employee
Krasnoyarsk, Krasnoyarsk, Russian Federation
Rising air temperatures due to global warming will likely become a key abiotic stressor that woody plants will have to cope with. While numerous studies have examined individual stressors, plants typically suffer from combinations of stressors in their natural habitats. In recent years, combined abiotic stresses have become a particularly serious consequence of climate change. Drought-induced moisture deficits, coupled with rising air temperatures, have been recognized as among the most important triggers of tree mortality worldwide. This study was the first to examine dark-coniferous Siberian pine (Pinus sibirica Du Tour) stands in the eastern part of the Republic of Tuva using a rapid analytical method – thermogravimetry. Our results show that the earliest stage of stress diagnosis is possible in the "weakened trees" life stage, with 11-25% defoliation, minor changes in needle color, and isolated lesions. At this stage, the relative lignin content decreases and the relative cellulose content increases. This fact opens the possibility of identifying trees in critical condition. Furthermore, increasing relative lignin content and decreasing relative cellulose content can serve as a marker for determining a critical phase. Similarly, a simultaneous decrease in cellulose activation energy values is a marker of structural degradation. These findings highlight the need to reconsider traditional approaches to forest management in the face of anthropogenic climate change and develop new strategies for preserving the biodiversity of boreal ecosystems. A consistent study of the physicochemical processes in dark coniferous stands is essential for the implementation of timely risk management measures in forestry.
Siberian pine, thermal analysis, shrinkage, climate trend, combined stress
Темнохвойные насаждения горных лесов Республики Тыва представляют собой уникальный объект для экологических исследований, имеющий важное значение для поддержания биологического разнообразия и устойчивости горных ландшафтов всего Алтае-Саянского экорегиона. Южная Сибирь - один из наиболее уязвимых к изменению климата регионов России, современные климатические изменения, характеризующиеся ростом температур, изменением режима осадков и учащением экстремальных погодных явлений, оказывают значительное влияние на лесные экосистемы данного региона [1-3].
В современной лесной экологии особый научный интерес вызывают исследования горных лесных насаждений, что обусловлено их исключительной чувствительностью к глобальным климатическим трансформациям по сравнению с равнинными аналогами [3-5]. Горные леса представляют большой интерес для анализа связи между климатом и продуктивностью данных насаждений [2]. Особую актуальность приобретают исследования горных экосистем Южной Сибири, где многочисленными авторами была установлена их исключительная восприимчивость к современным климатическим изменениям [2].
За последние несколько десятилетний в бореальных лесах Сибири рядом авторов отмечена тревожная тенденция к увеличению смертности ценозообразующих хвойных пород, в частности кедра сибирского (Pinus sibirica Du Tour) [5-7]. Кедровые насаждения является чутким индикатором климатических изменений на южной границе произрастания [5]. Современные научные исследования [7], убедительно доказывают, что наблюдаемая деградация данных лесных экосистем представляет собой сложный многофакторный процесс, обусловленный взаимодействием климатических и биотических факторов, где ключевыми элементами являются прогрессирующее снижение влагообеспеченности, увеличение испаряемости на фоне глобального потепления и изменение сезонного распределения осадков, что в совокупности формирует устойчивый гидротермический дисбаланс в лесных экосистемах.
В контексте глобальных климатических изменений темнохвойные насаждения Республики Тыва, расположенные в южной части горной системы Южной Сибири, представляют особый научный интерес как уникальный модельный регион [8]. Географическое положение данной территории на стыке Центрально-Азиатского и Сибирского климатических регионов, а также выраженная высотная поясность создают исключительное разнообразие природных условий на относительно компактной площади [1, 8]. Кедровые насаждения Тывы формируются в условиях ограниченного увлажнения и значительных перепадов температур, что делает их особенно чувствительными индикаторами климатических изменений [8]. Важнейшей характеристикой региона выступает его относительная экологическая сохранность - антропогенная трансформация лесных экосистем здесь значительно менее выражена по сравнению со многими другими регионами Сибири, что позволяет изучать реакции лесных экосистем на изменяющиеся климатические параметры в условиях, максимально приближенных к естественным [1].
Современные климатические изменения, характеризующиеся устойчивым повышением средних температур, оказывают существенное воздействие на функционирование лесных экосистем, данный абиотический фактор приобретает особую значимость в связи с его прямым влиянием на ключевые физиологические и биохимические процессы [9]. Согласно современным данным, комбинированный эффект засухи и теплового стресса рассматривается как один из основных факторов, способствующих масштабной гибели древесных растений в глобальном масштабе. Важно отметить, что физиологические и биохимические реакции растений на комбинированный стресс зачастую существенно отличаются от их реакции на отдельные стрессовые воздействия [9, 10]. Это позволило исследователям выдвинуть гипотезу о том, что растения воспринимают комбинированный стресс как качественно новое стрессовое состояние.
Несмотря на то, что влияние климатического тренда на бореальные леса широко задокументировано, знания о том, как изменение климата влияет на основные полимерные компоненты клеточной стенки деревьев в процессе усыхания и, следовательно, на их жизненное состояние скудны. Исследования подобного рода предполагают использование современных высокоинформативных, точных и экспрессных методов. Этим требованиям удовлетворяют метод термического анализа (термогравиметрия – ТГ), который широко используются в древесиноведении и химии древесины при изучении свойств древесинного вещества и основных его полимерных компонентов – целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина [11]. Это послужило основанием использования нами метода ТГ для оценки изменения физико-химических процессов в клеточных стенках кедра сибирского под влиянием изменяющихся условий произрастания древесной растительности. Изложенный в работе материал имеет непосредственное отношение к исследованию особенностей древостоев в процессе усыхания в условиях современного климатического тренда.
Цель нашей работы состояла в оценке причины усыхания кедровых насаждений в горных лесах Южной Сибири с применением метода термического анализа.
