КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 14-24-00112

НазваниеВоздействие изменений климата на ареал, породный состав, продуктивность, жизненное состояние и горимость горных лесов Алтае-Саянского региона

РуководительХарук Вячеслав Иванович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН), Красноярский край

Период выполнения при поддержке РНФ 2014 г. - 2016 г. 

Конкурс№2 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований коллективами существующих научных лабораторий (кафедр)».

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-107 - Экология биосистем

Ключевые словаАлтае-Саянский регион, изменения климата, горнотаежные леса, продуктивность, усыхание древостоев, верхняя граница леса, альпийская лесотундра, лесные пожары

Код ГРНТИ34.35.25


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект нацелен на изучение воздействия изменений климата на ареал, породный состав, продуктивность и жизненное состояние горных лесов Алтае-Саянского региона, на динамику верхней (альпийской) и нижней (лесостепной) границ сомкнутых древостоев и древесной растительности, на частоту и площадь лесных пожаров. Актуальность. Скорость современных изменений климата, как показывают палеоклиматические данные, беспрецедентна для всего голоцена. Прогнозируется, что 21-й век может быть теплее на 1.1-6.4oC, а температура в бореальной зоне превысит глобальную среднюю на 40% (IPCC, 2013). Потепление вызовет изменение структуры растительного покрова, перестройку иерархических уровней лесной растительности - от зональных лесов и лесных экосистем до лесообразующих пород и их популяций (Zwiers, 2002; Kullman, 2007; Rehfeldt et al., 2012). В горнотаежных лесах Алтае-Саянского региона воздействие изменений климата становится одним из ведущих фактором, определяющих состояние и продуктивность, частоту и площадь лесных пожаров (Тимошок и др. 2007; Kharuk et al, 2008, 2010; Пономарев и др, 2013). Поскольку важной особенностью Алтае-Саянской горной страны является широкое развитие вечной мерзлоты, изменения коснутся и состояния почвогрунтов горных лесов. Возрастание частоты экстремальных засух, а также наблюдаемый тренд увеличения индекса сухости в целом, приводят к усыханию древостоев сосны кедровой сибирской и пихты в различных частях Алтае-Саянского региона (Kharuk et al, 2013). Новизна. Ожидаемые результаты выполнения Проекта будут обладать существенной новизной, поскольку уровень воздействия изменений климата на леса Алтае-Саянского региона беспрецедентен для всего голоцена. В проекте будут получены новые данные о динамике древесной растительности в экотонах альпийской лесотундры и лесостепи, о продуктивности древостоев, о сравнительной реакции основных лесообразующих видов древесных растений на изменения климата, о воздействии изменений климата на жизненное состояние древостоев и лесные пожары; будет оценено воздействие изменений климата на многолетнемерзлые почвогрунты Алтае-Саянского региона. Для выполнения Проекта будет использован комплекс современных методов исследования (дистанционное зондирование в оптическом диапазоне и гравиметрическая съемка, ГИС-технологии, полевые измерения, дендрохронологический анализ, математическое моделирование).

Ожидаемые результаты
Определено воздействия наблюдаемых изменений климата на жизненное состояние и продуктивность древостоев Алтае-Саянского региона. Сделан прогноз изменений высотно-поясной структуры лесов Алтае-Саянского региона, представленности основных лесообразующих видов древесных растений, жизненного состояния и продуктивности древостоев в связи с текущими и прогнозируемыми изменениями климата в 21 веке. Определена сравнительная реакция сосны кедровой сибирской (Pinus sibirica Du Tour), лиственницы (Larix sibirica Ledeb) и пихты (Abies sibirica Ledeb) на изменения климата. Определена и спрогнозирована климатогенная динамика верхней (альпийской) и нижней (лесостепной) границ древостоев и древесной растительности. Оценено воздействие изменений климата на многолетнемерзлые почвогрунты Алтае-Саянского региона. Разработан метод раннего обнаружения усыхания древостоев. Выполнено картографирование усыхающих древостоев Алтае-Саянского региона. Определено воздействие изменений климата на частоту и площадь лесных пожаров, сделан прогноз горимости лесов Алтае-Саянского региона в 21-м веке. Ожидаемые результаты Проекта характеризуют ряд важнейших параметров горных лесов одного из наиболее значимых регионов России, и обладают социальной и экономической значимостью. Полученные в Проекте результаты будут соответствовать мировому уровню и будут опубликованы в ведущих международных журналах. Наряду с научными публикациями, полученные результаты будут представлены на российских и международных конференциях, включены в университетский (Сибирский Федеральный университет) курс лекций («экологический мониторинг», «дистанционное зондирование биосферы»). Планируются также выступления в средствах массовой информации.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Описание работ Выполнена обработка данных гравиметрической съемки (GRACE) на территорию Алтае-Саянского региона (АСР), а также на отдельные его территории (зоны ледников, альпийские лесотундры, крупные озёра, зоны усыхания древостоев). В экотоне альпийской лесотундры Кузнецкого Алатау выполнены работы по оценке влияния изменений климата на величину прироста, верхнюю границу и сравнительную представленность Pinus sibirica, Larix sibirica, и Abies sibirica. Выполнен анализ пространственного распределения горных лесов. Проведена разработка критериев и метода оценки жизненного состояния и продуктивности древостоев. Выполнен анализ причин усыхания древостоев, связи усыхания с климатическими и биотическими воздействиями (ключевые участки Восточный Саян, Кузнецкий Алатау). Выполнены работы по спутниковому мониторингу пожаров в Алтае-Саянском регионе, оценке природной пожарной опасности и созданию геоинформационного слоя классов пожарной опасности. Проанализирована динамика первичной валовой продукции (GPP) растительного покрова для четырёх ключевых участков Алтае-Саянского региона. Разработана структура базы данных «Леса Алтае-Саянского региона». Выполнены работы по моделирование климатогенной динамики Алтае-Саянского региона. Описание результатов Выполнен анализ аномалий водного эквивалента массы (АВЭМ) для Алтае - Саянского региона. В динамике АВЭМ выявлен четырехлетний цикл и установлена высокая корреляция между АВЭМ, осадками и индексом сухости. Для зон островной вечной мерзлоты (ледники, альпийская лесотундра) установлена высокая синхронность динамики АВЭМ и SPEI. Выявлен тренд уменьшения водной массы с экстремально низкими величинами в 2008 и 2012 гг. В зонах усыхания древостоев наблюдалось значимое сокращение водной массы в почвогрунтах в 2007-2008 и в 2011-2012 гг. Между параметрами, характеризующими усыхание деревьев, и АВЭМ выявлена корреляционная связь (r=-0.43, p<0.05). Показано, что пространственное распределение горных лесов анизотропно по отношению у азимуту, крутизне склонов и высоте над у.м. Установлено, что в последние десятилетия в экотоне альпийской лесотундры наблюдается возрастание радиального прироста Larix sibirica, Pinus sibirica и Abies sibirica, коррелирующее с летними температурами. В настоящее время прирост приспевающих деревьев лиственницы превышает в среднем на 55% таковой у аналогичной возрастной группы, произраставшей 200 лет тому назад. Повышение зимних температур воздуха индуцировало трансформацию стланиковых форм лиственницы и кедра (начало 1970х), а позднее пихты (начало 1980х) в вертикальные формы. Установлено, что в конце 20-начале 21-го века произошло значительное возрастание усыхания древостоев, сформированных пихтой (Abies sibirica) и кедром (Pinus sibirica) - как по числу зафиксированных очагов, так и по географии их распространения. Усыхания локализуются преимущественно на элементах рельефа с максимальной вероятностью водного стресса (крутые выпуклые склоны юго-западной экспозиции). Динамика усыхания коррелирует с дефицитом давления водяного пара, индексом сухости и количеством поздних заморозков. Установлено значимое влияние условий произрастания предшествующего года на текущий радиальный прирост. Для ключевых участков Восточного Саяна и Кузнецкого Алатау показано, что первичным фактором усыхания древостоев является водным стресс, который в синергизме с воздействием насекомых-вредителей и фитопатогенов влечёт усыхание древостоев. В пределах ареалов пихты и кедра очаги усыхания локализуются преимущественно на границах ареалов, в экотонах «темнохвойные - лиственные» и «темнохвойные-лесостепь». Во внутренних частях ареалов усыхания наблюдаются в зонах водного стресса. При сохранении существующих климатических трендов пихта и кедр исчезнут из части их современных ареалов, уступив место толерантным видам (напр., Larix sibirica, Pinus silvestris). Выявлен устойчивый тренд роста горимости территории Алтае-Саянского региона, наблюдающийся с конца XX и охватывающий начало XXI века. Показан экспоненциальный характер уменьшения числа пожаров и возрастания площади пирогенного воздействия с переходом в высокогорья. Реализовано векторное ГИС-покрытие классов природной пожарной опасности. Установлено пространственное перераспределение горимости территории АСР (для начала XXI веке по сравнению со второй половиной XX века). Выполнен анализ динамики первичной валовой продукции (GPP) растительного покрова для четырёх ключевых участков Алтае-Саянского региона, расположенных в зонах усыхания пихтовых и кедровых древостоев. Разработана структура базы данных «Леса Алтае-Саянского региона», определен состав и свойства объектов. В рамках разрабатываемой модели SibMount создана субмодель «Рост древостоев». Оценены ее параметры и исследовано поведение на примере описания роста лиственницы на трансекте, перпендикулярной климатической границе леса. На основе модели MontBioCliM показано, что теплый и сухой климат АСР в 21 веке будет способствовать исчезновению тундры, сокращению площадей лесов, особенно субальпийских, подгольцовых и темнохвойных. Лес будет продвигаться на территорию современной тундры. В соответствии с жестким сценарием (А2) изменения климата площадь местообитаний кедрово-пихтовой горной тайги уменьшится на 67%, площадь светлохвойной тайги – на 92%. Площадь степей увеличатся на 20-65%. Площадь лесостепи составит около 30%. Выполнены полевые работы на 15 ключевых участках Алтае- Саянского региона.

 

Публикации

1. Valendik E.N., Verkhovets S.V., Ponomarev E.I., Ryzhkova V.A., KisilyakhovY.K. Large Forest Fires in Taiga Landscapes Journal of Siberian Federal University. Biology 1, т. 7, №1. – С. 43 – 59 (год публикации - 2014)

2. Пономарёв Е.И., Швецов Е.Г. Спутниковое детектирование лесных пожаров и геоинформационные методы калибровки результатов Исследование Земли из космоса, 2015, №1. с. 1 – 8 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.7868/S0205961415010054

3. Швецов Е.Г., Пономарёв Е.И. Оценка влияния внешних условий на мощность теплоизлучения от лесных пожаров по данным спутникового мониторинга Сибирский экологический журнал, - (год публикации - 2015)

4. Пономарёв Е.И., Иванов В.А., Коршунов Н.А. System of Wildfire Monitoring in Russia D.Paton and J.F. Shroder (ed.) Wildfire Hazard, Risks and Disasters.Elsevier, Amsterdam, D.Paton and J.F. Shroder (ed.) Wildfire Hazard, Risks and Disasters. Elsevier, 2014. – 284 p. (год публикации - 2014) https://doi.org/10.1016/B978-0-12-410434-1.00010-5

5. Ponomareva T.V., Ponomarev E.I. Technology of soil horizons delimitation using imagery in infrared range BES-SFE Joint Annual Meeting “Computational Ecology and Ecological Methods”. British Ecological Society, http://eventmobi.com/bessfe/agenda/85595/461850 (год публикации - 2014)

6. Пономарев Е.И., Швецов Е.Г. Энергетическая характеристика лесного пожара, как фактор, определяющий степень повреждения растительного покрова Мат. Всерос. научн. конф. «Научные основы устойчивого управления лесами», ЦЭПЛ РАН, 21 – 23 октября 2014. с. 127 – 128. ISBN 978-5-9905012-3-2 (год публикации - 2014)

7. Пономарев Е.И., Швецов Е.Г., Иванов В.А., Пономарева Т.В. Дистанционный мониторинг пожаров в Сибири: количественные и качественные характеристики горимости за 20-летний период Тез. XII Всерос. откр. конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Технологии и методы использования спутниковых данных в системах мониторинга, М: ИКИ РАН, 10 – 14 ноября 2014. с. 132. (год публикации - 2014)


Аннотация результатов, полученных в 2015 году
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, индуцировано 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.

 

Публикации

1. Kharuk V. I., Im S.T., Dvinskaya M.L., Golukov A.S., Ranson K.J. Climate-induced mortality of spruce stands in Belarus Environmental Research Letters, Vol. 10, Numb.12 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1088/1748-9326/10/12/125006

2. Kharuk V.I., Ranson K.J., Im S.T., Petrov I. A. Climate-induced Larch Growth Response within Central Siberian Permafrost Zone Environmental Research Letters, - (год публикации - 2015)

3. Petrov I. A., Kharuk V. I., Dvinskaya M. L., Im S. T. Reaction of coniferous trees in the Kuznetsk Alatau alpine forest tundra ecotone to climate change Contemporary Problems of Ecology, Vol. 8, No. 4, p. 423–430 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1134/S1995425515040137

4. Shvetsov E. G., Ponomarev E. I. Estimating the Influence of External Environmental Factors on Fire Radiative Power Using Satellite Imagery Contemporary Problems of Ecology, Vol. 8, No. 3, pp. 337–343 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1134/S1995425515030142

5. Москальченко С.А., Пономарёв Е.И., Иванов А.В. Горимость лесов Красноярского края в современных условиях Хвойные бореальной зоны, № 1-2, 2014 (год публикации - 2015)

6. Пономарев Е. И., Швецов Е. Г. Спутниковое детектирование лесных пожаров и геоинформационные методы калибровки результатов Исследование Земли из космоса, № 1, с. 84–91 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.7868/S0205961415010054

7. Пономарев Е.И., Швецов Е.Г., Харук В.И. Пожары в Алтае-Саянском регионе: ландшафтно-экологическая приуроченность Izwestiya, atmospheric and Oceanic Physics, Vol. 52, No 7, pp. 725-736 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1134/S0001433816070069

8. Харук В.И., Им С.Т., Двинская М.Л. Усыхание ели (PICEA ABIES) в лесах Беларуси Экология, Russian journal of ecology, № 3, с. 189-196 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.7868/S0367059716030057

9. Харук В.И., Шушпанов A.С., Им С.Т. Климатогенная динамика солифлюкции в мерзлотной зоне Средней Сибири Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies, Vol. 8. Issue 6. p. 744-754 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.17516/1999-494X-2015-8-6-744-754

10. Швецов Е.Г., Пономарёв Е.И. Оценка влияния внешних условий на мощность теплоизлучения от лесных пожаров по данным спутникового мониторинга Сибирский экологический журнал, №3, с. 413-421 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.15372/SEJ20150308

11. Ponomarev E., Ivanov V., Korshunov N. System of Wildfires Monitoring in Russia Wildfire Hazards, Risks, and Disasters/Hazards and Disasters Series, Elsevier, Chapter 10, p. 187-205 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/B978-0-12-410434-1.00010-5

12. Kharuk V., Im S., Petrov I. Larch and Siberian pine response to climate change within alpine ecotone in Siberian mountains Mountains of our future Earth, Preceedings of int. conference, Perth, Scotland, UK, 4-8 October 2015, p. 144-145 (год публикации - 2015)

13. Kharuk V., Im S., Petrov I. Dark needle conifer decline and mortality in southern Siberia Towards a New Era of Forest Science in the Boreal Region. Abstracts of the 17th IBFRA Conference May 24–29, 2015, Rovaniemi, Finland Raisa Mäkipää and Tuire Kilponen (eds.)/Natural Resources Institute Finland, Helsinki 2015, - (год публикации - 2015)

14. Kharuk V., Ranson K.J., Im S. Climate-driven changes within the larch forest of northern Siberia. AGU Fall Meeting, 4-18 December 2015, San Francisco, USA., - (год публикации - 2015)

15. Kharuk V.I., Im S.T., Golyukov, Petrov I.A. Water mass anomaly dynamics and forest stands health in the soutrhern Baikal lake watershed Ecosystems of Central Asia under current conditions of socio-economic development, Proceedings of the International conference, 8-10 September, Ulaanbaatar, Mongolia, vol. 2, p. 210-214 (год публикации - 2015)

16. Ponomarev E., Shvetsov E. Satellite Monitoring of Wildfires in Siberia: Results and Perspectives The 2015 International Wildland Fire Conference. 12 - 16 Oct 2015, Korea, - (год публикации - 2015)

17. Ponomarev E., Shvetsov E., Ponomareva T. Long-term remote monitoring of wildfires in Siberia Towards a New Era of Forest Science in the Boreal Region. Abstracts of the 17th IBFRA Conference May 24–29, 2015, Rovaniemi, Finland Raisa Mäkipää and Tuire Kilponen (eds.)/Natural Resources Institute Finland, Helsinki 2015, р. 62 (год публикации - 2015)

18. Ponomarev E.I. Natural disaster management in Russia. Satellite monitoring of wildfires in Siberia 2015 International disaster management symposium. DTECO, Korea, 8 October 2015, - (год публикации - 2015)

19. Голюков А. С., Им С. Т., Харук В.И. Гравиметрический анализ водного баланса бассейна озера Байкал Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли. Материалы 2 Международной конференции, 22-25 сентября 2015 г., Красноярск, - (год публикации - 2015)

20. Голюков А.С., Им С.Т., Харук В.И., Петров И.А. Гравиметрическая съемка GRACE в индикации усыхания древостоев Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 13 всероссийская конференция. 16-22 ноября 2015 г., Москва, ИКИ, - (год публикации - 2015)

21. Им С., Харук В. Conifer decline and mortality in Siberia AGU Fall Meeting, 4-18 December 2015, San Francisco, USA, - (год публикации - 2015)

22. Пономарев Е.И., Харук В.И., Швецов Е.Г. Результаты спутникового мониторинга и анализ метеорологических показателей в оценке и прогнозе горимости лесов Сибири Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 13 всероссийская конференция. 16-22 ноября 2015 г., Москва, ИКИ, - (год публикации - 2015)

23. Пономарев Е.И., Швецов Е.Г. Спутниковые данные в оценке параметров лесных пожаров Сибири Мониторинг, моделирование и прогнозирование опасных природных явлений и чрезвычайных ситуаций, V Всерос. научно-практич. конф. , Железногорск, 17 июня 2015., - (год публикации - 2015)

24. Шушпанов А. С., Петров И. А., Харук В. И. Динамика древостоев в экотоне альпийской лесотундры Западного Саяна Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли. Материалы 2 международной конференции, 22-25 сентября 2015 г., Красноярск, - (год публикации - 2015)


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В экотоне горной лесотундры Алтае-Саянского региона зафиксировано продвижение Larix sibirica, Pinus sibirica, Abies sibirica по градиенту высоты, оцениваемое в 0,1 - 0,2 м/год. Начиная с 1970-х годов, радиальный прирост Pinus sibirica увеличился на 35%-140%, Abies sibirica– на 60%-210%, Larix sibirica – на 35%, Betula tortuosa – на 10%-20%. Прирост коррелирует с температурой воздуха, осадками зимнего и весенне-раннелетнего периодов, величиной индекса сухости SPEI, продолжительностью солнечного сияния (r = 0,23-0,86). В настоящее время деревья в возрасте 50 лет имеют на 30-95% более высокий прирост, чем деревья того же возраста в начале 20-го столетия. Показано, что продвижение Pinus sibirica в экотон альпийской тундры представляет волнообразный процесс. Волновые структуры, «волны» древесной растительности возникают вследствие воздействия на формирующийся древостой преобладающих ветров и метелевого переноса снега. Волны появляются на верхней границе древесной растительности; на своей нижней границе волны трансформируются в сомкнутые древостои. Волны на наветренной стороне («ряды») параллельны преобладающему направлению ветра, в то время как волны на подветренной стороне («ленты») перпендикулярны. Начиная с периода значимых изменений климата (1970-е годы), происходило продвижение «лент» по градиенту высоты (скорость по склону 3,7 м/год). Продвижение «рядов» было ограничено малым количеством подроста и составило 0,5 м/год. В «рядах» наблюдалось возрастание количества и площади кластеров древесной растительности (+2,5 %/год). Как в лентах, так и в рядах произошло возрастание сомкнутости древостоев (+35-90%). В зоне «лент» количество подроста в 2,5 раза превышало таковое в зоне «рядов». Установлено резкое возрастание радиального прироста сосны сибирской как «рядах», так и в «лентах», начавшееся в 60-х годов 20-го столетия. Разработана феноменологическая модель формирования волн древесной растительности. Установлено, что Малый ледниковый период сопровождался гибелью деревьев и регрессией (до 50-70 м) верхней границы леса. Последующее потепление содействовало продвижению верхних границ леса и возобновления в зону альпийской тундры (на 10-15 м и 150 м выше границы до начала Малого ледникового периода, соответственно). Прогнозируется, что в период до 2025 г. верхняя граница леса и возобновления на Алтае продвинутся в зону альпийской лесотундры на 10 и на 15 - 20 м, соответственно. Выполнено моделирование расселения древесной растительности в альпийскую тундру и формирования «волн» древесной растительности. Модель построена по принципу клеточного автомата с функциями обратной связи между ячейками. Учитываются следующие факторы: 1) градиент свойств местообитания; 2) изменение климата; 3) влияние соседних деревьев. Рост подроста и деревьев в высоту моделируется по формуле Вейбулла. Уменьшение численности когорты происходит по уравнению Мальтуса. На временах в несколько десятилетий модель хорошо прогнозирует пространственную структуру и скорость заселения территории древесной растительностью. Для экотона лесостепи восточного макросклона Кузнецкого Алатау выполнена оценка воздействий изменений климата на динамику границы Larix sibirica. В 1970-х годах уменьшение засушливости климата содействовало миграции лиственницы в лесостепь (1-2 м/год). Начиная с 1990-х прирост лиственницы лимитируется высокими температурами воздуха вегетационного периода, возрастающей засушливостью климата, величиной аккумулированного в зимний период запаса влаги и влажностью корнеобитаемого слоя. Наблюдаемый в настоящее время тренд возрастания аридности климата, частоты и интенсивности засух, в совокупности с периодическими пожарами, препятствует продвижению лиственницы в лесостепь. Разработан метод обнаружения и картирования зон водного стресса древостоев на основе гравиметрической (спутник GRACE) и микроволновой (SMAP) съемок. Выполнен анализ причин усыхания темнохвойных древостоев Сибири, сформированных Abies sibirica, Pinus sibirica и Picea obovata. Установлена корреляционная связь прироста усыхающих деревьев с индексом сухости SPEI (r = 0,74…0,89), дефицитом водяного пара (r = -0,53…-0,57), влажностью корнеобитаемого слоя (r = 0,62) и температурой воздуха (r = -0,48…-0,64), а также с осадками и влажностью корнеобитаемого слоя в предыдущем году (r = 0,46…0,71). Усыхание древостоев наблюдается преимущественно на выпуклых хорошо дренированных склонах юго-западной экспозиции с минимальной влажностью корнеобитаемого слоя, возрастая с увеличением крутизны склона. В зонах усыхания деревья были подвержены атакам стволовых вредителей. На уровне отдельного дерева усыхание обычно начинается на наиболее подверженной инсоляции стороне ствола. Выявлены обширные зоны усыхания кедрово-пихтовых древостоев в пределах южной части ареалов этих видов в Сибири. Установлена тесная корреляционная зависимость между количеством пробных площадей, на которых установлено усыхание темнохвойных древостоев (N = 9681), с индексом сухости SPEI (r = 0,75) и минимумами влажности почвы (r = 0,99). Усыхание темнохвойных происходит преимущественно в экотоне лесостепи. Внутри ареалов кедра и пихты усыхание локализуется на выпуклых дренированных склонах юго-западной экспозиции. Первичным фактором усыхания кедрово-пихтовых древостоев является возрастающая аридность климата и периодические засухи. Ослабленные водным стрессом древостои сенсибилизируются к воздействию стволовых насекомых и корневых фитопатогенов (вторичный фактор). Прогнозируемое возрастание засушливости климата в подзоне южной тайги приведёт к исчезновению кедра и пихты из части их ареалов, замене этих влаголюбивых хвойных на толерантные виды. Выполнен анализ динамики площади темнохвойных древостоев в Центральной Сибири (ЦС) и Алтае-Саянского регионе (АСР). В 21-м столетии в ЦС тренды возрастания и уменьшения площади темнохвойных наблюдались на ~15% и ~10% территории, соответственно (в АСР – на 8% и 16% территории). Динамика площади темнохвойных в АСР тесно связана с высотой произрастания древостоев над уровнем моря. В интервале высот до 600 м произошло уменьшение площади темнохвойных (¬-7%) и наблюдается тренд дальнейшего снижения площади. Площадь темнохвойных увеличилась на высотах, превышающих 900 м над у. м. (+8%). Указанные изменения коррелируют с динамикой засушливости в этих высотных поясах. Полученные результаты впервые подтверждают модельные прогнозы об отступлении нижней границы леса и продвижении границы лесостепи по градиенту высоты под воздействием изменений климата. Выполнен анализ динамики северной границы, сформированной темнохвойными (Pinus sibirica, Abies sibirica, Picea obovata) на пространстве от Урала до Средне - Сибирского плато включительно. Установлено значимое продвижение северной границы темнохвойных древостоев. На Западносибирской равнине смещения границы на север составило +38±0,8 км (+2,9 км/год), в Восточной Сибири +18±0,3 км (+1,4 км/год). Смещение северной границы темнохвойных связано с увеличением периода вегетации. Регрессия границы темнохвойных произошла на севере междуречья Оби и Иртыша, в зоне активной разработки нефтегазовых месторождений. Выполнен анализ динамика валовой первичной продуктивности (GPP) лиственничников и темнохвойных древостоев Центральной Сибири и АСР (2002 - 2015 гг.). Максимальные значения GPP наблюдаются в подзоне северной тайги и высокогорьях Алтае-Саянского региона. В подзоне северной тайги максимум GPP соответствует территориям, в которых прогнозируется исчезновение многолетнемерзлых почвогрунтов к 2050 и 2100 гг. В лиственничниках ЦС установлено значимое возрастание GPP на 75% территории (уменьшение - на ~1% территории). В АСР положительный и отрицательный тренды GPP наблюдаются на ~73% и <1% площадей лиственничников. В темнохвойной тайге Центральной Сибири и АСР возрастание GPP наблюдается на ~65% и 70% территории, соответственно; ~1% темнохвойных ЦС и АСР находится в зоне уменьшения GPP. Выявлено перспективное направление использования дереворазрушающих грибов (Armillaria borealis, Phellinus tremulae; Fomitopsis pinicola; Flammulina velutipes; Resinicium bicolor; Heterobasidion annosum; Phellinus chrysoloma; Panus rudis, Pleurotus ostreatus и Ganoderma applanatum) в качестве биологических средств защиты древесных растений. Разработан метод снижения вероятности гибели насаждений и лесных культур от воздействия грибов Armillaria borealis. Разработана феноменологическая модель возникновения и затухания очагов куртинного усыхания кедрово-пихтовых древостоев. Разработаны лесоводственные мероприятия, повышающие устойчивость кедрово-пихтовых лесов к биотическим воздействиям в условиях изменяющегося климата. Для лиственничников Центральной Сибири установлены количественные зависимости частоты и площади пожаров, величины межпожарных интервалов (МПИ) от географической широты и уровня инсоляции. Величина МПИ и длительность пожароопасного периода тесно связаны с уровнем инсоляции (r = –0,95..–0,97). Количество пожаров возрастает по экспоненте с возрастанием уровня инсоляции (r = 0,81). С продвижением в высокие широты МПИ возрастает с 80 лет (64° с.ш.) до ~200 лет на широте Полярного круга и до ~300 лет на северной границе древостоев (~71° с.ш.). Разработаны прогнозные сценарии развития пожароопасного состояния лесов. Доля пожаров с экстремальным теплоизлучением составляет 5,5%. Суммарная площадь лесов, пройденных высокоинтенсивным горением, составляет не менее 8,5% от среднегодовой площади лесных пожаров (достигая 15 – 25%). Разработан метод оперативной диагностики послепожарного состояния растительности на основе показателя мощности теплоизлучения. В динамике горимости лесов Сибири наблюдается значимый временной тренд возрастания числа (R2 = 0,69) и площадей пожаров (R2=0,47). Количество и площадь пожаров связаны с температурой воздуха и индексом сухости SPEI. Полученные результаты подтверждают модельные прогнозы возрастания горимости таежных территорий в контексте наблюдаемых изменений климата. Следствием сохранения наблюдаемых трендов температуры воздуха и засушливости климата станет трансформация лесов Сибири из стока в источник углерода. Исследована динамика пожаров в зонах повреждения темнохвойных древостоев сибирским шелкопрядом («шелкопрядниках»). Установлена зависимость числа и площади пожаров от среднемесячных значений температуры воздуха, осадков, индекса сухости и влажности напочвенного покрова (r = 0,65; -0,52; -0,50; -0,48 соответственно). Пик горимости в шелкопрядниках наблюдается ранее, чем в неповрежденных шелкопрядом древостоях. Число и площадь пожаров в шелкопрядниках на порядок превышает таковое в контроле. В шелкопрядниках типичны многократные пожары: >18% территории шелкопрядников пройдено пожарами двукратно, 3% – трехкратно, в то время как в контроле наблюдались только однократные пожары. Многократные пожары, уничтожая возобновление хвойных, препятствуют лесовосстановлению: через 20 лет после вспышки шелкопряда более >90% нарушенных площадей занята травяно-кустарничковыми и мелколиственными цензами. Создана база данных «Леса Алтае-Саянского региона». Выполнен анализ динамики северной границы зоны очагового распространения опасного вредителя таёжных лесов - сибирского шелкопряда (Dendrolimus sibiricus Tschetv.). Анализировалась действующая вспышка шелкопряда в темнохвойной тайге Енисейской равнины, охватившая территорию ~300 тыс. га. Начало реализации вспышки относится к 2015 году. Установлено климатически индуцированное продвижение границы зоны очагового распространения сибирского шелкопряда из подзоны южной в подзону средней тайги (на расстояние до 150 км от границы его распространения в 20-м столетии). Выявлены количественные связи между возникновением первичных очагов сибирского шелкопряда и эколого-климатическими переменными (температура воздуха, индекс засушливости, влажность лесной подстилки) и рельефом территории. Наблюдаемое потепление и возрастание аридности климата открывают возможности очагового распространения сибирского шелкопряда в темнохвойных древостоях и лиственничниках подзоны средней тайги.

 

Публикации

1. Валендик Э. Н., Кисиляхов Е. К., Пономарёв Е. И., Косов И.В., Лобанов А.И. Катастрофические степные пожары в Сибири География и природные ресурсы, Geography and natural resources, - (год публикации - 2017)

2. Пономарёв Е.И., Харук В.И. Wildefire Occurance in Forest of the Altai-Sayan region under current climate changes Contemporary problems of ecology, Vol. 9, No. 1, p. 29-36 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1134/S199542551601011X

3. Пономарёв Е.И., Харук В.И., Рэнсон К.Д. Wildfires Dynamics in Siberian Larch Forests Forests, Vol 7, Issue 6 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.3390/f7060125

4. Пономарев Е.И., Швецов Е.Г., Усатая Ю.О. Регистрация энергетических характеристик пожаров в лесах Сибири дистанционными средствами Исследование Земли из космоса, - (год публикации - 2017)

5. Харук В. И., С. Т. Им, И. А. Петров, М.Н. Ягунов Decline of dark coniferous stands in Baikal Region Contemporary problens of ecology, Vol. 9, № 5, p. 617-625 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1134/S1995425516050073

6. Харук В.И., Двинская М.Л., Петров И.А., Им С.Т., Рэнсон К.Д. Larch forests of Middle Siberia: long-term trends in fire return intervals Regional Environmental Change, Vo. 16, Issue 8, p. 2389–2397 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1007/s10113-016-0964-9

7. Харук В.И., Демидко Д.А., Федотова Е.В., Двинская М.Л., Будник У.А. Spatial and temporal dynamics of Siberian silk moth large-scale outbreak in dark-coniferous tree stands in Altai Contemporary problems of ecology, Vol. 9, N. 6, p. 718-727 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1134/S199542551606007X

8. Харук В.И., Им С.Т., Петров И.А., Голюков А.С., Рэнсон К.Д., Ягунов М.Н. Climate-induced mortality of Siberian pine and fir in the Lake Baikal Watershed, Siberia Forest Ecology and Management, Vol. 384, 15 January 2017, p. 191–199 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1016/j.foreco.2016.10.050

9. Харук В.И., Им С.Т., Петров И.А., Двинская М.Л., Федотова Е.В., Рэнсон К.Д. Fir decline and mortality in the southern Siberian Mountains Regional Environmental Change, p. 1-10 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1007/s10113-016-1073-5

10. Харук В.И., Пономарев Е.И. Пространственно-временная горимость лиственничников Центральной Сибири Экология, Russian Journal of Ecology, - (год публикации - 2017)

11. Харук В.И., Шушпанов А.С., Им С.Т., Рэнсон К.Д. Climate-induced landsliding within the larch dominant permafrost zone of central Siberia Environmental Research Letters, Том 11, вып. 4 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1088/1748-9326/11/4/045004

12. Швецов Е.Г., Кукавская Е.А., Буряк Л.В. Спутниковый мониторинг состояния лесной растительности после воздействия пожаров в Забайкальском крае Сибирский экологический журнал, Contemporary problems of ecology, - (год публикации - 2017)

13. Пономарев Е.И., Харук В.И., Швецов Е.Г. Мониторинг природных пожаров в Сибири: динамика горимости в современном климате, пространственно-временные закономерности, характеристики и прогнозы Изд-во Наука, г. Новосибирск, - (год публикации - 2017)


Возможность практического использования результатов
не указано