CC BY
5УДК 630.232.3:581.526.42:581.14 АвиловаШ.Б., ТулегеновА.С.
Абилова Ш.Б.
PhD
Международный университет Астана (г. Астана, Казахстан)
Тулегенов А.С.
магистрант Международный университет Астана (г. Астана, Казахстан)
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ХВОЙНЫХ ДЕРЕВЬЕВ КОКШЕТАУСКОГО ПАРКА: ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД
Аннотация: в статье рассматриваются экологическая устойчивость хвойных деревьев и методы её оценки на территории Кокшетауского государственного национального природного парка с использованием дендрохронологических подходов. Основное внимание уделено анализу климатических и антропогенных факторов, влияющих на рост хвойных деревьев, а также возможностям применения дендрохронологии для мониторинга состояния лесных экосистем. Представлены ключевые результаты исследований, включая выявление типичных паттернов устойчивости и уязвимости деревьев в условиях изменения климата. Обоснована необходимость интеграции дендрохронологических методов с другими биоиндикаторными подходами для разработки эффективных стратегий управления лесными ресурсами.
Ключевые слова: дендрохронология, экологическая устойчивость, хвойные деревья, климатические изменения, Кокшетауский национальный парк, мониторинг экосистем, антропогенное воздействие, лесное хозяйство, устойчивое развитие, адаптация к изменениям климата.
Экологическая устойчивость хвойных лесов играет ключевую роль в поддержании биоразнообразия, стабилизации климатических процессов и обеспечении жизненно важных экосистемных услуг, таких как очищение воздуха, сохранение водных ресурсов и защита почв от эрозии. Хвойные леса занимают значительную площадь на территории Кокшетауского государственного национального природного парка (КГНПП) и представляют собой не только важный природный ресурс, но и экосистему, крайне уязвимую к изменениям климата, антропогенному воздействию и заболеваниям. В условиях нарастающих климатических изменений и увеличения частоты экстремальных погодных явлений возникает необходимость оценки способности хвойных деревьев адаптироваться и сохранять стабильность своих экосистемных функций.
Настоящая работа направлена на обзор и анализ современных исследований, посвящённых экологической устойчивости хвойных деревьев. Особое внимание уделяется применению дендрохронологических методов для выявления факторов, влияющих на рост, адаптационные механизмы и долговременную стабильность хвойных пород в условиях Кокшетауского региона. Использование дендрохронологии позволяет не только реконструировать исторические изменения окружающей среды, но и прогнозировать будущие тенденции в устойчивости лесных экосистем.
Кокшетауский государственный национальный природный парк располагается в Северном Казахстане и представляет собой уникальную экосистему, характеризующуюся разнообразием ландшафтов — от сосновых боров до степных участков. Парк занимает территорию, подверженную континентальному климату с резкими перепадами температур и неравномерным распределением осадков. Хвойные леса, преимущественно состоящие из сосны обыкновенной (Pinus sylvestris), играют ключевую роль в сохранении экосистемной устойчивости региона. Однако леса сталкиваются с множеством угроз, включая вырубку, лесные пожары, воздействие вредителей и климатические изменения. Эти факторы делают необходимым комплексное
изучение динамики их роста и устойчивости, что становится возможным благодаря дендрохронологическим методам [1, с. 101].
Дендрохронология представляет собой научный метод изучения годичных колец деревьев, который используется для анализа роста деревьев и выявления воздействия внешних факторов. Годичные кольца образуются вследствие сезонного роста: их ширина изменяется в зависимости от климатических условий, доступа к воде, питательных веществ и других факторов окружающей среды. Этот метод основывается на измерении ширины годичных колец с помощью высокоточных инструментов, позволяющих фиксировать даже минимальные изменения в приросте. Особое внимание уделяется аномальным кольцам, которые могут быть узкими, отсутствующими или иначе изменёнными в результате стрессовых периодов, вызванных засухой, пожарами, загрязнением или воздействием вредителей .
Дендрохронология активно применяется для реконструкции климатических данных: годичные кольца содержат информацию о прошлом климате, включая сезонные и годовые изменения температуры и осадков. Также используется метод кросс-датировки, при котором годичные кольца разных деревьев сравниваются для создания точных временных рядов. Такой подход позволяет выявить локальные и региональные факторы, оказывающие влияние на устойчивость деревьев. Например, можно определить периоды засухи или особо благоприятные для роста годы, а также оценить влияние антропогенных факторов, таких как загрязнение воздуха, вырубки или рекреационная нагрузка.
Кроме того, использование дендрохронологических методов даёт возможность изучать восстановительные процессы деревьев, их способность адаптироваться к изменениям окружающей среды и сохранять свои функции в условиях экологического стресса. Экологическая устойчивость оценивается на основе таких критериев, как рост, адаптация к климатическим изменениям и стрессоустойчивость. Инструменты анализа включают лабораторные методы измерения, а также статистические подходы для обработки полученных данных. Совокупность дендрохронологических методов позволяет объективно оценивать
экологическое состояние хвойных лесов и выявлять ключевые угрозы их стабильности.
Дендрохронологические исследования получили широкое распространение по всему миру и доказали свою высокую эффективность в оценке устойчивости хвойных деревьев к изменениям окружающей среды. В глобальной практике дендрохронология применяется для анализа роста деревьев в различных климатических зонах, включая арктические регионы, тропические леса и умеренные широты. Например, в Северной Америке исследования показали, что изменения ширины годичных колец сосны обыкновенной и ели тесно связаны с засухами и температурными аномалиями. В Европе дендрохронология активно используется для изучения последствий загрязнения воздуха, особенно влияния кислотных дождей на устойчивость хвойных лесов. Азиатские исследования, в свою очередь, сосредоточены на влиянии муссонов и растущей засухи на динамику роста хвойных пород. Сравнительный анализ подходов демонстрирует, что в зависимости от региональных особенностей акцент делается на определённых факторах: климатических, антропогенных или биологических [2, с. 604].
В Казахстане исследования в области дендрохронологии пока ограничены, но уже имеются перспективные работы, посвящённые динамике роста хвойных пород в Кокшетауском регионе. Кокшетауский национальный парк является уникальной природной территорией, где сосредоточены сосновые леса, имеющие важное экологическое и рекреационное значение. Климатические изменения, такие как повышение среднегодовой температуры и снижение уровня осадков, оказывают значительное влияние на рост и устойчивость этих лесов. Дендрохронологические исследования помогают выявить долгосрочные тенденции в изменении лесных экосистем и адаптационные механизмы деревьев.
Рис. 1. Ель обыкновенная.
Особенности сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) и ели (Picea) как основных хвойных пород региона позволяют проанализировать их устойчивость к разным экологическим факторам. Сосна обыкновенная проявляет высокую адаптивность к засушливым условиям, однако уязвима к антропогенному воздействию и болезням. Ель более чувствительна к изменениям температуры и уровня влажности, что делает её индикатором климатических изменений. Эти особенности необходимо учитывать при оценке устойчивости хвойных лесов региона.
Климатические изменения оказывают существенное влияние на экологическую устойчивость хвойных лесов. В регионе наблюдается тренд повышения температуры, особенно в зимние месяцы, что может приводить к изменению структуры снежного покрова и уровня грунтовой влаги. Снижение количества осадков в весенний и летний периоды негативно сказывается на водоснабжении деревьев, что отражается в уменьшении ширины годичных колец. Антропогенные факторы, такие как вырубка лесов, загрязнение почвы и воздуха, а также интенсивное рекреационное использование национального парка, дополнительно усиливают экологический стресс [3].
Рис. 2. Особенности хвойных пород и их адаптация к экологическим изменениям.
Рис. 2 отражает основные аспекты экологической устойчивости хвойных пород, включая климатические изменения, антропогенные факторы и воздействие болезней и вредителей. Она организована по следующим ключевым направлениям:
Климатические изменения (фиолетовый цвет):
- Повышение температуры зимой.
- Изменение снежного покрова.
- Снижение осадков весной и летом.
Эти факторы влияют на рост и адаптационные способности хвойных деревьев.
Антропогенные факторы (розовый цвет):
- Загрязнение почвы и воздуха.
- Вырубка лесов.
- Интенсивное рекреационное использование.
Эти действия человека снижают устойчивость хвойных пород к изменениям.
Болезни и вредители (красный цвет):
- Массовые вспышки короедов.
- Распространение корневой гнили.
- Снижение адаптации лесов.
Болезни ослабляют лесные экосистемы, уменьшая их способность к восстановлению.
Данная схема подчеркивает сложные взаимосвязи между природными и антропогенными факторами, влияющими на экологическую устойчивость хвойных пород.
Болезни и вредители также играют важную роль в снижении устойчивости хвойных деревьев. Например, массовые вспышки насекомых-вредителей, таких как короеды, могут вызывать значительное ослабление и гибель деревьев, что фиксируется в дендрохронологических данных. Кроме того, распространение грибковых инфекций, таких как корневая гниль, приводит к ухудшению здоровья лесов и снижению их способности адаптироваться к изменениям внешней среды. Все эти факторы требуют системного мониторинга и оценки с использованием современных методов, таких как дендрохронология, для разработки эффективных стратегий охраны и восстановления лесов [4].
Рис. 3. Сосна обыкновенная.
Таблица 1. Дендрохронологические данные и их интерпретация
Аспекты Описание Примеры/Практическое значение
Примеры графиков и анализа изменений ширины годичных колец Графики демонстрируют связь ширины колец с климатическими изменениями. Узкие кольца соответствуют засухам, широкие -благоприятным условиям. Важны периоды восстановления после стрессов. Исследования в Казахстане показали, что аномальные кольца соответствуют засушливым годам, вызванным климатическими изменениями.
Обсуждение типичных паттернов устойчивости и уязвимости деревьев Паттерны: устойчивость в умеренном климате, уязвимость при экстремальных условиях. Аномалии указывают на заболевания, вредителей или антропогенные стрессы. Анализ данных сосен в Кокшетауском регионе выявил влияние вредителей и экстремальных температур на динамику роста.
Практическое применение Данные используются для прогнозирования состояния лесов, моделирования климатических сценариев, разработки адаптационных стратегий и управления лесными ресурсами. Прогноз уязвимости лесных массивов позволяет планировать посадки устойчивых видов и разрабатывать меры адаптации.
Риски неверной интерпретации Простая линейная интерпретация данных может приводить к упрощению причинно-следственных связей. Неучтённые антропогенные влияния также ограничивают точность выводов. Неудачная интерпретация может привести к неправильному прогнозу устойчивости лесов, снижая эффективность охранных мер.
Рекомендации по улучшению Интеграция с изотопным анализом, спутниковым мониторингом и региональными базами данных. Использование междисциплинарных подходов для повышения точности прогнозов. Разработка региональной базы данных в Казахстане и объединение результатов локальных исследований обеспечат более полную картину изменений.
Дендрохронологические исследования в Кокшетауском национальном природном парке позволяют выявить ключевые факторы, влияющие на экологическую устойчивость хвойных деревьев. Среди них наиболее значимыми являются климатические изменения, такие как повышение температуры и снижение уровня осадков, которые прямо отражаются в уменьшении ширины годичных колец [5, с. 1337]. Также значительное влияние оказывает антропогенная деятельность, включая вырубку лесов, загрязнение окружающей среды и интенсивное рекреационное использование парка. Дендрохронология доказала свою эффективность как инструмент экологического мониторинга, предоставляя точные временные данные, которые помогают отслеживать воздействие этих факторов и прогнозировать состояние лесных экосистем.
Для улучшения управления лесными ресурсами в национальном парке рекомендуется интеграция дендрохронологических данных в политику охраны природы. Это включает использование данных для определения зон с наибольшей уязвимостью, разработку мер по адаптации лесов к климатическим изменениям и выбор устойчивых видов деревьев для лесовосстановления. Важным направлением также является усиление контроля за рекреационной нагрузкой и предотвращение деградации лесных массивов. Дендрохронологические методы могут быть дополнены другими биоиндикаторными подходами, такими как анализ изотопного состава древесины и изучение биологического разнообразия, что позволит более комплексно оценивать состояние экосистем.
Перспективы дальнейших исследований включают необходимость более детального анализа влияния экстремальных климатических событий, таких как резкие засухи или температурные аномалии, на устойчивость хвойных деревьев. Также важно применять междисциплинарные подходы, объединяя дендрохронологию с методами дистанционного зондирования и данными о состоянии почв. Создание национальной базы данных годичных колец деревьев станет важным шагом для получения региональной картины изменений лесных
экосистем, что поможет принимать более точные и обоснованные решения для их охраны и восстановления.
Заключение.
Таким образом, дендрохронологические исследования в Кокшетауском национальном парке позволяют сделать важные выводы о состоянии хвойных лесов в условиях изменения климата и антропогенного воздействия. Анализ годичных колец деревьев даёт возможность не только восстановить климатические условия прошлого, но и прогнозировать будущее состояние лесных экосистем.
Основными факторами, влияющими на устойчивость хвойных деревьев, являются повышение температуры, уменьшение осадков, антропогенное давление, а также вспышки болезней и вредителей. Например, массовые вспышки короедов и распространение корневой гнили снижают адаптационный потенциал лесов. При этом сосна обыкновенная демонстрирует высокую адаптацию к засушливым условиям, но остаётся уязвимой к болезням и антропогенному воздействию. Ширина годичных колец елей, напротив, показывает их чувствительность к изменениям уровня влажности, делая их индикаторами климатических изменений.
Дендрохронология как научный метод обладает большим потенциалом для управления лесными ресурсами. Она позволяет выявить наиболее уязвимые участки лесов, разрабатывать стратегии адаптации к изменению климата и выбирать устойчивые породы для лесовосстановления. Более того, интеграция дендрохронологических данных с другими методами мониторинга, такими как изотопный анализ или спутниковое наблюдение, способна обеспечить комплексную оценку состояния экосистем.
Для сохранения экосистем Кокшетауского национального парка важно применять междисциплинарные подходы, объединяющие методы дендрохронологии, биоиндикаторные исследования и современные технологии. Это позволит не только повысить точность прогнозов, но и разработать эффективные меры по защите и восстановлению хвойных лесов, что является
важным вкладом в обеспечение экологической стабильности региона и устойчивого развития в условиях глобальных климатических вызовов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Zubairov B., Lentschke J., Schröder H. Dendrodimatology in Kazakhstan // Dendrochronologia. 2019. Vol. 58. P. 101-110. DOI: 10.1016/j.dendro.2019.125634;
2. Mapitov N.B., Belokopytova L.V., Zhirnova D.F., Abilova S.B. Factors limiting radial growth of conifers on their semiarid borders across Kazakhstan // Biology. 2023. Vol. 12. Issue 4. P. 604. DOI: 10.3390/biology12040604;
3. Zubairov B. Application of dendroclimatic methods in assessment of climate change impacts on the annual growth of Schrenk spruce in the Ile River basin, southeastern Kazakhstan // Dissertation. 2020. Humboldt University of Berlin;
4. Dukenov Z., Utebekova A., et al. Influence of climatic changes on the dendrochronological features of Tugai forests along the Syr Darya and Ili Rivers in the Territory of Kazakhstan // Semantic Scholar. 2023;
5. Zhang R., Qin L., Shang H., Yu S., Gou X. Climatic change in southern Kazakhstan since 1850 CE inferred from trrings // International Journal of Biometeorology. 2020. Vol. 64. P. 1337-1345
Abilova Sh.B., Tulegenov A.S.
Abilova Sh.B.
Astana International University (Astana, Kazakhstan)
Tulegenov A.S.
Astana International University (Astana, Kazakhstan)
ECOLOGICAL SUSTAINABILITY OF CONIFEROUS TREES OF KOKSHETAU PARK: DENDROCHRONOLOGICAL APPROACH
Abstract: article discusses the ecological sustainability of coniferous trees and methods of its assessment on the territory of the Kokshetau State National Natural Park using dendrochronological approaches. The main attention is paid to the analysis of climatic and anthropogenic factors affecting the growth of coniferous trees, as well as the possibilities of using dendrochronology to monitor the state of forest ecosystems. Key research results are presented, including the identification of typical patterns of stability and vulnerability of trees in the context of climate change. The necessity of integrating dendrochronological methods with other bioindicatory approaches for the development of effective forest management strategies is substantiated.
Keywords: dendrochronology, environmental sustainability, coniferous trees, climate change, Kokshetau National Park, ecosystem monitoring, anthropogenic impact, forestry, sustainable development, adaptation to climate change.
