The influence of climatic and anthropogenic factors on the productivity of forest stands in the ecotone of the northern treeline on the Yamal peninsula

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

On 12 sample plots established in the ecotone of the northern forest boundary in the Khadyta-Yakha River valley on the Yamal Peninsula, time of emergence and death, as well as productivity of about 1000 Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) and Siberian spruce (Picea obovata Ledeb.) trees were analyzed. Over the last 140 years, there has been a sharp increase in the stocks and annual growth of stem phytomass of woody plants within the studied ecotone. Since the 1970s, the average annual growth of phytomass has been increased by 1.2–39 times, which was facilitated by a 0.9оC increase in average June–July air temperature. However, this effect is insignificant in areas of mixed open forests subjected to periodic logging.

About the authors

N. М. Devi

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

Author for correspondence.
Email: bessonova-varechka@mail.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

V. А. Bessonova

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

Email: bessonova-varechka@mail.ru
Russian Federation, Yekaterinburg; Yekaterinburg

V. V. Kukarskih

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

Email: bessonova-varechka@mail.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

R. М. Hantemirov

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

Email: bessonova-varechka@mail.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

References

  1. IPCC, 2014: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Eds. Team C.W., Pachauri R.K., Meyer L.A. IPCC, 2014. 151 p.
  2. Walther G.R., Post E., Convey P. et al. Ecological responses to recent climate change // Nature. 2002. V. 416. № 6879. P. 389–395. https://doi.org/10.1038/416389a
  3. Parmesan C., Yohe G. A globally coherent fingerprint of climate change impacts across natural systems // Nature //2003. V. 421. № 6918. P. 37–42. https://doi.org/10.1038/nature01286
  4. Wieser G. Alpine and polar treelines in a changing environment // Forests. 2020. V. 11. Art. 254. https://doi.org/10.3390/f11030254
  5. Körner C. Alpine treelines / Alpine plant life. Berlin: Springer, 2012. P. 77–100. https://doi.org/10.1007/978-3-0348-0396-0
  6. 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
  7. Paulsen J., Körner C. A climate-based model to predict potential treeline position around the globe // Alpine Botany. 2014. V. 124. № 1. P. 1–12. https://doi.org/10.1007/s00035-014-0124-0
  8. Barbeito I., Dawes M.A., Rixen C. et al. Factors driving mortality and growth at treeline: a 30-year experiment of 92 000 conifers // Ecology. 2012. V. 93. № 2. P. 389–401. https://doi.org/10.1890/11-0384.1
  9. Grace J., Berninger F., Nagy L. Impacts of climate change on the tree line // Annals of Botany. 2002. V. 90. № 4. P. 537–544. https://doi.org/10.1093/AOB/MCF222
  10. Moiseev P.A., Hagedorn F., Balakin D.S. et al. Stand biomass at treeline ecotone in russian subarctic mountains is primarily related to species composition but its dynamics driven by improvement of climatic conditions // Forests. 2022. V. 13. № 2. Art. 254. https://doi.org/10.3390/F13020254
  11. Devi N.M., Kukarskih V.V., Galimova А.A. et al. Climate change evidence in tree growth and stand productivity at the upper treeline ecotone in the Polar Ural Mountains // Forest Ecosystems. 2020. V. 7. № 1. Art. 7. https://doi.org/10.1186/s40663-020-0216-9
  12. Greenwood S., Jump A. Consequences of treeline shifts for the diversity and function of high altitude ecosystems // Arctic Antarctic and Alpine Research. 2014. V. 46. P. 829–840. https://doi.org/10.1657/1938-4246-46.4.829
  13. Pecl G.T., Araújo M.B., Bell J.D. et al. Biodiversity redistribution under climate change: Impacts on ecosystems and human well-being // Science. 2017. V. 355. № 6332. Art. eaai9214. https://doi.org/10.1126/science.aai9214
  14. Holtmeier F.-K. Mountain Timberlines. Netherlands: Springer, 2009. V. 36. 438 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-9705-8
  15. Holtmeier F.K., Broll G. Altitudinal and polar treelines in the northern hemisphere causes and response to climate change // Polarforschung. 2009. V. 79. № 3. P. 139–153.
  16. Davis E.L., Brown R., Daniels L. et al. Regional variability in the response of alpine treelines to climate change // Climatic Change. 2020. V. 162. № 3. P. 1365–1384. https://doi.org/10.1007/s10584-020-02743-0
  17. Hagedorn F., Shiyatov S.G., Mazepa V.S. et al. Treeline advances along the Urals mountain range – driven by improved winter conditions? // Global Change Biology. 2014. V. 20. № 11. P. 3530–3543. https://doi.org/10.1111/gcb.12613
  18. Kukarskih V.V., Devi N.M., Moiseev P.A. et al. Latitudinal and temporal shifts in the radial growth-climate response of Siberian larch in the Polar Urals // Journal of Mountain Science. 2018. V. 15. № 4. P. 722–729. https://doi.org/10.1007/s11629-017-4755-7
  19. Kharuk V.I., Dvinskaya M.L., Im S.T. et al. Wildfires in the Siberian Arctic // Fire. 2022. V. 5. № 4. Art. 106.https://doi.org/10.3390/fire5040106
  20. Stark S., Horstkotte T., Kumpula J. et al. The ecosystem effects of reindeer (Rangifer tarandus) in northern Fennoscandia: Past, present and future // Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics. 2023. V. 58. Art. 125716. https://doi.org/10.1016/J.PPEES.2022.125716
  21. Speed J.D.M., Austrheim G., Hester A.J. et al. Growth limitation of mountain birch caused by sheep browsing at the altitudinal treeline // Forest Ecology and Management. 2011. V. 261. № 7. P. 1344–1352. https://doi.org/10.1016/J.FORECO.2011.01.017
  22. Kirdyanov A.V., Krusic P.J., Shishov V.V. et al. Ecological and conceptual consequences of Arctic pollution // Ecology Letters. 2020. V. 23. № 12. P. 1827–1837. https://doi.org/10.1111/ele.13611.
  23. Kharuk V.I., Petrov I.A., Im S.T. et al. Pollution and climatic influence on trees in the Siberian Arctic wetlands // Water. 2023. V. 15. № 2. Art. 215. https://doi.org/10.3390/W15020215
  24. Шиятов С.Г., Мазепа В.С. Климатогенная динамика лесотундровой растительности на Полярном Урале // Лесоведение. 2007. № 6. P. 11–22.
  25. Hantemirov R.M., Surkov A.Y., Gorlanova L.A. Climate changes and overstory recruitment of larch at the northern timberline in the Yamal Peninsula // Russ. J. of Ecology. 2008. V. 39. № 5. P. 305–309. https://doi.org/10.1134/S1067413608050019
  26. Rinn F. Tsap V 3.6 Reference manual: computer program for tree-ring analysis and presentation. Heidelberg, Germany: Bierhelderweg 20, D-69126, 1996. 263 p.
  27. Шиятов С.Г., Ваганов. А.В., Кирдянов А.В. и др. Методы дендрохронологии. Ч. I. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцевой информации. Красноярск: КрасГУ, 2000. 80 с.
  28. Grissino-Mayer H.D. Evaluating crossdating accuracy: A manual and tutorial for the computer program COFECHA // Tree-Ring Research. 2001. V. 57. № 2. P. 205–221.
  29. Briffa K.R., Melvin T.M., Osborn T.J. et al. Reassessing the evidence for tree-growth and inferred temperature change during the Common Era in Yamalia, northwest Siberia // Quaternary Science Reviews. 2013. V. 72. P. 83–107. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2013.04.008
  30. Bakker J.D. A new, proportional method for reconstructing historical tree diameters // Canadian J. of Forest Research. 2005. V. 35. № 10. P. 2515–2520.https://doi.org/10.1139/x05-136
  31. Becker M., Bert D., Bouchon J. et al. Long-term changes in forest productivity in northeastern France: the dendroecological approach // Forest decline and atmospheric deposition effects in the French mountains. 1995. P. 143–156. https://doi.org/10.1007/978-3-642-79535-0_5
  32. Briffa K.R., Jones P.D., Schweingruber F.H. et al. Tree-ring variables as proxy-climate indicators: Problems with low-frequency signals // Climatic Variations and Forcing Mechanisms of the Last 2000 Years. 1996. V. 41. P. 9–41. https://doi.org/10.1007/978-3-642-61113-1_2
  33. Wilson R.J.S., Luckman B.H., Esper J. A 500 year dendroclimatic reconstruction of spring-summer precipitation from the lower Bavarian Forest region, Germany // International J. of Climatology. 2005. V. 25. № 5. P. 611–630. https://doi.org/10.1002/JOC.1150
  34. Boisvenue C., Running S.W. Impacts of climate change on natural forest productivity – Evidence since the middle of the 20th century // Global Change Biology. 2006. V. 12. № 5. P. 862–882. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2006.01134.x
  35. Mazepa V.S., Devi N.M. Development of multistemmed life forms of Siberian larch as an indicator of climate change in the timberline ecotone of the Polar Urals // Russ. J. of Ecology. 2007. V. 38. № 6. P. 440–443. https://doi.org/10.1134/S1067413607060112
  36. Devi N., Hagedorn F., Moiseev P. et al. Expanding forests and changing growth forms of Siberian larch at the Polar Urals treeline during the 20th century // Global Change Biology. 2008. V. 14. № 7. P. 1581–1591. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2008.01583.x
  37. Бессонова В.А. Кукарских В.В., Дэви Н.М. и др. Влияние климата на возрастную структуру древостоев в экотоне северной границы леса на полуострове Ямал // Лесотехнический журнал. 2023. Т. 13. № 4(52). Ч. 2. С. 5–22. https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2023.4/14
  38. Gower S.T., McMurtrie R.E., Murty D. Aboveground net primary production decline with stand age: potential causes. // Trends in Ecology & Evolution. 1996. V. 11. № 9. P. 378–382.
  39. Pan Y., Birdsey R.A., Phillips O.L. et al. The structure, distribution, and biomass of the world’s forests // Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 2013. V. 44. № 1. P. 593–622. https://doi.org/10.1146/annurev-ecolsys-110512-135914
  40. Швиденко А.З., Щепащенко Д.Г., Нильсон С., Булуй Ю.И. Таблицы и модели хода роста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород Северной Евразии: нормативно-справочные материалы. М.: Федеральное агентство лесного хозяйства Министерства сельского хозяйства Российской Федерации, 2008. 886 с.
  41. Квашнин Ю.Н. Оленеводство сибирских тундровых ненцев // Вестник археологии, антропологии и этнографии. 2006. Т. 6. С. 200–223.
  42. Keane R.E., Mahalovich M.F., Bollenbacher B.L. et al. Effects of climate change on forest vegetation in the northern rockies // Climate Change and Rocky Mountain Ecosystems. 2018. V. 63. P. 59–95. https://doi.org/10.1007/978-3-319-56928-4_5
  43. Kirdyanov A.V., Hagedorn F., Knorre A.A. et al. 20th century tree-line advance and vegetation changes along an altitudinal transect in the Putorana Mountains, northern Siberia // Boreas. 2012. V. 41. № 1. P. 56–67. https://doi.org/10.1111/j.1502-3885.2011.00214.x
  44. Ols C., Hervé J.-C., Bontemps J.-D. Recent growth trends of conifers across Western Europe are controlled by thermal and water constraints and favored by forest heterogeneity // Science of the Total Environment. 2020. V. 742. Art. 140453. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140453
  45. Benowicz A., Krakowski J., Rweyongeza D. Growth and survival of Siberian larch in Alberta at the species, population, and family levels // Canadian Journal of Forest Research. 2019. V. 49. № 9. P. 1042–1051. https://doi.org/10.1139/cjfr-2019-0014
  46. Knorre A.A., Kirdyanov A.V., Vaganov E.A. Climatically induced interannual variability in aboveground production in forest-tundra and northern taiga of central Siberia // Oecologia. 2006. V. 147. № 1. P. 86–95. https://doi.org/10.1007/S00442-005-0248-4
  47. Grigoriev A.A., Shalaumova Y.V., Vyukhin S.O. et al. Upward treeline shifts in two regions of Subarctic Russia are governed by summer thermal and winter snow conditions // Forests. 2022. V. 13. № 2. Art. 174. https://doi.org/10.3390/F13020174/S1
  48. Mazepa V.S. Stand density in the last millennium at the upper tree-line ecotone in the Polar Ural Mountains // Canadian J. of Forest Research. 2005. V. 35. № 9. P. 2082–2091. https://doi.org/10.1139/x05-111
  49. Hagedorn F., Dawes M.A., Bubnov M.O. et al. Latitudinal decline in stand biomass and productivity at the elevational treeline in the Ural mountains despite a common thermal growth limit // Journal of Biogeography. 2020. V. 47. № 8. P. 1827–1842. https://doi.org/10.1111/JBI.13867
  50. Myneni R.B., Keeling C., Tucker C. et al. Increased plant growth in the northern high latitudes from 1981 to 1991 // Nature. 1997. V. 386. № 6626. P. 698–702. https://doi.org/10.1038/386698a0
  51. Houghton R.A. Aboveground forest biomass and the global carbon balance // Global Change Biology. 2005. V. 11. № 6. P. 945–958. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2005.00955.x
  52. Bunn A.G., Goetz S.J., Kimball J.S. et al. Northern high-latitude ecosystems respond to climate change // Eos, Transactions American Geophysical Union. 2007. V. 88. № 34. P. 333–335. https://doi.org/10.1029/2007EO340001

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».