Трансформация растительных сообществ в Европейской Арктике под влиянием климатических и антропогенных факторов

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 проекта 23-24-00233

НазваниеТрансформация растительных сообществ в Европейской Арктике под влиянием климатических и антропогенных факторов

Руководитель Степанчикова Ирина Сергеевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

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

Ключевые слова Мониторинг, изменение климата, Арктика, полярные пустыни, тундры, растительность, лишайники, мохообразные, сосудистые растения, антропогенное влияние

Код ГРНТИ34.29.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение одной из актуальных задач современного исследования высокоширотной Арктики в условиях меняющегося климата и повышения антропогенной нагрузки – поиск методов и объектов для выявления возможных изменений в растительном покрове полярных пустынь и тундровых сообществ европейской части Российской Арктики, а также направленности и оценки этих изменений. В рамках заявленной научной проблемы планируется геоботаническое изучение в таких районах, как архипелаги Земля Франца-Иосифа и Новая Земля, а также о. Колгуев (в том числе повторное изучение растительных сообществ в районах, где в конце ХХ - начале ХХI века было проведено масштабное изучение растительного покрова). В качестве метода для выявления возможных изменений в растительном покрове Европейской Арктики, а также направленности и оценки этих изменений будет рассмотрено изучение отдельных компонентов растительного покрова, главным образом, криптогамных организмов, а также сравнение современных геоботанических описаний с описаниями, выполненными в конце ХХ - начале ХХI вв. При детальном анализе имеющихся геоботанических описаний будут выявлены возможные изменения проективного покрытия, видового состава и др. параметров для отдельных видов мохообразных и лишайников. Это позволит нам разобраться, являются ли растительные сообщества полярных пустынь и тундр хорошим объектом для мониторинга трансформации растительных сообществ вследствие климатических и антропогенных изменений. Положительный ответ на этот вопрос дополнит существующую систему мониторинговых исследований Арктики методом, позволяющим в деталях отслеживать и прогнозировать изменения растительного покрова. Актуальность заявленной тематики обусловлена тем, что в настоящее время существуют данные об изменениях, происходящих с почвенным покровом, животным миром и растительностью в полярных регионах, однако сведений об отдельных группах первичных продуцентов (мохообразные, лишайники) и влиянии на них происходящих климатических процессов недостаточно из-за сложности объектов для определения, их медленного роста, и, соответственно, медленного реагирования на происходящие изменения. Между тем, лишайники и мохообразные являются основными компонентами растительного покрова в Арктике, и выявление возможных изменений в их составе, площади проективного покрытия и других характеристиках позволит в будущем, опираясь на полученные данные, широко использовать их в мониторинговых исследованиях. Еще одна важная проблема, на решение которой направлен проект – выявление экологических факторов, оказывающих наибольшее влияние на лишайники. Лишайники в экстремальных условиях являются практически единственными продуцентами, и знание их экологических особенностей и механизмов адаптации к экстремальным значениям факторов среды поможет прогнозировать изменения в таких экосистемах, что, несомненно, будет востребовано при дальнейших экологических и мониторинговых исследованиях. При составлении аннотированных списков криптогамных организмов, выявленных при выполнении геоботанических описаний, с большой долей вероятности будут дополнены списки видов лишайников и мохообразных архипелагов Земля Франца-Иосифа и Новая Земля, острова Колгуев, а также Европейской Арктики, а, возможно и более крупных географических выделов. Свежим материалом из труднодоступных районов будут пополнены ведущие российские и зарубежные гербарии – LE, LECB, H, KPABG. Полученные результаты будут опубликованы в ведущих журналах и доложены на российских и международных конференциях.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Чесноков С.В., Конорева Л.А. New records of lichenized and lichenicolous fungi from the Franz Josef Land (Russian Arctic) Новости систематики низших растений, 57(2): L39–L48. (год публикации - 2023)
10.31111/nsnr/2023.57.2.L39

2. Холод С.С., Конорева Л.А., Чесноков С.В. The lichens of the Franz Josef Land archipelago on gradients of orographic factors Plants, 12: ХХ-ХХ. (год публикации - 2023)
10.3390/xxxxx

3. Конорева Л.А., Чесноков С.В., Холод С.С. Лихенологические исследования на архипелаге Земля Франца-Иосифа: история изучения и современное состояние Научно-практическая конференция с международным участием «Земля Франца-Иосифа: 150 лет исследований». Сборник тезисов. г. Архангельск, 2023., С. 17-18. (год публикации - 2023)

4. Холод С.С. Растительные сообщества архипелага Земля Франца-Иосифа в условиях деградации оледенения Земля Франца-Иосифа:150 лет исследований. Сборник трудов юбилейной конференции (год публикации - 2024)

5. Конорева Л.А., Чесноков С.В., Холод С.С., Степанчикова И.С. Лишайники архипелага Земля Франца-Иосифа: история изучения и современное состояние лихенобиоты, особенности экологии и распространения отдельных видов Земля Франца-Иосифа: 150 лет исследований. Сборник трудов юбилейной конференции (год публикации - 2024)

6. Конорева Л.А., Чесноков С.В., Зуева А.С., Холод С.С. Три новых вида для лихенобиоты России с о. Колгуев (Российская Арктика) Turczaninowia (год публикации - 2024)

7. Холод С.С., Степанчикова И.С., Конорева Л.А., Чесноков С.В. Распределение лишайников в ландшафте полярных пустынь архипелагов Земля Франца-Иосифа и Новая Земля Лишайники: от молекул до экосистем : материалы докладов Международной конференции (1-5 июля 2024 г., Сыктывкар). Сыктывкар: ИБ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, с. 113-115 (год публикации - 2024)
10.5281/zenodo.13284771

8. Конорева Л.А., Чесноков С.В., Холод С.С., Степанчикова И.С. Лишайники архипелага Земля Франца-Иосифа: история изучения и современное состояние лихенобиоты, особенности экологии и распространения отдельных видов Земля Франца-Иосифа: 150 лет исследований: материалы научно-практической конференции «Земля Франца-Иосифа: 150 лет исследований» Архангельск, 3-4 октября 2023 г., С. 69-84 (год публикации - 2024)

9. Конорева Л.А., Чесноков С.В., Зуева А.С., Холод С.С. Новые для России находки лишайников и лихенофильного гриба с острова Колгуев (Российская Арктика) Turczaninowia, Т. 27, вып. 1, с. 66–71. (год публикации - 2024)
10.14258/turczaninowia.27.1.9

10. Холод С.С., Конорева Л.А., Чесноков С.В. Influence of orographic factors on the distribution of lichens in the Franz Josef Land archipelago Plants, Номер 13, с. 193 (год публикации - 2024)
10.3390/plants13020193

11. Чесноков С.В., Конорева Л.А., Холод С.С. New records of lichenicolous fungi and lichens from Kolguev Island (Russian Arctic) Новости систематики низших растений, Т. 58, № 2, с. L23–L36 (год публикации - 2024)
10.31111/nsnr/2024.58.2.L23

12. Холод С.С. Растительные сообщества архипелага Земля Франца-Иосифа в условиях деградации оледенения Земля Франца-Иосифа: 150 лет исследований: материалы научно-практической конференции «Земля Франца-Иосифа: 150 лет исследований» Архангельск, 3-4 октября 2023 г., С. 51-68. (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В июне-июле 2024 г. проведены экспедиционные исследования на о. Южном арх. Новая Земля в районе п-ова Русанова. Было заложено 53 пробных площади, собрано около 500 конвертов с образцами лишайников и около 200 конвертов с мохообразными (всего более 3000 образцов). В августе 2024 г. С.С. Холодом на о. Земля Александры (арх. Земля Франца-Иосифа) были проведены повторные описания растительности на 19 геоботанических площадках, заложенных им же в 2012 г., собраны коллекции лишайников и мохообразных. Для выявления возможных изменений растительности был заложен профиль из 4 пробных площадей протяженностью 1.5 км перед краем ледника Кропоткина. Определение коллекций, собранных в 2024 г. на Новой Земле, позволило выявить 95 видов лишайников и 13 видов лихенофильных грибов, среди которых 35 видов впервые сообщаются для арх. Новая Земля, из них 8 являются новыми для Архангельской обл. К настоящему времени, список видов для арх. Новая Земля насчитывает 607 видов лишайников и 25 видов лихенофильных грибов. Обнаружено, что остатки деревянных строений являются субстратом, способствующим продвижению бореальных видов на север, в том числе: Calicium salicinum, C. trabinellum, Chaenotheca trichialis, Chaenothecopsis savonica, Mycocalicium subtile. Определено около 1500 образцов лишайников, собранных на о. Колгуев в 2023 г. Список видов острова был дополнен 102 таксонами, среди которых 15 видов являются новыми для Ненецкого АО. Предварительный аннотированный список для о. Колгуев, с учетом литературных данных, насчитывает 265 видов. Впервые для Арктики указаны Cercidospora stenotropae, Chaenotheca trichialis, Chaenothecopsis savonica, Cladonia subrangiformis, Schizoxylon albescens, Xylographa hians. Ряд видов расширили свой ареал на север благодаря наличию подходящих субстратов. В ходе таксономического изучения рода Umbilicaria для ЗФИ выявлено 9 видов, а для Новой Земли — 6. Все виды являются обычными в арктических широтах. Проведено сравнение данных геоботанических описаний, сделанных в 2013 и 2023 г. на о. Колгуев. На основе полученных результатов можно сделать вывод об изменении практически всех показателей за 10 лет. Дифференцированный анализ произошедших изменений в растительности пробных площадей и на соответствующих им местообитаниях показывает, что единой тенденции в изменении показателей проективного покрытия, оптимума и широты экологической амплитуды для видов этой территории нет. Так, например, кустарники и кустарнички по-разному реагируют на климатические изменения, в одних местообитаниях увеличивая значение покрытия, а в другом – уменьшая. При увеличении снегонакопления происходит замещение Salix lanata и на S. herbacea или некоторые травы. Неоднозначны тенденции изменения обилия растений, приуроченных в тундровой зоне к сухим, ветрообдуваемым местообитаниям: так, покрытие Empetrum hermaphroditum на некоторых склонах, скатах и бровках террас увеличивает покрытие, а на других склонах его уменьшает. При этом экспозиционной приуроченности склонов в данном случае не выявлено. Salix nummularia и Dryas octopetala subsp. subincisa уменьшают покрытие на плакорных позициях и покатых склонах, вероятно, под воздействием увеличения нормы снегонакопления. Отсутствуют явные тенденции в изменении положения оптимума экологической амплитуды на шкалах. Для шкалы нивальности из 82 видов, показавших значимые изменения этого показателя, только у оптимумов 34 видов выявлен «сдвиг» в сторону усиления нивальности, а у оставшихся 48 – в сторону увеличения степени обесснеженности. Несколько более отчетливые тенденции проявляются на градиенте увлажнения: из 67 видов 45 показали «сдвиг» в сторону усиления увлажнения, и только 22 – к более сухим условиям. Из 55 видов, проявивших значимые изменения широты амплитуды, 40 показали увеличение амплитуды, и только 15 – ее уменьшение. По-видимому, отмеченная тенденция подтверждает наше предположение об увеличении степени заснеженности (нивальности) исследованной территории. В результате анализа геоботанических описаний, выполненных в разные годы на арх. Земля Франца-Иосифа и Новая Земля, а также о. Колгуев, выявлен широкий спектр изменений как проективного покрытия видов всех групп, так и оптимума и широты экологической амплитуды видов, а также видового состава описываемых площадок на временном градиенте. Однако весь широкий спектр изменений растительности зависит, в первую очередь, от различий в местообитаниях, единой тенденции в изменении различных показателей (таких как проективное покрытие, наличие/отсутствие, изменения оптимума и широты экологической амплитуды и др.) для видов Европейской Арктики нет. Таким образом, отмечая высокую чувствительность растительного покрова к происходящим климатическим изменениям, которая хорошо прослеживается даже на протяжении 10-летнего периода, при использовании динамики растительного покрова в оценке климатических трансформаций следует дифференцированно подходить к анализу полученных результатов, учитывая, в первую очередь, различный характер происходящих изменений в разных типах сообществ. Среди общих тенденций следует отметить повышение степени нивальности арктических местообитаний. Что касается расширения ареалов отдельных видов криптогамных организмов в северном направлении, в частности лишайников, следует отметить, что в большинстве случаев продвижение на север бореальных видов обусловлено наличием подходящих типов субстратов (например, завезенной для постройки древесиной, а также другим строительным материалом — шифер, кирпич, рубероид и т. п.). Зависимость лишайников от наличия подходящего субстрата обусловливает нахождение ряда бореальных видов в высоких широтах, и эти изменения скорее обусловлены антропогенным влиянием, нежели климатическими трансформациями. В ходе проводимых исследований списки видов криптогамных организмов были значительно дополнены, однако в большинстве случаев такое увеличение числа видов связано прежде всего с недостаточной изученностью территории в этом отношении, поскольку большинство видов являются широко распространенными в других частях Арктики. Однако следует обратить внимание на лихенофильные грибы и отметить, что они прежде всего могут быть использованы как индикаторы происходящих в сообществах изменений. Высокая требовательность к микроусловиям местообитания по сравнению с лишайниками-хозяевами делает лихенофильные грибы подходящими объектами для отслеживания изменений в растительных сообществах. В гербарии LE инсерировано 505 образцов c о. Колгуев; около 300 образцов подготовлены для инсерации в гербарий KPABG. Продолжено ведение базы данных по лишайникам Архангельской области. Данные для арх. Новая Земля были дополнены 35 видами. Опубликовано 3 статьи в журналах из списка WoS, Scopus, в т.ч. одна в журнале Plants (WoS Q1); 2 статьи РИНЦ приняты в печать (см. Форму 2). Опубликованы 1 тезисы и сделано 2 устных доклада на конференциях различного уровня.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Научный задел, полученный в результате работы над проектом, будет использован для дальнейшего накопления фактического материала о трансформации растительного покрова в Европейской Арктике. Эти данные, а также заложенные пробные площади могут быть использованы для организации мониторинга изменений растительного покрова Арктики, что является важным аспектом как в природоохранной (арх. ЗФИ и Новая Земля), так и в оленеводческой деятельности (о. Колгуев). Кроме того, данные, полученные по отдельным таксономическим группам, подготовленные базы данных по лишайникам и мохообразным Европейской Арктики будут использованы в дальнейших фундаментальных исследованиях - лишайников, лихенофильных грибов, мохообразных и сосудистых растений. Будут опубликованы конспекты видов для о. Колгуев, арх. Новая Земля. К примеру, последние сводки по лишайникам этих территорий были опубликованы в 1996 г. (Andreev et al., 1996), и нуждаются в обновлении. Гербарный материал, вложенный в ряд крупнейших российских гербариев, будет использован для таксономической обработки отдельных сложных групп, в том числе при подготовке определителей (например, многотомного издания "Флора лишайников России). База данных "Лишайники Архангельской обл.", созданная при участии исполнителей проекта в 2020 г., была дополнена сведениями о редких и новых находках, что будет использовано в дальнейшем в работе над конспектом лишайников Архангельской обл., а также над следующим изданием Красной книги АО и Красной книги РФ. Дальнейшее обобщение собранных материалов, таксономическая обработка сложных групп (например, р. Aspicilia, Caloplaca s.l. и других) позволят, вне всякого сомнения, описать ряд новых для науки таксонов (в ходе проводимых исследований отобран материал, предположительно, не описанный ранее). Одним из важнейших результатов проекта мы считаем накопленные фотоматериалы по разным группам организмов, которые могут быть использованы при организации научно-просветительской деятельности (в учебном процессе, при организации выставок, туристических экскурсий, презентаций, просветительских лекций, подготовке научно-популярных изданий и т.п.). Примеры фотографий видов, а также некоторой информации о них можно увидеть в Приложении к отчету за 2024 г. (раздел 1.6). Эти информации будут использованы нами в научно-просветительской деятельности СПбГУ, а также могут быть переданы в другие организации, ведущие научно-просветительскую деятельность (ПАБСИ КНЦ РАН, БИН РАН, нац. парк "Русская Арктика", ФИЦ КИА УРО РАН, САФУ).