Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2016
Ключевые слова: годичные кольца, анатомия древесины, лиственница, дендроклиматология, центральная Азия, размер трахеид, толщина клеточной стенки, диаметр люмена, реконструкции климата, извержение вулканов, транспорт воды в деревьях
Аннотация: В 2016 г. были проведены экспедиции по сбору образцов в высокогорных районах на верхней границе леса в Республике Тыва, что позволило продлить и улучшить репликацию слабо заполненных периодов для длительных древесно-кольцевых хронологий, протяженностью несколько последних тысячелетий в Центральной Азии.? Завершено получение данныхПоказать полностьюпо микроанатомии годичных колец деревьев на трех участках в Алтае-Саянском регионе: Mongun (с 1595 по 2015 гг.), Ak-ha (с 1594 по 2015 гг.), Jelo (с 1615 по 2015 гг.). Рассчитаны статистические оценки временной изменчивости микроанатомических параметров годичных колец: дисперсия, чувствительность, синхронность, сила сигнала выборки и др. ? В результате измерений анатомических параметров годичных колец лиственницы сибирской для участков Mongun, Jelo, Ak-ha были получены три хронологии длительностью 400 лет по таким параметрам, как размеры клетки, толщина клеточной стенки и др. Измерения толщины клеточной стенки и диаметра клетки внутри годичного кольца показали, что средние значения толщины клеточной стенки для годичных колец разных лет составили 2.22-5.86 мкм. На основании клеточных измерений были рассчитаны такие параметры как ширина и плотность годичного кольца. Высокие значения корреляции клеточных параметров с изменениями ширины годичного кольца позволили сделать вывод о синхронности климатического отклика анатомической структуры на влияние внешних факторов. Выполнена оценка климатических связей клеточных хронологий путем сопоставления данных о средней приземной температуре за месяц и пятидневки. Результаты работы показали, что ключевой интервал сезона, определяющий общую продукцию клеток, относительно короток: 6 пятидневок (06.VI-31.VII). Толщина клеточной стенки в зоне годичного кольца показывает значимую корреляцию с теми же пятидневками, что и ширина годичного кольца (продукция клеток). В этом случае, ширина годичного кольца и радиальные размеры трахеид годичных колец на верхнем пределе произрастания древесной растительности определяются температурными условиями достаточно короткого интервала в начале сезона (в основном температурой июня и июля). ? Анализ распределения патологий структуры годичных колец и выпавших колец на образцах из коллекции широтного центрально-азиатского трансекта (Taynik et al., 2016) позволил построить серию хронологий экстремальных климатических событий охватывающих два последних тысячелетия. Для анализа полученных данных был разработан новый методический подход по анализу встречаемости аномалий и выпавших колец на основании привлечения таких параметров как: выраженность экстремального события, территориальный охват, образование в один год патологий и выпавших колец, минимумы прироста, длительность экстремального события. ?На основе анализа встречаемости нарушений анатомической структуры годичных колец и выпавших колец в образцах коллекции Jelo была построена хронология климатических экстремумов для территории Центрального Алтая. Результаты работы позволили определить наиболее выраженные события, произошедшие в 536-537, 591, 627, 803, 874, 905-906, 935, 1243-1245, 1370, 1399, 1645-1647, 1662, 1699-1700, 1751, 1783-1784, 1812-1814, 1874-1875, 1900 гг. В результате привлечения новых коллекций была существенно переработана хронология экстремальных событий Kungur построенная в 2015 г., за счет привлечения образцов с близкорасположенного участка Taris. Анализ обобщенной коллекции образцов KT (Kungur-Taris) позволил выявить 260 патологий структуры годичных колец (морозобойные и светлые кольца, флюктуации в структуре годичного кольца) и 227 выпавших колец за период с 805 по 2014 гг. Верификация выделенных нами экстремальных событий с данными полученными по другим регионам позволила обозначить пять событий 1198-1202, 1204-1205, 1257-1259, 1783-1785 и 1884 гг. охватившие обширные территории в Северном полушарии.?В 2016 г. был завершен анализ коллекции из 149 образцов коллекции древесины хронологии Ak-ha собранных в 2012, 2013 и 2015 гг. В результате было обнаружено 76 патологий структуры и 304 выпавших годичных кольца. Анализ их распределения позволил построить хронологию экстремальных климатических событий (67 дат) для Южного Алтая за последние 2000 лет. ?Проведен анализ встречаемости нарушений анатомической структуры и выпавших колец в образцах ископаемой древесины со средневекового археологического памятника Надымский городок и Бухта Находка, расположенных в субарктической зоне Западной Сибири. ? С 1 по 8 августа в поселке городского типа Черемушки (граница республики Хакасия и Красноярского края) была проведена международная школа-конференция «Экология растений и цифровая анатомия древесины» (http://woodanatomy2016.sfu-kras.ru/). Всего в работе школы-конференции прошли обучение 35 человек из семи стран: Испании (1), Швейцарии (2), Польши (3), Киргизии (1), Азербайджана (1), Италии (1), Россия (26). Со 2 по 29 декабря 2016 года в Институте фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ двое преподавателей школы – доктор Патрик Фонти и Марина Брюханова провели первый в своем роде интенсивный курс для аспирантов и молодых ученых СФУ по написанию статей на английском языке «Publishing in Xylem Ecology». ? Завершена разработка комплекса математических моделей годичного кольца для оценки функциональных характеристик годичных колец хвойных и функционально-оптимизационного анализа клеточной структуры и выявления в ней новых климатических индикаторов. Разработанная ранее функциональная модель для расчета гидравлических характеристик, прочности и метаболической стоимости трахеид и годичных колец хвойных дополнена имитационной оптимизационно-функциональной моделью годичного кольца. Представленная нами модель годичного кольца является оригинальной и не имеет аналогов. Оптимизационно-функциональная модель выполнена в рамках метода трахеидограмм и поэтому модельной единицей является радиальный ряд, а точнее, его средняя трахеидограмма. ? Все рассмотренные варианты изменчивости плотности клеток вдоль радиуса годичного кольца, отличные от реального варианта, т.е. разделения кольца на раннюю и позднюю древесину, приводят к тому, что по совокупности функциональных характеристик эти имитированные годичные кольца уступают реальному годичному кольцу. Это позволяет сделать вывод, что "сэндвич-структура" годичных колец является эффективным способом перераспределения функциональной нагрузки между трахеидами и формирования годичных колец оптимальных в функциональном аспекте: одновременно обладающими высокой водопроводящей способностью, прочностью при минимизированных метаболических затратах. Наличие сезонного тренда предоставляет возможность избежать конфликта между функциями-антагонистами и увеличить проводимость посредством перераспределения функциональной нагрузки между трахеидами без увеличения метаболических затрат без снижения прочности.? В течение 2016 года была доработана информационная система и база данных по количественной анатомии древесины «DigiWood» (ИС БД «DigiWood»), которая размещена на домене Сибирского федерального университета – /www.digiwood.sfu-kras.ru/. Для эффективного использования возможностей серверов и клиентов использована архитектура Model-view-controller (MVC, модель-представление-контроллер). Дополнительно, в нее внедрена система, предназначенная для распознавания изображений. ИС БД «DigiWood» состоит из трех компонентов: клиента, сервера приложений (к нему подключено клиентское приложение) и слоя данных с которыми и будет работать как сервер приложений.