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.
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.
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.
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.
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.
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/
Сидоренкова Ольга
Исследование проводили с использованием методического пособия А. С. Боголюбова, Н.С. Лазарева «Изучение динамики роста деревьев по годовым кольцам».
В основе работы простейшая методика подготовки спила ствола дерева с последующим подсчетом и измерением ширины годичных колец (годовых приростов) с целью составления графика динамики роста дерева по годам и его анализа в связи с изменениями внешних факторов. Целью работы является также проведение сравнительного анализа динамики роста различных деревьев с попыткой выявления общих закономерностей их развития.
МКОУ «Аннинская СОШ с УИОП»
МКОУ «Аннинская СОШ с УИОП»
Изучение динамики роста деревьев по годовым кольцам
Ученица 10 «В» класса
Сидоренкова Ольга
Научный руководитель:
Учитель географии
Безуглова Надежда Николаевна
Анна
2013
Введение_____________________________________________________________________3
Глава 1. Обзор источников информации по теме исследования_____________________5
1.1. Годичные кольца – что это такое______________________________________5
1.2. Как образуются годичные кольца _____________________________________ 5
1.3. Ширина годичных колец_____________________________________________6
1.4. Определение возраста дерева по годовым кольцам______________________6
Глава 2. Методика проведенных исследований____________________________________8
2.1. Краткое описание практикума_________________________________________8
2.2. Методика изучения динамики роста дерева по годичным кольцам_________8
Глава 3. Результаты и их обсуждение____________________________________________10
Выводы по работе_____________________________________________________________15
Список использованных источников информации________________________________16
Введение:
Члены научного общества учащихся «Юный путешественник» в текущем году продолжили работу по изучению природы родного поселка Анна.
Наш поселок «утопает» в зелени: деревья, кустарники, цветы. Большая часть деревьев, растущих в поселке, - это зеленые насаждения «зрелого» возраста. Несколько лет назад в поселке и в его черте погибло много деревьев, особенно берез. Попробуем определить возраст деревьев и выяснить причину гибели растений.
Цель: изучить динамику роста деревьев по годовым кольцам на примере березы бородавчатой.
Задачи:
Объект исследования: береза.
Предмет исследования: годовые кольца на спиле дерева.
Гипотеза: динамику роста деревьев определяют изменения внешних факторов.
Актуальность работы:
Являясь органической частью планировочной структуры города, зеленые насаждения активно участвуют в создании ландшафтов жилых районов. Крупные зеленые массивы, расположенные между отдельными районами застройки, объединяют их, придают городу целостность и законченность. Богатство красок и форм растений, изменение окраски лиственного покрова деревьев и кустарников по сезонам года оживляют городские ландшафты.
Зеленые насаждения выполняют в поселении разнообразные функции: снижают запыленность и загазованность воздуха; защищают от ветра; обладают фитонцидными свойствами; влияют на температурный режим; оказывают влияние на влажность воздуха; борются с шумом и др.
Рис.1. Посадка деревьев.
В связи со значимой ролью зеленых насаждений повседневной жизни человека, озеленению поселений уделяется большое внимание со стороны как муниципальных властей, так простых аннинцев. Посадка саженцев деревьев и кустарников в скверах и на улицах Анны – регулярное мероприятие в весенний период. В процессах озеленения принимают участие взрослые жители поселка и школьники. Санитарные вырубки, обрезка деревьев, обработка раствором извести способствуют сохранению зеленых насаждений в нашем поселке.
Но наблюдения показывают, что деревья, высаженные в одно время, погибают через какой-то период, гибель растений продолжается и во «взрослом возрасте». Зеленым насаждениям не просто выжить в черте крупного населенного пункта. Поэтому выяснение причин болезни и гибели деревьев, сохранение насаждений - важная экологическая задача, стоящая перед жителями нашего поселка.
Глава 1. Обзор источников информации по теме исследования.
1.1. Годичные кольца – что это такое?
На широких просторах Сибири и в Украине, на Аляске и на склонах Аппенинских гор - везде, где распространил свое влияние умеренный климат, деревья обладают замечательным свойством, известным любому из нас с детства: каждый год, будь то злая засуха или сильнейшие ливни, на стволе деревьев нарастает новый слой древесины. Эти слои прироста известны под названием годичных колец, ибо за год обычно образуется одно такое кольцо.
Годичные кольца, годовые слои у растений - это зоны прироста древесины, вызванные сезонной периодичностью деятельности камбия в результате смены тёплого и холодного времён года. Они хорошо различимы на поперечных разрезах ствола, ветвей и корней древесных растений в виде не совсем правильных (не строго концентрических) колец.
В середине ствола многих деревьев хорошо видна сердцевина. Она состоит из рыхлых тканей, образованных впервые годы жизни дерева. Сердцевина пронизывает ствол дерева до самой вершины, каждую его ветку. Вокруг сердцевины концентрическими кольцами расположены годичные, или годовые, слои древесины. Каждый год дерево, словно рубашку надевает новый слой древесины, а за счет этого ствол и ветки становятся толще. Между древесиной и корой расположен тонкий слой живых клеток, называемый камбием. Большая часть клеток идет на строительство нового годичного слоя древесины и совсем незначительная часть - на образование коры.
Такие видимые годичные кольца образуются только в тех зонах Земли, где есть чёткая смена сезонов. В районах без четкой смены сезонов, например на экваторе, годичные кольца на деревьях также образуются, но они практически не видны - древесина имеет равномерную окраску.
1.2. Как образуются годичные кольца?
Рассматривая поперечный спил древесины, можно увидеть, что она состоит из поочередных светлых и темных концентрических колец. Каждая пара колец (светлое и темное) образуется в течение года, благодаря деятельности камбия, и называется годичное кольцо.
Помимо того, элементы древесины, откладываемые весною и летом, сильно разнятся по своему строению: так, весною откладываются крупные клетки с тонкими стенками, образующие по преимуществу сосудистую систему и отличающиеся более светлым цветом, летом же и в начале осени откладываются толстостенные мелкие клетки, образующие механическую ткань более темного цвета. При этом к центру ствола обращена более старая древесина, а к периферии - более свежая, позднее образовавшаяся.
Совокупность одного светлого и одного темного концентрических колец и представляет собой одно годичное кольцо, соответствующее одному периоду роста (году), а общее число годичных колец дерева соответствует числу лет его жизни. Иногда, при сильном угнетении роста, годичные кольца в данном году не образуются. В других случаях, чаще всего при повторном облиствении дерева, и течение одного и того же вегетационного периода образуются двойные годичные кольца.
1.3. Ширина годичных колец.
Ширина годичных колец крайне изменчива. Температура, количество выпавших осадков, число солнечных дней, режим окрестных водоемов, нападение насекомых-вредителей - все эти причины либо способствуют росту дерева, либо приостанавливают его. На толщину ежегодного прироста влияют еще и внутренние биологические силы, например, возраст растения, периодичность, с которой оно плодоносит, сила плодоношения в нынешний год, а также интенсивность питания и обмена веществ.
На различные породы деревьев благотворное влияние может оказывать самое различное природное окружение. Жаркое солнечное лето способно оживить одно растение и приблизить гибель другого. В таком случае и кольца роста обоих деревьев разовьются по-разному. Другое дело - условия неблагоприятные. Настанет ли чрезмерное увлажнение, повеют ли устойчивые иссушающие ветры, нападут ли на лес насекомые или вдруг оскудеет почва - все это не замедлит сказаться на каждом растении. На десятки и сотни километров зеленые обитатели леса ответят на эти явления одинаково: их кольца прироста, образовавшиеся в этот год, будут тонкими, болезненными.
Среди различных сил, способствующих росту дерева, главнейшую роль играют свет, тепло и влажность. Изменения климата - долгие дожди или затяжной зной, морозы, зимние заносы или бесснежные зимы - обычно наблюдаются на огромных территориях. Поскольку погодные условия связаны с активностью Солнца и состоянием атмосферы, единообразное действие их проявляется на большой площади, оказывая влияние на развитие всего живого.
В зависимости от породы, возраста, условий произрастания, а в одном и том же дереве - от положения в стволе, ширина годовых слоев даст сильные колебания. Наиболее узкие годовые слои (до 1 мм) свойственны самшиту, а наиболее широкие (более 1 см) - тополям.
В молодом возрасте дерево образует обычно более широкие годовые слои, чем впоследствии. При благоприятных условиях произрастания образуются более широкие годовые слои. Если погода благоприятствует, то вырастает широкое годичное кольцо, а в суровое холодное лето образуются настолько узкие кольца, что их порой едва можно различить невооруженным глазом. У одних деревьев годичные кольца хорошо различимы, а у других они едва заметны. Даже один и тот же ствол дерева в различных участках имеет различную ширину годичных колец.
У деревьев, растущих по отдельности, на вершине годичные кольца уже, чем у основания. А у деревьев в лесу наоборот - годичные кольца на вершине более широкие, чем у основания ствола. Есть однако, особенности , характерные для всех видов деревьев, или для большинства деревьев одного вида. Например, ширина колец с освещённой стороны дерева больше, чем с теневой, поэтому по пням, оставшимся от одиноко стоящих деревьев, можно определить, где север и юг. У видов, начинающих расти под пологом леса (в наших лесах это, например, ель, дуб), как правило, можно наблюдать закономерное изменение ширины колец в первые годы их жизни: пока молодое деревце живёт в тени, кольца узкие, когда света начинает доставаться больше – они становятся шире. Естественное выпадение и вырубка соседних деревьев также влияют на ширину колец - при образовании «окна» рядом с растущим деревом, оно начинает активно расти, прибавляя в росте, как в высоту, так и в толщину.
1.4. Определение возраста дерева по годовым кольцам.
Природа сделала деревья своими летописцами. Каждый год своей жизни дерево заносит в свой «дневник», в котором страницами служат годовые кольца. Каждое такое кольцо - это файл памяти, в котором хранятся данные о климатических условиях прошлого - температуре, осадках, влажности и составе почвы, солнечной активности и даже химическом составе земной атмосферы.
Одно годичное кольцо, соответствующее одному периоду роста (году), а общее число годичных колец дерева соответствует числу лет его жизни.
По количеству годичных колец на спиле дерева в нижней части ствола можно приблизительно судить о возрасте дерева. Точный возраст определить сложно, так как иногда образуются ложные годичные кольца, что связано с приостановлением деления клеток камбия в случае отмирания листьев в весенние заморозки либо при объедании листьев вредителями. Также по количеству годичных колец можно сделать вывод о темпах роста дерева и условиях его жизни в зависимости от того, на каком уровне спил был сделан.
Глава 2. Методика проведенных исследований.
2.1. Краткое описание практикума.
Выполнение работы осуществлялось 14 мая 2012 года. В работе использовались образцы спилов березы. Санитарная вырубка деревьев производилась во дворе дома №113 по улице Коммунальной и по улице Паркой, на территории дендропарка поселка. Именно с этих участков были взяты образцы спилов.
Работали двумя группами. В роли инструкторов выступили члены научного общества учащихся «Юный путешественник». Для исследования использовали образец спила дерева, линейку, карандаш.
2.2. Методика изучения динамики роста дерева по годичным кольцам.
Исследовательская работа была выполнена с использованием методического пособия «Изучение динамики роста дерева по годичным кольцам». Авторы: А.С.Боголюбов, Н.С.Лазарева («Экосистема», 2001).
План выполнения работы:
1 . Подготовка спила . В лесу надо найти поваленное или стоящее сухое дерево, у которого можно определить год отмирания. Если на дереве сохранилась хвоя или сухие листья, то оно погибло недавно и годом его гибели можно считать текущий год. Если хвои и листьев нет, но сохранились самые мелкие веточки, то оно погибло в прошлом году. Более старые деревья лучше не использовать, так как точно определить год гибели дерева невозможно и все дальнейшие старания будут сведены на «нет» отсутствием «точки отсчета».
Спил ствола делают как можно ближе к основанию дерева, так как желательно как можно точнее знать год рождения дерева. Однако в любом случае при последующем расчете года рождения дерева к возрасту ствола на уровне среза прибавляют несколько лет - пока дерево доросло до высоты спила. Расстояние в полметра соответствует примерно 5-7 годам, около метра -10-12.
2. Подсчет ширина колец. Проводят эту работу вдвоем: один проводит измерения, другой ведет записи под диктовку. Организуют измерения в следующем порядке. Вначале тонким карандашом намечают линию, по которой будут 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.
Затем к внешнему краю последнего (наружного) кольца прикладывают линейку с хорошо различимыми миллиметровыми делениями (например, металлическую). Ноль линейки должен совпадать с внешним краем последнего кольца.
Рис. 4. Подсчет ширина колец.
Для фиксации измерений заполнить таблицу:
Таблица №1.
Динамика роста дерева.
Год | Метка | Прирост |
В графе "год" заранее указывают все годы, начиная с года гибели дерева – «вглубь времени», вплоть до года рождения дерева, который точно устанавливают после окончания измерений.
В графу "метка" записывают данные о положении границы очередного годичного кольца на линейке (в миллиметрах). Такой подсчет производят последовательно от самого последнего (внешнего), до самого первого кольца (в центре спила).
После завершения расчета положения колец по линии радиуса (после заполнения графы "метка") приступают к расчету годичных приростов. Делают это с помощью калькулятора, вычитая из значения каждого более старого кольца значение расположения более молодого.
3. Построение графика. На основании полученных данных о приросте строится график динамики роста дерева по годам. По оси абсцисс откладываются годы - слева направо от года рождения дерева до последнего года его жизни. По оси ординат откладываются абсолютные значения прироста - в миллиметрах.
4. Интерпретация данных. Проанализировать динамику роста деревьев в связи с изменениями внешних факторов. Провести сравнительный анализ динамики роста различных деревьев с попыткой выявления общих закономерностей их развития. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.
Глава 3. Результаты и их обсуждение.
Площадка 1. Улица Коммунальная, дом №113.
Первая группа исследовала образец спила березы с улицы Коммунальной. Произвели подсчет ширины годовых колец. По результатам подсчетов заполнили таблицу:
Таблица №2.
Динамика роста дерева. Площадка 1. Улица Коммунальная, дом №113.
Год | Метка | Прирост | Год | Метка | Прирост | Год | Метка | Прирост |
2012 | 1995 | 23,4 | 1978 | 69,4 | ||||
2011 | 1994 | 24,6 | 1977 | 73, 1 | ||||
2010 | 1993 | 26,1 | 1976 | 78,3 | ||||
2009 | 1992 | 28,5 | 1975 | 83,2 | ||||
2008 | 1991 | 31,1 | 1974 | 85,2 | ||||
2007 | 1990 | 34,0 | 1973 | 86,0 | ||||
2006 | 1989 | 36,5 | 1972 | 86,7 | ||||
2005 | 1988 | 39,0 | 1971 | 89,2 | ||||
2004 | 1987 | 42,8 | 1970 | 93,5 | ||||
2003 | 10,7 | 1986 | 44,2 | 1969 | 97,0 | |||
2002 | 12,1 | 1985 | 46,2 | 1968 | 101,1 | |||
2001 | 14,1 | 1984 | 49,8 | 1967 | 104,4 | |||
2000 | 15,7 | 1983 | 53,2 | 1966 | 106,9 | |||
1999 | 16,4 | 1982 | 56,3 | 1965 | 109,1 | |||
1998 | 17,8 | 1981 | 58,2 | 1964 | 113,3 | |||
1997 | 19,8 | 1980 | 62,4 | 1963 | 115,1 | |||
1996 | 21,1 | 1979 | 65,2 | 1962 | 118,6 | |||
1961 | 123,2 |
Рис. 5. Динамика роста березы. Улица Коммунальная.
Анализируя полученный график, отмечаем годы с минимальными приростами: 1973, 1974, 2009, 2010, 2011 года. Выделим периоды замедленного роста березы: 1973-1974 г.г. (2 года); 2009-2010-2011 (3 года).
Попытаемся выяснить причины замедленного роста березы. Всякие неблагоприятные обстоятельства, как, например, угнетение, засухи, заморозки, повреждения насекомыми, болезни и прочее, уменьшают ширину годичных колец.
Рис. 6. Метеостанция поселка Анна.
Данные, полученные с муниципальной метеостанции, позволили определить неблагоприятные факторы, повлиявшие на рост березы. Лето 1972 года считается одним из самых засушливых в Черноземье за последние сто лет. Сухая весна, отсутствие осадков более 60 дней привели к засухе.
По методике расчет годичных приростов производится путем вычитания из значения каждого более старого кольца значение расположения более молодого. Поэтому прирост с 1972 по 1973 год (1 год) записан в графе «Год» - 1973 и равен 0,7.
Достаточно жаркое лето отмечалось и в 1973 году. Поэтому прирост с 1973 по 1974 год равен 0,8.
Среди различных факторов, способствующих росту дерева, главнейшую роль играют свет, тепло и влажность. А так же в молодом возрасте дерево образует обычно более широкие годовые слои, чем впоследствии. Это легко прослеживается по таблице и графику. С 1962 по 1972 год прирост изменялся от 2,5 до 4,6. Самые высокие показатели прироста приходятся на этот временной отрезок. Позднее прирост заметно уменьшается. Соседние деревья подросли в высоту и условия освещения кроны ухудшились.
Низкий прирост отмечается с 2009 по 2011 год. Жаль, что данными муниципальной метеостанции, в связи с закрытием, воспользоваться невозможно. Будем использовать результаты наблюдения за погодой, полученные членами НОУ «Юный путешественник».
Рис. 7. Снятие показаний приборов.
Аномальная жара отмечалась в Воронежской области в конце лета 2009 года и летом 2010 года. Осень 2009 года была сухой, суровое бесснежное начало зимы «выдавило» из почвы остатки влаги, а выпавший в середине зимы снег не пропитал промерзшую почву и сошел с весенним паводком. Зима 2010 выдалась очень морозная, особенно февраль. Такие неблагоприятные условия привели к гибели многих деревьев, в том числе и на исследуемом участке.
По нашим подсчетам год посадки дерева - 1962. Учтем одно важное условие. Пользуясь методикой, при последующем расчете года рождения дерева к возрасту ствола на уровне среза прибавляют несколько лет - пока дерево доросло до высоты спила. Расстояние в полметра соответствует примерно 5-7 годам, около метра - 10-12. Образец спила был взят на высоте не более 40 см от поверхности земли. Возраст дерева – 50 лет (по нашим расчетам). Соответственно: 50 лет+5 лет=55 лет или 1962 год – 5 лет =1957 год (год посадки)
Члены НОУ «Юный путешественник» побеседовали с жителями дома №113 по улице Коммунальная и выяснили, что дом построен в 1959 году и весной этого же года посажена аллея из берез и тополей.
Следует обратить внимание на погрешность, связанную с тем, что за один год могут образоваться два слоя или образования слоев не происходит. Последнее обычно является следствием недостаточного питания дерева. Чаще встречается удвоение годового слоя, которое происходит, например, если молодая листва объедается насекомыми или побивается весенними заморозками и взамен нее из запасных почек развиваются новые листья.
Площадка 2. Улица Парковая. Дендропарк поселка Анна.
Вторая группа исследовала образец спила березы с улицы Парковой. Произвели подсчет ширины годовых колец. По результатам подсчетов заполнили таблицу:
Таблица №3.
Динамика роста дерева. Площадка 2. Улица Парковая. Дендропарк поселка Анна.
Год | Метка | Прирост | Год | Метка | Прирост | Год | Метка | Прирост |
2012 | 1979 | 49,6 | 1946 | 141,6 | ||||
2011 | 1978 | 52,5 | 1945 | 145,9 | ||||
2010 | 1977 | 55,0 | 1944 | 149,4 | ||||
2009 | 1976 | 57,5 | 1943 | 152,4 | ||||
2008 | 1975 | 60,8 | 1942 | 155,6 | ||||
2007 | 1974 | 61,7 | 1941 | 159,4 | ||||
2006 | 1973 | 62,3 | 1940 | 162,6 | ||||
2005 | 1972 | 65,2 | 1939 | 166,2 | ||||
2004 | 1971 | 67,7 | 1938 | 170,4 | ||||
2003 | 1970 | 70,4 | 1937 | 174,4 | ||||
2002 | 1969 | 73,5 | 1936 | 178,3 | ||||
2001 | 10,7 | 1968 | 77,0 | 1935 | 181,8 | |||
2000 | 11,9 | 1967 | 79,9 | 1934 | 185,2 | |||
1999 | 13,4 | 1966 | 82,9 | 1933 | 188,9 | |||
1998 | 14,7 | 1965 | 86,3 | 1932 | 192,3 | |||
1997 | 16,7 | 1964 | 89,1 | 1931 | 196,4 | |||
1996 | 18,3 | 1963 | 90,9 | 1930 | 200,0 | |||
1995 | 19,0 | 1962 | 93,3 | 1929 | 204,0 | |||
1994 | 19,9 | 1961 | 96,1 | 1928 | 207,7 | |||
1993 | 21,8 | 1960 | 99,1 | 1927 | 211,6 | |||
1992 | 23,2 | 1959 | 101,8 | 1926 | 215,7 | |||
1991 | 24,9 | 1958 | 104,2 | 1925 | 219,8 | |||
1990 | 27,1 | 1957 | 107,1 | 1924 | 223,6 | |||
1989 | 29,6 | 1956 | 110,6 | 1923 | 227,8 | |||
1988 | 31,5 | 1955 | 114,2 | 1922 | 232,6 | |||
1987 | 33,2 | 1954 | 117,2 | 1921 | 237,8 | |||
1986 | 35,2 | 1953 | 120,3 | 1920 | 242,8 | |||
1985 | 37,4 | 1952 | 123,1 | 1919 | 247,6 | |||
1984 | 39,9 | 1951 | 125,6 | 1918 | 252,0 | |||
1983 | 41,8 | 1950 | 128,3 | 1917 | 256,8 | |||
1982 | 43,5 | 1949 | 131,4 | 1916 | 262,0 | |||
1981 | 45,5 | 1948 | 134,2 | 1915 | 267,7 | |||
1980 | 47,7 | 1947 | 137,4 | 1914 | 273,4 |
На основании данных таблицы построили график:
Рис. 8. Динамика роста березы. Улица Парковая.
Анализируя полученный график, отмечаем годы с минимальными приростами: 1973, 1974, 1994, 1995, 2009, 2010, 2011 года. Выделим периоды замедленного роста березы: 1973-1974 (2 года), 1994-1995 (2 года), 2009-2010-2011 (3 года). Причин, влияющих на снижение прироста березы, достаточно много. Мы смогли исследовать влияние только климатических условий на снижение или увеличение прироста. Неблагоприятные климатические условия: сильная засуха летом 1972-1973 г.г.; морозная зима 1994 года; жаркое лето 2009 года; засуха 2010 года; засушливая осень 2009 года; холодная вторая половина зимы 2010 годы.
Незначительное снижение прироста отмечается с 1957 года. Причина – снижение освещенности кроны дерева за счет значительной высоты соседних деревьев.
Годовые кольца данного образца отличаются разной шириной годовых слоев. По ширине колец можно определить стороны горизонта. Такие кольца образуются в результате неравномерного освещения, плотной посадки соседних деревьев.
Максимальный прирост отмечается вплоть до 1946 года. Это связано с молодым возрастом дерева. Начиная с 1957 год по 1987 год, показатели прироста практически не изменяются, потому что дерево гармонично развивается и внешние условия не изменяются.
По нашим подсчетам дерево посажено в 1914 году, ему 92 года. Пользуясь методикой, при последующем расчете года рождения дерева к возрасту ствола на уровне среза прибавляют несколько лет - пока дерево доросло до высоты спила. Расстояние в полметра соответствует примерно 5-7 годам, около метра - 10-12.
Образец спила был взят на высоте не более 40 см от поверхности земли. Возраст дерева – 92 года (по нашим расчетам). Соответственно: 92 года+5 лет=97 лет или 1914 год – 5 лет =1909 год (год посадки)
По данным Первомайского лесничества и поселковой администрации, данный выдел парка засажен березой бородавчатой в 1909 году.
Вспомним историю парка. Парк выделялся по своей планировке. Свободная ландшафтная композиция складывалась из луговых площадок и групп деревьев, так называемых «выделов», их всего 50. В каждую группу входила преимущественно одна порода, а соседние группы не повторяли одна другую. Березовая роща соседствовала с группой лиственниц, дубы с елями и так далее. Поэтому угнетение берез другими видами деревьев не наблюдалось.
Вывод: динамика роста деревьев зависит от изменения внешних факторов.
Выводы по работе:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
МКОУ «Аннинская СОШ с УИОП» Изучение динамики роста деревьев по годовым кольцам Автор: Ученица 10 «В» класса Сидоренкова Ольга Научный руководитель: Учитель географии Безуглова Надежда Николаевна Анна 2013
Цель: изучить динамику роста деревьев по годовым кольцам на примере березы бородавчатой. Задачи: изучить информацию по данной теме в литературных источниках и Интернете; познакомиться с методикой выполнения работы; подсчитать количество и измерить ширину годичных колец (годовых приростов); составить график динамики роста дерева по годам; проанализировать динамику роста деревьев в связи с изменениями внешних факторов; провести сравнительный анализ динамики роста различных деревьев с попыткой выявления общих закономерностей их развития; п роанализировать полученные результаты и сделать выводы.
Гипотеза: динамику роста деревьев определяют внешние факторы. Объект исследования: береза. Предмет исследования: годовые кольца на спиле дерева.
Актуальность работы:
Обзор источников информации по теме исследования. Годичные кольца, годовые слои у растений - это зоны прироста древесины, вызванные сезонной периодичностью деятельности камбия в результате смены тёплого и холодного времён года. Годичные к ольца – что это такое? Как образуются годичные кольца? Ширина годичных колец. Определение возраста дерева по годовым кольцам.
Методика проведенных исследований. Краткое описание практикума. Площадка 1. Улица Коммунальная дом №113 Площадка 2. Улица Парковая.
Методика изучения динамики роста дерева по годичным кольцам. Исследовательская работа была выполнена с использованием методического пособия «Изучение динамики роста дерева по годичным кольцам». Авторы: А.С.Боголюбов, Н.С.Лазарева («Экосистема», 2001).
План выполнения работы: 1 . Подготовка спила. В лесу или на улице надо найти поваленное или стоящее сухое дерево, у которого можно определить год отмирания.
2. Подсчет ширины колец. Вначале тонким карандашом намечают линию, по которой будут проводиться измерения. Линия должна проходить точно от центра спила до его внешнего края (по радиусу). Линия подсчетов должна проходить по максимально "среднему" сектору древесины.
Затем к внешнему краю последнего (наружного) кольца прикладывают линейку с хорошо различимыми миллиметровыми делениями (например, металлическую). Ноль линейки должен совпадать с внешним краем последнего кольца.
Год Метка Прирост Для фиксации измерений заполнить таблицу: Динамика роста дерева. В графе "год" заранее указывают все годы, начиная с года гибели дерева – «вглубь времени», вплоть до года рождения дерева, который точно устанавливают после окончания измерений. В графу "метка" записывают данные о положении границы очередного годичного кольца на линейке (в миллиметрах). Такой подсчет производят последовательно от самого последнего (внешнего), до самого первого кольца (в центре спила). После завершения расчета положения колец по линии радиуса (после заполнения графы "метка") приступают к расчету годичных приростов. Делают это с помощью калькулятора, вычитая из значения каждого более старого кольца значение расположения более молодого.
3 . Построение графика. На основании полученных данных о приросте строится график динамики роста дерева по годам. По оси абсцисс откладываются годы - слева направо от года рождения дерева до последнего года его жизни. По оси ординат откладываются абсолютные значения прироста - в миллиметрах. 4. Интерпретация данных. Проанализировать динамику роста деревьев в связи с изменениями внешних факторов. Провести сравнительный анализ динамики роста различных деревьев с попыткой выявления общих закономерностей их развития. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы. Годы жизни дерева Прирост. мм
Результаты и их обсуждение. Площадка 1. Улица Коммунальная, дом №113. Динамика роста дерева.
График динамики роста березы
Дневник погоды в Анне за Май 2012 г Наблюдение за погодой на территории школы
Анализ графика: 1. Годы с минимальными приростами: 1973, 1974, 2009, 2010, 2011 года. 2. П ериоды замедленного роста березы: 1973-1974 г.г. (2 года); 2009-2010-2011 (3 года). Факторы, повлиявшие на минимальный прирост и замедление роста березы: 1. Лето 1972 года считается одним из самых засушливых в Черноземье за последние сто лет. Сухая весна, отсутствие осадков более 60 дней привели к засухе. 2. Достаточно жаркое лето отмечалось и в 1973 году. 3. Низкий прирост отмечается с 2009 по 2011 год. Аномальная жара отмечалась в Воронежской области в конце лета 2009 года и летом 2010 года. Осень 2009 года была сухой, суровое бесснежное начало зимы «выдавило» из почвы остатки влаги, а выпавший в середине зимы снег не пропитал промерзшую почву и сошел с весенним паводком. Зима 2010 выдалась очень морозная, особенно февраль.
3. Высокие показатели прироста 1962 по 1972 год. Факторы, повлиявшие на максимальный прирост и ускорение роста березы: 1 . В молодом возрасте дерево образует обычно более широкие годовые слои, чем впоследствии. 2. До 1972 показатели прироста были высокими еще по одной причине. Не было сильного угнетения березы со стороны соседних деревьев. Потому что высота деревьев в этот период была незначительная.
По нашим подсчетам год посадки дерева - 1962. Пользуясь методикой, при последующем расчете года рождения дерева к возрасту ствола на уровне среза прибавляют несколько лет - пока дерево доросло до высоты спила. Расстояние в полметра соответствует примерно 5-7 годам, около метра - 10-12. Образец спила был взят на высоте не более 40 см от поверхности земли. Возраст дерева – 50 лет (по нашим расчетам). Соответственно: 50 лет+5 лет=55 лет или 1962 год – 5 лет =1957 год (год посадки) Внимание! Погрешность. Члены НОУ «Юный путешественник» побеседовали с жителями дома №113 по улице Коммунальная и выяснили, что дом построен в 1959 году и весной этого же года посажена аллея из берез и тополей.
Площадка 2. Улица Парковая. Дендропарк поселка Анна. Динамика роста дерева.
График динамики роста березы
Анализ графика: 1. Годы с минимальными приростами: 1973, 1974, 1994, 1995, 2009, 2010, 2011 года. 2. П ериоды замедленного роста березы: 1973-1974 г.г. (2 года); 1994-1995 (2 года) ; 2009-2010-2011 (3 года). Факторы, повлиявшие на минимальный прирост и замедление роста березы: 1. Неблагоприятные климатические условия: сильная засуха летом 1972-1973 г.г.; морозная зима 1994 года; жаркое лето 2009 года; засуха 2010 года; засушливая осень 2009 года; холодная вторая половина зимы 2010 года. 2. Незначительное снижение прироста отмечается с 1957 года. Причина – снижение освещенности кроны дерева за счет значительной высоты соседних деревьев. 3. Годовые кольца данного образца отличаются разной шириной годовых слоев. Такие кольца образуются в результате неравномерного освещения, плотной посадки соседних деревьев.
Факторы, повлиявшие на максимальный прирост и ускорение роста березы: 1 . В молодом возрасте дерево образует обычно более широкие годовые слои, чем впоследствии. 3. Максимальный прирост отмечается вплоть до 1946 года. 2. Начиная с 1957 год по 1987 год показатели прироста практически не изменяются, потому что дерево гармонично развивается и внешние условия не изменяются.
По нашим подсчетам год посадки дерева – 1914, возраст дерева - 92 года. Пользуясь методикой, при последующем расчете года рождения дерева к возрасту ствола на уровне среза прибавляют несколько лет - пока дерево доросло до высоты спила. Расстояние в полметра соответствует примерно 5-7 годам, около метра - 10-12. Образец спила был взят на высоте не более 40 см от поверхности земли. Возраст дерева – 92 года (по нашим расчетам). Соответственно: 92 года +5 лет=97 лет или 1914 год – 5 лет =1909 год (год посадки) По данным Первомайского лесничества и поселковой администрации, данный выдел парка засажен березой бородавчатой в 1909 году.
Выводы по работе: Для написания работы познакомились с информацией по данной теме в литературных источниках и Интернете; познакомились с методикой выполнения работы «Изучение динамики роста дерева по годичным кольцам»; подсчитали количество и измерили ширину годичных колец (годовых приростов) образцов спилов двух площадок; составили графики прироста деревьев по годам на двух площадках; проанализировали динамику роста деревьев с изменением внешних факторов; определили физические факторы среды произрастания древесных растений, которые оказывают влияние на рост и формирование годичных колец деревьев, существенно изменяя их строение; данная методика позволяет определить возраст по годичным кольцам, но с погрешностями в измерениях, в связи с влияниями внешних и внутренних факторов на дерево.
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.
«Средняя общеобразовательная школа им. Новикова Р.А.
с. Ковылино Чернянского района Белгородской области»
Исследовательская работа
«Изучение динамики роста дерева по годичным кольцам»
Выполнила:
Сбитнева Светлана,
ученица 10 класса
Руководитель:
Гревцева В.А,
учитель биологии
Содержание.
1. Введение.
2. Подготовка спила.
3. Подсчет годичных колец.
4. Построение графика.
Цель работы: подготовить спилы стволов деревьев с последующим
подсчетом и измерением ширины годичных колец (годовых
приростов).
Годичные кольца, видимые на поперечном спиле ствола дерева, растущего в умеренной климатической зоне, появляются в результате того, что в течение одного вегетационного сезона прирост дерева в толщину осуществляется неодинаково. В начале лета рост ствола в толщину идет за счет крупных рыхлых клеток, которые в последующем имеют светлый оттенок. В конце вегетационного сезона – осенью – образующиеся клетки древесины мельче, а оболочки у них толще, чем весной и летом. Цвет этих клеток темнее, чем тех, которые образовались в начале лета. Таким образом, годичное кольцо имеет светлую и темную составляющую, и в результате этого на спиле дерева мы можем видеть границы годичных колец.
Такие видимые годичные кольца образуются только в тех зонах Земли, где есть четкая смена сезонов. В районах без четкой смены сезонов, например на экваторе, годичные кольца на деревьях также образуются, но они практически не видны – древесина имеет темную окраску.
По количеству годичных колец на спиле ствола можно довольно точно определить возраст дерева. Кроме того, ширина одного годичного кольца, то есть годового прироста дерева, колеблется из года в год. Она зависит от состояния дерева в данный вегетационный сезон, что, в свою очередь, зависит от климатических особенностей года, здоровья дерева и многих других факторов.
Каждый год у дерева вырастает наружный слой древесины в виде кольца, поэтому его и называют годичным. Сосчитав число колец, мы точно узнаем возраст дерева. Но не у всех деревьев бывают годичные кольца, и не всегда они именно годичные.
Каждое годичное кольцо состоит из двух частей: светлой и рыхлой (это внутренняя часть кольца) и более темной и плотной (наружная часть). Эти две части одного и того же кольца образовались в разное время: светлая и более рыхлая – весной и летом; темная-осенью. Зимой в нашем климате дерево не растет. В тропическом климате, где нет зимы, дерево растет все время, и у большинства тропических деревьев нет заметных годичных слоев.
Между древесиной и корой дерева расположена особая ткань, состоящая из живых клеток, способных к делению и росту. Эту ткань называют камбием. Она образует вокруг древесины очень узкое кольцо, которое можно увидеть лишь с помощью лупы. При делении клеток камбия образуются как древесинные клетки, так и клетки коры. Но клетки, которые вырабатывают камбий, различны. В одном случае создаются клетки, из которых состоит проводящая ткань, т. е. такая, по которой движутся различные соки дерева и питательные вещества; в другом-ткани механические, придающие крепость стволу.
Возникновение клеток проводящей и механической ткани совсем не случайно.
Весной, когда прекращаются морозы и оттаивает земля, дерево начинает жить: открывается движение соков, распускаются листья, проходит цветение, появляются новые побеги. В это время дерево нуждается в ускоренной передаче из корней к ветвям воды и питательных веществ. Поэтому камбий вырабатывает много клеток для построения проводящей ткани, состоящей из широкопросветных сосудов, в которых может поместиться большое количество необходимых соков. Они-то и создают внутреннюю, весеннюю часть годичного кольца. К осени образуются узкопросветные сосуды, которые придают прочность стволу, Клетки механической ткани имеют утолщенные стенки, полости у них значительно меньше. Эти клетки создают наружную уплотненную, осеннюю часть годичного кольца. На следующий год вновь образуются сперва клетки проводящей ткани, а затем механической.
Таким образом, границей между древесиной двух смежных лет является линия соприкосновения клеток, образовавшихся осенью предыдущего года, с клетками, отложенными весной последуюшего года. На срезе дерева она видна невооруженным глазом. А еще лучше граница между соседними годичными слоями древесины заметна под микроскопом.
У хвойных древесных пород – сосны, ели, пихты, кедра и лиственницы – поздняя (осенняя) древесина окрашена в более темный цвет, чем весенняя, и поэтому годичные кольца у них всегда хорошо видны. У лиственных пород, например у дуба и ясеня, годичные кольца также хорошо видны, потому что в весенней части древесины у этих растений сосредоточено большое количество крупных сосудов. У других же, например осины, березы, липы, ивы, сосуды мелкие и годичные кольца трудноразличимы. Для того чтобы граница между кольцами выступала резче, такую древесину нужно окрасить (например, химическим карандашом).
Как изменяется с возрастом ствол дерева.
Ученые, изучая ход прироста дерева, исследуют не только толщину ствола, но и его высоту в разные периоды жизни, а также внешний вид, форму и объем.
Ежегодно прирастающая древесина, как чехлом, одевает ствол дерева, и наружные части его являются самыми молодыми, а внутренние, расположенные ближе к сердцевине, -- старыми.
Если бы мы распилили ствол дерева вдоль, то увидели бы целый ряд конусов, закрывающих один другого. Каждый из этих конусов отражает форму ствола дерева в разные периоды его жизни. Иначе говоря, на продольном разрезе ствола видно, как ежегодно меняется высота, толщина и форма ствола дерева. Поэтому на таком продольном разрезе можно увидеть и измерить изменения дерева в толщину и высоту.
Распилить вдоль целый древесный ствол, да еще по самой его сердцевине, -- дело довольно трудное. Обычно поступают проще. Поперек ствола срубленного дерева через каждые один или два метра выпиливают кружки. Нижний кружок выпиливают у самого корня - он будет самым большим. Например, у срубленной сосны на нижнем кружке 120 годичных колец, а на следующем, который выпилили на высоте 2 м, колец меньше, на следующем – еще меньше и, наконец, на последнем, четырнадцатом кружке, находящемся на расстоянии 0,5 м от вершины, колец совсем мало – всего 12.
Что это значит? Если на нижнем кружке 120 годичных колец, т. е. дереву сейчас сто двадцать лет, а на последнем кружке – 12 годичных колец, то за последние 12 лет дерево выросло всего на 0,5 м, так как от последнего кружка до вершины было всего 0,5 м. Высота же дерева в 108 лет (120-12) была той, на которой выпилили последний кружок. На следующем от вершины кружке можно насчитать уже 26 колец. Это значит, что дерево в возрасте 94 лет (120-26) имело высоту, с которой взят кружок с 26 годичными кольцами. И так далее.
Следовательно, мы всегда можем узнать возраст дерева на высоте выпиленного нами кружка.
Еще один пример. Спилили дерево. На самом нижнем кружке (или на пне) насчитали 62 кольца. Значит, дерево имело 62 года.
Подготовка спила.
В лесу найдем поваленное или стоящее сухое дерево, у которого можно определить год отмирания. Если на дереве сохранилась хвоя, то оно погибло недавно и годом его гибели можно считать текущий год. Если хвои нет, но сохранились самые мелкие веточки, то оно погибло в прошлом году. Если мелких веточек и хвои нет, но кора хорошо сохранилась, то около двух лет назад. Более старые деревья лучше не использовать, так как точно определить год гибели дерева невозможно все дальнейшие старания будут сведены на нет отсутствием «ТОЧКИ ОТСЧЕТА» ХРОНОЛОГИЧЕСКОЙ ШКАЛЫ.
Идеальным вариантом для приготовления спила можно считать свежеупавшие ветровальные деревья. Они погибают «не своей смертью» , т.е. не от болезней и вредителей, а под влиянием внешних сил.
Спил ствола делаем как можно ближе к основанию дерева, так как желательно как можно точнее знать год рождения дерева. Однако, в любом случае при последующем расчете года рождения дерева к возрасту ствола на уровне среза прибавляют несколько лет – пока дерево доросло до высоты спила. Расстояние в пол метра соответствует примерно 5 – 7 годам, около метра – 10-12.
Спил делаем механической пилой.
Для изготовления учебного спила (т.е. не одноразового исследования, а для хранения и последующего многократного изучения школьниками) заготовляем диск, т.е распиливаем спил дважды, делая два параллельных спила на расстоянии примерно 10 см друг от друга.
Подсчет ширины колец.
Самая ответственная процедура при выполнении данного задания – подсчет ширины годичных колец.
Вначале тонким карандашом намечаем линию, по которой будут 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.
Затем к внешнему краю последнего (наружнего) кольца прикладываем линейку с хорошо различимыми миллиметровыми делениями. Ноль линейки должен совпадать с внешним краем последнего кольца.
Вывод: ширина годичных колец с освещенной стороны дерева больше, чем с теневой, поэтому по пням, оставшимся от одиноко стоящих деревьев, можно определить, где север и юг. Пока молодое деревце живет в тени, кольца узкие, когда света начинает доставаться больше – они становятся шире. Следует отметить годы с минимальными и максимальными приростами, периоды замедленного и ускоренного роста дерева. Ширина годичных колец зависит еще от климатических и погодных условий произрастания.
.jpg)
