2839
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
ДЕНДРОХРОНОЛОГИЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЕ
для студентов заочной формы обучения
по направлению подготовки 35.03.01 –
ЛЕСНОЕ ДЕЛО
Воронеж 2018
2
УДК 630*111
Матвеев, С.М. Дендрохронология [Электронный ресурс]: методические указания к расчетно-графической работе для студентов заочной формы обучения по направлению подготовки 35.03.01 – Лесное дело / С.М. Матвеев, Д.А. Тимащук; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» – Воронеж, 2018. – 16 с.
Печатается по |
решению |
учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» |
(протокол № |
от |
2018 г.) |
Рецензент кандидат географических наук, доцент Кафедры геоэкологии и мониторинга окружающей среды ФГБОУ ВО «ВГУ», Ю.А. Нестеров
Ответственный редактор д-р биол. наук, проф. С.М. Матвеев
© Матвеев С.М., Тимащук Д.А. 2018
© ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»,
2017
3
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Для самостоятельного изучения курса "Дендрохронология" предлагается следующее учебное пособие: Матвеев, С.М. Дендрохронология [Текст] : учеб. пособие. /С.М. Матвеев, Д.Е. Румянцев ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – 2-е изд., перераб. и доп. – Воронеж:, 2013. – 140 с.
Для более прочного усвоения курса студенту-заочнику дается контрольное задание, имеющее целью закрепить теоретические знания. Поэтому, прежде чем приступить к выполнению задания, студенту необходимо усвоить курс в соответствии с программой, представленной в конце данных указаний.
Каждому студенту надо дать ответы на вопросы и выполнить практические задания (всего 9) одного из предлагаемых вариантов. Номер своего варианта студент устанавливает по цифре, которой заканчивается его номер зачетной книжки. Номера вопросов и заданий, входящих в вариант, приведены ниже.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
||
|
|
|
|
Варианты заданий |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Варианты |
|
|
|
Номера вопросов и заданий |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Теоретическая часть |
|
|
Практическая часть |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
11 |
21 |
|
31 |
41 |
51 |
|
61 |
71 |
|
81 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
12 |
22 |
|
32 |
42 |
52 |
|
62 |
72 |
|
82 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
3 |
13 |
23 |
|
33 |
43 |
53 |
|
63 |
73 |
|
83 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
4 |
14 |
24 |
|
34 |
44 |
54 |
|
64 |
74 |
|
84 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
5 |
15 |
25 |
|
35 |
45 |
55 |
|
65 |
75 |
|
85 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
6 |
16 |
26 |
|
36 |
46 |
56 |
|
66 |
76 |
|
86 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
7 |
17 |
27 |
|
37 |
1 |
57 |
|
67 |
77 |
|
87 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
8 |
18 |
28 |
|
38 |
2 |
58 |
|
68 |
78 |
|
88 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
9 |
19 |
29 |
|
39 |
3 |
59 |
|
69 |
79 |
|
89 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
10 |
20 |
30 |
|
40 |
4 |
60 |
|
70 |
80 |
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вопросы и задания с указанием их номеров необходимо полностью выписывать. Ответы на вопросы должны быть четкие, краткие, но исчерпывающие. Некоторые ответы, с целью их пояснения, желательно сопровождать схемами, графиками и рисунками.
При выполнении практических заданий предлагается использовать данные методические указания и учебное пособие.
Вконце контрольной работы необходимо привести библиографический список
суказанием автора, названия, места и года издания использованной публикации.
4
В случае если контрольная работа не зачтена, всю ее переписывать не следует. Необходимо внести исправления лишь в те задания и ответы на вопросы, которые указаны рецензентом. В конце работы следует заново переписать условия неправильно выполненных заданий и привести исправленные ответы. Дополнения к ответам на вопросы также следует делать в конце исправляемой работы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Раздел 1-2
1.Предмет " дендрохронология". Определение дендрохронологии.
2.Цели и задачи дендрохронологии и дендроклиматологии. Определение дендроклиматологии.
3.Области применения дендрохронологического анализа.
4.История развития дендрохронологических исследований. Пионерные дендрохронологические работы.
5.Дендрохронологические исследования в России: история развития.
6.Школа дендрохронологов США. Исследования А.Е. Дугласа.
7.Европейские школы дендрохронологов.
8.Основные центры дендрохронологических и дендроклиматических исследований в России.
9.Дендроклиматические исследования в Воронеже (пионерные работы, современное состояние).
10.Крупнейшие монографии по дендрохронологии и дендроклиматологии в России и в мире.
Раздел 3
11.Формирование годичного кольца у деревьев. Ложные и выпадающие кольца.
12.Сроки формирования ранней и поздней древесины.
13.Строение и функции ранней и поздней древесины, значение поздней древесины и доля ее в общем годичном приросте сосны, дуба.
14.Факторы, определяющие величину годичного прироста деревьев.
15.Основные элементы модели формирования узких годичных колец, предложенной Г. Фритсом.
Раздел 4
16.Основные принципы дендрохронологии.
17.Закон лимитирующих факторов, принцип отбора местообитаний, принцип чувствительности.
18.Принцип перекрестного датирования. Задача датировки.
5
19.Принцип повторности. Точность учета радиального прироста древостоев.
20.Необходимое количество образцов для обеспечения достоверности исследований (в абсолютных единицах и в относительных индексах). Способ учета годичного прироста древостоя по малому числу учетных деревьев.
Раздел 5
21.Ритмичность природных процессов. Иерархия ритмов.
22.Понятие солнечной активности. Цикличность солнечной активности.
23.Цикличность прироста деревьев и ее связь с солнечной активностью.
24.Цикличность в динамике прироста древостоев в лесостепи.
25.Поясните зависимость: солнечная активность → циркуляция атмосферы → климатические изменения → прирост деревьев.
Раздел 6
26.Назовите и охарактеризуйте методы датирования годичных колец.
27.Что такое "норма прироста"? Назовите математические и графические методы нахождения нормы прироста.
28.Метод наименьших квадратов.
29.Метод скользящего сглаживания средних величин и весовое скользящее сглаживание (метод Шульмана).
30.Метод стандартных прямых линий (метод Дугласа) и метод графического выравнивания для разновозрастных древостоев (метод Комина).
31.Метод построения кривых максимально возможного прироста (метод Шиятова) и метод построения кривых средней нормы прироста (метод Оленина).
32.Расчет относительных индексов: цель, способ расчета.
33.Метод интегрально-разностных кривых и метод "фазового портрета" (метод Арбузова).
34.Определение объемного прироста древостоев.
35.Назовите методы изучения динамики радиального прироста во времени и связей с климатическими факторами.
36.Визуальный анализ рядов и метод наложенных эпох.
37.Гармонический анализ и анализ спектральной плотности рядов.
38.Статистические методы анализа (корреляционный анализ, регрессия признаков).
Раздел 7
39.Принципы прогнозирования. Возможности прогнозов.
40.Учет цикличности прироста деревьев в лесном хозяйстве.
6
41.Реконструкция и прогнозирование элементов климата.
42.Определение эффективности лесохозяйственных мероприятий по методике Т.Т. Битвинскаса.
Раздел 8
43.Основные направления изучения антропогенных воздействий на лес.
44.Метод биологической индикации техногенных воздействий на лес. Растение - индикатор. Растение - монитор.
45.Методы изучения антропогенных воздействий на лес (по Р.А. Юкнису).
46.Результаты антропогенного воздействия на прирост, выявленные дендрохронологическим методом.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Задание № 51 – 60.
Перечертить таблицу (приложение 1) данных измерений ширины годичных колец сосны обыкновенной, соответствующую номеру варианта контрольной работы, в тетрадь. Построить (на миллиметровой бумаге) график изменчивости прироста в зависимости от возраста (по данным таблицы).
Пояснения к выполнению задания.
По оси абсцисс откладываются календарные годы, по оси ординат – ширина годичных колец в мм (i). Масштаб графиков выбирается произвольно с учетом удобства построения и последующего детального анализа графиков.
Задание № 61 – 70.
Провести стандартизацию данных измерений ширины годичных колец. Стандартизация данных (исключение влияния фактора возраста) проводится
в два этапа (раздел 6.2 учебного пособия). Первый этап: расчет "нормы прироста" (возрастной кривой).
Для расчета нормы прироста выполнить скользящее сглаживание исходных данных с 5-летним периодом сглаживания.
Пояснения к выполнению задания.
При расчетах скользящих кривых, с 5-летним периодом сглаживания годичных колец, сумма ширины первых пяти замеров годичных колец делится на 5 и является средней нормой 3-го года, входящего в расчет. Далее ширина 1-го годичного кольца из суммы 5-ти годичных колец вычитается и добавляется 6-е годичное кольцо, затем вычитается 2-е и добавляется 7-е кольцо, а средняя многолетняя ширина годичного кольца относится последовательно к 4-му, 5-му году и т.д.
7
Метод скользящего сглаживания можно выразить и следующим образом:
с = (а + b +с + d + е) 5, где
a, b, с, d, е - последовательно меняющиеся замеры годичных колец; с - сглаженная ширина годичного кольца.
При расчете нормы прироста методом скользящего сглаживания теряются первые и последние замеры дендрохронологического ряда. При использовании 5- летних скользящих – по 2 года с каждой стороны.
Результаты расчетов оформляются в виде таблицы.
Задание 71 – 80.
Второй этап стандартизации данных измерений ширины годичных колец: расчет относительных индексов годичного прироста.
Пояснения к выполнению задания.
Универсальная формула для расчета относительных индексов прироста следующая:
I = iF / iS 100 %,
где I - относительный индекс, в %,
iF - фактическая ширина годичного кольца,
iS – сглаженная ширина годичного кольца (или норма прироста данного года рассчитанная любым корректным способом).
Относительные индексы годичного прироста являются одним из наиболее удобных способов отражения изменчивости ширины годичных колец в зависимости от климатических факторов.
Результаты расчетов оформляются в виде таблицы.
Задание 81 – 90.
Построить графики:
1)осадков вегетационного периода,
2)солнечной активности, выраженной в числах Вольфа,
3)относительных индексов прироста.
На основании визуального анализа графиков сделать заключение о связи динамики радиального прироста сосны обыкновенной с изменениями осадков вегетационного периода и солнечной активности.
8
Пояснения к выполнению задания.
Все графики строятся на одном листе миллиметровой бумаги, один под другим, с одинаковым масштабом по оси абсцисс (годы). Значения осадков вегетационного периода по данным метеостанции "Воронеж" приведены в Приложении 2. Значения солнечной активности выраженной в числах Вольфа приведены в Приложении 3.
Перед проведением визуального анализа графиков и составлением заключения следует изучить главу 5 учебного пособия: ЦИКЛИЧНОСТЬ
ПРИРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ. ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ НА ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРИРОСТА ДЕРЕВЬЕВ.
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ "ДЕНДРОХРОНОЛОГИЯ" (выдержки)
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Дисциплина "Дендрохронология" является одной из специальных в учебном плане дисциплин, позволяющей дать инженеру лесного хозяйства профессиональные знания по вопросу роста и развития древостоев, устойчивости и стабильности лесных экосистем и исследовательские навыки в этой области. Она базируется на следующих дисциплинах:
общеобразовательных: высшая математика, физика, экология, геофизика, гелиобиология, метеорология и климатология, вычислительная техника и программирование;
специальных: физиология растений, дендрология, лесоведение, таксация леса.
Целью изучения дисциплины является профессиональная подготовка бакалавров лесного дела (направление подготовки 35.03.01) в области дендрохронологии, изучения закономерностей многолетней динамики радиального прироста основных лесообразующих пород в связи с климатическими, биотическими, антропогенными факторами, с геомагнитной и солнечной активностью, выявления цикличности природных процессов и освоения принципов их реконструкции и прогнозирования.
Задачи дисциплины: изучение многолетней динамики прироста имеет важное значение для оценки лесосырьевых ресурсов, лесоводственно - экологической эффективности лесохозяйственных мероприятий, устойчивости и стабильности лесных экосистем, антропогенных трансформаций лесных сообществ, для
9
реконструкции и прогнозирования экологических условий и состояния лесных ценозов.
В результате освоения дисциплины студент должен знать:
основные понятия и принципы дендрохронологии и дендроклиматологии; закономерности многолетней изменчивости прироста основных лесообразующих пород и древостоев в целом; факторы, определяющие величину годичного прироста деревьев, ранней и поздней древесины; особенности реакции прироста на экологические факторы в различных лесорастительных условиях; циклическую динамику природных процессов (в
том числе - прироста деревьев); методы дендрохронологического анализа (отбора образцов, датирования древесных колец, изучения динамики радиального прироста деревьев и связей с климатом); дендрохронологического метода исследований в лесном хозяйстве, в целях прогнозирования динамики состояния лесных экосистем и климатических условий, для индикации антропогенных воздействий на лесные экосистемы;
уметь:
определить цели и задачи исследования динамики радиального прироста древостоев; подобрать и описать объекты исследования; отобрать образцы для анализа; измерить ширину годичных колец деревьев и провести необходимую математическую обработку данных; выбрать методику обработки и анализа результатов измерений; проанализировать результаты исследования и сделать обоснованные выводы и заключения; применить полученные результаты в практической деятельности.
3. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплину рекомендуется изучать путем систематической проработки лекционного материала, самостоятельной проработки рекомендуемой литературы и методических указаний к выполнению лабораторных работ. Домашние задания по лабораторным работам (самостоятельная работа) необходимо контролировать на каждом последующем занятии. Для обработки данных измерений ширины годичных колец (скользящее сглаживание средних величин, расчет относительных индексов и т.д.) рекомендуется использовать прикладные программы для персональных ЭВМ.
10
5. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1. Матвеев С.М. Дендрохронология [Текст] : рек. УМО по образованию в обл. лесн. дела в качестве учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений /С.М. Матвеев, Д.Е. Румянцев ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – 2-е изд., перераб. и доп. – Воронеж, 2013. – 140 с. – Электронная версия в ЭБС ВГЛТА.
Дополнительная литература
2.Матвеев С.М. Дендрохронология. Методика дендрохронологического анализа [Текст]: метод. указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 250100 – Лесное дело / С.М. Матвеев; ВГЛТА. - Воронеж, 2013. – 43 с. – Электронная версия в ЭБС ВГЛТА.
3.Матвеев С.М. Дендрохронология. Методика дендрохронологического анализа [Текст]: метод. указания к выполнению контрольных работ для студентов заоч. формы обучения по направлению подготовки 250100 – Лесное дело / С.М. Матвеев; ВГЛТА. - Воронеж, 2013. – 19 с. – Электронная версия в ЭБС ВГЛТА.
4.Битвинскас, Т.Т. Дендроклиматические исследования [текст] / Т.Т. Битвинскас. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 172 с.
5.Ловелиус, Н.В. Изменчивость прироста деревьев. Дендроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий [текст] / Н.В. Ловелиус. - Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1979.- 232 с.
6.Матвеев, С.М. Дендроиндикация динамики состояния сосновых насаждений Центральной лесостепи [текст] / С.М. Матвеев. – Воронеж: Изд-во ВГУ,
2003. – 272 с.
7.Методы дендрохронологии [текст]. Ч.I. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцевой информации: учеб.-метод. пособие / С.Г. Шиятов, Е.А. Ваганов, А.В. Кирдянов [и др.]. - Красноярск: КрасГУ, 2000. – 80 с.
8.Молчанов, А.А. Дендроклиматические основы прогнозов погоды. М.: Наука,
1976. - 168 с.
9.Румянцев, Д.Е. История и методология лесоводственной дендрохронологии [текст] / Д.Е. Румянцев. – М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2010. – 109 c.
10.Феклистов, П.А. Биологические и экологические особенности роста сосны в северной подзоне европейской тайги [текст] / П.А. Феклистов, В.Н. Евдокимов, В.М. Барзут.- Архангельск: ИПЦ АГТУ, 1997. - 140 с.