Литогенная основа ландшафтов как фактор прироста дуба черешчатого (Quercus robur L.) в условиях меняющегося климата (на примере центра Русской равнины)

В настоящей работе проанализированы закономерности радиального прироста дуба черешчатого (Quercus robur L.) в зональных и интразональных ландшафтах широколиственных лесов и подтайги центра Русской равнины. Хронологии построены для 5 местообитаний, расположенных в контрастных геолого-геоморфологических условиях. Средний радиальный прирост дуба в пределах территории исследования различается в 1.9 раза (1.45–2.74 мм/год), при этом максимальный прирост характерен для пойменных дубрав. С помощью корреляционного анализа в скользящем окне выявлено, что для рассматриваемых хронологий характерно нарушение стационарности связей в системе “климат–прирост древостоев”. Выявлен принципиальный рост увлажненности региональных ландшафтов, начавшийся в 1970-е годы (особенно характерный для осадков сентября–марта), который имел неоднозначные последствия для функционирования дубовых древостоев. В условиях Среднерусской возвышенности, где сочетание ландшафтных факторов обусловливает более высокую дренированность, реакция прироста дуба на возросшее увлажнение была положительной, а главным лимитирующим фактором прироста является засуха. В менее дренированных местообитаниях (Салтыковский прогиб и Мещёрская низменность) возросшее увлажнение оказало негативное воздействие на прирост. Минимальная биопродуктивность (в 1.5 раза ниже зональных значений) зафиксирована в дубовых древостояхных песчаных субстратах Мещёры: фактор рельефа и геологического строения оказался важнее фактора субстрата. Факторы наиболее резкого снижения прироста охарактеризованы методом реперных лет. Полученные результаты показывают, что c 1970-х годов лимитирующим прирост фактором в большинстве изученных ландшафтных обстановок стал избыток увлажнения, но климатический сигнал существенно трансформировался литогенной основой ландшафтов и не может быть адекватно интерпретирован без ее учета.

1. Анненская Г.Н., Мамай И.И., Цесельчук Ю.Н. Ландшафты Рязанской Мещеры и возможности их освоения. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983. 246 с.

2. Асеев А.А., Веденская И.Э. Развитие рельефа Мещерской низменности. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 128 с.

3. Базилевич Н.И., Гребенщиков О.С., Тишков А.А. Географические закономерности структуры и функционирования экосистем. М.: Наука, 1986. 297 с.

4. Байбар А.С., Харитонова Т.И. Методические подходы к оценке продуктивности лесных экосистем (на примере ландшафтов Центрально-Лесного государственного природного биосферного заповедника) // Ландшафтоведение: теория, методы, ландшафтно-экологическое обеспечение природопользования и устойчивого развития: матер. XII Международ. ландшафт. конф.: в 3-х т. Тюмень: Тюменский гос. ун-т, 2017. С. 64–67. Битвинскас Т.Т. Дендроклиматические исследования. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 172 с.

5. Боков В.А., Смирнов В.О. О смыслах способов оценки увлажнения ландшафтов // Вестн. Моск. ун-та. Серия 5. География. 2019. № 1. С. 83–92.

6. Гирс А.А. Многолетние колебания атмосферной циркуляции и долгосрочные метеорологические прогнозы. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 280 с.

7. Гласко М.П. Соотношение блоковых морфоструктур и современных движений равнинно-платформенной территории (на примере центральной части Русской равнины). Дисс. … канд. геогр. наук. М., 1984. 253 с.

8. Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1 : 200 000. 2-е изд. Серия Московская. Л. N-37-XVI (Рязань); N-37-XVII (Спасск-Рязанский). Объяснительная записка / А.А. Николаев, В.В. Шарапов и др. Электрон. текстовые дан. М.: Московский филиал ФГБУ “ВСЕГЕИ”, 2021.

9. Джамалов Р.Г., Зекцер И.С., Кричевец Г.Н., Сафронова Т.И., Сотникова Л.Ф., Громова Ю.В. Изменение подземного стока под влиянием климата и антропогенных воздействий // Водные ресурсы. 2008. Т. 35. № 1. С. 17–24.

10. Железнова О.С. Комплексная оценка биогеохимической устойчивости экосистем в условиях техногенеза (на примере подтаежных лесов Южной Мещеры). Дисс. … канд. биол. наук. М.: Рос. ун-т дружбы народов, 2017. 297 с.

11. Железнова О.С., Тобратов С.А. Опыт ландшафтного анализа пространственных закономерностей продуктивности зональных экосистем Южной Мещеры // Изв. РАН. Сер. геогр. 2017. № 6. С. 47–62. https://doi.org/10.7868/S0373244417060056

12. Иванов А.П. От весны до весны. Записки фенолога: по результатам наблюдений за сезонным развитием природы за 50 лет ХХ века (1950–2000 гг.). 2005. 136 с.

13. Иванов В.В. Сравнительный анализ водного режима пойменной и нагорной дубрав Теллермановского массива. Автореф. дисс. … канд. биол. наук. М.: Лаборатория лесоведения АН СССР, 1991. 22 с.

14. Исаев В.А., Белобров В.П., Иванов А.Л. Динамика факторов почвообразования и их влияние на технологию земледелия в Каменной степи // Бюлл. Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева. 2020. № 104. С. 5–30. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2020-104-5-30

15. Классификация и диагностика почв СССР / сост. В.В. Егоров, В.М. Фридланд, Е.Н. Иванова и др. М.: Колос, 1977. 225 с.

16. Коломыц Э.Г. Локальные коэффициенты увлажнения и их значение для экологических прогнозов // Изв. РАН. Сер. геогр. 2010. № 5. С. 61–72.

17. Коломыц Э.Г. Региональная модель глобальных изменений природной среды. М.: Наука, 2003. 371 с.

18. Кривцов В.А., Тобратов С.А., Водорезов А.В., Комаров М.М., Железнова О.С., Соловьева Е.А. Природный потенциал ландшафтов Рязанской области / под ред. В.А. Кривцова, С.А. Тобратова. Рязань: Ряз. гос. ун-т им. С.А. Есенина, 2011. 768 с.

19. Максимов С.А., Марущак В.Н., Андреев Г.В. О биологической природе вспышек массового размножения грызущих филлофагов (на примере непарного шелкопряда Lymantria dispar (L.) (Lepidoptera, Lymantriidae)) // Бюлл. Моск. общ-ва испытателей природы. Отдел биологический. 2022. Т. 127. № 5. С. 21–33.

20. Максимов С.А., Марущак В.Н. К теории динамики популяций непарного шелкопряда на Урале // Аграрный вестн. Урала. 2011. № 9 (88). С. 13–16.

21. Марков В.А. Экология и динамика численности лесных насекомых Центральной России. Дисс. … д-ра биол. наук. Рязань: Рязанский гос. пед. ун-т им. С.А. Есенина, 2004. 351 с.

22. Масляев В.Н. Литогенная основа ландшафта как объект геоэкологических исследований // Вестн. Мордовского ун-та. 2008. № 1. С. 119–123.

23. Мацковский В.В., Ломакин Н.А., Матвеев С.М. Реперные годы в рядах ширины годичных колец сосны в Воронежской области // Засухи Восточно-Европейской равнины по гидрометеорологическим и дендрохронологическим данным / отв. ред. О.Н. Соломина. М.–СПб.: НесторИстория, 2017. С. 203–207.

24. Многолетние изменения элементов водного баланса на воднобалансовых и болотных станциях: научно-прикладной справочник / ред. М.Л. Марков. СПб.: ООО “РИАЛ”, 2021. 202 с.

25. Органова Н.М., Войлошников В.Д. Современные представления о геологическом строении Рязанской области // Рязанский край: история, природа, хозяйство. Рязань: Изд-во Рязанского гос. пед. ин-та им. С.А. Есенина, 1991. С. 178–193.

26. Романовский М.Г., Мамаев В.В. Грунтовые воды нагорных дубрав Теллермановского леса // Лесоведение. 2002. № 5. С. 6–11.

27. Румянцев Д.Е., Черакшев А.В. Методические подходы для определения возраста деревьев // Принципы экологии. 2020. Т. 9. № 4. С. 104–117. https://doi.org/10.15393/j1.art.2020.10142

28. Рысин Л.П., Рысина Г.П. Дуб обыкновенный // Биологическая флора Московской области / ред. В.Н. Павлов, Т.А. Работнов, В.Н. Тихомиров. М.: Изд-во МГУ, 1990. С. 102–130.

29. Рычагов Г.И. Колебания уровня Каспийского моря: причины, последствия, прогноз // Вестн. Моск. ун-та. Серия 5. География. 2011. № 2. С. 4–12.

30. Савичев А.И., Мироничева Н.П., Цепелев В.Ю. Особенности колебаний атмосферной циркуляции в Атлантико-Евразийском секторе полушария за последние десятилетия // Уч. записки Рос. гос. гидрометеорологического ун-та. 2015. № 39. С. 120–131.

31. Садоков В.П., Козельцева В.Ф., Кузнецова Н.Н. Анализ летних засух 1972, 1975, 1984 и 2002 гг. // Тр. гидрометеорологического научно-исслед. центра Российской Федерации. 2008. № 342. С. 23–36.

32. Смирнов Н.П., Воробьев В.Н., Качанов С.Ю. Северо-Атлантическое колебание и климат. СПб.: Изд-во РГГМУ, 1998. 122 с.

33. Смирнов С.И. Оценка разнообразия и состояния региональных и локальных популяций видов деревьев — основных эдификаторов и доминантов современного лесного пояса // Восточноевропейские леса: история в голоцене и современность. В 2 кн. Кн. 1 / отв. ред. О.В. Смирнова. М.: Наука, 2004. С. 324–337.

34. Солнцев В.Н. О гравитационной парадигме ландшафтоведения / Ландшафтный сборник (Развитие идей Н.А. Солнцева в современном ландшафтоведении). М.–Смоленск: Ойкумена, 2013. С. 155–169.

35. Солнцев Н.А. Учение о ландшафте: Избр. тр. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2001. 383 с.

36. Соломина О.Н., Кузнецова В.В., Мацковский В.В., Долгова Е.А. От чего зависит ширина годичных колец деревьев в центральной части Восточно-Европейской равнины? // Изв. РАН. Сер. геогр. 2016. № 3. С. 47–64. https://doi.org/10.15356/0373-2444-2016-3-47-64

37. Спиридонов А.И. Геоморфология Европейской части СССР. М.: Высшая школа, 1978. 335 с.

38. Тишин Д.В., Чижикова Н.А. Дендрохронология: уч.-методич. пособие. Казань: Казанский ун-т, 2018. 34 с.

39. Усольцев В.А. В подвалах биосферы: что мы знаем о первичной продукции корней деревьев? // Экопотенциал. 2018. № 4 (24). С. 25–79.

40. Усольцев В.А. Фитомасса лесов Северной Евразии: нормативы и элементы географии. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 762 с.

41. Философов В.П. Краткое руководство по морфометрическому методу поисков тектонических структур. Саратов: Изд-во Саратов. ун-та, 1960. 96 с.

42. Хасанов Б.Ф., Сакулина Г.А. Факторы, определяющие синхронное понижение прироста дуба черешчатого (на примере Тульской области) / Засухи Восточно-Европейской равнины по гидрометеорологическим и дендрохронологическим данным / отв. ред. О.Н. Соломина. М.–СПб.: Нестор-История, 2017. С. 183–193.

43. Чендев Ю.Г., Тишков А.А., Савин И.Ю., Лебедева М.Г., Соловьев А.Б. Реакция почв и других компонентов природной среды на климатические изменения разной периодичности на юге Среднерусской возвышенности // Изв. РАН. Сер. геогр. 2020. Т. 84. № 3. С. 427–440. https://doi.org/10.31857/S258755662003005X

44. Черенкова Е.А. Изменение увлажнения суббореальных равнинных ландшафтов России в ХХ и ХХI веках. Автореф. дисс. … канд. геогр. наук. М.: Институт географии РАН, 2009. 20 с.

45. Шиварева С.П., Ли В.И., Голубцов В.В. Моделирование уровня Каспийского моря с учетом водопотребления и в условиях изменяющегося климата // Гидрометеорология и экология. 2013. № 1. С. 83–101.

46. Экосистемы Теллермановского леса / отв. ред. В.В. Осипов. М.: Наука, 2004. 340 с.

47. Bijak S. Tree growth — climate response in relation to habitat type in spruce stands of the Borecka Primeval Forest // TRACE — Tree Rings in Archaeology, Climatology and Ecology (Proc. of the Dendrosymposium 2006, April 20th–22nd 2006, Tervuren, Belgium). 2007. Vol. 5. P. 54–59.

48. Briffa K.R., Jones P.D. Measuring the statistical quality of a chronology / Methods of dendrochronology: applications in the environmental sciences / Cook E.R., Kairiukstis L.A. (Eds.). Boston, Mass., USA: Kluwer Academic Publ., 1990. P. 137–152.

49. Brunner I., Herzog C., Dawes M.A., Arend M., Sperisen C. How tree roots respond to drought // Front. Plant Sci. 2015. Vol. 6. Art. 547. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00547

50. Cedro A., Sotek Z. Natural and anthropogenic transformations of a Baltic raised bog (Bagno Kusowo, North West Poland) in the light of dendrochronological analysis of Pinus sylvestris L. // Forests. 2016. Vol. 7. № 9. Art. 202. https://doi.org/10.3390/f7090202

51. Cropper J.P. Tree-ring skeleton plotting by computer // Tree-Ring Bul. 1979. Vol. 39. P. 47–59.

52. Diers M., Weigel R., Leuschner C. Both climate sensitivity and growth trend of European beech decrease in the North German Lowlands, while Scots pine still thrives, despite growing sensitivity // Trees. 2023. Vol. 37. P. 523–543. https://doi.org/10.1007/s00468-022-02369-y

53. Fiandino S., Plevich J., Tarico J., Utello M., Demaestri M., Gyenge J. Modeling forest site productivity using climate data and topographic imagery in Pinus elliottii plantations of central Argentina // Annals of Forest Sci. 2020. Vol. 77. Art. 95. https://doi.org/10.1007/s13595-020-01006-3

54. Golosov V., Panin A. Century-scale stream network dynamics in the Russian Plain in response to climate and land use change // Catena. 2006. Vol. 66. P. 74–92. https://doi.org/10.1016/j.catena.2005.07.011

55. Heklau H., Jetschke G., Bruelheide H., Seidler G., Haider S. Species-specific responses of wood growth to flooding and climate in floodplain forests in Central Germany // iForest — Biogeosciences and Forestry. 2019. Vol. 12. № 3. P. 226–236. https://doi.org/10.3832/ifor2845-012

56. Hurrell J.W., Van Loon H. Decadal variations in climate associated with the North Atlantic Oscillation // Climatic Change. 1997. Vol. 36. P. 301–326. https://doi.org/10.1023/A:1005314315270

57. Kasper J., Leuschner C., Walentowski H., Petritan A.M., Weigel R. Winners and losers of climate warming: Declining growth in Fagus and Tilia vs. stable growth in three Quercus species in the natural beech-oak forest ecotone (western Romania) // Forest Ecology and Management. 2022. Vol. 506. Art. 119892. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2021.119892

58. Kuster T.M., Arend M., Günthardt-Goerg M., Schulin R. Root growth of different oak provenances in two soils under drought stress and air warming conditions // Plant and Soil. 2013. Vol. 369. P. 61–71. https://doi.org/10.1007/s11104-012-1541-8

59. Legout A., Hansson K., Van der Heijden G., Laclau J.-P., Mareschal L., Nys C., Nicolas M., Saint-André L., Ranger J. Chemical fertility of forest ecosystems. Part 2: Towards redefining the concept by untangling the role of the different components of biogeochemical cycling // Forest Ecology and Management. 2020. Vol. 461. Art. 117844. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2019.117844

60. Matisons R., Elferts D., Brūmelis G. Pointer years in treering width and earlywood-vessel area time series of Quercus robur — relation with climate factors near its northern distribution limit // Dendrochronologia. 2013. Vol. 31. P. 129–139. https://doi.org/10.1016/j.dendro.2012.10.001

61. McCormack M.L., Guo D. Impacts of environmental factors on fine root lifespan // Front. Plant Sci. 2014. Vol. 5. Art. 205. https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00205

62. Mikac S., Žmegač A., Trlin D., Paulić V., Oršanić M., Anić I. Drought-induced shift in tree response to climate in floodplain forests of Southeastern Europe // Scientific Reports. 2018. Vol. 7, 8. № 1. Art. 16495. https://doi.org/10.1038/s41598-018-34875-w

63. Neuwirth B., Esper J., Schweingruber F.H., Winiger M. Site ecological differences to the climatic forcing of spruce pointer years from the Lötschental, Switzerland // Dendrochronologia. 2004. Vol. 21. P. 69–78. https://doi.org/10.1078/1125-7865-00040

64. Niinemets Ü., Valladares F. Tolerance to shade, drought and waterlogging in the temperate dendroflora of the Northern hemisphere: tradeoffs, phylogenetic signal and implications for niche differentiation // Ecological Monographs. 2006. Vol. 76. № 4. P. 521–547. https://doi.org/10.1016/b978-008045405-4.00826-0

65. Oosterbaan A., Nabuurs G.J. Relationships between oak decline and groundwater class in The Netherlands // Plant and Soil. 1991. Vol. 136. № 1. P. 87–93. https://doi.org/10.1007/bf02465223

66. Persson H., Fircks Y.V., Majdi H., Nilsson L.O. Root distribution in a Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) stand subjected to drought and ammoniumsulphate application // Plant and Soil. 1995. Vol. 168–169 (1). P. 161–165. https://doi.org/10.1007/BF00029324

67. Scharnweber T., Smiljanic M., Cruz-García R., Manthey M., Wilmking M. Tree growth at the end of the 21st century — the extreme years 2018/19 as template for future growth conditions // Environ. Res. Let. 2020. Vol. 15. № 7. Art. 074022. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab865d

68. Šenfeldr M., Horák P., Kvasnica J., Šrámek M., Hornová H., Maděra P. Species-specific effects of groundwater level alteration on climate sensitivity of floodplain trees // Forests. 2021. Vol. 12. № 9. Art. 1178. https://doi.org/10.3390/f1209117

69. Tumajer J., Treml V. Influence of artificial alteration of groundwater level on vessel lumen area and tree-ring width of Quercus robur // Trees. 2017. Vol. 31. № 6. P. 1945–1957. https://doi.org/10.1007/s00468-017-1598-3

70. Van Mantgem P.J., Stephenson N.L., Byrne J.C., Daniels L.D., Franklin J.F., Ful’e P.Z., Harmon M.E., Larson A.J., Smith J.M., Taylor A.H., Veblen T.T. Widespread increase of tree mortality rates in the Western United States // Science. 2009. Vol. 323. № 5913. P. 521–524. https://doi.org/10.1126/science.1165000

71. Vospernik S., Heym M., Pretzsch H. et al. Tree species growth response to climate in mixtures of Quercus robur/Quercus petraea and Pinus sylvestris across Europe — a dynamic, sensitive equilibrium // Forest Ecology and Management. 2023. Vol. 530. Art. 120753. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2022.120753

72. Wilmking M., van der Maaten-Theunissen M., van der Maaten E., Scharnweber T., Buras A., Biermann C., Gurskaya M., Hallinger M., Lange J., Shetti R., Smiljanic M., Trouillier M. Global assessment of relationships between climate and tree growth // Global Change Biology. 2020. Vol. 26. № 6. P. 3212–3220. https://doi.org/10.1111/gcb.15057