УДК 630*561.24

DOI: 10.24412/cl-36359-2021-153-157

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ РАДИАЛЬНОГО РОСТА ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ ПОЛЕЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС СУХОЙ СТЕПИ (В ПРЕДЕЛАХ АЛТАЙСКОГО КРАЯ)

CLIMATIC FACTORS OF RADIAL GROWTH OF WOODEN PLANTS IN PROTECTIVE FOREST BELTS OF A DRY STEPPE (WITHIN THE ALTAI KRAI)

Н.И. Быков¹, А.А. Шигимага², Н.В. Рыгалова³

N.I. Bykov¹, A.A. Shigimaga², N.V. Rygalova³

^1,2Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, Россия

³Алтайский государственный университет, Барнаул, Россия

^1,2 Institute of Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul, Russia

³Altai State University, Barnaul, Russia

E-mail: ¹nikolai_bykov@mail.ru, ²anettshigimaga@mail.ru, ³natalia.ml@mail.ru

Аннотация. В статье анализируются древесно-кольцевые хронологии тополя бальзамического, березы повислой, сосны обыкновенной и лиственницы сибирской полезащитных полос сухой степи, их климатической чувствительности и реакции на среднемесячные значения температуры воздуха, осадков и гидротермических коэффициентов.

Ключевые слова: полезащитные лесные полосы, сухая степь, Алтайский край, дендроклиматология.

Abstract: The article analyzes the tree-ring chronologies of balsam poplar, silver birch, Scots pine and Siberian larch of the dry steppe shelter belts, their climatic sensitivity and response to the monthly mean values of air temperature, precipitation and hydrothermal coefficients.

Keywords: forest shelter belts, dry steppe, Altai Territory, dendroclimatology.

Во второй половине 20-х – начале 30-х гг. XX в. в степной и лесостепной зонах на территории нынешнего Алтайского края начались активные работы по созданию полезащитных лесных полос, что было обусловлено необходимостью создания благоприятных условий для растениеводства с целью повышения урожайности сельскохозяйственных культур [3]. К началу 70-х годов их площадь достигла 91,3 тыс. га и в дальнейшем до конца 80-х гг. ежегодно создавалось около 1 тыс. га лесополос [5]. Однако последовавшее в начале 90-х гг. реформирование общества привело к ряду негативных последствий, повлиявших на их сохранность. Инвентаризация 2011 г. показала, что из сохранившихся 79,4 тыс. га лесополос только 17 тыс. га находится на чьем-либо балансе, а остальные являются бесхозными [4]. Вследствие этого не осуществляются работы по уходу за ними и восстановлению ликвидированных, по какой-либо причине, лесополос. Палы травы, незаконная вырубка деревьев, пастьба скота неуклонно снижают их площадь. Важным угрожающим фактором их существования является достижение деревьями лесополос предельного возраста.

Другим немаловажным фактором, который, априори, может влиять на состояние полезащитных лесополос и их геосистемную роль, является климат. Можно предположить, что в сухой степи, где условия для произрастания деревьев являются экстремальными, наблюдающееся потепление наиболее негативно отразится на состоянии полезащитных лесных полос. По итогам инвентаризации 2011 г. в сухой степи лесные полосы занимали 24 тыс. га, то есть почти треть от всех лесополос края.

Для оценки влияния климата на полезащитные лесные полосы сухой степи нами был использован дендрохронологический метод [2, 6]. Для этого в 9 точках этой природной подзоны (рисунок 1) был произведен отбор кернов с тополя бальзамического (дендрополигоны Ключи, Почвенная станция, Полуямки, Михайловское, Угловское, Новоугловский, Рубцовск), березы повислой (Ключи, Почвенная станция, Назаровка, Волчиха, Рубцовск), сосны обыкновенной (Новоугловский) и лиственницы сибирской (Волчиха). Также для сравнения образцы были отобраны в засушливой степи (Поспелиха) с лиственницы сибирской и березы повислой. В каждой точке с 15 деревьев каждой породы было отобрано по 30 образцов (всего 480 образцов). Отбор кернов осуществлялся на уровне груди. Зачищенные и предварительно датированные образцы [6] измерялись на установке LINTAB-6. После этого полученные индивидуальные древесно-кольцевые хронологии (ДКХ) подвергались процедуре стандартизации для элиминации возрастного тренда и обобщались. В итоге были получены 16 обобщенных ДКХ, которые были проверены на предмет их климатической чувствительности и реакции на климатические факторы. Все полученные индивидуальные ДКХ проанализированы на предмет их статистических характеристик (возраст, средняя ширина годичных колец) [1] и популяционного сигнала [2]. Взаимосвязь между климатом и радиальным приростом деревьев определялась с помощью расчета коэффициентов корреляции Пирсона.

Анализ полученных ДКХ показал, что средний возраст деревьев (на уровне груди) на участках изменяется от 26,7 до 65,4 лет. Деревья на участке одного возраста. Отличия в длине хронологий на одном участке связаны с индивидуальной вертикальной скоростью роста деревьев. Анализ скорости вертикального роста, для чего отбирались дополнительно керны на высотах 30, 55, 80 и 100 см, показал, что быстрее всех растет тополь. Он достигает высоты в 120 см за 3-4 года. Березе для этого требуется 6-9 лет, а сосне – 15 лет.

Средняя ширина годичных колец всех индивидуальных хронологий варьирует от 1,0 до 7,9 мм, а по участкам – от 1,2 до 5,0 (в сухой степи 1,2-3,9) мм, в том числе у березы – 1,5-5,0 (в сухой степи – 1,5-2,7) мм, у тополя – 3,2-3,8 мм, лиственницы – 1,2-2,9 (в сухой степи – 1,2) мм, у сосны – 3,9 мм. Таким образом, наибольшей скоростью радиального роста в сухой степи отличаются тополь и сосна, затем береза. Наиболее медленно в радиальном направлении увеличивается лиственница. В парах хронологий с разных пород на одном участке тополь примерно на 30% прирастает интенсивнее березы, а береза на 25-40% интенсивнее лиственницы. Сосна и тополь имеют примерно равные показатели. У тополя четко выражена тенденция увеличения средней ширины годичного кольца в юго-западном направлении. Такая же тенденция, но менее выраженная, отмечается и по березе. В индивидуальных хронологиях выражен возрастной тренд.

Cредний коэффициент корреляции всех пар хронологий на одном участке составляет по участку «Ключи» – 0,61 (береза) и 0,36 (тополь), по «Почвенной станции» – 0,73 (тополь) и 0,92 (береза), по «Полуямки» – 0,64 (тополь), по «Назаровке» – 0,63 (береза), по «Михайловскому» – 0,55 (тополь), по «Угловскому» – 0,41 (тополь), «Новоугловскому» – 0,54 (тополь) и 0,59 (сосна), по «Волчихе» – 0,82 (лиственница) и 0,30 (береза), по «Рубцовску» – 0,78 (береза) и 0,69 (тополь), по «Поспелихе» – 0,78 (лиственница) и 0,44 (береза). Это, в свою очередь, определяет высокое значение популяционного сигнала EPS (expressed population signal), который является критерием надежности при построении обобщенных хронологий [2]. Даже у хронологии «Волчиха, береза» он составляет 0.86 (при минимально допустимом значении 0,85).

Анализ стандартизированных обобщенных хронологий показал, что теснота связи выше у обобщенных хронологий одной породы. Причем тем лучше, чем ближе расположены участки. Самая тесная связь отмечается у тополевых хронологий «Михайловское» и «Почвенная станция», участки которых разнесены в пространстве на 27 км.

Обобщенные древесно-кольцевые хронологии проверены на предмет наличия в них климатического сигнала через коэффициент чувствительности [2]. Установлено, что у полученных ДКХ его значение варьирует от 0,23 до 0,5 (таблица 1). Это означает, что все они обладают необходимой для дендроиндикационных исследований чувствительностью (пороговое значение 0,2). Наиболее чувствительной к колебаниям климата является береза, затем лиственница, тополь, а наименее чувствительной – сосна. При этом в группах тополевых и березовых хронологий отмечается повышение чувствительности хронологий в северо-восточном направлении.

Таблица 1. Ранжирование обобщенных ДКХ по коэффициенту чувствительности

Для дендроклиматического анализа использовались хронологии, полученные в 2019 году, а также среднемесячные значения атмосферных осадков и температур воздуха ближайших метеостанций (таблицы 2, 3).

Таблица 2. Коэффициенты корреляции индексов обобщенных хронологий и среднемесячной температуры воздуха

Анализ показал, что среднемесячные температуры воздуха, как правило, отрицательно влияют на радиальный рост древесных растений лесополос (таблица 2). Усиление негативного влияния проявляется в вегетационный период, особенно в мае и июне. На участках «Рубцовск» и «Назаровка» также отмечается негативное влияние температур сентября и октября предыдущего года на рост березы.

Осадки положительно влияют на скорость радиального роста древесных растений как в целом по году, так и за отдельные месяцы (таблица 3). Наиболее устойчивые положительные связи с радиальным ростом деревьев демонстрируют суммы осадков за июнь. Однако у отдельных хронологий это может быть и июль, и август (предыдущего года). Хронология «Назаровка» показывает высокую связь с суммой осадков за октябрь предыдущего года.

Все хронологии положительно коррелируют со значениями гидротемического коэффициента Селянинова (r=0,4-0,6), что указывает на лимитирующее значение совокупности факторов тепла и влаги для прироста деревьев в сухой степи.

Таблица 3. Коэффициенты корреляции индексов обобщенных хронологий и сумм атмосферных осадков за отдельные месяцы

Таким образом, усиление аридности климата, вследствие потепления, будет неизбежно негативно влиять на рост деревьев полезащитных лесных полос в сухой степи. Это, наряду с предельным возрастом деревьев, создает дополнительные риски существования лесополос, снижает их способность депонировать атмосферный углерод. Омоложение возрастного состава деревьев лесополос и подбор засухоустойчивых пород может быть одним из вариантов решения проблемы их сохранения.

Исследование выполнено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований: проект 19-45-220011 р_а.

Список литературы

1. Быков Н.И., Рыгалова Н.В., Шигимага А.А. Особенности радиального роста древесных растений в полезащитных лесных полосах сухой степи Алтайского края / Аграрные ландшафты, их устойчивость и особенности развития: сб. науч. тр. по материалам Междунар. науч. экол. конф. / сост. Л.С. Новопольцева; под ред. И.С. Белюченко. Краснодар: КубГАУ, 2020. С. 122-124.

2. Дендроэкология (методика древесно-кольцевого анализа) / Д.В. Тишин. Казань: Казанский университет, 2011. 33 с.

3. Кукис С.И., Горин В.И. История защитного лесоразведения в Алтайском крае // Опыт лесозащитного разведения на Алтае. Барнаул: Алт. кн. изд-во, 1973. С. 13-72.

4. Парамонов Е.Г. Итоги инвентаризации защитных лесных насаждений в Алтайском крае // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2012. № 8 (94). С. 58-62.

5. Парамонов Е.Г., Менжулин И.Д., Ишутин Я.Н. Лесное хозяйство Алтая. Барнаул: Изд-во АГУ, 2017. 392 с.

6. Шиятов С.Г., Ваганов Е.А., Кирдянов А.В., Круглов В.Б., Мазепа В.С., Наурзбаев М.М., Хантемиров Р.М. Методы дендрохронологии. Ч. I. Красноярск: Изд-во КрасГУ, 2000. 80 с.