Модели фитомассы деревьев березы и осины для дистанционного зондирования в климатических градиентах Евразии

Abstract

Forest ecosystems play an important role in climate stabilization, and continuous monitoring of their phy-tomass is of paramount importance. Airborne laser scanning technology has become widespread in assess-ing the trees phytomass by remote registration of such taxation indicators as the diameter and area of the crown projection and the height of the tree. The work was based on the author’s database of 755 and 296 model birch (Betula spp.) and aspen (Populus spp.) trees within Eurasia, with measured indicators of tree height and crown diameter, as well as phytomass of the trunk, foliage, branches and roots. For all the phy-tomass components, a positive correlation was found with the crown diameter and tree height. At a statis-tically significant level, it was found that the phytomass of foliage, branches, trunks, and aerial phytomass in birch trees is respectively 4.7%, 1.3%, 9.6%, and 8.0% larger than in aspen with similar values of both crown diameter and tree height. This is due to the fact that at the same tree height, the crown diameter of aspen is 12% larger than that of birch. The phytomass of all components of equal-sized trees is described by a propeller-shaped 3D dependence on winter temperatures and precipitation. In warm regions, with an increase in precipitation, the phytomass increases, but as it moves to cold regions, it is characterized by an opposite trend. As the temperature rises in humid regions, the phytomass increases, but moving towards dryer conditions, it tends to decrease. The contribution of trees taxation indicators, their species, and climatic variables to the phytomass components’ variability is 79.0%, 4.6%, and 16.4%, respectively. Climatic variables explain the variability of trunks, branches, and overall aboveground phytomass to the greatest extent (from 18 to 22%) and to the least extent – the phytomass of foliage (about 7%). The results obtained can be useful in laser monitoring of forest phytomass and in predicting possible changes in the structure of tree phytomass under climatic deviations. © 2022, Izdatel'stvo Nauka. All rights reserved.

Лесные экосистемы играют большую роль в стабилизации климата, и непрерывный мониторинг их фитомассы имеет первостепенное значение. Технология бортового лазерного сканирования получила широкое распространение при оценке фитомассы деревьев путем дистанционной регистрации таких таксационных показателей, как диаметр и площадь проекции кроны и высота дерева. В работе использована авторская база данных 755 и 296 модельных деревьев соответственно березы (Betula spp.) и осины (Populus spp.) Евразии с замеренными показателями высоты дерева и диаметра кроны, а также фитомассы ствола, листвы, ветвей и корней. Для всех компонентов фитомассы выявлена положительная связь с диаметром кроны и высотой дерева. На статистически достоверном уровне установлено, что фитомасса листвы, ветвей, стволов и надземная у деревьев березы соответственно на 4.7, 1.3, 9.6 и 8.0% больше, чем у осины, при равных значениях как диаметра кроны, так и высоты дерева. Это вызвано тем, что при одной и той же высоте дерева диаметр кроны у осины на 12% больше, чем у березы. Фитомасса всех компонентов равновеликих деревьев описывается пропеллеро-образной 3D-зависимостью от зимних температур и осадков. В теплых регионах при повышении осадков фитомасса увеличивается, но по мере перехода к холодным регионам она характеризуется противоположным трендом. При повышении температуры во влажных регионах фитомасса возрастает, но по мере перехода в сухие условия снижается. Вклад таксационных показателей деревьев, их видовой принадлежности и климатических переменных в объяснение изменчивости компонентов фитомассы составляет соответственно 79.0, 4.6 и 16.4%. Климатические переменные в наибольшей степени объясняют изменчивость фитомассы стволов, ветвей и надземной (от 18 до 22%) и в наименьшей степени – листвы (около 7%). Полученные результаты могут быть полезны при лазерном мониторинге фитомассы лесов и при прогнозировании возможных изменений в структуре фитомассы деревьев при климатических отклонениях.