Летопись веков в годичных кольцах деревьев

На протяжении последних нескольких лет в рамках мониторинга состояния лесов в национальном парке «Нижняя Кама» применяется метод дендрохронологического анализа радиального прироста деревьев. Именно с помощью этого метода на ООПТ были найдены пихты возрастом 155 лет, 128-летняя ель и сосна-«старожилка» в возрасте 211 лет.

На современном этапе дендрохронология – это наука, изучающая древесные годичные кольца, события, повлиявшие на рост древесных растений. Исследования проводятся в комплексе – учёные исследуют показатели радиального роста в стволах, ветвях и корнях деревьев, физико-механические свойства, анатомическую структуру и химический состав древесины. Применение современных компьютерных технологий позволяет учёным реконструировать условия внешней среды за сотни и тысячи лет. Благодаря корректному применению древесно-кольцевого анализа появляется возможность изучить естественную изменчивость природно-климатических факторов в прошлом и предсказать глобальные изменения природной среды в будущем.

С помощью дендрохронологического метода можно описать условия в прошлом: были ли засухи, заморозки, долговременные похолодания; когда были лесные пожары и вспышки численности листогрызущих насекомых; колебания уровня водоёмов; изменения границ ледников; мощные извержения вулканов и даже вспышки на Солнце. Всё это, включая и хозяйственную деятельность человека, внешние факторы. Из внутренних факторов наибольшее влияние оказывают порода дерева, наследственная изменчивость, возраст и плодоношение.

Как проводятся сами исследования? В настоящее время для взятия образцов древесины с живых деревьев используется возрастной бур Пресслера, при помощи которого высверливаются радиальные керны древесины диаметром 0,5 см и длиной до 50 см. Этот способ получения полевого материала считается самым щадящим. Для отбора кернов сухой древесины применяются специальные буры на основе электроприборов. Связано это с тем, что сухая древесина более плотная.

Дальнейшая работа с образцами древесины проводится в лабораторных условиях. Зная точное время взятия образца и формирования на нём подкорового кольца прироста, методом обратного отсчёта определяются календарные даты образования всех колец этой серии. Параллельно определяется точный возраст дерева.

Следующим этапом работы является измерение ширины годичных колец с помощью бинокулярного микроскопа или полуавтоматической установки LINTAB. По данным измерений строятся хронологии абсолютного радиального роста для каждого дерева.

Кольца с аномально низким или аномально высоким приростом являются «вешками» при определении правильности датировки хронологий. Например, наиболее значимыми являются узкие или морозобойные кольца, которые формируются в неблагоприятные по климатическим условиям годы, например, во время летних засух или аномально холодных зим соответственно.

В особо неблагоприятные для деревьев годы происходит значительное снижение деятельности камбия в основании стволов. В таких случаях говорят об отсутствии кольца в определённом месте ствола – это «выпавшее кольцо». Наличие таких колец может быть выявлено с помощью специальных электронных программ на компьютере. Роль учёного – разобраться, что стало причиной этого.

Климат – это фоновый фактор, не оценив роль которого в изменении прироста деревьев нельзя правильно определить влияние на прирост и состояние лесных экосистем самых разнообразных антропогенных, биологических и катастрофических факторов. Анализ климатического отклика хронологий проводится с помощью расчёта коэффициентов корреляций между индексами прироста и ежемесячными значениями осадков и температуры воздуха. Так, в условиях Поволжья ведущим фактором, определяющим величину годичного прироста большинства деревьев, является количество осадков и распределение их в течение вегетационного периода.

Значительную роль в лесных сообществах приобретают фитоценотические факторы, которые уменьшают влияние климатических условий на прирост деревьев. Поэтому в динамике радиального прироста деревьев не только отражается многолетняя изменчивость показателей климата, но и фиксируются результаты внутри- и межвидовой конкуренции, а также другие сложные процессы, протекающие в лесных сообществах.

Хотя ширина годичного кольца не является точным мерилом отдельных показателей годового климата, она даёт полезную информацию для понимания длительности рядов климатических изменений. При этом каждый вид дерева обладает индивидуальной реакцией на изменения окружающей среды. Всё это необходимо учитывать при создании древесно-кольцевых хронологий, с помощью которых производятся массовые и точные датировки многих природных явлений и процессов.

Важным лесообразующим фактором, определяющим состояние и динамику лесов, являются лесные пожары. Оценка календарных лет прошлых пожаров, основанная на обратном счёте годичных колец от подкорового кольца, когда год образования его точно известен, до пожарного шрама, имеет достаточно широкое распространение. С её помощью определяются сроки, повторяемость и распространение пожаров, а иногда и климатические условия лет с наиболее сильными пожарами. Наиболее сильные пожары наблюдаются в засушливые фазы различных по продолжительности климатических циклов.

В последнее время дендрохронологическая информация широко используется в экологическом прогнозировании. Прогнозы, основанные на данных древесного прироста, выделяются в особый класс экологических прогнозов и используются для прогнозирования климата, урожайности сельскохозяйственных культур, экологической обстановки, планирования мероприятий по охране лесов от пожаров и защите от вредителей и болезней.

В ходе дендрохронологических исследований в НП «Нижняя Кама» была получена очень интересная информация. При изучении радиального прироста пихты сибирской в Елабужском и Челнинском лесничествах было установлено, что максимальный возраст деревьев составил 155 лет. По построенной древесно-кольцевой хронологии выявлено, что минимальный прирост годичных колец встречается в 1952, 1954–1957, 1968, 1974–1975, 1979, 1982, 2010–2018 годах, а максимальный прирост отмечен в 1915, 1917, 1922, 1937, 1939, 1943, 1945–1946, 1983–1984, 1986–1992, 1999–2000, 2019 годах. Наибольший прирост годичных колец у пихты сибирской в Челнинском лесничестве наблюдается в условиях влажного лета и тёплой зимы. А вот реакция пихт в Большом бору на правом берегу Камы на климатические факторы неоднозначна.

Дендрохронологические исследования сосен в НП «Нижняя Кама» показали, что максимальный возраст деревьев достигает 211 лет. В построенной хронологии были выявлены годы с минимальным приростом: 1831, 1869, 1921, 1936, 1975, 1982, 2010–2011; с максимальным: 1823, 1857, 1890, 1950, 2005. Наибольший подъём роста наблюдался в 1831–1856, 1982–2008 годах, а наибольший спад – в 1857–1936, 1953–1972 годах. Общим лимитирующим фактором радиального прироста сосны являются погодные условия зимы и конца лета, что пока не поддаётся объяснению. Возможно, что наблюдаемое региональное изменение климата могло привести к сокращению зимнего сезона или к более раннему началу вегетационного периода. Установлено, что цикличность в рядах прироста сосны в среднем составляет от 7 до 14 лет.

На территории Среднего Поволжья ель финская произрастает на южной границе своего ареала. В научной литературе накоплен небольшой фактический материал по влиянию климатических факторов на радиальный рост годичных колец ели финской в Татарстане. Подсчёт годичных колец показал, что максимальный возраст деревьев на этом участке достигает 128 лет. Средний прирост годичных колец ели составил 2,2 мм, максимальный – 9,1 мм. Высокие значения прироста у ели могут свидетельствовать о благоприятных почвенно-грунтовых условиях роста. В построенной хронологии выявлены годы с минимальным приростом – 1936, 1975, 1981, 2010; с максимальным – 1932, 1851, 1986, 2002. Наибольший подъём роста наблюдался в 1958–1979, 1982–1986 годах, а наибольший спад в 1951–1957, 2002–2010 годах. Анализ хронологии показал, что наиболее повторяемыми являются циклы с периодом в 5-7 лет.

Фото предоставлены автором

Источник: журнал "Нижняя Кама"