Влияние климатических условий на формирование годичных колец деревьев.

Администрация г. Улан-Удэ

Комитет по образованию

Муниципальное автономное образовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №26»

XXV Городская научно-практическая конференция школьников

«Шаг в будущее»

Направление: Экология региона

Тема: Влияние климатических условий на формирование годичных колец деревьев.

Автор: Маковеев Артем, обучающийся 7А класса

МАОУ СОШ №26

   Руководитель: Гомбоева Людмила Михайловна,

учитель биологии МАОУ СОШ №26.

г. Улан-Удэ

2018 г.

Оглавление:

Введение

1. Литературный обзор

2.   Характеристика района исследования

2.1. Физико-географическая характеристика Республики Бурятия

2.2. Характеристика климата районов исследования.

            3.    Ход исследования:  

3.1. Материал исследования

3.2. Методика исследования

4.   Результаты и анализ материалов исследования

Заключение. Вывод.

Список использованной литературы.

Введение.

         Актуальность: Деревья являются "летописцами природы" с обширной памятью. В динамике прироста древесины зафиксирована изменчивость, как влияния абиотических процессов, так и влияние биотических отношений. Прирост годичных колец зависит от  разнообразных факторов среды, и он относится к признакам, по которым можно определить солнечную активность, влажность почвы, ее плодородие, засоление, температуру, влажность воздуха и др. По толщине колец можно проследить все серьезные экологические изменения в течение жизни организма. Поэтому прирост  годичных колец - четкий индикатор состояния среды в предыдущие годы.  

        Изучение динамики прироста деревьев по площади сечения ствола в различных экотопах имеет большое значение для выявления климатических особенностей, влияния антропогенных факторов на развитие древесных насаждений, а также для разработки мероприятий по охране и рациональному использованию лесных экосистем.

Резкие изменения климатических условий на территории Бурятии делают актуальным использование методов дендрохронологии для прогнозирования примерных погодных условий по спилам сосны обыкновенной  (Pínus sylvéstris). Сосна является главным биоиндикатором окружающей среды в нашем регионе, каждое, даже не значительное изменение климатических условий или антропогенной нагрузки записываются на ее годичных кольцах.

        В связи с этим  целью   нашей работы явилось  проведение сравнительного анализа динамики радиального прироста сосны обыкновенной на территории Кабанского, Заиграевского районов и города Улан-Удэ с помощью дендрохронологического анализа спилов деревьев

На основании поставленной цели нам предстояло решить следующие задачи:

1. Изучить физико-географическую характеристику районов исследования
2. Изучить методики дендрохронологии.
3. Сравнить результаты исследований роста деревьев по их годичным кольцам в Кабанском, Заиграевском районах и в городе Улан-Удэ.

Объект исследования: спилы сосны обыкновенной (окрестности с. Шулуты, Заиграевского района, окрестности г. Улан-Удэ), керн сосны обыкновенной (село Истомино, Кабанский район,)

Предмет исследования: прирост годичных колец древесины.

Методы исследования: анализ литературных источников, подсчет годичных колец, построение графика,  анализ графика.

1. Литературный обзор

       Снаружи от древесины, образованной в первый год жизни побега, располагаются приросты этой ткани всех последующих лет. Их называют годовыми приростами, или годовыми (годичными) кольцами. Самая внутренняя часть годового прироста содержит большое число водопроводящих сосудов. А в наружной части наибольший объем механических волокон. В связи с этим в годовом приросте различают раннюю, или весеннюю, древесину и расположенную снаружи от неё позднюю, или летнюю.[1] Ширина годичных колец зависит от древесной породы, возраста дерева и лесорастительных условий (плодородие почвы, её влажность, степень освещенности). Ширина годовых колец при прочих равных условиях изменяется с возрастом дерева. В первые десятилетия жизни дерева ширина их постепенно увеличивается, а затем постепенно уменьшается. [2]  

        По числу годичных колец на распиле, сделанном на высоте шейки корня, можно определить возраст растения. Иногда возникают так называемые ложные кольца: при удвоении годичных колец в результате отмирания листвы из-за весенних заморозков или при объедании её гусеницами и последующем распускании спящих почек. [3] Наряду с удвоением колец древесины иногда происходит и их выпадение. Чаще всего это бывает у угнетенных растений в естественных насаждениях, а также при ослаблении питания растения в результате сильной обрезки или истощения почвы. У растений тропиков, где нет больших сезонных колебаний климатических условий, границы между годовыми приростами обычно не выражены. [1]

          По годичным кольцам на основании ряда закономерностей их сложения можно реконструировать климаты прошлого и прогнозировать их в будущем. Такое направление называется дендроклиматология. Предметом её изучения является взаимосвязь между колебаниями климата и приростом древесных растений, их репродуктивной способностью и состоянием. [2] По характеру отложения годичных колец можно безошибочно «прочесть» всю жизнь дерева. На срезе древесного пня видны узкие и широкие кольца. Узкие образовались в годы, когда условия для дерева были плохими (угнетение под пологом старшего поколения, засуха, болезнь, нападение насекомых и др.), а широкие кольца — в хорошие годы, когда дерево получало больше света после удаления соседних деревьев или когда выпадало достаточно осадков. [4] По годичным кольцам можно устанавливать время произрастания того или иного дерева, например археологических находок.  Такое направление называется дендрохронология. Дендроклиматология и дендрохронология являются составляющими дендроиндикации – использование древесных растений для оценки состояния и изменений окружающей среды под воздействием экологических факторов.

2. Характеристика района исследования

1. Физико-географическая характеристика Республики Бурятия

       Для территории Республики Бурятия характерен резко континентальный климат с большими годовыми и суточными колебаниями температуры воздуха и с неравномерными распределением атмосферных осадков по сезонам года.       Особенностью климата Республики Бурятии является развитие в холодный период года мощного северо-восточного отрога сибирского антициклона, который возникает в сентябре-октябре, и исчезает в апреле-мае. Поэтому зима в Забайкалье характеризуется большим количеством солнечных дней и низкими температурами воздуха. Самые низкие температуры отмечены в речных долинах и котловинах, где происходит застаивание и интенсивное промораживание воздуха. Средняя температура воздуха составляет в январе -20º-30ºС, минимум составляет от -45ºдо -55ºС. Преобладает малооблачная, маловетреная или штилевая погода с минимальным в году количеством осадков. Мощность снегового покрова невелика. Суровая безветренная зима сменяется поздней ветреной и сухой весной с ночными заморозками, так как барометрическое давление в этот период снижается, и на территорию устремляются потоки холодного воздуха из северных областей Сибири. Это способствует возврату холодов и появлению продолжительных и сильных ветров. Лето короткое, в первой половине засушливое с отдельными суховеями, получившими развитие на территории Монголии, во второй половине (июль-август) постепенно усиливается циклоническая деятельность, в результате чего с Тихого океана поступают влажные воздушные массы. Увеличивается скорость ветра и выпадает основная масса атмосферных осадков: на июль и август приходится 60-70% годовой нормы. Средняя температура июля достигает 15º-20ºС, а максимум - 30º- 38ºС выше нуля. Осень короткая и сухая, с резкими суточными колебаниями температуры и часто с ранними заморозками.

Существенной чертой климата Республики Бурятия является большая продолжительность солнечного сияния (1900-2200 часов в год), и по данному показателю Республика Бурятия не уступает южным районам Российской Федерации, а порой превосходит.

2.  Характеристика климата районов исследования.

Климат Заиграевского района, как и на большей части республики, резко-континентальный. Многочисленность солнечных дней в году приводит к тому, что зимой случаются довольно суровые морозы, а лето продолжительное и засушливое. Соответственно, в зимний период температура воздуха в степной и горной местности может опускаться до минус 47 градусов. Наиболее высокие показатели летней температуры достигают до плюс 36 градусов, а в среднем в июле термометр поднимается до отметки плюс 17-18 градусов тепла. Климат района резко континентальный, с большими амплитудными колебаниями годовой и суточной температуры, большим числом солнечных дней. Зима продолжительная, морозная, малоснежная. Климатические показатели неоднородные. Среднегодовая температура воздуха - 1,6 ºС.  Абсолютный минимум температуры - 46,8 ºС. Абсолютный максимум температуры + 36,8 ºС. Средняя температура января - (24-25) ºС. Лето короткое, средняя температура июля + (17-18) ºС. Количество осадков в год - 241 мм, в безморозный период 80-105 мм. Глубина снежного покрова 15-20 см.

Фактором, лимитирующим рост растений, является недостаток осадков. Особенно большой недостаток влаги ощущается в мае - июне, когда выпадает в среднем 40-45 мм осадков, тогда как июль-август - самые увлажненные месяцы (130-150 мм, а местами и больше). Климат Кабанского района несколько смягчается под воздействием озера Байкал. Среднегодовая температура воздуха 13,8° мороза, средняя температура января -20-27°, июля 16-18° тепла, продолжительность периода с температурой более 10° С составляет 135-150 дней. За год выпадает 300-420 мм осадков, за май-июнь - 50-115 (чаще 80-90), за июль-август 160-195 мм. На побережье оз. Байкал климат мягче и менее континентальный. Однако, если на территории района осадков выпадает значительно больше, чем в степных зонах республики, то ее температурный режим менее благоприятен, но растения хорошо растут на всей территории и дают сравнительно большой прирост.
                            3. Ход исследования:  

1.  Материал исследования

Исследования проводились в сентябре-октябре 2016 года. Материалом исследований послужили спилы сосны обыкновенной.

Сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.) крупное дерево из семейства сосновых Pinaceae. Сосна - красивое стройное дерево с ровным стволом, красновато-бурой чешуйчатой корой, мутовчато расположенными ветвями. Высота до 30 м.[4]

Сосна имеет длинную сизовато-зеленую хвою, в каждом пучке по 2 хвоинки. Хвоя жесткая, до 40-70 мм длиною. Шишки сосны овально-конические, серые, матовые, чешуи с почти ромбическим щитком, 4-6-гранные. Пыльниковые шишки серо-желтые, после опыления они отмирают.[4]

Распространение. В Бурятии сосна образует большие массивы. Сосну обыкновенную называют жемчужиной леса. В Бурятии она занимает 2 место по площади, на долю которой приходится 16% всей покрытой лесом площади. Основная часть, более 60% всех сосняков сосредоточена в бассейнах рек Уды, Курбы. Хилка. Темника и Баргузина. В хороших условиях произрастания сосна достигает 30-35 м и даже 40 м в высоту и 80-100 см в диаметре. Продолжительность жизни сосны – 500-600 лет. Сосна – дерево вечнозеленое. Цветение сосны в средних широтах знаменует начало лета. В это время в сосновом бору все заполнено золотистой пыльцой. Сосна – властелин песчаных почв, где с ней не может соперничать ни одна древесная порода. Сосновый лес как гигантский фильтр очищает атмосферу земли от пыли и различных аэрозолей.

2.   Методика исследования

Для своих исследований мы брали готовые спилы сосны обыкновенной, керн сосны был взят нами в селе Истомино во время смены в профильном лагере «Юный исследователь», в сентябре 2016 года.

      Подсчет ширины колец

Самая ответственная процедура при выполнении данного задания - подсчет ширины годичных колец. Исследование проводили с использованием методического пособия А. С. Боголюбова, Н.С. Лазарева «Изучение динамики роста деревьев по годовым кольцам».

В основе работы простейшая методика подготовки спила ствола дерева с последующим подсчетом и измерением ширины годичных колец (годовых приростов) с целью составления графика динамики роста дерева по годам и его анализа в связи с изменениями внешних факторов. Измерения проводились с помощью лупы и линейки. Вначале тонким карандашом намечают линию, по которой будут проводиться измерения. Линия должна проходить точно от центра спила до его внешнего края (по радиусу). Для измерения следует, выбрать сектор ствола с наименьшим количеством аномалий - трещин, неконцентрических уплотнений, остатков сучков, старых затекших ран и т.п. Линия подсчетов должна проходить по максимально "среднему" сектору древесины.

Для записи данных измерений заготавливают рабочую таблицу (пример):

    Число ячеек таблицы, должно примерно соответствовать возрасту дерева.

В графе "год" заранее указывают все годы, начиная с года гибели дерева - «вглубь времени», вплоть до года рождения дерева, который точно устанавливают после окончания изменений.

Такой подсчет производят последовательно от самого последнего (внешнего), до самого первого кольца (в центре спила), постепенно двигаясь от края спила к центру и записывая каждое следующее измерение в соответствующую ячейку таблицы. Прибавив к первому году (в самом центре) лет 5-10 (в зависимости от высоты произведенного спила) получают год рождения дерева.

Однако данная величина принципиального значения не имеет, она может быть и неточной, ведь отсчет лет ведется в обратном порядке от последнего кольца, год образования которого точно известен.

Анализируя полученный график, следует постараться отметить годы с минимальными и максимальными приростами, если возможно - выделить длительные периоды замедленного и ускоренного роста дерева. Следует попытаться связать эти спады и подъемы с какими-либо внешними факторами.

При анализе графика особое внимание следует уделить первым и последним годам жизни деревьев, так как при этом могут выявиться интересные подробности - в благоприятных ли условиях жило дерево первые годы и как долго болело перед гибелью (если погибло "своей смертью").

    Одно годичное кольцо, соответствует одному периоду роста (году), а общее число годичных колец дерева соответствует числу лет его жизни.

По количеству годичных колец на спиле дерева в нижней части ствола можно приблизительно судить о возрасте дерева. Точный возраст определить сложно, так как иногда образуются ложные годичные кольца, что связано с приостановлением деления клеток камбия в случае отмирания листьев в весенние заморозки либо при объедании листьев вредителями. Также по количеству годичных колец можно сделать вывод о темпах роста дерева и условиях его жизни в зависимости от того, на каком уровне спил был сделан.

4. Результаты и анализ материалов исследования

     Хвойные породы деревьев имеют 5 классов возраста, которые включают в себя 20 лет от жизни дерева. Для более точных показаний мы сделали деление класса возраста по десяти годам.

Анализ изменений размеров и структуры годичных колец у сосны обыкновенной за десятилетний период.

      На данном графике показан прирост сосны-1 из Заиграевского района за десятилетний период роста. По данным можно сказать, что наибольший прирост сосна-1 имела в период с 1952 по 1961 года и ее средний прирост составил 3,3 мм, что говорит о благоприятных условиях в данный период времени. Наименьший прирост равный 0,3 мм, сосна-1 имела в по 1921 года, что свидетельствует о неблагоприятных условиях данного периода.  Примерный возраст дерева – 135 лет.

График прироста сосны 2 из г.Улан-Удэ

Из данного графика видно, что на протяжении 1982-1991 годов сосна-2 имела наибольший прирост, который составил средний годовой прирост равный 3,4 мм. На протяжении остальных десятилетий средний годовой прирост значительно изменялся в сторону понижения.  Наименьший прирост сосна-2 имела в год смерти, который составил 0,9 мм. Примерный возраст дерева – 45 лет

     График прироста сосны 3 из Кабанского района. Сосна-3 в период с 1975 по 1984 год имела наибольший прирост, который составил 4,2 мм за десятилетие. В следующие годы наблюдается уменьшение среднего годового прироста сосны-3 до 2,4 мм. активный прирост шел в период с 1961 по 1976 од, что свидетельствует о благоприятных климатических условиях в этот период. Примерный возраст дерева – 71 год.

      На приведенном графике показан общий прирост деревьев за 10 лет. Из него видно, что все деревья в одни и те же периоды времени имели разный прирост. Так, например, в период с 1972 по 1981 года сосна-3 имела наивысший средний прирост по сравнению с другими деревьями. Также из графика видно, что сосна 3 имела самый большой прирост по сравнению с другими, что свидетельствует о благоприятных условиях ее произрастания. Самый низкий прирост имеет сосна 1 из Заиграевского района. Это зависит от климатических условий: сосна произрастает в сухом месте, и дважды подвергалась сильным пожарам (1940 и 1956 годы). В последние годы жизни все деревья снижают свой прирост.

Заключение

     Изучив физико-географическую характеристику и сделав анализ результатов роста сосны обыкновенной, на территории Заиграевского, Кабанского районов и города Улан-Удэ нами были сделаны следующие выводы.  В последние годы жизни у сосны в данных районах наблюдался различный прирост. Это прежде всего связанно с различной антропогенной нагрузкой на данною территорию, город Улан-Удэ находится в промышленной зоне, где особенно велико влияние промышленных предприятий на окружающую среду.  Большое количество предприятий ухудшает климатические условия данного района, что в полной мере отражается на приросте сосны.

На прирост сосны в Заиграевском районе влияет холодная зима и жаркое сухое лето, а также засоленные почвы.

По результатам наших исследований наибольший прирост отмечается у сосны 3 из Кабанского района. Климат в районе благоприятный, сказывается близость озера Байкал. Зимы мягкие, выпадает много осадков. Лето влажное, теплое. Колебания среднегодовых температур незначительные. А также низкая антропогенная нагрузка влияют на растительность.

Радиальный прирост сосны обыкновенной в условиях Бурятии определяется климатическими условиями (температурой воздуха и количеством осадков), типом почв.

      В ходе исследования познакомились с информацией по данной теме в литературных источниках и Интернете;

     познакомились с методикой выполнения работы «Изучение динамики роста дерева по годичным кольцам»;

     подсчитали количество и измерили ширину годичных колец (годовых приростов) образцов спилов двух деревьев и 1 керну;

    составили графики прироста деревьев по годам;

    проанализировали динамику роста деревьев с изменением внешних факторов;

    определили физические факторы среды произрастания древесных растений, которые оказывают влияние на рост и формирование годичных колец деревьев, существенно изменяя их строение. К ним относят: температурное воздействие (это могут быть низовые пожары, приводящие к локальным нагревам ствола дерева, что вызывает гибель камбиальных клеток и клеток формирующегося кольца текущего года); прямое механическое воздействие. Часто возникает в результате оползней, камнепадов. Приводит к гибели камбиальных клеток и деформации или гибели клеток формирующегося годичного кольца географическое место произрастания дерева, почвы (механическое строение и химический состав почвы определяют её влагоёмкость и, как следствие, количество доступной воды для древесных растений), температура и осадки (динамика которых во время вегетационного периода наиболее сильно влияет на формирование годичных колец).

    В ходе выполнения работы установили, что точно определить возраст дерева по годичным кольцам невозможно.

Список использованной литературы.

1. Левит А.И. Южный Урал: География, экология, природопользование/ А.И. Левит - Челябинск: Юж.-Урал. КН. Изд-во, 2005- 246 с.
2. Ловелиус Н.В. Изменчивость прироста деревьев. Дендроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий. - Л., 1979.
3. Шиятов С.Г. Дендрохронология верхней границы леса на Урале. - М., 1986; Ловелиус, Н.В. Дендроиндикация. - СПб., 2000.
4. Булыгин Н.Е., Дендрология/** Ярмишко, В. Т. - М., 2001.
5. Электронный ежемесячный журнал общественной организации Экология «мир без опасностей» Выпуск №1 январь 2001 года «Экологическая обстановка региона Урала».
6. www.academic.ru
7. www.kusanet.ru
8. www.ecosystema.ru
9. www.derev-grad.ru 
10. www.bankgorodov.ru