Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ЭКОЛОГИИ ЛЕСОНАСАЖДЕНИЙ В АРИДНЫХ РЕГИОНАХ РОССИИ 10
1.1. Цель лесоразведения и его научное обоснование 10
1.1.1. Исторические этапы лесокультурных работ в аридных регионах 12
1.1.2. Основные научные критерии и изученность проблем за щитного лесоразведения 16
1.1.3. Пути повышения эффективности защитного лесоразведения 21
ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ ЗАСУШЛИВЫХ РЕГИОНОВ РОССИИ 29
ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 39
3.1. Объекты исследований 3 9
3.2. Методы исследований 49
ГЛАВА 4. ВОДНЫЙ РЕЖИМ ЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ СИСТЕМ 57
4.1. Особенности снегопереноса в агролесных ландшафтах 58
4.2. Особенности водного режима автоморфных типов почв 69
4.2.1. Особенности водного режима насаждений на комплексных почвах Северного Прикаспия 72
4.3. Изменение водного режима лугово-каштановых почв больших падин под воздействием лесонасаждений 77
4.3.1. Особенности десукции насаждений на падинах 78
4.3.2. Влияние насаждений на грунтовые воды 93
4.3.3. Особенности "потускулярного" снабжения грунтовых вод 104
4.3.4. Расход воды культурами дуба при вегетационных поливах 112
4.3.5. Зоогенное влияние на водный режим насаждений 118
ГЛАВА 5. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ПРИ ДОСТУПНЫХ ГРУНТОВЫХ ВОДАХ 123
5.1. Особенности роста лесных пород 128
5.1.1. Сезонное формирование листовой массы и приростов у дуба черешчатого 129
5.1.2. Влияние погодных условий на прирост дуба черешчатого по высоте 138
5.1.3. Влияние погодных условий на прирост лесных пород по толщине ствола 150
5.2. Особенности конкурентных взаимоотношений в древостоях дуба черешчатого 170
5.3. Причины гибели дуба черешчатого в многорядных культурах 183
5.4. Сукцессионные процессы в лесных культурах 196
5.5. Особенности зарастания искусственных понижений рельефа лесной растительностью 203
ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР ПРИ НЕДОСТУПНЫХ ГРУНТОВЫХ ВОДАХ 208
6.1. Фенологические особенности адаптации интродуцентов к засушливым условиям 210
6.2. Условия выживания лесных культур на мелиорированных солонцах и светло-каштановых почвах 212
6.3. Особенности функционирования лесных колков в западинах 219
6.4. Сукцессии в лесных культурах на комплексных почвах 229
6.5. Долголетие и возобновительная способность лесных пород 236
6.6. Общий анализ лесорастительных условий аридных территорий 244
ГЛАВА 7. ВОЗДЕЙСТВИЕ ЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ СИСТЕМ НА ОКРУЖАЮЩУЮ ТЕРРИТОРИЮ 247
7.1. Сопряженность элементов лесоаграрного ландшафта 247
7.2. Повышение продуктивности земель под воздействием защитных лесных систем 251
7.3. Особенности течения мелиоративного процесса на окультуренной территории 257
7.4. Водно-солевой режим почвогрунтов на обводнительно-
оросительных системах и роль лесных полос в его регулировании 262
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 273
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 277
СПИСОК ДЕРЕВЬЕВ И КУСТАРНИКОВ, УПОМЯНУТЫХ В ТЕКСТЕ 310
- Цель лесоразведения и его научное обоснование
- Особенности снегопереноса в агролесных ландшафтах
- Влияние погодных условий на прирост лесных пород по толщине ствола
Введение к работе
Актуальность темы определяется тем, что опыт защитного лесовыращивания в засушливых условиях (сухой степи и полупустыне) дает огромный материал для изучения особенностей функционирования лесных экосистем в особо жестких условиях произрастания, т.е. исследования механизмов деятельности (работы) организма и созданных насаждений в процессе развития. Именно здесь легче всего выявлять лимитирующие факторы среды и изучать механизмы приспособления деревьев и кустарников к их воздействию. Такие исследования помогают не только расширить познания в области лесной экологии, но и решать практические проблемы, например, переосмыслить в целом возможности защитного лесоразведения в хозяйственном обустройстве аридных территорий.
Отметим, что основная часть этих территорий используется под пастбищное животноводство и частично под выращивание зерновых культур. В связи с этим, создание функционально значимых (более продуктивных) защитных лесных систем (ЗЛС) вполне оправдано и перспективно. Кроме этого, лесонасаждения, помимо хозяйственной ценности, коренным образом изменяя однообразие безлесного пейзажа, выполняют социальные и рекреационные функции. Использование лесных культур для озеленения также актуально.
Площадь лесных культур из года в год увеличивается. Например, в Гослесфонде Астраханской и Волгоградской областей и Калмыкии лесных культур в 1988 г. было 124,5 тыс. га, 1993 г. - 138,3 тыс. га, 1998 г. -159,4 тыс. га (Лесной фонд России, 1999). Однако, до сих пор в производственных масштабах технологически предлагается создание недолговечных лесных культур, например, таких, в которых через 15-35 лет ре-
комендуется проведение лесовосстановительных мероприятий (Инструктивные указания..., 1983; Справочник агролесомелиоратора, 1984; Рекомендации по ведению ..., 1986). Такой подход приводит к значительной гибели насаждений из-за невозможности проведения обязательных уходов. Например, в 1998 г. из приведенных выше 159,4 тыс. га лесных культур в рубках ухода нуждались 116,4 тыс. га, в санитарных - 36,2 тыс. га. Более того, в этих же областях за 10 лет (1992-2001гг.) было создано насаждений на площади 44,3 тыс. га, однако, за этот же период их погибло на 27,1 тыс. га (Основные показатели лесохозяйственной деятельности..., 2002). Эти данные указывают на то, что необходимо переосмыслить в целом концепцию лесовыращивания в аридных регионах.
В этой связи, необходимо изучить возможность создания максимально адаптированных, долговечных защитных лесных систем в русле современной концепции неистощительного устойчивого природопользования (Моисеев, Писаренко, 1996; Павловский, Петров, 1996; Сапанов, 1998; Вомперский, 1999; Enters, Hagmann, 1996; Frank, 1996; Hanstein, 1996; Heinimann, 1996; Riley, 1995; Hemstrom, Rawlinson, 1996; Touzet, 1996). Проблема усложняется тем, что в аридных регионах искусственные лесные биогеоценозы должны заведомо дотироваться дополнительной влагой, и единственная возможность их длительного существования кроется в перехвате влаги (например, стоковой воды или снега) и, как идеальный вариант, - использование воды, исторически «теряемой» с территории (например, на подземный сток).
Основная цель работы заключалась в изучении факторов, лимитирующих рост, развитие и долговечность лесных культур на почвах с доступными и недоступными грунтовыми водами для выявления механизмов их устойчивого функционирования.
При этом было необходимо решить ряд ключевых задач:
Задачи теоретического направления: (а) изучить структурно-функциональные особенности искусственных лесных биогеоценозов для выявления механизмов их устойчивости; (б) выявить специфические особенности движения воды в процессах, которые лимитируют влаго-обеспеченность лесных насаждений: общего увлажнения, снегопереноса, поверхностного стока, инфильтрации в почвогрунт, формирования пресных линз в грунтовых водах, подземного стока.
Задачи практического направления, (а) предложить расчеты размеров и расположения локальных защитных лесомелиоративных систем на целинной территории и способ оптимизации параметров лесных культур на падинах; (б) разработать метод расчета эвапотранспирации насаждений при доступных грунтовых водах и метод определения конкурентных взаимоотношений между деревьями в насаждениях; (в) предложить концептуальную модель создания в аридных регионах с комплексным почвенным покровом социально значимых и долговечных локальных ЗЛС для возделывания сельскохозяйственных культур, улучшения пастбищ и рекреации.
Научная новизна работы определяется тем, что впервые выявлены следующие механизмы движения грунтовой воды: (а) вертикальный по-тускулярный межпластовый гидростатический водообмен, обусловливающий как вторичное десуктивное засоление пресных грунтовых вод под массивными лесными культурами, так и подземный сток инфильт-рационных вод на территории, где грунтовые воды ранее считались застойными; (б) ограниченная пропускная способность капиллярной каймы, лимитирующая скорость потребления воды лесонасаждениями из пресной линзы;
Показано функциональное различие в жизнедеятельности лесных насаждений влаги весеннего промачивания верхних горизонтов почвог-рунта, грунтовых вод и летних осадков. Выявлено сходство адаптивных
реакций лесных растений из различных экотопов сухой степи и полупустыни (в том числе, из байрачных дубрав) на воздействие лимитирующих факторов среды: малого количества осенне-зимних осадков и высоких температур воздуха за апрель-июль. Защищаемые положения.
Возможность оптимизации водного режима лесных насаждений рациональным перераспределением влаги атмосферных осадков и грунтовых вод.
Установление закономерностей функционирования и динамики искусственных лесных экосистем, определяющие их сохранность и долголетие.
Обоснование концептуальной модели создания в Северном Прикаспии социально значимых, устойчивых и долговечных локальных лесомелиоративных систем для возделывания сельскохозяйственных культур,
улучшения пастбищ и рекреации.
Личный вклад автора в предлагаемой работе заключается в постановке проблемы, разработке программы и методики исследований, критическом анализе литературного материала, подборе объектов в натуре, сборе, обработке и анализе экспериментального материала, формулировании научных положений и выводов. Соавторство всех участников работы, все случаи использования в диссертации результатов совместных исследований оговорены в соответствующих разделах диссертации.
Полнота изложения материалов в работах, опубликованных автором. По материалам диссертации опубликовано 50 работ, из них 17 - в рецензируемых журналах из перечня ВАК и две монографии, одна из них без соавторов.
Сведения и предложения об использовании полученных результатов. Материалы работы включены в "Рекомендации по защитному лесо-
разведению и лесной мелиорации в глинистой полупустыне Северного Прикаспия" М.: Госкомиздат СССР по лесному хозяйству, 1988. 68 с.
Организация исследований. Исследования проведены в Институте лесоведения РАН в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских работ 1978-2003 гг., а также при выполнении грантов Российского Фонда фундаментальных исследований (Проекты № 96-04-48436, 00-04-48637, 03-04-48076), Федеральной целевой программы «Интеграция» (Проект М0063) и Программы «Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами».
Основной материал был собран на Джаныбекском стационаре Института лесоведения РАН, который расположен в глинистой части Прикаспийской низменности междуречья Волги и Урала. Этот полупустынный регион Северного Прикаспия отличается равнинностью территории, комплексностью почвенного и растительного покрова и континенталь-ностью климата. Стационар представляет собой натурную модель лесо-аграрного комплекса, которая является крупномасштабным экспериментом по полупустынному защитному лесоразведению. Территория стационара признана уникальным рукотворным оазисом, которому Правительством Российской Федерации (Постановление № 719 от 16 июня 1997 г.) присвоен статус Памятника природы федерального значения.
Чтобы было понятно, на каком фоне проводились наши исследования, необходимо указать, что на стационаре всегда поддерживался высокий уровень научных исследований. Это стало возможным потому, что на начальных этапах создания опытных участков и постановок научных экспериментов (с 1950 г.) принимали участие выдающиеся ученые: В.Н.Сукачев, А.А.Роде, А.Ф.Большаков, С.В.Зонн. Здесь осуществлялись разнообразные непрерывные стационарные мониторинговые исследования, что, наряду с творческим подходом, комплексностью и биогеоцено-тической направленностью работ замечательных ученых:
М.М.Абрамовой, И.В.Каменецкой, С.Н.Карандиной, Г.В.Линдемана, Г.П.Максимкж, И.Н.Оловянниковой, М.Н.Польского, Н.Г.Сенкевич, Т.А.Соколовой, С.Д.Эрперт, и многих других (всего, по материалам стационара, опубликовано более 900 работ), - позволило всесторонне оценить многие аспекты взаимодействия живых организмов (в том, числе, лесных культур) со средой обитания.
Однако, до сих пор, не было сделано обобщения работ по выращиванию функционально значимых и долговечных лесных насаждений. Этому, прежде всего, препятствовало отсутствие ответов на некоторые очень важные вопросы по оптимизации агролесомелиоративных технологий при обустройстве этих территорий. Например, были слабо обоснованы как параметры создаваемого рукотворного ландшафта с применением защитных лесных систем, так и лесокультурные технологии, которые бы обеспечивали приемлемую долговечность насаждений.
Наши исследования вносят новый существенный вклад в лесную экологию, в частности, в выявление основных или наиболее значимых лимитирующих механизмов взаимодействия биогеоценотических компонентов, определяющих долговечность лесных экосистем и в развитие работ по оптимизации агролесомелиоративного обустройства территорий с комплексным почвенным покровом при рациональном природопользовании. Автор надеется, что проведенные исследования будут полезны в решении проблемы востребованности лесокультурных работ в аридных регионах России.
Автор благодарен за советы и неизменную помощь в работе Б.Д.Абатурову, Г.С.Базыкиной, А.В.Быкову, Е.Н.Иерусалимову, С.Н.Карандиной, Г.В.Линдеману, Г.П.Максимюк, И.Н.Оловянниковой, М.Г.Романовскому, Н.Г.Сенкевич, М.Л.Сиземской, А.А.Сирину, Т.А.Соколовой, А.И.Уткину и С.Д.Эрперт.
Цель лесоразведения и его научное обоснование
Основной целью лесомелиоративных работ в степных, сухостеп-ных и полупустынных регионах, исконно занятых травянистой растительностью, является повышение продуктивности сельскохозяйственных земель и создание комфортных условий жизни населения.
Накоплен огромный научный опыт выращивания лесных культур различного функционального назначения. Предложены многочисленные способы создания и повышения устойчивости лесных культур. Показаны причины гибели деревьев и кустарников, важность агротехнических и лесоводственных методов уменьшения воздействия засухи на лесные культуры (Морозов, 1902, 1949; Винокуров и др., 1959; Агролесомелиорация, 1966, 1974; Колданов, 1967; Бельгард, 1971; Никитин, 1971; Павловский, 1973, 1985, 1991, 1992; Бодров, 1974; Защитные насаждения, 1976; Мигунова, 1978; Высоцкий, 1899, 1960, 1983; Гаель, 1988; Государственные ..., 1996; Мякишев, 1996; Greaves, Marshall, 1987; Tschinkel, 1987; Shrivastava, Temari, 1988; Young, 1988; Winbreaks ..., 1991; Owino, 1996; Schutz, Guhl, 1996; Singh et all, 1998).
В настоящей работе обсуждаются проблемы экологии лесных насаждений в аридных регионах России. Термин «аридные регионы» мы используем для обозначения широко представленной на юго-востоке европейской части России области сухих степей и полупустынь, где испаряемость во все годы превышает годовое количество осадков. При этом, мы подразумеваем, что «настоящие» степи значительно отличаются от этих условий соотношением испаряемости и количества осадков. Особенно наглядно это проявляется при выращивании лесных насаждений (см. ниже).
Важную лепту в изучение особенностей функционирования лес ных культур в сухой степи и полупустыне внесли сотрудники Института лесоведения Российской академии наук (ИЛАН), работая на Уральском, Джаныбекском и Аршань-Зельменском стационарах ИЛАН. Например, на Джаныбекском стационаре был разработан и широко внедрен способ коренной мелиорации солончаковых солонцов и создана натурная мо дель лесоаграрного комплекса, включающая в себя различные виды за щитных насаждений. Основные 50-летние итоги научно исследовательских работ этих стационаров опубликованы в работах (Вомперский и др., 2000, Линдеман и др., 2000).
Значительный вклад в научное обоснование защитного лесоразведения в таких аридных регионах вносится сотрудниками, которые работают во Всесоюзном научно-исследовательском институте агролесомелиорации (ВНИАЛМИ) и на его опорных пунктах, расположенных во всех засушливых зонах России. Достаточно сказать, что именно ВНИАЛМИ курирует разработку новой концепции адаптивного лесоаграрного природопользования для таких территорий. Кроме этого, агролесомелиоративная наука поддерживается сотрудниками многих высших учебных заведений, в том числе, там, где преподается эта дисциплина (например, в Саратовском и Новочеркасском сельскохозяйственных институтах).
Концептуальные основы создания защитных лесомелиоративных насаждений в России в историческом аспекте претерпевали некоторые изменения. В связи с этим, рассмотрим эволюцию научного обоснования лесокультурных работ во времени.
Особенности снегопереноса в агролесных ландшафтах
В сухой степи и полупустыне приходной частью водного баланса территорий являются атмосферные осадки, которые расходуются на эва-потранспирацию растительных сообществ, поверхностный и грунтовый сток. Осадки холодного периода (в среднем, 100-200 мм) обеспечивают увлажнение зональных типов почв на уровне непромывного типа водного режима (влага подвешена в зоне аэрации). При этом осадки, выпадающие в виде снега, перераспределяются по территории метелями. В некоторые годы, при снеготаянии, талая вода также перераспределяется по элементам мезо- и микрорельефа (это явление отмечается и при редких сильных ливнях), заполняя локальные понижения рельефа и иногда участвуя в поверхностном стоке с территорий. На всех типах почв вся продуктивная весенняя влага, подвешенная в зоне аэрации, целиком расходуется коренными травянистыми фитоценозами в течение вегетационного сезона (Зонн, 1954, 1959; Оловянникова, 1976).
Осадки теплого периода также полностью тратятся на эвапо-странспирацию растительности на любых типах почв. Экологическая напряженность возрастает с уменьшением количества осадков и повышением испаряемости в летний период. Однако во всех случаях коренная травянистая растительность не погибает, так как приспособлена к засухе, например, отмиранием надземной части.
В таких условиях создаются ЗЛС. При этом, лесные насаждения, являющиеся основой этих систем, обладают большей эвапотранспира-цией и длительностью вегетации, чем коренные травянистые фитоцено-зы. Многочисленные литературные данные указывают на то, что в аридных регионах годовой эвапотранспирационныи расход лесных культур колеблется от нескольких сот до 1000 мм воды в зависимости от влаго-обеспеченности. Общеизвестно, что растения будут только тогда оптимизированы по влагообеспеченности, когда их истинная эвапотранспи-рация будет максимально приближена к потенциально возможной, которая в свою очередь, регулируется испаряемостью. В аридных регионах таким лесорастительным условиям максимально соответствуют гидро-морфные типы почв и орошаемые участки. Здесь и отмечается наибольший расход воды насаждениями, вполне соизмеримый с испаряемостью (Зонн, 1959; Кулик, 1960; Эрперт, 1962; Полосина, 1972; Оловянникова, 1977).
Для выявления возможностей улучшения водного режима искусственных лесных насаждений изучены наиболее важные механизмы перераспределения воды на равнинной территории с комплексным почвенным покровом.
В аридных регионах необходимо улучшение влагообеспеченности культурных растений, в том числе, лесных. При этом гарантированное дополнительное увлажнение возможно лишь посредством снегонакопления, ибо на равнинных территориях снег является главным источником, который поддается регулированию в пределах возможной оптимизации влагообеспечения культурных растений (Рекомендации..., 1988). Все другие параметры, влияющие на их влагообеспеченность, не поддаются регулированию (например, условия инсоляции, жидкие осадки и пр.).
В связи с этим, рассмотрим особенности перераспределения зимних осадков. Общим механизмам формирования снежного покрова посвящено достаточно много работ (Чирвинский, 1932; Рихтер, 1953; Мозесон и др., 1955; Свисюк, 1955; Кузьмин, 1960; Гришин, 1962; Дюнин, 1963; Макарычев, 1987; Копанев, 1971; Бялый, 1981).
Считается, что на холмистой местности с развитой эрозионной сетью с целинной территории нерационально уносится ветром 20-50% всей массы снега. Даже на равнинных территориях (Прикаспийская низменность, Ергени, сыртовая часть Заволжья), в среднем, на полях, вспаханных под зябь, выявлены потери 30-40%, а на залежах, озимых культурах и многолетних травах - до 20% воды в снеге (Свисюк, 1955).
Рациональное перераспределение этого безвозвратно теряемого снега - задача лесомелиорации.
В степной зоне, например, рекомендуются законченные "полноценные" полезащитные системы, обеспечивающие единый мелиоративный эффект на больших пространствах, когда лесными полосами перекрываются крупные сельскохозяйственные поля до десятков тысяч гектар. Функциональная значимость таких полезащитных систем определяется предотвращением ветровой эрозии почв, улучшением микроклимата, а главное - оптимизацией снегоотложения, а, именно, оставлением снежных масс in situ (Бельгард, 1971; Высоцкий, 1983; Петров, 1996).
Препятствием к применению такой технологии в аридных регионах является малое количество зимних осадков. Например, для условий Прикаспийской низменности равномерное распределение зимних осадков (163 мм) по всей площади не улучшит весеннюю влагозарядку почв. Адекватная весенняя влагозарядка (около 138 мм) присуща светло-каштановым почвам, на которых развиваются лишь ромашниково-типчаковые ассоциации (Роде, 1963).
Поэтому дополнительная снежная масса может быть накоплена лишь на отдельных участках как результат метелевого переноса снега с прилегающих целинных пространств. В этой связи примечателен опыт Джаныбекского стационара, на котором был разработан и испытан метод оазисного агролесного обустройства территории, который приводит к улучшению влагообеспеченности сельскохозяйственных и лесных культур в полезащитных системах, расположенных локально на целинной территории (Рекомендации ..., 1988).
На данном этапе научное обоснование оптимизации снегопереноса при создании ЗЛС строится на механизме неограниченного переноса снега на территории. Иными словами, подразумевается возможность сбора к определенному препятствию снега со всей открытой на десятки и сотни километров равнинной территории.
Между тем известно, что снег перевевается, и учет этого механизма перемещения снега очень важен для равнинных территорий, не осложненных густой эрозионной сетью. Дальность метелевого переноса отдельных снежных частиц в европейской части России составляет 300-2000 м. В большинстве случаев, снежинки переносятся на расстояние 300-500 м. Иными словами, в течение одной метели каждая снежинка перемещается один раз (Кузьмин, 1960; Копанев, 1971). Выпадая из ветрового потока, эти частицы выравнивают снежный покров, поэтому с возвышенных мест снег сдувается, в понижениях накапливается, сглаживая перепады микрорельефа. В условиях ровной местности уносимый ветром снег компенсируется приносимым; снег переотлагается, но средняя мощность его, вследствие замещения, мало изменяется (Дюнин, 1963; Кузьмин, 1960; Копанев, 1971). Следовательно, на больших открытых равнинных пространствах равномерное распределение снежного покрова заведомо предопределено.
Как видим, именно механизм однократного перемещения отдельных снежинок во время метели определяет: (а) исконную равномерность распределения снежного покрова на равнинной местности и (б) количество собираемого снега у препятствий.
Влияние погодных условий на прирост лесных пород по толщине ствола
Мы рассмотрели процесс сезонного формирования годичного прироста по толщине ствола (см. гл. 5.1.1), однако вопрос о значимости влияния на прирост ежегодно изменяющихся погодных условий остался открытым.
Ежегодный прирост по толщине ствола является наиболее легко «читаемым» интегрированным показателем реализуемого биологического потенциала дерева, поэтому особенности его изменения всегда интересовали исследователей. Появилось даже отдельное направление в науке - дендроклиматология, которое проводит реставрацию климата по этим приростам (Битвинскас, 1974; Комин, 1967; Молчанов, 1976; Лове-лиус, 1979; Makkonen-Spiecker, 1996).
Установлено, что прирост деревьев лесообразующего вида в толщину на севере ареала определяется температурным режимом вегетационного сезона, а на юге - количеством атмосферных осадков (Молчанов, 1970, 1976). В то же время, определение воздействия погодных условий в лесной зоне затруднительно вследствие отсутствия настоящих лимитирующих факторов для растений, которые произрастают в своих экологических нишах (Демаков, 2000).
В аридных регионах таких исследований проведено недостаточно, чтобы составить полную картину воздействия на приросты погодных условий. Тем не менее, выявлен основной фактор: сильное влияние на прирост осадков холодного периода, определяющих весеннюю влагозарядку почвы; также отмечено слабое воздействие летних осадков, выпадающих нормой менее 5 мм, которые не промачивают почвы (Каранди-на, 1966; Князева, 1970, 1975; Степанов, Маттис, 1974; Токарев, 1986).
Сравним изменчивость погодных условий года с приростом по толщине ствола у моделей дуба черешчатого в культурах на падинах всех рангов роста в загущенном древостое и средних моделей - из разных насаждений, отличающихся смешением и интенсивностью рубок ухода. Кроме того, осуществим такой сравнительный анализ с максимальными по размерам моделями многих лесных пород, выращиваемых на почвах с доступными и недоступными грунтовыми водами. Проведем также сопряженное сравнение приростов деревьев дуба в культурах и в естественных условиях произрастания (в географическом аспекте) для представления об однородности (или обособленности) изучаемых культур в Северном Прикаспии по адаптивным реакциям на воздействие погодных условий.
Последовательность анализа зависимостей радиальных приростов ствола от погодных условий года будет мало отличаться от последовательности изучения приростов в высоту ствола дерева, которая описана в предыдущем разделе.
В загущенных культурах, прежде всего, отметим сильный разброс величин прироста у моделей по годам. В то же время, даже при таком разбросе, тренд их колебаний подчинен определенной закономерности, которая заключается в синхронности их динамики в отдельные годы.
Это позволило найти средние величины AR для деревьев из разных рангов роста (Рис. 5.12). низших (3-19) рангов роста деревьев, соответственно (по: Са-панов, 2003).
Корреляционная зависимость радиального прироста (Аг) от факторов среды приведена в таблице 5.8. Как и в случае с воздействием погоды на прирост дуба по высоте, отмечается положительная зависимость его радиального прироста от сумм осадков за холодный период года и за первые месяцы вегетации. Совокупное воздействие осадков за эти месяцы достоверно значимо (Po.os)- Для деревьев высших рангов развития значима даже сумма осадков за весь гидрологический год (октябрь-сентябрь). Напомним, что эти осадки холодного периода года контролируют возможность возникновения почвенной засухи.
Выявляется отрицательная зависимость прироста от средних температур за летние месяцы. Наибольший коэффициент корреляции (достоверный при Po,oi) отмечается при совокупном воздействии среднемесячных температур за апрель-июль. Увеличение анализируемого временного ряда (количества месяцев) занижает этот коэффициент. Из этого следует, что чем выше температура воздуха в начале вегетации, тем меньше прирост (и наоборот). Напомним, что дерево растет именно в эти месяцы.
Выявлено положительное влияние на прирост относительной влажности воздуха и отрицательное - испаряемости за эти же месяцы вегетации в отдельности и за весь этот период (апрель-июль). Все эти показатели определяют степень атмосферной засухи в этот период. Механизм этого воздействия может быть связан с различными причинами: перегревом частей растений, изменением скоростей метаболизма или другими обратимыми изменениями на клеточном уровне.
Все указанные зависимости проявляются слабее у деревьев из низших рангов роста, очевидно, это связано с их меньшей реакцией на внешние возмущения из-за общей ослабленности.
Летние осадки оказывают на прирост по толщине (как и по высоте) опосредованное влияние улучшением погоды (создавая влажный фон и понижая температуру воздуха, тем самым уменьшая атмосферную засуху во время роста дерева), а не непосредственным участием в улучшении водного статуса дерева.
Тогда, при отсутствии этих осадков (таких дней большинство), температурный режим воздуха в эти летние месяцы (контролирующий относительную влажность и испаряемость) является еще одним лимитирующим прирост фактором. Именно его воздействие на радиальный прирост нельзя компенсировать вегетационными поливами.
Обнаруженные закономерности указывают на следующее обстоятельство: радиальные приросты зависят от сумм осадков за холодный период года, которые определяют весеннюю влагозарядку почвы. По-видимому, это связано не только с обеспечением водой физиологических процессов (например, транспирации и фотосинтеза), но и обеспечением дерева питательными элементами, которые необходимы для построения растительной массы. Вода необходима для перевода минеральных веществ в активное состояние, ибо растения поглощают их только в форме ионов (Лархер, 1978). Так как эти вещества сконцентрированы в почвенном слое весеннего влагонакопления, то их потребление растениями зависит от запасов влаги и скорости иссушения почвы. В сухих почвах они находятся в связанной форме и растениям недоступны.
Объединенный коэффициент увлажнения (КУ(і)), который учитывает осадки холодного периода и температурный фон первых месяцев вегетации (через испаряемость), достоверно (при Ро.оі) объясняет динамику ежегодных приростов. Более того, даже у деревьев низших рангов, у которых указанные при полном анализе зависимости прослеживаются достаточно нечетко, выявляется достоверная связь приростов с КУ(і) (при Ро,о5)- Из рисунка 5.13 видна четкая сопряженность радиальных приростов (Аг) моделей разных рангов роста между собой и КУ
