Increasing contribution of climate variables to the explanation of Quercus spp. single-tree biomass variability in Eurasia as related to model deviation from allometry

Abstract

Лесные экосистемы, являясь поглотителями атмосферного углерода, играют важную роль в сокращении выбросов CO2 и предотвращении потепления климата. Авторы попытались смоделировать биомассу модельных деревьев Quercus L.,используя данные 500 деревьев, распределенных вдоль транс-евразийских гидротермических градиентов. На сегодняшний день предложено несколько моделей биомассы деревьев и древостоев, включающих в качестве независимых переменных как их морфолого-структурные характеристики, так и климатические показатели. Существующие модели позволяют прогнозировать изменения биомассы вследствие сдвигов климатических трендов, но не показывают вклада климатических переменных в объяснение изменчивости биомассы, которая зависит как от вида дерева и древостоя, так и от структуры модели. Разработанные модели показывают, в какой степени отклонение от классической аллометрической модели, вызванное включением дополнительных независимых переменных, увеличивает вклад климатических переменных в объяснение изменчивости биомассы. Этот вклад наибольший, когда модель включает возраст, диаметр ствола, высоту дерева и их совокупный эффект. 3D-интерпретация«лучшей» модели показала пропеллеро-образную зависимость компонентов биомассы дуба от температуры и осадков, форма которой является зеркальным отражением аналогичной зависимости для биомассы деревьев двухвойных сосен и лиственниц. Это может быть связано с особенностями функционирования лиственных и хвойных видов. Forest ecosystems, as sinks of atmospheric carbon, play an important role in reducing CO2 emissions and preventing annual temperatures from rising. We attempted to model Quercus spp. single-tree biomass using the data from 500 sample trees distributed along the trans-Eurasian hydrothermal gradients. Today, several models of the biomass of trees and stands have been proposed, including both morphological-structural characteristics of trees and stands, and climate indicators as independent variables. The models make it possible to predict changes in biomass due to shifts in climate trends, but do not show the contribution of climate variables to the explanation of biomass variability, which depends on both the species of the tree and stand, and the structure of a model. The models designed show to what extent the deviation from the classical allometric model caused by the inclusion of additional independent variables, increases the contribution of climate variables to the explanation of biomass variability. The model shows the greatest contribution when itincludes age, stem diameter, tree height, and their combined effect. The 3D- interpretation of the «best» model showed a propeller-shaped dependence of the components of oak tree biomass on temperatures and precipitation, the shape of which is a mirror image of a similar dependence for the biomass of trees of two-needled pines and larches. This may be due to the functioning traits of leaved and coniferous species.