Analysis of growth traits in a maturing Scots pine stand at the Shchyolkovo Training and Experimental Forestry Enterprise based on annual ring analysis
Analysis of growth traits in a maturing Scots pine stand at the Shchyolkovo Training and Experimental Forestry Enterprise based on annual ring analysis
Abstract
Dendroclimatic studies were conducted in a maturing, agriculturally valuable Scots pine stand in a sorrel family forest within the Shchyolkovo Training and Experimental Forestry Enterprise. The main climatic factors determining fluctuations in annual ring formation were identified: December temperature, January temperature, and July precipitation. The dynamics of radial growth indices were simulated using a linear regression equation; the resulting model has a high level of adequacy to the original chronology over some time intervals, and a low level over others. This testifies to the non-stationarity of the climatic signal in the studied chronology. Given the observed trend towards rising December temperatures, an increase in the productivity of the forestry enterprise’s pine forests has been predicted as the climate changes. Studies of the cyclical nature of fluctuations in the radial growth time series have been carried out, and a main component with a period of 12.8 years has been identified, which provides a basis for forecasting periods of increased and decreased stand stability.
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.