Изменение высоты деревьев и древостоев некоторых хвойных и лиственных видов в климатических градиентах Евразии

Высокие темпы роста в высоту позволяют деревьям физически доминировать над другими формами растений в соответствующих условиях среды. Однако варьирование вертикальных компонентов структуры леса и их причины остаются мало изученными. Высота дерева отражает стратегию получения углерод депонирующего эффекта за счет улавливания света, в то время как диаметр ствола тесно связан с механической устойчивостью и водопроводящей способностью. Связанные друг с другом высота дерева и диаметр ствола определяют стратегию роста древесных видов в соответствии с наличием наземных и подземных ресурсов их жизнеобеспечения. Обычно надземная биомасса оценивается с помощью эмпирических уравнений, включающих в качестве независимой переменной диаметр ствола на высоте груди, и при отсутствии данных о высоте дерева возникают смещения оценок. Для подобных случаев разрабатываются вспомогательные аллометрические модели, описывающие зависимость высоты дерева от диаметра ствола и варьирующие в связи с влиянием климатических режимов местности. Цель нашего исследования – проанализировать изменение высоты  деревьев и древостоев некоторых хвойных и лиственных видов в климатических градиентах Евразии. Построенные модели адекватны на уровне p < 0,001. На примере изменений высот деревьев и древостоев подтверждено действие принципа лимитирующего фактора Либиха–Шелфорда в трансконтинентальных климатических градиентах. Результаты могут быть полезны при оценке биомассы деревьев и древостоев с использованием их таксационных показателей в связи с изменением климата.

1. Крамер П. Д., Козловский Т. Т. Физиология древесных растений. М.: Лесная промышленность, 1983. 464 с.

2. Розенберг Г. С., Рянский Ф. Н., Лазарева Н. В. и др. Общая и прикладная экология. Самара-Тольятти : Изд-во Самарского гос. экон. ун-та, 2016. 452 с.

3. Усольцев В. А. Фитомасса модельных деревьев для дистанционной и наземной таксации лесов Евразии. Электронная база данных. 3-е дополненное издание. Екатеринбург: Ботанический сад УрО РАН, Уральский государственный лесотехнический университет, 2023а. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). URL: https://elar.usfeu.ru/handle/123456789/12451.

4. Усольцев В. А. Биомасса и первичная продукция лесов Евразии. Электронная база данных. 4-е дополненное издание. Монография. Екатеринбург: Ботанический сад УрО РАН, Уральский государственный лесотехнический университет, 2023б. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). URL: https://elar.usfeu.ru/handle/123456789/12452.

5. Усольцев В. А., Цепордей И. С. Изменение средней высоты древостоев двухвойных сосен (подрод Pinus L.) в климатических градиентах Евразии // Биосфера. 2023а. Т. 15, № 2. С. 83–90. DOI: 10.24855/biosfera.v15i1.789.

6. Усольцев В. А., Цепордей И. С. Изменение средней высоты осинников (род Populus) в климатических градиентах Евразии // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2023б. Вып. 245. С. 159–174. DOI: 10.21266/2079-4304.2023.245.159-174.

7. Усольцев В. А., Цепордей И. С., Часовских В. П. Высота древостоев ели (род Picea) как характеристика их продуктивности: климатические аспекты // Хвойные бореальной зоны. 2023в. Т. 41. № 5. С. 419–424. DOI: 10.53374/1993-0135-2023-5-419-424.

8. Цепордей И. С. Биологическая продуктивность лесообразующих видов в климатическом контексте Евразии (под ред. В. А. Усольцева). Екатеринбург: Изд-во УМЦ УПИ, 2023. 467 с. URL: https://elar.usfeu.ru/handle/123456789/12450.

9. Цепордей И. С., Усольцев В. А., Норицин Д. В. Обоснование использования зимней температуры при прогнозировании климатически обусловленных изменений биомассы лесов Евразии // Хвойные бореальной зоны. 2023. Т. 41. № 3. С. 243–247. DOI: 10.53374/1993-0135-2023-3-243-247.

10. Aranda I., Alıa R., Ortega U. et al. Intra-specific variability in biomass partitioning and carbon isotopic discrimination under moderate drought stress in seedlings from four Pinus pinaster populations // Tree Genetics and Genomes. 2009. Vol. 6. P. 169–178. DOI:10.1007/s11295-009-0238-5.

11. Baskerville G. L. Use of logarithmic regression in the estimation of plant biomass // Canadian Journal of Forest Research. 1972. Vol. 2. P. 49–53.

12. Bullock J. M., Aronson J., Newton A. C. et al. Restoration of ecosystem services and biodiversity: conflicts and opportunities // Trends in Ecology and Evolution. 2011. Vol. 26. P. 541–549.

13. Bullock S. H. Developmental patterns of tree dimensions in a neotropical deciduous forest // Biotropica. 2000. Vol. 32. P. 42–52.

14. Chambel M. R., Climent J., Alıa R. (2007) Divergence among species and populations of Mediterranean pines in biomass allocation of seedlings grown under two watering regimes // Annals of Forest Science. 2007. Vol. 64. P. 87–97. DOI:10.1051/forest.

15. Chave J., Réjou-Méchain M., Búrquez A. et al. Improved allometric models to estimate the aboveground biomass of tropical trees // Global Change Biology. 2014. Vol. 20. P. 3177–3190.

16. de Gouvenain R. C. D., Silander J. A. Do tropical storm regimes influence the structure of tropical lowland rain forests? // Biotropica. 2003. Vol. 35. P. 166–180.

17. Dumroese R. K., Williams M. I., Stanturf J. A. et al. Considerations for restoring temperate forests of tomorrow: forest restoration, assisted migration, and bioengineering // New Forests. 2015. Vol. 46. P. 947–964. DOI: 10.1007/s11056-015-9504-6

18. Falster D. S., Duursma R. A., Ishihara M. I. et al. BAAD: a Biomass And Allometry Database for woody plants // Ecology. 2015. Vol. 96 (5). Article 1445. DOI: 10.1890/14-1889.1

19. FAO. State of the World’s Forests 2006. FAO, Rome, 2006. 168 p.

20. Feldpausch T. R., Banin L., Phillips O. L. et al. 2011. Height-diameter allometry of tropical forest trees. Biogeosciences 8:1081–1106.

21. Feldpausch T. R., Lloyd J., Lewis S. L. et al. Tree height integrated into pantropical forest biomass estimates // Biogeosciences. 2012. Vol. 9. P. 3381–3403.

22. Gibbs H. K., Brown S., Niles J. O. et al. Monitoring and estimating tropical forest carbon stocks: making REDD a reality // Environmental Research Letters. 2007. Vol. 2. Article 045023.

23. Gomez-Aparicio L., Garcıa-Valdes R., RuizBenito P. et al. Disentangling the relative importance of climate, size and competition on tree growth in Iberian forests: implications for forest management under global change // Global Change Biology. 2011. Vol. 17. P. 2400–2414. DOI:10.1111/j.1365-2486.2011.02421.x.

24. Halle F., Oldeman R. A. A., Tomlinson P. B. Tropical trees and forests: an architectural analysis. Springer, Berlin, 1978. 441 р.

25. Howell S. R., Song G.-Z. M., Chao K.-J. et al. Functional evaluation of height-diameter relationships and tree development in an Australian subtropical rainforest // Australian Journal of Botany. 2022. Vol. 70(2). DOI: 10.1071/BT21049.

26. Hummel S. Height, diameter and crown dimen- sions of Cordia alliodora associated with tree density // Forest Ecology and Management. 2000. Vol. 127. P. 31–40.

27. IPCC. Climate change 2014. Synthesis report. Contribution of working groups I, II and III to the fifth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Geneva, Switzerland, 2014. 151 p.

28. Jacobs D. F., Oliet J. A., Aronson J. et al. Restoring forests: What constitutes success in the twentyfirst century? // New Forests. 2015. Vol. 46. P. 601–614. DOI:10.1007/s11056-015-9513-5.

29. Jucker T., Fischer F. J., Chave J. et al. Tallo – a global tree allometry and crown architecture database // Global Change Biology. 2022. Vol. 28. P. 5254–5268. DOI:10.1111/gcb.16302.

30. Kao S.-C., Ganguly A. R. Intensity, duration, and frequency of precipitation extremes under 21stcentury warming scenarios // Journal of Geophysical Research. 2011. Vol. 116. Article D16119. DOI: 10.1029/2010JD015529.

31. King D. A. Allometry and life history of tropical trees // Journal of Tropical Ecology. 1996. Vol. 12. P. 25–44.

32. Ledo A., Cornulier T., Illian J. B. et al. Reevaluation of individual diameter : height allometric models to improve biomass estimation of tropical trees // Ecological Applications. 2016. Vol. 26(8). P. 2376–2382.

33. Lines E. R., Zavala M. A., Purves D. W. et al. Predictable changes in aboveground allometry of trees along gradients of temperature, aridity and competition // Global Ecology and Biogeography. 2012. Vol. 21. P. 1017–1028. DOI: 10.1111/j.1466-8238.2011.00746.x.

34. Lopez-Serrano F., Garcıa-Morote A., AndresAbellan M. et al Site and weather effects in allometries: a simple approach to climate change effect on pines // Forest Ecology and Management. 2005. Vol. 215. P. 251– 270. DOI:10.1016/j.foreco.2005.05.014.

35. Malhi Y., Wood D., Baker T. R. et al. The regional variation of aboveground live biomass in oldgrowth Amazonian forests // Global Change Biology. 2006. Vol. 12. P. 1107–1138.

36. Moles A. T., Warton D. I., Warman L. et al. Global patterns in plant height // Journal of Ecology. 2009. Vol. 97. P. 923–932.

37. Molto Q., Hérault B., Boreux J. J. et al. Predicting tree heights for biomass estimates in tropical forests – a test from French Guiana // Biogeosciences. 2014. Vol. 11. P. 3121–3130.

38. Newton A. C., Cantarello E. Restoration of forest resilience: An achievable goal? // New Forests. 2015. Vol. 46. P. 645–668. DOI:10.1007/s11056-015-9489-1.

39. Nogueira E. M., Nelson B. W., Fearnside P. M. et al. Tree height in Brazil’s “arc of deforestation”: shorter trees in South and Southwest Amazonia imply lower biomass // Forest Ecology and Management. 2008. Vol. 255. P. 2963–2972.

40. Packard G. C. Multiplicative by nature: logarithmic transformation in allometry // Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Develop- mental Evolution. 2014. Vol. 322(4). P. 202–207. DOI: 10.1002/jez.b.22570.

41. Paoli, G., Curran, L., Slik, J.: Soil nutrients affect spatial patterns of aboveground biomass and emergent tree density in Southwestern Borneo // Oecologia. 2014. Vol. 155. P. 287–299. DOI:10.1007/s00442-007-0906-9, 2008.

42. Ruiz-Benito P., Lines E. R., Gomez-Aparicio L. et al. Patterns and drivers of tree mortality in Iberian forests: climatic effects are modified by competition // PLoS ONE. 2013. Vol. 8. Article e56843. DOI:10.1371/journal.pone.0056843.

43. Ryan M. G., Phillips N., Bond B. J. The hydraulic limitation hypothesis revisited // Plant, Cell and Environment. 2006. Vol. 29. P. 267–281.

44. Santos-del-Blanco L., Zas R., Notivol E. et al. Variation of early reproductive allocation in multi-site genetic trials of Maritime pine and Aleppo pine // Forest Systems. 2010. Vol. 19. P. 381–392. DOI: 10.5424/fs/2010193-9109.

45. Vizcaıno-Palomar N., Ibanez I., Benito-Garzon M. et al. Climate and population origin shape pine tree height-diameter allometry // New Forests. 2017. Vol. 48. P. 363–379. DOI: 10.1007/s11056-016-9562-4.

46. World Weather Maps, 2007. Available at: https://www.mapsofworld.com/referrals/weather.