4408

31

Общая реакция лесных экосистем на стрессы в окружающей среде проявляется в систематическом разрушении вертикальной структуры «ярус за ярусом». При движении по градиенту возрастающего стресса первыми уничтожаются деревья, затем высокие кустарники, затем низкие, затем травы и , наконец, мохообразные. Изменяются и функции экосистемы, связанные с чрезмерным упрощением структуры: снижается биомасса, увеличиваются потери питательных веществ и сокращается численность животных.

При оценке степени изменения состояния лесных экосистем целесообразно использовать показатели, в основе определения которых лежит доля здоровых деревьев, так как устойчивым считается насаждений, в котором число здоровых деревьев обеспечивает формирование древостоя, в наибольшей степени соответствующего своему функциональному назначению для данного возраста и лесорастительных условий.

Коэффициент изменения состояния – расчетный показатель, отражающий уровень деградации лесов на момент наблюдения. Его определяют на пробных площадях у 100 деревьев анализируемой породы основного полога. Коэффициент вычисляется как частное от деления: числитель – сумма произведений диаметров здоровых деревьев на цифровое значение этой категории, знаменатель – сумма произведений диаметров всех деревьев на пробной площади на цифровое значение соответствующей им категории состояния (приложение 2): здоровое дерево – 1, ослабленное – 2, сильно ослабленное – 3, усыхающее – 4, свежий сухостой – 5, старый сухостой – 6 (по мере деградации величина коэффициента состояния измеряется от 1,0 до 0).

Для оценки различных уровней деградации насаждений выделяются пять степеней изменения их состояния: первая – деградация не отмечена (Кс = 1,00-0,75), вторая – слабая деградация (Кс = 0,75-0,55), третья – средняя (Кс = 0,55-0,35), четвертая – сильная (Кс = 0,35-0,15), пятая – полная деградация (Кс = 0,15-0). Если при первой степени здоровых деревьев более 90 % по запасу, то при пятой степени их не более 20 %.

Практическая часть

1.По исходным данным, полученным от преподавателя, рассчитать значения коэффициента изменения состояния древостоя.

2.В часы самостоятельной работы по материалам лекций изучить особенности взаимодействия между атмосферными примесями и лесными экосистемами.

3.Подготовить конспект ответов на вопросы:

32

1.Какие изменения в лесных экосистемах производят атмосферные примеси техногенного характера?

2.Чем опасно умеренное антропогенное воздействие?

3.Охарактеризуйте 3 класса взаимодействий между атмосферными примесями и лесными экосистемами.

4.Какие структурные изменения лесного фитоценоза происходят при усилении техногенного воздействия?

5.Как рассчитывается коэффициент изменения состояния лесных эко-

систем?

Тема 8. ДЕНДРОХРОНОЛОГИЯ И ДЕНДРОИНДИКАЦИЯ В СИСТЕМЕ ЛЕСНОГО МОНИТОРИНГА.

Цель работы – Изучение использования дендрохронологического метода для индикации природного и антропогенного воздействия на лесные экосистемы.

Теоретическая часть

Древесные растения умеренного пояса ежегодно откладывают древесину в течение вегетационного периода, формируя годичные слои (годичные кольца). Наука, изучающая изменчивость ширины годичных колец деревьев, дендрохронология, в настоящее время интенсивно развивается во всем мире и достигла значительных успехов. Годичные кольца деревьев несут в себе богатейшую информацию об изменчивости экологических условий за длительный период времени, что, в свою очередь, дает ценный материал для научных исследований динамики климата, продуктивности древостоев, мониторинга окружающей среды и т. д.

Дендрохронология – изучение изменчивости ширины годичных колец (годичного прироста) деревьев для точного датирования времени их образования.

Как раздел дендрохронологии может рассматриваться дендроклиматология.

Дендроклиматология – изучение годичных колец деревьев с целью оценки изменений климата.

Растения (в т.ч. древесные) обладают относительно высокой чувствительностью к воздействию антропогенных факторов (загрязнение атмосферы, рекреация и т.д.). Их можно использовать в качестве индикаторов при осуществлении мониторинга состояния лесных экосистем.

33

Дендроиндикация – выявление естественных колебаний природных процессов и экологически значимых антропогенных изменений на основе реакции на них древесных растений и их сообществ.

Динамика годичного прироста деревьев в значительной мере определяется географической зональностью, лесорастительными условиями, экологическими особенностями древесных пород. Лимитирующим фактором деревьев, произрастающих в северных районах (зона тайги, лесотундра), а также в горах является температура окружающей среды. Для деревьев южных районов (лесостепь, степь) лимитирующим фактором является количество атмосферных осадков. Так, например, в Центральном Черноземье в засушливые годы у деревьев формируются узкие годичные кольца, в годы с достаточным количеством осадков – более широкие.

Природные процессы на нашей планете развиваются, повторяясь в своих существенных чертах через некоторый (не обязательно строго равномерный) промежуток времени, т.е. развиваются циклично.

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. При изучении динамики годичных колец можно дать оценку не только изменениям климата, но и колебаниям солнечной активности.

Воздействие антропогенных факторов на лесные экосистемы отражается, в зависимости от интенсивности и длительности воздействия, на состоянии всех её компонентов. Одним из наиболее чувствительных индикаторов является радиальный прирост древостоя, особенно хвойных (сосны обыкновенной). Анализ антропогенных изменений прироста древесины возможен только при надлежащей изученности климатически обусловленной изменчивости прироста сосновых древостоев в регионе. Целесообразно изучить изменения среднего радиального прироста, режим его колебаний, для получения ценной информации о процессе функционирования древостоев в зоне воздействия антропогенных факторов.

Датировка годичных колец

Формирование годичного кольца состоит из двух этапов: формирование ранней (весенней) и поздней (летней) древесины. Граница между ранней

34

и поздней древесиной у хвойных легко определяется визуально. В большинстве случаев переход ранней древесины в позднюю довольно резко выделяется более темными коричневым цветом поздней древесины. Измерение, кроме общей ширины годичного кольца, отдельно ширины поздней древесины дает важную дополнительную информацию о приросте деревьев.

Датирование и измерение годичных колец древесины затрудняют нередко встречающиеся "ложные кольца": слоистость, расплывчатость поздней древесины; полоски более плотной "лжепоздней древесины"; полоски подгнившей, потемневшей древесины. Это явление связано с неблагоприятными условиями роста деревьев (метеорологическими условиями, антропогенным воздействием).

Выявление ложных колец требует определенного навыка, а нередко возможно только с использованием спилов деревьев или эталонных дендрошкал.

Для датировки и измерения ширины годичных колец используется измерительная лупа, микроскоп (бинокулярная лупа) МБС-1, МБС-9 и др., снабженный окулярмикрометренной шкалой или измерительный комплекс LINTAB производства немецкой фирмы Rinntech с пакетом программ TSAPWin. Могут применяться различные методы датирования годичных колец: визуальный, построение скелетных графиков, построение полулогарифмических диаграмм (Матвеев, 2001). Наиболее прост и удобен визуальный метод датирования: осмотр изменчивости колец под увеличительным прибором (Шиятов, 1973). Выявляют образцы, у которых имеются ложные и выпадающие кольца и определяют их местоположение. На зачищенной поверхности спила или керна кольцо каждого десятилетия (1990, 1980, 1970 и т.д.) маркируется одной точкой, каждого пятидесятилетия (1950) - двумя, каждого столетия (2000) - тремя. Точки удобнее ставить в более широкой части годичного кольца: у сосны – это светлая ранняя (весенняя) древесина, у дуба – темная, плотная поздняя (летняя) древесина. Для маркировки можно использовать химический карандаш, капиллярную ручку, шариковую ручку и т.п. Если известен год и месяц взятия образца (год формирования внешнего кольца), то датировка остальных колец производится при помощи обратного отсчета.

Измерение ширины годичных колец

Ширина годичных колец датированных образцов измеряется окулярмикрометренной шкалой. Одно большое деление шкалы = 1 мм, одно маленькое деление = 0,1 мм. Точность измерений – 0,05 мм. Важно точно определить границы годичного кольца определённого года (ранней + поздней

35

древесины). Измерения следует проводить от периферии к центр у образца, а начинать с последнего (внешнего) кольца. Если образцы отбирались в течение вегетационного периода (во время формир ования годичного кольца), то последнее ко льцо изм еряется, но в дальнейшие расчеты не включ ается. Ширина годичных колец измеряется перпендикулярно к годичным слоям. При бурении возрастной б урав не всегда попадает в сердцевину дерева, а про ходит на некотором расстоянии от нее. На таких образцах можно использовать "косые" годичные кольца возле центра образца, обязательно измеряя их перпендикулярно к годичным слоям. Данные измерений округляются до десятых долей миллиметра и заносятся в таблицу.

Выяв ление влияния климати еских (осадки) и гелиофизических (солнечная активность) факторов на радиал ьный пр ирост Деревьев

На основе табличных данных или построенных по ним графиков следует провести сравнительный визуальный анализ ширины годичных колец, осадков и солнечной активности.

.

Рис. 1. Годичные кольца дерева

37

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основная литература

1. Экологический мониторинг [Текст]: рек. М-вом общ. и проф. образования Гос. Федерации в качестве учебно-метод. пособия для преподавателей, студентов, учащихся / Т. Я. Ашихмина, Т. Я. Кантор, А. Н. Васильева, В. М. Тимонюк, Л. В. Кондакова, А. С. Ситяков [и др.] ; под ред. Т. Я. Ашихминой [изд. 3-е, исправ. и доп.]. – Киров: Константа; М.: Акад.проект, 2006. – 416 с.

Дополнительная литература

1.Таранков, В. И. Мониторинг лесных экосистем: учеб. пособие [Текст] / В. И. Таранков. – Воронеж: ВГЛТА, 2006. – 300 с.

2.Воробьев, А. Е. Основа природопользования: экологические, экономические и правовые аспекты: учеб. пособие [Текст] / А. И. Воробьев [и др.]; под ред. проф. В. В. Дьяченко. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2006. – 544 с.

3.Матвеев, С. М. Дендроиндикация динамика состояния сосновых насаждений Центральной лесостепи [Текст] / С. М. Матвеев. – Воронеж: ВГУ, 2003 . – 272 с.

4.Миленин, А. И. Рекреационное лесоводство [Текст] 6 учеб. пособие

/А. И. Миленин; М-во образ.и науки, ФГБОУ ВПО «ВГЛТВ». – Воронеж, 2013. – 140 с.

38

Приложение 1

Шкала природной пожарной опасности

IIIСосняки-кисличники и черничники. Низовые и верховые пожары Листвяги-брусничники. Кедровники возможны в период летнего

IV

Примечание:

1. Пожарная опасность устанавливается на класс выше:

а) для хвойных насаждений, строение которых или другие особенности способствуют переходу низового пожара в верховой (густой высокий подрост хвойных, значительная захламленность и т. д.);

б) для небольших участков леса на суходолах, окруженных площадями с повышенной горимостью;

в) для лесных участков, примыкающих к дорогам общего пользования, железным дорогам на паровозной тяге или расположенных в непосредственной близости от огнедействующих лесных предприятий.

2. Кедровники с наличием густого подроста или разновозрастные с вертикальной сомкнутостью полога относятся к II классу пожарной опасности.

40

Приложение 2

Шкала категорий жизненного состояния деревьев

1.Здоровое дерево. Деревья не имеют внешних признаков повреждений кроны и ствола. Повреждения листьев и хвои незначительны (меньше 10 %) и не сказываются на состоянии дерева.

2.Поврежденное (ослабленное)дерево. Обязателен хотя бы один из признаков: а) снижение густоты кроны на 30 % за счет опадения или недоразвития листвы или изреживания скелетной части кроны; б) наличие 30 % мертвых и усыхающих ветвей в верхней половине кроны; в) повреждение 50

%листьев (хвои) насекомыми, патогенами, атмосферным загрязнением и т.д.

3.Сильно поврежденное (сильно ослабленное) дерево. Обязателен хотя бы один из следующих признаков: а)снижение густоты облиствения кроны на 60 % за счет преждевременного опадения листьев (хвои); б) наличие 60 % мертвых и усыхающих ветвей в верхней половине кроны; в) повреждение и выключение из ассимиляционной деятельности 60 % листвы (хвои); г) отмирание верхушки кроны.

4.Отмирающее дерево. Крона разрушена, ее густота менее 15-20 % по сравнению со здоровой; более 70 % ветвей кроны сухие или усыхающие. Хвоя и листья хлоротичны: они бледно-зелёного, желтого или оранжевокрасного цвета. Некрозы имеют белесый, коричневый или черный цвет. При загрязнении атмосферы большая часть полностью отмерших листьев и хвои быстро облетает. В комлевой и средней части ствола возможны признаки заселения стволовыми вредителями.

5.Свежий сухостой. Деревья, погибшие не более года назад. возможно наличие остатков сухой хвой или неопавших сухих листьев. Кора и многие мелкие ветви часто бывают целы. Как правило, заселены насекомымиксилофагами.

6.Старый сухостой. Деревья, погибшие в прошлые годы. Постепенно утрачиваются ветки и кора.