Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ В РАЗЛИЧНЫХ ФИТОЦЕНОЗАХ ЮГА САХАЛИНА

Ефанов В.Н. 1 Кордюков А.В. 1 Романова Г.Н. 1 Михайлова К.Э. 1 Бянкина К.Е. 1
1 ФГБОУ ВПО «Сахалинский государственный университет»
На постоянных станциях на юге Сахалина проводили измерения микроклиматических показателей в различных фитоценозах. Измеряли температуру приземного и припочвенного слоёв воздуха, а также верхних слоёв почвы и снежного покрова, влажность приземного воздуха и верхнего слоя почвы, освещенность, высоту снежного покрова. Кроме того, в прилегающем водотоке брали пробы воды на мутность и измеряли её температуру. Между всеми показателями построили корреляционные матрицы. Коэффициенты корреляции отражали положительную, отрицательную и косвенную связь между микроклиматическими показателями в фитоценозах водоохранных зон р. Ай и горного ручья Сусунайского хребта. Пришли к заключению, что на взаимосвязь показателей микроклимата, помимо самих растительных сообществ, также влияют и антропогенные изменения в них. На станциях, лишенных древесной растительности, связи между климатическими и гидрологическими показателями были более заметны и носили умеренную и сильную степень, чем на станциях, расположенных в темнохвойном лесу. Итак, используя метод коррелятивных связей, получили доказательную базу для установления причин, обусловливающих изменения микроклимата и гидрологических показателей в мезоэкосистемах, состоящих из водотоков и их водосборной площади.
микроклиматические показатели
фитоценозы
корреляционная матрица
антропогенные изменения
1. Грищенко Н.П. Изменение гидроклиматических факторов в горных лесах Сахалина в связи с различными способами рубок // Влагооборот и микроклимат лесных биогеоценозов. – Владивосток, 1979. – С. 82–93.
2. Жильцов А.С. Гидрологическая роль горных хвойно-широколиственных лесов Южного Приморья. – Владивосток: Дальнаука, 2008. – 332 с.
3. Земцова А.И. Климат Сахалина. – Л.: Гидрометеоиздат, 1968. – 197 с.
4. Клинцов А.П. Защитная роль лесов Сахалина. – Южно-Сахалинск, 1973. – 233 с.
5. Клинцов А.П. Микроклиматическая и гидрологическая роль лесов Сахалина. – Южно-Сахалинск, 1969. – 178 с.
6. Клинцов А.П. Об отложении снега и таянии его в различных условиях леса на Сахалине // Сборник трудов ДальНИИЛХ. Выпуск VI. – Владивосток, 1964. – С. 158–166.
7. Методические указания. Методика выполнения измерений массовой концентрации взвешенных веществ и общего содержания примесей в водах весовым методом: введен 17.04.95 г. // Начальник ГУЭМЗ Росгидромета Цатуровым Ю.С. – Ростов н/Д., 1995. – 8 с.
8. Молчанов А.А. Гидрологическая роль лесов. – М.: Академиздат, 1960. – 487 с.
9. Фомин Г.С., Фомин А.Г. Почва. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам. – М.: Протектор, 2001. – 304 с.

Исследования гидрологической роли леса ученые осуществляли на протяжении почти двух веков, полученные результаты наиболее подробно изложены в работах А.А. Молчанова, П.Ф. Идзона, В.В. Рахманова, Б.Д. Зайкова, Р. Келлера. На российском Дальнем Востоке начало изучения микроклимата в зависимости от условий рельефа и растительности положено работами П.И. Колоскова и П.М. Писцова. Однако лесные сообщества длительное время оставались вне поля зрения исследователей [2].

В настоящее время изучены количественные характеристики средообразующей и водоохранной роли леса, однако этот сложный вопрос требует дальнейшего тщательного изучения и обоснования.

Общие гидроклиматические условия Сахалина определяются его широтным положением, близостью, с одной стороны, обширных водных территорий, а с другой – азиатского материка, циклонической деятельностью атмосферы, а также доступностью этого района для юго-восточных тайфунов [3].

На основе результатов исследователей (Грищенко Н.П., Клинцов А.П., Земцова А.И. и др.) установлено, что в этих условиях леса, произрастающие на склонах гор и в долинах рек, оказывают заметное влияние на климат приземного слоя воздуха, почву и водный режим местности [1, 3, 5]. Показатели микроклимата, формирующегося под пологом леса, в той или иной мере, взаимосвязаны и взаимозависимы.

Цель исследования – проследить корреляционные отношения между микроклиматическими показателями в различных фитоценозах юга Сахалина, а также выявить степень этих связей, рассматривая при этом как нативные, так и антропогенно затронутые сообщества.

Материал и методы исследования

На юге Сахалина мы выбрали постоянные станции измерения показателей: первый пункт – водоохранная зона р. Ай (Долинский район), вдоль которой расположили три станции – 1-я – в 17 км вверх по течению реки на участке, окружённом темнохвойными лесами, 2-я – в 10 км вверх по течению реки на участке водосбора, занятая ивово-ольховым лесом, 3-я – нарушенный прокладкой нефтегазопровода участок, на котором формируется разнотравный луг. Второй пункт – водоохранная зона постоянного горного ручья, стекающего по южному склону горы Сусунайского хребта и впадающий в р. Перевальную (приток р. Рогатки). Вдоль ручья расположены две станции – 4-я – участок, в темнохвойном массиве, 5-я – в месте пересечения ручья и старой японской дороги на п. Лесное.

На постоянных станциях проводили измерения показателей микроклимата фитоценозов с периодичностью один раз в две недели. Температуру и влажность приземного слоя воздуха измеряли с помощью термогигрометра «Testo 625». При получении данных по температуре припочвенного слоя воздуха, верхних слоев почвы и снега (глубина – до 10 см), а также воды использовали термометр «Hanna Checktemp 1 (HI 98501)». Влажность почвы определяли стандартным весовым методом [9]. Для измерения освещенности использовали электронный люксметр. Высоту снежного покрова фиксировали с заранее установленных кольев с мерными делениями.

Анализ проб воды на мутность проводили по «Методике выполнения измерений массовой концентрации взвешенных веществ и общего содержания примесей в водах весовым методом» [7].

Все собранные данные по микроклимату фитоценозов и гидрологическим показателям в указанных пунктах были обработаны в камеральных условиях – в программе «MS Excel» построены графики зафиксированных показателей и матрицы корреляций для выявления связи между показателями.

Результаты исследования и их обсуждение

Проанализировав матрицы корреляционных отношений (рис. 1, 2) между микроклиматическими показателями в двух исследуемых пунктах, где произрастают характерные для юга Сахалина растительные сообщества (в водоохранных зонах горного ручья и р. Ай), выявили различные степени зависимости изучаемых параметров.

pic_45.wmf

Рис. 1. Матрицы корреляционных отношений между микроклиматическими показателями в первом пункте – водоохранная зона р. Ай (Долинский район)

pic_46.wmf

Рис. 2. Матрицы корреляционных отношений между микроклиматическими показателями во втором пункте – водоохранная зона постоянного горного ручья (Сусунайский хребет)

Рассмотрим общие закономерные случаи корреляционной связи между показателями микроклимата на всех станциях.

В общем комплексе условий среды, в которых произрастают растения, тепловой фактор, в частности температура воздуха, является одним из важнейших. От этого климатического показателя зависят и другие параметры термического режима исследуемых территорий. Анализируя корреляционную матрицу, нами были отмечены сильные положительные связи (около 0,9) между температурой воздуха и температурой верхних слоев почвы и снежного покрова на всех пробных площадях. Такая связь объясняется способностью почвы и снега поглощать и проводить тепло, полученное из атмосферы.

Умеренная положительная связь (0,42–0,6) выявлена у температуры воздуха и почвы с освещенностью на 3 и 5 станциях. На данных участках, лишенных древесной растительности, деятельная поверхность приходится на травянистый покров и оголенную почву, где во время инсоляции отмечаются высокие температуры, вследствие того, что на нарушенной территории происходит трансформация световых лучей в тепловые [4]. Обратную связь этих показателей наблюдали на станциях 1 и 4. Такое явление обусловлено затеняющей способностью леса, что ведет к охлаждению воздуха и почвы.

Умеренную корреляционную связь (0,37–0,53) наблюдали между температурой приземного и припочвенного слоев воздуха и мутностью воды на 3-й станции (водосборная площадь р. Ай) и 5-й (Сусунайский хребет). Считаем, что эта связь в большей степени обусловлена повышением мутности в весенний период и отдельные периоды потепления зимой, когда повышение температуры и интенсивное таяние снежного покрова спровоцировали весенние паводки. В темнохвойном же лесу (станции 1 и 4) связь между данными параметрами слабая, поскольку даже в периоды потепления мощная подстилка, структура и влагоёмкость лесных почв, задержание осадков кронами деревьев и другие процессы обусловливали значительное снижение поверхностного стока и эрозионных процессов.

Нами была отмечена сильная положительная связь (0,93–0,98) между температурой припочвенного слоя воздуха и температурой воды в водотоках на обеих исследуемых территориях. Так же, как и температура воздуха, температура припочвенного слоя воздуха оказывает влияние на гидротермические показатели почвы, а следовательно, и на температуру почвенно-грунтовых вод. Эти закономерности были изучены некоторыми исследователями – А.П. Клинцовым [5], Н.П. Грищенко [1]. Почвенно-грунтовые воды, в свою очередь, оказывают воздействие на температуру воды в водотоках, причем на участках, лишенных древесной растительности, и в темнохвойном лесу, это воздействие различно. Темнохвойные леса оказывают заметное влияние на температуру приземного и припочвенного слоя воздуха. Они отражают 14 % лучистой энергии, поступающей на земную поверхность, следовательно, температура как самого воздуха в лесу, так и почвы становится ниже [5].

Умеренную отрицательную связь на всех станциях (от –0,46 до –0,59) наблюдали между такими показателями, как влажность почвы и температура припочвенного слоя воздуха, поскольку увеличение температуры поверхности почвы сопровождается уменьшением влажности почвы, благодаря более интенсивному испарению воды с поверхности и верхних слоев почвы.

Нами была отмечена умеренная отрицательная связь (от –0,34 до –0,5) между показателями высоты снежного покрова, его динамики и глубиной воды на открытых участках (3-я и 5-я станции), На этих участках, в связи с отсутствием древесной растительности, таяние снега в весенний период более интенсивное, что вызывает ускоренное поступление талой воды в водоток, повышая уровень воды в нем [6].

Анализируя данные корреляционной матрицы, выявили отрицательную умеренную (косвенную) связь на всех станциях между влажностью почвы и температурой воды (от –0,33 до –0,57). Причина этого явления заключается в следующем: понижение влажности воздуха сопровождается повышением температуры почвы, а следовательно, повышением температуры грунтовых вод и впоследствии воды в водотоках.

Представленные значения коэффициентов корреляционных связей между микроклиматическими показателями исследуемых фитоценозов отражают, помимо общих закономерных случаев, и частные, характерные только для определенных фитоценозов, в частности, антропогенно затронутых. Так, на 5-й станции (место пересечения ручья с дорогой), где нет лесных насаждений, с повышением температуры воздуха понижается его относительная влажность (обратная умеренная корреляция), то есть, растительный покров, в особенности древесные насаждения, заметно влияет на влажность воздуха. Об этом сообщали в своих работах Л.Ф. Рудовиц, Г.А. Любославский, А.А. Молчанов и другие [8]. Поэтому в темнохвойном лесу исследуемой территории корреляционная связь между температурой воздуха и его влажностью слабая.

Повышение освещенности на 3-й станции (место пересечения трубой) и сопутствующее ему потепление в точке измерения ведут к интенсивному таянию снега и уменьшению высоты снежного покрова. Такая закономерность отражена в корреляционной матрице, где связь между данными показателями – умеренная отрицательная (от –0,31 до –0,36).

Анализируя связи между мутностью воды в водотоке и освещённостью на его водосборе (станции 5), установили косвенную положительную связь (0,32) между этими показателями. При увеличении освещенности в периоды потепления зимой и при весеннем потеплении температура снега повышается, и он начинает таять, что приводит к весенним паводкам и половодьям. Особенно сильно эти явления проявляются именно на дороге, поскольку частицы грунта при размыве дороги стекают в ручей и повышают мутность. Аналогичные корреляционные связи наблюдали и на станции 3 (место пересечения трубопроводом). Отсюда ясна причина повышения мутности в водотоках.

Заключение

В специфических условиях юга Сахалина фитоценозы водоохранных зон исследуемых нами водотоков оказывают заметное влияние на климат приземного слоя воздуха, почву и водный режим местности. Сформированный данными растительными сообществами микроклимат складывается из всей совокупности климатических показателей, прямо или косвенно связанных между собой.

Построив корреляционную матрицу, получили коэффициенты, отражающие положительную, отрицательную и косвенную связь между микроклиматическими показателями в фитоценозах водоохранных зон р. Ай и горного ручья Сусунайского хребта. Пришли к заключению о том, что на взаимосвязь показателей микроклимата, помимо самих растительных сообществ, также влияют и антропогенные изменения в них. Так, на станциях 3 и 5, лишенных древесной растительности, связи между климатическими и гидрологическими показателями были более заметны и носят умеренную и сильную степень, в отличие от станций, расположенных в темнохвойном лесу. Итак, используя метод коррелятивных связей, получили доказательную базу для установления причин, обусловливающих изменения микроклимата и гидрологических показателей в мезоэкосистемах, состоящих из водотоков и их водосборной площади.

Рецензенты:

Ерёмин В.М., д.б.н., профессор кафедры экологии и природопользования, естественнонаучного факультета ФГБОУ ВПО «Сахалинский государственный университет», Министерство образования и науки, г. Южно-Сахалинск;

Простаков Н.И., д.б.н., профессор кафедры зоологии и паразитологии биолого-почвенного факультета, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет», Министерство образования и науки, г. Воронеж.

Работа поступила в редакцию 06.02.2013


Библиографическая ссылка

Ефанов В.Н., Кордюков А.В., Романова Г.Н., Михайлова К.Э., Бянкина К.Е. КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ В РАЗЛИЧНЫХ ФИТОЦЕНОЗАХ ЮГА САХАЛИНА // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 6-1. – С. 98-102;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31422 (дата обращения: 17.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074