Ways to Implement a United Triad Regional Monitoring of Forest Ecosystems at the Present Stage Global Warming

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The program provisions on the geosystem monitoring of forests in connection with modern climate changes, put forward earlier by the author, are being developed. The search strategy is presented in the form of an experimental geo-ecological analysis (using the example of the forest ecosystems of the Volga River basin), with the implementation of the complete monitoring triad state—forecast—management, according to the Israel–Gerasimov’s concept. The theoretical and scientific-methodical foundations of geosystem monitoring are considered, the methods of basic and predictive empirical-statistical modeling of the functional and structural characteristics of forest communities developed by the author are presented. An integrated landscape-ecological approach to monitoring is presented by the analysis and forecast of climate-genic changes in three groups of invariant indicators of the structural and functional organization of forest biogeosystems: 1) numerical parameters characterizing the tightness of inter-component links (as an indicator of the territorial integrity of the geo(eco-)system); 2) primary bio-productivity as the main indicator of the biological cycle; 3) index of labile (phytocoenotic) stability of geo(eco-)systems as integral indicators of their ecological reserve. A working algorithm for geosystem monitoring of forests is described, which characterizes a successive change in the stages of observation, forecasting and regulation, with the identification of mitigation and adaptation effects on the carbon balances of forest ecosystems.

Full Text

Restricted Access

About the authors

E. G. Kolomyts

Institute of Ecology of the Volga River Basin

Author for correspondence.
Email: egk2000@mail.ru

Samara Research Center of Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Togliatti

References

  1. Албриттон Д.Л., Баркер Т., Башмаков И. и др. Изменение климата. 2001 г. Обобщенный доклад МГЭИК / Ред. Р.Т. Уотсон. Женева: World Meteorological Organization, 2003. 220 с.
  2. Андреев В.Л. Классификационные построения в экологии и систематике. М.: Наука, 1980. 142 с.
  3. Арманд А.Д. Критические состояния экосистем // Экосистемы в критических состояниях. М.: Наука, 1989. С. 23–41.
  4. Барталев С.А., Исаев А.С. Современные возможности спутникового мониторинга динамики лесных бореальных экосистем Северной Евразии // Антропогенная трансформация таежных экосистем Европы: экологические, ресурсные и хозяйственные аспекты / Ред. А.Д. Волков, А.Н. Громцев. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2004. С. 11–19.
  5. Высоцкий Г.Н. Избранные труды. М.: Сельхозгиз, 1960. 435 с.
  6. Герасимов И.П. Научные основы современного мониторинга окружающей среды // Изв. АН СССР. Серия геогр. 1975. № 3. С. 13–26.
  7. Герасимов И.П. Экологические проблемы в прошлой, настоящей и будущей географии Мира. М.: Наука, 1985. 247 с.
  8. Голубятников Л.Л., Мохов И.И., Денисенко Е.А., Тихонов В.А. Модельные оценки влияния изменений климата на растительный покров и сток углерода из атмосферы // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2005. Т. 41 (1). С. 25–35.
  9. Гордиенко Н.С. Современные тенденции изменений климата и биоты на Южном Урале // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2017. Т. 28 (5). С. 87–99.
  10. Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. М.: ВИНИТИ, 1995. 470 с.
  11. Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Краев Г.Н. Динамика бюджета углерода лесов России за два последних десятилетия // Лесоведение. 2011. № 6. С. 16–28.
  12. Иванова Ю.Р., Скок Н.В. Сезонное развитие растительных сообществ в контексте изменяющихся погодных условий низкогорий Среднего Урала // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2019. Т. 30 (1–2). С. 70–85.
  13. Израэль Ю.А. Глобальная система наблюдений. Прогноз и оценка изменений состояния окружающей природной среды. Основы мониторинга // Метеорология и гидрология. 1974. Вып. 7. С. 5–14.
  14. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. Изд. 2-е доп. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 560 с.
  15. Израэль Ю.А. Роль мониторинга в управлении экономикой; экологическое нормирование // Комплексный глобальный мониторинг состояния биосферы / Тр. III междунар. симпозиума. Т. 1. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. С. 31–38.
  16. Израэль Ю.А., Рябошапко А.Г. Геоинженерия климата: возможности реализации // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2011. Т. XXIV. С. 11–22.
  17. Израэль Ю.А., Семенов С.М., Хачатуров М.А. Биоклиматологические аспекты комплексного глобального мониторинга // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т. 15. Л.: Гидрометеоиздат, 1993. С. 8–20.
  18. Израэль Ю.А., Филиппова Л.М., Инсаров Г.Э. и др. Экологический мониторинг и регулирование состояния природной среды // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т. 4. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. С. 6–19.
  19. Кобак К.И., Кондрашева Н.Ю., Турчинович И.Е. Влияние изменений климата на природную зональность и экосистемы России // Изменения климата и их последствия. СПб.: Наука, 2002. С. 205–210.
  20. Коломыц Э.Г. Поиск механизмов глобальных изменений природной среды в целях геосистемного мониторинга // Изв. РАН. Сер. географ. 2001. № 1. С. 28–32.
  21. Коломыц Э.Г. Локальные механизмы глобальных изменений природных экосистем. М.: Наука, 2008. 427 с.
  22. Коломыц Э.Г. Экспериментальная географическая экология. Записки географа-натуралиста. М.: КМК, 2018. 716 с.
  23. Коломыц Э.Г. Углеродный баланс и устойчивость лесных экосистем при глобальных изменениях климата. М.: Наука, 2020. 423 с.
  24. Коломыц Э.Г., Керженцев А.С., Шарая Л.С. Аналитические и картографические модели функциональной устойчивости лесных экосистем // Успехи соврем. биол. 2015. Т. 135 (1). С. 127–149.
  25. Котляков, В.М., Коломыц Э.Г., Шарая Л.С. Экологические ресурсы бореальных лесов в поглощении парниковых газов и в адаптации к глобальному потеплению (к Парижскому Соглашению по изменению климата // ДАН. 2023. Т. 511 (1). С. 124–129.
  26. Курбанов Э.Л., Лежнин С.А., Александрова Т.Л., Вазиуллина З.З. Оценка фитомассы молодняков сосны Вятско-Марийского вала по спутниковым снимкам // Лесные экосистемы в условиях изменения климата: биологическая продуктивность, мониторинг и адаптационные технологии / Мат. междунар. конф. с элементами научной школы для молодежи, 28 июня — 2 июля 2010 г., Йошкар-Ола, Мар.ГТУ, 2010. С. 143–147.
  27. Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Розанова Л.Н. и др. Многолетний мониторинг эмиссии СО2 из дерново-подзолистой почвы: анализ влияния гидротермических условий и землепользования // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2007. Т. 21. С. 23–43.
  28. Леса России и изменение климата. Что нам может сказать наука / Ред. П. Лескинен, М. Линднер, П. Веркерк, и др. Bonn: European Forest Institute, 2020. 140 с.
  29. Максимова О.В., Минин А.А., Кухта А.Е. О связи сезонных явлений и процессов у деревьев в условиях Центрально-Лесного биосферного заповедника // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2021. Т. 32 (1–2). С. 56–66.
  30. Полынов Б.Б. Избранные труды. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 751 с.
  31. Пузаченко Ю.Г., Скулкин В.С. Структура растительности лесной зоны СССР: системный анализ. М.: Наука, 1981. 275 с.
  32. Романовская А.А. К концепции государственного управления и мониторинга в сфере изменений климата в России // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2019. Т. 30 (3–4). С. 61–83.
  33. Розенберг Г.С. Модели в фитоценологии. М.: Наука, 1984. 265 с.
  34. Соколов В.Е., Пузаченко Ю.Г. Обоснование общей схемы размещения элементов сети глобального мониторинга и биосферных заповедников // Комплексный глобальный мониторинг состояния биосферы // Тр. III междунар. симпозиума. Т. 2. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. С. 20–26.
  35. Состояние и комплексный мониторинг природной среды и климата. Пределы изменений / Ред. Ю.А. Израэль. М.: Наука, 2001. 239 с.
  36. Сочава В.Б. Геотопология как раздел учения о геосистемах // Топологические аспекты учения о геосистемах. Новосибирск: Наука, 1974. С. 3–86.
  37. Сочава В.Б. Растительный покров на тематических картах. Новосибирск: Наука, 1979. 189 с.
  38. Сукачев В.Н. Избранные труды. Т. 1. Основы лесной типологии и биогеоценологии. Л.: Наука, 1972. 418 с.
  39. Тимофеев-Ресовский Н.В. Структурные уровни биологических систем // Системные исследования. Ежегодник 1970. М.: Наука, 1970. С. 80–113.
  40. Тюрюканов А.Н. Избранные труды. М.: РЭФИА, 2001. 307 с.
  41. Уткин А.И. Углеродный цикл и лесоводство // Лесоведение. 1995. № 5. С. 3–20.
  42. Швиденко А.З., Щепащенко Д.Г. Углеродный бюджет лесов России // Сиб. лесн. журн. 2014. № 1. С. 69–92.
  43. Швиденко А.З., Щепаченко Д.Г., Кракснер Ф., Онучин А.А. Переход к устойчивому управлению лесами России: теоретико-методические предпосылки // Сиб. лесн. журн. 2017. № 6. С. 3–25.
  44. Beets P. N., Kimbereley M.O. Paul T.S. et al. Planted forest carbon monitoring system — forest carbon model validation study for Pinus radiata // New Zealand J. Forest Sci. 2011. V. 41. P. 177–189.
  45. Climate change 1995. The science of climatic change / Eds J.T. Houghton, L.G. Meira Filho, B.A. Callander et al. Cambridge, UK: The Cambridge Univ. Press, 1996. 572 p.
  46. Franklin J., Serra-Diaz J.M., Syphard A.D., Regan H.M. Big data for forecasting global change impact on plant communities // Glob. Ecol. Biogeogr. 2017. V. 26 (1). P. 6–17.
  47. Gamon J.A., Huemmrich K.E., Peddle D.R. et al. Remote sensing BOREAS: Lessons Learned // Rem. Sens. Environ. 2004. V. 89 (2). P. 139–162.
  48. Gauther S., Bernier P., Kuuluvainen T., Shvidenko A.Z. et al. Boreal forest health and global change // Science. 2015. V. 349 (6259). P. 819–821.
  49. King D., Bourennane H., Isampert M., Macaire J.J. Relationship of the presence of a non-calcareous clay-loam horizon to DEM attributes in a gently sloping area // Geoderma. 1999. V. 89 (1–2). P. 95–111.
  50. Kljun N., Black T.F., Griffis T.J. et al. Response of net ecosystem productivity of three boreal forest stands to drought // Ecosystems. 2007. V. 10. P. 1039–1055.
  51. Lischke H., Guisan A., Fischlin A., Bugmann H. Vegetation response to climate change in the Alps: modeling studies // Views from the Alps: regional perspectives on climate change. Cambridge, Massachusetts, USA: MIT Press, 1998. P. 309–350.
  52. Ontl T. A., Janowiak Maria K., Swanston Christopher W. et al. Forest management for carbon sequestration and climate adaptation // J. Forestry. 2020. V. 118 (1). P. 86–101.
  53. Paris Agreement on climate change (COP21) // Report of the Conference of the Parties, twenty-first session, Paris, France, 30 November — 13 December, 2015. Paris, 2015. 42 p.
  54. Quegan S., Beer C., Shvidenko A., McCallum I. et al. Estimating the carbon balance of central Siberia using a landscape-ecosystem approach, atmospheric inversion and Dynamic Global Vegetation Models // Glob. Change Biol. 2011. V. 17. P. 351–365.
  55. Rodriguez-Veiga P., Saatchi S., Tansey K., Balzter H. Magnitude, special distribution and uncertainty of forest biomass stock in Mexico // Rem. Sens. Environ. 2016. V. 183. P. 265–281.
  56. Santoro M., Cartus O., Carvalhais N. et al. The global forest above-ground biomass pool for 2010 estimated from high-resolution satellite observations // Earth Syst. Sci. Data, 2021. V. 13 (8). P. 3927–3950.
  57. Stinson G., Kurz W.A., Smyth C.E. et al. An inventory-based of Canada’s managed forest carbon dynamics, 1990 to 2008 // Glob. Change Biol. 2011. V. 17. P. 2227–2244.
  58. Svoray T., Mazor S., Bar (Kutiel) P. How is shrub cover related to soil moisture and patch geometry in the fragmented landscape of the Northern Negev desert? // Landscape Ecol. 2007. V. 22 (1). P. 105–116.
  59. Tchebakova N.M., Parphenova E.I., Soja A.J. The effects of climate, permafrost and fire on vegetation change in Sibiria in a changing climate // Environ. Res. Lett. 2009. V. 4 (4). P. 45–58.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of the catenary organization of landscape facies (biogeocenoses) and their groups in conditions of flat and low-mountain relief. The transfer of moisture and matter in soil and loose sediments: 1 — in the vertical direction; 2 — along the slope; 3 — lithodynamic and air flows; 4 — groundwater level; 5 — reservoir. Local types of locations (according to: Vysotsky, 1960; Glazovskaya, 1964): E — eluvial (plakorny); TE — transeluvial; T — transit; TA — transaccumulative; A — accumulative; CA — superaqual (here and in Fig. 2).

Download (100KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Distribution of taxonomic norms of the average July reserves of productive moisture in soil layers 0-20, 0-50 and 0-100 cm in the soil of various groups of forest biogeocenoses in the system of their catenary organization adequate to the thermo-arid climatic trend. Ecoregions of the Middle Volga region: (a) — the northern border of the broad—leaved forest subzone on the Volga upland (polygon “Green City”); (b) - the southern strip of the subtaiga zone in the Low-lying Volga region (polygon “Kerzhenets"). Forest-forming stands are dominant: 1 — pine; 2 — spruce; 3 — oak; 4 — linden, elm; 5 — broad-leaved without separation; 6 — birch, aspen; 7 — black alder.

Download (202KB)
Indexing metadata
4. Table. 1.1

Download (5KB)
Indexing metadata
5. Table. 1.2

Download (6KB)
Indexing metadata
6. Table. 1.3

Download (6KB)
Indexing metadata
7. Table. 1.4

Download (6KB)
Indexing metadata
8. Table. 1.5

Download (7KB)
Indexing metadata
9. Table. 1.6

Download (6KB)
Indexing metadata
10. Table. 2.1

Download (6KB)
Indexing metadata
11. Table. 2.2

Download (7KB)
Indexing metadata
12. Table. 2.3

Download (7KB)
Indexing metadata
13. Table. 2.4

Download (6KB)
Indexing metadata
14. Table. 2.5

Download (7KB)
Indexing metadata
15. Table. 2.11

Download (6KB)
Indexing metadata
16. Table. 2.21

Download (6KB)
Indexing metadata
17. Table. 2.31

Download (6KB)
Indexing metadata
18. Table. 2.41

Download (6KB)
Indexing metadata
19. Table. 2.51

Download (6KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences