Год издания: 2021
Ключевые слова: изменения климата, дендрохронология, засуха, моделирование, экология растений, рост деревьев, физиология деревьев, анатомия древесины, сокодвижение, дендрометры
Аннотация: Изменения климата влияют на стабильность и разнообразие лесных экосистем, потенциально сказываясь на основных экосистемных услугах. Следовательно, сочетание нескольких подходов (например дендрохронологии, количественной анатомии древесины, дендрохимии, изучения физиологических процессов и моделирования роста деревьев) крайне важно Показать полностьюдля понимания, реконструкции и прогноза влияния климата на леса и потенциального воздействия на глобальную динамику круговоротов воды и углерода, что может вызвать серьезные экологические и экономические последствия. Проект «Анатомическая и физиологическая реакция формирования ксилемы сосны на изменения гидрологических условий произрастания» базировался на изучении Pinus sylvestris – одного из самых распространенных видов хвойных в лесах Сибири и хозяйственно-ценной для России древесной породы. Комбинация нескольких подходов позволила получить значимые результаты относительно адаптивности вида к контрастным климатическим условиям (Arzac et al., 2021a, 2021b, in review; Rubtsov et al., 2020; Tabakova et al., 2021). ? ?Бореальные леса России представляют собой крупнейшую в мире площадь сплошных лесов и содержат, по оценкам, 46–67 петаграмм углерода в живой биомассе (Houghton et al., 2007). Однако этим лесам причиняется беспрецедентный ущерб, в основном из-за засухи (Allen et al. 2010). Более того, значимые тренды потепления, зарегистрированные по всей Сибири в течение последних десятилетий (Groisman et al., 2012), и прогнозируемая для Сибири засуха, вызванная высокими температурами (Shvidenko et al., 2012), окажут влияние на фенологию и физиологические процессы деревьев, сказываясь на здоровье лесов в целом (Tchebakova et al., 2016). Риск воздействия изменений климата на лесные экосистемы велик на юге Сибири, где рост деревьев, как правило, в большей степени лимитируется доступностью почвенной влаги (Arzac et al., 2018; Tabakova et al., 2020).??Объем знаний о процессах роста деревьев, их фенологии и физиологии в последние годы возрастает. Тем не менее, все еще есть пробелы, связанные со сроками формирования клеток и их связью с радиальным приростом ствола, с климатическими условиями и физиологическими процессами, задействованными в ассимиляции химических элементов, поступающих в ксилему из почвы через корни; а также в ассимиляции углерода из атмосферного CO2 и кислорода из почвенной влаги и осадков (McCarroll and Loader 2004) или из атмосферы через листья (Donnelly et al. 1990). Все эти параметры зависят от местообитания, также на них влияют климат и содержание питательных веществ в почве. Таким образом, сочетание подходов, таких как анализ изменений сезонного роста и дендрохимии (химический состав древесины и содержание стабильных изотопов), в сочетании с дендрохронологией; количественной анатомией древесины; оценкой содержания в растении веществ, необходимых для роста; инструментальным мониторингом водного тока деревьев и радиальных размеров ствола in situ (данные, полученные в ходе реализации первичного проекта), обеспечит обширную базу для понимания и прогнозирования ответной реакции сосны на климатические условия. ??В рамках этого проекта мы нацелены получить новые данные относительно сезонного роста сосны, химического состава древесины и содержания стабильных изотопов (13С/12С и 18О/16О) вдоль того же градиента климатических условий, который изучался в проекте «Анатомическая и физиологическая реакция формирования ксилемы сосны на изменения гидрологических условий произрастания». Кроме того, планируется расширить трансект на север (65–53 º с.ш.), чтобы охватить более широкий диапазон климатических и экологических условий. На основе изучения сезонного роста будет получена подробная информация о сроках формирования клеток в течение вегетационного периода. Микрокерны будут извлекаться каждые десять дней на двух из пяти участков отбора проб; затем каждый микрокерн будет пропитан парафином для получения гистологических секций и измерений количественной анатомии древесины. Химический состав древесины будет определяться у десяти-пятнадцати деревьев на пяти участках отбора проб на основе кернов диаметром 10 мм с применением Itrax Multiscanner. Аналогичным образом, содержание стабильных изотопов (13С/12С и 18О/16О) будет проанализировано для десяти деревьев на пяти участках отбора проб. Кроме того, на каждом участке будут отобраны образцы почвы – в качестве сопутствующих данных для дендрохимического анализа. Помимо работы над получением новых данных, в ходе проекта мы продолжим инструментальный мониторинг сокодвижения и изменений радиальных размеров ствола на трех участках отбора проб (исходные участки из проекта 2018 года) и анализ предыдущих результатов.??По итогам реализации проекта мы планируем получить уникальный многопараметрический набор данных о деревьях Pinus sylvestris, произрастающих вдоль широкого градиента климатических условий на территории, подверженной самым быстрым изменениям климата. Сочетая современные подходы (применявшиеся при реализации проекта 2018 года, а также те, которые будут использоваться при его продолжении), мы стремимся восполнить пробелы в знаниях о росте и физиологии деревьев, получая информацию, важную для понимания реакции лесов на изменения климата и определения потенциальных последствий для глобальных круговоротов воды и углерода.