Приріст фітомаси лісових угруповань давно є об’єктом спостережень. Однак цим питанням переважно займаються ботаніки, лісівники, екологи. Інтерес географів-ландшафтознавців до цієї проблеми виник пізніше, в зв’язку із структурно-динамічним трактуванням природного середовища і системним підходом до його вивчення.
Вивчення щорічних коливань термінів настання і закінчення фенологічних сезонів, мінливості і тривалості одних і тих самих етапів, швидкості їхнього проходження дає змогу виявити характер відновлення лісу як спонтанного, так і в лісових культурах.
Реалізація цього завдання неможлива без кількісної інформації про функціональні зв’язки між фізіологічними процесами і визначальними чинниками природного середовища. В околицях Чорногірського географічного стаціонару такі дані були одержані в 1982-1983 роках за методикою, яку тоді використовували в Інституті географії Сибіру і Далекого Сходу.
Методика дослідження
Для виявлення динаміки приросту ялини і впливу на неї абіотичних чинників було відібрано дев’ять фацій: три на схилі західної експозиції хребта Озірного, три на схилі східної експозиції хребта Мариш (усі шість у межах вирубки, що відновлювалась), три на надзаплавній терасі Прута (всі лісові). У кожному природному комплексі з урахуванням типових рис його природи було вибрано по 5 модельних дерев висотою 1,5-2 м. У кожній точці щоденно замірялись розміри верхівкового і чотирьох бічних пагонів. Період спостережень охоплював фенофазу охвоєння і частково фенофазу набухання і розкриття бруньок.
Паралельно піранометром вимірювалась сумарна, розсіяна і відбита радіація. За допомогою психрометрів, тижневих термографів, термометрів-щупів були одержані різні кількісні показники температури: внутрішньодобова мінливість, середні величини за добу, середні денні і нічні температури, екстремальні значення, добова амплітуда, температура ґрунту на глибині 20 см.
Закономірний перебіг інтенсивності приросту пагонів дозволяє розбити вегетаційний період на окремі етапи, які відрізняються постійними властивостями та кількісними значеннями і відображають відмінності в режимах різних природних комплексів. З урахуванням чотирьох характерних точок – початок і повне припинення росту, добре помітне різке збільшення і скорочення термінів приросту, виділяється 3 фази сезонного розвитку пагонів: 1) набухання бруньок (довжина пагона залишається близькою до нуля); 2) період інтенсивного росту (формується біля 70% довжини пагона); 3) завершення сезонного проростання в довжину [7].
Динаміка приросту
Як показують результати проведених досліджень, інтенсивний хід процесу приросту чергується зі станом відносної стабільності, що на графіках виражається в багатовершинності. Криві росту пагонів ялини в різноякісних природних комплексах утворюють подібні фігури, які відрізняються між собою лише за амплітудою. Амплітуда характеризує як різні місцепроживання, так і різну біотичну активність природних комплексів. Амплітуда інтенсивності приросту пагонів і порічні флуктуаційні зміни режиму найбільшою мірою залежать від температурних ресурсів вегетаційного періоду. Екстремальні значення приросту в різних фаціях наступають синхронно.
У 1982 році етап початку росту бічних пагонів тривав до 10 липня. Початок затухання росту наступив упродовж 26-29 липня. Його завершення відбулось у межах 30 липня-1 серпня.
У 1983 році в межах періоду наших спостережень перший пік приросту бічних пагонів наступив 27 червня і складав 3-4 мм на добу. До цього часу він коливався на рівні 1-2 мм. Дата другого, більшого максимуму (4-6 мм) – 5 липня. Далі під впливом різкого похолодання відбувся енергійний спад майже до нульових значень, а 10-11 липня знову почалось піднесення. З того часу приріст залишався стабільно високим, не опускаючись нижче 2 мм, а в окремих фаціях його нижня межа трималась на рівні 4 мм. Загалом хід процесу впродовж 9-20 липня нагадував криву затухання коливань, одноденні неглибокі спади чергувались з такими ж піднесеннями.
У природних комплексах, де модельні дерева знаходились під пологом лісу, приріст також збільшувався, на 2-4 мм щодоби (на вирубці – 1-3 мм) і не мав різких сплесків. У більшості фацій ріст тривав до 26 липня. З 27 липня почався інтенсивний спад, який упродовж 30 липня-1 серпня перейшов у повне затухання. Сумарне значення приросту бічних бруньок у лісових фаціях зафіксовано на рівні 9,3 см, на вирубках – 8,7 см. Тобто, приріст бічних пагонів під пологом лісу дещо вищий, ніж без нього.
Верхівкові пагони, повторюючи головні тенденції розвитку бічних, все ж мають свої особливості. І темпи їхнього приросту, і підсумковий приріст значно випереджають бічні пагони. Відношення підсумкового приросту осьових пагонів до бічних у 1982 році пофаціально коливалось від 1,2 до 2,3, теплішого 1983 року – від 1,4 до 3,2.
Осьовим пагонам властивий пізніший початок росту. В 1982 році відставання стосовно бічних бруньок становило 5-6 днів. Однак надалі режим приросту інтенсифікувався настільки, що максимуми темпів приросту бічних і верхівкових пагонів здебільшого співпадали. Відповідно до пізнішого початку росту верхівкові пагони пізніше завершили режим. Якщо у бічних пагонів різкий спад розвитку розпочався 27 липня, то в осьових темпи приросту ще довгий час утримувались на високому рівні.
Наступна риса поведінки верхівок, виявлена за даним спостережень 1983 року, - значна пофаціальна асинхронність процесу приросту. Деяка подібність динаміки в різних природних комплексах спостерігалась тільки 24 червня-5 липня. Співпадає й дата першого максимуму – 28 червня. Яскраво виражена депресія в прирості 30 червня і значне піднесення 1-3 липня. У наступні дні вловити будь-який загальний порядок у прирості важко, він характеризується великою своєрідністю від місця до місця.
Середньодобовий приріст осьових пагонів у лісі становив 3-4 мм, на вирубці з природним відновленням – 3-9 мм. Сумарне значення приросту складало 12,9 і 19,4 см відповідно. Порівняно з відкритою місцевістю, приріст верхівок у лісі менший в 1,4 рази.
Різниця в прирості бічних і верхівкових пагонів прямо пропорційна інтенсивності росту. Чим більше сумарне значення приросту, тим більша відмінність.
Показники приросту, диференціюючись по місцеположеннях, тим не менше підпорядковуючись загальній схемі зміни екологічних умов. Розкид значень простежується на тлі складної часової підпорядкованості природних процесів і подібних форм реакцій природних комплексів на однакові компоненти середовища.
Вплив сонячної радіації
Активність фізичних процесів (поглинання сонячної та атмосферної радіації), перетворення її в тепло- і вологообмін, добовий хід метеорологічних елементів у приземному шарі атмосфери залежить від приходу сонячної енергії. Поглинаючи променеву енергію сонця, діяльна поверхня фації частково втрачає її через випромінювання. Решта використовується на нагрівання та випаровування. Радіаційні процеси, які протікають у діяльному шарі природного комплексу, є енергетичною основою фотосинтезу.
Ліс згладжує і деформує добовий хід елементів радіаційного балансу. Головним поглинаючим горизонтом є кронова частина лісостану, або полог. Внаслідок екранування кількість сумарної сонячної радіації на вирубках була 2,5 рази більша, ніж під пологом лісу.
Режим сонячної радіації в лісі, який зумовлює термічні умови середовища, своєю чергою залежить від цілого комплексу одночасно діючих чинників: складу і віку деревостану, зімкнутості пологу, його ажурності, повноти.
В ялини підріст більш тіневитривалий, ніж дорослі дерева в перші 3-6 років. За іншими даними цей період розтягується до 8-9 років. Проте, досягнувши певного віку, молоді особини також потерпають від нестачі світла.
Пригніченість росту нами була зафіксована при ступені зімкнутості крон 0,8. Морфологічно вона виражалась у розрідженості хвоїнок на пагонах, в приблизно однакових розмірах верхівкових і бічних пагонів. М. А. Голубець [2] оптимальною для нормального розвитку підросту ялини називає світлову повноту 0,6-0,7. Результати наших досліджень цей оптимум підтверджують.
Усім елементам радіаційного балансу властива асиметричність добового ходу - в першій половині дня їхні значення вищі, ніж у другій. Крім того, на відкритих місцеположеннях пряма радіація переважає над розсіяною. В інші години співвідношення між ними обернене. Це відбувається тому, що після обіду збільшується конвективна хмарність і більше тепла витрачається на довгохвильове випромінювання. В горах додатковим чинником радіаційної асиметричності є експозиційність. Схили східної експозиції, повернуті до сонця до полудня, у проміжку між 13 і 14 годинами одержували в 1,4 рази більше радіації, ніж західної і, відповідно, сильніше прогрівались. На вирубках частка прямої радіації в першому випадку становила 58-66%, у другому – 55-57%. Під пологом лісу частка прямої радіації складала 40-43%, тобто, тут тепловий режим здебільшого визначається розсіяною радіацією.
В умовах однієї експозиції кількість одержаної сонячної радіації залежить від крутості схилу. На схилі східної експозиції на поверхню близьку до горизонтальної (ступінь схилу) потрапляло в 1,2 рази більше радіації, ніж на поверхню, розміщену під кутом 20-250. Така сама тенденція характерна для схилу західної експозиції.
Режим випромінюваної радіації тісно пов’язаний зі змінами альбедо діяльної поверхні. Дані вимірювань показали дещо менші значення альбедо для фацій східної експозиції (30-34%) порівняно із західною (30-42%). Розходження пояснюється тим, що схили західної експозиції довше зберігають росу. Водночас встановлено, що в межах різних експозицій за однакового кута нахилу значеннями альбедо близькі.
У фаціях, які мають вищі значення альбедо, діяльна поверхня поглинає меншу кількість тепла. Кількість тепла, яка йде на теплообмін з ґрунтом, теж менша. Характеризуючись більшими величинами відносної вологості, ці ж природні комплекси витрачають меншу кількість енергії на випаровування. Головна частка теплового балансу, таким чином, припадає на теплообмін з атмосферою і сусідніми більш холодними лісовими фаціями, що сприяє відведенню надлишкового тепла з безлісих ділянок, а тому перешкоджає перегріванню підросту. Якщо цей чинник підсилюється більшою відбивною здатністю порівняно з поглинаючою, що за інших рівних умов залежить від ступеня зволоження, умови для росту ще ліпші.
Порівняння головних параметрів радіаційного режиму з темпами приросту і підсумковим приростом на вирубках показало, що прямої залежності між цими величинами не існує. Найвища інтенсивність росту не є наслідком найвищих величин сумарної радіації. Це пояснюється тим, що при достатній кількості радіації, яка характерна для вирубок, вирішальне значення все ж має перерозподіл по елементах теплового балансу.
Важливим чинником, який змінює величину зовнішнього потоку сонячної радіації, є стан хмарності. При суцільній хмарності прихід сумарної радіації завжди зменшується, а перешкоджають її поступленню головно хмари нижнього ярусу.
У період спостережень обох років здебільшого переважала похмура та напівясна погода. Повторюваність похмурого стану складала 37-39%, півясного – 38-41%, ясного – 22-25%.
Великий вплив на прихід радіації також мають опади: частота випадання, інтенсивність і тривалість. За період з 18 червня по 30 липня 1982 року було зареєстровано 26 випадків випадання опадів, здебільшого у вигляді обложних дощів. В окремі дні середньодобова кількість опадів перевищувала 15 мм, досягаючи 30-55 мм. З 18 по 30 червня випало 85,8 мм опадів, з 1 по 31 липня – 211,5 м. Загальна сума опадів під час спостережень становила 297,3 мм. У 1983 році з 19 червня по 23 липня було 15 днів з опадами. Порівняно з попереднім роком літо загалом було більш вологе.