Диагностика особенностей роста приспевающего древостоя сосны обыкновенной из Щелковского учебно-опытного лесхоза по данным анализа годичных колец
Диагностика особенностей роста приспевающего древостоя сосны обыкновенной из Щелковского учебно-опытного лесхоза по данным анализа годичных колец
Аннотация
Проведены дендроклиматические исследования в приспевающем хозяйственно ценном древостое сосны обыкновенной из кисличного типа леса на территории Щелковского учебно-опытного лесхоза. Установлены основные климатические факторы, определяющие колебания в формировании прироста древесины: температура декабря, температура января, сумма осадков июля. Динамика индексов радиального прироста смоделирована уравнением линейной регрессии, полученная модель на некоторых временных интервалах модель имеет высокий уровень адекватности исходной хронологии, а на некоторых — низкий. Это свидетельствует о нестационарности климатического сигнала в исследуемой хронологии. С учетом наблюдающегося тренда на рост температур декабря спрогнозирован рост продуктивности сосновых лесов лесхоза по мере изменения климата. Выполнены исследования цикличности колебаний во временному ряду радиального прироста, выявлена основная компонента с периодом 12,8 лет, что дает основания для прогнозирования периодов повышенной и пониженной устойчивости древостоев.
1. Введение
Изменчивость радиального прироста сосны обыкновенной в лесной зоне Русской равнины очень хорошо изучена, обширную обзорную информацию по этому вопросу содержат ранее опубликованные работы , , , , . Тем не менее, по мере углубления знаний в этой области , , закономерно встают новые научные вопросы, требующие и осмысления ранее накопленного материала, и проведения новых полевых и последующих лабораторных исследований. Целью данной работы было выявление типичного хозяйственно ценного приспевающего древостоя сосны обыкновенной, выявление климатической обусловленности в ежегодных колебаниях интенсивности накопления им древесины, математическое моделирование этого процесса и прогнозирование динамики продуктивности хозяйственно ценных сосновых лесов в целом на фоне меняющегося климата Московского региона. Эта информация, собранная в комплексе будет способствовать росту нашего понимания экофизиологических механизмов, лежащих в основе продукционного процесса сосновых лесов и определяющих их эдифицирующие функции , .
Работы выполнены на базе Щелковского учебно-опытного лесхоза, расположенного на северо-востоке Московской области и многие десятилетия являющегося научным и учебным полигоном для студентов, аспирантов и сотрудников Московского лесотехнического института, Московского государственного университета леса, Мытищинского филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана. Материалы данного исследования были частично апробированы в докладе на международном молодежном форуме «Ломоносов-2026» в МГУ им. М.В. Ломоносова.
2. Методы и принципы исследования
Работы выполнялись на базе лаборатории дендрохронологии МФ МГТУ им. Н.Э. Баумана по стандартной методике, используемой в лаборатории , , . С помощью бурава Пресслера на высоте 1,3 м были отобраны керны древесины. После специальной обработки велись измерения ширины годичного слоя. Всего было выполнено измерение для 707 годичных колец у 11 учетных деревьев. Все индивидуальные хронологии подвергались перекрестной датировке в программе GROWLINE для контроля за правильностью измерений ширины годичного кольца на кернах, выявления потенциально существующих выпавших и ложных годичных колец.
Для дендроклиматического анализа использовались метеоданные расположенной в городе Москве метеостанции . Расположение метеорологической станции в Москве (город Москва, Россия): широта 55.8314, долгота 37.6221, высота над уровнем моря 147 м.
Таксационные характеристики исследуемого древостоя по данным натурной таксации приведены в таблице 1.
Основные таксационные показатели на 2021–2022 годы перечёта
№ ППП | Площадь, га | Годы перечёта | Ярус | Состав | Возраст, лет | Среднее значение | P, отн. | За-пас, м3/га | |
Высота, м | Диаметр, см | ||||||||
137
Кв39
Выд 5 | 0,2
| 2015 2021 | I | 86С | 71
| 32,7 | 28,3 | 0,94 | 458 |
6Л | 27,9 | 17,3 | 35 | ||||||
7Б | 26,4 | 33,3 | 36 | ||||||
1Лп | 26 | 23 | 9 | ||||||
II | 44Е | 13 | 10,3 | 0,15 | 14 | ||||
41Лп | 16,4 | 18,3 | 13 | ||||||
6Д | 11,5 | 9 | 2 | ||||||
6Б | 19,5 | 18 | 2 | ||||||
3Кл | 18,7 | 16,9 | 1 | ||||||
Таким образом, исследуемый древостой имеет состав первого яруса 9С1Лц, сформировался он в условиях кисличного типа леса. В живом напочвенном покрове здесь преобладают кислица (Oxalis acetosella L.), зеленчук желтый (Lamium galeobdolon subsp. galeobdolon (L.) L.), растут также щитовник мужской (Dryopteris filix-mas (L.) Schott), недотрога мелкоцветковая (Impatiens parviflora DC.), мицелис стенной (Lactuca muralis (L.) Gaertn.), звездчатка средняя (Stellaria media (L.) Vill.), голокучник Линнея (Gymnocarpium dryopteris (L.) Newman), кочедыжник женский (Athyrium filix-femina (L.) Roth ex Mert.) копытень европейский (Asarum europaeum L.), звездчатка жестколистная (Stellaria holostea L.), щитовник игольчатый (Dryopteris carthusiana (Vill.) H.P.Fuchs.), живучка ползучая (Ajuga reptans L.). В подлеске присутствуют рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.), жимолость лесная (Lonicera xylosteum L.), малина обыкновенная (Rubus idaeus L.), лещина обыкновенная (Corylus avellana (L.) H.Karst.). В подросте присутствуют клен остролистный (Acer platanoides L.) и липа мелколистная (Tilia cordata Mill.).
3. Основные результаты
Из полученных данных были составлены графики по динамике ширины годичного кольца у учетных деревьев сосны обыкновенной (рисунок 1) и средняя общая хронология для древостоя (рисунок 2). Видно, что они обладают выраженным возрастным трендом, обусловленным эндогенными биологическими особенностями формирования ствола дерева.
Динамика ширины годичного кольца у учетных деревьев сосны обыкновенной
Средняя обобщенная хронология для древостоя
Индивидуальные индексированные хронологии
Средняя индексированная хронология для древостоя
Полученные результаты хорошо согласуются с выводами предыдущих исследований. Так, положительное влияние на прирост повышенных температур января зафиксирована в сопоставимых по возрасту древостоях расположенных на северо-востоке Московской области в Сергиево-Посадском и во Фряновском лесничествах , . Положительно влияние повышенных температур декабря на рост сосны было зафиксировано при обработке дендрохронологического материала по аналогичной методике для сосновых лесов заповедника «Кивач» (Южная Карелия) . Таким образом, в ходе выполненного исследования действительно выявлена некоторая общая тенденция в изменении продукционного процесса сосновых лесов при потеплении зимних температур декабря и января.
4. Обсуждение
С использованием стандартной функции программы Microsoft Excel было выполнено моделирование динамики индексов прироста сосны в исследуемом древостое. Получено следующее уравнение линейной регрессии:
где:
O7 — месячная сумма осадков июля, мм;
T1 — среднемесячная температура января, оС;
T12 — среднемесячная температура декабря прошлого года, оС.
Результаты моделирования динамики индексов радиального прироста с помощью полученного уравнения регрессии отражены на графике на рисунке 5.
Результаты моделирования динамики индексов радиального прироста на основе уравнения линейной регрессии
На рисунке 6 отражена динамика среднемесячной температуры декабря и результаты прогнозирования ее роста в ближайшие сто лет. Прогнозируемый рост зимних температур положительно скажется на росте продуктивности сосновых лесов Московского региона. Особенно хорошим ростом будут характеризоваться леса, сформировавшиеся на свежих почвах, в условиях хорошего снабжения грунтовыми водами.
Динамика среднемесячной температуры декабря и ее прогноз
В ходе исследований была также проанализирована цикличность колебаний прироста в ряду индексов прироста за период 1961–2025 гг. Для этого была использована стандартная процедура анализа — одномерный спектральный анализ Фурье в программе STATISTICA 13.3 (рисунок 7).
Результаты одномерного спектрального анализа Фурье
5. Заключение
В результате выполненных исследований выявлены основные климатические факторы, колебания которых от года к году определяют характер колебания от года к году величины прироста древесины: температура декабря, температура января и осадки июля. С учетом наблюдающегося тренда на рост температур декабря следует прогнозировать рост продуктивности древостоев сосны. Особенно хорошим ростом будут характеризоваться сосновые леса, сформировавшиеся на свежих почвах, в условиях хорошего снабжения грунтовыми водами. При плантационном разведении сосны может оказаться целесообразным искусственный полив посадок в июле. Также в ходе исследований была проанализирована цикличность колебаний прироста в ряду индексов прироста и выявлено присутствие в нем ярко выраженной циклической компоненты с периодом 12,8 лет. Это свидетельствует о циклических колебаниях продуктивности и, следовательно, о циклических колебаниях в физиологическом состоянии деревьев в исследуемом древостое и дает основания для прогнозирования периодов повышенной и пониженной устойчивости древостоя.