Библиотека ДИССЕРТАЦИЙ

Главная страница Каталог

Новые диссертации Авторефераты
Книги
Статьи
О сайте
Авторские права
О защите
Для авторов
Бюллетень ВАК
Аспирантам
Новости
Поиск
Объявления
Конференции
Полезные ссылки

Введите слово для поиска

Тимофеев Алексей Валериевич.
Динамика прироста сосны обыкновенной (PINUS SYLVESTRIS L.) под влиянием естественных и антропогенных факторов в условиях лесостепного Поволжья

Санкт-Петербургский государственный университет

Специальность 25.00.23 - физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук\

Санкт-Петербург, 2003

Содержание диссертации
Динамика прироста сосны обыкновенной (PINUS SYLVESTRIS L.) под влиянием естественных и антропогенных факторов в условиях лесостепного Поволжья

Введение

Глава 1. Дендроиндикация влияния естественных и антропогенных факторов (обзор литературы)

Глава 2. Природные условия района исследования (Жигулевский заповедник, лесопарки и пригородные леса Тольятти)
2.1. Рельеф и геологическое строение
2.2. Гидрография
2.3. Климат
2.4. Почвы
2.5. Растительность
2.6. Ландшафты

Глава 3. Ландшафтно-экологическая характеристика пробных площадей
3.1. Материал и методика дендроиндикационных исследований
3.2. Жигулевский заповедник
3.3. Лесопарки и пригородные леса Тольятти

Глава 4. Методы анализа влияния естественных факторов на прирост сосны
4.1. Кластерный анализ
4.2. Анализ цикличности, синхронности и чувствительности дендрохронологических рядов
4.3. Двухфакторный дисперсионный анализ
4.4. Корреляционный анализ
4.5. Регрессионный анализ
4.6. Анализ влияния антропогенных факторов

Выводы
Литература
Приложения

Введение

Актуальность темы. Многообразие факторов естественной и антропогенной динамики ландшафтов делает актуальным применение методов индикации, дающих интегральную оценку изменений природных условий. К числу подобных методов относится дендроиндикация. Деревья являются "летописцами природы" с обширной памятью. В динамике прироста древесины зафиксирована изменчивость, как абиотических гео- и гелиофизических процессов, так и влияние биотических отношений. Изучение динамики прироста по площади сечения ствола в различных экотопах имеет большое значение для выявления климатических трендов, влияния антропогенных факторов на развитие древесных насаждений, а так же для разработки мероприятий по охране и рациональному использованию лесных экосистем.

Цель и задачи исследования. Изучение влияния естественных и антропогенных факторов на динамику прироста сосны обыкновенной {Pinus sylvestris L.) в условиях лесостепного Поволжья методами дендроиндикации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- выбрать комплекс методов сбора и обработки данных для оценки динамики прироста;
- установить зависимость динамики прироста сосны от изменения вековых (1773-2001 гг.) природных условий лесостепного Поволжья (Жигулевский заповедник и пригородные леса Тольятти);
- установить зависимость динамики прироста сосны от экотопических условий лесостепного Поволжья;
- оценить влияние техногенной нагрузки на прирост сосны в пригородных лесах Тольятти.

Теоретической и методологической базой диссертации стали труды ведущих специалистов в области географии и биологии: Морозова Г.Ф., Шенникова А.П., Ловелиуса Н.В., Шеффе Г. и др.

Объекты и методы исследований. Основным объектом исследования естественных ПТК Среднего Поволжья являлся радиальный прирост сосны обыкновенной. В основу работы положены материалы полевых и лабораторных исследований автора, проведенных с 1992 по 2001 год на территории лесостепного Среднего Поволжья. Выбраны ПТК, находящиеся в Самарской области - в Жигулевском заповеднике и в лесопарках и пригородных лесах Тольятти.

Основные методы исследований - дендрохронологический и дендроиндика-ционный, одни из основных методов комплесного анализа лесных ПТК. С помощью этих методов можно проследить специфику динамики радиального прироста в зависимости от изменений внешних естественных и антропогенных факторов.

Научная новизна. Апробирован математический аппарат и выбран рациональный комплекс методов — кластерный, дисперсионный, регрессионный, корреляционный анализы как основа дендроиндикационного анализа для условий лесостепного Поволжья. Установлены экотопические условия в типичных местообитаниях и ассоциациях Жигулевского заповедника и пригородных лесах Тольятти, в которых циклический характер радиального прироста проявляется наиболее четко. Ретроспективный мониторинг динамики прироста сосны позволил прогнозировать тренд аномальных циклов ге-лиофизических и климатических процессов.

Практическое значение. Результаты работы могут быть использованы при прогнозировании прироста сосны обыкновенной в лесостепной зоне и для сравнительного анализа влияния экологических факторов на древесную растительность в различных природных зонах. Исследования в данном направлении являются составной частью экологического мониторинга.

Положения, выносимые на защиту.
1. Режимы основных экологических факторов - солнечной активности, температуры, увлажненности имеют циклический характер и вызывают синхронные колебания радиального прироста сосны обыкновенной.

2. Значительное уменьшение радиального прироста сосны вызывают аномально высокие температуры воздуха в вегетационный период, которые являются основным фактором возникновения засухи. В повторяемости засух и минимальных значений радиального прироста сосны наблюдаются циклы: 11-, 22-, 33-, 44-летний и др.

3. Важную роль в динамике прироста сосны играют экотопические условия. В Жигулевском заповеднике засухи чаще всего влияют на рост сосны в сосняках с приме сью лиственных пород (особенно липы) и зеленомошных сосняках на склонах северной экспозиции, чем в остепненных сосняках на вершинах и склонах гор южной экспозиции. В лесопарках и пригородных лесах Тольятти засухи оказывают большее влияние на рост сосны в разнотравных сосняках и сосняках с примесью лиственных пород, чем в сосняках с преобладанием ксерофитов в травяно-кустарничковом ярусе.

4. Влияние техногенной нагрузки на прирост сосны ярко проявляется в лесопарках и пригородных лесах Тольятти при сравнении динамики прироста до и после пуска завода (ТоАЗа).

5. Полученные данные могут быть использованы при прогнозировании общего тренда аномальных циклов гелиофизических и климатических процессов, определяющих динамику прироста сосны обыкновенной в лесостепной зоне.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Международной научной конференции "Влияние атмосферного загрязнения и других антропогенных и природных факторов на дестабилизацию состояния лесов Центральной и Восточной Европы" (Москва, 1996); на совещаниях "Леса Русской равнины" (Москва, 1993), "Биологическое разнообразие лесных экосистем" (Москва, 1995); обсуждались на 9-ой Международной Дендроэкологической полевой неделе (Вологда, 1994).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ в журналах России, из них 5 статей и 3 тезисов.

ГЛАВА 1. ДЕНДРОИНДИКАЦИЯ ВЛИЯНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ (обзор литературы)

А.П. Шенников (1964) отмечал, что из природных условий существования растительности основное экологическое значение имеют комплексы климатических факторов: тепла, света, осадков, газового состава и влажности воздуха, ветра. Их распределением на поверхности Земли объясняются главные черты различий в жизненных формах растений, слагающих растительность обширных географических областей.

Г.Ф. Морозов в работе "Учение о лесе" (1931) отмечает, что ...энергия и продолжительность роста обусловливаются, во-первых, внутренними причинами - каждому виду свойственен свой цикл развития; во-вторых, внешними причинами - почвой и климатом; в-третьих, условиями той общественной среды, в которой растения живут; на просторе деревья растут иначе, чем в сообществах; а в последних, также различно, в зависимости от густоты и состава; в-четвертых, от происхождения, т.е. от того, будет ли данный экземпляр семенного или порослевого происхождения. Сосна, как указывает Г.Ф. Морозов (1931), является быстрорастущим видом..., а также на то, что ...все данные анатомо-физиологических и морфологических особенностей этой породы неизбежно приводят к одному логически необходимому выводу, что она - порода светолюбивая.

Ксерофитная организация ее листовых органов, как-то: форма хвои, малая поверхность зеленых частей, толстая одеревеневшая эпидерма и гиподерма, погруженность устьиц и т. д., в связи с большой поверхностью корневой системы, ее глубиною и большой пластичностью, - все неизбежно приводит к выводу, что перед нами двойной ксерофит: и мало потребляющая влагу порода, и умеющая ею пользоваться в условиях физиологической сухости (Морозов, 1931).

Рассматривая влияние экологических факторов на древесные виды в целом, Г.Ф. Морозов (1931) отмечает, что ...степень теневыносливости какой-нибудь породы, будучи ее видовой особенностью, не является, однако, величиной неизменной. Давно лесоводами установлено, что потребность в свете у одной и той же породы изменяется в зависимости от возраста растения, климата и почвы. Существует положение, что с возрастом каждая порода становится светолюбивее. В таком виде это положение справедливо оспаривается Я.С. Медведевым (по Г.Ф. Морозову, 1931). Правильнее сказать, что с увеличением возраста увеличивается потребность в большом просторе. Другое положение, - что с улучшением почвенных условий увеличивается теневыносливость породы, - еще требует доказательств. Третье положение лесоводственное гласит, что тене-выносливость породы увеличивается с улучшением климатических условий.

Это старинное положение ранее было сформулировано таким образом, что каждая порода, обладая в оптимуме своего роста определенной теневыносливостью, увеличивает таковую по направлению к более теплому району своего распространения и, наоборот, становится более светолюбивой в более холодной части своего ареала... Останавливаясь на вопросах отношения древесных пород к влаге и теплу, Г.Ф. Морозов (1931) указывал, что ...древесные породы отличаются различной требовательностью к влаге... Сосну Г.Ф. Морозов (1931) относит к самому яркому ксерофиту из древесных пород: ...малая потребность в воде, малая поверхность листовых органов в связи с самой формой хвои и ее анатомическим устройством - толстая кутикула, окруженная устьицами, - все это создает благоприятные условия для испарения. С другой стороны, большая корневая поверхность, могущая, благодаря своей пластичности, хорошо приспособляться к тем или иным условиям влажности, в свою очередь, создает благоприятные условия для прихода влаги.

Таким образом, сосна является как бы двойным ксерофитом, или сухолюбом, по двум основаниям (Морозов, 1931).

Потребность в тепле у разных древесных пород различна... Для характеристики породы в отношении требовательности к теплу необходимо знать не только общую сумму тепла, но и продолжительность вегетационного периода, в течение которого реализуется это общее количество, а также отношение к крайностям температуры... Зимние морозы при внезапном своем наступлении создают трещины в коре деревьев; эти трещины обычно заплывают, но иногда наплывы вновь скрываются и опять заплывают. Значение для жизни растения такие трещины могут иметь только разве на границах распространения пород, где они, благодаря медленности заплывания, могут послужить удобным местом для поселения каких-либо паразитов. Далее Г.Ф. Морозов (1931) отмечает, что ... светолюбив породы не есть величина постоянная: в более теплом климате порода, как учит лесоводство, становится менее светолюбивой и, наоборот, в более холодном - более светолюбивой.

Есть много и других указаний относительно различного поведения пород в разных климатических условиях, например, что породы в тепловом оптимуме своем, будто бы менее разборчивы в отношении почвенных условий, произрастая же в более теплых частях своей области, требуют более влажных почв и т. п... Любая древесная порода представляет собой некоторое единство не только в морфологическом и в систематическом отношении, но и в биологическом. Та сумма свойств, которой наделена та и другая порода, не есть что-либо случайное, какая-либо смесь биологических особенностей, а координированное или согласованное взаимное сцепление отдельных биологических особенностей, вырабатывавшихся веками при определенной внешней физико-географической обстановке и при неотъемлимом участии социальных моментов, борьбы за существование и естественного отбора (Морозов, 1931).

Рассматривая лес, как явление географическое, Г.Ф. Морозов (1931) отмечает: ...лик земли в пределах пространства, которое занимают лесные массивы, обычно расчленен известным рельефом, пластикой. Это внешнее расчленение земной поверхности влечет за собой внутреннее расчленение как почвенной среды, с одной стороны, так прилегающих слоев атмосферы - с другой...

Инсоляция, излучение, воздушные течения, осадки - все нормируется и определяется характером расчленения земной поверхности. То же самое справедливо и по отношению к распределению снега, стока поверхностных вод, их запруживанию и т. п... Все вкратце укзанные внешние условия имеют биологическую ценность по двум причинам: во-первых, потому, что сами растения не отличаются одинаковой потребностью в отношении света, тепла, влаги, зольных элементов, физических свойств почвы и т. д., а во-вторых, потому, что особенности внешней среды могут в известных пределах видоизменять наследственные биологические свойства растений, отражаясь на быстроте и предельности роста, величине растения, их формах, на плодоношении, на степени теневыносливости и т. д.

В Воронежской области Г.Ф. Морозов (1931) различает следующие типы рельефа, свойственные значительной части нашей лесостепной зоны: правые высокие берега вдоль рек, покрытые моренными и лессовидными суглинками, представляют собою, обыкновенно, сильно овражистую местность; за живым урезом воды начинается область поймы из аллювиальных наносов, затем песчаная надлуговая терраса то более, то менее всхолмленная, и, наконец, опять более равнинная, так называемая переходная полоса к степи с супесчаными почвами. Этим четырем крупным подразделениям соответствуют определенные лесные сообщества. Высокие правые берега обычно покрыты дубовыми лесами, поймы - разнообразными лиственными лесами, вплоть до черноольховых трясин. Надлуговые террасы - покрыты сосновыми борами, а переходные полосы к степи - сложными на саждениями, представленными сосной в верхнем пологе, дуба с некоторыми его спутниками во втором пологе и кустарникового подлеска, преимущественно из бересклета, - в третьем пологе...

Оставляя пойму в стороне и переходя к надлуговой террасе, мы можем легко различить две категории сосновых насаждений: одни из них приурочены к более сухим местам, другие - к более влажным; первые приурочены к местам, где сильно развиты высокие дюнные всхолмления с их сухими вершинами и склонами, где влажные котловины, будучи неотъемлимой принадлежностью этого типа рельефа, занимают, однако, небольшое пространство; вторые, наоборот, к свежим и более обширным котловинам, или к таким местам, где слабо развитые холмы представляют собою лишь весьма пологие возвышения. Насаждения первой категории, - так называемые сухие боры - ниже ростом, стволы у них более сбежисты, покров лишайниковый, к которому примешана сухолюбивая травянистая растительность; это насаждения однопологовые, чистые и светлые; насаждения более влажных мест - выше ростом, отличаются примесью других пород (березы, осины, дуба), иногда имеют подлесок, иной напочвенный покров и т. д.

На высокое значение влияния этих условий на рост леса показывает то обстоятельство, что насаждения выравнивают своими пологами рельеф, иногда даже своею поверхностью как бы перегибая его в противоположную сторону. В целом, рассматривая влияние внешних факторов на лес и внутренних особенностей леса, Г.Ф. Морозов (1931) делает вывод, что ...лес есть явление географическое, разнообразные формы которого и их жизнь не могут быть поняты вне связи этих образований с внешней или географической средой. Настолько тесна и глубока эта связь, что под лесом, в сущности, мы должны разуметь не только одну совокупность древесных растений, объединенных взаимною связью, но и ту среду, ту арену, в которой разыгрываются те социальные процессы, которые мы все собираем, как в фокусе, в понятие лес (Морозов, 1931).

А.Л. Бельгард в работе "Степное лесоведение" (1971) отмечал, что ...из экологических факторов, формирующих среду, ведущее место занимают факторы климато-генного и эдафогенного порядка. Если напряженность одного из экологических факторов начнет снижаться, то это неминуемо должно повлиять на другие сопряженные факторы. Эти изменения повлекут за собой выпадение из сообщества ряда видов, вместо которых появятся новые, более приспособленные к изменившимся условиям. Чем сильнее будет падать напряженность какого-либо фактора, тем все большее количество видов будет исчезать из состава сообщества и тем все меньшее количество видов появится на смену выпавших. Резкое снижение напряженности какого-либо фактора вызывает уменьшение экологического объема местообитания, что в свою очередь обусловливает не менее резкое снижение экологической емкости. В таких условиях остаются весьма немногие специализированные виды.

При повышении напряженности какого-нибудь фактора наблюдается аналогичная закономерность: сначала мы видим расширение экологического объема, но, когда перейден определенный оптимальный предел, дальнейшее нарастание напряженности экологического фактора приводит к уменьшению экологического объема и падению видовой емкости. Видовая насыщенность главного структурного элемента лесных сообществ - древостоя также подчиняется указанным выше закономерностям. Как известно, чистые насаждения, состоящие из одной древесной породы, формируются в позициях с резко выраженными односторонними качествами. Наоборот, смешанные насаждения, слагающиеся из многих древесных пород, присущи местообитаниям с оптимальными условиями... Смешанные древостой формируются в более оптимальных лесорастительных условиях, а в более жестких -преимущественно распространены чистые или, во всяком случае, древостой из немногих видов.

Светолюбивые породы, особенно с ажурной кроной, на плодородных почвах способствуют образованию смешанных древостоев, так как ажурная крона дает возможность поселяться другим породам... И далее А.Л. Бельгард (1971) указывает: ... сезонная и в значительной мере разногодичная динамика лесных сообществ проявляется в изменениях прироста древесных пород, образующих один из главнейших структурных элементов фитоценоза - древостой.

Запрос на полный текст диссертации присылайте на адрес kulseg@mail.ru

Биология
Ветеринария
География
Искусствоведение
История
Культурология
Медицина
Педагогика
Политика
Психология
Сельхоз
Социология
Техника
Физ-мат
Филология
Философия
Химия
Экономика
Юриспруденция

Подписаться на новости библиотеки

Пишите нам
X