Modeling of the additive biomass structure of Pinus L. stands in climatic gradients of Eurasia

Abstract

Биомасса лесов является ключевой экосистемной составляющей и важным компонентом глобального углеродного цикла. Разработка моделей биомассы, чувствительных к изменению климата, ведется сегодня на уровнях как древостоев, так и модельных деревьев. Однако все текущие исследования подобного рода выполняются в пределах ограниченных экорегионов. Сформированная авторами база данных о биомассе насаждений подрода Pinus L., произрастающего в Евразии, в количестве 2460 пробных площадей использована в качестве основы для выявления трансконтинентальных закономерностей. Предпринята первая попытка разработать гармонизированную по структуре биомассы модель аддитивной по фракционному составу биомассы насаждений двухвойных сосен, изменяющейся по трансевразийским гидротермическим градиентам, а именно, по среднегодовым осадкам и средней январской температуре воздуха. Гармонизация обеспечена аддитивностью фракционного состава, когда суммарная биомасса стволов, ветвей, хвои и корней, полученная по «фракционным» уравнениям, равняется значению биомассы, полученной по общему уравнению. Показано, что в холодных климатических поясах увеличение осадков приводит к снижению биомассы большинства фракций, а в теплых – к ее увеличению. Соответственно во влагообеспеченных районах повышение температуры вызывает увеличение биомассы, а в засушливых – ее снижение. Геометрическая интерпретация полученной модели представлена «пропеллеро-образной» поверхностью, что согласуется с аналогичными закономерностями, ранее установленными в России на локальном и региональном уровнях. Предложенная модель аддитивной структуры биомассы сосновых древостоев дает возможность прогнозировать изменение структуры биомассы, связанное с одновременным повышением или понижением температуры января и годичных осадков. Forest biomass is a key ecosystem part and an important component of the global carbon cycle. Modelling of biomass, sensitive to climate change, is fulfiled up-to-date at levels as forest stands and sample trees. However, all current studies of this matter are carried out within limited ecoregions. The database on forest biomass of the subgenus Pinus L. in Eurasia in a number of 2460 sample plots compiled by the authors is the basis for revealing transcontinental regularities. The first attempt is made to develop a biomass structure model harmonized by means of additive component composition algorithm describing biomass change in trans-Eurasian hydrothermal gradients, namely, mean annual precipitation and mean January air temperature. Additivity of biomass component composition means that the total of biomass components (stems, branches, foliage, roots) derived from component equations is equal to the result obtained using the common biomass equation. It is stated that in cold climatic zones any increase in precipitation leads to corresponding decrease in the biomass values, but in warm zones – to its increase. In wet areas, the rise in temperature causes an increase of biomass values, but in arid areas – their reductions. Geometric view of this model represented by a «propeller-shaped» surface is consistent with the results, formerly revealed by the other authors in Russia on local and regional levels. The proposed transcontinental model of additive structure of forest biomass gives a possibility to predict the change of biomass structure in relation to simultaneous increase or decrease of January temperature and annual precipitation. The development of such models for basic forest-forming species grown in Eurasia enables to forecast any changes in the biological productivity of forest cover of Eurasia in relation to climate change.