Комплексная оценка климатогенной трансформации высокогорных лесных экосистем Южного Урала (на примере массива Иремель)

Abstract

Iremel Massif today is a peak of the Southern Urals with the maximum expansion of woody vegetation into the mountain tundra. As a result, the areas occupied by mountain tundra communities are considerably reduced and, hence, the biodiversity of the alpine mountain is decreased. The goal of this study is to assess the climate-driven transformation of the alpine forest ecosystems of Iremel Massif using a suite of methods. The comparison of multi-temporal topographic maps and satellite images served to establish that over the past 60 years, the continuous limits of open forests have shifted by 5.5 m/decade to the higher altitudes and 21.6 m/decade horizontally. The area of the boundary shift of the open forest was 6.97 km2. For the first time, changes in the areas occupied by various types of woody vegetation in the study region were quantified based on landscape repeat photography and the WSL Monoplotting Tool software. On the northeastern slope of Bolshoy Iremel, over the past 40 years, the area of closed forests has increased by a factor of almost 2, the area of open forests has increased by a factor of 5, the area of sparse forests has increased by a factor of 2, and the area of plots with single trees has decreased by a factor of 4. Analysis of the age structure of Siberian juniper (Juniperus sibirica Burgsd.) revealed that substantial expansion of that species into mountain tundra communities occurred above the upper limits of open forests from 1920 to 1930 and from 1950 to 1980. The most dramatic increase in the number of trees began only after the 1990s, and it has been continuing until today. A high correlation has been found between the number of established J. sibirica shrubs and the amount of precipitation in the first months of the cold season (November-January) in the previous five years (Spearman's correlation coefficient is 0.61). © Siberian Federal University. All rights reserved.

В настоящее время массив Иремель (Южный Урал) является одной из наиболее интенсивно зарастающих древесной и кустарниковой растительностью вершин Южного Урала. В результате данного процесса происходит значительное сокращение площадей, занятых сообществами горных тундр и, как следствие, сокращение биоразнообразия высокогорий. Целью исследования явилась оценка климатически обусловленной трансформации высокогорных лесныхэкосистем массива Иремель с помощью комплекса методов. На основе сравнения разновременных топографических карт и спутниковых изображений установлено, что за последние 60 лет сплошная граница редколесий смещалась вверх вдоль высотного градиента на 5,5 м за 10 лет, а горизонтальное продвижение сплошной границы редколесий составило 21,6 м за 10 лет. Площадь области сдвига границы редколесий составила 6,97 км2. Впервые получены количественные данные об изменении площадей, занимаемых различными типами древесной растительности, для изучаемой территории на основе использования повторных ландшафтных фотоснимков и программы WSL Monoplotting Tool. Показано, что на северо-восточном склоне г. Бол. Иремель за последние 40 лет площадь сомкнутых лесов увеличилась почти в 2 раза, редколесий - в 5 раз, редин - в 2 раза, площадь участков с одиночными деревьями сократилась в 4 раза. На основе анализа возрастной структуры установлено, что выше границы распространения редколесий в период с 1920 по 1930-е гг. и с 1950 по 1980-е гг. происходила активная экспансия Juniperus sibirica Burgsd. (можжевельник сибирский) в сообщества горных тундр. Наиболее массовый всплеск численности деревьев произошел только после 1990-х гг. и продолжается по настоящее время. Установлена высокая корреляционная связь между появлением J. sibirica и осадками начала холодного периода (ноябрь-январь) предшествующих пятилетий (коэффициент корреляции Спирмена 0,61).