Разделы сайта

Выбор редакции:

В данной статье проведен детальный анализ имеющихся исследований в области изучения биологических основ изменчивости годичных колец, изложены современные представления и история вопроса. Обсуждаются перспективы совершенствования методик дендроклиматических реконструкций, методология использования дендрохронологической информации в лесной генетике и селекции. В настоящее время отсутствуют работы, анализирующие возможность адаптивной модификационной изменчивости анатомической структуры годичных колец в ответ на климатические воздействия. Также слабо исследованы многие вопросы внутрипопуляционной изменчивости видов древесных растений по признакам анатомической структуры годичных колец и временной динамики ширины годичного кольца. Исследования в данном направлении могут иметь практическую значимость с точки зрения совершенствования методик реконструкции и прогноза частоты засух, а также для совершенствования методов судебно-ботанической экспертизы с использованием дендрохронологии.

годичное кольцо

фитогормоны

дендрохронология

дендроклиматология

1. Бюсген М. Строение и жизнь наших лесных деревьев // Перевод с разрешения автора А.Битриха. Под ред. Л.И. Яшнова. – С.-Пб.: Типография С-Пб. градоначальства, 1906. – 376 с.

2. Ваганов Е.А., Терсков А.И. Анализ роста дерева по структуре годичных колец. – Новосибирск: Наука, 1977. – 94 с.

3. Вихров В.Е. Исследование строения и технических свойств древесины в связи с типами леса // Вопросы лесоведения и лесоводства. – М.: АН СССР, 1954. – С. 317−325.

4. Гопиус Ю.А., Казанцева Е.В., Коровин В.В., Корчагов С.А., Лаур Н.В., Мелехов В.И., Николаева Н.В., Погиба С.П., Робакидзе Е.А., Романовский М.Г., Румянцев Д.Е., Тарханов С.Н., Торлопова Н.В., Царев А.П., Щекалев Р.В Продукционный процесс и структура деревьев, древесин и древостоев. Депонированная рукопись № 792 – В2006, ВИНИТИ, 2006. – 106 с.

5. Лир Х., Польстер Г., Фидлер Г.-И. Физиология древесных растений. – М.: Лесная промышленность, 1974. – 421 с.

6. Коровин В.В., Новицкая Л.Л., Курносов Г.А. Структурные аномалии стебля древесных растений. Издание второе, исправленное и дополненное. – М.: МГУЛ, 2003. – 280 с.

7. Коровин В.В., Румянцев Д.Е. Естественный отбор и перспективы искусственного отбора на скорость роста в популяциях хвойных пород // Вестник Московского государственного университета леса. Лесной вестник. – 2007. – № 5 (54). – С. 50–54.

8. Косиченко Н.Е. Влияние генотипа – среды на формирование микроструктуры стебля и диагностика технических свойств, роста и устойчивости древесных растений. Автореф. дис. док. биол. наук. – Воронеж, 1999. – 40 с.

9. Лобжанидзе Э.Д. Камбий и формирование годичных колец древесины. – Тбилиси: АН ГССР, 1961. – 159 с.

10. Меняйло Л.Н. Гормональная регуляция ксилогенеза хвойных. – Новосибирск: Наука, 1987. – 184 с.

11. Москалева В.Е. Строение древесины и его изменение при физических и механических воздействиях. – М.: АН СССР, 1957. – 166 с.

12. Перелыгин А.М. Древесиноведение // Издание второе, переработанное и дополненное доц. Б.Н. Уголевым. – М.: Лесная промышленность, 1969. – 318 с.

13. Раздорский В.Ф. Архитектоника растений. – М.: Советская наука, 1955. – 431 с.

14. Румянцев Д.Е. Диагностика особенностей роста сосны и ели в южной Карелии с использованием методов дендрохронологии: дис… канд. биол. наук. – М., 2004. – 115 с.

15. Румянцев Д.Е. Потенциал использования дендрохронологической информации в лесной науке и практике: дис… докт. биол. наук. – М. 2011. – 354 с.

16. Румянцев Д.Е., Мельник П.Г., Александрова М.С. Генотипические компоненты изменчивости величины радиального прироста // Вестник Московского государственного университета леса. Лесной вестник. – 2006. – № 5 (47). – С. 124–128.

17. Румянцев Д.Е., Мельник П.Г., Степанова О.В. Дендрохронологически реконструированная динамика рангов по продуктивности и качеству древесины у разных провиниенций ели в географических культурах // Вестник Московского государственного университета леса – Лесной вестник. – 2007. – № 5 (54). – С. 109–113.

18. Румянцев Д.Е., Александрова М.С., Николаев Д.К. Сопряженность в кратковременной изменчивости ширины ранней и поздней древесины в годичных кольцах лиственниц в условиях Подмосковья // Вестник Московского государственного университета леса – Лесной вестник. – 2009. – № 1. – С. 56–60.

19. Румянцев Д.Е., Епишков А.А., Черакшев А.В. Частота встречаемости коэффициента синхронности в ценопопуляциях сосны обыкновенной из Вологодской, Владимирской и Нижегородской областей // Биологические аспекты распространения, адаптации и устойчивости растений: материалы Всерос. (с международным участием) научной конф. (Саранск, 20–22 нояб. 2014 г.). – Саранск, 2014. – С. 175–177.

20. Санаев В.Г. Анизотропия физико-механических свойств поверхности древесины // Труды II Международного симпозиума «Строение, свойства и качество древесины – 96», – М.: МГУЛ, 1996. – С. 219–223.

21. Серебряков В.К. Очерки истории ботаники. Часть первая. – М.: Государственное учебно-педагогическое издательство Наркомпроса РСФСР, 1941. – 247 с.

22. Cудачкова Н.Е. Камбиальная активность хвойных и ее регуляция // Научные исследования для лесов будущего. – М.: Наука, 1981. – С. 165–167

23. Тимирязев К.А. Жизнь растения: Десять общедоступных лекций // Акад. наук СССР. – М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1962. – 290 с.

24. Чавчавадзе Е.С. Древесина хвойных. – Л.: Наука, 1979. – 192 с.

25. Zimmermann M.H., Brown C.L. Trees: structure and function. Berlin-Heidelberg-New-York: Springer-Verlag, 1989. – 336 p.

Первым исследователем, всерьез заинтересовавшимся процессами дифференциации клеток годичного кольца на раннюю и позднюю древесину, был Юлиус Сакс . В 1868 году им было высказано предположение, что образование осенней древесины с ее толстыми оболочками и узкими полостями клеток является следствием нарастающего к осени механического давления коры на камбий и новообразующиеся из него молодые клетки древесины. Усиление давления коры казалось Саксу естественным следствием постоянного увеличения в течение лета диаметра древесинного цилиндра. К.А. Тимирязеву эта гипотеза казалась вполне обоснованной и ее краткий пересказ изложен им в вышедшей в 1878 г. книге «Жизнь растения. Десять общедоступных лекций» .

Дискуссия, разразившаяся в научном сообществе, в итоге которой гипотеза Сакса была отвергнута, подробно изложена в труде М. Бюсгена . Желая подтвердить гипотезу Сакса Гуго де Фриз провел серию экспериментов. Осенью он производил на коре дерева надрезы для уменьшения ее давления. Несмотря на позднее время года, в отлагаемой древесине возникали волокна уже менее уплотненные, снабженные более крупными сосудами. Обратно, при наложении стягивающих или давящих повязок на древесные сучья весною Фризу удалось искусственным путем вызвать образование осенней древесины с более сплюснутыми волокнами и с меньшим числом узких сосудов.

Следующим этапом проверки гипотезы Сакса стали опыты Краббе, который в 1882 показал, что предполагаемое при опытах Сакса и де Фриза усиленное давление коры летом на древесину вообще не существует. Краббе показал, что кольцо коры, снятое с ветви или ствола, само собой настолько стягивается, что при новом наложении на старое место его концы уже не сходятся. Для надлежащей подгонки кольцо приходится вытягивать. Сила, необходимая для растяжения, служит мерилом стягивания коры, иными словами, она выражает собой величину производимого ею давления в неповрежденном состоянии. Степень стягивания, или величина тангентального натяжения, разделенная на радиус дерева, дает величину давления коры на древесину в радиальном направлении. Иначе говоря: радиальное давление при этом равно тангентальному натяжению, отнесенному к величине радиуса.

Тангентальное натяжение коры Краббе определял посредством гирек, растягивавших полоски коры до первоначальных размеров. Растягивание производилось на деревянных обрубках, поперечное сечение которых равнялось сечению того ствола или ветки, которые окольцовывались. Опыты Краббе показали, что тангентальное натяжение коры действительно возрастает с увеличением диаметра исследуемого отрубка, при условии чистоты коры и отсутствии корки. Тем не менее, дальнейшими опытами было установлено, что сокращение коры хотя и увеличивается вместе с диаметром ствола, но далеко не пропорционально, т.е. натяжение коры еще не вызывает увеличения давления на древесину в радиальном направлении.

Измерения, систематически выполнявшиеся Краббе весной и осенью на одних и тех же деревьях, также показали, что величина колебаний давления коры в ту или другую сторону за вегетационный период столь не значительна, что не может оказывать существенного влияния на деятельность камбия. Разница в давлениях коры, учитываемых одновременно на разных высотах ствола или ветви, оказалась в этих опытах значительнее, чем ничтожные колебания давлений коры для одного только поперечного сечения за целый вегетационный сезон. Кроме того, как отмечает Краббе, бывают примеры столь резкого перехода от ранней дрвесины к поздней, что совершенно непонятно, откуда могло возникнуть то внезапное давление, обусловившее такое резкое моментальное уплотнение клеток.

В более позднем, вышедшем в 1884 труде Краббе излагает результаты опытов, в которых ему удалось добиться уменьшения радиального размера элементов ксилемы при давлении, не меньшем трех или пяти атмосфер. Однако в естественных условиях величины давления коры, измеренные Краббе, колебались у разных видов и в течние вегетационного сезона лишь в пределах 0,227−1,7 атмосфер.

После выхода в свет работ Краббе опыты де Фриза утратили для научного сообщества свою доказательную силу. В противовес теории Сакса в конце XIX века было создано несколько теорий образования годичных слоев (теории Р. Гатрига, Вилера, Лутца, Стасрбургера, Иоста, де Мэра, Габерланда). Такие ученые, как Р. Гартиг, Вилер, Лутц, Страсбургер, Габерланд, опирались на представления о том, что причиной образования годичных колец явлется изменение условий питания камбия и содеражания в нем воды, но отличались в деталях истолкования этих процессов. Лишь в свете учения о растительных гормонах процесс регуляции деятельности камбия получил непротиворечивое объяснение.

Предтечей гормональной теории активности камбия следовало бы считать немецкого лесовода Теодора Гартига, который в 1853 г. отмечал, что радиальный прирост обычно начинает формироваться у основания тронувшейся в рост почки и распространяется по нисходящей в ветви и ствол . В 30 гг. XX века на основании обобщения ряда экспериментальных наблюдений Циммерманном была сформулирована теория, согласно которой индолил-уксусная кислота (ауксин), продуцируемая тронувшимися в рост почками и удлиняющимися побегами базипетально распространяется и стимулирует активацию камбия весной . В настоящее время считается, что помимо ауксина в данный процесс вовлечены и другие вещества, например цитокинины и гиббереллины, раффиноза и галактоза .

В монографии Л.Н. Меняйло приводятся подробные данные о гормональном метаболизме хвойных в связи с формированием ими древесины. Ее выводы основаны как на обобщении широкого круга доступных автору литературных источников, так и на результатах собственных экспериментов с сеянцами сосны обыкновенной. Подводя итог своим исследованиям, Меняйло отмечает, что сроки и интенсивность камбиальной деятельности и цитодифференцировки трахеид определяются специфичностью сезонных поступлений и динамики фитогормонов в прикамбиальной зоне ствола хвойных. На этот процесс влияет разновременность функционирования апикальных меристем побега и корней, рост молодой хвои и присутствие хвои старой. По высоте дерева наблюдается градиент фитогормонов, что обуславливает различия в сроках и интенсивности камбиальной деятельности и онтогенеза трахеид и определяет специфику строения годичных колец в разных частях ствола.

Исследования показывают, что этот процесс определяется изменением концентрации ауксина. Подробный обзор работ по этой теме приведен в монографии Х. Лира, Г. Польстера, Г.-И. Фидлера . Особенно важно упомянуть результаты работ, показавших фотопериодический контроль перехода камбия к образованию поздней древесины. Ссылаясь на данные Целавского (Zelawski, 1958), Ларсона (Larson, 1960), Целавского и Водицкого (Zelawski, Wodiziki, 1960) отмечается (Лир и др., 1974), что лиственница европейская, сосна смолистая и ель обыкновенная при длинном дне образуют раннюю, а при коротком дне позднюю древесину. Авторы отмечают, что фотопериод действует в данном случае, вероятно, лишь косвенно, путем управления образованием в листьях ауксинов и ингибиторов роста.

Исследованиями Е.А. Ваганова и И.А. Терскова было установлено, что у ели продолжительность образования ранних трахеид в годичных кольцах совпадает с периодом прироста свежей массы хвои, формирование переходных трахеид по времени совпадает с падением прироста главного побега и окончанием его роста. У сосны ранние трахеиды формируются в то время, пока растет главный побег и пока прирост свежей массы хвои, выраженный в процентах к конечной величине, превышает прирост сухой массы.

Следует добавить что в опытах В.П. Мальчевского [по 13] у сосенок культивировавшихся при постоянных условиях температуры, освещения и влажности почвы все же образовывались слои прироста с зонами древесины раннего и позднего типа. Это рассматривалось В.Ф. Раздорским как несомненное свидетельство того, что гистологическая дифференцировка по зонам одного слоя прироста является отчасти результатом периодических перемен в воздействии среды на данное дерево, отчасти наследственным свойством, осуществлявшимся до некоторой степени независимо от периодических изменений в условиях среды.

Годичная слоистость, по данным Джеффри, отсутствует в древесине палеозойских и триасовых хвойных, появляется она в юре. Дифференциация годичных слоев на раннюю и позднюю древесину у хвойных отчетливо отмечается с мезозоя. Появление годичной слоистости связывают с возникновением теплого и холодного периодов в течение года и, следовательно, с необходимостью в сезонной периодичности деятельность меристемы растет .

В диссертации Н.Е. Косиченко значительное внимание уделено анализу того факта, что у хвойных ширина слоя поздней древесины в годичном кольце в онтогенезе остается практически постоянной, тогда как у лиственных кольцесосудистых пород постоянна напротив ширина ранней части. Данные отличия, с точки зрения автора, имеют глубокий биологический и эволюционный смысл. Ширина поздней древесины у хвойных и ширина слоя ранней древесины у кольцесосудистых − это жестко генотипически детерминированные признаки, слабо зависящие от условий внешней среды. Особенно важным в выводах Косиченко кажется тот факт, что поздняя древесина хвойных и поздняя древесина кольцесососудистых - это признаки с разной генетикой проявления. Это является серьёзным доводом в пользу гипотезы независимого возникновения пиноксильности у двудольных.

В монографии Чавчавадзе вопросы эволюции пиноксильности рассмотрены более подробно, мы позволим себе только краткий пересказ изложенных там фактов и воззрений.

Прежде всего, большинство ископаемых растений, такие как лепидодендроны, семенные папоротники, беннеттитовые, так же и сохранившиеся до наших дней древовидные папоротники и саговниковые относятся к маноксильным растениям, т.е. к тем, у кого основная масса ствола занята паренхимными тканями. К пиноксильным растениям относят кордаитовые и хвойные, у них основная масса ствола занята ксилемой, выполняющей поимо водопроводящей также механическую функцию поддержки кроны. Считается, что у двудольных пиноксильный тип организации появился независимо от хвойных. Камбий у маноскильных растений активен непродолжительное время, со временем его элементы полностью дифференцируются. У пиноксильных напротив, камбий активен в течение всей жизни дерева, что, безусловно, открывает более широкие возможности для адаптивных реакций в ходе онтогенеза.

Не вдаваясь в детали филогенеза, хорошо изложенные Е.С. Чавчавадзе, мы бы хотели еще раз акцентировать внимание читателя на том, что пиноксильность, а затем и периодичность в активности камбия и ее следствие - годичная слоистость у разных групп растений возникали независимо. Это должно говорить, прежде всего, о большой адаптационной ценности данного признака.

В чем же биологический смысл подразделения годичного слоя на раннюю древесину (клетки которой имеют большие полости, но тонкие клеточные стенки) и позднюю (клетки которой имеют маленькие полости и толстые клеточные стенки)? Принято считать, что ранняя древесина хорошо приспособлена для транспорта воды по стволу дерева, тогда как поздняя обеспечивает стволу механическую прочность . У хвойных клетки ранней и поздней древесины отличаются не только толщиной стенок, но и количеством и размерами окаймленных пор. Ранние трахеиды имеют на своих радиальных стенках большое количество крупных окаймленных пор, поздние трахеиды содержат более мелкие окаймленные поры и в гораздо меньшем количестве . В целом поздняя древесина у сосны, листеннницы и ели в 2,5-3 раза превышает раннюю по таким показателям, как плотность и модуль упругости . У лиственных пород отличия ранней и поздней древесины по физико-механическим свойствам выражены не так ощутимо, такой показатель, как превышение плотности ранней зоны над поздней изменяется от 1,1 у граба до 1,4 у ольхи .

Хорошо известно, что существование годичных колец в древесине в своем географическом аспекте оказывается сопряженным с наличием холодного сезона в течение года. В условиях мягкого тропического и субтропического климата они почти не выражены, это лишь одиночные ряды толстостенных трахеид, появляющиеся в массе тонкостенных элементов ксилемы, как например, у таких хвойных, как многие представители семейства Araucariaceae, Podocarpaceae, Cupressaceae .

Вероятно, что первым этапом на пути эволюции данного признака у хвойных стала закономерность, согласно которой камбий при замедлении своей активности откладывал однорядный слой толстостенных клеток, играющих роль арматуры. Эта особенность обусловливала появление так называемых ложных годичных колец, широко распространенных и в настоящее время у пород, произрастающих в субтропическом климате .

В то же время по мере разделения климата на умеренный и холодный сезоны года работе камбия потребовалась синхронизация с ходом изменения климатической обстановки в течение года. Важную роль в этом процессе по-видимому играли фотопериодические механизмы. Можно предполагать, что холодная зима предъявляла повышенные требования к отбору на прочность ствола за счет таких факторов, как морозобой и снеговал, что и потребовало от древесных растений формирования широких слоев поздней древесины. Затруднение в транспорте воды по такой древесине, в свою очередь, вероятно, обусловили отбор на формирование выраженного слоя ранней древесины.

Наличие выраженной генотипической компоненты в изменчивости годичных колец позволяет использовать дендрохронологическую информацию в исследованиях в сфере лесной генетики, селекции и дендрологии. В своих работах мы неоднократно затрагивали эти вопросы . Подводя итог, следует отметить, что годичное кольцо древесных растений характеризуется сильной изменчивостью анатомической структуры в зависимости от года его формирования. Она наблюдается как по количественным (ширина годичного кольца, соотношение ранней и поздней древесины, оптическая плотность слоя поздней древесины), так и по качественным признакам («светлые кольца», «кольца с интразональными утолщениями»). Генотип дерева из года в год остается одним и тем же, и поэтому анализ изменчивости годичных колец в связи с изменчивостью экологических условий разных лет позволяет исследовать адаптивные полигенные системы древесных растений, возрастную динамику наследственных признаков строения древесины, экофизиологические причины патологической работы камбия.

Полученные в таких исследованиях данные определяют возможность решения практических задач лесной селекции и дендрологии - оценки наследуемости признаков строения древесины; выявления ценных генотипов дифференцированно к разным хозяйственным задачам использования лесов; диагностики факторов, неблагоприятно влияющих на рост древесных интродуцентов в отдельно взятом регионе; прогноза реакции разных видов и внутривидовых форм древесных растений на глобальные изменения климата; исследования процессов микро-и макроэволюции.

Отдельной научной проблемой, представляющей теоретический и практический интерес является анализ полиморфизма ценопопуляций древесных растений по количественным признакам динамики временных рядов радиального прироста и производных от них рядов , например по показателю синхронности. Существуют разные способы расчета коэффициентов, дающих оценки сходства между рядами. Сходство между дендрохронологическими рядами является интегральным индикатором сходства характеризуемых ими групп растений по наследственным экологическим свойствам , эта информация ценна для исследования пространственной генетической структуры лесных фитоценозов. С другой стороны, развитие этого направления позволит усовершенствовать методы дендрохронологической экспертизы места происхождения срубленной древесины.

В целом также немаловажно, что учет биологической целесообразности изменчивости годичных колец может помочь детализации используемых методик реконструкции климатов прошлых эпох. В настоящее время отсутствуют работы, пытающиеся проанализировать адаптивный смысл модификационной изменчивости анатомических параметров годичного кольца от года к году. Вероятно, что помимо тератологической структуры годичных колец, связанной с нарушением нормальной работы камбия, существуют и годичные кольца, чья анатомическая структура является адаптивной реакцией растения на те или иные условия природной среды в течение вегетационного сезона. Исследование данного вопроса, поиск возможности распознавать эти две группы случаев представляют фундаментальный интерес для дальнейшего развития методик дендроклиматических реконструкций.

Работы выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант 14-17-00645) в Московском Государственном Университете леса в рамках научного сотрудничества с Институтом географии РАН.

Рецензенты:

Коровин В.В., д.б.н., профессор, профессор кафедры селекции, генетики и дендрологии МГУ леса, г. Мытищи;

Чернышенко О.В., д.б.н., профессор, заведующая кафедрой ботаники и физиологии растений МГУ леса, г. Мытищи.

Работа поступила в редакцию 12.02.2015.

Библиографическая ссылка

Румянцев Д.Е., Епишков А.А. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГОДИЧНЫХ КОЛЕЦ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-3. – С. 481-486;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36838 (дата обращения: 16.06.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Издавна человека интересовали тайные послания, которые преодолевали время и сохраняли ценную информацию для следующих поколений. Наскальные надписи, иероглифы на обнаруженных археологами предметах быта, меловые отложения на ландшафтной карте Белгородчины… Изучением этих посланий занимаются ученые разных отраслей знания. Среди них - археологи, биологи, геологи и др.

Внимание к рисункам на свежих спилах деревьев в г. Белгороде и прилегающей местности привело к предположению о том, что это тоже своеобразные «зашифрованные послания», «климатический паспорт», который многое может рассказать человеку об условиях произрастания дерева, в частности, о климате нашего региона.

Актуальность темы заключается в том, что она дает нам знания о процессах, которые происходят в окружающей среде.

Обращение к специальным источникам позволило установить, что наука, которая по годичным кольцам деревьев изучает климат прошлого и его изменения, называется дендроклиматология .

Известно, что годичные кольца деревьев сохраняют информацию о возрасте дерева, о направлениях света (север, юг, запад, восток). Интересно, а можно ли по годичным кольцам узнать об условиях произрастания деревьев: о количестве осадков, температурном режиме в интересующий нас период? Этот вопрос стал поводом для проведения данного исследования.

В книгах С.Ю. Афонькина «Деревья» 1 , Ю.К. Школьника «Растения» , в «Большой иллюстрированной энциклопедии школьника» , «Большой энциклопедии знаний» , «Детской энциклопедии: от А до Я» , «Самой большой детской энциклопедии» , источниках, которые стали ориентиром при проведении нашего исследования, содержатся сведения о том, что на рост дерева влияют как температура воздуха, так и количество осадков. Временем наиболее интенсивного роста дерева являются весна и начало лета, а с приближением осени рост замедляется. Зимой дерево пребывает в состоянии покоя. Так, например, С.Ю. Афонькин указывает: «Толщина колец свидетельствует о погоде. В холодные годы кольца получаются тоньше, в теплые сезоны - толще. В ботанике существует отдельное направление - дендрохронология (от греч. dendron - «дерево» и chronos - «время»), занимающаяся закономерностями образования годичных колец деревьев. Изучая их, например, у деревьев-долгожителей, можно узнать о климате, который был на нашей планете несколько тысяч лет назад» .

Идее о том, что годичные кольца деревьев являются источником информации о погоде, около 500 лет. Она принадлежит итальянцу Леонардо да Винчи и относится к началу 16 века . Позже ее развивали ученые разных стран (США, Австрия, Дания). В России у истоков исследований такого рода стоят ученые 19 века А.Н. Бекетов и Ф.Н. Шведов, которые впервые указали на связь между приростом годичных колец и метеорологическими факторами - температурой воздуха и осадками.

На кафедре лесоведения Сибирского федерального университета (г. Красноярск) студенты под руководством доктора биологических наук, академика РАН Е.А. Ваганова, доктора исторических наук, академика РАН В.И. Молодина осваивают дисциплину «Естественно-научные методы в археологии», обращаясь к методам дендрохронологии, дендроархеологии, дендроклиматологии при изучении вопросов, связанных с задачами археологии.

Гипотеза: годичные кольца деревьев являются своеобразным «климатическим паспортом» региона, который хранит информацию о погоде в данной местности.

Цель исследования: получить информацию о погоде в г. Белгороде и прилегающей местности на основе изучения свежих спилов деревьев.

Задачи исследования:

установить возможность получения информации о погоде путём изучения свежих спилов деревьев;

рассмотреть зависимость роста дерева от температуры воздуха и количества осадков, которые выпадали весной и летом;

получить обобщённые данные о погоде на основе изучения ширины годичных колец деревьев.

Объектом исследования стали 4 образца свежих поперечных спилов деревьев: тополя, двух сосен и клёна.

Материалыработыограничены периодом с начала весны до окончания лета (март - август) и охватывают 2009 - 2015 годы. Датировка годичных колец осуществлялась от внешней части спила (со стороны коры) к центру в связи с тем, что прирост годичных колец, как известно, происходит с наружной части дерева. Измерение ширины годичных колец осуществлялось при помощи линейки (в мм). Данные о количестве осадков приводятся в соответствии с традиционными показателями (в мм).

Исследование было проведено в 3 этапа:

1 этап -сбор данных, формулировка гипотезы;

2 этап -анализ полученной информации, её сравнение с данными специалистов, составление диаграмм осадков и температуры воздуха;

3 этап - обобщение результатов, формулировка выводов.

Совместно с научными руководителями нами был составлен план работы:

1. Изучить литературу по теме исследования.

2. Провести изучение свежих спилов деревьев, найденных в г. Белгороде и прилегающей местности.

3. Получить предварительные данные о температуре воздуха и количестве осадков в г. Белгороде и прилегающей местности на основе изучения ширины годичных колец деревьев.

4. Получить и проанализировать данные о температуре воздуха и количестве осадков за исследуемый период на основе информации сайта «Гисметео.ру»: https://www.gismeteo.ru/ .

5. Посетить Белгородский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с целью получения данных о погоде в г. Белгороде и прилегающей местности .

6. Составить диаграммы на основе полученных данных.

7. Соотнести данные о ширине годичных колец деревьев (исследуемые образцы) и сведения о погоде.

8. Сделать выводы.

Для решения поставленных задач применялись следующие методы:

метод сбора, анализа и обработки информации;

метод сопоставления данных;

метод систематизации материала.

Структура работы. Исследовательская работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка источников и литературы, насчитывающего 10 наименований.

Глава 1

Первый этап исследования - сбор данных и формулировка гипотезы

Начальный этап работы заключался в сборе данных о ширине годичных колец деревьев и формулировке гипотезы. Образцами, подвергшимися детальному изучению (в т.ч. при помощи лупы и увеличительных возможностей компьютера), стали свежие спилы тополя, двух сосен и клена, обнаруженные в г. Белгороде и в г. Шебекино.

В специальной литературе [см.: 1; 6] была найдена информация о том, что на рост дерева в центральной полосе России влияют как температура воздуха, так и количество осадков, которые выпадают весной и летом. Эта «информация» «записывается» на годичных кольцах деревьев.

Образцом № 1, с которого началось исследование, стал спил тополя (обнаружен напротив бабушкиного дома на ул. Свободы в г. Шебекино). При помощи щётки мы очистили поверхность спила от опилок - годичные кольца стали просматриваться лучше.

Затем полили его водой - рисунок стал более чётким. После этого мы сфотографировали спил, чтобы увеличить рисунок на компьютере и рассмотреть семь внешних годичных колец. Наблюдения дали основание для первоначальной формулировки гипотезы : наиболее влажными с 2009 по 2015 год можно считать весну и лето 2014 года, а наиболее засушливыми - весну и лето 2010 года.

Для подтверждения исходной гипотезы (а она могла и не подтвердиться) и получения достоверных результатов потребовалось изучение еще нескольких образцов свежих спилов деревьев. Образцы№2 и №3 (спилы двух сосен) были обнаружены в г. Белгороде в районе ЗМК. На них было видно, что годичные кольца деревьев имеют разную ширину. Изучение увеличенных на компьютере фотографий стало еще одним подтверждением выдвинутой гипотезы.

Этот вывод подтвердился и при изучении образца №4 (спила клёна), который был обнаружен на ул. Губкина в г. Белгороде. При помощи наждачной бумаги мы отшлифовали и отполировали спилы, затем измерили ширину годичных колец линейкой и занесли эти данные в таблицу.

Данные о ширине годичных колец деревьев стали ориентиром для дальнейшего проведения исследования, в основе которого - соотнесение ширины годичных колец деревьев и количества осадков, а также температуры воздуха, выявление оснований для подтверждения гипотезы.

Глава 2.

Второй этап исследования - анализ информации, её сравнение с данными специалистов, составление диаграмм осадков и температуры воздуха

в г. Белгороде (весна - лето 2009-2015 г.)

В специальной литературе мы нашли материал о том, что на рост дерева влияют как температура воздуха, так и количество осадков. Мы выяснили, что временем наиболее интенсивного роста дерева является вторая половина весны и первая половина лета. С приближением осени рост замедляется.

В ходе изучения «Дневника погоды для школьников» , который размещен на сайте «Гисметео.ру»: https://www.gismeteo.ru/ , были получены сведения о погоде в г. Белгороде за исследуемый период.

На основании этих данных вначале на листе бумаги в клетку нами была составлена графическая «Диаграмма осадков» (№ 1) .

Далее вместе с научными руководителями на основе данных сайта «Гисметео.ру»: https://www.gismeteo.ru/ была определена среднесуточная температура воздуха для каждого месяца за исследуемый период. На основании этих данных составлена «Диаграмма температуры воздуха» (№ 2).

Также мы посетили Белгородский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и побеседовали с начальником отдела Светланой Юрьевной Куролесиной .

Она предоставила нам данные об осадках в г. Белгороде с марта по август 2009-2015 г. .

На основании этих данных была составлена «Диаграмма осадков» (№3) .

Полученные сведения мы сравнили с шириной годичных колец исследуемых образцов деревьев и заметили, что наша гипотеза о «климатическом паспорте» региона, «зашифрованных посланиях», которыми являются годичные кольца деревьев, подтверждается.

Глава 3.

Третий этап исследования - обобщение результатов,

формулировка выводов

Когда мы попытались сравнить образцы спилов разных пород деревьев (тополя, двух сосен и клена) между собой, стало понятно, что ширина годичных колец у разных пород деревьев в один и тот же год разная. При этом гипотеза о том, что информация о самом влажном периоде сохраняется в условном «климатическом паспорте» региона на наиболее широких годичных кольцах, а о самом засушливом - на наиболее узких годичных кольцах, подтвердилась.

Полученные данные свидетельствуют о том, что в г. Белгороде и прилегающей местности наиболее влажными можно считать весну - начало лета 2014 года. Они благоприятно сказались на росте деревьев. Это мы видим на широких годичных кольцах.

Наиболее засушливыми были весна - начало лета 2010 года. Эту информацию сохранили узкие годичные кольца.

А тепла в нашей местности для благоприятного роста деревьев весной и летом достаточно.

Заключение

Данные, полученные на основе изучения свежих спилов деревьев, произраставших в г. Белгороде и прилегающей местности, дают основание говорить о том, что годичные кольца являются своеобразным «климатическим паспортом» региона (хотя в некоторых климатических зонах у отдельных пород деревьев годичные кольца могут вообще отсутствовать).

Последовательность работы, направленной на реализацию поставленных цели и задач, ее результаты отражены в следующей таблице:

Министерство образования Республики Башкортостан

Башкирский институт развития образования

Башкирское отделение Общероссийской организации

Малой академии наук «Интеллект будущего»

Секция: География

Годовые кольца - что это?

Юсупов Энвер

МБОУ СОШ №1 с.Фёдоровка, Фёдоровский район

Республика Башкортостан, 7 класс.

Научный руководитель: Фёдорова Ирина Ивановна

учитель географии высшей категории.

с.Фёдоровка

2012-2013 учебный год

I. Введение 2

II. Основная часть

1. деревья-гиганты; 3

2.что можно прочесть по годичным кольцам; 4

3.методика подсчёта годичных колец; 5-6

4.мой первый опыт в науке дендрохронологии. 7-8

III. Заключение 9

IV. Литература 10

V. Приложения:

№1 - фото «Гигантский Гризли»;

№2 - фото «Сенатор»;

№3 - фото «Мафусаил»;

№4 - фото «Генерал Шерман»;

№5 - фото сосна обыкновенная;

№6 - фото «Наиболее холодные и сухие года в развитии исследуемой сосны;

№7 - климатограммы с 1982 года по 2012 год;

I.Введение

Встретив в энциклопедии статью о деревьях-гигантах, я очень удивился величине их возраста. У меня появилось желание узнать о них как можно больше.

Актуальность данной темы неоспорима, ведь деревья-долгожители- единственные на планете Земля живые свидетели минувших климатических и геологических событий многотысячелетней давности. Зная развитие Земли в прошлом, учёные точнее предскажут вариант развития нашей планеты в будущем.

Целью работы является исследование годовых колец сосны обыкновенной.

Достижение данной цели предполагает решение следующих задач: 1.выбрать наиболее взрослый образец (спил) сосны обыкновенной;

3.выяснить по цвету, текстуре и ширине годовых колец климатические условия, при которых росла сосна;

4.сравнить результаты с данными Республиканского гидрометцентра. Объектом исследования является сосна обыкновенная.

Предметом исследования выступают проблемы дендрохронологии, в частности проблема подсчёта возраста деревьев.

В работе использовался подсчёт годичных колец, предложенный А.Н.Бекетовым и Р.Н. Шведовым во II половине 19 века.

Данная работа относится к области прикладных исследований.

Научно-практическая значимость исследования определяется целым набором теоретических и практических задач, которые решены на его основе.

При написании исследовательской работы я обращался к следующей литературе:

Информацию о деревьях-гигантах почерпнул в статье В. Пескова «Комсомольская правда»-2010г.

В энциклопедии «Мир леса» прочёл о методе определения возраста деревьев.

1. Очень помогла информация, взятая в интернете по адресам , .

II. 1. Деревья - гиганты.

Самыми старыми деревьями на Земле долгое время считались произрастающие в Северной Америке секвойи и секвойядендроны(мамонтовые деревья). Диаметры их стволов достигают 8-11 метров. В лесу растительных гигантов пожар, как ни странно, помогает им размножаться. Шишки этих деревьев обладают любопытным свойством: они могут годами не размыкать своих чешуй и раскрываться только после обработки их … огнём. Лёгкие семена высыпаются из шишек и прорастают. Среди этих гигантов мы обнаружили секвойю, чей возраст составил 2125 лет. Есть ещё одно свойство, без которого долголетие этих деревьев невозможно: древесина секвой не гниёт. И никакие другие болезни им не знакомы. Наверное, ничто на Земле не находится так далеко за гранью привычного и понятного, как эти деревья.

Есть какая-то тайна в этих громадах, выросших из семечка величиною с головку спички. 60 см.- толщина волокнистой коры. Морщинистая кора издалека кажется грубоватой. Кора, подобно тёплому одеялу, хранит дерево от морозов и пожаров: обугливаясь снаружи, она не даёт проникнуть огню к древесине. Без этого свойства долголетие секвой было бы невозможно. Испытывая трепет и уважение перед этими старожилами Земли, люди дали каждому древнему гиганту собственные имена: «Гигантский Гризли»(см. приложение №1), «Отец лесов», «Генерал Грант», «Сенатор (см. приложение №2), и другие деревья.

Самым крупным деревом в мире считается 100-метровая секвойя «Генерал Шерман» (см. приложение №4). Возраст гиганта оценивают в диапазоне 2300-2700 лет.

Но не так давно секвойя уступила пальму первенства по долголетию остистой сосне, произрастающей на каменистых склонах гор на западе Северной Америки. Никто и не предполагал, что небольшие деревья, высотой всего 10 метров имеют почтённый возраст. В 1955 году одну из этих сосен спилили для научных исследований, а когда подсчитали её возраст были удивлены и пожалели о том, что уничтожили такое старое дерево. Оказалось, возраст сосны - 4900 лет. После этого все остальные сосны-долгожители были изучены с особой осторожностью и в 1958 году взяты под охрану государства.

Среди них самое старое живое дерево нашей планеты - сосна остистая (Pinus aristata), носящее библейское имя «Мафусаил» произрастающее в США, Невада, в горах на высоте 3275м. Возраст-4772 года (см. приложение №3). Годичные кольца остистой сосны настолько плотны, что неразличимы невооружённым глазом. На одном из участков среза, - длиной всего 12 см, - насчитали 1100 годичных колец. Так что самые древние из остистых сосен появились на Земле тогда, когда в Египте фараоны начали сооружать первые пирамиды.

II. 2. Что можно прочесть по годичным кольцам?

Каждый школьник знает, что возраст дерева определяется подсчётом годичных колец на его поперечном срезе. Сегодня, чтобы определить возраст дерева, не нужно его спиливать. Дендрохронологи - специалисты по «чтению» годичных колец - высверливают столбики древесины толщиной с карандаш, а затем исследуют их под микроскопом. По годичным кольцам можно определить:

Температурные колебания воздуха;

Количество осадков;

Лесные пожары;

Нашествие насекомых - вредителей;

Гибель соседних деревьев;

Направление ветров и многие другие климатические и биологические показатели прошлых эпох.

Но не только о климате прошлых столетий могут рассказать годовые кольца. Американские учёные установили, что в них записаны и крупные извержения вулканов, можно определить, когда произошло землетрясение и даже какой силы оно было. Советский учёный Н. В. Ловелиус доказал, что в кольцах деревьев-старожилов «записана» информация о взрывах сверхновых звёзд в Галактике.

Читая летопись колец, можно извлечь и другую информацию. Деревья могут поведать о степени загрязнения атмосферы в различные эпохи.

Американские физики по годичным кольцам определяют последствия ядерных испытаний.

II. 3. Методика подсчета годичных колец.

Годичные кольца (также годовые слои) - области циклического прироста тканей дерева, обусловленных неравномерностью развития организма в период воздействия внешних факторов, обычно в результате перепада температур с изменением времён года. Изучением и анализом годичных колец деревьев занимается наука дендрохронология.

Первым определить возраст деревьев по годичным кольцам предложил Леонардо да Винчи более пятисот лет назад. На связь между приростом годичных колец и метеорологическими факторами впервые указали русские учёные А. Н. Бекетов и Ф. Н. Шведов во II-ой половине XIX века.

Похожие исследования проводились при Ботаническом институте Академии наук СССР, где была создана дендроклиматохронологическая лаборатория. В ней-то и создали дендро-шкалу, охватывающую 900 лет.

МУНИЦИПАЛЬНОЕ КАЗЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ЗЮЗИНСКОЙ СРЕДНЕЙ

ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЫ

Исследовательская работа

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗРАСТА ДЕРЕВА

ПО ЕГО ГОДИЧНЫМ КОЛЬЦАМ»

Выполнила: ученик 4 класса

Снегирёв Дмитрий

Руководитель:

учитель начальных классов

Снегирёва Наталья Владимировна

Зюзя 2015г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………2 стр.

Теоретическая часть……………………………………………….4 стр.

Практическая часть исследования. ………………………………5 стр.

Заключение…………………………………………………….…...7 стр.

Список литературы………………………..……………………….8 стр.

Приложение.

Введение

Я хочу начать свою исследовательскую работу с того, что в 1969 году была построено новое здание Зюзинской средней школы. Затем учащиеся 1-10 классов во время школьных субботников вместе с учителями посадили саженцы деревьев вокруг школы. Саженцы росли, зеленели и благодаря уходу превратились в огромные деревья. Особенно стройным и могучим был тополь росший у входа в школу. Но 2011 году это дерево вынуждены были спилить, т.к. оно стало угрожать безопасности школы. Спил этого дерева мы решили исследовать. Я попыталась самостоятельно определить возраст дерева, и уточнить, в каком году оно было посажено.

Поэтому я выбрал тему: «Определение возраста тополя по его годичным кольцам».

Цель работы:

Определить возраст тополя и установить связь между возрастом и условиями его произрастания.

Задачи :

1. Изучить литературу по теме;

2. Определить возраст дерева по конкретно выбранному спилу дерева;

3. Проанализировать годовые кольца.

4 . Сформулировать выводы, позволяющие подтвердить высказанную гипотезу.

Гипотеза исследования:

1.По количеству годовых колец можно определить возраст дерева.

2. Ширина между годичным кольцам зависит не только от возраста дерева, но и от условий жизни дерева в разные годы.

Предметом исследования является спил тополя, росшего возле школы.

Объект исследования факторы, влияющие на ширину годичных колец.

Основные методы работы:

исследовательский;

метод анализа и обобщения.

описательный;

Теоретическая часть

Деревья, произрастающие в климатических зонах с сезонным климатом, летом и зимой растут неодинаково: основной рост происходит летом, зимой же рост сильно замедлен. Различие условий приводит к тому, что древесина, нарастающая зимой и летом, отличается своими характеристиками, в том числе плотностью и цветом. Визуально это проявляется в том, что древесный ствол на поперечном распиле имеет чётко видимую структуру в виде набора концентрических колец. Каждое кольцо соответствует одному году жизни дерева («зимний» слой тоньше и визуально просто отделяет одно «летнее» кольцо от другого). Общеизвестным является способ определения возраста спиленного дерева путём подсчёта числа годичных колец на распиле. В зависимости от множества факторов, действовавших в летний период (продолжительность сезона, температурный режим, количество осадков и прочее) толщина годичных колец в разные годы жизни дерева различна. Различия в толщине колец в разные годы достаточно значительны. При учёте ширины каждого кольца и применении методов математической статистики вероятность ошибки значительно снижается.

Практическая часть

Моя работа заключается в исследовании спила. В основе исследования спила тополя лежит метод кольцевого анализа, который основывается на свойстве дерева прирастать ежегодно на одно годичное кольцо.

По годовым кольцам я попытаюсь определить возраст дерева и условия произрастания.

Описание исследуемого материал.

Для исследования использовалось дерево с вырубки, взят поперечный спил тополя. (Приложение №1)

При внимательном рассмотрении поверхности спила невооруженным глазом и на ощупь можно убедиться, что древесный срез разный по структуре.

(Приложение №2)

Подсчет ширины колец.

Самая ответственная процедура при выполнении данного задания – подсчет ширины годичных колец.

Вначале тонким карандашом намечаю линию, по которой буду проводиться измерения. Линия должна проходить точно от центра спила до его внешнего края (по радиусу). Для измерения следует выбрать сектор ствола с наименьшим количеством аномалий – трещин, неконцентрических уплотнений, остатков сучков, старых затекших ран и т.п. Линия подсчетов должна проходить по максимально «среднему» сектору древесины.

(Приложение №3)

Затем к внешнему краю последнего (наружного) кольца прикладываем линейку с хорошо различимыми миллиметровыми делениями. Ноль линейки должен совпадать с внешним краем последнего кольца.

(Приложение №4)

Исследование проводится с помощью линейки (линейку берём 30 см) и лупы

Диаметр ствола D – 66 см

R 1 = 1 см R 2 = 1см R 3 = 0,9см R 4 = 1,2см R 5 = 1,3см R 6 = 0,8см

R 7 = 0,5 см R 8 = 0,5 см R 9 =0,9 см R 10 = 1см R 11 =0,9см R 12 =1см R 13 =1см R 14 =0,9см R 15 =0,5см R 16 = 0,6см R 17 = 0,5см R 18 = 0,7см R 19 =0,8см R 20 = 1см R 21 =1,5см R 22 =0,4см R 23 =1см R 24 = 1,5см

R 25 = 1,8см R 26 = 2см R 27 = 1,5см R 28 = 1см R 29 = 1,4см R 30 =1,5см R 31 =1,4см R 32 =1см R 33 =0,8см

R 34 = 2см R 35 = 2см R 36 = 2см R 37 = 2,3см R 38 = 2,5см R 39 =0,6см

R 40 = 0,5см

Исследование с помощью лупы показал, что примерный радиус ширины между годичными кольцами составляет R 1 = 1.5 см (см. приложение 5)

Образец имеет сорок годовых колец. В центре находится более рыхлая сердцевина, хорошо заметная. Годичные кольца широкие, темные и светлые едва различимые не одинаковые по ширине на разных сторонах дерева, древесина прочная.

В ходе исследования измерения подсчетов годичности колец я выяснила, что дереву 40 лет, его посадили примерно в 1971 году. 2011(год, когда дерево спилено)- 40(количество годовых колец)= 1971год. Это подтверждается воспоминаниями очевидцев. Школу открыли в 1970 году, деревья садили на следующий год весной.

По ширине расстояния между годичными кольцами от 0,5 до 2,5 мм.

Также я определила благоприятные и неблагоприятные годы для роста дерева, это показано в таблице. (Приложение 6)

Также, исходя из расстояния между годичными кольцами, я выяснила, где у дерева была южная и северная стороны. Это видно по годичным кольцам. Там, где узкие кольца и ширина между кольцами от 0,2 мм до 1 см - это север, а где широкие кольца и ширина между кольцами от 1см до 2,5 см - это юг. (Приложение 7)

Вывод: возраст дерева примерно сорок лет. Росло оно на влажных землях, хорошо питалось, об этом свидетельствуют широкие, светло-желтые кольца и состояние древесины. Дерево росло в хорошо освещённом месте, именно поэтому ширина годовых колец на разных сторонах дерева примерно одинакова.

Сказать можно точно, что такое растение могло стать долгожителем, если бы его не спилили.

Заключение

Проанализировав полученный материал, я пришла к выводу, что, подсчитав с помощью линейки число годичных колец, можно определить приблизительный возраст спиленного дерева.

По толщине годичных колец можно узнать, в каких условиях росло дерево в разные годы жизни. Узкие годичные кольца свидетельствуют о недостатке влаги, о затенении дерева и о его плохом питании. По годичным кольцам можно определить и стороны света. Годичные кольца обычно шире с той стороны дерева, которая обращена к югу, и уже с той, которая обращена к северу.

Поскольку каждый год толщина ствола увеличивается, то, казалось бы, долгожителей нужно искать среди толстых деревьев, но не тут то - было, рост дерева в толщину в основном зависит не от возраста растения, а от условий его произрастания.

Можно спросить: «Для чего знать возраст дерева?»

Ответ, на мой взгляд, прост. Дерево своеобразный источник информации, по которому человек может узнать, о погодных условиях, о качестве почвы, экологическом состояние местности в разные периоды времени. Дерево «можно прочесть как книгу». Приглядись внимательно и ты проникнешь в тайны прошлого и настоящего!

Список литературы

1. Б.Н.Головкин, М.Т.Мазуренко. Энциклопедическое издание

«Я познаю мир» -М.: ООО « Издательство Астрель» 2002.

2. В.А.Корчагина. Биология: Растения, бактерии, грибы, лишайники: Учеб. для 6-7 кл.-М.: Просвещение, 1990 г.

Приложение №6

Анализ условий рост дерева

Благоприятные годы

Неблагоприятные годы

1-5 (1971-1975г)

6-8 (1976-1978г)

9-14 (1979-1984)

15-19 (1985-1989)

20,21 (1990-1991)

23-26 (1993-1996)

27-29 (1997-1999)

30-32 (2000-2002)

34-37 (2004-2008)

Дендроклиматологические исследования в окрестностях села Горелец

Статья является итогом трехлетней работы московских школьников на летней естественно-научной школе, проходящей ежегодно в с. Горелец Костромской обл., и обработки данных в Москве. В 2002 г. за первый этап работы авторы получили 4-е место на конкурсе научных работ школьников «Юниор – 2002». В работе по сбору и обработке данных принимали также участие московские школьники Ольга Рудик, Александр Черепанов, Елизавета Маньковская, Надежда Адина и школьница из Костромской области Любовь Батманова.

При подготовке очередной летней школы мы заглянули в энциклопедию «География» (издательство «Аванта+») и прочли про восстановление параметров климата прошлых лет по древесным кольцам. Там все было просто и красиво, и мы решили это проверить (за год до этого мы уже проверяли тезис о том, что можно ориентироваться в лесу без компаса по тому, как растет мох, – оказалось, нельзя.) Где-то «выкопали» методики, как обрабатывать результаты – придумали сами. Потом выяснилось, что в Шеффилдском университете, одном из основных центров, занимающихся дендроклиматологией, делают все так же.

Все оказалось очень сложно, непонятно и интересно – и совсем не так, как в энциклопедии. Часть результатов нашей работы представлены в этой статье.

Согласно литературным данным, деревья являются естественным архивом климатических изменений. Показано, что существует корреляция между рядами толщин годичных колец и временными рядами климатических данных и солнечной активности. Это дает возможность получать сведения об истории климата для тех периодов времени, когда не велось инструментальных наблюдений. Исследование годичных колец используется также для определения возраста деревьев в старых постройках.

Дендроклиматологический метод основан на зависимости интенсивности фотосинтеза, идущего в листьях деревьев, а следовательно, и количества образованной за год древесины, от климатических параметров. Для северных районов основным фактором, влияющим на этот процесс (ограничивающим фактором), является температура, для южных – влажность, количество осадков. Ситуация для умеренного климата более сложная.

Для того, чтобы получить сведения о климатических параметрах, надо иметь надежную базу данных по толщинам колец деревьев для данной местности (для некоторых районов базы данных существуют), поэтому одной из наших задач было составление такой базы для исследуемого района – севера Костромской области. Кроме того, ставились следующие задачи:

– выявить факторы, влияющие на толщину годичных колец;
– построить усредненную кривую толщин годичных колец для данной местности;
– проанализировать корреляцию этой кривой с графиками климатических параметров.

Предметом нашего исследования были спилы и керны ели и сосны. (Керн – это образец древесины, высверленный из дерева с помощью специального инструмента – бура.) Они были получены с упавших и живых деревьев в лесу, на вырубке, около жилых построек и из бревен старых деревянных домов. Старались брать образцы с комля, чтобы увидеть больше колец и следовательно получить максимальную информацию о каждом дереве.

Было исследовано 50 образцов деревьев разного возраста, полученных на нескольких площадках с различными локальными условиями. Спилы шлифовали, сканировали и заносили в компьютер.

Нами была разработана полуавтоматическая система измерения толщины колец и обработке данных с помощью программ Photoshop и Excel.

Обработка данных производилась следующим образом. Ряды толщин колец деревьев сглаживались по 3 или по 9 точкам (формула T 2 =(T 1 +T 2 +T 3)/3). Далее сглаженные кривые нормировали, т.е. делили каждую толщину на максимальное значение толщины годичных слоев (формула T 1 =T 1 /T max). Это делалось для того, чтобы графики зависимости толщины кольца от его номера для всех деревьев имели близкие масштабы (пункт толщины кольца не больше единицы). После этого мы привязывали графики спилов друг к другу по времени, определяя, при каком сдвиге графиков друг относительно друга корреляция будет наибольшая. Кривые спилов привязывали к такому графику, у которого точно известен год последнего годичного кольца.

В результате исследований мы получили следующие результаты.

1. Характер зависимости толщины колец от возраста дерева не зависит от высоты, на которой был сделан спил.

2. Толщина каждого кольца зависит от биологического возраста дерева к моменту формирования данного кольца.

Графики зависимости толщины кольца от его номера можно разделить на два типа. Для одиноко растущих деревьев они имеют следующую форму: сначала наблюдается увеличение толщины в интервале 10–20 лет, затем – постепенное, напоминающее экспоненциальное, уменьшение, что связано с физиологией роста дерева. Для деревьев, растущих в лесу, толщина колец возрастает в течение первых 40 лет, затем наблюдается постепенное понижение (рис. 1 и 2). Чтобы исключить влияние данного фактора в последующем рассмотрении, для данной местности были построены кривые роста ели и сосны отдельно для деревьев, растущих в лесу и одиноко стоящих.

Рис. 1. Ростовая кривая одиноко растущей ели

Рис. 2. Ростовая кривая ели, растущей в лесу

Существуют также аномальные деревья, которые сначала росли в густом лесу и были забиты остальными деревьями, а потом пробились к свету и стали интенсивно расти.

3. На толщину годичных колец влияют локальные условия роста дерева.

Мы выявили различия между графиками толщин годичных колец деревьев, росших в густом лесу и одиноко стоящих. Влияние вырубок окружающих деревьев на характер графиков толщин, также велико.

Эта зависимость обусловлена следующим: у деревьев, растущих в густом лесу, большая конкуренция с другими деревьями и прочими растениями за свет, пространство, влагу, органические вещества. Поэтому они растут ввысь, к свету, и толщина колец у таких деревьев в начале жизни невелика, но потом может резко увеличиться, если они пробьются выше других деревьев.

У одиноко стоящих деревьев ситуация иная. Конкуренции никакой нет, поэтому света и органических веществ они получают достаточно, дерево вырастает красивым, здоровым, а в толщине колец нет резких скачков. Спилы таких деревьев особенно ценны при изучении влияния климатических условий.

Влияние вырубок на характер толщин годичных слоев выражается в том, что деревья до вырубки росли в густом лесу и были забиты другими деревьями, после вырубки деревья получают больше свободы для роста, потому что исчезает конкуренция за ресурсы. Как правило, это очень хорошо видно: на графиках толщин годичных колец таких деревьев, наблюдается резкий скачок вверх. Такие скачки очень затрудняют исследование влияния климатических условий на это дерево.

Влияние местных условий по-разному отражается на росте ели и сосны из-за различия их экологических ниш: ель теневынослива, но требовательна к почве, боится перепадов температур, сильных ветров, сосна светолюбива и устойчива к температурным перепадам. Это проявляется на графиках толщин годичных слоев для деревьев, взятых с одной площадки (рис. 3 и 4). Сравнивая их, можно восстановить историю этого леса.

4. На толщину колец влияют макроклиматические условия.

Для выявления влияния климатических факторов на толщину годичных колец исследовались группы образцов, взятых с разных площадок. Внутри каждой группы проводилась проверка по абсолютному времени (чтобы избежать неточностей при определении возраста последнего кольца).

Мы исследовали деревья с трех площадок. Сравнивая графики для деревьев на каждой площадке, для дальнейшей работы отбирали графики спилов, которые были схожи между собой (коэффициент корреляции больше 0,6). В частности, были исследованы графики, полученные на так называемой «Митькинской площадке» – вырубка по дороге к д. Митькино (рис. 3 и 4).

Сравнивая деревья с разных площадок, мы ставили в соответствие графику с известной датой последнего годичного кольца остальные пригодные для анализа графики. Таким образом, мы получили ряды толщин годичных слоев, которые можно сравнивать с рядами климатических параметров в нашей местности на протяжении почти 200 лет.

На графиках толщин годичных слоев для многих деревьев наблюдается совпадение локальных минимумов, т.е. уменьшение толщин колец в определенные годы. Четко прослеживается падение роста в конце XIX в., в 1930-х гг. и в. 1968–1975 гг. Видимо это проявление влияния климата на рост деревьев.

После полной подготовки данных мы определяли совпадение критических точек, выявленных нами по кривым толщин большинства деревьев, с критическими точками на графиках температур измерявшихся с 1880 г. до наших дней (рис. 5) (Данные были получены от метеостанции г. Казани, ближайшей к нашему району.) . Было обнаружено совпадение уменьшения толщин годичных слоев у большинства образцов с падением зимних температур в период 1892–1896 гг., 1929–1932 гг., 1965–1970 гг. На некоторых образцах прослеживается совпадение замедления роста дерева с падениями зимних температур в 1940-х гг. и в 1950–1955 гг.

Рис. 5. Толщины годичнх колец и зимние температуры

Следует отметить, что мы не обнаружили никаких корреляций графиков наших спилов с летними, весенними, осенними и среднегодовыми температурными кривыми. Это не согласуется с литературными данными о том, что толщина годичных колец зависит от средней температуры за вегетационный период (март–сентябрь). Как предполагают некоторые климатологи, к которым мы обратились за консультацией, замедление роста дерева связано с увеличением глубины промерзания почвы при сильном понижения среднесуточной температуры в период с декабря по февраль. Эту гипотезу мы предполагаем, проверить в следующих исследованиях.

Выводы

1. На толщину годичных колец в наших условиях влияет очень много факторов, как локальных, так и климатических. Индивидуальный разброс между деревьями очень большой, поэтому требуется значительное количество образцов и тщательная математическая обработка.

2. Значительные минимумы на графиках толщин годичных колец оказались связанными с длительными (несколько лет) понижениями зимних температур. Возможно, на толщину колец влияют и другие климатические параметры (например, количество осадков). Этот вопрос требует дополнительного исследования.

Литература

1. Кренке А., Кислов А. История климата. /Энциклопедия для детей. Т.3. География. – М.: «Аванта +», 1994.

2. Ваганов Е.П.,Наурзбаев М.М., Хьюс М.К. Свидетели средневекового потепления климата. – Природа, 2000, № 12.

3. Бялко А.В., Гамбургиев А.Г . Статистика погоды. –Природа, 2000, № 12.

4. Николаев В. Доисторическая климатология. htth://nauka.relis.ru//05/0108/05108068/htm

Спонсор публикации статьи: компания Slomanet предоставляет услуги по высококачественному ремонту дверных замков в Москве. Воспользовавшись предложением компании, Вы сможете вызвать опытных мастеров, которые окажут такие услуги, как срочная смена замков в металлической двери , а так же вскрытые старых замков и дверей. Подробнее ознакомиться с предоставляемыми услугами можно на сайте компании Slomanet, который располагается по адресу http://www.slomanet.ru/

Этапы работы	Характеристика этапа	Промежуточный вывод
1 этап	Подготовка и изучение образцов свежих спилов деревьев	Годичные кольца деревьев имеют разную ширину
2 этап	Анализ ширины годичных колец деревьев, работа со специальной литературой, интернет-источниками, с данными Белгородского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды	На рост дерева влияют как температура воздуха, так и количество осадков, которые выпадают весной и летом
3 этап	Подведение итогов исследования, выводы

Таким образом, выдвинутая гипотеза подтвердилась: годичные кольца деревьев являются своеобразным «климатическим паспортом» региона, «календарём погоды», записанным самой природой. Мы установили, что ширина годичных колец деревьев - это подсказка человеку о том, влажными или засушливыми были весна и лето. Поэтому человеку, желающему изучать климатические условия родного края, «зашифрованные послания», сохранившиеся на годичных кольцах деревьев, могут рассказать о многом. Но для этого вовсе не нужно пилить деревья. Мы изучали природные процессы по найденным спилам, которые появляются в городе в результате мероприятий по оздоровлению окружающей среды.

Список источников и литературы

Читайте:

Игорь Сечин: биография и личная жизнь В былине “Добрыня Никитич и Змей Горыныч” говорится о том, как Добрыня Краткое описание былины добрыня никитич День рождения дяди Стёпы Происхождение и развитие гипноза Рецепты заготовок из моркови на зиму

Читайте: