Помощь студентам в учебе
ДЕНДРОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПОЛЕЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС СУХОСТЕПНОЙ ПОДЗОНЫ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
|
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИКО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОСНОВАНИЕ ИЗУЧЕНИЯ ПОЛЕЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС
1.1. Полезащитные лесные полосы как природно-антропогенная система 8
1.2. Методы изучения состояния полезащитных лесополос 12
1.3. Дендрохронологический метод оценки состояния полезащитных
лесных полос 16
ГЛАВА 2. ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА И ТЕРРИТОРИИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Полезащитные лесополосы сухостепной подзоны Алтайского края:
история формирования и география 24
2.2. Физико-географическое описание территории исследования 29
2.3. Аграрная специализация районов сухостепной подзоны Алтайского
края 35
ГЛАВА 3. ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЛЕЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС СУХОСТЕПНОЙ ПОДЗОНЫ АЛТАЙСКОГО КРАЯ 39
3.1. Географическое описание модельных (дендрохронологических)
участков и породной структуры лесополос 39
3.2. Возрастная структура изученных полезащитных лесных полос и
особенности радиального роста деревьев 46
3.3. Дендроклиматический анализ полезащитных лесных полос
сухостепной подзоны Алтайского края 51
ГЛАВА 4. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ПОЛЕЗАЩИТНЫХ ПОЛОС В СУХОСТЕПНОЙ ПОДЗОНЕ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
4.1. Проблемы эксплуатации полезащитных лесных полос в юго-западной и западной частях Алтайского края. 59
4.2. Рекомендации по использованию полезащитных лесных полос в
сухостепной подзоны в условиях меняющегося климата 61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ 66
ПРИЛОЖЕНИЯ 74
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИКО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОСНОВАНИЕ ИЗУЧЕНИЯ ПОЛЕЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС
1.1. Полезащитные лесные полосы как природно-антропогенная система 8
1.2. Методы изучения состояния полезащитных лесополос 12
1.3. Дендрохронологический метод оценки состояния полезащитных
лесных полос 16
ГЛАВА 2. ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА И ТЕРРИТОРИИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Полезащитные лесополосы сухостепной подзоны Алтайского края:
история формирования и география 24
2.2. Физико-географическое описание территории исследования 29
2.3. Аграрная специализация районов сухостепной подзоны Алтайского
края 35
ГЛАВА 3. ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЛЕЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС СУХОСТЕПНОЙ ПОДЗОНЫ АЛТАЙСКОГО КРАЯ 39
3.1. Географическое описание модельных (дендрохронологических)
участков и породной структуры лесополос 39
3.2. Возрастная структура изученных полезащитных лесных полос и
особенности радиального роста деревьев 46
3.3. Дендроклиматический анализ полезащитных лесных полос
сухостепной подзоны Алтайского края 51
ГЛАВА 4. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ПОЛЕЗАЩИТНЫХ ПОЛОС В СУХОСТЕПНОЙ ПОДЗОНЕ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
4.1. Проблемы эксплуатации полезащитных лесных полос в юго-западной и западной частях Алтайского края. 59
4.2. Рекомендации по использованию полезащитных лесных полос в
сухостепной подзоны в условиях меняющегося климата 61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ 66
ПРИЛОЖЕНИЯ 74
Алтайский край входит в зону рискованного земледелия и является крупнейшим сельскохозяйственным центром в Сибири. Одним из факторов стабилизации и увеличения продуктивности сельскохозяйственных угодий в лесостепных и степных районах является полезащитное лесоразведение. Лесные полосы играют важную роль в защите посевов от воздействий сильных ветров, суховеев, засух, эрозии почвы.
Полезащитным лесоразведением на территории края начали заниматься в начале прошлого столетия, а в 90 -х гг. ХХ в. прекратились все работы. Из-за отсутствия должного ухода в настоящее время, особенно в степной зоне Алтайского края, наблюдается резкое снижение площадей полезащитных лесных полос. Часть из них уже не оказывает должного влияния на защищаемые ими поля и более того, в ближайшее время произойдет дальнейшее ухудшение их состояния и неизбежная гибель. В связи с этим возникла необходимость организации дендроэкологического мониторинга полезащитных лесных полос с целью изучения состояния деревьев в условиях меняющегося климата. Подобных дендроклиматических работ в России ранее выполнено не было, что дает выполняемому исследованию элемент новизны.
В данной работе уделено большое значение влиянию климатических факторов на прирост древесины. Древесные растения реагируют на изменение лимитирующих климатических факторов, что находит отражение в радиальном росте деревьев. В связи с этим, древесно-кольцевые хронологии могут быть использованы для реконструкции климатических условий, что особенно важно в условиях меняющегося климата.
Объектом выпускной квалификационной работы являются полезащитные лесные полосы сухостепной подзоны Алтайского края, предметом - особенности радиального роста деревьев полезащитных лесных полос.
Цель работы - оценка современного состояния полезащитных лесных полос дендрохронологическим методом, и разработка рекомендаций по использованию полезащитных лесных полос в сухостепной подзоне в условиях меняющегося климата.
Для решения поставленной цели были намечены следующие задачи:
1. Рассмотреть физико-географические особенности исследуемой территории.
2. Исследовать особенности радиального прироста деревьев разных пород полезащитных лесополос в сухостепной подзоне Алтайского края.
3. Провести дендроклиматический анализ территории исследования.
4. Разработать рекомендации по выбору пород деревьев для полезащитных лесополос в сухостепной подзоне Алтайского края.
В качестве основных материалов исследования были использованы буровые образцы деревьев разных пород, собранные в ходе экспедиционных работ летом 2019 г.
Выпускная квалификационная работа выполнена в рамках проекта, финансируемого Российским фондом фундаментальных исследований №19¬45-220011 р_а «Реакция полезащитных лесных полос сухостепной зоны Алтайского края на изменения климата» (рук. Быков Н.И.). Личный вклад автора ВКР заключается в сборе образцов в ходе полевых исследований, подготовке образцов и измерении ширины годичных колец, стандартизации, статистическом и дендроклиматическом анализе древесно-кольцевых хронологий и разработки рекомендаций. По теме ВКР опубликована одна работа (материалы конференции [10]), а также одна находится в печати [11].
Полезащитным лесоразведением на территории края начали заниматься в начале прошлого столетия, а в 90 -х гг. ХХ в. прекратились все работы. Из-за отсутствия должного ухода в настоящее время, особенно в степной зоне Алтайского края, наблюдается резкое снижение площадей полезащитных лесных полос. Часть из них уже не оказывает должного влияния на защищаемые ими поля и более того, в ближайшее время произойдет дальнейшее ухудшение их состояния и неизбежная гибель. В связи с этим возникла необходимость организации дендроэкологического мониторинга полезащитных лесных полос с целью изучения состояния деревьев в условиях меняющегося климата. Подобных дендроклиматических работ в России ранее выполнено не было, что дает выполняемому исследованию элемент новизны.
В данной работе уделено большое значение влиянию климатических факторов на прирост древесины. Древесные растения реагируют на изменение лимитирующих климатических факторов, что находит отражение в радиальном росте деревьев. В связи с этим, древесно-кольцевые хронологии могут быть использованы для реконструкции климатических условий, что особенно важно в условиях меняющегося климата.
Объектом выпускной квалификационной работы являются полезащитные лесные полосы сухостепной подзоны Алтайского края, предметом - особенности радиального роста деревьев полезащитных лесных полос.
Цель работы - оценка современного состояния полезащитных лесных полос дендрохронологическим методом, и разработка рекомендаций по использованию полезащитных лесных полос в сухостепной подзоне в условиях меняющегося климата.
Для решения поставленной цели были намечены следующие задачи:
1. Рассмотреть физико-географические особенности исследуемой территории.
2. Исследовать особенности радиального прироста деревьев разных пород полезащитных лесополос в сухостепной подзоне Алтайского края.
3. Провести дендроклиматический анализ территории исследования.
4. Разработать рекомендации по выбору пород деревьев для полезащитных лесополос в сухостепной подзоне Алтайского края.
В качестве основных материалов исследования были использованы буровые образцы деревьев разных пород, собранные в ходе экспедиционных работ летом 2019 г.
Выпускная квалификационная работа выполнена в рамках проекта, финансируемого Российским фондом фундаментальных исследований №19¬45-220011 р_а «Реакция полезащитных лесных полос сухостепной зоны Алтайского края на изменения климата» (рук. Быков Н.И.). Личный вклад автора ВКР заключается в сборе образцов в ходе полевых исследований, подготовке образцов и измерении ширины годичных колец, стандартизации, статистическом и дендроклиматическом анализе древесно-кольцевых хронологий и разработки рекомендаций. По теме ВКР опубликована одна работа (материалы конференции [10]), а также одна находится в печати [11].
Полезащитное лесоразведение играет огромную роль в развитии сельского хозяйства. Являясь незаменимым, универсальным и постоянно действующим фактором, полезащитные лесные полосы способны обеспечить повышение и постоянство урожая сельскохозяйственных культур, изменить в лучшую сторону условия климата, создать устойчивый водный режим и повысить относительную влажность воздуха в сухостепной подзоне.
Применение дендрохронологического метода при исследовании полезащитных лесных полос позволяет дать качественную оценку современного состояния этой природно-антропогенной системы, а также оценить степень влияния климатических факторов на величину прироста древесины различных пород в различных природно-климатических условиях.
Для проведения дендроэкологического мониторинга было отобрано и измерено 270 буровых образцов кернов с 9 модельных площадок, находящихся на территории сухой, засушливой и умеренно засушливой степи Алтайского края. Среди изученных лесополос наибольший возраст отмечается на модельном участке Почвенная станция (Михайловский район, порода: тополь) -71 год (на высоте 1-1,3 м). В целом средний возраст изученных лесополос колеблется от 45 до 60 лет.
Средняя ширина годичных колец варьируется от 1,2 до 3,6 мм на участках (у березы 2,1-2,6 мм, у тополя 3,3-3,6 мм, у лиственницы 1,2-2,9 мм). Максимальная ширина годичных колец зафиксирована на участках с преимущественно тополевыми насаждениями.
Все изученные индивидуальные древесно-кольцевые хронологии могут быть использованы для дендроклиматических исследований. Они демонстрируют высокий коэффициент чувствительности и ЕР8 (выраженность сигнала популяции). Наиболее сильный климатический сигнал отмечается в хронологиях березы и лиственницы. Анализ чувствительности обобщенных хронологий показал, что самые северные хронологии являются более чувствительными к климатическим изменениям.
При перемещении от умеренно-засушливой и засушливой степи к подзоне сухой степи уменьшается зависимость согласованности прироста в местообитаниях от зональной принадлежности. При нарастании экстремальных условий климата увеличивается зависимость текущего прироста от условий прошлых лет.
Корреляционный анализ показал зависимость радиального прироста деревьев лесополос как от осадков, так и температуры, хотя атмосферные осадки более значимы для радиального роста деревьев лесополос (наибольшая зависимость отмечается от осадков июня). Чувствительнее реагируют на динамику осадков хронологии тополя и березы. Отмечена зависимость прироста деревьев от динамики увлажненности территории, оцениваемой с помощью гидротермического коэффициента Селянинова Г.Т. Помимо этого, для всех древесно-кольцевых хронологий были выявлены реперные узкие годичные кольца (1999, 1997, 1991, 1988, 1974, 1965, 1957, 1955 гг.), которые формировались в засушливые годы и годы засух на территории исследования.
Наиболее острой проблемой полезащитных лесных полос исследуемой территории можно признать их критический возраст, в связи с чем необходимо уделить большое внимание процедуре восстановления лесополос. Для оптимизации эколого-защитной функции лесополос следует проводить в них агротехнические, лесоводственные и лесозащитные мероприятия. Также необходима процедура по восстановлению выпавшего древостоя и замене больных деревьев.
На основе проведенного исследования можно рекомендовать в качестве основных пород тополь и березу, которые являются стрессоустойчивыми и быстрорастущими. Также можно вводить другие породы, адаптированные к климату сухой степи.
Применение дендрохронологического метода при исследовании полезащитных лесных полос позволяет дать качественную оценку современного состояния этой природно-антропогенной системы, а также оценить степень влияния климатических факторов на величину прироста древесины различных пород в различных природно-климатических условиях.
Для проведения дендроэкологического мониторинга было отобрано и измерено 270 буровых образцов кернов с 9 модельных площадок, находящихся на территории сухой, засушливой и умеренно засушливой степи Алтайского края. Среди изученных лесополос наибольший возраст отмечается на модельном участке Почвенная станция (Михайловский район, порода: тополь) -71 год (на высоте 1-1,3 м). В целом средний возраст изученных лесополос колеблется от 45 до 60 лет.
Средняя ширина годичных колец варьируется от 1,2 до 3,6 мм на участках (у березы 2,1-2,6 мм, у тополя 3,3-3,6 мм, у лиственницы 1,2-2,9 мм). Максимальная ширина годичных колец зафиксирована на участках с преимущественно тополевыми насаждениями.
Все изученные индивидуальные древесно-кольцевые хронологии могут быть использованы для дендроклиматических исследований. Они демонстрируют высокий коэффициент чувствительности и ЕР8 (выраженность сигнала популяции). Наиболее сильный климатический сигнал отмечается в хронологиях березы и лиственницы. Анализ чувствительности обобщенных хронологий показал, что самые северные хронологии являются более чувствительными к климатическим изменениям.
При перемещении от умеренно-засушливой и засушливой степи к подзоне сухой степи уменьшается зависимость согласованности прироста в местообитаниях от зональной принадлежности. При нарастании экстремальных условий климата увеличивается зависимость текущего прироста от условий прошлых лет.
Корреляционный анализ показал зависимость радиального прироста деревьев лесополос как от осадков, так и температуры, хотя атмосферные осадки более значимы для радиального роста деревьев лесополос (наибольшая зависимость отмечается от осадков июня). Чувствительнее реагируют на динамику осадков хронологии тополя и березы. Отмечена зависимость прироста деревьев от динамики увлажненности территории, оцениваемой с помощью гидротермического коэффициента Селянинова Г.Т. Помимо этого, для всех древесно-кольцевых хронологий были выявлены реперные узкие годичные кольца (1999, 1997, 1991, 1988, 1974, 1965, 1957, 1955 гг.), которые формировались в засушливые годы и годы засух на территории исследования.
Наиболее острой проблемой полезащитных лесных полос исследуемой территории можно признать их критический возраст, в связи с чем необходимо уделить большое внимание процедуре восстановления лесополос. Для оптимизации эколого-защитной функции лесополос следует проводить в них агротехнические, лесоводственные и лесозащитные мероприятия. Также необходима процедура по восстановлению выпавшего древостоя и замене больных деревьев.
На основе проведенного исследования можно рекомендовать в качестве основных пород тополь и березу, которые являются стрессоустойчивыми и быстрорастущими. Также можно вводить другие породы, адаптированные к климату сухой степи.