Tree stand structure in the forest–mountain steppe transition zone on the slopes of the Kraka massif (Southern Urals) and its determining factors

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Ground-based laser surveys of the upper parts (from the ridge crests to the border of closed forests) of six steppe slopes of the mountains of the Southern and Northern Kraka massifs (Southern Urals) on a total area of 20.82 hectares were carried out. As a result, 3584 trees were identified in all studied areas, their morphometric parameters (crown height and size) and exact geographical position were assessed with an accuracy of 3–10 cm. It was shown that the closure and density of tree stands are extremely low in the upper third of the surveyed altitudinal profiles, and a local increase in these indicators is observed only on some slopes. It is also widely noted that these characteristics of forest stands increase sharply at a distance of about 2/3rd of the length of the profiles from the ridge crests. Measurements of the depth of the soil layer showed that the soils in the upper parts of the slopes are thin (on average 7–12 cm), and their average depth reaches 29 cm only on some slopes in places where the density of forest stands increases. Soil depth on sections of profiles remote from the ridge crests 1/4th to 2/3rd of their length gradually increases and reaches average values of 20–30 cm. We associate both local and stable (in the lower part) increase in the density of forest stands in the forest–mountain steppe transition zone with the increase in the thickness of the soil layer and the volume of moisture retained by it.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

I. Gaisin

Bashkir State Nature Reserve

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: i.gaisin2012@yandex.ru
Ресей, Starosubkhangulovo

P. Moiseev

Institute of Plant and Animal Ecology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: i.gaisin2012@yandex.ru
Ресей, Ekaterinburg

I. Vorobyov

Institute of Plant and Animal Ecology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: i.gaisin2012@yandex.ru
Ресей, Ekaterinburg

A. Konstantinov

Institute of Plant and Animal Ecology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: i.gaisin2012@yandex.ru
Ресей, Ekaterinburg

Әдебиет тізімі

  1. Коломыц Э.Г. Бореальный экотон и географическая зональность: атлас-монография. М.: Наука, 2005. 389 с.
  2. Горчаковский П.Л., Шиятов С.Г. Фитоиндикация условий среды и природных процессов в высокогорьях. М.: Наука, 1985. 208 с.
  3. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Наука о растительности. Уфа: Гилем, 1998. 413 с.
  4. Lu X., Liang E., Wang Y. et al. Mountain treelines climb slowly despite rapid climate warming // Global Ecology and Biogeography. 2020. V. 30. № 1. P. 1–11. https://doi.org/10.1111/geb.13214
  5. Зибзеев Е.Г., Седельников В.П. Структура экотона между лесным и высокогорным поясами гор Южной Сибири // Растительный мир Азиатской России. 2010. № 2(6). С. 46–49.
  6. Зелепукина Е.С., Гаврилкина С.А., Лесовая С.Н., Галанина О.В. Ландшафтная структура высотной экотонной полосы высокогорного массива Монгун-Тайга // Изв. Русского географического общ-ва. 2018. Т. 150. № 2. С. 33–47.
  7. Pastorella F., Paletto A. Stand structure indices as tools to support forest management: an application in Trentino forests (Italy) // Journal of Forest Science. 2013. V. 59. № 4. P. 159–168. 10.17221/75/2012-jfs' target='_blank'>https://doi: 10.17221/75/2012-jfs
  8. Pretzsch H. Analysis and modeling of spatial stand structures. Methodological considerations based on mixed beech-larch stands in Lower Saxony // Forest Ecology and Management. 1997. V. 97. № 3. P. 237–253. https://doi.10.1016/s0378-1127 (97)00069-8
  9. Kulha N., Pasanen L., Aakala T. How to calibrate historical aerial photographs: A change analysis of naturally dynamic boreal forest landscapes // Forests. 2018. V. 9. № 10. P. 1–19.
  10. Debkov N.M., Gradel A., Aleinikov A.A. Reconstruction of stand history and impact evaluation of an invasive bark beetle in Siberian fir forests with the help of spatial structure analysis // Russ. Forestry Journal. 2020. V. 375. № 3. P. 24–41. https://doi. 10.37482/0536-1036-2020-3-24-41
  11. Zirlewagen D., Wilpert K. Modeling water and ion fluxes in a highly structured, mixed-species stand // Forest Ecology and Management. 2001. V. 143. №1─3. P. 27–37. https://doi.10.1016/s0378-1127(00)00522-3
  12. Harsch M.A., Hulme P.E., McGlone M.S. et al. Are treelines advancing? A global meta-analysis of treeline response to climate warming // Ecology Letters. 2009. V. 12. № 10. P. 1040–1049. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2009.01355.x
  13. Кравцова В.И. Пространственная структура экотона тундра–тайга на плато Путорана (по космическим снимкам сверхвысокого разрешения) // Вестник Московского гос. ун-та. Серия 5: География. 2012. № 1. С. 67–74.
  14. Овчинникова Н.Ф. Особенности пространственно-временной структуры соснового древостоя на южном склоне восточного Саяна // Изв. высших учебных заведений. Лесной журнал. 2021. № 5(383). С. 34–47. https://doi. 10.37482/0536-1036-2021-5-34-47
  15. Намзалов С.А., Холбоева Б.Б., Королюк А.Ю. и др. Особенности структуры лесостепи в экотонной зоне Южной Сибири и Центральной Азии // Аридные экосистемы. 2012. Т. 18. № 2(51). С. 17–27.
  16. Макунина Н.И. Ботанико-географическая характеристика лесостепи Алтае-Саянской горной области // Сибирский экологич. журн. 2016. Т. 23. № 3. С. 405–413. https://doi. 10.15372/SEJ20160311
  17. Grigor’ev A.A., Devi N.M., Kukarskikh V.V. et al. Structure and dynamics of tree stands at the Upper Timberline in the western part of the Putorana Plateau // Russ. Journal of Ecology. 2019. V. 50. № 4. P. 311–322.
  18. Петров И.А., Харук В.И., Двинская М.Л., Им С.Т. Реакция хвойных экотона альпийской лесотундры Кузнецкого Алатау на изменение климата // Сибирский экологич. журн. 2015. Т. 22. № 4. С. 518–527. https://doi 10.15372/SEJ20150403
  19. Гайсин И.К., Моисеев П.А., Махмутова И.И. и др. Экспансия древесной растительности в экотоне лес–горная степь на Южном Урале в связи с изменениями климата и влажности местообитаний // Экология. 2020. № 4. С. 251–264.
  20. Park T., Ganguly S., Tømmervik H. et al. Changes in growing season duration and productivity of northern vegetation inferred from long-term remote sensing data // Environmental Research Letters. 2016. № 11. Art. 08400124.
  21. Brieger F., Herzschuh U., Pestryakova L. A. et al. Advances in the derivation of Northeast Siberian forest metrics using high-resolution UAV-based photogrammetric point clouds // Remote Sensing. 2019. V. 11. P. 1447. https://doi. 10.3390/rs11121447
  22. Низаметдинов Н.Ф., Моисеев П.А., Воробьев И.Б. Лазерное сканирование и аэрофотосъемка с БПЛА в исследовании структуры лесотундровых древостоев Хибин // Изв. высших учебных заведений. Лесной журнал. 2021. № 4(382). С. 9–22. https://doi.10.37482/0536-1036-2021-4-9-22
  23. Maguire A.J., Eitel J.U.H., Vierling L.A. et al. Terrestrial lidar scanning reveals fine-scale linkages between microstructure and photosynthetic functioning of small-stature spruce trees at the forest–tundra ecotone //Agricultural and Forest Meteorology. 2019. V. 269–270. P. 157–168.
  24. Agisoft LLC. Agisoft PhotoScan User Manual. Prof. Ed. Version 0.9.0. 2016.
  25. Gadow K.V., Zhang C.Y., Wehenkel C. et al. Forest structure and diversity // Managing Forest Ecosystems. 2011. P. 29–83. https://doi.10.1007/978-94-007-2202-6_27
  26. Chen Q., Baldocchi P., Gong P., Kelly M. Isolating individual trees in a savanna woodland using small footprint lidar data // Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. 2006. V. 72. № 8. P. 923–932. doi: 10.4236/ars.2013.23028
  27. Liang X., Kukko J., Hyyppä A. et al. In-situ measurements from mobile platforms: An emerging approach to address the old challenges associated with forest inventories // ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. 2018. V. 143. P. 97–107.
  28. Lisein J., Pierrot-Deseilligny M., Bonnet S., Lejeune P. A photogrammetric workflow for the creation of a forest canopy height model from small unmanned aerial system imagery // Forests. 2013. V. 4 . № 4. P. 922–944.
  29. Бочаров А.Ю. Структура и динамика высокогорных лесов Северо-Чуйского хребта (Горный Алтай) в условиях изменений климата // Вестник Томского гос. ун-та. 2011. № 352. С. 203–206.
  30. Золотарева Н.В. Некоторые аспекты динамики экстразональных степей Южного Урала // Отечественная геоботаника: основные вехи и перспективы: мат-лы всеросс. конф. СПб., 2011. Т. 2. С. 84–87.
  31. Ямалов С.М., Миркин Б.М. Флористическая и географическая дифференциация настоящих и луговых степей Южного Урала // Растительный мир Азиатской России. 2010. № 2(6). С. 58–65.
  32. Hansson A., Dargusch P., Shulmeister J. A review of modern treeline migration, the factors сontrolling it and the implications for carbon storage // J. Mt. Sci. 2021. V. 18. P. 291–306. 10.1007/s11629-020-6221-1' target='_blank'>https://doi: 10.1007/s11629-020-6221-1
  33. Жирнова Т.В., Ямалов С.М., Миркин Б.М. Степи Башкирского государственного природного заповедника: анализ вклада ведущих факторов и синтаксономия // Бюл. МОИП. Отд. биол. 2007. Т. 112. Вып. 5. С. 36–45.
  34. Волков Д.А. Дистанционный мониторинг многолетней динамики границы леса и горной степи в Башкирском заповеднике: методика и результаты // Уральский экологический вестник. 2017. № 1. С. 24–28.
  35. Моисеев П.А., Гайсин И.К., Бубнов М.О., Моисеева О.О. Динамика древесной растительности на участках остепененных склонов Южного Крака в последние 80 лет // Экология. 2018. № 2. С. 157–162. https://doi. 10.31857/S0367059720040071
  36. Сизых А.П., Воронин В.И. Структурно-динамическая организация растительных сообществ, формирующихся в зоне контакта леса и азональных (экстразональных) степей, а также внутри зональных лесостепей в бассейне оз. Байкал // Изв. Иркутского гос. ун-та. Серия «Биология. Экология». 2011. Т. 4. № 3. С. 36–40.
  37. Xu C., Liu H., Anenkhonov O.A. et al. Long-term forest resilience to climate change indicated by mortality, regeneration, and growth in semiarid southern Siberia // Global Change Biology. 2017. V. 23(6). P. 2370–2382.
  38. Экологическая экспертиза лесов Бурзянского района / Отв. исп. Позднякова Э.П. Уфа: Башкирский региональный центр Международного ин-та леса, 1994. 205 с.
  39. Agisoft LLC. Agisoft PhotoScan User Manual. Prof. Ed. Version 3.9.0. 2018.
  40. Watt P.J., Donoghue N.M. Measuring forest structure with terrestrial laser scanning // International Journal of Remote Sensing. 2005. V. 26(7). P. 1437─1446. https://doi.org/10.1080/01431160512331337961
  41. Гайсин И.К., Моисеев П.А., Балакин Д.С., Нагимов З.Я. Структура древостоев и особенности накопления ими фитомассы на остепненных склонах массива гор Крака (Южный Урал) // Вестник Томского гос. ун-та. Биология. 2021. № 56. С. 125–151.
  42. Макунина Н.И., Писаренко О.Ю. Дифференциация лесной растительности на границе биоклиматических секторов (западная часть Западного Саяна) // Turczaninowia. 2021. Т. 24. № 4. С. 84–98.
  43. Tchebakova N.M., Rehfeldt G.E., Parfenova E.I. Impacts of climate change on the distribution of Larix spp. and Pinus sylvestris and their climatypes in Siberia // Mitigation and Adaptation Strategies of Global Change. 2005. № 11. P. 861–882.
  44. Tužinský L. Soil moisture in mountain spruce stand // Journal of Forest Science. 2019. V. 48. № 1. P. 27–37. https://doi: 10.17221/11854-JFS
  45. Löffler J. The influence of micro-climate, snow cover, and soil moisture on ecosystem functioning in high mountains // Journal of Geographical Science. 2007. V. 17. № 1. P. 1–19. 10.1007/s11442-007-0003-3' target='_blank'>https://doi: 10.1007/s11442-007-0003-3

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Areas and places of research: I - Southern Kraka mountain massif (1 - Big Bashart town; 2 - Bashart town; 3 - Avdekte town); II - Northern Kraka mountain massif (1 - Surtandy; 2 - Maly Sargaya; 3 - Maly Kraka)

Жүктеу (155KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Multiyear dynamics of mean annual air temperature and precipitation sum: bold line - multiyear average, dashed line - linear trend

Жүктеу (201KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Map-scheme of spatial distribution of trees in the transition strip forest-mountain-steppe on the slopes of the Kraka massif: a - Big Bashart; b - Surtandy; c - Bashart; d - Avdekte; e - Maly Sargaya; f - Maly Kraka

Жүктеу (1MB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Ratio of tree heights estimated by instrumental measurements and laser scanning of the area: 1 - Bolshoi Bashart, 2 - Bashart

Жүктеу (83KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Change in stand closure as distance from the ridge crest in the transition zone of forest-mountain-steppe on the slopes of the mountains of the Southern and Northern Kraka massifs: BBA - Bolshoi Bashart, BAS - Bashart, AVD - Avdekte, SUT - Surtandy, MCA - Malaya Sargaya, SIG - Maly Kraka

Жүктеу (88KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Change in the number of living trees with distance from the ridge crest in the transition zone of forest-mountain-steppe on the slopes of the mountains of the Southern and Northern Kraka massifs: BBA - Bolshoi Bashart, BAS - Bashart, AVD - Avdekte, SUT - Surtandy, MCA - Malaya Sargaya, SIG - Malaya Kraka

Жүктеу (82KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Change in the average height of stands with distance from the ridge crest in the transition zone of forest-mountain steppe on the slopes of the mountains of the Southern and Northern Kraka massifs: BBA - Bolshoi Bashart, BAS - Bashart, AVD - Avdekte, SUT - Surtandy, MCA - Malaya Sargaya, SIG - Maly Kraka

Жүктеу (87KB)
Метадеректер
9. Fig. 8. Variation of maximum tree height with distance from the ridge crest in the transition zone of forest-mountain-steppe on the slopes of the mountains of the Southern and Northern Kraka massifs: BBA - Bolshoi Bashart, BAS - Bashart, AVD - Avdekte, SUT - Surtandy, MCA - Malaya Sargaya, SIG - Maly Kraka

Жүктеу (89KB)
Метадеректер
10. Fig. 9. Moisture volume in soil depending on layer thickness in the transition zone of forest-mountain-steppe on the slopes of the Southern and Northern Kraka massifs: 1 - upper, 2 - middle, 3 - lower parts of profiles

Жүктеу (77KB)
Метадеректер
11. Fig. 10. Soil moisture reserves at different distances from the ridge on altitudinal profiles on the slopes of the mountains Bashart, Avdekte and Bolshoi Bashart, Southern Kraka mountain massif: 1 - 25-75%, 2 - interval, 3 - median, 4 - arithmetic mean, 5 - outliers

Жүктеу (183KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024