Изучение динамики роста деревьев по годовым кольцам

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

Содержание:

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:

1. изучить информацию по данной теме в литературных источниках и Интернете.
2. познакомиться с методикой выполнения работы;
3. подсчитать количество и измерить ширину годичных колец (годовых приростов);
4. составить график динамики роста дерева по годам;
5. проанализировать динамику роста деревьев в связи с изменениями внешних факторов;
6. провести сравнительный анализ динамики роста различных деревьев с попыткой выявления общих закономерностей их развития.
7. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.

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. [4]

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.

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.

На основании данных таблицы построили график:

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.

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:

1. Для написания работы познакомились с информацией по данной теме в литературных источниках и Интернете;
2. познакомились с методикой выполнения работы «Изучение динамики роста дерева по годичным кольцам»;
3. подсчитали количество и измерили ширину годичных колец (годовых приростов) образцов спилов двух площадок;
4. составили графики прироста деревьев по годам на двух площадках;
5. проанализировали динамику роста деревьев с изменением внешних факторов;
6. определили физические факторы среды произрастания древесных растений, которые оказывают влияние на рост и формирование годичных колец деревьев, существенно изменяя их строение. К ним относят: температурное воздействие (это могут быть низовые пожары, приводящие к локальным нагревам ствола дерева, что вызывает гибель камбиальных клеток и клеток формирующегося кольца текущего года); прямое механическое воздействие. Часто возникает в результате оползней, камнепадов. Приводит к гибели камбиальных клеток и деформации или гибели клеток формирующегося годичного кольца; радиационное воздействие (при высоких дозах возникают анатомические нарушения структуры годичных колец); географическое место произрастания дерева (существуют значительные отличия в меридиональном распределении интенсивности солнечной радиации, что обуславливает различие в распределении тепла и влаги); почвы (механическое строение и химический состав почвы определяют её влагоёмкость и, как следствие, количество доступной воды для древесных растений); температура и осадки (динамика которых во время вегетационного периода наиболее сильно влияет на формирование годичных колец) и др.
7. в ходе выполнения работы установили, что точно определить возраст дерева по годовым кольцам невозможно.

Список использованных источников информации:

1. http://sovetj.ru/?p=859;

2. http://www.sciencesearth.com/?page_id=78;

3.http://delostroika.ru/org/dreved/drev-makro/3974-godovye-sloi-dereva-rannyaya-i-pozdnyaya-drevesina.html;

4. http://mnogoslow.ru/slovo/slovo011213.html

5. http://www.dissland.com/catalog/rentgenograficheskiy_i_gistometricheskiy_analiz_strukturi_godichnih_kolets_drevesini_hvoynih.html;

6. http://www.vseslova.com/brokgauz_efron4/page/vozrast_derevev.43397,

7. http://technoinschool.info/derevoidrevesina/stroeniedrevesiny?fontstyle=f-smaller;

8. А.С.Боголюбов, Н.С.Лазарева. Изучение динамики роста дерева по годичным кольцам. - М.: Экосистема, 2001.