4665

11

измерении ширины годичных колец следует обратиться к преподавателю.

Для датировки и измерения ширины годичных колец используется измерительная лупа или микроскоп (бинокулярная лупа) МБС-1, МБС-9 и др., снабженный окулярмикрометренной шкалой. 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. В том случае, когда визуальная датировка затруднена ввиду слабой изменчивости ширины колец или большого количества ложных и выпадающих, строят и сопоставляют графики изменения ширины годичных колец.

ТЕМА 4 (4 часа)

Измерение ширины годичных колец и поздней древесины с помощью увеличительных приборов

Цель работы: освоить практические навыки измерения общей ширины годичных колец и поздней древесины на поперечном срезе датированных образцов (спилов, кернов) древесины (сосны, дуба).

Приборы и инструменты: ножи канцелярские, ѐмкость для воды, измерительные лупы, микроскопы МБС-1, МБС-9, ЛИНТАБ-6.

Ширина годичных колец сдатированных 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 определѐнного года (ранней + поздней древесины). Измерения следует проводить от периферии к центру образца, а начинать с последнего (внешнего) кольца. Если образцы отбирались в течение вегетационного периода (во время формирования годичного кольца), то последнее кольцо измеряется, но в дальнейшие расчеты не включается. Ширина годичных колец измеряется перпендикулярно к годичным слоям. При бурении

13

ТЕМА 5 (2 часа)

Принципы построения дендрошкал. Синхронизация данных измерений. Построение графиков радиального прироста.

Цель работы: познакомиться с принципами построения дендрошкал. Синхронизировать данные собственных измерений ширины годичных колец с дендрограммой прироста сосны. Освоить построение графиков прироста. Освоить расчет средних значений радиального прироста для насаждения.

Приборы и материалы: микрокалькуляторы, карандаши, линейки, миллиметровая бумага.

Эталонные дендрошкалы – это таблицы изменчивости ширины годичных колец в абсолютных единицах или в годичных индексах, рассчитанных с применением любого корректного способа для исключения влияния фактора возраста.

Как правило, дендрошкалы строятся на основании данных измерений не менее 10 деревьев одной породы, возрастом не менее 100 лет, одного района и одного типа лесорастительных условий. Годичные кольца отдельных деревьев неодинаково отражают закономерности прироста совокупности лесонасаждений. Эталонные дендрошкалы, если они получены на массовом материале, сравнительно хорошо отражают изменчивость радиального прироста в зависимости от влияния климатических факторов. Сравнение изменчивости радиального прироста отдельных деревьев с дендрошкалами, созданными для той же древесной породы при сходных лесорастительных условиях, помогает выделить деревья, наилучшим образом отражающие изменения прироста совокупностей насаждений и, следовательно, климатических факторов.

Изменчивость прироста у разных древесных пород в различных лесорастительных условиях в разных районах страны имеет свои особенности. По данным Т.Т. Битвинскаса (1974), для сосны обыкновенной в условиях Литвы отмечен высокий показатель синхронности (показатель сходства) дендрошкал на удалении до 80 км друг от друга. На расстоянии 100 - 160 км синхронность заметно снижается, а на расстоянии более 200 км практически исчезает. П.А. Феклистов, В.Н. Евдокимов, В.М. Барзут (1997) для той же породы в северной подзоне тайги отмечают высокую синхронность в динамике прироста на расстоянии до 400 км, при этом указанными авторами обнаружена синхронность динамики прироста в разных типах леса (абсолютные величины прироста заметно отличались).

В климатических районах со сходным режимом атмосферной циркуляции хронологии древесных колец совпадают между собой на очень значительном расстоянии (до 1000 км). Обнаружено сходство хронологий годичных колец деревьев, произрастающих на Аляске и

14

Полярном Урале. Близкие хронологии прироста древесных пород характерны для северного предела леса (от Камчатки до Кольского полуострова), где лимитирующим фактором на всем протяжении является температура воздуха (Ловелиус,1979; Таранков, 1991).

Если дендрошкала создана по десяткам и сотням образцов древесины, собранных в сравнительно однородных лесорастительных условиях, график индексов средней ширины годичных колец, является достаточно надежным средством синхронизации кривых прироста деревьев (Битвинскас, 1974, стр. 74).

Студентам предлагается построить в тетради совмещенную диаграмму (масштаб по оси ординат выбрать произвольно, с учетом изменчивости значений прироста своего образца) и сравнить данные собственных измерений ширины годичных колец (в мм) с дендрограммой прироста, составленной Матвеевым С.М. для сосны обыкновенной в свежих борах и суборях Центральной лесостепи (приложения 5, 6). Особое внимание следует уделить годам с максимальными и минимальными значениями прироста, выявить годы, наиболее удачные для синхронизации рядов прироста.

Графики радиального прироста деревьев строятся на миллиметровой бумаге. По оси абсцисс откладываются календарные годы, по оси ординат – ширина годичных колец в мм ( i ), также строятся графики ширины поздней древесины (если она измерялась) (прилож. 7, рис. 1 а, в). Масштаб графиков выбирается произвольно, с учетом удобства построения и последующего детального анализа.

ТЕМА 6 (2 часа)

Расчет средних значений прироста для насаждений

Цель работы: освоить расчет средних значений радиального прироста для древостоя (насаждения).

Приборы и материалы: микрокалькуляторы, тетради.

Средние значения радиального прироста рассчитываются для насаждений одной породы, одинакового возраста, одного типа лесорастительных условий. Для расчета средних значений применяется формула (Битвинскас, 1974):

n

т.е. по каждому календарному году суммируется ширина годичных колец всех имеющихся образцов и делится на число образцов. Расчеты производятся на микрокалькуляторе с точностью до 0,01 мм.

16

2. Амплитуда колебаний прироста:

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

Например, на графике 1а приложения 7 максимальный перепад амплитуды произошел между 1966 и 1969 гг. Значения прироста изменились от 4,4 мм до 1,9 мм. Максимальный перепад амплитуды колебаний прироста составил 2,5 мм.

Подобным образом выявили минимальный перепад амплитуды. В нашем примере (рис. 1а приложения 7) минимальный перепад амплитуды (точнее – отсутствие перепада) наблюдался между 1984 и 1985 гг. Значения прироста не изменились: 1,8 мм в 1984 и 1985 гг., т.е. минимальный перепад амплитуды колебаний прироста в нашем примере равен нулю;

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

Например, на рисунке 1а приложения 7 наблюдается довольно высокая амплитуда колебаний прироста, а на рисунке 1в приложения 7 - амплитуда колебаний низкая. В течение жизни дерева параметры амплитуды колебаний прироста могут изменяться под влиянием экологических факторов. Например, на рисунке 2.4 приложения 8 можно выделить два периода: 1880-1930 гг. – амплитуда колебаний сравнительно низкая и 1930-1990 гг. – амплитуда колебаний резко возрастает и остается высокой до конца графика.

Студентам следует выделить на своих графиках периоды с высокой и низкой амплитудой колебаний и указать, в какие календарные годы они наблюдались;

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

На рисунках 1а и 1в приложения 7 наблюдаются равномерные колебания прироста: значения прироста изменяются (убывают и возрастают) через некоторые промежутки времени до более или менее близких значений.

3. Частота колебаний прироста.

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

17

максимума до максимума), т.е. одно полное колебание (рис. 3А). За этот же промежуток времени (2 года) может продолжиться падение (возрастание) прироста, а полное колебание произойдет за больший промежуток времени, например 7 лет (рис. 3Б). Промежуток времени, за который система (в нашем случае прирост дерева) совершает одно полное колебание, называется периодом колебаний. В первом случае (рис. 3А) мы наблюдаем колебания с высокой частотой и коротким периодом, во втором (рис. 3Б) – с низкой частотой и длительным периодом.

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:

I. Частые (высокая частота): средний период колебаний 2 - 3 года; II. Плавные или нормальные (низкая частота): средний период

колебаний 3 - 6 лет;

III.Затухающие (очень низкая частота) средний период колебаний

6 лет.

Рис. 3. Частота колебаний: А – высокая, Б – низкая

Анализировать частоту колебаний прироста в древостоях, находящихся в условиях изменяющегося, нарастающего или накапливающегося, антропогенного воздействия следует с учетом изменчивости этого показателя под влиянием антропогенных нарушений. Средний

18

период колебаний следует рассчитывать за определенные временные интервалы, например по 30-летиям, или даже по 10-летиям (всегда – полными, законченными колебаниями от ближайшего минимума прироста).

Кроме расчета и анализа среднего периода колебаний, следует привести полный ряд значений периодов колебаний и дать оценку динамики этого показателя в течение жизни дерева.

Частота колебаний анализируется 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.

На рисунках 1а и 1в приложения 7 мы наблюдаем плавные колебания прироста (низкая частота колебаний). Средний период колебаний более 3 лет.

4. Цикличность прироста.

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 или квазипериодические 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 (Комин, 1978).

Цикличность - повторение основных, существенных характеристик развивающегося (во времени и (или) в пространстве) процесса через некоторый, не строго равномерный, промежуток времени.

Годичный прирост деревьев – дискретный циклический процесс. 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, проис-

20

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) следует учитывать наличие возрастного тренда.

Ясно выраженный возрастной тренд в динамике прироста, выраженного в абсолютных единицах (мм) – одна из важных характеристик здорового древостоя. В сосновых древостоях Центральной лесостепи интенсивное гиперболическое падение прироста наблюдается до 30 – 40-летнего возраста, затем идет плавное уменьшение в виде стремящейся к горизонтали линии, на которое нередко накладывается "волна", вызванная чередованием периодов депрессии и благоприятных периодов роста.

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.

В нашем примере (рис. 1а приложения 7) на графике хорошо прослеживается возрастной тренд прироста древостоя.

Студентам предлагается оценить наличие (отсутствие) возрастного тренда, выраженность его.

ТЕМА 8 (2 часа)

Исключение фактора возраста: метод скользящего сглаживания средних величин. Расчет относительных индексов. Аппроксимация данных и расчет индексированных значений ширины годичных колец в программе "TREND"

Цель работы: Освоить метод скользящего сглаживания и расчет относительных индексов прироста.

Приборы и инструменты: персональные компьютеры, микрокалькуляторы.

Программное обеспечение: программа "TREND", редактор электронных таблиц Microsoft Excel.

В дендрохронологических исследованиях для устранения различий в темпах роста деревьев (исключения фактора возраста), выявления влияния климатических факторов и приведения данных измерений радиального прироста различных древесно-кольцевых серий к сопоставимым величинам производят их стандартизацию. Результаты замеров ширины годичных колец выражают в виде индексов через отношение каждого замера к установленному значению "нормы прироста" для данного года (Рудаков, 1951; 1958; Битвинскас, 1974; Оленин, 1974 и др.) Под "нормой прироста" понимают средние многолетние возрастные кривые, рассчитанные различными методами.