Ученые нашли новый индикатор для оценки состояния сибирских лесов в условиях меняющегося климата

Ученые выяснили, что состояние сибирских лесов в условиях меняющегося климата можно отслеживать по тому, как годичные кольца деревьев отражают синий свет. Такой подход проще стандартного анализа плотности древесины, который проводят с помощью рентгеновского излучения. При этом он позволяет заметить даже минимальные реакции деревьев на повышение температуры. Метод поможет узнать больше об истории изменения температур в труднодоступных районах Севера и отслеживать текущее состояние лесов на территории российской Арктики. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Agricultural and Forest Meteorology.

Лиственница (род Larix) занимает более 40% лесных территорий России. Этот вид наряду с другими холодолюбивыми деревьями Сибири испытывает негативное воздействие климатических изменений: повышение температуры и таяние вечной мерзлоты создают условия для их продвижения дальше на север и в более высокогорные районы. Поэтому, чтобы прогнозировать будущее состояние российских лесов и предпринимать меры по их сохранению, экологам важно понимать, как наиболее массовые виды деревьев, в том числе лиственница, реагируют на колебания температуры.

Традиционно специалисты оценивают ширину годичных колец (чем теплее лето, тем они шире) и плотность древесины (чем теплее, тем она выше). Анализ плотности древесины считается одним из наиболее информативных методов, однако он требует сложного и трудоемкого оборудования: тонкие срезы древесины необходимо анализировать с помощью рентгеновского излучения, после чего с использованием специализированного программного обеспечения измерять плотность каждого годичного кольца. Поэтому ученые ищут альтернативные подходы.

Исследователи из Сибирского федерального университета (Красноярск) с коллегами решили проверить, можно ли использовать для оценки состояния сибирских лесов вместо непосредственно плотности древесины альтернативный параметр — показатель интенсивности синего цвета. Измерить его довольно просто: сначала с помощью бура из дерева извлекают тонкий керн (образец древесины, похожий на карандашный стержень). В лаборатории его сканируют с высоким разрешением и на снимках анализируют, сколько света в синем диапазоне спектра (с длиной волны около 400–500 нанометров) отражают разные участки годичного кольца: чем темнее и плотнее древесина, тем меньше отражение.

«Метод, основанный на интенсивности отраженного древесиной синего цвета, стал активно развиваться только в последнее десятилетие, однако его точность и применимость на больших территориях и для разных видов деревьев пока изучены недостаточно. Поэтому мы решили протестировать этот подход для сибирских лесов, где лиственница является одним из основных лесообразующих видов», — поясняет руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Альберто Арсак, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией комплексных исследований динамики лесов Евразии Сибирского федерального университета.

Авторы собрали образцы древесины лиственницы, растущей в шести разных районах Сибири — от Урала до Якутии. При этом авторы включили в анализ три основных вида этого дерева: лиственницу сибирскую, лиственницу Гмелина и лиственницу Каяндера, которые отличаются друг от друга морозостойкостью. В лабораторных условиях ученые по кернам оценили ширину годичных колец деревьев и показатель интенсивности синего цвета. Результаты измерений биологи сопоставили с данными о температуре в исследуемых районах Сибири с 1961 по 2020 год.

Оказалось, что в пределах каждого годичного кольца интенсивность отраженного синего света изменяется: древесина, формирующаяся весной (ранняя древесина), отличается по плотности и цвету от древесины, образующейся летом и в начале осени (поздняя). При этом разница между показателями синей интенсивности поздней и ранней древесины в каждом годичном кольце (так называемая дельта синей интенсивности) зависела от того, насколько теплым было лето в соответствующий год. Эту особенность авторы наблюдали для всех трех видов лиственницы: несмотря на разницу в условиях произрастания, деревья одинаково реагировали на холодные и теплые годы. Так, с 1961 по 2020 год средняя летняя температура на исследованных территориях увеличилась на 1,5–2,5°C в зависимости от района, и параллельно ей возросла измеренная авторами дельта синей интенсивности.

Авторы подчеркивают, что зависимость интенсивности отражения синего света от температуры была даже более четкой, чем зависимость ширины годичных колец от температуры. Это делает исследуемый метод перспективным инструментом для изучения влияния климата на рост деревьев.

«В дальнейшем мы планируем проверить, насколько этот метод подходит для реконструкции климата в регионах Сибири, а также расширить исследования на другие хвойные породы деревьев. В перспективе это позволит быстрее и проще получать информацию о климатических изменениях в северных лесах», — рассказывает Альберто Арсак.

В исследовании принимали участие сотрудники Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга (Германия), Кембриджского университета (Великобритания) и Института леса имени В.Н. Сукачева СО РАН (Красноярск).