Структура и динамика древостоев Pinus sibirica Du Tour на верхнем пределе их произрастания в западной части Катунского хребта (Алтай) в условиях климатических изменений

Граница леса характеризуется высокой чувствительную к изменениям климата. В этой связи мониторинг распределения лесопокрытых площадей на южной и северной границах леса в равнинных условиях, а также верхней и нижней границах леса в горных регионах является одним из наиболее простых и эффективных методов изучения реакции растительности на климатические изменения. В западной части Катунского хребта (Центральный Алтай) на основе использования классических методов дендрохронологии был установлен возраст 891 дерева Pinus sibirica Du Tour, произрастающих на разной высоте над уровнем моря. Сравнение высотного положения верхней границы древесной растительности по данным топографических карт 1956 г. и современных спутниковых снимков позволило установить скорость изменения лесопокрытых площадей в зависимости от наличия или отсутствия эдафических ограничений для успешного возобновления древесных видов. Показано, что, начиная со второй половины ХХ в., происходит интенсивная экспансия Pinus sibirica – наиболее распространенного в районе исследования древесного вида, в пояс горных лугов и тундр. Характер и темпы заселения древесной растительностью имеют значительные различия в зависимости от экспозиции склона и его гипсометрических характеристик. Наиболее тесные связи обнаружены между появлением кедра и климатическими показателями холодного периода (температурой и осадками), особенно это характерно для склонов северной и восточной экспозиций. Показано, что экспансии леса благоприятствовало общее изменение климатических условий в районе исследований.

1. Ваганов Е.А., Шиятов С.Г., Мазепа В.С. Дендроклиматические исследования в Урало-Сибирской Субарктике. Новосибирск: Наука, 1996. 247 с.

2. Горчаковский П.Л., Шиятов С.Г. Фитоиндикация условий среды и природных процессов в высокогорьях. М.: Наука, 1985. 208 с.

3. Им С.Т., Харук В.И. Климатически индуцированные изменения в экотоне альпийской лесотундры плато Путорана // Исследование Земли из космоса. 2013. № 5. 32 c. https://doi.org/10.7868/S0205961413040052

4. Паромов В.В., Нарожный Ю.К., Шантыкова Л.Н. Оценка современной динамики и прогноз гляциологических характеристик ледника Малый Актру (Центральный Алтай) // Лёд и Снег. 2018. Т. 58. № 2. С. 171–182. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2018-2-171-182

5. Третий оценочный докл. об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации / отв. ред. В.М. Катцов. СПб.: Наукоемкие технологии, 2022. 676 с.

6. Шиятов С.Г., Ваганов Е.А., Кирдянов А.В., Круглов В.Б., Мазепа В.С., Наурзбаев М.М., Хантемиров Р.М. Методы дендрохронологии: учебно-методическое пособие. Ч. 1. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцевой информации. Красноярск: КрасГУ, 2000. 81 с.

7. Шиятов С.Г. Динамика древесной и кустарниковой растительности в горах Полярного Урала под влиянием современных изменений климата. Екатеринбург: УрО РАН, 2009. 216 с.

8. Büntgen U., Hellmann L., Tegel W., Normand S., Myers-Smith I., Kirdyanov A.V., Nievergelt D., Schweingruber F.H. Temperature-induced recruitment pulses of Arctic dwarf shrub communities / J. of Ecol. 2015. Vol. 103. № 2. P. 489–501. https://doi.org/10.1111/1365-2745.12361

9. Cazzolla G.R., Callaghan T., Velichevskaya A., Dudko A., Fabbio L., Battipaglia G., Liang J. Accelerating upward treeline shift in the Altai Mountains under last century climate change // Scientific Reports. 2019. Vol. 9. Art. 7678. https://doi.org/10.1038/s41598-019-44188-19

10. Chapin F.S., Sturm M., Serreze M.C., McFadden J.P., Key J.R., Lloyd A.H., McGuire A.D., Rupp T.S., Lynch A.H., Schimel J.P., et al. Role of land-surface changes in arctic summer warming // Science. 2005. Vol. 310. № 5748. P. 657–660. https://doi.org/10.1126/science.1117368

11. Climate Change, 2022: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Univ. Press, 2022. 3056 p.

12. Danby R.K., Hik D.S. Variability, contingency and rapid change in recent Subarctic alpine tree line dynamics // J. of Ecol. 2007. Vol. 95. № 2. P. 352–363. https://doi.org/10.1111/j.1365-2745.2006.01200.x

13. Gaisin I.K., Moiseev P.A., Makhmutova I.I., Nizametdinov N.F., Moiseeva O.O. Expansion of tree vegetation in the forest–mountain steppe ecotone on the Southern Urals in relation to changes in climate and habitat moisture // Russ. J. Ecol. 2020. № 4. P. 251–264. https://doi.org/10.1134/S1067413620040074

14. Grigoriev A.A., Devi N.M., Kukarskikh V.V., V’yukhin S.O., Galimova A.A., Moiseev P.A., Fomin V.V. Structure and dynamics of tree stands at the upper timberline in the western part of the Putorana plateau // Russ. J. Ecol. 2019. № 4. P. 243–254. https://doi.org/10.1134/S1067413619040076

15. Grigoriev A.A., Shalaumova Y.V., Balakin D.S. Current Expansion of Juniperus sibirica Burgsd. to the Mountain Tundras of the Northern Urals // Russ. J. Ecol. 2021. № 52. P. 376–382. https://doi.org/10.1134/S1067413621050076

16. Grigoriev A.A., Shalaumova Y.V., Vyukhin S.O., Balakin D.S., Kukarskikh V.V., Vyukhina A.A., Camarero J.J., Moiseev P.A. Upward Treeline Shifts in Two Regions of Subarctic Russia Are Governed by Summer Thermal and Winter Snow Conditions // Forests. 2022. Vol. 13. № 2. Art. 174. https://doi.org/10.3390/f13020174

17. Hansson A., Dargusch P., Shulmeister J. A review of modern treeline migration, the factors controlling it and the implications for carbon storage // J. Mt. Sci. 2021. № 18. P. 291–306. https://doi.org/10.1007/s11629-020-6221-1

18. Harsch M.A., Hulme P.E., McGlone M.S., Dunca R.P. Are treelines advancing? A global meta-analysis of treeline response to climate warming // Ecol. Let. 2009. № 12. P. 1040–1049. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2009.01355.x

19. Holtmeier F.-K. Mountain Timberlines: Ecology, Patchiness, and Dynamics. Advanced Global Change Resource. Berlin–Heidelberg: Springer, 2009. 438 p.

20. Holtmeier F.K., Broll G. Wind as an Ecological Agent at Treelines in North America, the Alps, and the European Subarctic // Phys. Geogr. 2010. Vol. 31. № 3. P. 203–233. https://doi.org/10.2747/0272–3646.31.3.203

21. Jiao L., Chen K., Liu Х., Qi C., Xue R. Comparison of the response stability of Siberian larch to climate change in the Altai and Tianshan // Ecological Indicators. 2021. Vol. 128. № 107823. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2021.107823

22. Klinge M., et al. Climate effects on vegetation vitality at the treeline of boreal forests of Mongolia // Biogeosciences. 2018. Vol. 15. № 5. P. 1319–1333. https://doi.org/10.5194/bg-15-1319-2018

23. Körner C. Alpine treelines. Functional Ecology of the Global High Elevation Tree Limits. Berlin: Springer, 2012. 220 p.

24. Kullman L., Öberg L. Post-little ice age treeline rise and climatic warming in the Swedish Scandes: A landscape ecological perspective // J. of Ecol. 2009. № 97. P. 415–429. https://doi.org/10.1111/j.1365-2745.2009.01488.x

25. Kuyek N.J., Thomas S.C. Trees are larger on south slopes in late-seral conifer stands in northwestern British Columbia // Can. J. For. Res. 2019. Vol. 49. № 11. P. 1349–1356. https://doi.org/10.1139/cjfr-2019–0089

26. MacQueen J. Some methods for classification and analysis of multivariate observations // Proc. 5th Berkeley Symp. on Math. Statistics and Probability / L.M. Le Cam, J. Neyman (Ed.). 1967. P. 281–297.

27. Mazepa V.S. Stand density in the last millennium at the upper tree-line ecotone in the Polar Ural Mountains // Can. J. For. Res. 2005. № 35. P. 2082–2091. https://doi.org/10.1139/x05-111

28. Moiseev P.A., Hagedorn F., Balakin D.S., Bubnov M.O., Devi N.M., Kukarskih V.V., Mazepa V.S., Viyukhin S.O., Viyukhina A.A., Grigoriev A.A. Stand biomass at treeline ecotone in Russian subarctic mountains is primarily related to species composition but its dynamics driven by improvement of climatic conditions // Forests. 2022. Vol. 13. № 2. Art. 254. https://doi.org/10.3390/f13020254

29. Narozhniy Y., Zemtsov V. Current State of the Altai Glaciers (Russia) and Trends Over the Period of Instrumental Observations 1952–2008 // AMBIO. 2011. № 40. P. 575–588. https://doi.org/10.1007/s13280-011-0166-0

30. Pauli H., Gottfried M., Dullinger S., et al. Recent plant diversity changes on Europe’s mountain summits // Science. 2012. Vol. 336. № 6079. P. 353–355. https://doi.org/10.1126/science.1219033

31. Rossi S., Deslauriers A., Anfodillo T., Carraro V. Evidence of threshold temperatures for xylogenesis in conifers at high altitudes // Oecologia. 2007. № 152. P. 1–12. https://doi.org/10.1007/s00442-006-0625-7

32. Shrestha K.B., Hofgaard A., Vandvik V. Recent treeline dynamics are similar between dry and mesic areas of Nepal, central Himalaya // J. Plant Ecol. 2015. Vol. 8. № 4. P. 347–358. https://doi.org/10.1093/jpe/rtu035

33. Sturm M., Schimel J., Michaelson G., Welker J.M., Oberbauer S.F., Liston G.E., Fahnestock J., Romanovsky V.E. Winter biological processes could help convert arctic tundra to shrubland // BioScience. 2005. Vol. 55. № 1. P. 17–26. https://doi.org/10.1641/0006-3568(2005)055[0017:

34. WBPCHC]2.0.CO;2 Taynik A.V., Barinov V.V., Oidupaa O.Ch., Myglan V.S., Reinig F., Buntgen U. Growth coherency and climate sensitivity of Larix sibirica at the upper treeline in the Russian Altai Sayan Mountains // Dendrochronologia. 2016. Vol. 39. P. 10–16. https://doi.org/10.1016/j.dendro.2015.12.003

35. Timoshok E.E., Timoshok E.N., Nikolaeva S.A., Savchuk D.A., Filimonova E.O., Skorokhodov S.N., Bocharov A.Yu. Monitoring of high-altitude terrestrial ecosystems in the Altai Mountains // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2016. Vol. 48. № 012008. https://doi.org/10.1088/1755-1315/48/1/012008

36. Volkov I.V., Zemtsov V.A., Erofeev A.A., Babenko A.S., Volkova A.I., Callaghan T.V. The dynamic land-cover of the Altai Mountains: Perspectives based on past and current environmental and biodiversity changes // Ambio. 2021. № 50. P. 1991–2008. https://doi.org/10.1007/s13280-021-01605-y

37. Ziaco E., Biondi F., Rossi S., Deslauriers A. Climatic influences on wood anatomy and tree-ring Features of great basin conifers at a new mountain Observatory // Appl. Plant Sci. 2014. Vol. 2. № 10. Art. 1400054. https://doi.org/10.3732/apps.1400054