Анализ регрессионных связей температуры воздуха на разных высотах в горах Северного Урала

Статья посвящена актуальной современной проблеме: выявлению температурных факторов, лимитирующих распространение и выживание растений в горных условиях Северного Урала. Цель работы – установление регрессионных связей температурных данных в четырех высотных поясах южной части Северного Урала (59º30′ с.ш., 59º15′ в.д.) с контрольными температурными данными метеостанции г. Карпинск (Свердловская область 59º46′ с.ш., 60º00′ в.д.). Запись температур воздуха проводилась круглосуточно через каждые 2 ч на высоте 1,5–2 м от поверхности почвы с мая по октябрь 2019 г. в горнолесном поясе на высотах 460 и 640 м н.у.м. под пологом кедровых древостоев, в поясе подгольцовых редкостойных криволесий с элементами горной лесотундры на высоте 820 м н.у.м. и на плато в поясе горной тундры на высоте 1030 м н.у.м. Выявлено, что изменение температуры воздуха на разных высотных уровнях и на метеостанции происходит относительно синхронно, при этом разность среднесуточных температур с контрольными данными метеостанции на высотах 460, 640, 820 и 1030 м н.у.м. соответственно составляет 2,2, 3,0, 4,7 и 5,1 ºС. Для всех высотных уровней установлена достоверная тесная прямолинейная связь среднесуточных температур воздуха с данными метеостанции. Для высот 460, 640, 820 и 1030 м н.у.м. коэффициент детерминации (R²) составляет соответственно 0,96, 0,95, 0,92 и 0,88. Связи максимальных и минимальных температур в зависимости от высоты местности над уровнем моря с контрольными данными метеостанции также достаточно высоки (R² не опускается ниже 0,83 для максимальных и 0,7 для минимальных). С помощью выявленных связей и полученных уравнений регрессии открывается возможность ретроспективного восстановления динамики термического режима по данным метеостанции г. Карпинск для разновысотных горных местообитаний в южной части Северного Урала за многолетний период, в том числе крайних критических температур, которые выступают факторами, лимитирующими расселение и выживание растений, определяют биоразнообразие экосистем.

1. Pătru-Stupariu I., Hossu C.A, Grădinaru S.R., Nita A., Stupariu M.-S., Huzui-Stoiculescu A., Gavrilidis A.-A. A Review of Changes in Mountain Land Use and Ecosystem Services: From Theory to Practice // Land. 2020. Vol. 9(9). P. 336. https://doi.org/10.3390/land9090336

2. Gao J., Tang X., Lin S., Bian H. The influence of land use change on key ecosystem services and their relationships in a mountain region from past to future (1995-2050) // Forests. 2021. Vol. 12(5). P. 616. https://doi.org/10.3390/f12050616

3. Kohler T., Maselli D. Mountains and Climate Change - From Understanding to Action. Published by Geographica Bernensia with the support of the Swiss Agency for Development and Cooperation (SDC), and an international team of contributors. Bern, 2009. 78 p.

4. Иванова Н.С. Лесотипологические особенности биоразнообразия и восстановительно-возрастной динамики растительности горных лесов Южного и Среднего Урала: Дисс. докт. биол. наук / Уральский государственный лесотехнический университет. Екатеринбург, 2019. 304 с.

5. Jandl R., Kindermann G., Foldal C., Schüler S., Bouissou C. Early Performance of Tree Species in a Mountain Reforestation Experiment // Forests. 2021. Vol. 12(2). P. 256. https://doi.org/10.3390/f12020256

6. Mengist W., Soromessa T., Legese G. Ecosystem services research in mountainous regions: A systematic literature review on current knowledge and research gaps // Science of The Total Environment. 2020. Vol. 702. P. 134581. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.134581

7. Fomin V., Ivanova N., Mikhailovich A. Genetic forest typology as a scientific and methodological basis for environmental studies and forest management // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 609. 012044. https://doi.org/10.1088/1755-1315/609/1/012044

8. Fomin V., Ivanova N., Mikhailovich A., Zolotova E. Problem of climate-driven dynamics in the genetic forest typology // Modern synthetic methodologies for creating drugs and functional materials (mosm2020): AIP Conference Proceedings. 2021. Vol. 2388. 030007. https://doi.org/10.1063/5.0068806

9. Maiti R., Rodriguez H.G., Ivanova N.S. Autoecology and Ecophysiology of Woody Shrubs and Trees: Concepts and Applications. John Wiley & Sons, 2016. 352 p. https://doi.org/10.1002/9781119104452

10. Shirk A.J., Cushman S.A., Waring K.M., Wehenkel C.A., Leal-Sáenz A., Toney C., Lopez-Sanchez C.A. Southwestern white pine (Pinus strobiformis) species distribution models project a large range shift and contraction due to regional climatic changes // Forest Ecology and Management. 2018. Vol. 411. P. 176-186. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2018.01.025.

11. Ivanova N.S., Zolotova E.S. Adaptation of forest ecosystems to the humidity factor in the Middle Urals // Uchenye zapiski kazanskogo universiteta Seriya estestvennye nauki. 2019. Vol. 161, No. 2. P. 293-306. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2019.2.293-306

12. Ivanova N.S., Zolotova E.S., Li G. Influence of soil moisture regime on the species biomass of the herb layer of pine forests in the Ural Mountains // Ecological Questions. 2021. Vol. 32, No. 2. https://doi.org/10.12775/EQ.2021.011

13. Kellomäki S. Managing Boreal Forests in the Context of Climate Change: Impacts, Adaptation and Climate Change Mitigation. CRC Press, 2016. 365 p. https://doi.org/10.1201/9781315166063

14. Ivanova N., Fomin V., Kusbach A. Experience of forest ecological classification in assessment of vegetation dynamics // Sustainability. 2022. Vol. 14, No. 6. P. 3384. https://doi.org/10.3390/su14063384.

15. Шиятов С.Г., Мазепа В.С. Cовременная экспансия лиственницы сибирской в горную тундру Полярного Урала // Экология. 2015. № 6. С. 403-410. https://doi.org/10.1134/s1067413615060168

16. Санников С.Н., Танцырев Н.В., Петрова И.В. Инвазия популяций сосны сибирской в горную тундру Северного Урала // Сибирский экологический журнал. 2018. № 4. C. 449-461. https://doi.org/10.15372/SEJ20180406

17. Шиятов С.Г. Дендрохронология верхней границы леса на Урале. М.: Наука, 1986 г. 136 с.

18. Hagedorn F., Rigling A., Shiyatov S.G., Mazepa V.S., Devi N.M., Grigor’ev A.A., Terent’ev M., Moiseev P.A., Bartysh A.A., Fomin V.V., Kapralov D.S., Bugman H. Treeline advances along the Urals Mountain range - driven by improved winter conditions? // Global Change Biology. 2014. Vol. 20, No. 11. P. 3530-3543. https://doi.org/10.1111/gcb.12613

19. Hagedorn F., Dawes M.A., Bubnov M.O., Devi N.M., Grigoriev A.A., Mazepa V.S., Shiyatov S.G., Moiseev P.A., Nagimov Z.Y. 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. Vol. 47, No. 8. P. 1827-1842. https://doi.org/10.1111/jbi.13867

20. Körner C. Alpine plant life. Functional plant ecology and high mountain ecosystems. Berlin: Springer Verlag, 1999. 238 p.

21. Колесников Б.П., Зубарева Р.С., Смолоногов Е.П. Лесорастительные условия и типы лесов Свердловской области. Практическое руководство. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1973. 176 с.

22. Горчаковский П.Л. Растительный мир высокогорного Урала. М.: Наука, 1975. 281 с.