засуха є метеорологічним явищем, надавав і продовжує надавати колосальний вплив на життя людського суспільства. Це явище розбивається на комплекс под'явленій, наприклад, посуха ґрунтова і атмосферна, посуха зимова та ін. Фізіологічно різний ефект надає посуха в різні періоди вегетаційного сезону. фізіологічно значиму посуху складно описати в кількісних характеристиках метеопараметров, так як ефекти взаємодії екологічних факторів в екосистемі можуть змінювати реакцію рослини на чітко поставлене обмежений набір значень метеопараметров. Особливості протікання процесів фотосинтезу і транспірації зумовлюють, що функція, що моделює мінливість річних кілець від року до року, завжди і за будь-яких умовах буде містити в собі засухозавісімую змінну. Дендрокліматіческіе дослідження можуть бути спрямовані або на сепарування засухозавісімого кліматичного сигналу з хронології, або, навпаки, на пошук хронологий з «чистим» легко зчитується засухозавісімим сигналом. Завдяки своїм ретроспективним можливостям дендрокліматіческіе дослідження перспективні для дослідження засух, у тому числі й засух впливають на врожайність сільськогосподарських культур. Подібного роду дослідження в подальшому можуть дати інформацію для прогнозування врожаю зернових.

Анотація наукової статті по сільському господарству, лісовому господарству, рибному господарству, автор наукової роботи - Румянцев Д.Е.


FOREST, DROUGHT, GRAIN CROP AND DENDROCHRONOLOGY

Drought is a meteorological phenomenon that had and continues to have a tremendous impact on the life of human society. This phenomenon is divided into a complex of appearances, for example, soil and atmospheric drought, winter drought, etc. The drought during different periods of the growing season has a physiologically different effect. Physiologically significant drought is difficult to describe in quantitative characteristics of meteorological parameters since the effects of the interaction of environmental factors in an ecosystem can change the response of a plant to a clearly defined, limited set of meteorological parameters. Features of the processes of photosynthesis and transpiration determine that the function simulating the variability of growth rings from year to year, always and under any conditions will contain a drought-dependent variable. Dendroclimatic studies can be directed either to the separation of the drought-dependent climate signal from the chronology, or, conversely, to the search for chronologies with a "clean" easily readable drought-dependent signal. Due to its retrospective capabilities, dendroclimatic studies are promising for the study of droughts, including droughts affecting crop yields. Studies of this kind in the future can provide information for predicting the grain yield.


Область наук:
  • Сільське господарство, лісове господарство, рибне господарство
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: Міжнародний науково-дослідний журнал

    Наукова стаття на тему 'ЛІС, ЗАСУХА, УРОЖАЙ ЗЕРНОВИХ І дендрохронології'

    Текст наукової роботи на тему «ЛІС, ЗАСУХА, УРОЖАЙ ЗЕРНОВИХ І дендрохронології»

    ?DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2019.81.3.014

    ЛІС, ЗАСУХА, УРОЖАЙ ЗЕРНОВИХ І дендрохронології

    Наукова стаття

    Румянцев Д.Є. *

    Митіщинській філія МГТУ ім. Баумана, кафедра лісівництва екології та захисту лісу, Митищі, Росія

    * Корреспондирующий автор (dendro15 [at] list.ru)

    анотація

    Засуха є метеорологічним явищем, надавав і продовжує надавати колосальний вплив на життя людського суспільства. Це явище розбивається на комплекс под'явленій, наприклад, посуха ґрунтова і атмосферна, посуха зимова та ін. Фізіологічно різний ефект надає посуха в різні періоди вегетаційного сезону. Фізіологічно значиму посуху складно описати в кількісних характеристиках метеопараметров, так як ефекти взаємодії екологічних факторів в екосистемі можуть змінювати реакцію рослини на чітко поставлене обмежений набір значень метеопараметров. Особливості протікання процесів фотосинтезу і транспірації зумовлюють, що функція, що моделює мінливість річних кілець від року до року, завжди і за будь-яких умовах буде містити в собі засухозавісімую змінну. Дендрокліматіческіе дослідження можуть бути спрямовані або на сепарування засухозавісімого кліматичного сигналу з хронології, або, навпаки, на пошук хронологий з «чистим» легко зчитується засухозавісімим сигналом. Завдяки своїм ретроспективним можливостям дендрокліматіческіе дослідження перспективні для дослідження посух, в тому числі і засух впливають на врожайність сільськогосподарських культур. Подібного роду дослідження в подальшому можуть дати інформацію для прогнозування врожаю зернових.

    Ключові слова: ліс, посуха, врожай зернових, дендрохронология, фізіологія рослин.

    FOREST, DROUGHT, GRAIN CROP AND DENDROCHRONOLOGY

    Research article

    Rumyantsev D.E. *

    Mytishchi branch of Bauman Moscow State Technical University, Department of Forestry Ecology and Forest Protection,

    Mytishchi, Russia

    * Corresponding author (dendro15 [at] list.ru)

    Abstract

    Drought is a meteorological phenomenon that had and continues to have a tremendous impact on the life of human society. This phenomenon is divided into a complex of appearances, for example, soil and atmospheric drought, winter drought, etc. The drought during different periods of the growing season has a physiologically different effect. Physiologically significant drought is difficult to describe in quantitative characteristics of meteorological parameters since the effects of the interaction of environmental factors in an ecosystem can change the response of a plant to a clearly defined, limited set of meteorological parameters. Features of the processes of photosynthesis and transpiration determine that the function simulating the variability of growth rings from year to year, always and under any conditions will contain a drought-dependent variable. Dendroclimatic studies can be directed either to the separation of the drought-dependent climate signal from the chronology, or, conversely, to the search for chronologies with a "clean" easily readable drought-dependent signal. Due to its retrospective capabilities, dendroclimatic studies are promising for the study of droughts, including droughts affecting crop yields. Studies of this kind in the future can provide information for predicting the grain yield.

    Keywords: forest, drought, grain harvest, dendrochronology, plant physiology.

    Перехід людських суспільств від полювання і збирання до землеробства тісно пов'язав їх економіку, історію і політику з таким метеорологічним явищем як посуха. Урожайність зернових стала найважливішим чинником, що визначає умови існування людських популяцій. Зерно є продуктом, який можливо довго зберігати, накопичувати, транспортувати - в загальному і цілому воно більш зручно для організації більш складного економічного обміну, формування диференційованої структури суспільства і більш складних форм державного устрою. Однак посуха, як фактор, що визначає врожайність зернових, з тих пір стала привертати до себе пильну явище, як фактор, що визначає стабільність політичної системи перших землеробських товариств. З цього моменту, мабуть, почалося її пильне вивчення.

    Перші дослідження засух почалися близько шести тисяч років тому в Південній Месопотамії. Шумерська цивілізація сформувалася на основі високої агротехніки землеробства, що дозволило виникнути товариству з прошарком людей, що займаються виключно розумовою працею. Шумерська астрономія і математика були найточнішими на всьому Близькому Сході. Ми до сих пір ділимо рік на чотири сезони і дванадцять місяців, вимірюємо кути, секунди і хвилини в шестидесятке. Вважається, що шумери належить винахід писемності, а також медицини і судо- виробництва. Пам'ятником шумерської літератури є «Епос і Гільгамеша» [9]. До деякої міри викладені в ньому події мають точки перетину з біблійними переказами (наприклад, міф про всесвітній потоп), але, мабуть, оповідають про більш древніх етапах розвитку сучасно людської цивілізації. Тут ми знаходимо перші ознаки дослідження і розуміння причин виникнення посух. Гільгамеш разом зі своїм соратником волохатим людиною Енкіду відправляються в гори Лівану, щоб убити місцевого зберігача лісів Хумбабу і провести на підвладній тому території вирубку кедрових лісів. З великими труднощами їм вдається здійснити цей подвиг і провести незаконну рубку. Однак, місцеві боги на

    них гніваються і вважають, що вони гідні смерті: «Померти личить тому, хто у гір викрав кедри». У підсумку, боги вирішують вбити все ж тільки виконавця рубки - Енкіду, залишивши головного ініціатора експедиції Гільгамеша в живих (можливо, тому що він їм родич і сам на 2/3 був богом).

    Зрозуміло, що цей міф дуже складний, для того щоб служити простий казкою, і відображає якісь історичні процеси і природничо-наукові уявлення древньої цивілізації. Простою мовою їх виклав Фрідріх Енгельс в «Діалектика природи» [8]: «Людям, які в Месопотамії, Греції, Малій Азії та в інших місцях викорчовували ліси, щоб отримати таким шляхом орну землю, і не снилося, що вони цим поклали початок нинішньому запустіння цих країн, позбавивши їх, разом з лісами, центрів скупчення і збереження вологи. Коли альпійські італійці вирубували на південному схилі гір хвойні ліси, так дбайливо охоронювані на північному, вони не передбачали, що цим підрізати коріння високогірного скотарства в своїй області; ще менше вони передбачали, що цим вони на більшу частину року залишать без води свої гірські джерела з тим, щоб в період дощів ці джерела могли виливати на рівнину тим більше скажені потоки ».

    Зв'язок в системі - ліс - засуха- врожайність сільськогосподарських культур була виявлена ​​ще винахідниками колеса - шумерами і досі ніким не була спростована. З іншого боку, незважаючи на знання цієї проблеми -вона ще не вирішена.

    У Росії перші практичні результати по використанню лісу з метою захисту зернових культу від осушення були отримані в дослідах по полезахисному розведення особливої ​​експедиції В.В. Докучаєва (1892) і окремих передових агрономів. Техніка вирощування захисних лісових насаджень в посушливих степах була розроблена працями степових лісівників того часу, в тому числі і академіком Г.Н. Висоцьким [1].

    Одна зі спроб радикального її рішення була зроблена І.В. Сталіним в дусі великих будівництв комунізму. План був прийнятий з ініціативи І. В. Сталіна і введений в дію постановою Ради Міністрів СРСР і ЦК ВКП (б) від 20 жовтня 1948 року "Про план полезахисних лісонасаджень, впровадження травопільних сівозмін, будівництва ставків і водойм для забезпечення високих стійких врожаїв у степових і лісостепових районах Європейської частини СРСР ». План не мав прецедентів у світовому досвіді за масштабами. Відповідно до цього плану треба було посадити лісові смуги, щоб перегородити дорогу суховії і змінити клімат на площі 120 мільйонів гектарів. Проект, розрахований на період 1949-1965 рр., Передбачав створення 8 великих лісових державних смуг в степових і лісостепових районах загальною протяжністю понад 5300 кілометрів. В даний час про цей план нагадують в основному елементи декору станції М. «Павелецька».

    Мабуть, тільки дослідження всієї тріади елементів: «Ліс - засуха- врожайність сільгоспкультур» може допомогти людству в майбутньому вирішити проблему регуляції клімату на планеті в сприятливому для себе напрямку. Найбільш складно дослідження проблеми впливу лісу на клімат. У людства поки немає об'єктивних інструментів, щоб ефективно досліджувати ці процеси, що мають біосферні масштаби.

    Набагато простіше питання про вплив мікроклімату на ліс, реконструкції та прогнозу частоти засух на основі таких досліджень. З одного боку, посушливість клімату визначається фізичними процесами в атмосфері. Вони досить надійно можуть бути досліджені інструментальними методами. З іншого боку, немає можливості поставити дискретні параметри, які визначали б посуху як стан водного дефіциту в рослині. Якщо коротко, то рослина бореться з посухою і різні адитивні, кумулятивні і компенсуючі ефекти взаємодії екологічних факторів в екосистемі можуть змінювати реакцію рослини на чітко поставлене обмежений набір значень метеопараметров. Природно також, що характер впливу клімату на рослину змінюється в залежності від виду рослини, географічного району і типу умов зростання в межах географічного району.

    Таким чином, існує проблема виявлення і дослідження саме фізіологічно значимої для рослини посухи, тобто, посухи, яка призводить до водного дефіциту в організмі рослини, зниження його продуктивності і стійкості. Такі дослідження можна проводити безпосередньо на тимчасових рядах врожайності сільськогосподарських культур. Однак, подібна інформація може бути отримана тільки шляхом прямих спостережень протягом багатьох років. Альтернативою є Дендрохронологіческій метод, який дозволяє отримати таку інформацію в перебігу декількох днів ретроспективним способом. Звичайно, ця інформація не буде тотожна інформації про динаміку врожайності сільськогосподарських культур, однак, в основі часових рядів буде лежати одна і та ж змінна, пов'язана з процесом впливу посухи на процес фотосинтезу. Яка її основа?

    Рослини зазвичай мають достатньо води для протікання самої реакції фотосинтезу (6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2). Але лімітуючим цю реакцію фактором є зазвичай недолік вуглекислого газу [3]. Щоб його заповнити, рослина змушене відкривати «вікна газообміну» - продихи, що знаходяться в листі, і впускати всередину листа нові порції вуглекислого газу. Зворотною стороною цього процесу є втрата частини вологи (і так знаходиться в дефіциті) при випаровуванні з відкритих продихів. У більшості видів рослин є пристосування, що обмежують втрати вологи в період її дефіциту, але одночасно ці пристосування гальмують газообмін і знижують інтенсивність фотосинтезу. Деталі екофізіологіческіх механізмів фотосинтезу різняться у різних видів рослин, в той же час, описана схема в загальних рисах характерна для всіх видів. Дану диллему фізіології рослини чітко сформулював К. А. Тімірязєв ​​[7, с. 129]: «Процес випаровування - процес фізичний, який підпорядковується цілком певним і зрозумілим нам законам. У тих розмірах, в яких він зазвичай відбувається в природі, він може бути швидше розглядаємо як неминуче фізичне зло, ніж як необхідна фізіологічне відправлення. Причиною цієї неминучості є майже повна тотожність умов цього процесу з умовами повітряного живлення рослини ».

    Тому можна відзначити, що функція, що моделює мінливість річних кілець від року до року, завжди і за будь-яких умовах буде містити в собі засухозавісімую змінну. Однак питома вага змінної, її інтегральний внесок в формування мінливості радіального приросту в часі ряду може бути різний.

    Дендрокліматіческіе дослідження можуть бути спрямовані на сепарування засухозавісімого кліматичного сигналу з хронології, або, навпаки, на пошук хронологий з «чистим» легко зчитується засухозавісімим сигналом. Одна зі спроб такого роду викладено в монографії, створеної колективом автором під керівництвом директора Інституту географії РАН, доктора географічних наук О.Н. Соломиной [6]. Виконані дослідження підтвердили тезу про те, що знання закономірностей коливання засухозавісімого сигналу в часі дає можливості для його просторово-часового картування, дослідження періодичної його складової і, отже, підстави для прогнозування динаміки посух в майбутньому.

    Окремим питанням, вартим уваги дослідників є наявність сполучень між динамікою продуктивності деревних рослин (яку можливо реконструювати по динаміці ширини річних кілець) і динамікою врожайності зернових сільськогосподарських культур. Певне першим дослідженням такого роду була робота І. Хустіча [8], який встановив на півночі Фінляндії зв'язок між приростом сосни і врожаями зернових культур. В даному випадку досить високий кореляційний зв'язок була встановлена ​​в крайніх (північних) умовах і її легко можна було пояснити тим, що умови поточного сезону ідентично визначили і приріст деревини і врожайність. Аналогічним прикладом є роботи Н.В. Ловеліуса [4], що виявив в лісостеповій зоні України ясні зв'язку між урожайністю зернових і динамікою радіального приросту сосни. Такі ясні зв'язку вдається встановити не завжди, але ймовірно це питання пошуку ефективних методик поділу вихідних часових рядів на питання, що цікавлять нас компоненти.

    Нам представляються значимими результати власних дендрокліматіческіх досліджень хронологий декількох видів хвойних і листяних порід на території Москви і Московської області. Аналіз показав, що різні види демонструють різний спектр кліматичних сигналів в хронологіях і що достовірні кореляції спостерігалися з 35 типами метеопараметров з 48 можливих. В цілому найбільш сильний вплив на приріст надають метеоумови в травні і червні безпосередньо в період формування річного кільця. Яке значення отриманого висновку? Багаторічні дослідження, що проводилися Ф.Д. Сказкіна [5] на різних зернових культурах, показали, що період від виходу в трубку до колосіння - цвітіння є критичним по відношенню до нестачі вологи. У Нечорнозем'я цей період припадає на травень-червень. Прямі дослідження врожайності ярої м'якої пшениці в умовах Підмосков'я за період 1984-2008 рр. показали, що найбільш сприятливими є роки з оптимумом ГТК (> 1,3) в травні-червні. найнижчий рівень врожайності був отриманий в роки з червневим ГТК <1,0 [2].

    Таким чином, метеоумови травня-червня не тільки важливі для формування радіального приросту деревини у деревних рослин, але також мають вирішальний вплив на формування врожаю зернових. В результаті слід зробити висновок про те, що Дендрохронологіческій інформація дійсно може бути корисна для реконструкції та прогнозу частоти засух, але не просто засух як метеорологічного явища. Вона в першу чергу відображає вплив саме тих видів засух, які мають найбільше значення з точки зору врожайності зернових, а отже, становить інтерес для економічних прогнозів і продовольчої безпеки держави.

    Конфлікт інтересів Conflict of Interest

    Не вказано. None declared.

    Список літератури / References

    1. Бодров В.А. Лісівничих метод боротьби з посухою / В.А. Бодров. - М.-Л .: Гослесбумиздат, 1950 - 99с.

    2. Давидова Н.Л. Селекція ярої пшениці на врожайність та якість зерна в умовах центру Нечорноземної зони Російської Федерації: автореф. дис .. д-ра сільгосп наук / Н.Л. Данилова. Немчинівка: МНІІІСХ, 2011 -54с.

    3. Крамер П. Фізіологія деревних рослин / П. Крамер, Т. Козловський М .: Лісова промисловість, 1983 -464с.

    4. Ловеліус Н.В. Дендроіндікація / Н.В. Ловеліус // Санкт-Петербург: ПАНІ, 2000 - 313 с.

    5. Сказкин Ф.Д. Критичний період у рослин по відношенню до нестачі води в грунті. /Ф.Д. Сказкин // Л .: Наука, 1971 - 120с.

    6. Соломіна О.Н. Засухи Східно-Європейської рівнини по гідрометеорологічним і Дендрохронологіческій даними / О.М. Соломіна, В.В. Мацковская, Е.А. Долгова, А.В. Довгих, К.В. Воронін, Д.Є. Румянцев, В.А. Семенов, А.В. Чернокульскій, Е.А Черенкова, А.Е. Кухта, Т.О. Кузнєцова, О. М. Золотокрилін, Б.Ф. Хасанов і ін. СПб: Нестор-Історія, 2017 - 360 с.

    7. Тімірязєв ​​К.А. Боротьба рослини із засухою / К.А. Тімірязєв ​​// Вибрані твори. Т. II. М .: ОГИЗ, 1948 - с.89-142.

    8. Хустіч І. Про мінливості в кліматі, врожайності зернових і прирості сосни північній Фінляндії 18901939 / І. Хустіч // Фінляндія, Вип. 70, №2 - с. 1-24.

    9. Енгельс Ф. Діалектика природи. / Ф. Енгельс Л .: Державне видавництво політичної літератури, 1950 - 328 с.

    10. Епос про Гільгамеша ( «Про все що бачив»). Переклад з аккадського І.М. Дьяконова. М.-Л .: АН СРСР, 1961 - 214с.

    Список літератури англійською мовою / References in English

    1. Bodrov V.A. Lesovodstvennyj metod bor'by s zasuhoj [Silvicultural method of drought control] / V.A. Bodrov // Moscow-Leningrad: Goslesbumizdat, 1950 - 99 p.

    2. Davidova N.L. Selekciya yarovoj pshenicy na urozhajnost 'i kachestvo zerna v usloviyah centra Nechernozemnoj zony Rossijskoj Federacii: avtoref. dis .. d-ra sel'hoz nauk [Selection of spring wheat for yield and grain quality in the conditions of the center of the non-Chernozem zone of the Russian Federation] / V.A. Davidova // PhD thesis, 2011 - 54 p.

    MewdyHapodHbiu HaynHO-uccmdoBamenbCKuu x: ypHan | № 3 (81) • Mapm

    3. Kramer P., Kozlovskiy T. Fiziologiya drevesnyh rastenij [Tree Physiology]. / P. Kramer, T. Kozlovski // Moscow: Lesnaya Promyshlennost Publ., 1983 - 464p.

    4. Lovelius N.V. Dendroindikaciya [Dendroindication]. / N.V. Lovelius // Sankt-Peterburg, 2000 - 313 p.

    5. Skazkin F.D. Kriticheskij period u rastenij po otnosheniyu k nedostatku vody v pochve. [Critical period in plants in relation to the lack of water in the soil./F.D. Skazkin] // Leningrad, Nauka, 1971 - 120 p.

    6. Solomina O.N., Zasuhi Vostochno-Evropejskoj ravniny po gidrometeorologicheskim i dendrohronologicheskim dannym [Droughts in the East European Plain Based on Hydrometeorological and Dendrochronological Data] / V.V. Matskovskiy, E.A. Dolgova, A.V. Dolgikh, K.V. Voronin, D.E. Rumyantsev, V.A. Semenov, A.V. Chernokulskiy, E.A. Cherenkova, A.E. Kukhta, T.O. Kuznetsova, A.N. Zolotokrylin, B.F. Khasanov et al. // Saint-Petersburg: Nestor-Istoriya Publ. 2017 - 360p.

    7. Timiriazev K.A. Bor'ba rasteniya s zasuhoj [The struggle of plant with drought] ./ K.A. Timiriazev // Selected works. Volume II. Moscow: Ogiz, 1948 - p.89-142.

    8. Engels. F. Dialektika prirody. [Dialectics of Nature]. / F. Engerls. // Leningrad: State Publishing House for Political Literature, 1950 - 328 p

    9. EHpos o Gil'gameshe ( «O vse videvshem») [The Epic of Gilgamesh. Translated from Akkadian by I.M. Diyakonov]. Moscow-Leningrad: USSR Academy of Sciences, 1961 - 214p.

    10. Hustich I. On variations in climate, in crop of cereals and in growth of pine in northern Finland 1890-1939 / I. Hustich // Fennia, Vol. 70, Num. 2, 1947 - p. 1-24.


    Ключові слова: ЛІС /ЗАСУХА /УРОЖАЙ ЗЕРНОВИХ /дендрохронології /ФІЗІОЛОГІЯ РОСЛИН /FOREST /DROUGHT /GRAIN HARVEST /DENDROCHRONOLOGY /PLANT PHYSIOLOGY

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити