Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние изученности проблемы исследований 8
Глава 2. Природные условия центральной лесостепи 27
2.1 Климат: общая характеристика, многолетняя динамика климата (по данным метеостанции "Воронеж") 27
2.2. Рельеф, почвы, гидрография 30
2.3. Лесная растительность 32
Глава 3. Объекты и методика исследований 37
Глава 4. Характеристика и анализ строения дубовых насаждений центральной лесостепи 53
4.1. Динамика составов дубрав Центральной лесостепи 53
4.2. Строение дубовых древостоев по диаметру 70
4.3. Естественное возобновление дуба черешчатого и пород-спутников под пологом насаждений и на открытых площадях 94
Глава 5. Виталитетная структура дубрав центральной лесостепи 100
Глава 6. Дендроклиматические аспекты сукцессионнои динамики дубрав 116
6.1 Роль осадков и солнечной активности в сукцессионной динамике дубрав Центральной лесостепи 116
6.2. Сравнительный анализ радиального прироста дуба черешчатого и липы мелколистной 134
6.3. Дендрохронологические аспекты продуктивности дубовых древостоев 143
Глава 7. Анализ сукцессионнои динамики дубрав 148
Выводы и рекомендации 156
Список литературы 160
Приложения 181
- Климат: общая характеристика, многолетняя динамика климата (по данным метеостанции "Воронеж")
- Динамика составов дубрав Центральной лесостепи
- Роль осадков и солнечной активности в сукцессионной динамике дубрав Центральной лесостепи
- Дендрохронологические аспекты продуктивности дубовых древостоев
Введение к работе
Актуальность темы
Центральная лесостепь представляет собой особую ландшафтную зону умеренного пояса, обладающую своеобразной структурой географической среды и переходными от леса к степи внешними чертами ландшафта (Мильков, 1961). Среди лесов региона преобладают дубравы - 49,7 % от лесопокрытой площади Центральной лесостепи.
Дубравы играют значительную ландшафтно-стабилизирующую роль, способствуют сохранению разнообразия и устойчивости природно-территориальных комплексов, выполняют важные санитарно-оздоровительные, водоохранные, водорегулирующие функции, препятствуют водной и ветровой эрозии, поддерживают углеродно-кислородный баланс. В то же время состояние дубрав Центральной лесостепи вызывает обоснованную тревогу. Фиксируется постоянное снижение доли насаждений семенного происхождения (Калиниченко, 2000 и др.) что связано с проблемой естественного возобновления дуба. В дубравах порослевого происхождения, отличающихся пониженной биологической устойчивостью, явно выражены процессы деградации. Во многих насаждениях дуб постепенно теряет главенствующее положение и уступает место породам спутникам, происходит нежелательная, с лесоводственной точки зрения, сукцессия. Изученность причинно-следственных связей, механизмов и последствий сукцессионных изменений в дубравах, как показал анализ литературы, является далеко не полной. Наблюдается недостаток экспериментальных данных, характеризующих сукцессионные процессы в дубравных биогеоценозах.
Цель и задачи исследования
Целью работы является изучение и анализ пространственной и временной динамики сукцессионных процессов в нагорных дубравах Центральной лесостепи. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Определить сукцессионные статусы и направления сукцессии в нагорных дубравах;
2. Изучить жизнеспособность и санитарное состояние насаждений крупнейших нагорных дубрав Центральной лесостепи;
3. Изучить особенности радиального прироста дуба черешчатого и липы мелколистной при совместном произрастании;
4. Оценить роль осадков и солнечной активности во временной динамике сукцессионных процессов на основе анализа радиального прироста дуба черешчатого и липы мелколистной;
5. Оценить успешность естественного возобновления дуба черешчатого и пород-спутников под пологом насаждений и на прилегающих к лесному массиву открытых площадях.
Научная новизна
Установлены направления сукцессионных смен в дубравных массивах Центральной лесостепи: Шиповой, Теллермановской, Правобережной дубравах, Воронежском и Хоперском государственных заповедниках. Определена классификационная принадлежность сукцессии в дубравах Центральной лесостепи. Методом дендрохронологического анализа установлено наличие конкуренции между дубом черешчатым и липой мелколистной при совместном произрастании, а также коадаптации, проявляющейся в разграничении во времени основных ростовых процессов. Впервые проведена оценка углерододепонирующей функции по календарным годам для дубрав Центральной лесостепи.
Теоретическая и практическая значимость
Результаты проведенных исследований вносят определенный вклад в развитие учения о сукцессиях биогеоценозов. Полученные данные о направлениях сукцессионных смен, скорости сукцессионных процессов, виталитетной структуре древостоев могут быть использованы при разработке программы сохранения и восстановления дубрав региона. Построены и размещены в «Базе данных дендрошкал ЦЧР» 6 дендрохронологических шкал дуба черешчатого (из них 4 - для дуба возрастом более 100 лет), 1 - липы мелколистной. Эталонные дендрошкалы могут быть использованы при оценке разного рода воздействий (климатических, антропогенных и т.д.) на изменчивость радиального прироста деревьев, для мониторинга состояния дубовых насаждений Центральной лесостепи.
Данные о характерных особенностях радиального прироста дуба черешчатого и липы мелколистной при совместном произрастании используются в учебном процессе на лесохозяйственном факультете Воронежской государственной лесотехнической академии в курсе дисциплины «Дендрохронология» (Акт внедрения № 5 от 31.03.2009).
Основные положения, выносимые на защиту
1. Направления сукцессионных смен дуба черешчатого в основных нагорных дубравах Центральной лесостепи следующие: в Правобережной дубраве - на липу мелколистную, в Воронежском государственном природном биосферном заповеднике на липу мелколистную и клен остролистный, в Теллермановской дубраве и Хоперском заповеднике на клен остролистный, в Шиповом лесу - на ясень обыкновенный и клен остролистный.
2. Типичным виталитетным спектрам смешанных дубрав Центральной лесостепи свойственна доля деревьев дуба без признаков ослабления не превышающая 24 %, пород спутников - от 40 до 70 %, что свидетельствует о заключительном этапе деградации.
3. В Центральной лесостепи в настоящее время наблюдаются автогенные сукцессии дубравных биогеоценозов эндогенной разновидности (по классификации В.Н. Сукачева). На эндогенный сукцессионный процесс накладывается ряд экзогенных факторов, коренным образом изменяющих как ход, так и результаты сукцессии. Апробация работы
Результаты диссертационных исследований представлены на Межрегиональной научно-практической конференции «Охрана окружающей среды на территории муниципальных образований» (Воронелс, 2006); на Всероссийской конференции «Леса, лесной сектор и экология Республики Татарстан» (Казань, 2007); на Всероссийской конференции «Дендроэкология и лесоведение» (Красноярск, 2007); на Всероссийской научно-практической конференции «Экологические аспекты сохранения исторического и природно-культурного наследия» (Волгоград, 2008); на Ш Международной научной конференции «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах» (Белгород, 2008); на ежегодных научных конференциях ППС ВГЛТА в 2007-2009 гг.
Личный вклад
Лично автором выполнены: постановка проблемы, выбор экспериментальных объектов, сбор, обработка и анализ материалов, обобщение и интерпретация результатов исследований, обоснование выводов и рекомендаций.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 4 в изданиях рекомендованных ВАК.
Структура и объем рукописи
Общий объем диссертации составляет 224 страницы, включающих общую характеристику работы, 7 глав, выводы и рекомендации, список литературы, приложения. Материалы исследований иллюстрированы 18 таблицами и 50 рисунками. Список использованной литературы содержит 197 наименований, в том числе 21 на иностранных языках.
Климат: общая характеристика, многолетняя динамика климата (по данным метеостанции "Воронеж")
Зона лесостепи характеризуется сравнительно теплым и сухим климатом. В целом климат района можно отнести к умеренно-континентальному, причем континентальность усиливается к юго-востоку (Бевз, 1965). Зима в ЦЧР обычно мягкая, но с устойчивыми морозами. Часты метели и гололед (25-30 дней). Число дней со снежным покровом НО на юго-западе (Белгородская обл.) и 140 на северо-востоке (Тамбовская обл.) региона. Высота снежного покрова 20-30 см. В отдельные годы в лесостепи снежный покров отсутствует или характеризуется чрезвычайной неустойчивостью. В апреле снежный покров сходит. Запасы воды в снежном покрове определяются в 100-125 мм, местами 40-150 мм. Весной переход среднесуточной температуры через 0 С в районе г. Воронежа наблюдается 1 апреля. Наступление среднесуточных температур выше +5 С в г. Воронеже, Курске и Тамбове отмечено в среднем 13-14 апреля, а температуры выше +15 С - 18-20 мая. Средняя длительность периода со среднесуточными температурами воздуха выше +5 С в г. Воронеже составляет 195 дней, а выше+15 С- 87 дней.
В г. Воронеже метеорологические наблюдения начаты в 1861 году. В настоящее время опорной метеостанцией г. Воронежа является метеостанция агроуниверситета основанная в 1918 г. Её географические координаты: 51 40 с.ш., 39 13 в.д., высота над уровнем моря 150 м. По данным многолетних наблюдений метеостанции «Воронеж» (1862-1996 гг.) основные элементы климата характеризуются следующими показателями. Среднегодовая температура воздуха: +5,6 С, абсолютный минимум температуры: -38 С, абсолютный максимум: +41 С. Среднемноголетняя температура января: -9,6 С, июля: +19,9 С. Среднегодовое количество осадков (за весь период наблюдений) составляет 520 мм, однако оно характеризуется большой неустойчивостью и колеблется в отдельные годы от 263 мм (1891 г.) до 845 мм (1980 г.) (Матвеев, 2003). На 2008 г. норма осадков составляет 579 мм (Климат Воронежа, 2009).
За вековой период наблюдений минимальное количество осадков (мм) отмечалось в следующие годы: 1891 (263), 1895 (305), 1911 (333), 1921 (364), 1924 (364), 1934 (356), 1938-1939 (380-382), 1946 (334), 1949 (332), 1971 (401), 1984 (422). Годы с наиболее обильными осадками (свыше 700 мм): 1881 (767), 1912 (737), 1915 (708), 1919 (716), 1980 (845), 1989 (733), 1990 (763) (Матвеев, 2003).
По данным других метеостанций ЦЧР, среднегодовые показатели осадков изменяются от 550-600 мм на севере и в центральной части, до 450-500 мм на юго-востоке. Над крупными лесными массивами (Усманский бор, Шипов лес, Хреновской бор, Теллермановская роща) фиксируется повышение годовых сумм осадков на 40-60 мм (Федотов, 2006). В среднем около половины годовой суммы осадков и более выпадает в летние месяцы, но по вегетационным периодам отдельных лет также наблюдается неравномерность. Среднемноголетнее количество осадков за вегетационный период (t 5 С) по метеостанции «Воронеж» составляет 307 мм.
По средним показателям климатические условия лесостепной зоны достаточно благоприятны для произрастания древесной растительности (Рубцов, 1966), однако неустойчивый характер увлажнения, типичный для этой зоны, может периодически вызывать для растительности весьма неблагоприятные последствия. Наибольшее отрицательное влияние могут оказывать засухи и суховеи.
Объективным показателем увлажнения в регионе и повторяемости атмосферных засух является гидротермический коэффициент Г.Т. Селянинова (ГТК), этот показатель служит также для объективной оценки климатических условий природных зон. По данным СМ. Матвеева (2003), ГТК за период май-сентябрь равен 0,91 (ГТК 1), что говорит о некоторой засушливости в ЦЧР.
Засухи в ЦЧР повторяются 2-3 раза в десятилетие. Особенно сильные засухи отмечены в 1889, 1891-1893, 1895, 1921, 1924, 1938-1939, 1946, 1963, 1971-1972, 1984 гг. (Таранков, 1990а). Относительная влажность воздуха в среднем за многолетний период по данным метеостанции «Воронеж» составляет 74 % (Климат Воронежа, 1986).
Изменчивость количества осадков в лесостепи на фоне вековых циклов солнечной активности рассмотрена в работах М.П. Скрябина (1946, 1960, 1964). Автор отмечает, что периоды минимума и периоды максимума векового цикла солнечной активности для лесостепи (в условиях Воронежской области) приходятся на периоды уменьшения количества осадков и учащения засух. Прохождение ветви подъема солнечной активности сопровождается увеличением увлажнения и амплитуды колебаний в увлажнении и температурах. Прохождение ветви спада солнечной активности, растянутое на более длительное время,
зо сопровождается также некоторым увеличением количества осадков, главным образом в середине этого периода.
Ветры в ЦЧР чрезвычайно неустойчивы. Роза ветров по годам варьирует очень сильно. Преобладающее направление ветров за многолетний период - западное, хотя процент повторяемости ветров от преобладающей четверти невелик (до 30 %). По сезонам года направление ветров распределяется следующим образом: зимой и осенью преобладают юго-западные ветры, летом северо-западные и западные (иногда - северовосточные), весной преобладают ветры юго-восточного направления вызывающие суховеи. Скорость ветра в среднем за год около 4 м/с (в зимнее время ветры сильнее, чем в летнее). Повторяемость штилей в среднем за год около 8 % (Климат и погода ЦЧО, 1932; Другова, 1935; Воронежская область, 1952; Климат Воронежа, 1986).
В ЦЧР имеется довольно развитая речная сеть принадлежащая бассейнам Волги, Днепра и Дона. Территория ЦЧР верхним течением Дона делится на две части. Правобережье Дона образовано Среднерусской возвышенностью. Левобережье представляет Окско-Донскую равнину, где между долинами Дона и Хопра находится Калачская возвышенность (Рубцов, 1966).
Роль рельефа в формировании и произрастании дубрав Центральной лесостепи исключительно велика. В формировании рельефа региона принимают участие эндогенные, экзогенные и антропогенные факторы (Михно, 1990,1993, 1995, 1996, 1998, 2000).
В юго-восточной части ЦЧР располагается Калачская возвышенность, представляющая собой сильно расчлененное оврагами и балками плато, высота которого 200-230 м. Долины Калачской возвышенности имеют меридиональное направление или близкое к нему. Основными рельефообразующими породами являются мело-мергельные отложения.
Севернее Калачской возвышенности располагается Окско-Донская равнина, имеющая высоту в среднем 150 м над уровнем моря (максимальная высота ее составляет 180 м). Расчлененность Окско-Донской равнины оврагами и балками слабая. Междуречья имеют характер плоских поверхностей. В рельефе ведущую роль играют широкие песчаные террасы. На плоских междуречьях широко распространены неглубокие блюдцеобразные, нередко заболоченные, западины.
Среднерусская возвышенность возникла в результате тектонических поднятий неоген-четвертичного периода. Процесс обособления Среднерусской возвышенности наметился в самом начале неогена (миоцене) примерно 25 млн. лет назад. За это время она испытала поднятие в 200-250 м. возвышенность продолжает подниматься и сейчас. Скорость современных поднятий на большей ее части составляет 2-4 мм в год, что способствует углублению речных долин, ускорению роста балок и оврагов (Лилиенберг, 1972). В пределах Среднерусской возвышенности широко распространены эрозионные формы рельефа: междуречные плато, речные долины, балки и овраги. Реже встречаются формы рельефа неэрозионного происхождения — карстовые воронки, оползни, суффозионные западины, а также антропогенные формы рельефа - карьеры, курганы, дорожные выемки и др.
Наиболее распространенными эрозионными формами рельефа Центральной лесостепи являются балки и овраги. На развитие эрозионных процессов в ЦЧР оказывают влияние особенности рельефа, слабая устойчивость почв и подстилающих их материнских пород, неосторожная распашка степей, массовая вырубка лесов в дореволюционный период, а таюке своеобразие климата - резкий переход к положительным температурам весной и ливневый характер летних осадков. Все это вызывает резкое увеличение поверхностного стока. Грунтовые воды водоразделов залегают на глубине 5-15 м и более (Растворова, 1960). Почвенный покров района является чрезвычайно пестрым и сложным. В лесостепной зоне с одной стороны развиты черноземы, получившие начало своего образования под воздействием степной растительности, с другой -серые и темно-серые лесные почвы, оподзоленные почвы, присущие лесам. Около половины последней группы почв находится под насаждениями. Сформировались они, главным образом, из типичных черноземов, путем их постепенной деградации и оподзоливания под влиянием лесов. Располагаются они на плато и очень пологих склонах. Крутые склоны и склоны южных экспозиций занимают светло-серые лесные суглинистые почвы, реже встречаются солонцеватые арлинки и солонцы. Кроме того, встречаются почвы, свойственные центральной зоне, и наносные по дну балок и оврагов. Для речных долин Окско-Донской равнины характерны широкие песчаные надпойменные террасы. В долинах крупных рек насчитывается до 4-5 террас, ширина их достигает нескольких километров (Ахтырцев, 1967; Счастная, 1969; Лисецкий, 2003).
Динамика составов дубрав Центральной лесостепи
Данные о динамике таксационных характеристик, а в особенности составов насаждений, является очень ценным материалом для оценки происходящих в них сукцессионных изменений. На их основе можно не только констатировать факт смены одних пород другими, но и выявить направление сукцессии, ее интенсивность.
Данные о современном состоянии древостоев получены на 27 пробных площадях, заложенных в 2006-2008 годах. Для выявления сукцессионной динамики использованы материалы пяти последних лесоустройств за 1959-2003 гг. для Шиповой и Теллермановской дубрав, трех лесоустройств за 1983-2004 гг. для Правобережной дубравы р. Воронеж (УОЛ ВГЛТА) и двух для Воронежского государственного природного биосферного заповедника (1981 и 1992 гг.) и Хоперского заповедника (1982, 2004 гг.). Таким образом, по разным лесным массивам охвачены временные промежутки от 25 до 50 лет.
Все опытные объекты находятся в модальных для Центральной лесостепи дубравных типах леса: дубняк снытьевый (ТЛУ - Дг) и дубняк осоко-снытьевый (ТЛУ - С2Д). В Хоперском заповеднике, Шиповом, Теллермановском лесных массивах дуб произрастает преимущественно в типе лесорастительных условий Дг, в Правобережной дубраве и ВГБЗ - в С2Д.
Динамика составов насаждений Правобережной дубравы р. Воронеж (УОЛ ВГЛТА) не может быть признана благоприятной. В четырех из пяти исследованных насаждений доля участия дуба в составе за период с 1983 по 2006 г. значительно снизилась (таблица 5).
В разных древостоях дуб потерял от 1 до 6 единиц состава, уступив место породам спутникам, в большей степени - липе мелколистной, в меньшей - клену остролистному и ясеню обыкновенному. При этом значительно возросла полнота насаждений, что в первую очередь обусловлено интенсивным радиальным приростом пород спутников. Наиболее существенное снижение доли участия дуба наблюдается в период 2002-2006 гг. Количество липы в составах, напротив, резко увеличилось (на 1-4 единицы), наблюдается ее интенсивный рост (как в высоту, так и по диаметру). Доля участия клена остролистного и ясеня обыкновенного стабильна и не превышает 1-2 единиц.
Прослеживается определенная связь между снижением доли дуба и санитарными рубками. Лесоустройством 1983 г. хозмероприятий в исследуемых нами насаждениях не назначалось. В результате, составы до 1994 г. оставались стабильными, либо незначительно изменялись по причине перехода двухъярусных древостоев в одноярусные. В 1994 г. в ряде насаждений были назначены выборочные санитарные рубки. До 2002 г. доли дуба и клена остролистного снизились в большинстве из них на 1 единицу. Без хозмероприятий состав остался стабильным, либо имел тенденцию к увеличению доли дуба (ПП № 2, ПП № 5). В 2002 г. в большинстве исследованных древостоев были снова назначены выборочные санрубки интенсивностью 5 %. До 2006 г. произошло наибольшее снижение доли дуба, составившее 1-3 единицы, что не может быть объяснено только удалением фаутных экземпляров в объеме 5 % от запаса. Очевидно, что удаление даже небольшого количества деревьев дуба вызвало интенсивный рост пород спутников, обеспечив им большую площадь питания и благоприятный световой режим. В насаждении, где лесоустройством 2002 г. санрубка не назначалась (ПП № 5), состав остался стабилен.
Динамика составов дубовых насаждений ВГБЗ представляет особый интерес ввиду отсутствия рубок в последние 70 лет, что позволяет со значительной вероятностью исключить этот вид антропогенного воздействия и сравнить ход сукцессии с другими лесными массивами (таблица 6).
В большинстве исследованных насаждений ВГБЗ отмечено значительное снижение доли дуба за последние 2-3 десятилетия, хотя есть и древостой, составы которых оставались стабильными (ПП № 6). Резкие скачкообразные изменения состава (как в Правобережной дубраве) для ВГБЗ не характерны, снижение доли дуба и увеличение доли спутников происходит постепенно. Исключением является насаждение на 1111 №8, где за период с 1992 по 2007 г. наблюдалось интенсивное отмирание старовозрастного порослевого дуба. Количество сухостоя в 2007 году составляло более 25 % от общего запаса дуба в насаждении. Образование окон в главном пологе спровоцировало интенсивный прирост осины, липы и клена остролистного.
Главной отличительной чертой Правобережной дубравы и ВГБЗ является преобладание липы мелколистной в сукцессионной динамике, особенно в ТЛУ СгД.
Динамика составов дубовых насаждений Теллермановского лесного массива признается нами наименее благоприятной (таблица 7). Абсолютно на всех объектах наблюдается значительное снижение доли дуба за период с 1990 по 2007 год. За 1959-1990 тт. составы остаются стабильными, либо изменяются незначительно после рубок. Наибольшее снижение доли дуба наблюдается по сравнению с 2003 годом - 2-5 единиц состава, что в первую очередь связано с интенсивными рубками. В некоторых насаждениях (1111 № 13) число дубовых пней разного возраста и диаметра достигает 200 шт./га.
Лесоустройством 1969 года многие дубовые древостой отнесены к естественным семенным, что, по результатам проведенных нами исследований, весьма спорно. В настоящее время в тех же насаждениях преобладают дубы с явными признаками порослевого происхождения, но высокого бонитета (1а-П), что позволяет отнести их к высокоствольной хозсекции, но не к семенным.
Роль осадков и солнечной активности в сукцессионной динамике дубрав Центральной лесостепи
Климатические факторы являются наиболее мощными по силе воздействия, непосредственно и опосредованно влияющими на более низкие уровни регулирования продуктивности лесов и контролирующими их (Матвеев, 2003).
Наличие связей между климатическими факторами (осадки, температура воздуха), солнечной активностью и радиальным приростом деревьев отмечалось многими авторами (Скрябин, 1946, 1960, 1964; Костин, 1965, 1968; Колищук, 1966; Комин, 1968, 1978; Молчанов, 1968, 1970, 1976; Краснобаева, 1972, 1979; Ловелиус, 1972, 1979; Таранков, 1973,1990а, 19906; Битвинскас, 1974, 1986; Алесковский, 1982; Дмитриева, 1982, 1987, 1990; Борщева, 1986; Несветайло, 1986; Матвеев, 1994, 2000, 2003; Лазуренко, 2002; Белов, 2006 и др.).
Климатические факторы воздействуют на прирост древесины с разной интенсивностью в зависимости от географических условий и биологических особенностей пород. Механизмы таких воздействий не до конца раскрыты. Корреляционные связи могут иметь различный знак в различных регионах и в различные периоды времени (Матвеев, 2003). Воздействия климатических факторов и солнечной активности на радиальный прирост древесины нередко носят опосредованный характер. Например, солнечная активность влияет на интенсивность и тип циркуляции атмосферы, а возникающие в результате этого климатические изменения воздействуют на динамику прироста. Помимо климатических факторов на динамику радиального прироста влияет множество других - биологические особенности породы, внутри- и7 межвидовые взаимоотношения в сообществе, антропогенные воздействия и т. д. Все перечисленные факторы накладываются друг на друга, могут давать как аддитивный эффект, так синергетический. Кроме того, реакция дерева на изменение интенсивности какого-либо фактора может проявляться не в тот же год, а на следующий, или даже через несколько лет. Все это затрудняет определение степени зависимости прироста от того или иного отдельно взятого фактора.
Лимитирующим климатическим фактором в Центральной лесостепи считается влага. Это обусловлено не столько недостаточностью увлажнения, сколько его неравномерностью. Среднегодовые суммы осадков в течение последнего столетия имели тенденцию к росту, что наглядно отражают линии трендов кривых на рис. 32. Обращает на себя внимание неодинаковая интенсивность роста увлажнения в разных районах (наибольшая - в ВГБЗ, несколько меньшая - в Правобережной дубраве, наименьшая - в Шиповом лесу), но общая тенденция сходна.
Для анализа влияния климатических факторов на радиальный прирост дуба черешчатого и липы мелколистной использованы следующие материалы: динамика солнечной активности (числа Вольфа) по данным Цюрихской обсерватории (National Geophysical Data Center, 2008), сумма осадков за год, сумма осадков за вегетационный период, данные радиального прироста дуба черешчатого по пяти лесным массивам (Правобережная, Шипова, Теллермановская дубравы, Воронежский и Хоперский заповедники) и липы мелколистной (Правобережная дубрава р. Воронеж). Суммы осадков по календарным годам взяты по метеостанциям «Воронеж», «ВГБЗ» и «Красный Кордон», сумма осадков за вегетационный период — по метеостанциям «Воронеж» и «Красный кордон». Образцы древесины взяты в дубовых древостоях разного возраста (80, 90, ПО, 115 лет), одинаковых лесорастительных условиях (тип леса - дубняк снытьевый, ТЛУ - Дг). Помещенные в «Базу данных дендрошкал ЦЧР» (Матвеев, 2004) дендрохронологические шкалы дуба черешчатого и липы мелколистной представлены в приложении 3.
Анализировались проиндексированные ряды значений радиального прироста с применением 11-летней скользящей средней для устранения высокочастотной составляющей колебаний и лучшего проявления тренда низкочастотной составляющей.
Анализ графиков прироста дуба и липы (Правобережная дубрава) на фоне чисел Вольфа (рис. 33, 34) показал наличие определенной связи прироста древостоев с солнечной активностью. У дуба в ряде случаев наблюдается максимум прироста при минимуме солнечной активности (1954, 1976, 1996 годы), или при очень низкой солнечной активности (1987), или же минимум прироста при максимуме солнечной активности (1969, 1979, 1989). Сходства в цикличности этих двух показателей не наблюдается, средние периоды циклов прироста превышают средние периоды солнечных циклов. Циклы прироста дуба по минимумам: 1943-1959-1972-1991-2003, по максимумам: 1942-1949-1961-1976-1987-2001. Средние периоды циклов 15 и 12 лет соответственно. Циклы солнечной активности по минимумам 1944-1954-1964-1976-1986-1996-2007, по максимумам 1937-1947-1957-1968-1979-1989-2000.
Дендрохронологические аспекты продуктивности дубовых древостоев
На основе методики оценки депонирования углерода в древостоях (Таранков, 2006) нами разработан алгоритм расчета динамики углерододепонирования по календарным годам и получены количественные данные по насаждениям Шиповой, Теллермановской, Правобережной дубрав, Воронежского биосферного заповедника (Таранков, 2008).
С каждого опытного объекта было отобрано по 10 кернов древесины дуба, проведена датировка и измерение ширины годичных колец, рассчитаны их средние величины. По формуле 4 получены значения ежегодного прироста по запасу.
Для пересчета биологической продуктивности на фитомассу и депонирование углерода использованы формулы 5 и 6. Известно, что фитомасса корневой системы 90-летнего дуба порослевого происхождения составляет 30 % от стволовой фитомассы, кроны - 20 %, а депонирование углерода в древесной фитомассе - 50 % (Швиденко, 2006).
В результате расчетов, мы получили объемы депонирования углерода дубовыми древостоями в одинаковых лесорастительных условиях (ТЛУ - Да) разных лесных массивов за весь период их жизни по календарным годам. Недостатком полученных данных является их несопоставимость между собой, так как в качестве исходного материала взяты действительные запасы дуба черешчатого на 1 га, без учета полнот и составов насаждений. Для обеспечения сопоставимости кривых динамики продуктивности необходим пересчет на чистый дубовый древостой (состав - 10Д) с полнотой 1,0. Количественные данные динамики депонирования углерода по календарным годам древостоями Центральной лесостепи представлены в приложении 4.
На графиках (рис. 49, 50) кривые динамики продуктивности чистых дубовых насаждений объединены попарно по признаку сходства мезоклиматических, орографических, почвенных условий лесных массивов. Первую пару (рис. 49) образуют кривые динамики продуктивности древостоев дубравы Усманского бора (Воронежский государственный биосферный заповедник) и Правобережной дубравы р. Воронеж (У О Л ВГЛТА). Обе кривые на начальном 15-20-летнем отрезке характеризуются сравнительно крутым подъемом при незначительной амплитуде колебаний. Значения продуктивности на этом этапе невелики, так как деревья только начинают свой рост. С 15-20-летнего возраста резко увеличивается амплитуда колебаний прироста, и соответственно, общей продуктивности древостоев. Несмотря на 35-летнюю разницу в возрасте, древостой двух исследуемых объектов характеризуются сходными цикличностью колебаний, минимумами и максимумами продуктивности. В целом, можно отметить, что до 1950 года наблюдается рост продуктивности обоих насаждений, после чего кривые стабилизируется.
Рис. 49. Динамика продуктивности чистых дубовых насаждений Правобережной дубравы р. Воронеж (УОЛ ВГЛТА) и дубравы ВГБЗ в пересчете на углерод (при полноте 1,0)
Возрастной тренд обозначил начало этапа старения древостоев (1990-е годы), характеризующееся снижением кривых продуктивности. Кривая динамики продуктивности древостоя ВГБЗ характеризуется меньшей амплитудой колебаний на фоне более выраженной цикличности.
Вторую пару (рис. 50) образуют насаждения Шиповой и Теллермановской дубрав. Также как у древостоев первой группы, с 15-летнего возраста наблюдается высокая амплитуда колебаний, сходство цикличности, максимумов и минимумов продуктивности. Обе кривые характеризуются прямолинейным подъемом, на который накладываются волновые колебания.
Наиболее выражен тренд кривой продуктивности Теллермановской дубравы. Максимум продуктивности насаждения Шиповой дубравы наблюдается в 1988 году, далее идет некоторый спад до 2001 года, после чего начинается новая ветвь роста. Максимум продуктивности дубового древостоя Теллермановского леса на момент исследования еще не достигнут, с начала 90-х годов до настоящего времени наблюдается ветвь роста. У кривой динамики продуктивности дубравы Теллермановского леса наблюдается очень глубокий минимум в 1990 году. Сравнение с графиками продуктивности других дубовых насаждений массива показало его нетипичность. У всех исследованных древостоев неглубокий минимум наблюдается в 1989 году, после чего начинается ветвь роста, оканчивающаяся высоким пиком 1994 года. Очевидно, причиной столь низкого прироста в 1990 году стало какое-либо локальное отрицательное воздействие (интенсивная рубка, поражение листогрызущими вредителями и т.п.), наложившеєся на депрессивный период роста древостоя.
