Комплексно изследване на археологическа дървесина от стълби, съхранявани в историческия музей на гр. Асеновград

В рамките на работата по проекта „Дендрохронология – създаване на хилядолетни скали за датиране на материалното културно наследство на Балканите“ (№ ДН 20/7 от 11.12.2017 г.), финансиран от Фонд „Научни изследвания“ при МОН, е извършено комплексно изследване на дървени стълби, изплзвани при рудодобив, съхранявани в Историческия музей в гр. Асеновград. Основните задачи на проучването се свеждат до следните дейности:

–     Определяне на дървесните видове, използвани за направа на стълбите,

–     Анализ на изменението на радиалния прираст на дървесните индивиди и сравнение на съставените хронологии от широчини на годишните пръстени.

ОБЕКТ И МЕТОД НА РАБОТА

За извършване на проучването са изследвани две дървени стълби, съхранявани в Историческия музей на гр. Асеновград. Общ изглед на експонатите е представен на фиг. 1.

Фиг. 1. Общ изглед на изложените дървени стълби в музея в гр. Асеновград

За решаване на поставените задачи е използван дендрохронологичният метод (Cook and Kairiukstis, 1990; Мирчев и кол., 2000). Неговата същност се свежда до извличане на данни от годишните пръстени на анализираните дървесни индивиди. Те съдържат ценна информация, която много често не може да бъде получена от други източници.

Дървесните прирастови проби са взети чрез преслеров свредел. За целта са избрани участъци, които са отдалечени от увреждания и разклонявания на дърветата. Получените сондажни образци (проби) са монтирани върху специални дървени поставки, така че от горната им страна да се наблюдава напречно сечение на дървесината. След това горната им половина е отстранена чрез шлайф машини и повърхността им е обработена ръчно с фини шкурки до получаване на полирано-гладка повърхнина. По този начин е осигурено ясно наблюдение на елементите в дървесината и точно отчитане на границите на годишните пръстени в образците.

След тази обработка пробите са сканирани и широчините на годишните пръстени са измерени в лабораториите по дендрохронология на ЛТУ–София и Института за гората при БАН. За целта са използвани широкоформатен скенер (A3) с висока разделителна способност (1800 dpi) и компютърна програма CooRecorder (Cybis Elektronik and Data AB, 2022). Точността на отчитане, която позволява този метод, е ±0,001 mm. Кръстосано датиране на пробите за установяване наличие на двойни (лъжливи) дървесни пръстени, години без радиален прираст (липсващи пръстени) или грешки при измерването е извършено чрез визуален, графичен и статистически методи. Използвани са компютърните програми: CDendro (Cybis Elektronik and Data AB, 2022), DendroStat (Зафиров, 2006) и COFECHA (Holmes, 1986).

За осъществяване на обективна интерпретация на получените данни за широчините на годишните пръстени те са стандартизирани (Fritts, 2001; Мирчев и кол., 2000). Тази процедура се извършва поради промените, които настъпват в радиалния прираст с увеличаване на възрастта на дърветата. Най-подходящата биологична крива (тренд), която отразява в максимална степен съответната за изследвания индивид зависимост възраст–прираст, е установена посредством регресионен анализ (Cook and Kairiukstis, 1990). Тя представлява плавно изменяща се линия, която се вписва най-добре в анализираните дендрохронологични серии. Получените регресионни модели за тренда на всяко дърво и измерените стойности за широчините на годишните пръстени дават възможност да се изчислят индексите за радиалния прираст. 

Сходството между хронологиите както в рамките на едно дърво, така и между отделните индивиди, е изследвано чрез корелационен анализ.

РЕЗУЛТАТИ И АНАЛИЗ

За извършване на дендрохронологичен анализ са взети два сондажни образеца от първия дървесен индивид в различни участъци на експоната (фиг. 2 А и 3). От втория екземпляр е взета една прирастова проба (фиг. 2 Б).

Фиг. 2. Взимане на прирастови проби с преслеров свредел от дървените стълби: А – първи експонат и Б – втори експонат

 Фиг. 3. Получен сондажен образец от първи дървесен екземпляр

След обработка на пробите до получаване на полирано гладка повърхност (фиг. 4) е извършено идентифициране на дървесните видове. В напречене пререз на дървесината на първия експонат се вижда, че проводящите елементи са трахеиди. Това показва, че тя е от иглолистен дървесен вид. Цветът й е матов, жълтеникаво-бял до червеникаво-бял. Ясно се забелязва потъмняването на дървесината при прехода между пролетната и лятната дървесина в рамките на годишните пръстени. Преходът между тези две части на пръстените обаче не е рязък, а става постепенно с тяхното нарастване. В дървесината не са идентифицирани смолни канали, което е съществен белег за идентифициране на елова дървесина. Тези белези показват, че дървесният вид, от който е направена стълбата, най-верятно е обикновена ела (Abies alba Mill.).

Фиг. 4. Прирастова проба с увеличен участък от: А – първи екземпляр с иглолистна дървесина и Б – втори екземпляр с широколистна дървесина

Дървесината на втория екземпляр има червеникаво-бял цвят. В нея се забелязват сравнително по-големи проводящи елементи – трахеи, което показва, че тя е от широколистен дървесен вид. Те не се забелязват с невъоръжено око, а само под голямо увеличение на дървесината. Трахеите са разположени по цялата широчина на годишните пръстени, което показва, че дървесината е пръснато пореста. Налични са също така многоредни хомогенни сърцевинни лъчи, които изглеждат като лъскави ивици. По целия напречен пререз на дървесината не се установява различно оцветяване, което показва, че тя не е разграничена на ядро и беловина. Тези характеристики показват, че втората стълба е направена най-вероятно от бук. Предвид географското разположение е вероятно това да е обикновен бук – Fagus sylvatica L.

При измерването на широчините на годишните пръстени в сондажните образци (фиг. 5) са получени съответно три прирастови серии – две за първия дървесен екземпляр и една за втория. Хронологиите от първия индивид са с дължина 29 и 26 години, но поради разминаване на началните и крайните пръстени общата им дължина е 32 години. Първата (по-дългата) прирастова проба достига до центъра на стъблото, докато втората минава в близост до него. Във външната част на стъблото са идентифицирани също така и няколко увредени и неподлежащи на измерване годишни пръстена. Поради това може да се предположи, че възрастта на използваното за направа на стъблата дърво е била поне 35–40 години.

Прирастовата хронология за втория дървесен екземпляр обхваща 34 годишен период. Тази проба също не минава точно през центъра на стъблото, като до него остават още около 1–2 годишни пръстена. Поради това, както и поради липсата на кора след последния измерен пръстен, може да се счита, че и това дърво е на сходна възраст – поне 35–40 години.

Фиг. 5. Измерване на прирастовата проба от иглолистния екземпляр с компютърната програма CooRecorder

Математическата обработка на получените данни е свързана със стандартизация на прирастовите серии, при която са установени най-подходящите за всяка от тях биологични криви (трендове). Резултатите от извършения анализ показват, че първият изследван дървесен индивид е расъл без съществено върхово засенчване. Поради това най-подходящи биологични криви за стандартизиране на двете негови хронологии са уравнение на Weibull (за първата проба, която достига до центъра на стъблото) и модифицирана експоненциална функция (за втората проба, която минава близо до центъра) (фиг. 6).

Фиг. 6. Динамика на радиалния прираст в абсолютни стойности (mm, сини линии) и биологични криви (червени линии) за двете прирастови проби от иглолистния екземпляр

След намиране на биологичните криви за двете проби са изчислени индексите за радиалния прираст (I_r) по представената в метода на работа формула (фиг. 7). Относителните (бездименсионни) стойности на тези данни дават възможност за обединяване на сериите в обща хронология, както и за извършване на по-мащабни анализи чрез сравняването им с прирастови серии за индивиди от същия или други дървесни видове в дадения регион.

Фиг. 7. Получени индекси за радиалния прираст в двете проби от предходната фигура

Полученият коефициент на корелация между двете индексни серии за прираста на първия индивид е изключително голям – r = 0,86. За сравнение стойността на коефициента, изчислен преди стандартизирането на хронологиите, е с по-малка стойност – r = 0,76. Повишаването на корелацията показва, че при процеса на стандартизация са премахнати различия, дължащи се на специфики в нарастването в различни участъци на дървесното стъбло, а също така и на пробовземането (различно разположение на центъра на стъблото).

Високият коефициент на корелация потвърждава, че няма измествания в годините на някоя от пробите, и позволява обединяването им в средна хронология за радиалния прираст на изследвания иглолистен екземпляр. Тя е представена на фиг. 8. На нея са показани също така изглаждаща линия чрез 11-годишни плъзгащи се средни стойности и стресови периоди (интервали с по-съществено и продължително понижение на прираста под средния).

Фиг. 8. Средна индексна хронология за радиалния прираст на иглолистния индивид

Получената средна прирастова хронология за този дървесен екземпляр обхваща общия 32 годишен период на пробите. През първите години от живота на дървото радиалният му прираст е варирал около и над средния (I_t ≥ 1), което показва, че състоянието му е било сравнително добро. След 17-тата година обаче е започнал стресов период с прираст под средния (I_t < 1), който е продължил до 22-рата година. Следва известен период на подобрение на състоянието му, но около 30-тата година е започнал и втори стресов период, който е продължил до края на анализирания растежен интервал. Идентифицираните ключови години в пробата, през които прирастът на дървото е бил значително понижен, са 18-та и 19-та. Като такива биха могли да се използват също така и следните години, през които дървесните пръстени също са били с по-малки широчини от средната: 2-ра, 20-та, 22-ра и 31-ва.

Вторият дървесен индивид също е расъл без съществено върхово засенчване. Поради това общата тенденция в изменението на радиалния му прираст също е към понижение през целия растежен период (фиг. 9). Взетата дървесна проба не минава точно през центъра на стъблото, а в близост до него, поради което след измерване по права линия първите годишни пръстени са най-широки и след тях прирастът намалява. Полученият най-висок показател за адекватност на биологичната крива (коефициент на определеност – R²) е за математическия модел чрез уравнението на Weibull.

През първите години от живота и на второто дърво радиалният му прираст е варирал около и над средния (I_t ≥ 1, фиг. 10). Това показва, че състоянието му е било сравнително добро. След това обаче са отчетени два стресови периода през растежния интервал: между 10-та и 16-та година и между 27-ма и 31-ва година. В края на анализирания период изследваното дърво е било с прираст около средния в сравнително добро състояние. Идентифицираните ключови години в пробата, през които прирастът на дървото е бил значително понижен, са 3-та и 13-та. Като такива биха могли да се използват също така и следните години, през които дървесните пръстени също са били с по-малки широчини от средната: 10-та, 16-та, 28-ма, 30-та и 31-ва.

За да се провери дали дървесните индивиди, използвани за направа на стълбите, са расли по едно и също време, е извършено кръстосано датиране на прирастовите хронологии. Въпреки разликата в дървесните видове, този анализ е оправдан поради използването на стандартизирани серии за широчините на годишните пръстени. При него обаче не е установено съвпадение на описаните по-горе ключови години. Извършеният корелационен анализ също не показва съвпадение на някои части от индексните серии за двата екземпляра. Получените при него корелационни коефициенти са близки до нула независимо от степента на изместване на хронологиите. Тези резултати показват, че в случай на едновременен растеж на двата индивида, в района не е имало общ лимитиращ фактор и за двата дървесни вида. Може да се предположи също така, че стълбите са ползвани по различно време или дървеният материал е взет от отдалечени райони.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

За направа на първата стълба е използвано иглолистно дърво, вероятно от обикновена ела, докато втората стълба е направена от широколистен дървесен вид – вероятно обикновен бук.

Възрастите на двата индивида в рамките на използваните участъци за направа на дървените стълби са сходни – между 35 и 40 години. Общата тенденция на намаляване на радиалния прираст през целите растежни периоди и на двете дървета показва, че те са се развивали без съществено върхово засенчване.

В прирастовата хронология от първия дървесен екземпляр е идентифициран един стресов период и вероятно начало на втори в края на анализирания интервал. Отчетени са също така две ключови години със значително понижен радиален прираст, които са формирани непосредствено една след друга. Установени са още четири ключови години с по-слабо понижение на прираста.

Второто дърво е преминало през два стресови периода през растежния си период, като в края му е било в сравнително добро състояние. Идентифицираните по-съществени ключови години и при него са две, но с 10-годишен интервал между тях. При това дърво са определени пет допълнителни ключови години с по-слабо понижение на прираста.

Посочените характеристики на двете прирастови серии са необходими за кръстосаното им датиране както помежду им, така и с други главни хронологии. Извършеното такова датиране между сериите обаче не показва наличие на съвпадение. Това е вероятно да се дължи както на липса на общ лимитиращ фактор в района и за двата дървесни вида, така и на различно време за ползване на стълбите или на използван дървен материал от отдалечени райони.

ИЗПОЛЗВАНА ЛИТЕРАТУРА

Зафиров, Н., 2006. Компютърна програма за анализ на хронологии от дървесни пръстени, Лесовъдска мисъл, кн. 1-2, с. 44–53.

Мирчев, С., М. Любенова, А. Шикаланов, Н. Симеонова. 2000. Дендрохронология (кратък курс). Pensoft, София-Москва.

Cook, E., L. Kairiukstis (eds.), 1990. Methods of Dendrochronology: Applications in the Environmental Sciences. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Netherlands, 394 p.

Cybis Elektronik and Data AB, 2022. Cybis Dendrochronology: Home of CDendro and CooRecorder. Retrieved from http://www.cybis.se/forfun/dendro/index.htm (accessed on July 30, 2022).

Fritts, H. C., 2001. Tree rings and climate. Caldwell, New Jersey, Blackburn Press (Initially published in 1976, London, Academic Press), 576 p.

Holmes, R. L., 1986. Quality Control of Crossdating and Measuring. A Users Manual for Program COFECHA. In: Holmes R.L., R.K. Adams, H.C. Fritts (eds). Tree-Ring Chronologies of Western North America: California, Eastern Oregon and Northern Great Basin with Procedures Used in the Chronology Development Work Including Users Manuals for Computer Programs COFECHA and ARSTAN. Laboratory of Tree-Ring Research, University of Arizona, Tucson, Arizona, pp. 41–49.