О.Н. Тюкавина, А.В. Грязькин

УДК 581.54+581.151
О.Н. Тюкавина, А.В. Грязькин
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ СТВОЛОВ ЛИПЫ, КЛЕНА
И ЛИСТВЕННИЦЫ В УСЛОВИЯХ г. АРХАНГЕЛЬСКА
Введение. Температура любого живого организма характеризует его
физиологическое состояние. Гомойтермные организмы имеют стабильную
температуру, по изменениям которой можно делать выводы об их функциональном состоянии. Такие организмы как растения не имеют собственной стабильной температуры тела (пойкилотермные организмы). Их температура определяется тепловым балансом, т. е. соотношением поглощения и отдачи энергии [Горышина, 1979]. Теплообмен деревьев с
окружающей средой зависит от теплоемкости, теплопроводности, теплоотдачи, диаметра деревьев и обводненности тканей. Способность древесины
аккумулировать тепло не зависит от древесной породы, но обусловливается уровнем увлажнения тканей и температурой [Боровиков, Уголев, 1989;
Коломинова, Северова, 2012]. Теплопроводность различается по видам
древесных растений. Так, у лиственницы данный показатель составляет
130 мВт/(м·К), у липы – 150 мВт/(м·К), у клена – 190 мВт/(м·К) [Карасев,
Карасева, 2013]. Следовательно, температура древесных стволов зависит
как от величины приходящей радиации, температуры воздуха, ветрового
режима, так и от морфологических, анатомических и физиологических характеристик самого дерева [Карасев, Карасева, 2004; Температура древесины ели…, 2013]. От физиологических характеристик самого дерева зависит и величина импеданса [Грязькин и др., 2012]. Для использования
тепловых параметров при оценке жизнеспособности деревьев необходимо
изучение динамики температуры стволов деревьев разных видов по фенофазам их развития.
Цель исследования – изучить сезонную изменчивость температуры
стволов клена остролистного, липы мелколистной, лиственницы Сукачева
в процессе их фенологического развития.
Методика исследования. Температуру поверхности стволов деревьев
замеряли тепловизером в пятикратной повторности при удалении от дерева
на каждый метр. Температуру стволов деревьев замеряли с северной стороны, на высоте 1,3 м, в послеполуденные часы, согласно методике [Карасев,
58
О.Н. Тюкавина, А.В. Грязькин
Карасева, 2013]. Тепловизер использовали при следующих условиях:
облачно, влажность воздуха не более 80 %, отсутствие сильного ветра.
Исследование проводилось в сквере Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова. Измерения температуры выполнены на 50 деревьях. Всего проведено 5250 замеров температуры в течение вегетационного периода.
Результаты исследования. Динамика температуры стволов деревьев
совпадает с изменением температуры окружающего воздуха (рис. 1). Практически в течение всего периода наблюдений стволы деревьев показывают
более высокую температуру, чем температура воздуха в среднем на 1…2 С.
Причем, самые большие различия отмечаются в начале вегетационного периода до конца мая. Затем температура стволов деревьев практически выравнивается с температурой воздуха (различия составляют менее 1 С).
Стволы деревьев исследуемых пород накапливают тепло на начальной
стадии вегетационного периода в связи с отсутствием листвы и отсутствием транспирации, следствием чего является лучшая прогреваемость ствола.
В конце мая с началом формирования листьев различия начинают сглаживаться, вероятно, за счет потери тепла в процессе транспирации. К началу
июля процесс формирования листьев завершается, что способствует созданию особого микроклимата в насаждении. В середине лета температура
стволов деревьев и температура окружающей среды выравниваются.
Температура, °С
35
30
25
20
15
10
5
0
-5
Рис. 1. Динамика температуры воздуха и стволов по породам
(
) – клен; (
) – липа; (
) – лиственница; (
) – температура воздуха
59
Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2015. Вып. 210
Как в начале, так и в конце вегетационного периода (апрель и октябрь), температура стволов всех трех пород ниже температуры воздуха на
0,3…0,7 С. 17 апреля сокодвижение у рассматриваемых пород еще не началось, а 4 октября начался интенсивный листопад, т. е. в первом случае
отмечается окончание вынужденного покоя, а во втором – начало глубокого покоя. Следовательно, в переходные периоды между состоянием покоя
и вегетации наблюдается понижение температуры стволов деревьев.
Превышение температуры ствола над температурой воздуха может
указывать на возрастание физиологической активности дерева.
У лиственницы температура ствола на протяжении мая ниже, по сравнению с липой и кленом на 0,2...3 С (табл. 1). В июле и в октябре, наоборот, температура ствола лиственницы выше на 0,3...1,3 С.
Таблица 1
Отклонения температур стволов деревьев разных пород
Дата
17.04
21.04
28.04
05.05
12.05
16.05
19.05
20.05
23.05
27.05
28.05
30.05
03.06
16.06
18.06
19.06
04.10
18.10
60
Разница между температурами стволов, С
клена и лиственницы
липы и лиственницы
клена и липы
0,7
0,3
0,4
1,8
1,8
0
0,8
0,7
0,1
0,4
0,4
0
0,3
0,3
0
–0,2
–0,2
0
1,8
1,2
0,6
0,3
0,5
0,2
1,6
1
0,6
3
1,1
1,9
2,7
0,5
2,2
0,9
1
–0,1
–0,3
–0,6
0,3
–0,6
–0,5
–0,1
–1,3
–0,7
0,6
–0,3
–0,5
0,3
–0,4
–0,4
0
0,8
0,5
0,3
О.Н. Тюкавина, А.В. Грязькин
Пониженную температуру лиственницы по сравнению с другими обследованными древесными породами можно объяснить более толстой корой, бо́льшим диаметром стволов и меньшей теплопроводностью. Прогреваемость ствола лиственницы происходит медленнее, чем у лиственных
пород, но и при аккумуляции тепла оно медленнее отдается в окружающую среду. Так, в табл. 1 периодам достоверного различия температур
стволов лиственницы и клена предшествовали более высокие температуры
воздуха. Но в апреле и мае температура ствола лиственницы была ниже,
чем у клена, а в июле и начале октября (до наступления заморозков) – несколько выше. Следовательно, по сравнению с лиственными породами
температурный режим ствола лиственницы более стабильный.
Температура стволов клена и липы изменяются незначительно практически в течение всего периода исследования, однако фенологическое развитие (у
клена началось на неделю раньше, чем у липы) и морфологические особенности заметно различаются (например, у липы более темная кора). Таким образом, температура лиственных пород не позволяет фиксировать начало вегетации. Достоверный разрыв температур между кленом и липой отмечается 27 и
28 мая. Он характеризуется распусканием листьев у липы и цветением у клена.
Сезонное развитие растений начинается с повышением температуры воздуха до 10 С и с накоплением положительных сумм температур [Русаленко,
1986]. Весна 2014 г. была холодной и затяжной, что характерно для г. Архангельска. До 16 мая температуры не превышали 10 С. Менее теплолюбивые
древесные виды начинают вегетировать раньше и при менее высокой температуре воздуха, чем теплолюбивые. Лиственница малотребовательна к теплу. Начало вегетации может происходить при температуре 6 С. Клен и липа относятся к группе среднетребовательных к теплу древесных пород. Нижний порог
жизнедеятельности у них составляет около 10 С [Булыгин, Ярмишко, 2003].
После 20 мая установилась высокая температура воздуха. Днем температура доходила до 22°, а ночью – до 15°. Это привело к «взрывному» началу вегетации и ускоренному фенологическому развитию пород.
Установлено, что в период окончания вынужденного покоя температура древесных стволов лиственницы, клена и липы ниже температуры окружающего воздуха (табл. 2). Различия по температуре стволов между
древесными породами недостоверны. Температура воздуха в период измерения составляла 10 С. Ночью отмечалась минусовая температура. Предыдущие дни характеризовались повышенной влажностью, выпадал снег с
дождем, держался снежный покров. Таким образом, пониженная температура древесных стволов, по сравнению с температурой окружающего воздуха, препятствует активным физиологическим процессам и является защитным механизмом растений в переходный к вегетации период.
61
Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2015. Вып. 210
Таблица 2
Отклонениетемпературы стволов лиственницы, клена и липы
от температуры воздуха в разные фенофазы
Фенофаза
Лиственница
Клен
Липа
°С
дата
°С
дата
°С
дата
Вынужденный покой
–0,7
17.04
0
17,04
–0,4
17.04
Сокодвижение
1,3
28.04
2,1
21,04
3,7
12.05
Набухание почек
0
05.05
2,4
12,05
3,7
19.05
Распускание листьев
3,3
20.05
3,6
20,05
2,5
23.05
Цветение
2,5
19.05
3,6
20,05
3
10.07
4
10.07
2
10,07
3
10.07
Листопад
–0,3
04.10
–0,7
4,10
–0,7
04.10
Глубокий покой
2,3
18.10
1,5
18,10
1,8
18.10
Полноценное облиствение
П р и м е ч а н и е . Под вынужденным покоем понимаем период, когда растения готовы к возобновлению развития, но видимый рост отсутствует.
Начало физиологических процессов дерева (сокодвижение) характеризуется поддержанием стволом дерева более высокой температуры по сравнению с воздухом. Общеизвестным фактом является понижение температуры нижней части ствола дерева при сокодвижении и развертывании
листьев [Горышина, 1979; Карасев, Карасева, 2013]. Исследование проводилось на высоте 1,3 м. Вероятно, к данной высоте происходит прогревание ствола и водного тока в том числе. Период интенсивного развития и
гормональных перестроек (в течение мая) характеризуется поддержанием
древесными стволами более высоких температур, по сравнению с воздухом (в среднем, на 3 С). В конце мая и в течение июня, когда основные
качественные изменения уже произошли (распускаются и распустились
листья, водный ток стабилизировался) и интенсивно происходит рост, отклонение от температуры окружающего воздуха составляет менее 1 С.
Температура деревьев зависит от диаметра их стволов. Известно, что у
деревьев меньших диаметров стволы прогреваются и остывают быстрее,
по сравнению с толстыми стволами [Коломинова, Северова, 2012]. Динамика теплового излучения древесных стволов разного диаметра представлена на рис. 2–4. Наибольшие различия между температурами стволов разных категорий крупности отмечаются у клена (рис. 2).
62
О.Н. Тюкавина, А.В. Грязькин
В то же время четкой зависимости температуры ствола от категории
крупности не установлено. Выявлено, что в апреле температура стволов
крупных деревьев ниже, чем у мелких, а в мае – наоборот, выше температура крупных деревьев. Однако следует отметить, что в большинстве случаев различия не достоверны.
Температура, °С
35
30
25
20
15
10
5
0
-5
Рис. 2. Динамика температуры стволов клена покатегориям крупности
(
) – мелкие; (
) – средние; (
) – крупные
Температура, °С
35
30
25
20
15
10
5
0
-5
Рис. 3. Динамика температуры стволов липы по категориям крупности
(
) – мелкие; (
) – средние; (
) – крупные
63
Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2015. Вып. 210
Температура, °С
35
30
25
20
15
10
5
0
-5
Рис. 4. Динамика температур стволов лиственницы по категориям крупности
(
) – крупные; (
) – очень крупные
Различия между температурой древесных стволов разных категорий
крупности липы и лиственницы еще меньше, чем клена (рис. 3, 4). У липы
и клена при диаметре стволов более 25 см в сентябре отмечается понижение температуры.
Как видим из приведенных рисунков (рис. 2–4), существенных различий по температуре стволов по категориям крупности не выявлено. Это
характерно для всех рассматриваемых пород, однако клен, по сравнению с
липой и лиственницей, показывает более широкий диапазон изменения
температуры ствола в зависимости от его диаметра.
Выводы
1. Сезонный ход температуры стволов рассматриваемых древесных пород
меняется в течение вегетационного периода. Сезонная динамика температуры
стволов по породам различается. В целом температура стволов по сравнению
с температурой воздуха выше в течение всего вегетационного периода.
2. Наибольшая амплитуда колебаний температуры ствола по категориям крупности отмечена для клена.
3. По сравнению с кленом и липой, температурный режим ствола лиственницы отличается стабильностью.
4. Максимальное отклонение температуры ствола лиственницы от
температуры ствола клена составляет 3 С, ствола лиственницы от ствола
липы – 1,8 С, а ствола клена от ствола липы – 2,2 С. По отрицательным
температурам –0,6, –0,7 и –0,1 С соответственно.
64
О.Н. Тюкавина, А.В. Грязькин
Библиографический список
Боровиков А.М., Уголев Б.Н. Справочник по древесине: справочник. М.:
Лесн. пром-сть, 1989. 296 с.
Булыгин Н.Е., Ярмишко В.Т. Дендрология: учебник. М.: МГУЛ, 2003. 528 с.
Горышина Т.К. Экология растений: учеб. пособие. М.: Высш. шк., 1979.
368 с.
Грязькин А.В., Герасюта С.М., Бернацкий Д.П., Трубачева Т.А., Ковалев Н.В. Изменчивость величины импеданса древесных пород // Известия Санкт-Петербургской
лесотехнической академии. СПб.: СПбГЛТУ, 2012. Вып. 198. С. 12–19.
Карасев В.Н., Карасева М.А. Эколого-физиологическая диагностика
жизнеспособности деревьев хвойных пород // Лесной журнал. 2004. № 4.
С. 27–32.
Карасев В.Н., Карасева М.А. Эколого-физиологическая диагностика хвойных пород: моногр. Йошкар-Ола: Поволж. гос. техн. ун-т, 2013. 216 с.
Коломинова М.В., Северова Н.А. Курс лекций по физике древесины. Ухта:
УГТУ, 2012. 72 с.
Полевой справочник таксатора (для таежных лесов Европейского Севера):
справочник / И.И. Гусев, В.И. Калинин, О.А. Неволин, Н.М. Нефедов,
Н.А. Шишкин. Вологда: Сев.-Зап. кн. изд-во, 1971. 196 с.
Русаленко А.И. Годичный прирост деревьев и влагообеспеченность: монография. Мн.: Наука и техника, 1986. 238 с.
Температура древесины ели обыкновенной / Н.В. Овсянникова, П.А. Феклистов, Н.В. Волкова, В.И. Мелехов, А.М. Тараканов, М.Д. Мерзленко // Лесной
журнал. 2013. № 1. С. 38–42.
Bibliography
Borovikov A.M., Ugolev B.N. Spravochnik po drevesine: spravochnik. M.: Lesn.
prom-st', 1989. 296 s. (Rus)
Bulygin N.E., Iarmishko V.T. Dendrologiia: uchebnik. M.: MGUL, 2003. 528 s.
(Rus)
Goryshina T.K. Ekologiia rastenii: ucheb. posobie. M.: Vyssh. shk., 1979. 368 s.
(Rus)
Griaz'kin A.V., Gerasiuta S.M., Bernatskii D.P., Trubacheva T.A., Kovalev N.V.
Izmenchivost' velichiny impedansa drevesnykh porod. Izvestiia Sankt-Peterburgskoi
lesotekhnicheskoi akademii. SPb.: SPbGLTU, 2012. Vyp. 198. S. 12–19. (Rus)
Karasev V.N., Karaseva M.A. Ekologo-fiziologicheskaia diagnostika
zhiznesposobnosti derev'ev khvoinykh porod. Lesnoi zhurnal. 2004. № 4. S. 27–32. (Rus)
Karasev V.N., Karaseva M.A. Ekologo-fiziologicheskaia diagnostika khvoinykh
porod: monogr. Ioshkar-Ola: Povolzh. gos. tekhn. un-t, 2013. 216 s. (Rus)
65
Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2015. Вып. 210
Kolominova M.V., Severova N.A. Kurs lektsii po fizike drevesiny. Ukhta: UGTU,
2012. 72 s. (Rus)
Polevoi spravochnik taksatora (dlia taezhnykh lesov Evropeiskogo Severa):
spravochnik. I.I. Gusev, V.I. Kalinin, O.A. Nevolin, N.M. Nefedov, N.A. Shishkin.
Vologda: Sev.-Zap. kn. izd-vo, 1971. 196 s. (Rus)
Rusalenko A.I. Godichnyi prirost derev'ev i vlagoobespechennost': monografiia.
Mn.: Nauka i tekhnika, 1986. 238 s. (Rus)
Temperatura drevesiny eli obyknovennoi. N.V. Ovsiannikova, P.A. Feklistov,
N.V. Volkova, V.I. Melekhov, A.M. Tarakanov, M.D. Merzlenko. Lesnoi zhurnal.
2013. № 1. S. 38–42. (Rus)
Тюкавина О.Н., Грязькин А.В. Температурный режим стволов липы, клена и лиственницы в условиях г. Архангельска // Известия Санкт-Петербургской
лесотехнической академии. 2015. Вып. 210. С. 58–67.
Рассматривается сезонная изменчивость температуры стволов клена остролистного, липы мелколистной, лиственницы Сукачева в процессе их фенологического развития. Отмечается, что в большинстве случаев температура стволов деревьев выше, чем температура воздуха в среднем на 1…2 °С. Самые
большие различия отмечаются в начале вегетационного периода до конца мая.
Переходные периоды между состоянием покоя и вегетации характеризуются
понижением температуры стволов деревьев. Наибольшая амплитуда колебаний
температуры ствола по категориям крупности отмечена для клена.
К л ю ч е в ы е с л о в а : температурный режим стволов деревьев, тепловизер,
фенофаза, диаметр ствола.
Tyukavina O.N., Griazkin A.V. Trunk temperature regime of the lindens,
maples and larchin Arkhangelsk. Izvestia Sankt-Peterburgskoj Lesotehniceskoj
Akademii, 2015, is. 210, pp. 58–67 (in Russian with English summary).
The article deals with the season altemperature variability of stems norwaymaple
(Acer platanoides), small-leaved linden (Tiliacordata), siberianlarch (Larixsibirica var.
rossica) during their phenological development. Studies conducted in the park. The
temperature of the tree trunk surface measured infrared camera. In most cases, the
temperature of tree trunks is higher than the averageair temperature of 1…2 °C.
Moreover, the greatest difference sobserved at the beginning of the growing season to
the end of May. Transition periods between silence and growing season characterized
bylowering the temperature of tree trunks. The largest amplitude of temperature
fluctuation son the stemsize categories marked for maple.
K e y w o r d s : trunk temperature regime, infrared camera, phenophases, diameter
at the breastheight.
66
О.Н. Тюкавина, А.В. Грязькин
ТЮКАВИНА Ольга Николаевна – доцент Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова, кандидат сельскохозяйственных
наук. SPIN-код 5120-2525.
163002, наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия. E-mail: [email protected]
TYUKAVINA Olga N. – PhD (Agriculture), Associate Professor Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov.
163002. Naberezhnaya of the Northern Dvina. 17. Arkhangelsk. Russia. E-mail:
[email protected]
ГРЯЗЬКИН Анатолий Васильевич – профессор Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета, доктор биологических наук,
профессор. SPIN-код 7206-1050.
194021, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург, Россия. Е-mail:
[email protected]
GRYAZKIN Anatoliy V. – DSc (Biology), Professor, St. Petersburg State Forest
University.
194021. Institute per. 5. St. Petersburg. Russia. Е-mail: [email protected]
67