CC BY
34
ДЕНДРОИНДИКАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ПОЙМЕННЫХ ЛЕСОВ РЕК
ВЕРХОВИЙ Р. КОЛЫМЫ
DENDROINDICATIVE ANALYSIS OF THE FLOOD PLAIN FORESTS OF THE UPPER REACHES OF THE KOLYMA
Ухов Н. В. (ИБПС ДВО РАН, г. Магадан, РФ) Давыдов С.О. (СВГуниверситет, г. Магадан, РФ) Ukhov N.V. (IBPN FEB RAS, Magadan, RF) Davydov S.O. (SWS University, Magadan, RF)
Известно, что в криолитозоне формирование азональных пойменных лесов напрямую зависит от эколого-геокриологических условий мест их произрастания. В связи с высокой динамичностью развития пойменных лесов отслеживание состоянии их развития наиболее эффективно дендроиндикационными методами, и прежде всего, по анализу радиальному приросту и морфологи корневой системы деревьев. Исследованиями установлены особенности формирования лесных сообществ в естественных и антропогенно измененных условиях, например, нижнем бьефе ГЭС.
Formation of azonal flood plain forests in cryolitozone directly depends on ecological geocryological conditions of their habitats. Due to high dynamics of the flood plain forests' development tracking of their developmental stages using dendroindicative methods and, first of all, the analysis of radial gain and morphology of the tree root system, is most effective. Formation peculiarities of forest communities in natural and anthropogenically changed conditions, for instance, tail-water of hydro power, have been stated.
Ключевые слова: пойменые леса, денроиндикация, годовой прирост, морфология корней, тенденции развития.
Key words: flood plain forests, dendroindication, annual gain, root morphology, tendencies of development.
Из-за ограниченности периода наблюдений состояние лесных ландшафтов можно оценить по дендроиндикационному показателю развития лесных насаждений.
В связи с суровыми условиями произрастания деревьев на территории криолитозоны Северо-Востока России, теплообеспеченность почв является лимитирующим фактором, ограничивающим продуктивность лесных ландшафтов. Наличие таликовых зон вдоль рек, где отсутствуют многолетнемерзлые грунты, является главным условием формирования азональных высокопродуктивных пойменных лесов. В связи с горным характером рек рассматриваемой территории, характерна высокая динамичность русловых процессов и, как следствие гидротермического режима аллювиальных отложений.
Исследования показали, что ухудшение-улучшение эдафической, прежде всего эколого-геокриологической обстановки в пойме р. Колымы под влиянием природных и антропогенных фактором отражается на состоянии и тенденции развития пойменных лесов,например, часто наблюдаемом смещения русла рек [1].
Гидротермические условий в почвенном слое напрямуюзависят отдинами-ки промерзания-оттаивания, а так же режимауровней воды в реке, размыва или накопление аллювиальных, особенно, пойменных, отложений.Изменение этих параметров, которые наиболее ярко могут проявится в результате смешения русла реки не могут отразится на продуктивности и морфологических особен-
ностях лесных насаждений и, особенно, их корневой системы [2]. Зарегулиро-ванность стока рек при строительстве на них ГЭС, проявляется, прежде всего, в «срезке» паводковых уровней, которые приводят к уменьшении времени и территории заливания ранее существовавших исходных пойм.
Из-за ограниченности периода наблюдений состояние лесных ландшафтов можно оценить по дендроиндикационному показателю развития деревьев. Метод основан на анализе ширины и структуры годичного прироста и других морфологических параметров развития деревьев и с условиями его образования. Изменчивость прироста при этом зависит от физиологического состояния и основных экологических факторов среды.
Дендроиндикационные и сопутствующие им исследования в пойме р. Колыма проводились нами в течение длительного времени (1991-2011г.г.). Для этого отобрано около 250 проб деревьев (керны, спилы), в поймах нижнего бьефа Колымской ГЭС (п. Дебин - п. Сеймчан) и на крупных притоках участок Малый Чубукалах (с. Оротук) и р. Таскан (с. Эльген), р. Буюнда (п.Буюнда).
Отбор образцов проводился по общепринятой методике, а их анализ по «линии оптимального прироста» [3,4]. Рассматривались древесные породы: чо-зения крупночашуйчатая, тополь душистый, лиственница Каяндера, ольховник. В связи с большой чувствительностью тополя и чозении к изменению гидротермического режима почвогрунтов основное внимание уделялось анализу материала по данным породам. Сопоставление серий по различным породам и местам их произрастания достигнуто путем нормирования ежегодных данных от средней 10-ти летней календарной нормы. Анализ проводился для двух временных интервалов различной степени зарегулированности стока реки, связанных с режимом работы Колымской ГЭС. Первый период (1980-1988г.г.) - работа ГЭС преимущественно во временном режиме эксплуатации, второй (1988 -2011г.г.) - постоянном, т. е. при максимальном и максимальном влиянии гидроэнергетического строительства на экосистемы поймы. Был проведен анализ интегрального хода изменений годового прироста различных пород деревьев и характеристик серий годовых колец на различных участках пойм. В качестве примера приведен график интегрального хода изменения годового прироста для чозении, которая тяготеет к поймам низкого и среднего уровня (см. рис.).
Анализ данных реакции чозении, взятой из разных мест средней и нижней поймы, показывает, что в нижнем бьефе Колымской ГЭС имеется 60% сходства (по знаку отклонения от нормы реакции среды). Характерно, что наибольшее число совпадений приходится на ухудшение условий произрастания. В условиях зарегулирования стока ухудшения условий произрастания наблюдается чаще.
Следует отметить, что чозениякрупнчашуйчатая наиболее чувствительна к изменению гидрологического, режиму уровней воды в реке и более нейтральна к изменению температур.
В дополнению к широко известному методу оценки состояния лесных ландшафтов по радиальному приросту (ширине годовых колец) [3,4], для условий крио-литозоны весьма информативными может стать исследование морфологии корневой системы деревьев.Известно, что для каждого вида деревьев характерен определенный тип корневой системы, отражающий не только биологические
свойства, но и экологические условия их развития [5]. Исследования лесополос юга России, для которых характерна высокая теплообеспеченность почв, показывают, что реакция корневой системы деревьев на засыпание мелкоземом нижних частей их (толщина слоя до 1,5-2,0м) для большинства деревьев проявляется в отрицательном гетеротропизме. Последнийпроявляется в росте вверх, от материнских скелетных и проводящих корней, обильных мочек. И только для пород деревьев, хорошо приживаемых черенками, например, клен полевой и ясенолистный, акация, формируются дополнительные придаточные корни толщиной 1,5-3,0 мм длиной до 40-150см [6].
Рисунок- Дендрограмма интегрального хода изменений радиального прироста чозениикрупночашуйчатой (нижний бьеф Колымской ГЭС)
Для Севера, в условиях острого дефицита тепла в почве, часть проводящих и скелетных корней, в зависимости от эколого-геокриологических условий, значительное время, начиная от первой, реже, до второй частей, вегетационного периода, находятся в мерзлой почве. В связи с чем, при существенном изменении термического режима северных почв, вследствие накопления осадков, заболачивания, уменьшения глубины сезонного протаивания, реакция корневой системы должна быть специфической и большей, чем на юге. Для проверки этой гипотезы в 2009-2010г.г. лабораторией геоботаники ИБПС ДВО РАН проведены эколого-геокриологические исследования в поймах рек Колымы и Буюнды с целью оценки особенностей строения корневой системы деревьев: лиственницы (Larixcajanderi), чозении (ChosemaarbutifoHa), тополя (Populussuaveolens) с динамикой эдафических условий. Основное внимание при этом уделялось особенностям строения корней, с учетом сукцессии пойменных биогеоценозов, которые бы однозначно отражали влияние тех или иных изменений эдафических условий в процессе развития деревьев: накоплении осадков, заболачивание и, связанное с этим, понижение температуры и уменьшение темпов и величины сезонного оттаивания почв.
Из рассматриваемых пород деревьев, лиственница является самой холодостойкой, менее требовательная к температурному режиму почв, т. е. относится к эвритермным организмам. Диапазон эдафических условий произрастания ее
очень широк, от самых теплых, пойменных почв пойменных таликов до самых холодных - болотных мерзлотных. В связи с расположением основной массы корней (опорных, проводящих, мочек) в наиболее обеспеченном теплом, приповерхностном) слое (20-40см, лиственница оказалась наиболее приспособленной к острому дефициту почвенного тепла. При таком расположении корней, в почвенных горизонтах, хотя бы в дневные часы, имеют место сравнительно высокие температуры, являющиеся биологически активными. Очевидно, чем суровее термический режим почв, тем ближе к поверхности развиваются корни, образуя поверхностно-якорный систему скелетных корней. При стабильном почвенном слое, в условиях, отсутствия накопления-размыва, в зависимости от гидротермических условий, формируется различная по размерам, как правило, до 3м от ствола, якорно-поверхностная система скелетных корней, расположенных в одной плоскости.
В условиях периодического, ритмического, накопления осадков от главного стержневого корня, ниже корневой шейки, имеют место 2 - 4 (реже 5) горизонтов боковых скелетных и проводящих корней, расположенных, как правило, в одной плоскости и с близкой «розой» направлении. Во всех случаях размеры корней, и, впервую очередь, диаметр их, увеличивается от нижнего к верхне-муярусу, по мере развития (роста) деревьев, а расстояние между ними может быть различным, но, как правило, в пределах 10-30см. В условиях систематического или мелко ритмичного накопления осадков скелетные корни распределены на главном корневом стержне сравнительно равномерно, но с различной «розой» направлений. Таким образов, при накоплении осадков и соответственно, изменении термического режима почвенных горизонтов, формируется своеобразная якорно-стержневая система скелетных и проводящих корней на глубину до 80- 90см от корневой шейки. У некоторых лиственниц скелетные корни формируют своеобразную якорно-поверхностную систему. Такие корни как бы сплющены, а в их поперечном сечении, вертикальный размер в несколько раз больше горизонтального, а иногда и диаметра ствола дерева. Такая структура корневой системымогла сформироваться в результате ухудшении эколого-геокриологических условий мест произрастания деревьев и, в первую очередь, постепенном уменьшении мощности слоя сезонного оттаивания.
Тополя в пойменных ландшафтах характеризуются, в зависимости от эко-лого-геокриологических условий, различными типами корневой системы, поверхностной и стержневой комбинированной. При отсутствии существенного осадконакопления на участках низких уровней и неглубоком залегании к поверхности грунтовых вод формируется поверхностный тип корневой системы «мочалообразной» формы. В этом случае основная масса корней располагается в 40-60-ти сантиметровом слое, а особо крупные скелетные корни, как правило, отсутствуют. На некоторых участках пойм с продолжающимся осадконакопле-нием и сравнительно глубоком залегании грунтовых вод формируется поверхностно-стерневая корневая система. Для таких деревьев продолжением ствола служит сравнительно длинный (до 2,5м) стержневой корень, а ниже корневой шейки (слой 30-35), корневой горизонт мелкоскелетных и проводящих корней На период исследований многие стержневидные корни тополей стали загнивать,
поэтому такие деревьев находится на стадии суховершинности или умирания. Неблагоприятные экологические условия произрастания тополей в нижнем бьефе Колымской ГЭС очевидно связано с понижением уровней грунтовых вод в связи с зарегулированностью стока р. Колымы.
Чезения - является пионером среди древесной растительности галечнико-вых кос и пойменных террас низких, реже, средних уровней и имеет стержневой корень. Исследования показали, что форма корней деревьев определяется механическим составом аллювиальных отложений в местах обитания. В случае произрастании в дисперсных отложениях большей мощности ствол дерева плавно переходит в, уменьшающийся по глубине, стержневой корень, длиной до 2,0-2,5м с боковыми отростками, распределенными по его длине и в разных направлениях. На пойменных террасах с близким залеганием к поверхности грубооб-ломочных отложений стержневой корень чозении имеет, как правило, меньшие размеры сильно искривлены, ступенчато изогнут и, как правило, с глубины 0,8-1,2м разветвляется.
Следовательно,исследований строения корневой системы свидетельствуют о высокой экологической пластичности лесообразующих пород Larixcajanderi, ChosemaarbutifoHa, Populussuaveolen, произрастающих в азональных, сравнительно благоприятных эдафических условиях пойм рек. Из всех пород, наиболее высокой приспособительной реакцией обладает лиственница, которая произрастает как на самых «теплых» пойменных почвах таликов, так и на самых «холодных» болотных мерзлотных, где максимальное оттаивание почв, даже в конце вегетационного периода, ограничено глубиной 40-50см.
Таким образом, для оценки состояния и тенденции развития пойменных лесов особое беспокойство вызывает возможное ухудшение в местах их произрастания эколо-геокриологических условий в нижнем бьефе Колымского гидроузла, а после ввода в эксплуатацию и Усть-Среднеканского:Сеймчано-Буюндинской впадине и ниже ее, на Сеймчанском участке Магаданского государственного заповедника.В связи с чем, предполагается в дальнейшем проводить комплексный геоботанический мониторинг лесов пойм р. Колымы, включающий эколого-геокриологические и дендроиндикационные методы исследования. Связующим звеном этих двух направлений может стать изучение корневой системы деревьев, при этом полевые исследования следует дополнить количественными определениями гидротермического режима почв в местах развития корнейс применением автоматически записывающих устройств, например, лог-геров.
Список использованных источников
1. Ухов Н.В. Эколого-геокриологический анализ формирования лесных ландшафтов в долинах рек Севера Дальнего Востока.// Актуальные проблемы лесного комплекса: Сб.научн. тр. по итогам межд. научно-техн.конф «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития». (19-21 ноября 2008, г. Брянск) - Брянск: БГИТА, 2008. -Ч. 1. - с. 194-196.
2.Ухов Н.В. Дендроиндикационные аспекты эколого-геокриологической оценки ландшафтов Северо-Востока России. // Тез.докл. Всерос. Конф.(Чтен. памяти академ. К.В. Симакова». (25-27 ноября 2009 г.Магадан). -Магадан: СВНЦДВОРАН,2009.- с.262-263.
3.Босвинкас Т.Т Дендроклиматические исследования. -М.: Гидрометеоиздат, 1972.-
174с.
4. Иванов В.П., Глазун И.Н., Нартов Д.И. и др. Использование дендрохронологического метода для роста сосны обыкновенной в условиях техногенного загрязнения // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сб.научн. тр. по итогам межд. научно-техн.конф «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития». (19-21 ноября 2008, г. Брянск) - Брянск: БГИТА, 2008.- Ч.1 - с. 194-196.
5. Москалюк Т.А. Об адаптации деревьев и кустарников на Севере Дальнего Востока // Экология.-2008. -№2. - с. 83-92.
6. Савельева Л.С. Устойчивость деревьев и кустарников в защитных лесных насаждениях. -М.: Лесная пром-сть, 1975. - 168 с.
