Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2018
Ключевые слова: дендрохронология, дистанционное зондирование, лесные экосистемы, темнохвойная тайга, экотон верхней границы древесной растительности, изменения климата, усыхание древостоев
Аннотация: Для экотона горной лесотундры Кузнецкого Алатау построена и проанализирована хронология для деревьев сибирской сосны. В динамике радиального прироста можно выделить два основных периода. Первый период (1967-1981) – резкий спад прироста с минимумом в 1973 году с последующим восстановлением до среднего уровня. Спад радиального приросПоказать полностьюта с последующим его возрастанием в конце 1960 - начале 1980 соответствует снижению температуры воздуха начала сезона вегетации (май-июнь). Дальнейший период (1982-2001) характеризуется резким повышением радиального прироста с последующим отрицательным трендом. Проявляется положительная связь с осадками второй половины сезона вегетации и отрицательная – с температурой того же периода. Минимум влагосодержания корнеобитаемого слоя приходится на 1998-1999 года и совпадает с минимумом радиального прироста. Последующее возрастание радиального прироста также совпадает с возрастанием почвенного увлажнения. Построены и проанализированы древесно-кольцевые хронологии деревьев сибирской сосны в горах Кузнецкого Алатау на высотах 1290-1340 м.н.у.м. и 865-1125 м.н.у.м.. С 1990 года средний радиальный прирост повышается примерно на 15% относительно предыдущего периода. Это повышение соответствует возрастанию температуры июля в этот период (в среднем на 0,8°С). Для обеих хронологий коэффициент корреляции с температурой июля равен 0,61 на исследованном интервале (1980-2015). Радиальный прирост деревьев Abies sibirica Ledeb. на высотах от 750 до 1125 м.н.у.м. в горах Кузнецкого Алатау положительно коррелирует с влагосодержанием корнеобитаемого слоя (ВКС) с мая по август. Сильнее связь проявилась для хронологии, построенной для зоны выраженного усыхания, на бóльших высотах сила связи ниже (коэффициент корреляции 0,69 и 0,63, соответственно). На различных высотах в горах Западного Саяна анализировались ряды радиального прироста деревьев лиственницы и сибирской сосны. На всех изученных хронологиях наблюдается депрессия радиального прироста в начале 1970-х. В последующем у деревьев сибирской сосны наблюдается тренд на возрастание радиального прироста (до середины 2000-х на верхней границе леса; до настоящего времени на средних высотах; до начала 1980-х в зоне усыхания темнохвойных). На верхней границе леса прирост сибирской сосны резко увеличивается в начале 2000-х, после чего наблюдается его снижение. В зоне усыхания темнохвойных с начала 1980-х прирост постепенно снижается (R2 = 0.67). Существенный тренд на возрастание прироста лиственницы зафиксирован только на средних высотах (R2 = 0.74). У всех хронологий лиственницы зафиксировано снижение радиального прироста с 1985 по 1990 гг. Радиальный прирост деревьев лиственницы и сибирской сосны на верхней границе сомкнутых лесов (1800-2100 м.н.у.м.) коррелирует с температурой июня (коэффициент корреляции 0,66 и 0,65, соответственно). Радиальный прирост лиственницы на высотах от 1200 до 1800 м.н.у.м. зависит от температуры июня-июля (коэффициент корреляции 0,85), радиальный прирост сибирской сосны - от температуры июня (0,65). По данным проекта CHELSA, на этих высотах температура июня и июля возрастала с 1980-х до 2010-х (R2 = 0.5…0.7). Прирост лиственницы на высотах от 900 до 1200 м.н.у.м. коррелирует с температурами не только июня, но и апреля (с отрицательным знаком). Радиальный прирост сибирской сосны в зоне усыхания темнохвойных положительно коррелирует с осадками июня-июля и отрицательно с температурой в аналогичный период года. В экотоне горной лесотундры Восточного Саяна (1430 – 1610 м.н.у.м.) анализировался радиальный прирост лиственницы, пихты и сибирской сосны. Для лиственницы сильная связь радиального прироста зафиксирована с температурой июня (0,76), для сибирской сосны – с температурой мая-июня (0,61), для пихты – с температурой мая-августа (0,64). На исследуемых высотах в пределах сомкнутых древостоев (1250 – 1350 м.н.у.м.) радиальный прирост пихты и сибирской сосны также имеет положительные коэффициенты корреляции с температурой воздуха. Для сибирской сосны связь радиального прироста зафиксирована с температурой мая (0,68), для пихты – с температурой мая-августа (0,71). Дендроклиматический анализ древесно-кольцевой хронологии пихты в зоне усыхания темнохвойных на северных отрогах Восточного Саяна, проведённый с помощью скользящего 11-летнего коэффициента корреляции позволил установить периоды возрастания связи радиального прироста и индекса сухости SPEI начала сезона вегетации (май-июнь): 1971-1987 (r = 0.6) и 1992-2012 (r = 0.63). Данные периоды характеризуются спадом уровня атмосферного увлажнения: сравнение 11-летнего скользящего коэффициента корреляции и 11-летней средней SPEI указывают на то, что связь становится значимой в тот период, когда 11-летнее среднее SPEI приобретает отрицательный знак (что свидетельствует о сильных повторяющихся засухах). На древесно-кольцевой хронологии Betula tortuosa Ledeb., построенной для восточного макросклона гор Кузнецкого Алатау, наблюдается возрастающий (R2 = 0,78) тренд в период 1968-1977 гг. и негативный тренд (R2 = 0,64) в 1994 - 2000 гг. Радиальный прирост берёзы зависит от температуры июня, однако климатический сигнал нестабилен, достигая в отдельные периоды r = 0,8. Также радиальный прирост берёзы значимо коррелирует с влагосодержанием корнеобитаемого слоя в июле (r = 0,44). Максимальные значения корреляционных зависимостей наблюдались в период снижения радиального прироста (1994 -2000 гг.), что совпадает с появлением почвенной засухи. Скорость продвижения березы в зону горной тундры на восточном макросклоне гор Кузнецкого Алатау составляет от 0,5 м/год до 0,25 м/год. В экотоне горной лесотундры на территории Восточно-Тувинского Нагорья (2100 м.н.у.м.) со второй половины 1990-х значительно возрастает радиальный прирост сибирской сосны (средние значения индексов прироста почти в два раза превышают предыдущие периоды). Увеличение радиального прироста преимущественно связано со значительным возрастанием летней температуры со второй половины 1990-х (примерно на 1,5°С). С 1946 по 2017 гг. коэффициент корреляции между радиальным приростом и среднелетней температурой составляет 0,67. В то же время в период существенного потепления значительно возрастает коэффициент корреляции между радиальным приростом и влагосодержанием корнеобитаемого слоя мая-июля (r=0.82; 1996-2017). На высоте 950 м н.у.м. стабильный тренд на снижение радиального прироста зафиксирован с 1977 года (R2 = 0,69). В этот период зафиксирована значимая корреляционная зависимость между радиальным приростом и индексом сухости SPEI (июнь-июль). Тренд снижения радиального прироста совпадает со возрастанием частоты и силы атмосферных засух. Скорость продвижения Pinus sibirica du Tour в зону горной тундры на территории Кузнецкого Алатау оценивается 0,2-0,3м/год. По данным дистанционного зондирования площадь сомкнутых насаждений на исследованном участке гор Кузнецкого Алатау с 1976 по 2015 гг. увеличилась с 26,4 тыс. га. до 28,7 тыс. га., таким образом общее увеличение площади сомкнутых насаждений на исследуемой территории составило ≈8,3% (2,3 тыс. га.). Скорость продвижения сомкнутых древостоев по градиенту высоты равна 0,5 м/год. Достоверно отличимое увеличение площади сомкнутых древостоев наблюдается на высотах более 1000 м.н.у.м. Наиболее высокий прирост площади сомкнутых древостоев наблюдается в экотоне горной лесотундры. Общая площадь темнохвойных древостоев на исследуемой территории в зоне усыхания темнохвойных лесов на северных отрогах Восточного Саяна составила ~189,2 тыс. га., усыхание древостоев пихты наблюдаются после 2005 г., резко возрастая в 2014–17 гг., охватив на 2018 год ~ 74 % (140 тыс.га.) темнохвойных древостоев исследуемой территории. Анализ полученных картосхем на ключевом участке Западного Саяна показал увеличение площади сомкнутых древостоев (в 1,4 раза, с 22,9 тыс. до 31,3 тыс. га, ~ 1 %/год) в период с 1980 по 2017 г. в зоне горной лесотундры. Наряду с возрастанием сомкнутости древостоев, наблюдалось их продвижение по градиенту высоты - медианное значение высоты над уровнем моря за исследуемый период изменилось с 1755 до 1785 м.н.у.м. (в среднем скорость продвижения сомкнутых древостоев по высоте над уровнем моря составила за исследуемый период ~0,8 м/год). Максимальные значения GPP проанализированы для общего диапазона высот (до 1500 м.н.у.м.) и всего диапазона высот (до 2300 м.н.у.м.) гор Кузнецкого Алатау, Западного и Восточного Саяна. Самые высокие значения GPP на большей части промежутка времени наблюдаются в горах Кузнецкого Алатау, наименьшие - в горах Восточного Саяна. При анализе средних значений GPP для тех же диапазонов высот, до 1500 м.н.у.м., самые высокие средние значения GPP наблюдаются в горах Западного Саяна, наименьшие средние значения - в горах Восточного Саяна.