Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Многолетняя динамика прироста дубовых древостоев в пойменных биогеоценозах низовья Северного Донца

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Многолетняя динамика прироста дубовых древостоев в пойменных биогеоценозах низовья Северного Донца"

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕШЯ

5 ОД

На правах рукописи

АКИМОВ ПЕТР ВАСИЛЬЕВИЧ

МНОГОЛЕТНЯЯ ДИНАМИКА ПРИРОСТА ДУБОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ В. ПОЙМЕННЫХ БИОГЕОЦЕНОЗАХ НИЗОВЬЯ СЕЕЕРСКОГО ДОНЦА

Специальность 03.00.16 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

ВОРОНЕЖ 1996

- г -

Работа выполнена на кафедре агролесомелиорации и почвоведения Воронежской Государственной лесотехнической академии (ВГЛТА).

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

' Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор, член-

корреспондент АЕН РФ В.И.Таранков; доктор сельскохозяйственных наук В.Н.Жердев.

Ведущая организация - Воронежский государственный университет

на заседании диссертационного совет, . су-

дарственной лесотехнической академии.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГЛТА.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим присылать по адресу: 394613, Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ВГЛТА, ученому секретарю.

академик АЕН РФ В.Г.Шаталов.

Ззщита диссертации состоится

вчасов

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент

Н.М. ПОПОВА

- з -

Актуальность теш. Поименные леса Юга России являются ценными и наиболее представительными естественными насаждениями. Они выполняют многочисленные полезные функции: водоохранные, почвозащитные, социально-гигиенические и др. Бее большее значение приобретает рекреационная роль пойменных насаждений и эта тенденция сохранится.

В настоящее время эти леса по составу и состоянию невысокого качества. Зарегулированность стокз реки, хозяйственная деятельность в пойме вызывают трансформацию исторически сложившихся экологических условий. Поэтому современное состояние пойменных лесов следует рассматривать не как эпизод, имеющий преходящее значение, а как результат изменения лесорастительных условий, не имеющий аналогов в прошлом. Анализ новых экологических условий поймы - ключ к решению лесохозяйственных проблем пойменных насаждении. Проведение лесохозяйственных мероприятий в оптимальные сроки с учетом периодов в колебаниях прироста древесных пород может дать дополнительный экологический и экономический эффект.

Деревья являются "летописцами природы" с обширной "памятью". В динамике прироста древесины зафиксирована изменчивость различных reo- и гелиофизических процессов, а так же биологических. Изучение динамики прироста по площади сечения ствола древесных растений в различных экотопах имеет большое значение для разработки мероприятий по охране и рациональному использованию фитоценозов лесных экосистем.

Диссертационная работа является составной частью многолетних научных исследований кафедры агролесомелиорации и почвоведения по влиянию факторов антропогенного происхождения на пойменные лесные экосистемы (М госрегистрации 01.9.50000S77).

Целъ и задачи исследований. Главной целью исследований является изучение закономерностей динамики радиального прироста в условиях нарушенного гидрологического режима в низовье р. Северский Донец.

Основные задачи исследований:

1. Дать количественную оценку стока р. Северский Донец, изучить динамику уровенного режима за период формирования исследуемых пойменных древостоев дуба черешчатого.

2. Изучить погодичную и многолетнюю изменчивость радиального прироста дуба черешчатого в названном районе с целью выяснения ее пригодности для дендроклиматохронологотеских исследований.

3. Выявить роль солнечной активности и высоты лунного деклина-

ционного прилива в формировании экстремальных приростов дуба черешчатого

4. Построить математические и дендроклиматические модели с целью выявления количественного и качественного вклада факторов в радиальный прирост дреЕостоев в различных типах лесорастительных условий.

5. Выявить доминирующее циклы е динамике индексов прироста дуба черешчатого, что при необходимости может послужить основой прогноза климатически обусловленных колебаний радиального прироста дуба черешчатого.

6. Изучить дендрохронологическими методами влияние уменьшения высоты и продолжительности затопления поймы в весеннее половодье на радиальный прирост дуба черешчатого.

Научная новизна результатов исследований. Дан анализ экологических условий е связи с выполненной количественной оценкой стока р. Северский Донец и выделением для древостоев различных местообитаний экологических факторов роста. Предложены математические модели, позволяющие определять величину радиального прироста деревьев и степень влиянии на нет илиуьтичоских и кпшато-Ррагующих факторов. Дана количественна^ оценка изменений режима и продолжительности га-топления различных участков поймы, что обусловливает необходимость пересмотра существующих классификаций пойм в зависимости от продолжительности их затопления. Впервые проведен анализ влияния 19-летнего лунного деклинационного прилива нз экстремальные значения радиального прироста и выявлены зависимости последнего от фаз лунного деклинационного прилива. Предложена методика изучения совместного влияния солнечной активности и лунного деклинационного прилива на экстремумы прироста. ЕперЕые выполнена количественная оценка воздействия нарушенного гидрологического режима реки на радиальный прирост, что может служить основанием использования денд-рохронологического метода в целях экологического мониторинга пойменных древостоев. Разработана программа (на языке "Паскаль") для гармонического анализа дендрорядоЕ.

Практическая значимость работы. Установленные закономерности динамики радиального прироста дуба черешчатого, обусловленные экологическими факторами, могут использоваться для корректировки величины годичного прироста при ведении лесного кадастра, мониторинга и государственного учета лесов. Полученные результаты возможно использовать для планирования лесохозяйственных мероприятий в поймен-

ных лесах с учетом специфических их особенностей, разработки науч- | нообоснованных методов хозяйствования в них. ;

Апробация работ. Основные положения диссертации докладывались I на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава | ВГЛТА (Воронеж) и ТГПИ (Тамбов) в 1993-1995 гг, на международной конференции "Экологические проблемы бассейнов крупных рек" (Тольятти, 1993), научно-практической конференции (Орел, 1994), второй областной научно-технической конференции "Вопросы региональной экологии" (Тамбов, 1995), международном конгрессе "Молодежь и нзука -третье тысячелетие" (Москва, 1996). В полном объеме диссертационная работа докладывалась нз кафедре агролесомелиорации и почвоведения ВГЛТА.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ, 1 работа находится в печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы 347 нашенований, в том числе 22 иностранных авторов и приложений. Об- ! щий объем рзботы составляет 226 страниц, в том числе, 18 таблиц, 28 рисунков, приложения на 46 страницах. !

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Пойменные леса произрастают в специфических условиях местообитания (Погребняк П. С., 1944) и выполняют многообразные экологозащитные функции, среди которых особенно выделяются берего- | защитные, руслостабилизирующие, почвозащитные, водоохранные и аккумулирующие (Шаталов и др., 1984-, Николаенко , 1980; Рубцов , 1972).

В настоящее время в наибольшей степени исследованы поюленные леса бассейнов рек Дон и Волга ( Денисов ,1993; Ильин , 1985; Шата-лое , 1983; 1984; 1986; 1990; 1992; Шаталов . и др., 1984; Шульга , 1981; 1983; 1988; Шульга , Кулешов , 1983; Шульга , Семенихина , 1983; Шульга и др.,1986). В последние десятилетия развернулись исследования пойменных лесов на Украине (Еолянский , 1992; Павленко и др., 1992; Ткач , 1988; 1991; 1992; Ткач и др., 1987; 1988; 1991), европейском Севере (Рубцов , 1981; Глазунов ,1990; 1992), в Литве (Вайчунас ,1990), в Молдове (Ткзченко ,1979; Алексейченкр , 1990) и других регионах. Исследователи констатируют резкие изменения лесо-

- 6 -

растительных условий в поймах рек.

Дан обзор публикаций по гидрологическим исследованиям, связанным с влиянием хозяйственной деятельности на речной сток (Воейков, 1908; Банков, 1946; Кузин, 1950; Бочков, 1954, 1S65; Соколовский, 1969; Идзон, 1974; Аполлов, 1954; Львович, 1950; Чеботарев, Харчен-ко, 1975; Вулавко и др., 1982; Водогрецкий, 1974, 1975, 1979, 1983; Коренистов, 1958; Андреянов, 1963; Рубинова, 1982; Леонов, 1981, 1984; Рязанцев, Жердев, 1991 и др.).

Проанализированы работы по елиянию на погодичную динамику древесных пород климатических и биотических факторов (Бекетов, 1868, 1872; Шведов, 1892; Fokorny, 1863; Ткаченко, 1911, 1929; Лисеев, 1962; Костин, 1965, 1968; Скрябин, 1964, 1970; Колищук, 1966, 1967; Таранков, 1973; Еитвинскас, 1974, 1984а, 19846; Молчанов, 1976; Ко-мин, 1970, 1981; Рубцов, Уткина, 1995; Douglass,1919, 1936; Clock, 1937; Fritts, 1966, 1969,1976 и др.). Дендроклиматические исследования начали проводиться в экстремальных условиях произрастания древесных растений, где лимитирующим фактором является или термический режим (Тольский, 1904, 1936; Тихомиров, 1941; Колищук, 1966, 1967, 1968, 1979; Шиятов, 1964; Гортинский, 1968; Ловелиус, 1970; и др.), или увлажнение (Шведов, 1892; Мухамедеин, 1966, 1967, 1978; Шулман, 1958; Douglass, 1919, 1936; Fritts, 1966, 1976 и др.).

Отмечено, что в дендроклиматологии ученые чаще работают с хвойными породами, но опыт многих отечественных и зарубежных ученых (Вихров, Енькова, 1953; Вихров,1954; Грудэинская,1962; Новосельцев, Бугаев, 1985; Huber, Jazewtisch, 1958; Fritts, 1976; Estes, 1970 и др.) показал, что и лиственные породы (дуб, ясекь, береза, липа) вполне можно использовать в дендрохронологических исследованиях.

По мнению гелиофиаиков и климатологов колебания климата обуславливаются солнечной активностью через механизм циркуляции атмосферы (Шнитников, 1957, 1969; Покровская, 1956; Кац, 1960; Вительс, 1962; Эйгенсон, 1963; Костин, 1968; Дзердзеевский, 1968; Поток энергии Солнца..., 1980; Douglass, 1936; Fritts,1976; Эдди, 1980; Хэйс,1980).

Интерес к поиску сеязи древесного прироста с солнечной активностью вызван желанием найти в динамике прироста деревьев и древос-тоев такую же устойчивую цикличность, какая имеется е солнечной активности. Это позволило бы на основе прогнозов солнечной активности рассчитать будущий ход древесного прироста с достаточной заблагоЕ-ременностью. Изучением этого вопроса занимались следующие авторы

(Комин, 1953, 1969, 1970, 1931; Колшцук, 1965, 1968; Шиятов, 1973, 1977, 1981; Пугачев, 1975; Оленин, 1974, 1977; Ступенева, Дергачев, Кочаров, 1978; Ловелиус, 1970, 1971, 1972; Молчанов, 1961; Битвинс-кас, 1974, 1978, 1984а, 19846, Дженкинс, Ватто, 1971, 1972; Ступенева, 1981, 1984; Таранков, 1973, 1990 и др.).

При оценке степени антропогенного воздействия на лес успешно применяются дендрохронологические методы (Алексеев, 1990; Битвинс-кзс, 1974; Лиепа, Залигис, 1978; Чибисов, Москалева, ЖарикоЕ, 1978; Коыин, 1958; Ловелиус, 1979; Сабиров, 1987; Стравинскене, 1987; Болботунов, 1988, Чубанов, 1989; Барткявичус, Агустайтис, 1990; Си-мачев,1990; Алексеев, 1990; Таранков, 1993; Таранков, Матвеев, 1992, 1993; Nogel, 1981; Kort,. 1986; Pelzmann, 1989; Петрик, Фек-листов, 1978; Стравинскене, 1983; Михович, 1979; Шаталов, 1983). Отмечена слабая изученность вопроса влияния нарушенного гидрологического режима на изменчивость радиального прироста пойменных дре-востоев (Ткач, 1988; Голуб, Халеев, 1991; Кузьмина, Хадеев, 1993; Акимов, 1995; Johnson и др., 1976).

2. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Краткая характеристика района исследований дана в следующих разделах главы: 1) Лесорастительная зона и климат; 2) Рельеф и почвы; 3) Гидрография и гидрологические условия; 4) Лесная растительность. Отмечается, что район исследований относится к степной лесо-раотительной зоне и характеризуется климатическим режимом, который формируется под влиянием общих и местных климатообразующих факторов: солнечной радиации, циркуляции атмосферы, влияния подстилающей поверхности земли. Рельеф обусловлен извилистостью современного и древних русел, наличием гривистых всхолмлений, логов и рытвин, образовавшихся под воздействием полых вод. Почвы сформировались и продолжают формироваться на современных аллювиальных отложениях р. Сегерский Донец. Лесная растительность представлена дубравами (60-80%), ильмовниками, осинниками, ольшаниками. Поемность определяет состав растительных ассоциаций по элементам рельефа поймы, их

ПРОДУКТИВНОСТЬ И ЖИЗНеуСТОЙЧИЕОСТЬ.

3. МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В настоящей глаЕе приведены: принципы подбора и характеристика

пробных площадей; методика взятия образцов древесины и измерения ширины годичных колец; математическая модель для исследования зависимости радиального прироста от совместного воздействия экологических факторов; методика расчета гармонических составляющих колебаний радиального прироста с помощью уравнения Фурье (для решения уравнения автором написана программа на языке ПАСКАЛЬ).

Обработка экспериментального материала и расчеты выполнялись на ЭВМ (IBM PC) с использованием специализированных статистических пакетов STATGRAPHICS, "МЕЗОЗАВР" (временные ряды), STADIA.

4. ДИНАМИКА ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА РЕК ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ СТРАНЫ И РЕКИ СЕВЕРСКИЙ ДОНЕЦ

В главе приведены характеристики гидрологических режимов рек Европейской территории страны и нижнего течения реки Северский Донец. В наше Еремя перед человечеством е глобальном масштабе встали проблемы, связанные с истощением природных ресурсов, и в частности - запасов пресных вод. Возникновение водной проблемы явилось следствием Есе более интенсивного использования водных ресурсов, повышения роли водного фактора в экономическом и социальном развитии общества. По данным Государственного гидрологического института сток во многих речных бассейнах Европейской части страны уменьшился на 20-60%. Изменение гидрологического режима рек имеет отрицательные последствия для пойменных экосистем.

Динамика уменьшения стока и уровней реки Северский Донец связана с их регулированием плотинами ГЭС, ирригационным строительством , забором воды на промышленные и коммунальные нужды.

Анализ изменения максимальных годовых расходов в связи с водохозяйственной деятельностью методом линейного тренда указал на отсутствие в исследуемом ряду значений целых гармоник и позволил определить уравнение тренда

QInmax»t - 498 + 24*t - 0.266*t2

где QIrItnax,t - расчетный максимальный годовой расход воды в момент времени t, t - год наблюдений.

Тренд имеет выпуклую форму с максимумом в 1944-46 г.г., то есть е эпоху наибольшей водности рек. Эта связь позволяет предполо-

жить наличие в исследуемом ряду циклической составляющей с периодом, превышающим его длину, которая не могла быть выделена расчетами. Выявлено систематическое сокращение максимальных расходов весеннего полоеодья. По сравнению с периодом ненарушенного режима в 1.5-2 раза снизилась вероятность превышения характерных расходов весеннего половодья в 70-х - 80-х годах, обуславливающих затопление поймы в районе исследования (табл. 1).

Уровенный режим находится в достаточно тесной зависимости от стока реки. Анализ, затопления всех уровней поймы позволил сделать вывод, что затопление 90% площади поймы (31.0 м.абс) наблюдалось только в 1953 г. (10 суток), в 1955 г. - 3 суток, в 1963 г. - 14 суток и в 1964 г. - 10 суток. . Затопление 50% плоцзди поймы (30.0 м.абс) наблюдалось последний раз в 1964 г. Затопление пониженных

Таблица 1

Вероятность превышения характерных расходов р. Северский Донец в створе х. Круршловка, X

Тиг. водного режима реки Характерные расходы

800 м3/с 950 м3/с 1300 м3/с 1850 м3/с

1. Водный режим не 0.50 0.39 0.32 0.14 нарушен (гипотеза

стационарности исходного ряда), состояние в 30-х - 50-х гг.

2.Состояние в 70-х 0.34 0.23 0.21 0.10 гг., исходный ряд

имеет тренд

3.Состояние в 80-х 0.24 0.18 0.16 0.07 гг., исходный ряд

имеет тренд

участков поймы - 25-30% (29.0 м.абс) после 1964 г. наблюдалось только три раза (1968, 1977,1985 гг.) и носило непродолжительный характер (от 2 до 7 суток), что в 4-5 раз меньше по сравнению с предыдущим периодом. Сократилась частота и продолжительность затопления даже самых низких участков поймы (пойменные старицы, озерз, прибрежные участки).

5. ДЕНДР0ЭК0Л0ГИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ, ЗАКОНОМЕРНОСТИ И ЦИКЛИЧНОСТЬ ПРИРОСТА ДУБА ЧЕРЕШЧАТ0Г0

В этой главе представлены результаты исследований совместного

влияния экологических факторов на радиальный прирост и гелиофизи-ческой обусловленности экстремумов прироста дуба черешчатого в различных экотопах.

Подучены математические модели множественного регрессионного анализа. Для множественного корреляционного анализа выбраны месячные и годовые данные солнечной активности в числах Вольфа (Ю| высоты лунного деклинационного прилива (Я), уровней воды е реке в м. усл., осадков в мм, температуры в °С за соответствующие периоды (всего 57 факторов). Для построения математических моделей отобраны 13 факторов, показавших наиболее тесную корреляционную связь с индексами радиального прироста. Рассчитаны коэффициенты и получены множественные аддитивные модели для типа лесорастительных условий

Д1!

Уа-о. 03X1-0.0ЭХ2-0.15X3+0.ОЗХв+0.27Хд-0.01X15+0.41X16+0.12Х1Э+ 0.02X20-0.07X22+0.23X26-3.12X31+3.73Х32

Нг-0.97; Р-112>Р0.001

Для типа лесорастительных условий Дг: У1-0.4X1-0.04Хв+0.01Хд+0.58X16+0.09X19-0.06X20+0.08X25+ 0.16Х2е-0.01X26-0.26Хзо-1•99X31-0.ЗЗХзг+2.71X34

{?^-0.99; Р-242>Ро.001

Для типа лесорастительных условий Дз:

У1-0.06X1-0.11Хз+0.43X4+0.22X5+0.001X3+0.02Хд-0.48Хю+0.26X16+ 0.01X1д+0.03X21+0.14X25+0.05Х2б+0.07X^8

Е?2-0.97; Р-117>Г0.001

Коэффициенты детерминации И2 говорят о высокой информационной способности моделей, их значимость подтверждают критерии Фишера (РФ>РХ). Дисперсионный анализ позволил определить степень влияния на радиальный прирост каждого из учтенного е модели фактора.

Для всех типов лесорастительных условий наибольший положительный вклад в прирост вносят максимальные уровни весеннего половодья (около 90%), в значительной степени определяющие уровни грунтовых вод в течение вегетационного периода и средние уровни в реке в мае месяце, так как они характеризуют собой продолжительность весеннего половодья. Полученные модели вполне могут быть использованы для дендроклиматического анализа.

Для выявления гелиофизической обусловленности экстремальные величины радиального прироста были выбраны объектами исследования

исходя из тех соображений, что если колебания прироста обусловлены теш или иными физическими причинами, то эти связи должны наиболее ярко проявляться именно в тех случаях, когда амплитуда колебаний признака становится неординарно большой.

Методологической основой выполненных исследований послужили идеи о том, что 11-летние циклы солнечной активности и 19-летние изменения приливообразующей силы Луны (наряду с нерегулярными изменениями скорости вращения Земли и свободными колебаниями ее мгновенной оси вращения) являются причиной многолетних изменений процессов, протекающих в атмосфере и океане.

Характерной особенностью 11-летнего цикла солнечной активности является его асимметричность: .ветвь спада обычно длиннее ветви подъема. Установлено, что для всех исследуемых типов лесораститель-ных условий максимумы прироста происходят значительно чаще на ветвях спада, чем на ветвях подъема. Минимумы также приурочены к ветвям спада солнечной активности в 11-летних циклах (табл. 2).

При анализе данных учитывалась разная продолжительность подъемов и спадов солнечной активности; число экстремумов на ветвях подъема умножалось на т. Величины л в таблице 2 представляют собой отношения «1 - .mf/ni для максимумов и «2 " л|/шпt для минимумов. Введение коэффициентов т - 1.62 в эти отношения позволяет как -бы уровнять время подъемов и спадов солнечной активности.

Таблица 2

Количество экстремумов прироста на ветвях подъема (nf) и слада (п}) в 11-летних циклах солнечной активности

Пробная площадь Тип лесо- растит. условий Период, годы Максимумы Минимумы

nt ni «1 nt л| «2

П.п. 1 Д1-2 1938-1994 9 5 0.65 4 4 0.62

П.п. 2 Д2 1940-1994 2 5 0.65 3 4 0.82

П. п. 3 Д2-3 1924-1994 1 5 0.32 3 5 1.03

П.п. 5 Д2 1926-1994 3 6 0.81 2 4 1.23

П.п. 8 Дз 1926-1994 4 8 0.81 3 9 1.85

П.п. 12 Д1 1931-1994 9 5 0.65 3 10 2.06

П.п. 13 Д2-3 1915-1994 3 6 0.81 3 7 1.44

П.п. 20 Дз 1933-1994 2 4 0.81 3 ■ с \J 1.03

Анализ циркуляции воздушных масс в связи с солнечной активностью (11-летнего цикла) приводит к выводу о том, что увлажнение исследуемого района ззеисит не только от циклонов атлантического происхождения, но даже в значительной степени от южных: .средиземноморских и особенно черноморских.

Известно, что склонение (деклинация) Луны, равное в среднем 23°15', изменяется ео времени с периодом 18.6 года, в результате чего возникает 19-летняя вариация потенциала приливообразующей силы Луны, порождающая в океане глобальную стоячую волну лунного прилива. Основной закономерностью рассматриваемых приливных колебаний уровня в Мировом океане является одновременное повышение уровня в областях, лежащих к северу от 35° с.ш. и к югу от 35° ю.ш. и понижение уровня в зоне, расположенной между этими параллелями. И наоборот, когда в первых двух зонах происходит снижение уровня, в зоне между 35° с.ш. и 35° ю.ш. наблюдается рост уровня. Наибольшие амплитуды колебаний уровня в многолетнем лунном приливе имеют место в экваториальном и полярном районах. Изменения 19-летней составляющей потенциала имеют правильный синусоидальный характер и могут быть легко пересчитаны в высоты лунного деклинационного прилива.

Предпринята попытка еыяснить, не связано ли появление экстремумов прироста так же и с лунным деклинационным приливом, а если связано, то с чем конкретно: с высотой лунного деклинационного прилива в северных широтах ("высокие" и "низкие" воды) или с процессами его изменения (подъемами и спадами). Для этого было произведено распределение экстремумов радиального прироста как по "высоким" и "низким" водам, так и по фазам подъема и спада уровня.

Под высокими водами понималось стояние уровня выше нулевой отметки, а под низкими - ниже. Отметим, что Еетви подъема и спада высоты лунного деклинационного прилива симметричны, а продолжительность стояния высоких вод, низких вод, подъема и спада можно считать примерно одинаковыми. Не однозначна реакция максимумов прироста на высокие уровни, но все они приурочены к фазе повышения. Минимумы же чаще встречаются при низких уровнях и их понижении, чем при высоких и их повышении.

Однако можно сказать, что на минимумы прироста в большинстве случаев большее влияние оказывает не высота лунного деклинационного периода (табл. 3), а процесс ее спада(табл. 4).

Чтобы разобраться, чем обусловлен конкретный экстремум приростам, была проведена сортировка экстремумов в фаговом пространстве, условно названном VI-пространством, где V характеризует фазу подъема или спада солнечной активности, а Ь - фазу подъема или спада высоты лунного деклинационного прилива (рис. 1). VI - пространство построено следующим образом: ЕпраЕо и Елево от качала координат соответственно солнечная активность растет (И) и понижается (ЬЧ), а

Таблица 3

Количество экстремумов прироста при высоких(п+ ) и низких (п_ ) водах лунного деклинационного прилива на 500 с. и.

Пробная площадь Период, годы Максимумы Минимумы

л+ л- «1 л+ Л- «2

П.п. 1 1938-1994 2 5 0.40 о 6 0.33

П.п. 2 1940-1994 3 4 0.75 1 6 0.17

П.п. 3 1924-1994 3 <Э к. 1.50 4 4 1.00

П.п. 5 1926-1994 5 4 1.25 3 3 1.00

П.п. 8 1925-1994 5 7 0.71 5 8 0.62

П.п. 12 1931-1994 1 6 0.17 6 7 0.86

П.п. 13 1915-1994 4 5 0.80 4 6 0.67

П.п. 20 1933-1994 3 3 1.00 4 4 1.00

Таблица 4

Количество экстремумов прироста на ветвях подъема (nj) и спада (nl) лунного деклинационного прилива на 500 с. т.

Пробная площадь Период, годы Максимумы Минимумы

nt п\ fll nt п\ 02

П.п. 1 1938-1994 5 2 2.50 3 5 0.60

П.п. 2 1940-1994 4 3 1.33 3 4 0.75

П.п. 3 1924-1994 2 3 0.67 3 5 0.60

П.п. 5 1926-1994 5 4 1.25 2 4 0.50

П.п. 8 1926-1994 6 6 1.00 4 9 0.44

П.п. 12 1931-1994 4 3 1 <30 Л . uu 3 10 0.30

П.п. 13 1915-1994 6 О о 2.00 4 6 0.67

П.п. 20 1933-1994 4 2 2.00 5 О О 1.67

зверх к екнз соответственно растет (М) и понижается (LJ) Еысота 1унного деклинационного прилива. Четверти WL пронумерованы как принято в тригонометрии.

Числитель дроби указывает число максимумов, а знаменатель -¡исло мин голу мов, попавших в данную четверть (^.-пространства.

I/ и L в своем воздействии на барические системы в сочетаниях /Щ (четверть I) и WJLJ (четверть III) усиливают друг друга, а в ючетакиях ИМ (четверть II) и U'tH (четверть IV) ослабляют друг ;руга, но тем не менее один из них (W или L) может оказаться доми-гарующим.

Минимумы прироста здесь хорошо управляются лунно-солнечными факторами. Особенно это хорошо еидно при сравнении данных III чет-ерти: заметное увеличение числа минимумов именно в этой четверти

- 14 -к^-пространство М

II I

И 1П IV

Пробная площадь 1 1933-1994

и

Пробная площадь 3 1924-1994

Пробная площздь 2 1940-1994

4/9 7/7 5/7 6/6

7/9 10/7 8/8 9/7

Пробная площадь 5 1926-1994

3/8 2/6

8/10 7/8

Пробная площадь 3 1926-1994

7/6 8/4

10/8 11/6

Пробная площздь 12 1931-1994

10/12 10/7

14/18 14/13

Пробная площадь 13 1915-1994

5/13 6/6

8/20 9/13

Пробная площадь 20 1933-1994

6/9 9/7 4/6 6/8

9/13 12/11 6/8 8/10

Рис. 1. Распределение экстремумов прироста по четвертям ^-пространства за весь период наблюдений.

свидетельствует о том, что при проявлении факторов VI и 2| одновременно оба фактора вносят существенный вклад в образование минимумов прироста. Если же рассматривать факторы и 14 раздельно, то следует признать, что они играют приблизительно равную роль в образовании минимумов.

Большое количество максимумов в четвертях II и III свидетельствует о почти независимости их от ^-фактора. Остается предположить, что здесь мы имеем дело с максимумами прироста, обусловленными не только атлантическими, но и черноморскими циклонами, и что черноморский очаг циклоногенеза активизируется во время спада солнечной активности в 11-летних циклах. В этом случае максимумы II четверти наряду с максимумами I четверти нужно считать 1Й.-обусловленными. Максимумы I четверти по-прежнему имеют атлантическое происхождение, а максимумы II четверги - смешанное: одни и них (черноморские) обусловлены влиянием И|-фактора, другие (атлантические) -М-фактором. Максимумы же III четверти, обусловленные влиянием И-фзктора, имеют черноморское происхождение.

Многочисленными экспериментальными исследованиями последних десятилетий установлен всеобщий циклический характер временных рядов гелиофиэических, геофизических, биологических, в том числе, фи-тоценологических процессов.

Расчет спектральной плотности позволяет констзтировать высокую схожесть в периодах циклов дендрорядов из различных условий произрастания. Особенностью древостоев с пробных площадей 12(Д1), 5(Дг) и 8(Дз) является наличие резко выраженных среднечастотных максимумов, соответствующих периодам 16.0, 13.6 и 17.0 соответственно. Здесь концентрация в несколько раз Еыше концентрации высокочастотных пиков 7.56-8.50; 6.40-5.67; 3.76-3.58; 2.62; 2.29-2.07 года. Наиболее выраженный максимум плотности в высокочастотной периодичности для Дх 6.40, для Дг - 7.56, для Дз - 4.86 лет. Для дендрорядз из Дг Еыделен максимум плотности в низкочастотной области равный 22.7 и близкий к Хэловскому циклу солнечной активности.

Можно констзтировать, что в условиях поймы р. Северский Донец динамика лесных фитоценозов управляется климатическими и гидрологическими факторами, а ценотические факторы корректируют эту динамику. Во всех случаях циклическая динамика лесных сообществ способствует более полному использованию ценопопуляциями тех экологических ниш, которые они занимают. Отсутствие цикличности в динамике фитоценозов приводило бы к использованию экологической ниши только на

уроЕне ее минимального объема. Следовательно, циклическая динамика лесоЕ имеет большое экологическое знзчение, тзк как обуславливает возможности длительного, наиболее устойчивого и продуктивного функционирования фитоценозов в широких пределах изменений природной среды.

6. ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЙМЕННЫХ ДРЕВОСТОЕВ ДУБА

ЧЕРЕШЧАТОГО В УСЛОВИЯХ НАРУШЕННОГО ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО

РЕЖИМА РЕКИ

Воздействие на лесные насаждения посредством антропогенного изменения водного режима территории, ухудшает состояние и устойчивость пойменных насаждений.

Изучен средний прирост и режим его колебаний для получения информации о процессе функционирования пойменных дреЕостоев дуба че-решчатого различных типое лесорастительных условий под воздействием трансформации гидрологического режима реки Северский Донец. Для всех дендрорядов отсутствуют статистически значимые тенденции изменения среднего радиального прироста и его дисперсии. Таким образом, анализируемые ряды прироста на последнем 50-летнем интервале времени являются стационарными. Для детального изучения изменений радиального прироста пойменных древостоев применен метод гармонического анализа, позволяющий выявить основные закономерности в хаотичных колебаниях прироста дреЕостоев. Режим колебаний радиального прироста исследовался за периоды условно-естественного и нарушенного гидрологического режима. С этой целью дендрохронологические ряды были разбиты на 10-летние периоды. За базу сравнения приняты 10 лет с условно-естественным гидрологическим режимом (1942-1951 гг.). Для каждого из периодов ряд годичных приростов был представлен в виде суммы четырех простых гармонических составляющих:

ао д гл 2к

x(t)--+ £ , (ац eos к — t + bk sin к — t),

г к 1 т т

где x(t) - радиальный прирост в году t(irn); Г - интервал времени, за который производится анализ, в нашем случае Т - 10 лет; t - номер года внутри интервала Г; ао, ак и ак - параметры, определяющие амплитудные характеристики каждой из четырех гармоник; Aq - ао/2 -средний прирост, ьокруг которого происходят гармонические колеба-

ния;

¿к. - ак2 + Ьк2 - амплитуда гармоники к-, к - 1, 2, 3, 4. Таким образом, ряд годовых радиальных приростов разложен на четыре простых гармоники с периодом 10, 5, 3.3, 2.2 лет соответственно.

Колебания радиального прироста древостоев хорошо описываются суммой четырех гармонических составляющих. Наиболее длительный 10-летний цикл в большинстве случаев имеет наибольшую амплитуду А* и вносит наибольший вклад в колебания прироста вокруг его среднего значения (табл. 5). Предпоследние два столбца таблицы 5 характеризуют долю колебательного элемента относительно величины среднего прироста, по сравнению с условно-естественным периодом эта доля возрастает. Причем эта характеристика неуклонно растет до 1981 г. под воздействием увеличения амплитуды колебаний радиального прироста и только потом начинает снижаться, но не ниже уровня 1942-1951 г.

I

Таблица 5

Амплитудный спектр колебаний радиального прирост

Пр. пл., Амплитуда среднего прироста,мм А1 И» Энер-

ТЛУ, гия

Период —,% —д Ао коле-

наблюде- Ао Ах Аг Аз ¿4 Ао баний,

нии Р

8.50 33.3 7444

21.9 53.2 7305

7.40 28.5 7598

20.0 53.3 7371

1.30 32.5 7735

24.5 46.2 7084

6.60 46.1 7675

22.4 49.1 7169

17.6 38.5 7231 19.0 66.8 7421

7.90 36.8 7325

13.8 50.2 7367

4.9 41.9 7940

16.0 53.6 7449

2.20 31.6 7617

18.6 49.2 7361

1, Д1-2

1942-1951 86.6 7.30 10.4 5.60 6.20

1982-1991 83.6 18.3 13.6 2.00 10.6

2, Д2

1942-1951 86.6 6.40 5.80 6.80 5.70

1982-1991 84.2 16.8 11.0 5.40 11.7

3, Д2-3

1942-1951 87.1 1.10 14.3 5.60 7.30

1982-1991 83.5 20.3 2.00 4.50 11.4

5, Дг 1942-1951

86.3 5.72 15.4 9.86 8.35

1982-1991 83.0 18.6 5.44 3.20 13.5

8, Дз 1942-1951

84.1 14.8 5.85 5.41 6.30

1982-1991 83.6 15.8 15.9 6.66 17.4

12, Д1

1942-1951 84.8 6.70 11.5 7.11 6.07

1982-1991 84.5 11.7 12.5 7.42 10.9

13, Д2-з

1942-1951 87.9 4.35 15.6 7.04 9.89

1982-1991 84.6 13.6 15.0 5.25 11.6

20, Дз

1942-1951 86.5 1.90 13.0 5.03 7.42

1982-1991 84.3 15.7 11.4 3.73 10.6

Кроме того, практически на всех пробных площадях происходит увеличение энергии колебаний прироста Р, определяемой на основе их амплитудного спектра:

Р - А0г + - Ьмг.

2 11

Только с 1982 года наметилось снижение энергии колебаний. Этот факт можно считать начатом уменьшения среднего радиального прироста под воздействием сокращения стока Еесеннего половодья реки и, как следствие, почти полного отсутствия затопления поймы за период исследований.

ВЫВОДЫ

Исследования пойменных лесов низоеья реки Северский Донец и факторов, его определяющих, позволяют сделать следующие выводы:

1. Еременные гидрологические ряды реки СеЕерский Донец е нижнем течении за Еесь период наблюдений нельзя рассматривать как ряды случайного стационарного процесса в связи со значительным антропогенным воздействием. Это подтверждает полученное уравнение отрицательного тренда максимальных расходов весеннего половодья.

2. Сокращение продолжительности затопления Есех участков поймы требует пересмотра классификации типов пойм в зависимости от режима и продолжительности затопления для рек с нарушенным гидрологическш режимом.

3. Ведущим фактором по силе елияния на прирост для пойменных древостоев ягляется уроЕенкый режим весеннего половодья.

4. Возможно использование регрессионных моделей в целях дендроклиматического анализа.

5. Экстремумы радиального прироста в рассматриваемых древосто-ях дуба черешчатого связаны с ходом солнечной активности внутри 11-летних циклов. Максимумы и минимумы прироста чаще имеют место на ветвях спада солнечной активности.

6. Существенное влияние на появление экстремумов прироста оказывает так же 19-летний лунный деклинационний прилив. Максимумы чаще встречаются на Еетвях подъема уровня приливных вод в северных широтах, минимумы приурочены к ветвям спада.

7. Анализ цикличности полученных дендрорядов дуба черешчатого для контрастных местообитаний позеолил представить ряды динамики

как сумму периодик различной длительности и амплитуды, что может быть положено в основу прогнозирования прироста.

8. Под воздействием сокращения стока половодья и продолжительности затопления поймы реки отмечается увеличение амплитуды колебаний годичного радиального прироста деревьев. На фоне размашистых колебаний происходит увеличение среднего радиального прироста деревьев.

9. Начавшееся ухудшение состояния пойменных лесов в настоящее время обусловлено изменением гидрологического режима реки, вызванного, главным образом, антропогенными факторами (регулирование стока реки, сельскохозяйственное освоение поймы и др.).

10. Современное состояние пойменных лесов следует рассматривать не как эпизод их жизни, имеющий аналоги в прошлом, а как отклик пойменной экосистемы на трансформацию экологических условий пошл.

11. В стратегии пойменного лесоразведения и лесовосстановле-ния, исходя из сложившейся экологической ситуации, необходима переоценка существующего лесокультурного фонда, так как принцип непрерывного и неистощимого лесопользования здесь нзрушен.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы;

1. Оптимизация экологических условий в долине реки Северского Донца // Экологические проблемы бассейнов крупных рек: Тез. между-нар. конф., Тольятти, Россия, 6-10 сентября 1993 г. - Тольятти, 1993. - С. 217-218 (в соавторстве).

2. Почвенный фактор роста пойменных древостоев в пойме р. Северского Донца: Тез. докл. к науч. конф. преподавателей, 25-30 апреля 1994 г.- Тамбов, 1994.- С. 31-32.

3. Об антропогенных предпосылках усыхания пойменных лесов в бассейне реки Северского Донца // Фундаментальная и. методическая подготовка будущего специалиста по экологии и охране природы: Тез. докл. Российской науч.- практич. конф. - Орел, 1994.- Ч. 1.- С. 13-14 (в соавторстве).

4. Состояние пойменных лесов и режим влажности почв в низовьях р. Северского Донца // Лесной журнал.- 1994.- N 4.- С. 26-29 (в соавторстве) .

5. Экологическая обусловленность функций черноольховых древостоев в низоЕье Северского Донца // Лесной журнал.- 1994.- N 4.- С. 123-125.

6. Дендроэкологический анализ пойменных дубрав в низовье реки Северского Донца // Вопросы региональной экологии: Тез. докл. второй областной науч.-техн. конф., май 1995.- Тамбов,- 1995.- С. 10.

7. Математическое моделирование в дендроклиматическом анализе пойменных древостоев дуба черешчатого. // Сб. тр. международной ко-ференции. -'ВГТА. - 1996. (в печати).

Заказ?»1' от 14.11.96 г. Тираж 100 экз., объем 1 усл.п.л. УОП ВГЛТА. Воронеж, ул. Тимирязева, 8,