УДК 674.032.475.4

ЦИКЛИЧНОСТЬ РАДИАЛЬНОГО ПРИРОСТА СОСНЫ НА

ИЗБЫТОЧНО УВЛАЖНЕННЫХ ЛЕСНЫХ ЗЕМЛЯХ В РЕСПУБЛИКЕ КОМИ

THE CYCLICITY OF THE RADIAL INCREMENT OF PINE TREES ON EXCESSIVELY MOISTENED FOREST LANDS IN THE KOMI REPUBLIC

Пахучий В. В., Пахучая Л. М.

(Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М.Кирова, Сыктывкарский лесной институт, РФ)

Pakhuchij V.V., Pakhuchaya L.M.

(Saint-Petersburg state forest technical university, Syktyvkar forest institute, Russia)

В работе приведены количественные оценки цикличности радиального прироста сосны в насаждении сфагнового и травяно-сфагнового типа леса. Использован метод визуальной оценки и спектральный анализ. Установлено, что в данных типах леса наиболее представительны соответственно циклы 12 и 19 лет. Приводится обоснование причин различия длительности циклов.

The work provides quantitative estimates of the cyclicity of radial growth of pine in sphagnum and grass-sphagnum forest stands. The visual assessment method and spectral analysis were used. It has been established that in these forest types the most representative cycles are 12 and 19 years, respectively. The rationale for the reasons for the difference in cycle durations is given.

Ключевые слова: сосна, влажные типы леса, радиальный прирост, циклы

Key words: pine, humid forest types, radial increment, cycles

В дендроклиматологии одним из интересных вопросов является периодичность изменения ширины годичных колец. Важность вопроса определяется тем, что знание аналогичных закономерностей могло бы способствовать прогнозированию изменения природных условий, а, например, в лесоводстве – прогнозированию динамики прироста древостоев, разделению влияния на прирост природных факторов и хозяйственных мероприятий и др. При этом отмечается, что при изучении циклических колебаний в природе наблюдаются трудности ввиду большого числа циклов, проблематичности однозначного объяснения причинно-следственных связей между приростом и большим количеством влияющих факторов, в т. ч., связи с усиливающимся антропогенным и техногенным влиянием и проведением хозяйственных мероприятий в лесу [1].

В работе вопрос цикличности радиального прироста рассматривается применительно к сосновым насаждениям на избыточно увлажненных лесных землях, достаточно широко представленным в лесном фонде региона. Целесообразность таких исследований определяется тем, что насаждения на избыточно увлажненных лесных землях могут быть реально вовлечены в хозяйственное освоение только после проведения гидромелиоративных мероприятий, и прогнозирование прироста на объектах осушения актуально.

В связи с оценкой динамики радиального прироста сосны на объектах гидромелиорации в Республике Коми, но без акцента на оценку его цикличности, приводилось описание объектов исследования – пробных площадей 25 и 36 на гидролесомелиоративном стационаре Сыктывкарского лесного института, расположенном в Корткеросском районе республики. Опубликованы дендрошкалы для сосны на данных опытных участках [2-4]. Поэтому в данной работе ограничимся краткой обобщенной характеристикой насаждений и условий, в которых выполнялись данные исследования.

Насаждение на пробной площади 25 расположено на водоразделе р.Вычегды и р.Кия-Ю. Тип водного питания участка – атмосферный. Тип леса до осушения – сосняк багульниково-сфагновый. Древостой чистый по составу, простой по форме, Vа класса бонитета, IX класса возраста, полнота – 0,8. Изучалась цикличность прироста в период до мелиоративного освоения участка, т. е. с 1796 до 1975 г.

Насаждений на пробной площади 36 расположено на надпойменной террасе р. Вычегды. Водное питание территории смешанное - атмосферными осадками и грунтовыми водами. Тип леса – сосняк травяно-сфагновый. Насаждение смешанное с преобладанием в составе сосны, сложное по форме – двухъярусное. Первый ярус, сформированный сосной, отличается высокой полнотой – 1,0. Производительность соответствует V классу бонитета, класс возраста – VII. Изучалась цикличность прироста в период до строительства осушительной сети, т. е. с 1801 до 1968 г.

При выполнении таксационных, лесоводственных и гидролесомелиоративных исследований использовали апробированные методы [5-8]. При взятии кернов руководствовались рекомендациями Т.Т.Битвинскаса [1]. Ширину годичных колец измеряли микроскопом МБС-10 с точностью 0,01 мм. Средний многолетний радиальный прирост рассчитали методом 20-летних скользящих с шагом 5 лет и последующей интерполяцией для каждого года [1]. Годичные индексы (I, %) рассчитывали по формуле:

I = (Zср./Z ср.мног.)*100                (1)

где Zср. – действительная ширина годичного кольца, мм; Z ср.мног. – средняя многолетняя ширина годичного слоя, мм.

Анализ цикличности радиального прироста выполняли визуально на основе графиков динамики радиального прироста и годичных индексов. Для этих же целей применили спектральный анализ временных рядов, в данном случае -  радиального прироста, используя программный пакет для статистического анализа Statistica - 10 [9].

Визуальный анализ цикличности радиального прироста [2-4] показал следующее. На водораздельной территории (пробная площадь 25) продолжительность периодов между пиками (максимальными значениями) и минимальными значениями радиального прироста составляет 2 – 13 лет. На надпойменной террасе (пробная площадь 36) продолжительность периодов между пиками прироста (максимумами) составляет 2 – 11 лет, а между минимальными значениями – 2 – 16 лет. В структуре циклов наблюдается высокое участие коротких – 2 – 4-летних циклов

При визуальном анализе цикличности годичных индексов [2-4] установлено, что на водораздельной территории (пробная площадь 25) продолжительность периодов между пиками годичных индексов (их максимальными значениями) изменяется от 14 до 23 лет, а между минимумами – от 13 до 24 лет. Для надпойменной террасы (пробная площадь 36) эти оценки соответствуют 6-21 и 7-22 годам. Т.е., в связи с тем, что при расчете годичных индексов используется процедура сглаживания, наблюдается увеличение длительности циклов и исключение циклов, длительность которых составляет 2 – 4 года.

Альтернативой визуальному анализу цикличности может быть спектральный анализ. Спектральный анализ позволяет исследовать частотную составляющую временного ряда и выявлять скрытые цикличные шаблоны динамики изучаемых показателей. Для этого временной ряд разбивается на сигналы разных частот, а затем анализируется спектр этих частот. Спектральный анализ используется в различных областях исследований, в т.ч., климатологии и дендрохронологии.

В табл. 1 приведены значения наибольших пиков периодограмм и соответствующих им значений частоты и продолжительности циклов для рядов годичных индексов радиального прироста сосны в насаждениях на пробных площадях 25 и 36.

Таблица 1- Наибольшие пики периодограммы и соответствующие им значения частоты (периода, лет) на объектах исследования

№/№ п/п	Годы	Показатели	Номера пиков периодограммы
			1	2	3	4	5
ПП 25	1796 – 1975	Пики периодограммы	0,7064	0,6191	0,5901	0,4163	0,3742
		Частота (период, лет)	0,0833 (12)	0,0611 (16)	0,0444 (23)	0,0556 (18)	0,0389 (26)
ПП 36	1801 – 1968	Пики периодограммы	0,5866	0,3508	0,3094	0,2832	0,2592
		Частота (период, лет)	0,0536 (19)	0,0774 (13)	0,0833 (12)	0,0357 (28)	0,0714 (14)

Анализ данных табл. 1 свидетельствует о том, что на пробной площади 25, расположенной на водоразделе, представлены циклы 12 – 26 лет, а на пробной площади 36 на надпойменной террасе – циклы 12 – 28 лет. Эти оценки в целом согласуются с результатами приведенного выше визуального анализа динамики годичных индексов и указывают на общее сходство в структуре циклов в насаждениях на водоразделе и надпойменной террасе. В то же время данные спектрального анализа позволяют конкретизировать эти оценки. Так, согласно периодограммам на рис. 1 и 2 для водораздельной территории наиболее ярко выражен 12-летний, а на надпойменной террасе – 19 летний цикл.

Рисунок 1 – Периодограмма для ряда индексов радиального прироста на пробной площади 25

Рисунок 2 – Периодограмма для ряда индексов радиального прироста на пробной площади 36

Видимо, различие продолжительности циклов можно объяснить различием типов водного питания на рассматриваемых участках. На водоразделе водное питание осуществляется в основном атмосферными осадками, а на надпойменной террасе водное питание смешанное – атмосферными осадками и грунтовыми водами. Так как в условиях избыточного увлажнения основным фактором, определяющим динамику радиального прироста, является именно динамика водного режима почв, можно допустить, что «растянутость» циклов в насаждении на надпойменной террасе связана с дополнительным водным питанием за счет притока грунтовых вод.

12-летний цикл, видимо, может быть отнесен к известным 10-12-летним циклам, причиной которых является 11-летний цикл активности Солнца [10 и др.]. При этом на менее обводненном водораздельном участке 12-летний цикл стоит на первом месте в ряду наиболее представительных циклов, а на надпойменном более обводненном участке – на третьем. Это также вполне согласуется с приведенным выше объяснением различия выраженности циклов отличающейся длительности на водораздельном и надпойменном участках. 

Таким образом, при изучении цикличности радиального прироста на основе визуального анализа графиков, в т.ч. динамики годичных индексов, полученные оценки могут быть достаточно субъективными. Использование для этих целей спектрального анализа позволяет получить более объективные и конкретные оценки. В Республике Коми для периода – начало 18 – вторая половина 20 века – в сосняках сфагновых на водоразделе и сосняках травяно-сфагновых на надпойменной террасе наиболее выражены соответственно 12- и 19-летний циклы. Предварительно можно допустить, что различие длительности наиболее представительных циклов в насаждениях рассмотренных типов леса связано в основном с различием типов водного питания, в соответствующих этим типам леса элементах рельефа – водораздельной территории и надпойменной террасе.

Список использованных источников

1. Битвинскас Т.Т. Дендроклиматические исследования. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1974. 174 с.

2. Пахучий В.В. Дендрошкала сосняка сфагнового в средней подзоне тайги Республики Коми // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2017. №49. С.126 – 130.

3. Пахучий В.В. Дендрошкала сосняка травяно-сфагнового на надпойменной террасе р. Вычегды (Республики Коми) // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2018. №51. С.54 – 60.

4. Пахучий В.В., Пахучая Л.М., Катареу В.Г. Оценка взаимосвязи радиального прироста сосны в насаждениях сфагнового  и травяно-сфагнового типа леса в Республике Коми // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2019. № 54. С.42 – 45.

5. Моисеев В.С. Таксация леса. Л., 1970. 258 с.

6. Третьяков Н. В.,  Горский П.В., Самойлович Г.Г. Справочник таксатора. М.– Л.: Гослесбумиздат, 1952. 853 с.

7. Сабо Е.Д., Иванов Ю.Н., Шатилло Д.А. Справочник гидролесомелиоратора. М, 1981.  200 с.

8. Рубцов В.Г., Книзе А.А. Закладка и обработка пробных площадей в осушенных насаждениях. Л., 1977. 44 с.

9. Боровиков В.П. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере: для профессионалов. СПб.: Питер, 2003. 688 с.

10. Матвеев С.М. Цикличность прироста сосновых древостоев Центральной лесостепи в 11-летнем цикле солнечной активности //  ИВУЗ. Лесной журнал. 2005. № 1-2. С.15-22.