Проблемы экофизиологической интерпретации климатического сигнала в дендрохронологических и дендроизотопных рядах

Автор: Чуракова О.В., Румянцев Д.Е.

Журнал: Лесохозяйственная информация @forestry-information

Рубрика: Лесоведение и лесоводство

Статья в выпуске: 2, 2024 года.

Бесплатный доступ

Важной проблемой современной дендроклиматологии является интерпретация выявленных статистически достоверных связей между изменчивостью метеорологических переменных (среднемесячная и дневная температура воздуха, ежемесячные суммы осадков текущего и предшествовавшего формированию годичного кольца календарного года) и вариацией дендрохронологических параметров (ширина годичного кольца, максимальная плотность поздней древесины, анатомические характеристики годичного кольца и композиционный состав стабильных изотопов в кольце). Адекватная интерпретация необходима, чтобы понимать, какие экофизиологические механизмы определяют выявленные статистические связи, какую смысловую нагрузку, прогностическую и познавательную ценность имеет эта информация в экологическом, экофизиологическом и экогидрологическом аспектах. Наиболее простым путем надежной интерпретации обнаруженных зависимостей является проведение прямых наблюдений за внутрисезонной динамикой формирования годичного кольца и динамикой окружающей экологической обстановки, что, однако, в большинстве случаев невозможно. В качестве одного из вариантов решения этой научной задачи предлагается применять экофизиологические модели в сочетании с прямыми измерениями δ13C, δ18O и δ2H в древесине и целлюлозе годичных колец.

Еще

Дендрохронология, дендроклиматология, дендроизотопология, экофизиология растений, лесоведение

Короткий адрес: https://sciup.org/143182677

IDR: 143182677   |   DOI: 10.24419/LHI.2304-3083.2024.2.02

Список литературы Проблемы экофизиологической интерпретации климатического сигнала в дендрохронологических и дендроизотопных рядах

  • Ваганов, E.A. Дендроклиматические исследования в Урало-Сибирской Субарктике / Е.А. Ваганов, С.Г. Шиятов, В.С. Мазепа. - Новосибирск: Наука, 1996. - 246 с.
  • Vaganov, E.A. Growth dynamics of conifer tree rings. Image of past and future environments / E.A. Vaganov, M.K. Hughes, A.V. Shashkin. - Berlin: Springer Verlag, 2006. - Р. 358. doi:10.1007/3-540-31298-6.
  • Isotopic composition (513C, 518O) in Siberian tree-ring chronology. - Текст: электронный / O.V. Sidorova [et al.] // Geophys. Res. Biogeosci. - 2008. - Vol. 113. doi:10.1029/2007JG000473.
  • Do centennial tree-ring and stable isotope trends of Larix gmelinii (Rupr.) indicate increasing water shortage in the Siberian north. - Текст: электронный / O.V. Sidorova [et al.] // Oecologia. - 2009. - Vol. 161. - № 4. - Р. 825835. - Режим доступа: https://link.springer.com/article/10.1007/s00442-009-1411-0.
  • Spatial patterns of climatic changes in the Eurasian north reflected in Siberian larch tree-ring parameters and stable iso-topes. - Текст: электронный / O.V. Sidorova [et al.] // Global Change Biology. -2010. - № 16. - Р. 10031018. doi:10.1111/j.1365-2486.2009.02008.x
  • Climate impacts on tree-ring stable isotopes across the Northern Hemispheric boreal zone. - Текст: электронный / O.V. Churakova (Sidorova) [et al.] // Sci. Total Env. - 2023. - Vol. 870. doi:10.1016/j.scitotenv.2023.161644.
  • Dual carbon and oxygen isotopes in Siberian tree rings as indicator of millennia sunshine duration changes. -Текст: электронный / O.V. Churakova (Sidorova), R.T.W. Siegwolf, MS Zharkov, M. Saurer // Science of the Total Environment. - 2024. - Vol. 927. - Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172042.
  • Recent atmospheric drying in Siberia is not unprecedented over the last 1500 years. - Текст: электронный / O.V. Churakova (Sidorova) [et al.] // Sci. Rep. - 2020. - Vol. 10. - Р. 15024.DOI: 10.1038/s41598-020-71656-w.
  • Spring Arctic Oscillation as a trigger of summer drought in Siberian subarctic over the past 1494 years. - Текст: электронный / O.V. Churakova (Sidorova) [et al.] // Scientific Reports. - 2021. - Vol. 11. - P. 19010. - Режим доступа: https://doi.org/10.1038/s41598-021-97911-2.
  • North Atlantic summer storm tracks over Europe dominated by internal variability over the past millennium. -Текст: электронный / M. Gagen [et al.] // Nat. Geosci. - 2016. - Vol. 9. - P. 630-635. doi:10.1038/ngeo2752.
  • Impacts of the Siberian High and Arctic Oscillation on the East Asia winter monsoon: Driving down welling in the western Bering Sea Aquatic Ecosystem. - Текст: электронный / Wang, J. [et al.] // Health Manag. - 2012. - 15(1). -P. 20-30. - Режим доступа: https://doi.org/10.1080/14634988.2012.648860.
  • Analysis of the positive Arctic Oscillation index event and its influence in the winter and spring of 2019/2020. -Текст: электронный / J. Zhang [et al.] // Front. Earth Sci. - 2021. - Vol. 8. - P. 1-17. - Режим доступа: https://doi. org/10.3389/feart.2020.580601.
  • 20th century changes in carbon isotopes and water-use efficiency: tree-ring-based evaluation of the CLM4.5 and LPX-Bern models / K.M. Keller [et al.] // Biogeosciences. - 2017. - Vol. 14. - P. 2641-2673. doi:10.5194/ bg-14-2641-2017.
  • Transient simulations of the carbon and nitrogen dynamics in northern peatlands: from the Last Glacial Maximum to the 21st century. - Текст: электронный/ R. Spahni [et al.] // Clim. Past. - 2013. - Vol. 9. - P. 1287-1308. doi:10.5194/cp-9-1287-2013.
  • Application of eco-physiological models to the climatic interpretation of 513C and 518O measured in Siberian larch tree-rings / O.V. Churakova (Sidorova) [et al.] // Dendrochronologa. - 2016. - Vol. 39. - P. 51-59. doi:10.1016/j. dendro.2015.12.008.
  • Fritts, H.C. Tree Rings and Climate / H.C. Fritts. - London: Academic Press, 1976. - 567 p.
  • Румянцев, Д.Е. Дендроклиматические исследования и лесоведение / Д.Е. Румянцев // Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России на сопредельных территориях. - Белгород: БелГУ, 2017. - C. 58-60.
  • Матвеев, С.М. Дендрохронология / С.М. Матвеев, Д.Е. Румянцев. - Воронеж: ВГЛТА, 2013. - 139 с.
  • Судебно-ботаническая экспертиза с применением методов дендрохронологии при расследовании незаконной рубки лесных насаждений: учебно-практическое пособие / В.И. Воронин, О.П. Грибунов, Ю.М. Жаворонков [и др.]. - Иркутск: ФГКОУ ВО ВСИ МВД России, 2016. - 200 с.
  • Шиятов, С.Г. Дендрохронология верхней границы леса на Урале / С.Г. Шиятов. - Москва: Наука, 1986. - 136 с.
  • McCarroll, D. Stable isotopes in tree rings / D. McCarroll, N.J. Loader // Quat. Sci. Rev. - 2004. - Vol. 23. - № 7-8. - Р. 771-801.
  • Updating the dual C and O isotope - Gas-exchange model: A concept to understand plant responses to the environment and its implications for tree rings / R.T.W. Siegwolf [et al.] // Plant Cell and Environment. - 2023. -Vol. 46. - Р. 2606-2627. doi:10.1111/pce.14630.
  • Stable Isotopes in Tree Rings of Boreal Forests. - Текст: электронный / R.T.W. Siegwolf, J.R. Brooks, J. Roden, M. Saurer. - Corvallis: Springer - 2022. - Vol. 8. - Р. 773. - Режим доступа: https://doi. org/10.1007/978-3-030-92698-4_20.
  • Stable isotopes in tree rings inferring physiological, climatic and environmental responses / R.T.W. Siegwolf, J.R. Brooks., J. Roden, M. Saurer // Stable isotope in tree rings. Corvallis: Springer - 2022. - Vol. 8. - Р. 773. doi:10.1007/978-3-030-92698-4.
  • Farquhar, G.D. Carbon isotope discrimination and photosynthesis / G.D. Farquhar, J.R. Ehleringer, K.T. Hubick // Annu. Rev. Plant Phisiol. Plant Mol. Biol. - 1989. - Vol. 40. - P. 503-537.
  • Farquhar, G.D. On the relationship between carbon isotope discrimination and the intercellular carbon dioxide concentration in leaves / G.D. Farquhar, M.H. O'Leary, J.A. Berry // Australian Journal of Plant Physiology. - 1982. - Vol. 9. - P. 121-137.
  • The Stable Hydrogen Isotopic Signature: From Source Water to Tree Rings / M.M. Lehmann [et al.] // Stable Isotopes in Tree Rings. Tree Physiology. Corvallis: Springer - 2022. - Vol. 8. Springer doi:10.1007/978-3-030-92698-4_11.
  • Linking stable oxygen and carbon isotopes with stomatal conductance and photosynthetic capacity: a conceptual model / Y. Scheidegger, M. Saurer, M. Bahn, R. Siegwolf // Oecologia. - Corvallis: Springer - 2000. - Vol. 125. -Р. 350-357. doi:10.1007/s004420000466.
  • Roden, J.S. A mechanistic model for interpretation of hydrogen and oxygen isotope ratios in tree-ring cellulose / J.S. Roden, G.G. Lin, J.R. Ehleringer // Geochim Cosmochim Acta. - 2000. - Vol. 64. - P. 21-35. doi:10.1016/ S0016-7037(99)00195-7.
  • Roden, J.S. Hydrogen and oxygen isotope ratios of tree ring cellulose for field-grown riparian trees / J.S. Roden, J.R. Ehleringer // Oecologia. - 2000. - Vol. 123. - P. 481-489.
  • Yakir, D. The use of stable isotopes to study ecosystem gas exchange / D. Yakir, L. da S.L. Sternberg // Oecologia. - 2000. - Vol. 123. - P. 297-311.
  • Методы дендрохронологии: учебно-методическое пособие. - Ч. I / С.Г. Шиятов, Е.А. Ваганов, А.В. Кирдя-нов [и др.]. - Красноярск: ИЦ КрасГУ, 2000. - 80 с.
  • Simultaneous determination of stable carbon, oxygen, and hydrogen isotopes in cellulose / N.J. Loader [et al.] //Anal. Chem. - 2015. - Vol. 87 (1). - Р. 376-380. 10.1021/ac502557x
  • A high-temperature water vapor equilibration method to determine non-exchangeable hydrogen isotope ratios of sugar starch and cellulose / P. Schuler [et al.] // Plant Cell Environ. - 2022. - Vol. 45 (1). - Р. 12-22. 10.1111/pce.14193
  • Comparison of 518O and 513C values between tree-ring whole wood and cellulose in five species growing under two different site conditions / R.B. Weigt [et al.] // Rapid Commun. Mass Spectrom. - 2015. - Vol. 29 (23). - Р. 2233-2244.
  • Wood cellulose preparation methods and mass spectrometric analyses of 513C, 518O, and nonexchangeable 52H values in cellulose, sugar, and starch: an interlaboratory comparison / T. Boettger [et al.] // Anal. Chem. - 2007. - Vol. 79 (12). - Р. 4603-4612.
  • A 1000-year high precision record of 513C in atmospheric CO2 / R.J. Francey [et al.] // Tellus Ser. B. - 1999. - Vol. 51. - Р. 170-193.
  • Craig, H. Deuterium and oxygen 18 variations in the ocean and the marine atmosphere / H. Craig, L.I. Gordon. -University of California, 1965. - Р. 122.
  • Craig, H. Isotopic variations in meteoric waters / H. Craig // Science. - 1961. - Vol. 133. - Р. 1702-1703. doi:10.1126/science.133.3465.1702.
  • Reconstructing relative humidity from plant 518O and 5D as deuterium deviations from the global meteoric water line / S.L. Voelker [et al.] // Ecol. Appl. - 2014. - Vol. 24. - Р. 960-975.
  • Bowen, G.J. Revenaugh interpolating the isotopic composition of modern meteoric precipitation / G.J. Bowen, J. Revenaugh // Water Resour. Res. - 2023. - Vol. 39. - № 10. - Р. 1299. doi:10.129/2003WR002086
  • Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation / W. Dansgaard // Tellus. - 1964. - Vol. 16. - P. 436-468.
  • The impact of an inverse climate-isotope relationship in soil water on the oxygen-isotope composition of Larix gmelinii in Siberia / M. Saurer [et al.] // New Phyt. - 2016. - Vol. 209. - P. 955-964.
  • Importance of permafrost as a source of water for plants in East Siberian taiga / A. Sugimoto, N. Yanagisawa, D. Naito, N. Fujita, T.C. Maximov // Ecol. Res. - 2002. - Vol. 17. - № 4. - Р. 493-503. doi:10.1046/j.1440-1703.2002.00506.x.
  • Korner, Ch. The cold range limit of trees/ Ch. Korner // Trends Ecol. Evol. - 2021. - Vol. 36 (11). - Р. 979-989.
  • Globally coherent water cycle response to temperature changes during the past two millennia. - Текст: электронный / B.L. Konecky [et al.] // Nat. Geosci. - 2023. - Vol. 16. - Р. 997-1004. - Режим доступа: https://doi. org/10.1038/s41561-023-01291-3.
  • A triple tree-ring constraint for tree growth and physiology in a global land surface model / J. Barichivich [et al.] // Biogeosciences. - 2021. - Vol. 18. - Р. 3781-3803. doi:10.5194/bg-18-3781-2021.
Еще
Статья научная