ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2021.234.6-22isplta-195Research ArticleЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВОFORESTRYИзменения биомассы деревьев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в Европе с 1940 годаChanges in the biomass of scots pine (Pinus sylvestris L.) trees in Europe since 1940https://orcid.org/0000-0002-8939-942XЛебедевА. В.LebedevA. V.

ЛЕБЕДЕВ Александр Вячеславович – старший преподаватель кафедры сельскохозяйственных мелиораций, лесоводства и землеустройства, кандидат сельскохозяйственных наук

127550, Тимирязевская ул., д. 49, г. Москва

LEBEDEV Aleksandr V. – PhD (Agriculture), senior lecturer of the department of Agricultural Reclamation

127550. Timiryazevskaya str. 49. Moscow

avl1993@mail.ruКузьмичевВ. В.KuzmichevV. V.

КУЗЬМИЧЕВ Валерий Васильевич – профессор, заведующий лабораторией кафедры сельскохозяйственных мелиораций, лесоводства и землеустройства, доктор биологических наук

127550, Тимирязевская ул., д. 49, г. Москва

KUZMICHEV Valery V. – DSс (Biology), professor, head of laboratory of the department of Agricultural Reclamation

127550. Timiryazevskaya str. 49. Moscow

Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. ТимирязеваРоссияForestry and Land Organization at Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural AcademyRussian Federation2021010320240234622Copyright © Лебедев А.В., Кузьмичев В.В., 20242024Лебедев А.В., Кузьмичев В.В.Lebedev A.V., Kuzmichev V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/195

Сосна обыкновенная является одной из основных лесообразующих пород Европы, а ее древесина находит широкое применение в лесопромышленном комплексе. При оценке углерододепонирующих функций считается, что конверсионные коэффициенты являются константными по времени. Последние исследования показывают, что происходящие климатические изменения оказывают существенное влияние на прирост древесины и ее свойства. Цель данного исследования – выявление долговременных тенденций в изменении биомассы фракций деревьев сосны обыкновенной в Европе, происходящих с 1940 г. Для проверки гипотезы о влиянии календарного года на биомассу фракций деревьев проводился регрессионный анализ с применением линейных моделей смешанных эффектов. Проведенный статистический анализ позволил выявить достоверное влияние (при p < 0,05) календарного года только на биомассу стволов в коре. Наиболее сильно изменения проявляются для деревьев в молодняках и средневозрастных насаждениях, где происходит формирование наибольшего радиального прироста. Для крупномерных стволов, согласно результатам моделирования, снижение биомассы стволов в коре не прослеживается. В ближайшие десятилетия в результате продолжающихся климатических изменений процесс снижения биомассы и плотности древесины крупномерных стволов должен усилиться. Выявленные изменения биомассы сопровождаются снижением плотности древесины, что происходит в результате увеличения в структуре годичного прироста более рыхлой и менее плотной ранней древесины. Таким образом, в условиях ускоряющихся темпов роста древесных растений объемы стволов и запасы древесины не должны напрямую пересчитываться в депонированный углерод с учетом исторических значений конверсионных коэффициентов. Это также следует учитывать при мониторинге, моделировании и использовании углерода и биомассы в лесах в условиях глобальных изменений.

Scots pine is one of the main forest-forming species in Europe, and its wood is widely used in the timber industry. When evaluating carbon-depositing functions, the conversion rations are assumed to be constant over time. Recent studies show that the ongoing climatic changes have a significant impact on the growth of trees and wood properties. Therefore, the purpose of this study is to identify long-term trends in the change in the biomass of Scots pine tree fractions in Europe since 1940. To test the hypothesis about the influence of the calendar year on the biomass of tree fractions, regression analysis was performed using linear mixed-effect models. The performed statistically analysis made it possible to reveal a significant effect (p < 0.05) of the calendar year only on the biomass of the trunks in the bark. The changes are most pronounced for trees in young and middle-aged stands, where the formation of the greatest radial growth occurs. For large-sized trunks, according to the simulation results, the biomass of the stems in the bark is not traced. In the coming decades, as a result of ongoing climate change, the decline in biomass and wood density of largesized stems should intensify. The revealed changes in biomass are accompanied by a decrease in wood density, which occurs as a result of an increase in the structure of the annual growth of looser and less dense early wood. Thus, in the context of accelerating growth rates of woody plants, the volume of trunks and wood stock should not be directly converted into deposited carbon, considering the historical values of conversion rations. This should also be considered when monitoring, modeling and using carbon and biomass in forests in the face of global change.

биомассадеревьясосна обыкновеннаяЕвропаизменения климатамодель смешанных эффектовbiomasstreesScots pineEuropeclimate changemixed effects modelReferencesБондаренко С.Л., Устинова И.Г. Тренды климатических изменений в плотности годичных колец // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330, № 3. С. 50–59. DOI: 10.18799/24131830/2019/3/154.Bondarenko S.L., Ustiniva I.G. Trends of climatic changes in density of year rings // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 2019, vol. 330, no. 3, pp. 50–59. DOI: 10.18799/24131830/2019/3/154. (In Russ.)Ваганов Е.А., Скомаркова М.В., Шульце Э.-Д., Линке П. Влияние климатических факторов на прирост и плотность древесины годичных колец ели и сосны в горах Северной Италии // Лесоведение. 2007. № 2. С. 37–44.Vaganov E.A., Skomarkova M.V., Schulze E.-D., Linke P. The Influence of Climatic Factors on Wood Increment and Density of Tree Rings in Spruce and Pine in Mountains of Northern Italia. Lesovedenie, 2007, no. 2, pp. 37–44. (In Russ.)Дубенок Н.Н., Кузьмичев В.В., Лебедев А.В. Динамика лесного фонда Лесной опытной дачи РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева за 150 лет // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2018. № 4. С. 5–19. DOI: 10.26897/0021-342X-2018-4-5–19.Dubenok N.N., Kuzmichev V.V., Lebedev A.V. Forest area dynamics of the Forest experimental district of Russian Timiryazev State Agrarian University over a period of 150 years. Izvestiya of Timiryazev Agricultural Academy, 2018, no. 4, pp. 5–19. DOI: 10.26897/0021-342X-2018-4-5–19. (In Russ.)Дубенок Н.Н., Кузьмичев В.В., Лебедев А.В. Результаты экспериментальных работ за 150 лет в Лесной опытной даче Тимирязевской сельскохозяйственной академии: моногр. М.: Наука, 2020. 382 с.Dubenok N.N., Kuzmichev V.V., Lebedev A.V. The results of experimental work over 150 years in the Forest experimental district of the Timiryazev Academy; RSAUMTAA. Moscow: Nauka, 2020. 382 p. (In Russ.)Киселева В.В., Коротков С.А., Скородумов П.В. Тенденции смены породного состава в лесах Лосиного острова // Лесной вестник. 2016. № 5 (20). С. 21–25.Kiseleva V.V., Korotkov S.A., Skorodumov P.V. Trends in species composition changes in the forests of Losinyi Ostrov. Forestry bulletin, 2016, no. 5 (20), pp. 21–25. (In Russ.)Лебедев А.В. Ход естественных процессов в древостоях ядра заповедника «Кологривский лес» // Вклад особо охраняемых природных территорий в экологическую устойчивость регионов: Современное состояние и перспективы: матер. Всерос. (с междунар. участием) конф. (20–21 сентября 2018 г.). Кологрив: Государственный заповедник «Кологривский лес», 2018. С. 6–14.Lebedev A.V. The progress of natural processes in the stands of the core of the «Kologrivsky Forest» Nature Reserve. Vklad osobo ohranyaemyh prirodnyh territorij v ekologicheskuyu ustojchivost’ regionov: sovremennoe sostoyanie i perspektivy : mater. Vseros. (s mezhdunar. uchastiem) konf. (20–21 sentyabrya 2018. Kologriv: FGBU “GPZ «Kologrivskij les» im. M.G. Sinicyna”, 2018, pp. 6–14. (In Russ.)Усольцев В.А. Фитомасса модельных деревьев для дистанционного зондирования и наземной таксации лесов Евразии: моногр. 2-е изд., доп. Екатеринбург: УГЛУ; Ботанический сад УО РАН, 2020.Usoltsev V.A. Single-tree biomass data for remote sensing and ground measuring of Eurasian forests. Ekateginburg, 2020. (In Russ.)Alekseev A.S., Sharma S.K. Long-Term Growth Trends Analysis of Norway Spruce Stands in Relation to Possible Climate Change: Case Study of Leningrad Region // Известия вузов. Лесной журнал. 2020. No. 3. P. 42–54. DOI: 10.37482/0536-1036-2020- 3-42-54.Alekseev A.S., Sharma S.K. Long-Term Growth Trends Analysis of Norway Spruce Stands in Relation to Possible Climate Change: Case Study of Leningrad Region. Izv. vuzov. Lesn. zshurn., 2020, no. 3, pp. 42–54. DOI: 10.37482/0536-1036-2020- 3-42-54.Araújo E.J.G., Loureiro G.H., Sanquetta C.R., Sanquetta M.N.I., Corte A.P.D., Péllico Netto S., Behling A. Allometric models to biomass in restoration areas in the Atlantic rain forest // Floresta e Ambiente. 2018. No. 25(1). e20160193. DOI: 10.1590/2179-8087.019316.Araújo E.J.G., Loureiro G.H., Sanquetta C.R., Sanquetta M.N.I., Corte A.P.D., Péllico Netto S., Behling A. Allometric models to biomass in restoration areas in the Atlantic rain forest. Floresta e Ambiente, 2018, no. 25(1), e20160193. DOI: 10.1590/2179-8087.019316.Bontemps J.-D., Gelhaye P., Nepveu G., Hervé J.-H. When tree rings behave like foam: moderate historical decrease in the mean ring density of common beech paralleling a strong historical growth increase // Annals of Forest Science, Springer Verlag / EDP Sciences. 2013. No. 70 (4). P. 329–343. DOI: 10.1007/s13595-013-0263-2.Bontemps J.-D., Gelhaye P., Nepveu G., Hervé J.-H. When tree rings behave like foam: moderate historical decrease in the mean ring density of common beech paralleling a strong historical growth increase. Annals of Forest Science, Springer Verlag/EDP Sciences, 2013, no. 70 (4), pp. 329–343. DOI: 10.1007/s13595-013-0263-2.Fang J., Kato T., Guo Z., Yang Y., Hu H., Shen H., Zhao X., Kishimoto-Mo A.W., Tang Y., Houghton R.A. Evidence for environmentally enhanced forest growth // Proc. Natl. Acad. Sci. 2014. No. 111. P. 9527–9532. DOI: 10.1073/pnas.1402333111.Fang J., Kato T., Guo Z., Yang Y., Hu H., Shen H., Zhao X., Kishimoto-Mo A.W., Tang Y., Houghton R.A. Evidence for environmentally enhanced forest growth. Proc. Natl. Acad. Sci., 2014, no. 111, pp. 9527–9532. DOI: 10.1073/pnas.1402333111.Franceschini T., Bontemps J.-D., Gelhaye P., Rittie D., Herve J.-C., Gegout J.-C., Leban J.-M. Decreasing trend and fluctuations in the mean ring density of Norway spruce through the twentieth century // Ann. For. Sci. 2010. No. 67. P. 816p1–816p10. DOI: 10.1051/forest/2010055.Franceschini T., Bontemps J.-D., Gelhaye P., Rittie D., Herve J.-C., Gegout J.-C., Leban J.-M. Decreasing trend and fluctuations in the mean ring density of Norway spruce through the twentieth century. Ann. For. Sci., 2010, no. 67, pp. 816p1-816p10. DOI: 10.1051/forest/2010055.Franceschini T., Bontemps J.-D., Leban J.-M. Transient historical decrease in earlywood and latewood density and unstable sensitivity to summer temperature for Norway spruce in northeastern France // Can. J. For. Res. 2012. No. 42. P. 219–226. DOI: 10.1139/x11-182.Franceschini T., Bontemps J.-D., Leban J.-M. Transient historical decrease in earlywood and latewood density and unstable sensitivity to summer temperature for Norway spruce in northeastern France. Can. J. For. Res., 2012, no. 42, pp. 219–226. DOI: 10.1139/x11-182.Kangas A., Henttonen H.M., Pitkänen T.P., Sarkkola S., Heikkinen J. Re-calibrating stem volume models – is there change in the tree trunk form from the 1970s to the 2010s in Finland? // Silva Fennica. Vol. 54, no. 4. Article id 10269. P. 1–23. DOI: 10.14214/sf.10269.Kangas A., Henttonen H.M., Pitkänen T.P., Sarkkola S., Heikkinen J. Recalibrating stem volume models – is there change in the tree trunk form from the 1970s to the 2010s in Finland? Silva Fennica, vol. 54, no. 4. Article id 10269, pp. 1–23. DOI: 10.14214/sf.10269.Lüdecke D., Makowski D., Waggoner P., Patil I. Assessment of Regression Models Performance // CRAN. 2020. DOI: 10.5281/zenodo.3952174.Lüdecke D., Makowski D., Waggoner P., Patil I. Assessment of Regression Models Performance. CRAN, 2020. DOI: 10.5281/zenodo.3952174.Pretzsch H., Biber P., Schütze G., Bielak K. Changes of forest stand dynamics in Europe. Facts from long-term observational plots and their relevance for forest ecology and management // For. Ecol. Manage., Forest Observat. Studies: Data Sources for Analysing // Forest Struct. Dyn. 2014. No. 316. P. 65–77. DOI: 10.1016/j.foreco.2013.07.050.Pretzsch H., Biber P., Schütze G., Bielak K. Changes of forest stand dynamics in Europe. Facts from long-term observational plots and their relevance for forest ecology and management. For. Ecol. Manage., Forest Observat. Studies: Data Sources for Analysing Forest Struct. Dyn., 2014, no. 316, pp. 65–77. DOI: 10.1016/j.foreco.2013.07.050.Pretzsch H., Biber P., Schütze G., Uhl E., Rötzer T. Forest stand growth dynamics in Central Europe have accelerated since 1870 // Nature Communications. 2014. No. 5. Article number 4967. DOI: 10.1038/ncomms5967.Pretzsch H., Biber P., Schütze G., Uhl E., Rötzer T. Forest stand growth dynamics in Central Europe have accelerated since 1870. Nature Communications, 2014, no. 5. Article number 4967. DOI: 10.1038/ncomms5967.Roderick M.L., Berry S.L. Linking wood density with tree growth and environment: a theoretical analysis based on the motion of water // New Phytol. 2001. No. 149. P. 473–485. DOI: 10.1046/j.1469-8137.2001.00054.x.Roderick M.L., Berry S.L. Linking wood density with tree growth and environment: a theoretical analysis based on the motion of water. New Phytol., 2001, no. 149, pp. 473–485. DOI: 10.1046/j.1469-8137.2001.00054.x.Romero F.M., Jacovine L.A.G., Ribeiro S.C., Torres C.M.M.E., da Silva L.F., Gaspar R.D.O., da Rocha S.J.S.S., Staudhammer C.L., Fearnside P.M. Allometric equations for volume, biomass, and carbon in commercial stems harvested in a managed forest in the southwestern Amazon: A Case Study // Forests. 2020. No. 11, id 874. DOI: 10.3390/f11080874.Romero F.M., Jacovine L.A.G., Ribeiro S.C., Torres C.M.M.E., da Silva L.F., Gaspar R.D.O., da Rocha S.J.S.S., Staudhammer C.L., Fearnside P.M. Allometric equations for volume, biomass, and carbon in commercial stems harvested in a managed forest in the southwestern Amazon: A Case Study. Forests, 2020, no. 11, id 874. DOI: 10.3390/f11080874.Schumacher F.X., Hall F.S. Logarithmic expression of timber-tree volume // J. Agric. Res. 1933. No. 9 (47). P. 719–734.Schumacher F.X., Hall F.S. Logarithmic expression of timber-tree volume. J. Agric. Res., 1933, no. 9 (47), pp. 719–734.Usoltsev V.A., Lin H., Shobairi S.O.R., Tsepordey I.S., Zilin Ye. Are There Differences in the Reaction of the Light-Tolerant Subgenus Pinus spp. Biomass to Climate Change as Compared to Light-Intolerant Genus Picea spp.? // Plants. 2020. No. 9, id 1255. DOI: 10.3390/plants9101255.Usoltsev V.A., Lin H., Shobairi S.O.R., Tsepordey I.S., Zilin Ye. Are There Differences in the Reaction of the Light-Tolerant Subgenus Pinus spp. Biomass to Climate Change as Compared to Light-Intolerant Genus Picea spp.? Plants, 2020, no. 9, id 1255. DOI: 10.3390/plants9101255.Usoltsev V.A., Osmirko A.A., Chasovskikh V.P., Tsepordey I.S., Zukow W. Additive biomass models for Larix spp. single-trees sensitive to temperature and precipitation in Eurasia // Ecological Questions. 2019. Vol. 30, no. 2. P. 57–67. DOI: 10.12775/EQ.2019.012.Usoltsev V.A., Osmirko A.A., Chasovskikh V.P., Tsepordey I.S., Zukow W. Additive biomass models for Larix spp. single-trees sensitive to temperature and precipitation in Eurasia. Ecological Questions, 2019, vol. 30, no. 2, pp. 57–67. DOI: 10.12775/EQ.2019.012.Zhu J., Shi Y., Fang L., Liu X., Ji C. Patterns and determinants of wood physical and mechanical properties across major tree species in China // Sci. China Life Sci. 2015. No. 58. P. 602–612.Zhu J., Shi Y., Fang L., Liu X., Ji C. Patterns and determinants of wood physical and mechanical properties across major tree species in China. Sci. China Life Sci., 2015, no. 58, pp. 602–612.Zianis D., Muukkonen P., Mäkipää R., Mencuccini M. Biomass and stem volume equations for tree species in Europe // Silva Fennica Monographs 4. 2005. 63 p.Zianis D., Muukkonen P., Mäkipää R., Mencuccini M. Biomass and stem volume equations for tree species in Europe. Silva Fennica Monographs 4. 2005. 63 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.