Анализ долговременных тенденций роста древостоев ели европейской в связи с возможным изменением климата (на примере Ленинградской области)

УДК

630*561.24:582.47

DOI:

10.37482/0536-1036-2020-3-42-54

Аннотация

Долговременные тенденции роста древостоев ели европейской изучались на территории Лисинской части учебно-опытного лесничества Ленинградской области, расположенной в ее центре и имеющей высокий защитный статус ценных лесов, имеющих научное и историческое значение. По официальным данным среднегодовая температура в районе исследований возросла на 0,6 °C за 10 лет, среднегодовые осадки также увеличились незначительно. Цель исследований – определение влияния произошедших изменений климатических показателей на рост деревьев ели европейской (Picea abies (L.) Karst.). Три наиболее типичных выдела с преобладанием ели европейской были выбраны для сбора данных о ходе роста древостоев. Образцы древесины отобраны буравом Пресслера у 107 деревьев, метеорологические данные получены по наблюдениям ближайшей метеорологической станции. Радиальный прирост измерен с помощью калиброванного сканера и специализированной программы WinDendro, полученные результаты совместно с метеорологическими данными обработаны в программе Excel. Данные о радиальном приросте модельных деревьев покрывают интервал с 1848 по 2011 г., каждый годичный слой характеризовался календарным годом образования, шириной, возрастом и диаметром дерева. Радиальный прирост деревьев анализировался по классам возраста и ступеням толщины. Ширина годичных колец варьировала от 0,1 до 6 мм. Выявлены положительные тренды радиального прироста для классов возраста 0-20, 21-40 и 41-60 лет. Для классов возраста 61-80, 81-100 и более 100 лет положительные изменения радиального прироста оказались недостоверны. Анализ хода роста деревьев по диаметру путем сравнения с местными таблицами хода роста показал больший диаметр для классов возраста 21-40 и 41-60 лет, для остальных классов возраста он оказался меньше указанного в таблицах. Радиальный прирост для всех классов возраста продемонстрировал наличие циклической динамики изменений, причем падение прироста иногда приходилось на последние десятилетия. Для построения функции отклика прироста на изменение климатических условий был использован множественный регрессионный анализ. С высокой степенью достоверности (90 %) установлено слабое влияние температуры и количества осадков за вегетационный сезон на радиальный прирост деревьев с 1848 по 2011 г. (0,08102 мм/°С и 0,00085 мм/мм). Кроме того, анализ показал более сильную реакцию радиального прироста на изменения климатических условий у молодых и средневозрастных древостоев по сравнению со спелыми и перестойными. В целом изменения климатических условий имеют положительное влияние на радиальный прирост, но не для всех классов возраста и ступеней толщины.

Сведения об авторах

А.С. Алексеев¹, д-р геогр. наук, проф., зав. каф. лесной таксации, лесоустройства и ГИС; ResearcherID: F-6891-2010,
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8795-2888
Ш.К. Шарма², магистр лесного дела, координатор программы; ResearcherID: AAD-8788-2019,
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4952-748X
¹Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург, Россия, 194021; e-mail: a_s_alekseev@mail.ru
²Ресурсы Непала, Сантинагар, а/я 24609, Катманду, Федеративная Демократическая Республика Непал; e-mail: sk_victory@hotmail.com

Ключевые слова

ель европейская, ширина годичных колец, изменение климата, класс возраста, тренд радиального прироста, температура, осадки

Для цитирования

Alekseev A.S., Sharma S.K. Long-Term Growth Trends Analysis of Norway Spruce Stands in Relation to Possible Climate Change: Case Study of Leningrad Region // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 3. С. 42–54. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-3-42-54

Литература

1. Алексеев А.С., Сорока А.Р. Анализ долговременных тенденций роста Pinus sylvestris на северо-западе Кольского полуострова // Ботан. журн. 2003. Т. 88, № 6. С. 59–85. [Alekseev A.S., Soroka A.R. Analysis of the Long-Term Trends of Pinus sylvestris (Pinaceae) Growth of the North-Western Kola Peninsula. Botanicheskii Zhurnal, 2003, vol. 88, no. 6, pp. 59–85].
2. Ваганов Е.А., Скомаркова М.В., Шульце Э.-Д., Линке П. Влияние климатических факторов на прирост и плотность древесины годичных колец ели и сосны в горах Северной Италии // Лесоведение. 2007. № 2. С. 37–44. [Vaganov E.A., Skomarkova M.V., Schulze E.-D., Linke P. The Influence of Climatic Factors on Wood Increment and Density of Tree Rings in Spruce and Pine in Mountains of Northern Italy. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 2007, no. 2, pp. 37–44].
3. Ваганов Е.А., Шашкин А.В. Рост и структура годичных колец хвойных. Новосибирск: Наука, 2000. 232 с. [Vaganov E.A., Shashkin A.V. Coniferous Species Tree Rings Growth and Structure. Novosibirsk, Nauka Publ., 2000. 232 p.].
4. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Техническое резюме. М.: Росгидромет, 2014. 94 с. [Second Assessment Report of Federal Service of Hydrometeorology and Environmental Monitoring about Climate Changes and Their Consequences on Territory of Russian Federation. Technical Resume. Moscow, Rosgidromet Publ., 2014. 94 p.].
5. Abrams M.D., van de Gevel S., Dodson R.C., Copenheaver C.A. The Dendroecology and Climatic Impacts for Old-Growth White Pine and Hemlock on the Extreme Slopes of the Berkshire Hills, Massachusetts, USA. Canadian Journal of Botany, 2000, vol. 78, no. 7, pp. 851–861. DOI: 10.1139/b00-057
6. Alekseev A.S., Sharma Kumar S. Norway Spruce Trees Long-Term Growth with Account for Possible Climate Change in the Leningrad Region of Russian Federation. IUFRO 125th Anniversary Congress, 18–22 September 2017, Freiburg, Germany. Freiburg, IUFRO, 2017, art. IUFRO17-457.
7. Alekseev A.S., Soroka A.R. Scots Pine Growth Trends in Northwestern Kola Peninsula as an Indicator of Positive Changes in the Carbon Cycle. Climatic Change, 2002, vol. 55, iss. 1-2, pp. 183–196. DOI: 10.1023/A:1020271629819
8. Badeau V., Becker M., Bert D., Dupouey J.L., Lebourgeois F., Picard J.-F. LongTerm Growth Trends of Trees: Ten Years of Dendrochronological Studies in France. Growth Trends in European Forests. Ed. by H. Spiecker, K. Mielikäinen, M. Köhl, J.P. Skovsgaard. Berlin, Springer, 1996, pp. 167–181. DOI: 10.1007/978-3-642-61178-0_14
9. Begon M., Townsend C.R., Harper J.L. Ecology: From Individuals to Ecosystems. Oxford, UK, Wiley-Blackwell, 2005. 750 p.
10. Chen P-Y., Welsh C., Hamann A. Geographic Variation in Growth Response of Douglas-Fir to Interannual Climate Variability and Projected Climate Change. Global Change Biology, 2010, vol. 16, iss. 12, pp. 3374–3385. DOI: 10.1111/j.1365-2486.2010.02166.x
11. Chhin S. Influence of Climate on the Growth of Hybrid Poplar in Michigan. Forests, 2010, vol. 1, iss. 4, pp. 209–229. DOI: 10.3390/f1040209
12. Chhin S., Chumack K., Dahl T., David E.T., Kurzeja P., Magruder M., Telewski F.W. Growth-Climate Relationships of Pinus strobus in the Floodway versus Terrace Forest along the Banks of the Red Cedar River, Michigan. Tree-Ring Research, 2013, vol. 69, iss. 2, pp. 37–47. DOI: 10.3959/1536-1098-69.2.37
13. Chhin S., Zalesny Jr. R.S., Parker W.C., Brissette J. Dendroclimatic Analysis of White Pine (Pinus strobus L.) Using Long-Term Provenance Test Sites across Eastern North America. Forest Ecosystems, 2018, vol. 5, art. 18. DOI: 10.1186/s40663-018-0136-0
14. Fritts H.C. Tree Rings and Climate. London, Academic Press, 1976. 567 p.
15. Jiao L., Jiang Y., Wang M., Zhang W., Zhang Y. Age-Effect Radial Growth Responses of Picea schrenkiana to Climate Change in the Eastern Tianshan Mountains, Northwest China. Forests, 2017, vol. 8, iss. 9, art. 294. DOI: 10.3390/f8090294
16. Juknys R., Stravinskiene V., Vencloviene J. Tree-Ring Analysis for the Assessment of Anthropogenic Changes and Trends. Environmental Monitoring and Assessment, 2002, vol. 77, pp. 81–97. DOI: 10.1023/a:1015718519559
17. Juknys R., Vencloviene J., Stravinskiene V., Augustaitis A., Bartkevicius E. Scots Pine (Pinus sylvestris L.) Growth and Condition in a Polluted Environment: From Decline to Recovery. Environmental Pollution, 2003, vol. 125, iss. 2, pp. 205–212. DOI: 10.1016/S0269-7491(03)00070-8
18. Körner C. Significance of Temperature in Plant Life. Plant Growth and Climate Change. Ed. by J.I.L. Morison, M.D. Morecroft. UK, Blackwell Publishing, 2006, pp. 48–70. DOI: 10.1002/9780470988695.ch3
19. Myneni R.B., Keeling C.D., Tucker C.J., Asrar G., Nemani R.R. Increased Plant Growth in the Northern High Latitudes from 1981 to 1991. Nature, 1997, vol. 386, pp. 698–702. DOI: 10.1038/386698a0
20. Rodríguez-Catón M., Villalba R., Srur A.M., Luckman B. Long-Term Trends in Radial Growth Associated with Nothofagus pumilio Forest Decline in Patagonia: Integrating Local- into Regional-Scale Patterns. Forest Ecology and Management, 2015, vol. 339, pp. 44–56. DOI: 10.1016/j.foreco.2014.12.004
21. Schadauel K. Growth Trends in Austria. Growth Trends in European Forests. Ed. by H. Spiecker, K. Mielikäinen, M. Köhl, J.P. Skovsgaard. Berlin, Springer, 1996, pp. 275–289. DOI: 10.1007/978-3-642-61178-0_20
22. Schneider O., Hartmann F. Growth Trends of Trees. Regional Study on Norway Spruce (Picea abies (L.) Karst.) in the Swiss Jura. Growth Trends in European Forests. Ed. by H. Spiecker, K. Mielikäinen, M. Köhl, J.P. Skovsgaard. Berlin, Springer, 1996, pp. 183–198. DOI: 10.1007/978-3-642-61178-0_15
23. Stravinskienė V. Dendrochronological Indication of Climatic Factors and Anthropogenic Environmental Trends in Lithuania. Dr. Habilitation Dissertation. Kaunas, Lithuania, Vytautas Magnus University, 2002. 175 p.
24. Stravinskienè V., Bartkevičius E., Plaušinytè E. Impact of Industrial Pollution on Scots Pine (Pinus sylvestris L.) Radial Growth in the Areas of Mineral Fertilizer Factory “Achema”. Russian Journal of Ecology, 2014, vol. 45, iss. 6, pp. 525–531. DOI: 10.1134/S1067413614060137
25. Wang H., Shao X.-M., Jiang Y., Fang X.-Q., Wu S.-H. The Impacts of Climate Change on the Radial Growth of Pinus koraiensis along Elevations of Changbai Mountain in Northeastern China. Forest Ecology and Management, 2013, vol. 289, pp. 333–340. DOI: 10.1016/j.foreco.2012.10.023

Ссылка на английскую версию:

Long-Term Growth Trends Analysis of Norway Spruce Stands in Relation to Possible Climate Change: Case Study of Leningrad Region

LONG-TERM GROWTH TRENDS ANALYSIS OF NORWAY SPRUCE STANDS IN RELATION TO POSSIBLE CLIMATE CHANGE: CASE STUDY OF LENINGRAD REGION

A.S. Alekseev¹, Doctor of Geography, Prof., Head of the Department of Forest Inventory, Management and GIS; ResearcherID: F-6891-2010,
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8795-2888
S.K. Sharma², MS in Forestry, Program Coordinator; ResearcherID: AAD-8788-2019,
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4952-748X
¹Saint-Petersburg State Forest Technical University, Institutskiy per., 5, Saint Petersburg, 194021, Russian Federation; e-mail: a_s_alekseev@mail.ru
²The Resource Nepal, Santinagar, Post Box No. 24609, Kathmandu, Federal Democratic Republic of Nepal; e-mail: sk_victory@hotmail.com

The Lisino training and experimental forest of the Saint-Petersburg State Forest Technical University was chosen as a study area. The forest is located in the central part of the Leningrad region and has a high level of protection as a forest of scientific and historical value. According to the official data, mean annual temperature in the region increased by 0.6 °C within 10 years as well as precipitation. The impact determination of changing climate conditions on Norway spruce trees growth was the aim of this study. Three most representative compartments dominated by Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) were selected for data collection. Core samples were taken by the Pressler increment borer from 107 dominant trees while climatic data were obtained from the nearest weather stations. Tree rings were measured and analyzed using WinDendro software while climate data were processed by Microsoft Excel. Tree ring data cover the time interval from 1848 to 2011, each ring was characterized by width, calendar year, age and diameter of the tree. Radial growth was analyzed within age and diameter classes. Annual rings widths were varied from 0.1 to 6 mm. There was a positive trend in age classes of 0-20, 21-40 and 41-60 years old. The growth was very slow in the age classes of 61-80, 81-100 and >100. Diameters are larger in the age classes of 20-40 and 41-60 as compare to the local diameter growth table which was developed in the 19th century. Diameters for age classes older than 41-60 years were less than prescribed by the diameter growth table. Annual rings width for all age classes also demonstrate cyclic dynamics, moreover, the decline in growth sometimes occurred in recent decades. Multiple regression was used for developing the response function of growth to changes in climatic conditions. There was revealed a high correlation (90 %) and low influence of vegetation period climate data on growth during 1848–2011 (0.08102 mm/°C and 0.00085 mm/mm). Likewise, analysis shows that growth is higher in young and middle-aged than mature and over mature stands. Overall, climate change impact has a positive effect on the radial growth of Norway spruce for the studied area, however, not for all age and diameter classes.
For citation: Alekseev A.S., Sharma S.K. Long-Term Growth Trends Analysis of Norway Spruce Stands in Relation to Possible Climate Change: Case Study of Leningrad Region. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2020, no. 3, pp. 42–54. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-3-42-54

Keywords: Norway spruce, annual ring width, climate change, age classes, growth trend, temperature, precipitations.

Поступила 06.12.19 / Received on December 6, 2019