Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2015
Ключевые слова: Алтае-Саянский регион, изменения климата, горнотаежные леса, продуктивность, усыхание древостоев, верхняя граница леса, альпийская лесотундра, лесные пожары
Аннотация: Проведены экспедиционные исследования на 11 объектах, расположенных в пределах ареалов кедра (Pinus sibirica) и пихты (Abies sibirica).Выполнен анализ причин усыхания темнохвойных таёжных лесов Прибайкалья (хр. Хамар-Дабан). Показано, что усыхание древостоев Прибайкалья, сформированных сосной кедровой сибирской и пихтой, индуцироваПоказать полностьюно возрастанием частоты и интенсивности засух и засушливости климата в целом. Установлено, что, начиная с 1980-х, наблюдалось снижение величины индекса прироста деревьев (R2 = 0.69) и возрастание индекса сухости климата SPEI (R2 = 0.7). В начале 21-го столетия возрастание засушливости привело к усыханию части кедрово-пихтовых древостоев. Индекс прироста деревьев тесно связан с индексом сухости начало вегетационного периода (R2=0.55). Величина прироста лимитируется как осадками текущего года, так и влагой, запасенной почве в конце предшествующего периода вегетации. Наблюдаемое усыхание кедровников и пихтарников обусловлено биотическими воздействиями и водным стрессом; последний является ведущим фактором (триггером) усыхания древостоев. Водный стресс ослабляет древесные растения, сенсибилизирует их к атакам стволовых вредителей (Monochamus urussovi Fischer, Pityogenes conjunctus) и корневых фитопатогенов (Heterobasidion annosum, Armillaria mellea); синергетическое воздействие водного стресса и фитопатогенов влечёт гибель древостоев. Впервые выявлено участие фитопатогена Neonectria fuckeliana в формировании отпада спелых и приспевающих древостоев, а также подроста. На основе анализа данных дистанционного зондирования и величины радиального прироста кедра определены корреляционные связи между вегетационным индексом ЕVI, общей первичной продуктивностью GPP и радиальным приростом. Выявлены техногенные воздействия на состояние древостоев Прибайкалья. Установлено, что последовавший за перекрытием Ангары (1956 г.) подъем уровня оз. Байкал (на 0.8-1.2 м) сопровождался эффектом возрастания индекса прироста кедра в прибайкальских горнотаёжных лесах. В дальнейшем пуск Байкальского ЦБК (1966 г.) повлёк снижение величины индекса прироста. В целом сильно повреждённые и усыхающие насаждения составляют 8-10% общей площади темнохвойных хр. Хамар-Дабан. Дальнейшее возрастание засушливости климата повлечёт сокращение присутствия кедра и пихты в составе древостоев Прибайкалья, их замену на засухоустойчивые виды (Pinus sylvestris, Larix sp., мелколиственные). Усыхание лесов Прибайкалья представляет часть феномена возрастания площади повреждений в темнохвойных древостоях Сибири, в ельниках Европейской части России и Беларуси. Для темнохвойных древостоев Сибири выявлены и картографированы зоны усыхания древостоев в пределах ареалов кедра и пихты. Выполнен анализ географического распространения усыхания темнохвойных в лесах России в целом. Установлено, что катастрофическая по масштабу гибель еловых древостоев в Беларуси обусловлена водным стрессом в сочетании с атаками стволовых вредителей и корневых фитопатогенов. Показана связь усыхания ельников с осадками, эвапотранспирацией, с индексом сухости и дефицитом влажности воздуха, с аномалиями снежного покрова и влажности почвы, с климатическими условиями предшествующего года. Массовое усыхание ельников свидетельствует о низкой адаптируемости ели (Picea obovata, P. abies) к повышению засушливости климата, что указывает на целесообразность её замены на толерантные виды (например, Larix sibirica, Pseudotsuga menziesii). Впервые (как в России, так и за рубежом) установлена применимость гравиметрической съемки (спутник GRACE) для обнаружения зон водного стресса в древостоях. На основе анализа данных спутниковой альтиметрии (период: 1992-2015 гг.) установлен достоверный тренд снижения уровня водной поверхности оз. Байкал. Снижение уровня водной поверхности связанно с возрастанием аридности климата; средний уровень Байкала значимо связан с индексом сухости (r = 0.75) и аномалиями водной массы бассейна р. Селенга (r = 0.75). Установлено климатически индуцированное продвижение древесной растительности по градиенту высоты в высокогорьях Алтая (до 1.5 м/год). Повышение температуры воздуха 1 °C создает возможности для расселения деревьев в зону альпийской тундры на 80-90 м по высоте над у. м. Установлена периодическая смена лимитирования радиального прироста кедра зимними и летними температурами; триггером смены лимитирования является индекс засушливости климата. Указанный эффект обнаружен впервые. Установлено резкое возрастанием радиального прироста деревьев кедра, произрастающих в экотоне альпийской лесотундры Алтая, сопровождающееся трансформацией стелющихся и стланиковых форм кедра в вертикальные. Между радиальным приростом кедра и концентрацией CO2 в воздухе выявлена сильная (r = 0.95) корреляционная зависимость, указывающая на эффект CO2 - фертилизации. Ранее эффект CO2 - фертилизации был зафиксирован в экспериментах по выращиванию сеянцев в атмосфере с повышенной концентрацией CO2 (напр., Norby и et al 2005).Выполнен анализ пространственно-временной динамика вспышки массового размножения сибирского шелкопряда (Dendrolimus sibiricus Tscetv.) в темнохвойных древостоях северного Алтая. Показано, что на начальной фазе вспышки повреждения древостоев приурочены нижним частям дренированных пологих склонов юго-западной экспозиции. Установлена связь возникновения вспышки размножения шелкопряда с метеоусловиями (снижение уровня осадков и величины снежного покрова, возрастание дефицита влажности воздуха и индекса засушливости в начале вегетационного периода). Последовавшее массовое освоение стволовыми вредителями ослабленных дефолиацией деревьев повлекло дальнейшее усыхание древостоев (до 50% от общей площади повреждений). Рассмотрены таёжные территории, в которых вероятно очаговое распространение сибирского шелкопряда при прогнозируемом возрастании аридности климата. Установлено возрастание частоты солифлюкционных процессов в зоне многолетнемерзлых почвогрунтов Центральной Сибири. Явления солифлюкции тесно связаны с орографией территории: частота оползней максимальна на склонах южной и юго-западной экспозиции, возрастая экспоненциально с увеличением крутизны склона. Высотный предел формирования оползней совпадает с верхней границей леса. Частота возникновения оползней зависит от величины осадков (R2 = 0.6), аномалий водной массы в почвогрунтах (R2 = 0.47-0.49), а также индекса сухости (R2 = 0.49). Разработана модель динамики древесной растительности (SibMount), построенная по принципу клеточного автомата и включающая функции положительной обратной связи в фитоценозе. Модель применена для описания заселения древесной растительностью альпийской лесотундры в условиях постепенного изменения климатических переменных. Показано, что модель адекватно воспроизводит характер и темп заселения альпийской лесотундры древесной растительностью. Создана база данных «Леса Алтае-Саянского региона». Выявлены закономерности ландшафтно-экологической приуроченности пожаров в Алтае-Саянском регионе. Для основных природных зон отмечен логарифмический рост горимости и частоты возникновения пожаров за последние 20 лет (R2 = 0.79). Количественно описана зависимость горимости от категорий рельефа, распределения растительности и эколого-климатических фаций. Для древостоев Центральной Сибири по трансекте «юг – север» (45° – 73°с.ш.) установлены закономерности развития пожарного сезона. Выявлен переход от двух модальной гистограммы горимости на юге (45° – 50°с.ш.) к одномодальной на севере (55° – 73°с.ш.). Установлен достоверный тренд возрастания горимости древостоев Центральной Сибири. Выявлена связь дистанционно детектируемых спорадических максимумов мощности теплоизлучения с пожарами экстремальной интенсивности; определена их доля в общем числе пожаров. Разработаны основы новой технологии оценки уровня пирогенной нарушенности лесов на базе сопряженного анализа мощности теплоизлучения от пожара и аномалий вегетационных индексов.