Исследование последовательности годовых колец роста деревьев называется дендрохронологией. Хотя многие аспекты дендрохронологии рассматривались в различных текстах, обзор в контексте Новой Зеландии отсутствует.
При обсуждении исследований с использованием однолетних колец роста деревьев необходимо проводить различие между теми исследованиями, которые используют строгие дендрохронологические методы, такие как скрещивание, и теми, которые просто используют их для подсчета возраста деревьев или событий даты. Строгие дендрохронологические методы предлагают многое для экологов, так как они обеспечивают абсолютную хронологическую основу для дат кольцевания деревьев.
Методология дендрохронологии
Основная методология дендрохронологии была рассмотрена Stokes и Smiley (1968г.), Fritts (1976г.) и Schweingruber (1983г.), а также в различных работах Hughes и других (1982г.). В них представлен краткий обзор методологии с уделением особого внимания тем аспектам, которые важны в контексте Новой Зеландии или в тех случаях, когда новые события требуют более подробного рассмотрения. Для некоторых из описанных выше статистических анализов авторы предлагают компьютерные программы.
Три методологических шага являются общими для большинства дендрохронологических исследований: сбор и подготовка образцов; перекрестная датировка и измерение; и построение хронологии. Двумя важными областями применения дендрохронологии являются отношения между ростом и климатом и историей лесов. В этих работах также кратко рассматривается методология, применяемая в этой области.
Взятие и подготовка проб
Рост деревьев, а значит и ширина кольца, зависит от целого ряда экологических и биологических факторов (например, климата, почвы, конкуренции, браузинга). Тщательный отбор участка и деревьев необходим для того, чтобы можно было изучить конкретные факторы воздействия. Неспособность достичь убедительного скрещивания, что привело к неудаче в ранних новозеландских дендрохронологических исследованиях, вероятно, была вызвана неправильным выбором участка.
Однако объект, подходящий для изучения одного фактора, может не подходить для изучения другого. Например, если цель исследования заключается в изучении связи между шириной круга и температурой, отбираются деревья, растущие вблизи альпийской лесопильной линии. Однако субальпийские участки вряд ли пригодны для изучения взаимосвязи между производством семян и их выращиванием, поскольку температурные эффекты, скорее всего, маскируют любые эффекты семян.
В Северной Америке длинные древесно-кольцевые записи, пригодные для восстановления климата в прошлом, были получены из деревьев, растущих на границах их распространения. Такие деревья (например, Сосна остистая (Pinus aristata) часто очень старые. В Новой Зеландии, однако, высокие, с прямыми стволами доминирующие деревья оказались наиболее подходящими для хронологического строительства, хотя в некоторых случаях поврежденные деревья, часто в плохой форме, скорее всего, дают больше информации.
Перекрестный анализ и измерение
«Перекрестные знакомства» - важнейший принцип дендрохронологии. Скрещивание предполагает совпадение схем ширины кольца между различными деревьями и возможно потому, что одни и те же или схожие факторы одинаково ограничивают рост нескольких деревьев на одной площадке. Поскольку этот лимитирующий фактор из года в год меняется, то же самое происходит и с шириной кольца.
В некоторые годы растущие кольца могут отсутствовать или образоваться более одного . Такие аномальные кольца выводят древесные последовательности из хронологического порядка. Их можно, однако, идентифицировать по перекрестной датировке, так как с одной стороны от аномалии ширина кольца будет совпадать с шириной других деревьев, а с другой стороны - нет. Когда эти аномальные круги распознаются и принимаются во внимание, ряды из нескольких деревьев будут совпадать по ширине по всей их длине, обеспечивая тем самым абсолютную временную основу для всех последовательностей колец деревьев.
Несмотря на то, что ширину кольца можно объективно пересчитать, используя компьютерные технологии, все совпадения должны быть проверены визуально, прежде чем принять их как истинные. Кроме того, эти объективные методы подходят только в том случае, если количество аномальных колец невелико. Из-за большого количества их отсутствия во многих новозеландских сериях, а также из-за необходимости визуального контроля, было обнаружено, что лучше всего визуально не проводить скрещивание. Статистическая степень сходства оценивается позже.
Развитие хронологии
Ширина кольца часто уменьшается с увеличением возраста деревьев. Эта тенденция биологического роста обычно не зависит от других факторов, влияющих на рост деревьев (например, климат), и часто перед дальнейшим анализом полезно удалить ее с помощью процедуры подгонки под кривую.
В рамках этой процедуры "стандартизации" измеренные ширины кольца преобразуются в индексы ширины путем деления каждой ширины на ожидаемый рост, полученный на основе подогнанной кривой. Традиционно для стандартизации использовались отрицательные экспоненциальные и полиномиальные кривые.
Наиболее перспективной альтернативой является использование цифровых фильтров. Фильтры имеют два преимущества по сравнению с экспоненциальными и полиномиальными кривыми для стандартизации. Во-первых, спектральные свойства фильтра можно точно определить, а во-вторых, их функционирование не зависит от длительности временного ряда.
В Новой Зеландии компания Bathgate разработала процедуру стандартизации, которая предполагает, что все деревья имеют одну и ту же основную, или "универсальную", тенденцию биологического роста. Это определяется путем усреднения длины кольца большого количества деревьев разного возраста таким образом, чтобы кольца эквивалентного возраста, а не календарных дат, совпадали.
Хронологии с древовидными кольцами обеспечивают основной набор данных для большинства дендрохронологических анализов. Для описания свойств древовидных хронологий можно использовать ряд статистических данных, наиболее важными из которых являются средняя чувствительность, автокорреляция первого порядка, коэффициент корреляции и сила сигнала подвыборки.
Критическим фактором во всех этих приложениях является точность датировки. Именно здесь очевидна ценность истинных дендрохронологических исследований, использующих перекрестную датировку, в отличие от простого подсчета количества колец. Многие из рассмотренных здесь случаев применения древесных колец были опробованы в Новой Зеландии, но часто с ограниченным успехом. Только в последнее десятилетие был достигнут реальный прогресс, и это стало возможным благодаря использованию строгих дендрохронологических методов.
Виден наибольший потенциал дендрохронологии в Новой Зеландии в будущем в двух основных областях:
- Дальнейшее расширение палеоклиматических исследований за счет разработки более хронологических данных по более широкому кругу видов и, по возможности, за счет использования плотности и ширины кольца латвудских пород. Особое внимание следует уделять долгоживущим видам, с тем чтобы обеспечить длительную реконструкцию палеоклимата.
- Более широкое применение дендрохронологических методов при изучении истории лесов (включая динамику древостоя). Это должно включать как датировку событий, так и изучение вариаций колец роста.
Сейчас задача состоит в том, чтобы использовать эти методы для лучшего понимания окружающей среды прошлого, истории и современной экологии новозеландских лесов.
