Ученые ЛЭТИ выяснили, как деревья выдерживают продолжительные засухи

Ученые ЛЭТИ выяснили, как деревья выдерживают продолжительные засухи

Результаты исследований показали, что при достаточной увлажненности деревья становятся практически не чувствительны к значительным засухам, в том числе продолжительным. А с помощью математической модели можно как прогнозировать их жизнеспособность, так и оценивать эффективность мероприятий по сохранению экологического баланса.

05.12.2023 727

Лесные экосистемы играют значительную роль в сохранении микроклиматических условий, необходимых для обеспечения баланса окружающей среды. Жизнедеятельность деревьев связана с неотъемлемыми для существования человека процессами, такими, как преграда от проникновения загрязняющих веществ и предметов в океан, а также выработка кислорода. Люди также активно используют их в промышленности, строительстве, фармакологии и т.д. 

Известно, что почти половину территории России занимают леса. Однако глобальное потепление, которое продолжается уже более века, все чаще приводит к продолжительным засухам и негативно влияет на состояние лесных растений. Это прежде всего относится к хвойным породам деревьев, находящихся в числе наиболее высокочувствительных к климатическим изменениям. 

Кроме того, в России среднегодовая температура воздуха растет почти в 3 раза быстрее, чем в мире в целом. Особенно это ощущается в летний период, когда выпадение осадков становится все менее частым явлением. В такое время деревьям начинает не хватать влаги в почве, вследствие чего их рост и продолжительность жизни сокращается. По этой причине ежегодно южная граница леса смещается в более комфортные для их жизнедеятельности территории – на север, оставляя на своем месте степи. 

Именно поэтому на сегодняшний день перед исследователями стоит актуальная задача в виде поиска способов повышения устойчивости деревьев к климатическим изменениям.

«Экологи Казанского федерального университета (КФУ) предоставили нам данные, полученные из образцов сосны обыкновенной с территорий Волжско-Камского биосферного заповедника. По ним мы определили зависимость радиального прироста деревьев от локальной увлажненности почв за последние годы с помощью нашего программного обеспечения. Он основан на вычислении специальных показателей – корреляционных метрик, – на различных временных и пространственных масштабах, с учетом замедления климатического отклика».

Профессор кафедры радиотехнических систем СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Михаил Игоревич Богачев

В качестве территории для сбора необходимых образцов, сотрудники КФУ выбрали две местности Волжско-Камского заповедника, в котором имеются много лесов и болот, расположенных на территориях с разными климатическими условиями. Первые образцы взяты с деревьев, которые находятся на заболоченной торфяной местности, а вторые – на засушливой. Эти места были выбраны для того, чтобы проверить разницу в реакциях на климатический стресс деревьев, растущих в контрастных условиях.

Ученые СПбГЭТУ «ЛЭТИ» использовали мультиспектральную съемку для фиксирования общей растительности леса. С помощью модифицированных методов мультимасштабного корреляционного анализа они оценили взаимосвязь между долгосрочными климатическими изменениями (средней температурой воздуха и индексом серьезности засухи Палмера) и данными о ширине годичных колец с 1900 по 2020 года.

Так, ученые смогли выяснить, что у деревьев, которые находятся в увлажненной почве прирост проходит медленнее, чем в засушливой. Но при этом, такие условия ослабляют влияние климатических изменений на продуктивность прироста и продолжительность жизни деревьев.

«Таким образом, результаты наших исследований подтверждают возможность сохранения жизнеспособности и повышения эффективности прироста лесов за счет контроля водного  режима почв, что позволит обеспечить сохранение лесных экосистем вблизи южной границы их произрастания, а также в некоторой степени смягчить ее смещение», – отмечает Михаил Игоревич Богачев.

По словам ученого, с использованием разработанных методик в перспективе можно прогнозировать изменения климатических условий и их влияние на жизнеспособность и продуктивность лесных экосистем на различных территориях. Так, в настоящее время проводятся исследования, направленные на оценку смещения северной границы ареала хвойных лесов, а также верхней границы распространения деревьев в горных районах на фоне климатических изменений.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Heliyon. Данный проект выполнен при поддержке РНФ (грант № 22-76-10042), который является частью большой работы ученых СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в сфере создания программного обеспечения для изучения и прогнозирования экологических проблем различных территорий. Например, ранее они создали модель для оценки влияния органических отходов на экологию.