sergeogrИзвестия Российской академии наук. Серия географическаяIzvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya2587-55662658-697510.31857/S2587556622040070sergeogr-1583Research ArticleПриродные процессы и динамика геосистемNatural Processes and Dynamics of GeosystemsДендроклиматический анализ радиального прироста сосны (Pinus sylvestris L.) на европейском Северо-Востоке РоссииDendroclimatic Analysis of Scots Pine (Pinus sylvestris L.) Radial Growth in the European North-East of RussiaКутявинИ. Н.KutyavinI. N.

Сыктывкар.

Syktyvkar.

kutjavin-ivan@rambler.ruМановА. В.ManovA. V.

Сыктывкар.

Syktyvkar.

Институт биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАНРоссияInstitute of Biology, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202217092022864547562Copyright © Кутявин И.Н., Манов А.В., 20222022Кутявин И.Н., Манов А.В.Kutyavin I.N., Manov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestia.igras.ru/jour/article/view/1583

В статье приводятся результаты исследований климатического сигнала в радиальном приросте сосны обыкновенной, растущей на автоморфных и гидроморфных почвах европейского Северо-Востока России (Республика Коми). На 7 участках, располагающихся в разных подзонах тайги, отобраны образцы древесины (керны и спилы) для построения древесно-кольцевых хронологий сосны, с целью выявления связи ее прироста с параметрами климата. По данным инструментальных метеонаблюдений на исследуемой территории с начала 70-х годов XX столетия отмечается тенденция повышения температуры воздуха и суммы осадков, которые в широтном и долготном градиенте проявляются неодинаково. Статистический анализ связи климат/прирост показал, что основным фактором роста сосны северной тайги и в районе Северного Предуралья выступает температура мая, а в средней и южной тайге – температуры июля. Для сосняков северной тайги выявлена достоверная отрицательная связь ширины годичных колец деревьев с осадками мая и июля. Анализ корреляции индексов прироста со среднемесячными температурами воздуха и суммами месячных осадков в плавающем окне в диапазоне 25 лет показал неустойчивый сигнал за вегетационный период. Отмечено, что за последние 30 лет на европейском Северо-Востоке происходит ослабление климатического сигнала в радиальном приросте древесины, что, видимо, определяется адаптационными способностями сосны к благоприятным термическим условиям. Корреляция взаимоотношений индексированных хронологий со скользящими пятнадцатидневными значениями климатических значений показала, что в условиях средней и южной тайги в начале вегетационного периода положительная связь радиального прироста с температурой воздуха, при ее ослаблении, сменяется на положительную связь с осадками. Однако, такая особенность в северной тайге не проявляется. Здесь в большей степени на прирост сосны положительное влияние оказывает температура воздуха.

The study’s results of the climatic signal with a radial growth of Scots pine (Pinus sylvestris L.) on automorphic and hydromorphic soils of the European North-East of Russia (Komi Republic) are presented. Wood samples (cores and cuts) were taken from seven sites located in different subzones of the taiga. Based on these samples, tree-ring chronologies of pine were built, and the relationship between growth and climatic parameters (air temperature, climatic precipitation) was revealed. According to instrumental meteorological observations, in the study area, since the beginning of the 70s of the 20th century, there has been a tendency to an increase in air temperature and the amount of precipitation. In the latitudinal and longitudinal gradients, these indicators are manifested unequally. Analysis of the relationship between climate and growth showed that the main factor providing pine growth in the northern taiga subzone and in the Northern Urals is the temperature in May, and in the middle and southern taiga subzone—in July. In the pine forests of the extremely northern taiga, a reliable negative relationship was found between the width of tree rings and precipitation in May and July. An analysis of the correlation of pine growth indices with average monthly temperatures and the precipitation amount in a floating window in the range of 25 years showed an unstable signal for the growing season. It is noted that over the past 30 years in the European Northeast, there has been a weakening of the climatic signal with wood radial growth. The correlation of the relationship between indexed pine chronologies with sliding fifteen-day values of climatic indicators showed positive relationship between radial growth and air temperature. However, this relationship became insignificant in the middle and southern taiga at the beginning of the growing season. On the contrary, these values are replaced by precipitation. But, such a feature is not manifested in the subzones of the extreme and northern taiga. Here, to a greater extent, the only air temperature has a positive effect on pine growth.

Севертайгадендроклиматологиясосна обыкновеннаярадиальный приростдревесно-кольцевая хронологияклиматNorthtaigadendroclimatologyScots pineradial growthtree-ring chronologyclimateРабота выполнена в рамках государственного задания Института биологии Коми НЦ УрО РАН от 10.12.2017 г., гос. регистрации № 1021051101417-8-1.6.19. Авторы выражают благодарность д.б.н. К.С. Бобковой за всестороннюю помощь при подготовке данной статьи.The work was carried out within the framework of the state assignment of the Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, state registration no. 1021051101417-8-1.6.19. The authors are grateful to Dr. Biol. Sciences K.S. Bobkova for comprehensive assistance in the preparation of this article.ReferencesАлексеев В.А. Световой режим леса. Л., 1975. 225 с.Alekseev V.A. Svetovoi rezhim lesa [Forest Light Mode]. Leningrad, 1975. 225 p.Атлас по климату и гидрологии Республики Коми. М.: Дрофа; ДиК, 1997. 116 с.Atlas po klimatu i gidrologii Respubliki Komi [Atlas on Climate and Hydrology of the Komi Republic]. Moscow: Drofa, DiK Publ., 1997. 116 p.Бенькова В.Е., Шашкин А.В., Наурзбаев М.М., Прокушкин А.С., Симанько В.В. Значение микроэкологических условий роста лиственницы Гмелина в экотоне верхней границы леса на полуострове Таймыр // Лесоведение. 2012. № 5. С. 59–70.Bastos A., Gouvenia C. V., Trigo R.M. Analyzing the spatio-temporal impacts of the 2003 and 2010 extreme heatwaves on plant productivity in Europe. Biogeosci., 2014, vol. 11, no. 13, pp. 3421–3435. https//doi.org/10.5194/bg-11-3421-2014Бобкова К.С. Биологическая продуктивность хвойных лесов Европейского Северо-Востока. Л.: Наука, 1987. 156 с.Ben’kova V.E., Shashkin A.V., Naurzbaev M.M., Prokushkin A.S., Siman’ko V.V. The importance of microecological conditions for growth of Larix gmelinii at the timberline on Taimyr Peninsula. Lesovedenie, 2012, no. 5, pp. 59–70. (In Russ.).Ваганов Е.А., Качев А.В. Дендроклиматический анализ в лесоболотных фитоценозах Томской Области // Лесоведение. 1992. С. 3–10.Bjoklund J., Seftigen K., Schwrngruber F., Fonti P., von Arx G., Bryukhanova M.V., Cuny H.E., Carrer M., Castaneri D., Frank D. Cell size and wall dimensions drive distinct variability of earlywood and latewood density in Northern Hemisphere conifers. New Physiologist, 2017, pp. 1–13.Ваганов Е.А., Шиятов С.Г., Мазепа В.С. Дендроклиматические исследования в Урало-Сибирской Субарктике. Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1996. 246 с.Bobkova K.S. Biologicheskaya produktivnost’ khvoinykh lesov Evropeiskogo Severo-Vostoka [Biological Productivity of Coniferous Forests in the European North-East]. Leningrad: Nauka Publ., 1987. 156 p.Верхоланцева Л.А. Водно-физические свойства почв сосняков-зеленомошников // Вопросы экологии сосняков Севера (Тр. Коми филиала АН СССР). Сыктывкар, 1972. С. 42–51.Briffa K.F., Schweingruber F., Jones P., Osborn T.J., Shiyatov S.G., Vaganov E.A. Reduced sensitivity of recent tree-growth to temperature at high northern latitudes. Nature, 1998, vol. 391, no. 12, pp. 678–682.Глебов Ф.З., Литвененко В.И. Динамика ширины годичных колец в связи с метеорологическими показателями в различных типах болотных лесов // Лесоведение. 1976. № 4. С. 56–62.Briffa K.R., Osborn T.J., Schweingruber F.H., Harris I.C., Jones P.D., Shiyatov S.G., Vaganov E.A. Tree-ring width and density data around the Northern Hemisphere: Part 1, local and regional climate signals. The Holocene, 2002, vol. 12, no. 6, pp. 737–757.Гурская М.А., Кукарских В.В., Ланге Е. Реконструкция температуры летних месяцев на основе годичных колец сосны обыкновенной Pinus sylvestris L., произрастающей в бассейне р. Печора // Изв. РАН. Сер. геогр. 2017. № 6. С. 132–146.Bunn A.G. A dendrochronology program library in R. Dendrochronologia, 2008, no. 26, pp. 115–124.Комин Г.Е. Влияние климатических и фитоценотических факторов на прирост деревьев в древостоях // Экология. 1973. № 1. С. 74–83.Climate Change 2013 – The Physical Science Basis Working Group I contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Atmosphere and Surface Publisher: Cambridge Univ. Press, 2014, pp. 159–254.Кузнецова В.В., Чернокульский А.В., Козлов Ф.А., Кухта А.Е. Связь линейного и радиального прироста сосны обыкновенной с осадками разного генезиса в лесах Керженского заповедника // Изв. РАН. Сер. геогр. 2020. № 1. С. 93–102.D’Arrigo R., Wilson R., Liepert B., Cherubini P. On the ‘Divergence Problem’ in Northern Forests: a review of the tree-ring evidence and possible causes. Global Planet Change, 2007, vol. 60 (3–4), pp. 289–305.Кутявин И.Н. Сосновые леса Северного Приуралья: строение, рост, продуктивность. Сыктывкар: ИБ Коми НЦ УрО РАН, 2018. 176 с.Drobyshev I., Niklasson M., Angelstam P. Contrasting tree-ring data with fire record in a pine-dominated landscape in the Komi Republic (Eastern European Russia): recovering a common climate signal. Silva Fennica, 2004, vol. 38 (1), pp. 43–53.Леса Республики Коми / отв. ред. Г.К. Козубов, А.И. Таскаев. М.: ДИК, 1999. 332 с.Fritts H.C. Dendroclimatology and dendroecology. Quat. Res., 1971, no. 4, pp. 419–449.Малышева Н.В., Быков Н.И. Дендроклиматический анализ ленточных боров западной Сибири // Изв. РАН. Сер. геогр. 2011. № 6. С. 68–77.Fritts H.C. Tree-Ring and Climate. London: Acad. Press, 1976. 576 p.Максимов Т.Х., Койке Т. Физиологические аспекты адаптации хвойных и лиственных пород деревьев якутской и японской популяции при возможном потеплении климата / Физиология растений – наука 3-го тысячелетия: Тез. докл. 4-го съезда о-ва физиологов раст. России. М., 1999. Т. 1. С. 412–413.Glebov F.Z., Litvenenko V.I. Dynamics of tree ring width in relation to meteorological parameters in various types of wetland forests. Lesovedenie, 1976, no. 4, pp. 56–62. (In Russ.).Манов А.В. Радиальный прирост сосны обыкновенной в островном массиве бора лишайникового Печорского заполярья // Изв. Коми науч. центра УрО РАН. 2014. Вып. 4 (20). С. 43–49.Grissino-Mayer H.D. Evaluating crossdating accuracy: a manual and tutorial for the computer program COFECHA. Tree-Ring Res., 2001, no. 57, pp. 205–221.Мацковский В.В., Соломина О.Н. Климатический сигнал в ширине годичных колец хвойных деревьев на севере и в центре Европейской России // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем, 2011. Т. XXIV. С. 256–270.Gurskaya M.A., Kukarskikh V.V. Lange E. Reconstruction of summer month temperatures based on scotch pine tree rinds (Pinus sulvestris L.) growing in the Pechora River basin. Izv. Akad. Nauk, Ser. Geogr., 2017, no. 6, pp. 132–146. (In Russ.).Патов А.И. Сезонная динамика прироста сосново-елового древостоя средней подзоны тайги // Проблемы ботаники на Европейском Северо-Востоке РСФСР. Сыктывкар, 1981. С. 38–44.Holmes R.L. Computer-assisted quality control in tree-ring dating and measurement. Tree-Ring Bull., 1983, vol. 44, pp. 69–75.Рысин Л.П., Савельева Л.И. Сосновые леса России. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2008. 289 с.Komin G.E. Influence of climatic and phytocenotic factors on the growth of trees in stands. Ekologiya, 1973, no. 1, pp. 74–83. (In Russ.).Шиятов С.Г. Дендрохронология верхней границы леса на Урале. М.: Наука, 1986. 136 с.Kullman L. Pine (Pinus sylvestris) treeline dynamics during the past millennium – a population study in west-central Sweden. Ann. Bot. Fennici., 2005, vol. 42, pp. 95–106.Шиятов С.Г., Мазепа В.С. Влияние климатических факторов на радиальный прирост деревьев в высокогорьях Урала // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. С. 125–134.Kutyavin I.N. Sosnovye lesa Severnogo Priural’ya: stroenie, rost, produktivnost’ [Pine Forests of the Northern Cis-Urals: Structure, Growth, Productivity]. Syktyvkar: IB Komi NTs UrO RAN, 2018. 176 p. https//doi.org/10.31140/book-2018-02.Bastos A., Gouvenia C.V., Trigo R.M. Analyzing the spatio-temporal impacts of the 2003 and 2010 extreme heatwaves on plant productivity in Europe // Biogeosciences. 2014. Vol. 11. № 13. P. 3421–3435. https://doi.org/10.5194/bg-11-3421-2014Kuznetsova V.V., Chernokul’skii A.V., Kozlov F.A, Kukhta A.E. The connection between Scots pine linear and radial increment with different genesis’ precipitation in forests of the Kerzhenskiy reserve. Izv. Akad. Nauk, Ser. Geogr., 2020, no. 1, pp. 93–102. (In Russ.).Bjoklund J., Seftigen K., Schwrngruber F., Fonti P., von Arx G., Bryukhanova M.V., Cuny H.E., Carrer M., Castaneri D., Frank D. Cell size and wall dimensions drive distinct variability of early wood and late wood density in Northern Hemispere conifers // New Physiologist. 2017. P. 1–13.Lesa Respubliki Komi [Forests of Komi Republic]. Kozubov G.K., Taskaev A.I., Eds. Moscow: DIK Publ., 1999. 332 p.Briffa K.F., Schweingruber F., Jones P., Osborn T.J., Shiyatov S.G., Vaganov E.A. Reduced sensitivity of recent tree-growth to temperature at high northern latitudes // Nature. 1998. Vol. 391. № 12. P. 678–682.Lopatin E., Kolström T., Spiecher H. Impact of climate change on radial growth of Siberian spruce and Scots pine in North-western. iForest, 2008, no. 1, pp. 13–21. https://doi.org/10.3832/ifor0447-0010013Briffa K.R., Osborn T.J., Schweingruber F.H., Harris I.C., Jones P.D., Shiyatov S.G., Vaganov E.A. Tree-ring width and density data around the Northern Hemisphere: P. 1, local and regional climate signals // The Holocene. 2002. Vol. 12. № 6. P. 737–757.Matskovskii V.V., Solomina O.N. Climate signal in the annual width of coniferous trees in the north and in the center of European Russia. Probl. Ekol. Monitoringa i Modelirovaniya Ekosistem, 2011, vol. 24, pp. 256–270. (In Russ.).Bunn A.G. A dendrochronology program library in R (dplR) // Dendrochronologia. 2008. № 26. P. 115–124.Maksimov T.H., Koike T. Physiological aspects of adaptation of coniferous and deciduous trees of the Yakut and Japanese populations with a possible warming of the climate In Fiziologiya rastenii – nauka 3-go tysyacheletiya [Plant Physiology -Science of the 3rd Millennium]. Moscow, 1999, vol. 1, pp. 412–413. (In Russ.).Climate Change 2013 – The Physical Science Basis Working Group I contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Atmosphere and Surface Publisher: Cambridge Univ. Press, 2014. P. 159–254.Malysheva N.V., Bykov N.I. Dendroclimatic analysis of Western Siberia pine belt forests. Izv. Akad. Nauk, Ser. Geogr., 2011, no. 6, pp. 68–77. (In Russ.).D’Arrigo R., Wilson R., Liepert B., Cherubini P. On the “Divergence Problem” in Northern Forests: a review of the tree-ring evidence and possible causes // Global Planet Change. 2007. Vol. 60 (3–4). P. 289–305.Manov A.V. Radial growth of Pinus sylvestris L. in the island massif of lichen pine forest in the Pechora polar regions. Izv. Komi Nauchn. Tsentra UrO RAN, 2014, vol. 4 (20), pp. 43–49. (In Russ.).Drobyshev I., Niklasson M., Angelstam P. Contrasting treering data with fire record in a pine-dominated land-scape in the Komi Republic (Eastern European Russia): recovering a common climate signal // Silva Fennica. 2004. Vol. 38 (1). P. 43–53.Mc Bean G., Alekseev G., Chen D. et al. Arctic climate: past and present. In Arctic Climate Impacts Assessment, Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2005, pp. 21–60.Fritts H.C. Dendroclimatology and dendroecology // Quat. Res. 1971. № 4. P. 419–449.Niklasson M., Drakenberg B.A. 600-year tree-ring fire history from Norra Kvills National Park, southern Sweden: implications for conservation strategies in the hemiboreal zone. Biol. Conserv., 2001, vol. 101, pp. 63–71.Fritts H.C. Tree-ring and climate. London; N.Y.; San Francisco: Acad. Press, 1976. 576 p.Nikolaev A.N., Fedorov P.P., Desyatkin A.R. Influence of climate and soil hydrothermal regime on radial growth of Larix cajanderi and Pinus sylvestris in Central Yakutia, Russia. Scandinavian J. of Forest Res., 2009, vol. 24 (3), pp. 217–226. https//doi.org/10.1080/02827580902971181Grissino-Mayer H.D. Evaluating crossdating accuracy: a manual and tutorial for the computer program COFECHA // Tree-Ring Res. 2001. № 57. P. 205–221.Patov A.I. Seasonal dynamics of growth of pine-spruce stand in the middle taiga subzone. In Probl. botaniki na Evropeiskom Severo-Vostoke RSFSR [Problems of Botany in the European North-East of the RSFSR]. Syktyvkar, 1981, pp. 38–44. (In Russ.).Holmes R.L. Computer-assisted quality control in tree-ring dating and measurement // Tree-Ring Bul. 1983. Vol. 44. P. 69–75.Rinn F. Tsap version 3.5. Reference Manual. Computer Program for Tree-Ring Analysis and Presentation. Helenberg, Germany, Frank Rinn, 1996. 264 р.Kullman L. Pine (Pinus sylvestris) treeline dynamics during the past millennium – a population study in west-central Sweden // Ann. Bot. Fennici. 2005. Vol. 42. P. 95–106.Rysin L.P., Savel’eva L.I. Sosnovye lesa Rossii [Russian Pine Forests]. Moscow: KMK Publ., 2008. 289 p.Lopatin E., Kolström T., Spiecher H. Impact of climate change on radial growth of Siberian spruce and Scots pine in North-western Russia // iForest. 2008. № 1. P. 13–21. https://doi.org/10.3832/ifor0447-0010013Shiyatov S.G. Dendrokhronologiya verkhnei granitsy lesa na Urale [Dendrochronology of the Upper Forest Boundary in the Urals]. Moscow: Nauka Publ., 1986. 136 p.Mc Bean G., Alekseev G., Chen D et al. Arctic climate: past and present. Arctic Climate Impacts Assessment (ACIA). Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2005. P. 21–60.Shiyatov S.G., Mazepa V.S. The climatic factors influence on the trees radial growth in the high mountains of the Urals. In Probl. ekol. monitoringa i modelirovaniya ekosistem [Problems of Ecological Monitoring and Ecosystem Modeling]. St.Petersburg: Gidrometeoizdat Publ., 1992, pp. 125–134. (In Russ.).Niklasson M., Drakenberg B. A 600-year tree-ring fire history from Norra Kvills National Park, southern Sweden: implications for conservation strategies in the hemiboreal zone // Biol. Conservation. 2001. Vol. 101. P. 63–71.Sumichrast L., Vencurik J., Pittner J., Kucbel S. The long-term dynamics of the old-growth structure in the National Nature Reserve Badinsky prales. J. of Forest Sci., 2020, vol. 66 (12), pp. 501–510. https//doi.org/10.17221/139/2020-JFSNikolaev A.N., Fedorov P.P., Desyatkin A.R. Influence of climate and soil hydrothermal regime on radial growth of Larix cajanderi and Pinus sylvestris in Central Yakutia, Russia // Scandinavian J. of Forest Res. 2009. Vol. 24:3. P. 217–226.Vaganov E.A. Shiyatov S.G., Mazepa V.S. Dendroklimaticheskie issledovaniya v Uralo-Sibirskoi Subarktike [Dendroclimatic Studies in the Ural-Siberian Subarctic]. Novosibirsk: SO RAN, 1996. 246 p.Rinn F. Tsap version 3.5. Reference Manual. Computer program for tree-ring analysis and presentation. Helenberg, Germany, Frank Rinn, 1996. 264 p.Vaganov E.A., Kachev A.V. Dendroclimatic analysis of pine growth in forest-bog phitocoenoses of Tomsk province. Lesovedenie, 1992, no. 6, pp. 3–10. (In Russ.).Sumichrast L., Vencurik J., Pittner J., Kucbel S. The long-term dynamics of the old-growth structure in the National Nature Reserve Badinsky prales // J. of Forest Sci. 2020. Vol. 66 (12). P. 501–510. https://doi.org/10.17221/139/2020-JFSVerkholantseva L.A. Water-physical properties of soils of green moss pine forests. In Vopr. ekol. sosnyakov Severa [Ecological Issues of Pine Forests of the North]. Syktyvkar, 1972, pp. 42–51. (In Russ.).Wigley T.M.L., Brifa K.R., Jones P.D. On the average value of correlated time series, with applications in dendrochronology and hydrometeorology // J. Climate and Appl. Meteorol. 1984. Vol. 23. P. 201–213.Wigley T.M.L., Brifa K.R., Jones P.D. On the average value of correlated time series, with applications in dendrochronology and hydrometeorology. J. Appl. Meteorol. Climatol., 1984, vol. 23, pp. 201–213.Zang C., Biondi F. Dendroclimatic calibration in R: The bootRes package for response and correlation function analysis // Dendrochronologia. 2013. № 31. P. 68–74.Zang C., Biondi F. Dendroclimatic calibration in R: The bootRes package for response and correlation function analysis. Dendrochronologia, 2013, no. 31, pp. 68–74.Zang C., Pretzsch H., Rothe A. Size-dependent responses to summer drought in Scots pine, Norway spruce and common oak // Trees. 2012. Vol. 26. P. 557–569.Zang C., Pretzsch H., Rothe A. Size-dependent responses to summer drought in Scots pine, Norway spruce and common oak. Trees, 2012, vol. 26, pp. 557–569. https//doi.org/10.1007/s00468-011-0617-z

The authors declare that there are no conflicts of interest present.