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 22-24-20100

НазваниеПрогнозирование потенциального роста и распространения ели аянской на юге российского Дальнего Востока в связи с глобальными климатическими процессами

РуководительУхваткина Ольга Николаевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный научный центр Биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии» Дальневосточного отделения Российской академии наук, Приморский край

Период выполнения при поддержке РНФ 2022 г. - 2023 г. 

Конкурс№65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс).

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

Ключевые словаРоссийский Дальний Восток, ель аянская, Picea ajanensis, изменение климата, прогнозирование, дендрохронология

Код ГРНТИ34.35.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Глобальные изменения климата, происходящие в настоящее время, уже ни у кого не вызывают сомнений. Однако прогнозирование направления этих процессов и их последствий является сложной задачей. Наш проект направлен на решение проблемы отклика растительности на климатические процессы. Он основан на идее о том, что вид ель аянская (Picea ajanensis Fisch. ex Carr.) является ключевым для динамических процессов в пихтово-еловых лесах и играет важную роль в кедрово-широколиственных лесах. Отсутствие оптимальных климатических условий для ели аянской ведет к деградации лесных экосистем в том виде, в котором они сформировались к настоящему времени и, как следствие, к значительной потере биологического разнообразия лесов. Цель проекта: моделирование распространения ели аянской при различных сценариях изменения климатических условий на юге российского Дальнего Востока (Сихоте-Алинь). Обычно создание таких моделей (так называемых моделей распространения видов Species Distribution Models) основывается на предположении о том, что, если определённый вид присутствует в данном местообитании, то условия для него здесь являются благоприятными; наоборот, отсутствие вида указывает на неблагоприятность условий. Такой подход, при наличии репрезентативной базы данных о присутствии/отсутствии видов на территории, позволяет легко предсказать его поведение при смене климатических условий. Однако он имеет важный недостаток: если принять во внимание практически полное освоение территорий человеком, то отсутствие вида зачастую связано не с тем, что климатические условия не соответствуют требованиям для его роста, а с антропогенным воздействием. Кроме того, достаточно сложно получить релевантные данные о присутствии/отсутствии вида, особенно на обширных территориях, таких как Приморский край. По этим причинам результаты моделирования могут быть искаженными и это подтверждается анализом публикаций. В данном проекте предполагается изучение возможностей другой методики. А именно, вначале предполагается выявить климатические параметры, лимитирующие рост деревьев ели аняской и определить степень влияния каждого из параметров. Тогда, при условии знания вариаций этих параметров в разных местах ареала, можно прогнозировать потенциальную скорость прироста деревьев при различных климатических изменениях. Если при изменении климата прирост станет меньше некоторого порогового значения, то в данном месте вид исчезнет. Предлагаемый к разработке подход позволяет избежать закладываемой в классические модели распространения видов ошибки использования нерепрезентативный выборок. Выполнение проекта позволит провести оценку влияния климатических изменений на пихтово-еловые и кедрово-широколиственные леса российского Дальнего Востока при различных сценариях смены климата и выполнить реконструкцию происходивших климатических событий за последние столетия в разных частях ареала ели аянской. Также будет восстановлена история естественных нарушений на нескольких модельных территориях и оценена степень влияния тайфунов, приходящих в сезон летнего муссона, на формирование структуры пихтово-еловых и кедрово-широколиственных лесов, а также интенсивность связанных с ними нарушений, происходивших в прошлом.

Ожидаемые результаты
Впервые будет проведена оценка влияния климатических изменений (различные сценарии) на пихтовой-еловые юга леса российского Дальнего Востока. Впервые будет проведена реконструкция климатических событий, происходивших в последние столетия в разных частях ареала Picea ajanensis в пределах Сихоте-Алиня. Впервые будет оценена степень влияния тайфунов в сезон летнего муссона на рост Picea ajanensis и определена интенсивность этого влияния в прошлом. Очень важным результатом проекта станет определение рисков для сохранения экосистем пихтово-еловых лесов в связи с глобальными климатическими процессами, поскольку лес является необходимой составляющей жизни человека и общества, а наличие лесных массивов в горных условиях (преобладающих на территории юга российского Дальнего Востока) позволяет обеспечивать комфортную для жизни среду, уменьшает риски наводнений и засух, катастрофических пожаров. Снижение или невозможность выполнения лесом основных экологических функций, в том числе, средозащитной и сохранения биоразнообразия, ведет к серьезному экономическому ущербу. В связи с этим, определение рисков имеет значение в практической оценке развития юга Дальневосточного региона в условиях меняющегося климата. Достижение цели проекта позволит выявить наиболее уязвимые в климатическом отношении участки ареала пихтово-еловых лесов и провести стратегически важные превентивные меры.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Впервые получены данные о климатической чувствительности и её изменении по высотному градиенту для Picea ajanensis на территории южного Сихотэ-Алиня. Анализ связи между радиальным приростом деревьев ели аянской и климатическими параметрами показал, что для вида наиболее чувствительными для радиального прироста являются осадки и максимальные температуры. Как в случае осадков, так и максимальных температур значимые корреляции отрицательны, т. е. чем выше максимальная температура месяца или больше количество осадков, тем меньше величины радиального прироста. Отрицательная связь с осадками (сумма осадков с декабря по август) была неожиданным результатом, поскольку все виды рода ель, и, в частности, ель аянская считаются влаголюбивыми. Вероятно, объяснение этого факта заключается в том, что в южном Сихотэ-Алине ель аянская произрастает во влагообеспеченных условиях. Переизбыток влаги приводит к её застою в верхнем слое почвы (глубина залегания корней взрослых деревьев – до 40 см), что негативно влияет на формирование годичного кольца. Отрицательная реакция на максимальные температуры (максимальные температуры с июля по ноябрь года, предшествующего году образования кольца, отдельно максимальные температуры августа года, предшествующего году образования кольца, максимальные температуры ноября года, предшествующего году образования кольца) складывается под действием двух разных факторов. В летний период она объясняется тем, что при повышении дневной температуры до определённого уровня прекращается транспирация (закрываются устьица хвои) и фотосинтез приостанавливается. Следовательно, если жарких дней в течение месяца было относительно много, то создаётся меньший запас питательных веществ, необходимых для формирования годичного кольца в следующем году. Механизм отрицательной реакции на максимальные температуры ноября более сложен и основан на негативной реакции деревьев на длительные оттепели, перемежающиеся с похолоданиями. В холодное время года у ели происходит фотосинтез по сокращенному типу и из-за повторяющихся циклов замерзания и оттаивания воды в хвое, накопленные за лето ресурсы расходуются, но не восполняются. Чувствительность радиального прироста ели аянской к среднему значению максимальной температуры июля-ноября предыдущего года, объясняется сочетанием обоих указанных выше факторов. Значимого изменения чувствительности ели аянской к осадкам с увеличением высоты над уровнем моря не выявлено. Чувствительность же к максимальным температурам быстро уменьшается с высотой над уровнем моря и сильнее всего это проявляется для максимальной температуры августа предыдущего года – коэффициенты корреляции с хронологиями становится незначимыми начиная с высоты 750 м над ур. м. Уменьшение чувствительности ели аянской к максимальным температурам с увеличением высоты над уровнем моря объясняется тем, что в целом данный вид приспособлен именно к прохладным условиям. Также важно и то, что с увеличением высоты меняются сезонные перепады температур. Перепад температур с августа по ноябрь на высоте 200 м над ур. м. составляет 25,4 градусов C, а на высоте 800 м над ур. м. – 18,8 градусов С. Следовательно, на большей высоте не только относительно прохладнее, но и меньше перепад температур в важный для радиального прироста ели аянской период. Впервые созданы прогнозные карты изменения ареала Picea ajanensis при различных климатических сценариях В результате анализа дендрохронологических данных было выяснено, что радиальный прирост ели аянской лимитируется суммой осадков с декабря предыдущего года по август текущего года, а также максимальными температурами августа, ноября и средним значением с июля по ноябрь предыдущего года. Учитывая то, что реакция вида на осадки изменяется в зависимости от уклона и становится более выраженной только на относительно пологих участках, т. е. вид не выносит заболачивания, было принято решение не использовать осадки для создания прогнозной карты. Для это цели были выбраны средние максимальные температуры июля-ноября, как наиболее устойчиво действующий на радиальный прирост ели аянской климатический фактор, коррелирующий с изменением высоты над уровнем моря. Наиболее подходящей для региона исследования моделью является MIROC-ESM-CHEM (Япония), поэтому дальнейшие расчеты велись на ее основе. Используя карты распределение климатических параметров на 2100 г, мы создали прогнозные карты распространения ели аянской для двух крайних сценариев изменения концентрации парниковых газов в атмосфере – RCP 2.6 и RCP 8.5. Текущий ареал ели аянской был получен на основе данных лесоустройства, т. е. для его создания учитывались все лесохозяйственные выдела, в составе древостоя которых указан данный вид. Использование в такой работе данных лесоустройства имеет преимущество перед данными геоботанических баз (например, GBIF), так как в условиях низкой плотности населения и небольшого числа исследователей, сведений о географическом присутствии вида в базах часто недостаточно, в то время как данные лесоустройства имеют сплошное покрытие для всего лесного фонда. В результате были получены две прогнозные карты, показывающие возможное изменение ареала ели аянской к 2100 г. при двух крайних климатических сценариях, релевантные для территории Южного Сихотэ-Алиня. Полученные карты показывают, что при продолжающемся потеплении климата (а именно, при повышении максимальных температур июля-ноября) для южного Сихотэ-Алиня изменения ареала ели аянской могут быть очень масштабными. Согласно прогнозу условия местопроизрастания станут непригодными на 93% текущей площади ареала при минимальном сценарии, а при максимальном вид исчезнет на 99% площади ареала. Таким образом, ожидается «отступление» ареала на более высокогорные и северные территории. Возможно, полученный результат объясняет существовавшую еще с 80-х годов ХХ века проблему массового усыхания елово-пихтовых лесов. Если учесть тот факт, что текущий период потепления в регионе начался в 1940-х гг., то зафиксированное в конце XX века снижение приростов и активное усыхание ели аянской может быть реакцией вида на глобальное изменение климата. Значительная потеря одного из важнейших лесообразующих видов может повлечь за собой серьезные угрозы для экономического развития региона. Учитывая горный характер, муссонный климат, а также то, что регион является самым густонаселенными на российском Дальнем Востоке, масштабная потеря лесов с елью аянской может привести к их катастрофической трансформации и нарушению хозяйственной деятельности на этой территории. 1. "Дальневосточные ученые предлагают переходить на плантационное выращивание леса" Общественное телевидение Приморья: https://www.youtube.com/watch?v=nbYBxqc2yK4&feature=youtu.be 2. "Зима пожаловала: кто на этот раз слабое звено? Правдивый и пугающий прогноз учёных о климате" Общественное телевидение Приморья:https://www.youtube.com/watch?v=ZjXk7DqfkMs 3. "Зимой в Приморье будет однозначно теплеть. В крае меняется климат". ТВ Центр Приморье: https://t.me/tvc_primorye/203 4. Научно-популярный канал в Телеграмм "Уссури-Тайга": https://t.me/ussuri_taiga

 

Публикации

1. Ухваткина О.Н., Жмеренецкий А.А., Омелько А.М. Development of Picea jezoensis (Siebold & Zucc.) Carriere trees at virginal ontogenetic stage in the Korean pine-broadleaved forest of the Southern Sikhote-Alin IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1112(2022)012106 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1088/1755-1315/1112/1/012106

2. - Тайфуны и снегопады станут частыми гостями в Приморье ОТВ Приморье, - (год публикации - )

3. - Дальневосточные учёные предлагают переходить на плантационное выращивание леса ОТВ Приморье, - (год публикации - )

4. - «Зимой в Приморье будет однозначно теплеть. В крае меняется климат» ТВ Центр Приморье, - (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Впервые получены данные о том, какие климатической параметры влияют на радиальных прирост Picea ajanensis в различных частях её ареала Анализ корреляции между радиальным приростом деревьев ели аянской и климатическими параметрами показал, что наибольшее влияние на радиальный прирост данного вида в пределах материковой части юга российского Дальнего Востока оказывают максимальные температуры. Особенно выражено воздействие максимальных температур в тех местах, где наблюдается отчетливый тренд на потепление климата. В местах, где этот тренд менее выражен, либо быстрое потепление началось относительно недавно, 30-40 лет назад, лимитирующий эффект максимальных температур только начинает проявляться. Также впервые получены данные о климатической чувствительности ели корейской: на её радиальный прирост оказывают влияние те же климатические параметры, что и в случае ели аянской, в меньшей степени. Впервые показано, что влияние различных климатических параметров на радиальный прирост Picea ajanensis определяется локальными особенностями рельефа Полученные нами результаты дополняют выводы о влиянии условий местообитания, характеризуемых различными биоклиматическими индексами на распространение и, следовательно, развитие ели аянской. Действительно, мы подтвердили, что в целом осадки оказывают большее влияние на рост ели, нежели температуры. Однако также мы установили, что в южном Сихотэ-Алине значимое влияние на рост оказывают именно летние осадки, причем корреляция с осадками отрицательная, т.е. на рост оказывает влияние не недостаток, а наоборот, избыток влаги. При этом нижняя граница распространения ели определяется максимальными летними температурами, а ближе к верхней границе распространения лимитирующим фактором для роста ели аянской являются максимальные зимние температуры. По этой причине реакция радиального прироста ели аянской на климатические изменения будет комплексной, и баланс между негативными и позитивными эффектами, в частности, при одновременном повышении летних и зимних температур будет в значительной степени зависеть от особенностей рельефа. Также полученные нами результаты показывают, что в горных территориях, где условия местообитания в значительной степени зависят особенностей рельефа, один и тот же вид даже на относительно небольшой территории можно использовать для реконструкции нескольких климатических переменных. А именно, данные, полученные ближе к верхней границе распространения ели аянской можно было бы использовать для реконструкции максимальных температур января-марта; данные с нижней границы – для реконструкции максимальных температур июля-августа и данные, полученные на крутых склонах - для реконструкции осадков июля-августа. Это говорит о перспективах продолжения дендрохронологических исследований даже если некоторый вид (в частности, кедр корейский) уже был использован для реконструкции климата на данной территории.

 

Публикации

1. Ухваткина О.Н., Омелько А.М., Жмеренецкий А.А. Local Topography Has Significant Impact on Dendroclimatic Response of Picea jezoensis and Determines Variation of Factors Limiting Its Radial Growth in the Southern Sikhote-Alin Forests, Forests 2023, 14, 2050 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/f14102050

2. Ухваткина О.Н., Омелько А.М., Жмеренецкий А.А. Changes in the Dendroclimatic Response of the Picea Jezoensis (Siebold & Zucc.) Carriere along Altitudinal Gradient in the Southern Sikhote-Alin Contemporary Problems of Ecology, Vol. 16, No. 6, pp. 745–757 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1134/S1995425523060215

3. Ухваткина О.Н., Омелько А.М., Сибирина Л.А., Гладкова Г.А., Жмеренецкий А.А. РЕЖИМ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАРУШЕНИЙ И РАЗВИТИЕ ДРЕВОСТОЯ ПИХТОВО-ЕЛОВОГО ЛЕСА В ЮЖНОМ СИХОТЭ-АЛИНЕ Поволжский экологический журнал, - (год публикации - 2024)


Возможность практического использования результатов
Полученные прогнозные карты показывают, что при продолжающемся потеплении климата изменения ареала ели аянской могут быть катастрофическим. Согласно прогнозу к 2100 г условия местопроизрастания могут стать непригодными для вида на 50% от текущей площади его распространения при минимальном изменении концентрации парниковых газов в атмосфере, а при максимальном изменении вид исчезнет на 85% от текущей площади. Ожидается «отступление» ареала на более высокогорные территории, предположительно с сохранением его в рефугиумах - в прохладных и влажных долинах. Такая масштабная потеря одного из важнейших лесообразующих видов может повлечь за собой серьезные угрозы для экономического развития региона, поэтому полученный результат требует всесторонней проверки, но уже сейчас понятно, что необходима корректировка объемов лезогатовки и лесовостановления для ели аянской. Учитывая горный характер территории исследования, муссонный климат, а также то, что южная часть по плотности является самой густонаселенной территорией Дальнего Востока, масштабная потеря лесов с елью аянской может привести к катастрофической трансформации этих районов значительным нарушениям хозяйственной деятельности. Использование результатов при планировании лесохозяйственной деятельности и лесозаготовок на территории Приморского и Хабаровского края позволит смягчить ожидаемые негативные последствия. Полученные результаты будут доведены до Министерств лесного хозяйства Приморского и Хабаровского краев.