BIOECOLOGICAL FEATURES OF THE GROWTH OF SERBIAN SPRUCE IN THE ARBORETUM OF THE MB MSTU NAMED AFTER N.E. BAUMAN
BIOECOLOGICAL FEATURES OF THE GROWTH OF SERBIAN SPRUCE IN THE ARBORETUM OF THE MB MSTU NAMED AFTER N.E. BAUMAN
Abstract
Serbian spruce is an introduced species in the Moscow region. Given the predicted climate change towards warming and increased aridity, Serbian spruce may prove to be a promising species for expanded use in urban landscaping and plantation cultivation. Studying the patterns of variability in annual rings provides information on the bioecological characteristics of this species and allows to predict its growth success under changing climate conditions. The research has established that there are no close correlations between the dynamics of radial growth and the dynamics of meteorological parameters, which is normal for a species growing in conditions close to optimal. Taking into account the results of dendroclimatic analysis using correlation and climogram methods, it has been determined that the growth of Serbian spruce is positively influenced by higher winter temperatures and increased precipitation at the beginning of the growing season. If the existing long-term trends towards higher winter temperatures in the Moscow region continue, its climate will become more favourable for the growth of Serbian spruce. Already, its chronologies show a positive trend towards increased growth, coupled with a trend towards higher average winter temperatures.
1. Введение
Ель сербская (Picea omorika (Pančić) Purk.) имеет природный ареал произрастания на Балканах: в горах Сербии, Боснии и в Западной Болгарии в Родопских горах — в бассейне реки Дрина , , . Эта ель считается реликтом третичного периода кайнозойской эры, начавшегося около 66 млн. лет назад и закончившегося около 1,8 млн лет назад. Считается, что в эту эпоху данный вид (или близкий к нему) был широко распространен на всей территории Евразии и Северной Америке. Известно, что в конце третичного периода появилась, в частности, такая группа приматов, как австралопитеки. Поэтому, если в научно-популярной литературе для более точного понимания древности таксона голосеменных класса саговники принято называть их «современниками динозавров», то ель сербскую в этом ключе корректно характеризовать как «современника австралопитеков».
Основная дендрологическая особенность ели сербской — это наличие плоской хвои, с двумя рядами устьичных полосок на нижней стороне хвои, что сближает ее строение с хвоей основных представителей рода пихта (Abies Mill.). На основании этого признака ель сербская иногда объединяется с елью аянской во внутриродовую секцию Omorica (пихтообразные).
Дендрохронологические исследования, выполнявшиеся на базе коллекции хвойных Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина РАН показали, что есть основания считать ель сербскую видом, экологическая ниша которого близка к экологической нише первопредка всех представителей семейства сосновые (Pinaceae)
.Ель сербская имеет ограниченное распространение в Московском регионе. Так, подробная добротная монография «Древесные растения парков Подмосковья» изданная в 1979 году в издательстве «Наука», написанная коллективом сотрудников Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина РАН отмечает такие виды и внутривидовые формы рода Picea Dietr. как ель колючая (Picea pungens Engelm.), ель колючая голубая (Picea pungens «Caesia»), ель колючая зеленая (Picea pungens «Viridis») ель колючая сизая (Picea pungens «Glauca»)), ель обыкновенная (Picea abies (L.) Karst.), ель обыкновенная плакучая (Picea abies «Pendula»), ель обыкновенная прутовидная (Picea abies «Virgata»), ель сибирская (Picea obovata Ldb.), ель сизая (Picea glauca (Moench.) Voss.), ель Энгельмана (Picea engelmannii Engelm.) (русские и латинские названия растений приведены в трактовке авторов монографии). Ель сербская в ней не отмечена ни для одного локального объекта. Безусловно, представленность данного вида в интродукции в пределах Московского региона существенным образом возросла за последние 30 лет благодаря активному созданию новых объектов ландшафтной архитектуры и завозу посадочного материала из Западной Европы. Тем не менее, на наш взгляд, имеется потенциал для более широкого использования данного вида в городском озеленении, а также в качестве основного вида при создании лесных плантаций и их эксплуатации.
Ель сербская отличается высокой засухоустойчивостью, что предопределяет и ее высокую газоустойчивость. Опыт интродукции показывает ее общую высокую устойчивость в урбанизированной среде , . Видоспецифичный признак — узкая крона обеспечивает низкую парусность и низкую вероятность повреждения дерева ветром и навалами снега, что обеспечивает низкую аварийность вида в городской среде. Нет данных о высокой пораженности данного вида стволовыми гнилями в условиях интродукции, что говорит о нем как о перспективном с точки зрения «не аварийности» виде. Немаловажно также, что вид обладает высокими декоративными свойствами.
Анализ дендрохронологической информации позволяет исследовать наследственные экологические свойства видов интродуцентов, выявлять климатические факторы, критически значимые для их роста за пределами естественного ареала, а также вести диагностику потребности растений в определенного рода уходах в рамках их выращивания в конкретных условиях произрастания. Детальное познание биоэкологических свойств видов елей, оценка перспектив их роста в конкретном регионе с учетом прогнозируемых изменений климата возможна на основе использования дендроклиматической информации , , , .
В данной статье изложены результаты дендроклиматической диагностики биоэкологических особенностей роста ели сербской на конкретном локальном объекте озеленения — в дендрарии Мытищинского филиала МГТУ им. Н. Э. Баумана (бывший МГУлеса). Целью исследования было установление закономерностей климатически обусловленной изменчивости годичных колец у данного вида и диагностика на их основе биоэкологических особенностей роста вида. Для этого решались такие задачи как отбор образцов древесины, получение временных рядов радиального прироста (временных рядов ширины годичного кольца), выявление связей между изменчивостью величины прироста и изменениями метеопараметров. Результаты исследований были апробированы при выступлении в рамках международного молодежного форума «Ломоносов-2025» на кафедре высших растений МГУ им. М.В. Ломоносова и частично опубликованы в виде тезисов доклада .
2. Методы и принципы исследования
Для целей исследования были отобраны два дерева ели сербской, произрастающие в дендрарии МФ МГТУ им.Н.Э. Баумана. Они были высажены в 1975 году. Их внешний вид в апреле 2025 отражает фото на рисунке 1, их состояние характеризуют данные таблицы 1.
Рисунок 1 - Общий вид учетных деревьев в дендрарии
Таблица 1 - Таксационные параметры учетных деревьев
Номер учетного дерева | Диаметр на высоте 1,3м, см | Высота, м | Диаметр проекции кроны «север- юг», м | Диаметр проекции кроны «запад-восток», м | Высота до первого живого сука, м |
1 | 26 | 18,4 | 4 | 3,4 | 2,55 |
2 | 26 | 18,7 | 3,5 | 4,0 | 3,00 |
С каждого дерева было отобрано по два керна - один на высоте 1,3 м с целью анализа динамики радиального прироста и один на высоте 0,1 м — в первую очередь с целью определения биологического возраста древесного организма. Поверхность кернов была специальным образом подготовлена и с помощью микроскопа бинокулярного стереоскопического МБС-10 были выполнены измерения общей ширины годичного кольца. Измерения выполнялись с точностью до 0,05 мм. Для контроля за правильностью измерений выполнялась визуальная перекрестная датировка в программе Microsoft Excel.
3. Основные результаты
Хорошо известно, что число годичных колец меняется по высоте ствола. Для определения возраста деревьев отбор кернов необходимо вести на высоте 0,1 м. В том случае если на образце древесины (керне) будет зафиксирована сердцевина и ювенильная древесина, то подсчет числа годичных колец на образце даст точный биологический возраст дерева. Это происходит не всегда, так как бурав при сверлении не всегда попадает в биологический центр ствола дерева.
В нашем случае возраст деревьев определен как 53 года. Первое годичное кольцо сформировалось в 1972 году. Посадка деревьев, видимо, велась трехлетними саженцами в 1975 году, такой вариант датировки совпадает с данными о создании посадки. До высоты 1,3 метра деревья росли около 10 лет, давая линейный прирост в высоту 13 см.
Для анализа влияния климатических факторов на прирост отбор кернов желательно вести на высоте 1,3 м. Здесь менее выражены эффекты эксцентриситета ствола, которые могут вызывать формирование аномально широких и аномально узких годичных колец на отдельных радиусах вне связи с изменением общей продуктивности дерева. На высоте 1, 3 м наблюдается синхронное изменение значений прироста по разным радиусам, то есть периоды увеличения и уменьшения прироста совпадают в хронологиях по разным радиусам.
Первичные временные ряды полученные в результате измерения ширины годичных колец на кернах древесины и последующей перекрестной датировки приведены на рисунке 2.
Рисунок 2 - Динамика ширины годичного кольца у учетных деревьев на разных высотах ствола и по разным радиусам ствола
Рисунок 3 - Динамика средней ширины годичного кольца (радиального прироста) на двух высотах ствола
Индивидуальные временные ряды ширины годичного кольца были индексированы: ширина годичного кольца в каждом году делилась на среднюю ширину годичного кольца за последние пять лет. Индексированные временные ряды отражены на рисунке 4.
Рисунок 4 - Динамика индексов радиального прироста у учетных деревьев на разных высотах ствола и по разным радиусам ствола
Рисунок 5 - Динамика индексов радиального прироста в обобщенных индексированных хронологиях на разных высотах ствола
Вторым вариантом дендроклиматического анализа, дополняющим дендроклиматический анализ методом расчета коэффициентов корреляции является метод климаграмм. Проанализировав графики на рисунке 5 к числу локальных максимумов прироста были отнесены 1991, 2001, 2008, 2013, 2020; а к числу локальных минимумов прироста 1988, 1995, 2003, 2011, 2017. Максимумы прироста индицируют годы с благоприятным сочетанием метеопараметров роста (при допущении о равенстве параметров всех прочих значимых экологических факторов), минимумы прироста индицируют неблагоприятные условия роста. Рассчитав средние значения для группы лет локальных максимумов и локальных минимумов прироста можно получить объективные количественные данные о метеорологическом фоне, благоприятном для интенсивного роста ели сербской, так же как и об экологическом фоне неблагоприятном для ее роста. Средние значения метеопараметров для этих групп лет были сопоставлены между собой и со средними многолетними для периода 1985–2022 гг. (рисунок 6, рисунок 7).
Рисунок 6 - Значения средней месячной суммы осадков для разных групп лет
Рисунок 7 - Значения средней среднемесячной температуры для разных групп лет
Формирование максимумов прироста также происходит при повышенных значениях среднемесячных температур января и февраля. Это в целом совпадает с результатами корреляционного дендроклиматического анализа, также выявившего положительное влияние повышенных зимних температур на рост ели сербской. Таким образом, наблюдаемый положительный тренд в изменчивости прироста следует связывать с положительным трендом в динамике средних зимних температур и улучшением климатических условий для роста ели сербской (рисунок 8).
Рисунок 8 - Средняя среднемесячная температура для трех зимних месяцев
Примечание: для декабря в расчет включалась температура календарного года минус один год
4. Обсуждение
Дендроклиматические исследования роста ели сербской в естественном ареале на границе между Сербией и Боснией и Герцеговиной дали авторам основания охарактеризовать ее как реликтовый вид, находящийся под угрозой исчезновения
. Авторы отмечают, что ожидаемое увеличение продолжительности и интенсивности засух в Юго-Восточной Европе приведёт к серьёзным изменениям в оставшихся естественных лесах. Поэтому, чтобы принимать обоснованные управленческие решения, способствующие их сохранению, важно лучше понимать, как они реагируют на изменения климата и окружающей среды. Эти же основания справедливы и для исследования закономерностей влияния климатических факторов на рост ели сербской в Московском регионе — может оказаться, что этот эндемичный реликтовый вид, которому может угрожать вымирание в естественном ареале, ограниченном в настоящее время каньоном реки Дрина, может оказаться перспективным для расширенного культивирования в Московском регионе.Выполненный авторами статьи анализ годичных колец, охватывающий общий период с 1974 по 2016 год, показал значительное замедление роста и выявил усиливающуюся негативную реакцию на летнюю засуху за последние 30–40 лет. Сила реакции различалась в зависимости от дерева и места произрастания: молодые деревья и те, что растут на меньшей высоте, сильнее страдали от засухи.
В контексте обсуждаемой темы важно также учитывать особенности влияния климатических факторов на рост ели европейской в той части ее естественного ареала, в которой она граничит с елью сербской
. Как отмечают авторы статьи в Боснии и Герцеговине леса занимают 2 904 600 га, или 56,7 % от общей площади страны. Анализ метеорологических данных за 1961–2014 гг. показывает, что среднегодовая температура воздуха в этом регионе продолжает постоянно повышаться и поэтому лесным экосистемам следует уделять пристальное внимание. Одним из важнейших видов для лесного хозяйства Боснии и Герцеговины является ель европейская. По мнению авторов в данном регионе ель европейская находится под угрозой исчезновения из-за низкой засухоустойчивости и подверженности различным заболеваниям. Согласно прогнозам на середину (2041–2070 гг.) и конец века (2071–2100 гг.) в соответствии со сценарием RCP 4.5 значительного влияния климата на распространение ели не будет. Прогнозируемые темпы уменьшения площади и высотные сдвиги благоприятных местообитаний незначительны. Прогнозы в соответствии со сценарием RCP 8.5 предсказывают весомое сокращение благоприятных местообитаний для ели обыкновенной как на территории существующего ареала вида, так во всей Боснии и Герцеговине. В частности, прогноз на конец века (RCP 8.5) показывает почти полное исчезновение благоприятных для произрастания ели мест, в то время как небольшие участки, подходящие для этого дерева, расположенные выше, чем остальные, над уровнем моря, останутся нетронутыми. Таким образом, в зависимости от сценария наблюдаемых климатических изменений состояние еловых лесов из ели европейской будет изменяться по-разному.Ухудшение условий роста для ели сербской в естественном ареале в связи с изменениями климата может быть сопряжено с улучшением условий для ее роста в условиях интродукции в определенных регионах. Анализируя результаты дендроклиматического анализа роста ели сербской, имеет смысл учитывать результаты предыдущих исследований, содержащие результаты дендроклиматического анализа роста ели европейской в Московском регионе
, , , , а также результаты анализа влияния климатических факторов на рост других видов ели в условиях интродукции в Московском регионе , , , . Результаты дендроклиматического анализа могут отличаться в деталях в зависимости от принятой методики исследования. На результаты могут влиять как особенности отбора образцов древесины, так, и особенности математической обработки исходных временных рядов ширины годичного кольца. В связи с этим в рамках данной статьи мы учитывали только результаты исследований выполненных по единой методике, используемой в лаборатории дендрохронологии МФ МГТУ им. Н.Э. Баумана. Это делает их полностью сопоставимы между собой и с результатами исследований изложенными в данной статье.Положительное влияние на рост повышенных зимних температур в Московском регионе зафиксировано для ели восточной (Picea orientalis (L.) Peterm.)
, , но не наблюдается для ели Шренка (Picea schrenkiana Fisch. & C.A.Mey) . Последнее авторы связывают с нарушением состояния зимнего покоя у данного вида в результате оттепелей и последующим повреждением его даже относительно слабыми морозами. Ель Глена (Picea glehnii (F.Schmidt) Mast.) при интродукции в Московском регионе ведет себя сходным образом с елью сербской : ее прирост не демонстрирует выраженных корреляционных связей с метеопараметрами, что говорит о благоприятности климатических условий данного региона для роста вида. Однако ель Глена проявляет специфику своих экологических свойств, в тех случаях, когда климатические факторы оказывают выраженное влияние на прирост — это отрицательная реакция на повышенные температуры в начале вегетационного сезона.При обсуждении результатов дендроклиматического анализа видов интродуцентов рода Picea важно учитывать специфику роста в данном регионе автохтонного вида — ели европейской (Picea abies (L.) Karst.). Ель европейская также в норме демонстрирует отсутствие выраженных корреляционных связей с метеопараметрами
, но при этом анализ методом климаграмм говорит по положительном влиянии на рост осадков в начале вегетационного сезона . Следовательно, климатические экологические ниши ели сербской и ели европейской близки, что и следовало ожидать из факта пересечения природных ареалов этих видов. Ель сербская потенциально способна заменить ель европейскую при плантационном выращивании в Московском регионе, она имеет перспективы для расширенного использования в городском озеленении.Таким образом, рост ели сербской в дендрарии МФ МГТУ, его климатическая обусловленность имеет выраженные черты сходства с ростом других интродуцированных видов ели, а также с ростом местного автохтонного вида ели.
5. Заключение
Подводя итог исследованию следует отметить следующие основные выводы:
1. Первые результаты исследований не противоречат гипотезе о перспективности ели сербской для расширенного разведения на территории Московского региона.
2. Целесообразен дальнейший поиск и выявление старовозрастных посадок ели сербской на территории Московского региона и смежных с ним регионов, оценка их состояния и выполнение дендроклиматических исследований особенностей их роста.
3. Целесообразно создание опытных плантационных культур ели сербской, например, на территории Щелковского учебно-опытного лесхоза.