 м. Верхняя граница сомкнутых лесов выбрана в качестве верхней границы третьего высотного уровня, в котором сомкнутость крон — более 50% и расстояние между деревьями — менее 10 м. Диапазон высотных отметок по профилю составил: на первом высотном уровне — 950—1100 м над уровнем моря; на втором — 900—940 м и на третьем — 840—890 м над уровнем моря. На площадках размером 400 м2, расположенных на трех высотных уровнях, для каждого живого или усохшего дерева определялись следующие характеристики: номер, точное местоположение (азимут и расстояние от центра площадки до центра дерева), происхождение (семенное, вегетативное), форма дерева (стволовая, многоствольная, стланиковая), высота и диаметр ствола у основания и на высоте груди, диаметр проекции кроны по двум направлениям (одно — вдоль господствующего направления ветров, второе — в перпендикулярном направлении; протяженность кроны, жизненность (здоровое, здоровое механи-чески-поврежденное, угнетенное, больное, мертвое), высота повреждения, происхождение.

На всех площадках у каждого живого дерева диаметром более 5 см были взяты буровые образцы древесины (керны) на высоте пня с целью

определения его возраста на этой высоте. У каждого молодого древесного растения (высотой более 0,2 м, но с диаметром у основания ствола менее 5 см) — на уровне корневой шейки и на высоте 20—30 см получены поперечные диски с целью определения точного возраста дерева и разницы в истинном возрасте.

Результаты исследований. Основными древесными видами, образующими верхнюю границу леса в районе исследований, являются: ель обыкновенная (Picea obovata), кедр (Pinus sibirica), пихта сибирская (Abies sibirica), береза пушистая (Betula pubessens). Породный состав древостоев на высотных уровнях характеризует рис. 1. На первом уровне, при преобладании ели обыкновенной, отмечен и кедр. Второй высотный уровень характеризуют ель обыкновенная и пихта сибирская. Третий высотный уровень представляют все основные древесные виды.

2000

1800

CD

1600 3. 1400 <8 1200 8 1000 О 800 ° 600 s 400 Х 200 0

Рис. 1 - Породный состав древостоев на верхней границе леса Северного Урала

Основные морфологические показатели древо-стоев по высотным уровням приведены в табл. 1. При сравнении основных характеристик древо-стоев в пределах заложенных нами пробных площадей отмечается увеличение в 2—3 раза средних значений морфометрических параметров стволов (диаметра ствола на высоте груди — от 1,8—2,6 см до 13—17 см; высоты ствола — от 1,5 м до 5—6 м) по мере снижения высоты профиля.

При рассмотрении построенных для первого высотного уровня выбранного профиля соотношений числа деревьев ели обыкновенной и среднемесячных значений температуры воздуха и суммы осадков временного периода с положительными температурами воздуха за период с 1908 по 2003 гг. видно, что древостои в верхней части профиля (950—1100 м над уровнем моря) сформированы в основном стволами, появившимися в период с 1938 по 1968 гг. Результаты анализа синхронности обобщенных хронологий указывают на тесную взаимосвязь появления древесных всходов ели обыкновенной со среднемесячными положительными температурами воздуха на верхней границе леса (рис. 2). С показателями суммы осадков связь более слабая. Подобный анализ соотношений

ІЛІ

1 2 3

Высотный уровень

Ель И Кедр I I Пихта И Береза

1. Морфометрические показатели еловых древостоев на верхней границе леса

Высотный уровень 1 2 3

Номер площадки 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3

Высота над уровнем моря (м) 960 960 960 924 924 924 864 864 864

Количество деревьев ели - на площадке на 1 га 5B 1450 44 1100 105 2625 61 1525 24 600 37 925 29 725 14 350 30 750

Дср основания ствола (см) 5,13+ 0,377 5,95+ 0,471 6,55+ 0,310 13,41 + 0,806 17,78+ 2,026 9,36+ 0,804 20,66+ 2,460 18,37+ 2,429 16,91 + 2,145

Дпих основания ствола (см) 14,0 16,0 20,5 31,8 42,0 23,0 54,1 35,7 56,0

Дср. на высоте 1,3 м (см) 2,61 + 0,222 1,79+ 0,271 2,99+ 0,239 6,82+ 0,459 9,52+ 0,941 4,72+ 0,553 16,72+ 1,947 13,65+ 0,419 13,16+ 1,635

Дтх на высоте 1,3 м (см) 5,0 5,8 13,7 19,0 17,6 14,4 36,0 27,4 36,0

Высота ср. (м) 1,49+ 0,089 1,69+ 0,102 1,76+ 0,065 2,93+ 0,112 3,52+ 0,244 2,37+ 0,145 6,21 + 0,677 5,23+ 0,669 5,24+ 0,591

Высота пах. (м) 3,15 3,10 4,30 5,30 5,40 5,10 11,70 13,40 11,80

Сумма площадей сечений деревьев ели на 1,3 м (м2/га) 0,77 0,28 1,84 5,57 4,27 1,62 15,91 5,11 10,19

Общее количество деревьев -на площадке на 1 га 65 1625 51 1275 108 2700 61 1525 39 975 73 1825 61 1525 29 725 89 2225

Общая сумма площадей сечений деревьев на 1,3 м (м2/га) 0,78 0,29 1,98 5,65 4,78 2,29 29,13 11,15 17,47

Литература

1 Taylor A. H./ Forest expansion and climate change in the mountain hemlock zone, Lassen Volcanic National Park, California, U.S.A. // Arctic and Alpine Res. -1995. -Vol.27.-P.207-216.

2 Jakubos B., Romme W.H. Invasion of subalpine meadows by lodgepole pine in Yellowstone National Park, Wyoming, U.S.A. // Ardic and Alpine Res. -1993.- №25.-P.382-390.

3 Kullman L. Recent tree-limit history of Picea abies in the southern Swedish Scandes // CaJ. For.Res.-1986.-№16. - P.761-771.

4 Шиятов, С. Г. Колебания климата и возрастная структура древостоев лиственничных редколесий в горах Полярного Урала // Растительность тундр и пути ее освоения. — Л., 1967. — С. 271—278.

5 Woodward A.,Schreiner E.E.,Silsbee D.G. Climate, geography and tree establishment in subalpine meadows of the Olimpic Mountains,Waschington. U.S.A//Artic and Alpine Res. — 1995.

— Vol.27. — P.217-225.

6 Weisberg PJ.,Baker W.Z. Spatial variation in tree seedling and krummholz growth in the fortst-tundra ecotone of Rocky Mountain National Park, Colorado // Arc.Alp.Res.-1995.-Vol.27.

— №2. — P.40-49.

7 Шиятов, С. Г. О некоторых особенностях роста древесных растений на верхнем и полярном пределах лесов // Вопросы древесного прироста в лесоустройстве. — Каунас: Лит.с.-х. акад., 1967. — С. 107—111.

<я я Ф о

і г!

к о

Я t

ф ^ II

Годы

Число стволов ели на 1 га -

Среднемесячная температура летнего периода I

Рис. 2 - Соотношение числа деревьев ели обыкновенной и среднемесячной температуры летнего периода на верхнем высотном уровне границы леса Северного Урала

климатических факторов и появлением древесных всходов проведен и на других высотных уровнях.

Работа выполнена в рамках Международного проекта INTAS 01-0052.