Климатические, эдафические, орографические условия

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 7Следующая ⇒

Тотемский район по своему ландшафтному строению можно разделить на три разновидности. Первая разновидность представлена Харовским моренным холмистым возвышенным среднетаежным ландшафтом. Он характеризуется пермьскими мергелями, триасовыми глинами. На поверхность выходят московского оледенения валунные суглинки. В центре ландшафта лидируют камовые моренные и холмы до 1,5 километра в диаметре. В южной части диаметром до двух километров. Хорошо развиты речные долины, а именно у реки Кубены с ее притоками. Такая же картина наблюдается и у притоков реки Сухоны. Послеледниковые озера заросли и многие из них исчезли. Остаточные, небольшие по размерам, водоемы сохранились среди болотных массивов и в поймах рек. Самым крупным озером в данном ландшафте является Катромское озеро, которое находится в северной части гряды. Судя по строению террас на склонах озерных котловин озеро занимает котловину ледникового выпахивания. Поэтому нижняя часть террасы заболочена полностью и мощность торфяной залежи достигает пяти метров. На территории находятся хвойно-мелколиственные леса и верховые болота, что способствует развитию дерново-подзолистого почвообразовательного процесса и формированию одноименных почв. Также распространены моренные равнины и долины малых рек.

Вторая из них Кулойская моренная ранинная возвышенная среднетаежная разновидность ландшафта. Она характеризуется озерно-ледниковой равниной различной степени увлажнения. На ней также присутствуют болотные и зандовые равнины, днище которых занимают реликтовые озера. Для данного ландшафта характерно большое количество рек и ручьев. Здесь питаются реки, которые берут начало из реки Сухоны и Ваги. Данный ландшафт характеризуется сосновыми, еловыми, мягколиственными лесами. Почвенный покров представлен подзолистыми и дерново-подзолистыми почвами. Ландшафтная структура представлена ледниковыми холмистыми равнинами с хвойными и мелколиственными лесами.

Третий вид ландшафта - Галичский моренный холмистый средневысотный южно-таежный ландшафт. Он представлен глинами и триасовыми песчаниками. Рельеф представляет собой сочетание конечно-моренных гряд московского ледника. В нем присутствуют понижения и гряды с высотами до 60 метров. Также хорошо развиты эрозионные формы рельефа, которые образовались деятельностью рек. Гидрография представлена притоками Сухоны-Толшма, Печеньга, Леденьга, Старая Тотьма и притоками Виги и Унжи, Кунож, Юза, Вотча. Данный ландшафт характерен подзолистыми, дерново-подзолистыми, супесчаными и суглинистыми почвами из-под ельников, сосняков, березняка, подлеска рябины и липы. Ландшафтная структура представлена моренными холмами и понижениями нормального увлажнения с хвойными и мелколиственными лесами.

Для нижнего течения реки Сухона, характерен умеренно-континентальный климат лесной зоны, находящегося в пределах Вологодской области (табл. 1.1).

Таблица 1.1 - Характеристика климатических условий по данным Тотемской метеостанции

Месяц	Средняя температура воздуха	Абсолютные величины		Количество осадков, мм	Высота снежного покрова, см.	Дневная относительная влажность воздуха,%
Месяц	Средняя температура воздуха	Максимум	Минимум	Количество осадков, мм	Высота снежного покрова, см.	Дневная относительная влажность воздуха,%
I	-12,4	-4,3	-35,3	29	35	85
II	-12,0	-0,6	-33,5	24	45	83
III	-6,8	+4,1	-24,5	27	42	81
IV	+1,6	+17,9	-19,0	27	15	74
V	+8,2	+25,7	-2,6	47	-	65
VI	+14,4	+28,4	-1,1	65	-	68
VII	+16,8	+32,0	+5,4	66	-	71
VIII	+12,5	+28,9	+1,8	64	-	75
IX	+8,7	+25,5	-1,4	61	-	83
X	+1,9	+12,1	-6,2	44	-	89
XI	-3,9	+6,0	-18,6	36	13	90
XII	-10,1	+2,2	-30,6	30	24	89
Годовой	+1,6	+14,8	-14,6	514	29	79

Для него уместно умеренно-теплое лето, умеренно длительная холодная зима и неустойчивый режим погоды в течение всего года. Область получает от солнца, в среднем за год, достаточно большое количество тепла, занимая высокоширотное положение в пределах умеренного пояса.

Продолжительность дня в летний период составляет до 19 часов, а в зимний период – до 6 часов. Режим погоды на территории района неустойчивый в результате частого прохождения циклонов через его территорию, особенно в осенне – зимний период. Средняя годовая температура составляет +1,6°C. Самым теплым месяцем в году является июль; а самым холодным – январь. Средняя продолжительность вегетационного периода составляет 165 дней. Большое количество осадков выпадает в июле, а меньшее в феврале, всего за год выпадает – 514 мм [3]. Наибольшая высота снежного покрова накапливается в феврале и в среднем составляет – 29 см. Дневная относительная влажность воздуха – 79 %.

Гидрология района

Река Сухона – это главная водная артерия, приток Северной Двины, входящий в систему Северного бассейна рек. Долина р. Сухоны трапецеидальная, шириной – 500-600 м., пойма реки прослеживается в виде узкой полосы шириной от нескольких метров до 50-100 м [2]. Представлена она плоским рельефом и ежегодно затапливается паводками. При этом река Сухона является основным источником поверхностного водоснабжения, которая обеспечивает водопотребление крупного города с размещением водоемких предприятий. Территория района малообеспечена пресными подземными водами, за исключением северной части [5].

Основными объектами гидрологии района являются болота. На территории присутствуют клюквенные и торфоболота, которые являются ценными ягодниками, и имеют важное водоохранное значение [5]. Они являются объектами охраны, на которых запрещены все виды работ, связанные с изменением гидрологического режима и нарушением их целостности [6].

Флора и фауна района

Растительный покров

К предпринимательской деятельности относятся заготовка пищевых лесных ресурсов и сбор лекарственных растений, связанная с изъятием, хранением и вывозом лесных ресурсов из леса [7]. К пищевым ресурсам в районе относятся следующие – грибы, берёзовый сок, ягоды. Важнейшими дикорастущими ягодниками в Тотемском районе являются: клюква, брусника, черника, голубика, морошка, малина, смородина. К съедобным грибам относятся: рыжик, белый, волнушка, груздь, маслёнок, подосиновик, подберезовик, маховик, козляк, сыроежка, подгруздок, валуй, серушка. Заготовку и сбор грибов и дикорастущих растений запрещается осуществлять, так как виды занесены в Красную книгу Российской Федерации Вологодской области, или которые признаются наркотическими средствами [8].

На территории Тотемского района отсутствуют особо охраняемые природные территории федерального значения на землях лесного фонда, но существуют охраняемые территории регионального значения, такие как: «Заозерский» - создан для режима охраны [2]. В нем запрещается подсочка деревьев, добыча полезных ископаемых, геологические изыскания, изменение гидрологического режима территории, осуществление рубок, за исключением санитарных, заготовка и сбор недревесных лесных ресурсов, пищевых лесных ресурсов и сбор лекарственных растений. «Сондугский» - в нем находятся коренные верховые типы гидроморфного ряда лесов в водосборе оз. Сундугского [2]. «Нюшменский бор» - эталон Верхневажского ландшафта. Высоко - бонитетные сосновые и еловые насаждения. «Изониха» - заказной режим охраны « Пиньга» - заказной режим охраны. «Вязы» - разнообразие широколиственных участков леса. Заказной режим охраны [9].

Территория Тотемского района по своему лесорастительному районированию относится к таежной лесорастительной зоне, южно - таежному лесному району европейской части Российской Федерации [2]. Общую площадь земель лесного фонда составляют лесные и нелесные земли. К лесным относятся покрытые лесом земли, не сомкнувшиеся лесные культуры, лесные питомники, а также непокрытые лесом земли (гари, погибшие насаждения, вырубки, прогалины, пустыри), предназначенные для лесовосстановления; к нелесным - находящиеся в лесах участки угодий (пашни, сенокосы, пастбища), воды, площади особого назначения (дороги, просеки, усадьбы и другие земли, обслуживающие нужды лесного хозяйства), а также неиспользуемые земли (болота, пески, овраги и др.) [2].

Земли, покрытые лесной растительностью составляют 91,6 % от лесных, в том числе лесные культуры – 7,9 %, несомкнувшиеся лесные культуры – 0,2 %, земли не покрытые лесной растительностью (1,2 %), представлены преимущественно вырубками последних двух лет – 1,0 %.Эти показатели положительно характеризуют лесной фонд и производственную деятельность Тотемского района.

В целом по району покрытые лесом земли представлены насаждениями естественного происхождения, которые далеки от оптимальных как по составу древесных пород, так и по продуктивности. Нелесные земли составляют 7,2 % общей площади лесничества и представлены в основном болотами (5,9 %) и сенокосами (0,4%) [2].

В целом насаждения Iа и II классов бонитета занимают 37,7% покрытой лесом площади, III бонитета - 30,1%, IV-Vа бонитетов - 32,2%,в том числе древостои V а класса бонитета - 1,6%. Наличие низкобонитетных насаждений связано с изменением климатических условий. Большая часть насаждений (53,3% площади) имеют полноты 0,5 - 0,7 [2].

Насаждения с полнотами 0,8 и выше занимают 43,9% лесопокрытой площади, низкополнотные древостои (полноты 0,3 - 0,4) 2,8%. Низкие полноты выявлены в насаждениях по окраинам болот и в участках молодняков I класса возраста, где процесс естественного возобновления леса еще продолжается.

Преобладающими типами условий местопроизрастания (ТУМ) являются черничные и кисличные типы. Они составляют 78,8% покрытой лесом площади. На долю лишайниковых ТУМ приходится 0,1%, брусничных - 1,9%, кисличных - 19,5%, черничных - 59,3%, долгомошных - 10,6%, травяно - болотных - 4,7%, сфагновых - 3,9% лесопокрытой площади. Эти данные указывают на хорошие почвенно – грунтовые условия, способствующие произрастанию качественных и высокопроизводительных хвойных насаждений [2].

Отмечается, что территории, занятые насаждениями, произрастающими в недостаточно и избыточно увлажненных местах, составляют незначительную долю от площади лесного фонда.

В общем среднем приросте всех лесов (521,2 тыс.м3) прирост хвойных насаждений составляет 52,2%, в том числе сосновых 24,7%,еловых 27,5%, прирост мягколиственных - 47,8%, в том числе березовых - 38,3%, осиновых - 9,4%, прочих пород - 0,1% [2].

Среди насаждений основных лесообразующих пород наибольший текущий прирост на 1 га лесопокрытой площади имеют осиновые леса (2,7 м³), наименьший – еловые (1,7м³).

Животный мир

Для Вологодской области, в том числе и для Тотемского района, характерны такие виды животных, как: кабан, лось, белка, заяц беляк, бобр, волк, медведь, рысь, енотовидная собака, выдра, куница лесная, ласка, норка американская и европейская, горностай, хорь, барсук, крот, глухарь, тетерев, рябчик и многие другие [2].

В реках находятся следующие виды рыб: лещ, карась, окунь, налим, щука, язь.

Влияние животных на леса может быть как отрицательным, так и положительным. Отрицательное влияние заключается в том, что различного рода грызуны поедают плоды и семена деревьев, из – за обитания бобра в водоемах происходит подтопление леса, лоси объедают верхушки кустарников и деревьев, что способствует замедлению роста и развития насаждений [2]. Несмотря на это есть и положительное влияние животных на лес, например, птицы способствуют распространению семян на большие расстояния и поедают вредителей, что спасает насаждения от гибели, бобры регулируют гидрологический режим водоемов, лоси поедают поросль лиственных пород, которые не желательны в хвойных насаждениях.

Площадь охотугодий района составляет 565699 га, в том числе закреплено за охотпользователями – 196,8 тыс. га. Добыча охотничьих животных разрешена почти на всей территории Тотемского района [2].

Программа работ

Цель – определение степени влияния факторов внешней среды на динамику роста хвойных древостоев бассейна реки Сухона.

Для ее достижения были решены следующие задачи.

Задачи исследований:

- подобрать опытные объекты для проведения дендроиндикационных исследований;

- выполнить лесоучетные работы и составить таксационные описания опытных объектов;

- высверлить из деревьев буровые керны, произвести их маркоровку и датировку с измерениями годичных колец и построением древесно-кольцевых шкал для дендрохронологического анализа;

- методом корелляционно-регрессионного анализа найти взаимосвязи между приростом деревьев и факторами внешней среды и их определяющими;

- сформулировать выводы и дать предложения.

Методика работ

Главным условием для заложения пробных площадей и их исследования были разные условия местопроизрастания и их местоположения в бассейне реки Сухоны. Объекты были заложены в оптимальных и избыточно-увлажненных лесорастительных условиях для той или иной породы. Объекты закладывались с учётом требований ОСТ 56-69-83, ГОСТ 16128-70, методических указаний В.Н. Сукачёва и С.В. Зонна по определению типа леса и рекомендациям [70, 71, 72, 73]. На пробных площадях производился сплошной перечет деревьев с указанием их истинного диаметра с дальнейшей группировкой деревьев в двухсантиметровые ступени толщины (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Сплошной перечет деревьев

Одновременно с перечетом у 15 учетных деревьев, согласно ступенчато – пропорциональному представительству были замерены 15 высот. Далее в камеральных условиях были рассчитаны таксационные показатели насаждений (состав, диаметр, высота, запас, бонитет, полнота, возраст).

При расчете был выбран следующий алгоритм. В первую очередь находилась сумма площадей сечений всех деревьев или абсолютная полнота. Она определялась с помощью таблицы « Площади поперечных сечений древесных стволов ». После этого находился средний диаметр древостоя с помощью формулы средней площади поперечного сечения (формула 1.1):

; (1.1)

где - площади сечений деревьев по ступеням толщины, см²;

n- число деревьев по ступеням толщины.

После ее нахождения средний диаметр смотрится в этой же таблице.

Для определения запаса используется таблица « Стандартная сумма площадей сечений и запасов насаждений при полноте 1,0 », входом в которую является средняя высота и сумма площадей сечения нормального древостоя. Средняя высота вычислена графическим способом, являющимся наиболее точным. График высот строился на миллиметровой бумаге в масштабе: по высоте в 1см – 2 м; по диаметру в 1см – 1 ступень толщины (2см). По оси абсцисс откладывались диаметры (ступени толщины) в сантиметрах, в указанном масштабе [51]. По оси ординат соответствующие им высоты, в метрах. Посредине поля рассеивания точек от руки проводится сглаженная кривая. Количество точек, расположенных выше кривой, должно примерно равняться числу точек, находящихся ниже кривой. На оси абсцисс отмечалось значение среднего таксационного диаметра и проводилась перпендикулярная линия до пересечения с кривой высот. Точка пересечения указывала среднюю высоту. У тех же самых деревьев, которые брались для построения графиков высот, отбирались керны для определения среднего возраста.

В полевых условиях брались буровые керны с помощью возрастного бурава Пресслера ( марки Suonto ). В лаборатории на кернах подсчитывалось количество годичных колец. Исходя из высоты изъятия керна, на каждые 5 см прибавляли по 1 году. После этого средний возраст подсчитывали по формуле 1.2.

Средний возраст рассчитывается (формула 1.2):

, (1.2)

где а – количество годичных колец, шт.;

площади сечений учетных деревьев или всех деревьев по ступеням толщины, м²;

n- число деревьев по ступеням толщины.

Запас определялся по стандартной таблице «Сумма площадей сечений и запасов древостоев на 1 га при полноте 1,0». Запас фактического древостоя определяется (формула 1.3):

М=Р*М_н; (1.3)

где М_н – запас «нормального» древостоя, м³;

Р – относительная полнота древостоя.

Запас является основным таксационным показателем, характеризующим продуктивность древостоев.

Количество деревьев на 1 га (густота) условно определяется переводом количества деревьев, произрастающих на опытном объекте на площадь 1 га.

Для оценки качества условий произрастания леса нужно определить бонитет. Класс бонитета определяется по шкале бонитетов М.М. Орлова по среднему возрасту и высоте. Определение бонитета смешанного древостоя производится по основной (преобладающей) породе.

Полнота древостоя – степень плотности стояния деревьев в лесу. В древостое различают абсолютную и относительную полноту. Абсолютной полнотой называется сумма площадей поперечных сечений стволов на высоте груди и измеряется в квадратных метрах. Относительная полнота – отношение абсолютной полноты данного древостоя к сумме площадей сечений «нормального» древостоя для данной древесной породы и средней высоты древостоя. Относительная полнота выражается (формула 1.4):

, (1.4)

где G_ф - сумма площадей сечений данного древостоя на 1га, м².

– сумма площадей сечения, рассчитанная для насаждения с относительной полнотой 1,0.

Состав древостоя определяется из общего запаса древостоя. Причем весь запас древостоя (100%) принимается за 10 единиц. Каждая единица соответствует 10% участия её в общем запасе. Когда доля участия породы составляет менее 2 % - она пишется единично, если от 2 до 5 то ставится знак «+» [53].

Для достижения цели исследования необходимо проведение дендрохронологического исследования.

Исследование с применением дендрохронологических методов делились на следующее этапы.

Подготовительные работы:

1. Выбор цели исследования, анализ состояния проблемы исследования.

2. Подбор объектов исследования (предварительный – с использованием таксационных материалов, окончательный – на местности).

3. Выбор метода исследований (с учетом обеспечения достоверности исследований).

Полевые работы:

1. Описание участка.

2. Отбор образцов (кернов).

Камеральные работы:

1. Подготовка образцов (зачистка спилов, обрезка кернов, смачивание образцов перед измерением).

2. Датирование годичных колец.

3. Измерение ширины годичных колец.

4. Обработка данных измерений.

5. Анализ результатов измерений (внутрирядный (в т. ч. графический визуальный), сравнительный, математический, статистический, моделирование).

6. Выводы (заключение).

Объекты для дендрохронологического анализа подбирались в соответствии с поставленной целью исследования и с учетом основных принципов, обеспечивающих достоверность результатов исследования. Наши исследования являются дендроклиматическими. Целью дендроклиматических исследовании является изучение влияния климатических факторов и солнечной активности на изменчивость прироста насаждений, а также работы по созданию дендрошкал (эталонных таблиц годичных индексов прироста насаждений).

Нами были использованы две группы дендрохронологических методов:

1. Метод контрольных деревьев , основанный на сравнении прироста деревьев различных классов состояния в пределах изучаемого древостоя или их совокупности.

2. Метод внутрирядного анализа, основанный на анализе дендрохронологических рядов, в зависимости от естественных и антропогенных факторов.

Метод внутрирядного анализа был использован как в сочетании с предыдущим методом.

На каждый отобранный образец составляласьполевая ведомость, содержащая информацию, включающую следующие характеристики:

- регион;

- лесничество;

- № квартала;

- № выдела;

- древесная порода;

- высота отбора образцов (кернов, спилов);

- сторона света отбора образцов (кернов);

- дата отбора образцов;

- количество образцов;

- таксационная характеристика участка;

- основные представители напочвенного покрова.

Необходимое число образцов для достоверного установления средней ширины годичного кольца в древостое с заданной точностью было рассчитано по формуле :

N = t_st² *СV²/ P², (1.5)

где N – необходимое число образцов (спилов, кернов);

t_st – показатель надежности (критерий Стьюдента), определяемый в зависимости от установленного (заданного) порога вероятности безошибочных прогнозов (β) (табл. 1.2).

Таблица 1.2– Значения критерия Стьюдента в соответствии с порогом вероятности

	Уровень надежности
β	0,68	0,95	0,99	0,999
t_st			2,6	3,3

CV – коэффициент варьирования ширины годичных колец в древостое;

P – заданная допустимая ошибка (точность исследования): в биологических исследованиях принято считать приемлемой для практических целей допустимую ошибку не превышающую 10 %.

Установлено, что в нашем случае достаточным количеством является 15 штук образцов (кернов) древесины.

Учетные деревья (для отбора кернов) выбирались цилиндрической формы, с относительно одинаковым со всех сторон годичным приростом, здоровые, без повреждений. Общие закономерности изменчивости годичного прироста хорошо отражены у большинства деревьев I, II и III классов роста по классификации Крафта. Керны древесины брались возрастным буравом с западной и восточной стороны дерева, на высоте 1,3 м от основания ствола. С одного учетного дерева отбирались 1-2 керна древесины.

При измерении размеров прироста, для выявления структуры годичных колец перед работой смачивали поверхность образцов водой с мелом.

Рис. 1.3. строение годичного кольца хвойных деревьев (Тишин, 2011)

На подготовленных образцах проводили (датировку) колец, то есть точное определение года формирования каждого слоя прироста на основе взаимного сопоставления и согласованности в изменении ширины годичных колец.

Нами был применен визуальный метод датирования, т.е. осмотр изменчивости колец под увеличительным прибором (рис. 1.3). При этом выявлялись образцы, у которых имелись ложные и выпадающие кольца и точно определялось их местоположение. На зачищенной поверхности керна кольцо каждого десятилетия маркировалось одной точкой, каждого пятидесятилетия - двумя, каждого столетия – тремя (рис 1.4). Точки ставились в более широкой части годичного кольца: у сосны – это светлая ранняя (весенняя) древесина.

Рис. 1.4 – Маркировка годичных колец (Тишин, 2011)

В том случае, когда визуальная датировка затруднена ввиду слабой изменчивости ширины колец или большого количества ложных и выпадающих структур, строили и сопоставляли графики изменения ширины годичных колец. Эта процедура называется перекрёсной датировкой (рис.1.5). Она основана на использование неповторимого во времени рисунка годичных колец древесины.

Рис. 1.5– Принцип перекрёсной датировки образцов

При этом сравнивались рисунки колец у различных деревьев, и выбирается точное место, где найдено соответствие в характере изменчивости размеров.

Ширина годичных колец образцов измерялась окулярмикрометренной шкалой. Одно большое деление шкалы = 1 мм, одно маленькое деление = 0,1 мм. Точность измерений – 0,05 мм. Измерения проводились от периферии к центру образца, начиная с подкорового кольца. Ширина годичных колец измерялась перпендикулярно к годичным слоям. Данные измерений округлялись до десятых долей миллиметра и заносились в таблицу (табл. 1.3).

Таблица 1.3 – форма для записи дендрохронологичиских данных

В таблице в первый столбик помещены номер десятилетия, в верхнюю строку годы роста деревьев – слагающие десятилетие. В пустых ячейках записывался размер измеренных параметров годичных колец.

Средние значения радиального прироста рассчитывались для насаждений одной породы, одинакового возраста, одного типа лесорастительных условий. Для расчета средних значений применялась формула

i_sr= ∑ хi_j/ n (1.6)

где n – число образцов,

хi - ширина годичных колец

ј - календарный год.

По каждому календарному году суммировались ширина годичных колец всех имеющихся образцов и делилась на число образцов. Расчеты производились с точностью до 0,01 мм.

Если в исследуемом насаждении несколько возрастных групп деревьев, для их средние многолетние кривые радиального прироста рассчитываются в отдельности.

Медианаделит ряд упорядоченных значений пополам с равным числом этих значений как выше, так и ниже ее (левее и правее медианы на числовой оси).

Вычислить медиану легко, если число наблюдений n нечетное. Это будет наблюдение номер (n + 1)/2 в нашем упорядоченном наборе данных.

Если n четное, то, медианы нет. Однако обычно мы вычисляем ее как среднее арифметическое двух соседних средних наблюдений в упорядоченном наборе данных (т. е. наблюдений номер (n/2) и (n/2 + 1)).

Мода – это значение, которое встречается наиболее часто в наборе данных.

Дисперсия – этоодин из способов измерения рассеяния данных заключается в том, чтобы определить степень отклонения каждого наблюдения от средней арифметической.

Вычисляем дисперсия по формуле:

. (1.7)

В случае, если мы имеем дело не с генеральной совокупностью, а с выборкой, то вычисляется выборочная дисперсия:

. (1.8)

Теоретически более точная дисперсия по выборке получится если разделить не на n, а на (n-1).

Среднеквадратическое (стандартное) отклонение – это положительный квадратный корень из дисперсии.

Стандартное отклонение выборки – корень из выборочной дисперсии:

. (1.9)

Стандартное отклонение своего рода среднее отклонение наблюдений от среднего. Оно вычисляется в тех же единицах (размерностях), что и исходные данные. Если разделить стандартное отклонение на среднее арифметическое и выразить результат в процентах, получится коэффициент вариации.

Все эти показатели можно рассчитать на ПК в программе Microsoft Excel (Анализ Данных – Описательная статистика)

Существуют различные методы изучения динамики радиального прироста во времени и связей его с климатическими факторами. Наиболее простым, наглядным и, в то же время, достаточно информативным является метод визуального анализа дендрохронологических рядов. Исследуются, графики ширины годичных колец в зависимости от возраста в абсолютных единицах (мм) и в относительных индексах (%). Этот метод позволяет дать оценку общего характера динамики прироста, выявить даты экстремумов, проследить изменения амплитуды и частоты колебаний, выявить цикличность колебаний прироста.

Это производитьсяпо следующей схеме.

1. Экстремумы прироста:

а) указали экстремальные (максимальное и минимальное) значения прироста для всего временного ряда и годы, в которые они наблюдались. Это позволило получить общее представление об интервале изменчивости радиального прироста.

При проведении дальнейшего анализа первые 10 лет жизни дерева были исключены.

б) выявили на графике наиболее выдающиеся экстремумы (максимумы и минимумы) прироста и занесли данные в таблицу.

Выявленные даты экстремумов прироста помогли оценить его связь с климатическими, гелиофизическими и другими факторами среды.

Для исследования амплитуды следует:

а) выявили на графике максимальный перепад амплитуды (размах колебаний) между двумя или несколькими соседними календарными годами, когда значения прироста непрерывно падали (или непрерывно возрастали).

б) амплитуда колебаний прироста может быть высокой (колебания происходят с большими перепадами значений прироста) или низкой (небольшие перепады значений).

Выделялись на графиках периоды с высокой и низкой амплитудой колебаний и указывались, в какие календарные годы они наблюдались;

в) следует также отметить общий характер колебаний прироста: равномерный или неравномерный (хаотичный), т.е. наблюдались резкие изменения амплитуды колебаний (неравномерные колебания) или же колебания длительный период происходят более или менее на одном уровне (равномерные колебания).

Под " частотой " понимают число полных колебаний (в нашем случае – прироста), совершающихся за единицу времени.

Частота колебаний (как и амплитуда) может быть высокой (частые колебания) и низкой (плавные колебания). Изменение направления колебаний может происходить ежегодно, в этом случае за 2 года произойдет один перепад прироста от минимума до минимума (или от максимума до максимума), т.е. одно полное колебание. За этот же промежуток времени (2 года) может продолжиться падение (возрастание) прироста, а полное колебание произойдет за больший промежуток времени. Промежуток времени, за который система (в нашем случае прирост дерева) совершает одно полное колебание, называется периодом колебаний .

В приросте древостоя присутствуют колебания с разными частотами. Но если проанализировать все колебания, за весь период роста дерева, и рассчитать средний период колебаний, колебания прироста могут быть:

Частые (высокая частота): средний период колебаний 2 - 3 года;

Плавные или нормальные (низкая частота): средний период колебаний 3 - 6 лет;

Затухающие (очень низкая частота) средний период колебаний > 6 лет.

Анализировали частоту колебаний прироста в древостоях, находящихся в условиях изменяющегося, нарастающего или накапливающегося, антропогенного воздействия с учетом изменчивости этого показателя под влиянием антропогенных нарушений. Средний период колебаний рассчитывался за определенные временные интервалы.

Кроме расчета и анализа среднего периода колебаний привели полный ряд значений периодов колебаний и дали оценку динамики этого показателя в течение жизни дерева.

Частота колебаний анализировалась совместно с амплитудой колебаний прироста. Здоровый древостой, как правило, имеет плавные колебания прироста на фоне средней, равномерной амплитуды.

Плавность колебаний прироста – одна из важнейших характеристик устойчивости, жизнеспособности древостоя, как и равномерная, без резких перепадов амплитуда колебаний прироста.

Может в здоровом древостое (когда прирост не стандартизирован, а выражен в миллиметрах непосредственно по данным измерений ширины годичных колец) наблюдаться и высокая частота колебаний, на фоне средней амплитуды. Но частые колебания на фоне высокой амплитуды говорят о нарушении устойчивости экосистемы. В сильно ослабленном древостое (загрязнение, рекреация, энтомовредители, фитопатогены и т.д.) частота колебаний постепенно падает, реакция древостоя на внешние факторы почти отсутствует, прирост затухает.

Ритмические процессы подразделяют на периодические и циклические. У периодических процессов их параметры (период, амплитуда, фаза) являются строго фиксированными и в этом случае развитие осуществляется (с обязательным присутствием направленности) по "точной спирали". Циклические процессы характеризуются только средними статистическими параметрами (период, амплитуда и фаза изменяются) и их развитие идет по "бракованной спирали", у которой непостоянны радиусы отдельных витков и различные расстояния между витками.

Для прироста деревьев наиболее характерны циклы порядка 80…90 лет (вековой), 30…35 лет (цикл Брикнера), 22 года (цикл Хейла или магнитный) 11 лет (цикл Швабе - Вольфа или солнечный), а также циклы меньших порядков: 5…6–летние, 3…4-летние, 2…3-летние.. Большая часть циклических изменений прироста деревьев связана с солнечной активностью (совокупностью физических явлений, происходящих на Солнце), проявляющейся на Земле через изменения циркуляции атмосферы, что, в свою очередь, изменяет тепловой режим и условия увлажнения.

Основные количественные характеристики цикла – амплитуда, частота, период, фаза. Понятия амплитуда, частота, период мы уже рассмотрели, под фазой цикла (фазой колебаний) понимают значение переменной (в нашем случае – прироста) в произвольный момент времени.

Циклы с различным периодом колебаний вносят различный вклад в формирование прироста деревьев, что также затрудняет их изучение. Выявление доминирующих циклов в динамике прироста возможно при визуальном анализе графиков.

Ширина годичных колец деревьев уменьшается с возрастом. В общем виде зависимость радиального прироста деревьев от возраста выражается отрицательно экспонентой. Эту линию обычно называют "нормой прироста в зависимости от возраста", "возрастной линией", "линией возрастного тренда" или "возрастным трендом" дерева (древостоя). При анализе динамики прироста в абсолютных единицах (мм) учитывалось наличие возрастного тренда.

Ясно выраженный возрастной тренд в динамике прироста, выраженного в абсолютных единицах (мм) – одна из важных характеристик здорового древостоя.

Стандартизация данных измерений исключает возрастной тренд древостоя, и в изменчивости прироста, выраженного в относительных индексах (%), возрастной тренд отсутствует. Колебания прироста происходят вокруг средней линии 100 % -го прироста.

Результаты замеров ширины годичных колец выражают в виде индексов через отношение каждого замера к установленному значению "нормы прироста" для данного года. Под "нормой прироста" понимают средние многолетние возрастные кривые, рассчитанные различными методами.

Наибольшее распространение в нашей стране получил метод скользящего сглаживания средних величин. Нами было выбрано трехлетнее усреднение. Чем длиннее период скользящего осреднения (m), тем более плавной кривой будет норма прироста.

Метод скользящего сглаживания можно выразить следующим образом (пример 5-летнего сглаживания):

i_{s (n+2)} = ∑ i / 5, или с₁= (а + b + c + d + e ) / 5, (1.10)

где а, b, c, d, e – последовательно меняющиеся замеры годичных колец;

с₁ – сглаженная ширина годичного кольца.

Универсальная формула для расчета относительных индексов прироста следующая:

I = i_f/ i_s× 100 % (1.11)

где I – относительный индекс в %;

i_f – фактическая ширина годичного кольца;

i_s – сглаженная ширина годичного кольца (или норма прироста данного года рассчитанная любым корректным способом).

Относительные индексы радиального прироста являются одним из наиболее удобных способов отражения изменчивости ширины годичных колец в зависимости от климатических факторов.

В результате индексирования получаются стандартизированные древесно-кольцевые хронологии деревьев. Полученные индексы приростов за определенный год усреднялись по всем образцам. В результате получилась обобщенная временная серия приростов, которая отражает общие черты роста всех деревьев исследуемого объекта (рис. 1.6).

Рис. 1.6 – Обобщенная стандартизированная древесно-кольцевая хронология деревьев

Для установления индикационных возможностей древесно-кольцевых хронологий применялся ряд специальных параметров, которые позволили оценить их надёжность для анализа. К таким параметрам относят:

Коэффициент чувствительности:

(1.12)

где xt - ширина годичного кольца, или индекс прироста в год t, n - длительностьряда (лет).

Этот коэффициент является одним из наиболее важных показателей, при помощи которого можно отбирать виды древесных растений и местообитания, наиболее пригодные для дендрохронологического анализа. Чем выше коэффициент, тем более сильный климатический сигнал содержится в древесно-кольцевых хронологиях. Серия колец считается чувствительной, когда средний коэффициент чувствительности больше 0.3. Пороговым значением для дендроклиматического исследования считается показатель 0,2.

Для установления связей между хронологиями вычисляется коэффициент синхронности S. Коэффициент синхронности S оценивает число однонаправленных изменений от года к году между двумя хронологиями и рассчитывается по следующей формуле:

, (1.13)

где n+ - количество совпавших по направлению годичных отрезков двух хронологий, n – длительность интервала времени сравниваемых хронологий.

Для оценки уровня синхронности между хронологиями используется шкала (Шиятов, 1986), которая разбита на пять классов (табл.1.4).

Таблица 1.4 - Шкала коэффициентов синхронности и уровни синхронности между хронологиями

Значение коэффициента синхронности	Уровень синхронности
45-56	Отсутствует
57-67	Низкая
68-78	Средняя
79-89	Высокая
90-100	Очень высокая

Сравнительно низкая синхронность изменения величины радиального прироста указывает на наличие интенсивного разделения деревьев в пределах отдельных рангов доминирования. Максимальный уровень дифференциации и изменчивости наблюдается в годы с оптимальным сочетанием факторов среды.

Межсериальная корреляциясвидетельствует о наличии и силе зависимости согласованности прироста в местообитаниях от зональной принадлежности. Это усреднённое значение всех значений коэффициентов корреляции полученных между индивидуальными хронологиями. Коэффициенты корреляции находиться по формуле:

, (1.14)

где , - выборочные средние, определяющиеся следующим образом:

, (1.15)

ПО величине полученного коэффициента корреляции можно оценить тесноту связи сравниваемых величин (таб. 1.5).

Таблица 1.5 – показатель связи между сравниваемыми параметрами на основе коэффициента корреляции

Значение коэффициента корреляции	Интерпретация связи
до 0,2	Очень слабая
до 0,5	Слабая
до 0,7	Средняя
до 0,9	Высокая
свыше 0,9	Очень высокая

Межсериальный коэффициент (RBAR) находиться как средняя величина полученная сложением всех коэффициентов корреляции между индивидуальными сериями прироста на количество этих серий

RBAR = (r₁+r₂+r₃+r_i)/n (1.16)

Автокорреляция – статистическая взаимосвязь между последовательностями величин одного ряда, взятыми со сдвигом по времени.

Лаг (сдвиг во времени) определяет порядок коэффициента автокорреляции. Если L = 1, то имеем коэффициент автокорреляции 1-го порядка r_t,t-1, если L = 2, то коэффициент автокорреляции 2-го порядка r_t,t-2 и т.д.

Отношение сигнала к шуму, т. е. показатель взаимокорреляции индивидуальных хронологий, использовавшихся для построения обобщенной серии, вычисляется по следующей формуле:

(1.17)

где r ( RBAR ) – средний коэффициент корреляции между индивидуальными рядамииндексов прироста для данного участка,

N – количество рядов.

Критерием оценки надежности хронологии является расчет выраженного сигнала популяции EPS, значение которого показывает, в какой степени реальная хронология отражает гипотетическую, представленную бесконечным количеством деревьев

(1.18)

где t – количество деревьев;

r bt - среднее значение коэффициента корреляции между отдельными сериями.

При значениях EPS ≥ 0.85 хронология считается достаточно представительной.

Расчёт среднего значения, медианы, стандартного отклонения, дисперсии был упомянут выше по тексту.

В начале построили графики различных сочетаний осадков и температур (месячных, вегетационного периода, по временам года, теплого периода, годовых гидрологического года), относительных индексов радиального прироста (общей ширины годичного кольца или поздней древесины) и солнечной активности, выраженной в числах Вольфа. Все графика строились с одинаковым масштабом по оси абсцисс (годы).

Рассчитали сумму активных (t°сут>10°С) и эффективных температур (t°сут≥5–10°С).

Важными для анализа, является показателями гидротермических коэффициентов и индексов:

Солнечной активностью принято называть совокупность физических явлений, происходящих на Солнце. На Солнце существует много процессов, характеризующих его активность. Наиболее явным признаком солнечной активности являются солнечные пятна (крупномасштабные темные образования на поверхности Солнца сравнительно низкой температуры, обладающие колоссальными магнитными полями).

Пятна на Солнце появляются и исчезают в определенном ритме. Наблюдения за изменением числа пятен (в начале эпизодические, затем регулярные) ведутся в течение нескольких веков. В среднем период цикла пятен оказался приблизительно равен 11 годам (от минимума до следующего минимума) с колебаниями от 7 до 17 лет. В фазе минимума происходит смена полярности групп пятен, т.е. 11 лет – количественный период, а полный магнитный период – 22 года.

Годы, в которые числа Вольфа имеют максимальную или минимальную величину, называют соответственно, эпохами максимума или минимума 11-летнего цикла солнечной активности. Интервал времени от эпохи минимума до эпохи максимума получил название ветви роста, а от эпохи максимума до эпохи следующего минимума – ветви спада 11-летнего цикла. Физический механизм воздействия солнечной активности на климат Земли и другие природные процессы достаточно сложен и до сих пор не до конца раскрыт. Чаще всего воздействие солнечной активности на процессы, происходящие в тропосфере Земли и на ее поверхности, является опосредованным: через изменение интегральной и спектральной характеристик солнечной постоянной, ионизацию верхней атмосферы, изменение и усиление общей циркуляции атмосферы и т.д.

Таблица 1.6 – Связь приростов месячными показателями метеопараметров

Более научным способом анализа влияния тех или иных характеристик климата являются корреляционный анализ между величиной прироста и метеопараметром. Полученные результаты можно предоставлять разными способами в форме таблицы (табл. 1.6) или графика функций отклика. Эти способы предоставления информации являются достаточно распространенными среди исследователей.

Объем выполненных работ

Общее количество полевых работ составило 21 день. В ходе полевых работ было заложено 6 пробных площадей в разных лесорастительных условиях, характерных для хвойных насаждений. Учетных площадок по учету подроста и подлеска было заложено в количестве 30 штук. Количество учетных площадок по живому напочвенному покрову сделано в количестве 30 штук. При этом были выполнены следующие работы:подобраны 6 пробных площадей; измерено 24 ходовых линий и 24 углов; учтено деревьев 1200, из них – измерено 140 высоты и 1200 диаметров; камеральные: отобрано 90 кернов; годичных колец изменено более 12000 годичных приростов древесины, построено 6 хронологий и определены их статистические параметры; аналитическая работа: нахождение связи прироста с климатическими параметрами у 6 хронологий, при этом было проанализировано влияние 72 климатических факторов в их многолетней динамике, сформулированы выводы.

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 749; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!