Влияние климата на прирост сосновых древостоев на юге Томской области

УДК 58.08:58.056:630*561

А.Н. Маркелова, С.А. Николаева, В.А. Тартаковский ИМКЭС СО РАН, Томск

ВЛИЯНИЕ КЛИМАТА НА ПРИРОСТ СОСНОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ НА ЮГЕ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ

Применение метода совместной фильтрации позволило выявить и количественно оценить влияние температуры и осадков за 1890-2005 гг. на рост сосновых древостоев в оптимальных условиях южной тайги Западно-Сибирской равнины.

A.N. Markelova, S.A. Nikolaeva, V.A. Tartakovsky Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems,

Siberian Branch of the Russian Academy of Science (IMCES SB RAS), Tomsk

EFFECT OF CLIMATE ON RADIAL INCREMENT OF PINE FORESTS IN THE SOUTHERN TOMSK REGION

Effect of air temperature and precipitation on radial increment of pine forests in the southern subzone of taiga of Western Siberian Plane was found and quantified using joint filtering method.

Скорость роста деревьев контролируется множеством различных факторов. Среди них внешние глобальные факторы, и в первую очередь климатические, способны синхронизировать рост древостоев на больших территориях. В условиях, где рост древесных растений лимитируется преимущественно одним фактором (климатические границы леса), как правило, обнаруживается вполне определенная четкая зависимость прироста деревьев от этого фактора. В оптимальных для их произрастания условиях, таких как юго-восток ЗападноСибирской равнины, климатические факторы отходят на второй план. В связи с этим весьма сложно обнаружить и оценить вклад температуры и осадков в изменчивость годичных колец деревьев. В данной работе показаны возможности нового метода совместной фильтрации для оценки роста сосновых древостоев, произрастающих в оптимальных условиях.

На территории Обь-Томского междуречья и на правобережье Томи (в пределах Томской области) подобрано 8 пробных площадей в 140-155-летних суходольных сосняках. В этих сообществах у 10-25 господствующих и средних деревьев взяты керны в нижней части ствола по двум радиусам. Ширина годичных колец измерена с помощью полуавтоматической установки LINTAB. Индивидуальные ряды прироста перекрестно сдатированы, усреднены в хронологии и стандартизированы в программном пакете DPL [4]. В работе использовались остаточные хронологии прироста за период 1888-2005 гг. [1], а

также средние значения температуры воздуха и суммы осадков по месяцам и за гидрологический год (с октября предыдущего года по сентябрь текущего) по данным метеостанции Томск.

Для всех хронологий были вычислены спектры Фурье, в каждом из которых оставлялись гармонические составляющие с совпадающими знаками. Затем выполнялось обратное преобразование всех модифицированных спектров [3]. Так, были получены синхронные относительно друг друга составляющие исходных хронологий (рис. 1). Парные коэффициенты корреляции Пирсона синхронных составляющих хронологий при этом существенно возросли по сравнению с исходными хронологиями. Также оценивалось отношение дисперсий синхронных составляющих к дисперсиям исходных хронологий (АЕ/Е %). Эта величина, вычисленная для синхронных составляющих разных древесно-кольцевых хронологий, является мерой влияния метеопараметров на прирост деревьев. Она же для синхронных составляющих температуры и осадков показывает, какая часть диапазона их изменчивости влияет на изменчивость прироста деревьев.

В росте и развитии сосняков выделено несколько этапов роста [2]. При быстром заселении территории сосна формирует сомкнутые древостои в течение 15-25 лет, при более длительном заселении - 45-50 лет и более. Продолжительность второго и третьего этапов роста составляет не менее 55-85 лет каждый при условии быстрого заселении территории сосной на первом этапе и при отсутствии существенных внешних воздействий на последующих этапах роста.

По усредненным данным индексов радиального прироста с использованием коэффициента корреляции рангов Спирмена было установлено [1], что при среднемноголетнем распределении осадков по сезонам года наибольшая ширина годичного кольца у деревьев сосны на юге Томской области формируется при более низких температурах вегетационного периода и более высоких температурах зимы и весны и большем количестве осадков лета (главным образом июня) текущего гидрологического года. В период малоснежных зим усиливается положительная роль выпадающих весной и летом осадков (апрель-июль) в формировании кольца ксилемы и отрицательная роль осадков декабря-января текущего гидрологического года. В целом за столетний период (1900-2000 гг.) радиальный прирост деревьев сосны значимо зависит от температур апреля и сентября и осадков июня во всех обследованных суходольных сосняках, и хорошо объясняется сезонными особенностями ее физиологической и ростовой активности и сезонными изменениями почвенного климата на юго-востоке Западно-Сибирской равнины.

С помощью метода совместной фильтрации в целом были подтверждены полученные ранее выводы. В среднем 24% дисперсии температуры определяет 33% изменчивости прироста деревьев, и только 14% дисперсии осадков - 18% изменчивости прироста. То есть в суходольных 140-155-летних сосняках этой территории климатический отклик деревьев, составляющих основную массу древостоя, не превышает 50 % изменчивости их прироста. Остальная часть

определяются факторами неклиматической природы. При этом реакция деревьев на изменчивость температуры выше, чем на изменчивость осадков.

'V- Ка h* -д/Л ‘Л Vу4 If ,w /tv (V Th-1

'V і/И V АІ V л/ w a/ Tm-2

Ч‘ ¥ ДА Ці И л/W v ^1/V a/ Tm-26

Ї'- \jv\ м V 'V ' - Н'у1 V  1 w і VCb-41

1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 I960 1970 1980 1990 2000 2010

1S90 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

ГОДЫ

Рис. 1. Ряды индексов прироста до фильтрации (а) и после фильтрации (б).

Около каждой кривой - номер пробной площади

Рис. 2. Связи синхронных составляющих прироста сосны с температурой (а) и

осадками (б) на юге Томской области:

г - коэффициенты корреляции с температурой и осадками; АЕ/Е(1) -относительная дисперсия индексов прироста, определяемая температурой или осадками; АЕ/Е(Т) и АЕ/Е(Р) - относительные дисперсии температуры и осадков. Приведены значимые коэффициенты корреляции при р=0,05 и АЕ/Е

более 10%

Наибольший прирост деревьев сосны на юге Томской области формируется в годы с теплой зимой и многоснежным ее окончанием (февраль-март), теплой и сухой весной (апрель и май), прохладным и влажным началом лета (июнь) и прохладным и сухим началом осени (сентябрь). Следует отметить, что в конце зимы и весной (апрель-май, отчасти февраль-март) в период таяния снега, прогревания почвы и начала вегетации растений деревья сосны особенно чутко реагируют даже на незначительные колебания климатических параметров. В то

же время в период покоя (ноябрь-январь) более существенные колебания температур в меньшей степени сказываются на состоянии деревьев и ширине кольца соответственно.

Таким образом, небольшая синхронная составляющая доли изменчивости климата (не превышающая четверти дисперсии) определяет не более трети изменчивости прироста деревьев сосны. Выявленные структурные особенности влияния климата на прирост деревьев лишь частично укладываются в известные представления о взаимодействии исследуемых процессов, что характерно для регионов оптимального роста, как на юге Томской области.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Николаева, С. А. Климатогенная реакция деревьев сосны на юге Томской области [Текст]/ С.А. Николаева, Д.А. Савчук// Журн. Сиб. Федерал. Унта. Биология. - 2008. - № 4. - С. - 400-413.

2. Николаева, С.А. Рост и развитие деревьев и древостоев сосны на юге Томской области [Текст]/ С.А. Николаева, Д.А. Савчук // Вестник Томск. гос. ун-та. Биология. - 2009. - № 4 (8). - С. 66-78.

3. Тартаковский, В.А. Совместная фильтрация дендрохронологий Байкальского региона [Текст]/ В.А. Тартаковский, В.И. Воронин, А.Н. Маркелова // Инженерная экология. - 2009. - № 6. - С. 17-26.

4. Cook E. Tree-ring standardization and growth-trend estimation [Текст]/ E.Cook, K.Briffa, S.Shiyatov, V.Mazepa// Methods of dendrochronology. -Dordrecht-Boston-London, 1990. - P. 104-123.

© А.Н. Маркелова, С.А. Николаева, В.А. Тартаковский, 2011