Horizontal pattern of trees in the cenopopulation of Larix gmelinii (Rupr.) Rupr. in the forest tundra ecotone on the Taimyr Peninsula

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The features of the horizontal spatial structure of multi-aged open forests of Gmelin larch (Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.), forming the northern limit of tree vegetation in the forest-tundra ecotone in the eastern part of the Taimyr Peninsula, are considered. It was found that all studied tree stands are characterized by a mosaic structure, in which areas occupied by woody vegetation alternate with open spaces, the area of which ranges from 37 to 50%. In all cases, the composition of the tree layer includes both single trees and their aggregations (biogroups), share of which varies from 17 to 32%. Pair aggregation of trees predominates in biogroups, amounting to 83%. The predominance of the random nature of the location of trees in the formation of the horizontal pattern has been snown, but the specific type of spatial distribution is also determined by the stage of ontogenesis in which the cenopopulation is located.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. I. Bondarev

Forest Institute, Federal Research Center Krasnoyarsk Scientific Center, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: abondarev@ksc.krasn.ru
Russian Federation, 660036, Krasnoyarsk

O. P. Secretenko

Forest Institute, Federal Research Center Krasnoyarsk Scientific Center, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: abondarev@ksc.krasn.ru
Russian Federation, 660036, Krasnoyarsk

References

  1. Крючков В.В. Самые северные на земном шаре лесные массивы на р. Лукунской в бассейне р. Хатанги // Ботан. журн. 1972. Т. 57. № 10. С. 1213–1220.
  2. Payette S., Fortin M.J., Gamache I. The subarctic forest-tundra: the structure of a biome in a changing climate // Bioscience. 2001. V. 51. P. 709–718. https://doi.org/10.1641/0006–3568(2001)051[0709: TSFTTS]2.0.CO;2
  3. Clements F.E. Nature and structure of the climax // Journal of Ecology. 1936. V. 24. P. 253–284.
  4. Ranson K.J., Montesano P.M., Nelson R. Object based mapping of the circumpolar taiga–tundra ecotone with MODIS tree cover // Remote Sens. Environ. 2011. V. 115. P. 3670–3680. 10.1016/j.rse.2011.09.006' target='_blank'>https://doi: 10.1016/j.rse.2011.09.006
  5. Montesano P.M., Sun G., Dubayah R.O., Ranson K.J. Spaceborne potential for examining taiga–tundra ecotone form and vulnerability // Biogeosciences. 2016. V.13. P. 3847–3861. https://doi: 10.5194/bg-13–3847–2016
  6. Callaghan T.V., Crawford R.M., Eronen M. et al. The dynamics of the tundra-taiga boundary: An overview and suggested coordinated and integrated approach to research // Ambio. 2002. Special report № 12. Dynamics of the Tundra-Taiga Interface. P. 3–5.
  7. Stocker T.F., Qin G.-K., Plattner L.V. et al. Technical Summary // Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Eds. Stocker T. F., Qin D, Plattner G.-K. et al. Cambridge. Cambridge University Press, 2014. P. 33–115. https://doi: 10.1017/ CBO9781107415324.005
  8. Bader J. Climate science: The origin of regional Arctic warming // Nature. 2014. V. 509. P. 167–168. https://doi.org/10.1038/509167a
  9. Holtmeier F.-K., Broll G. Sensitivity and response of northern hemisphere altitudinal and polar treelines to environmental change at landscape and local scales // Global Ecol. Biogeogr. 2005. V.14. P. 395–410. https://doi.org/10.1111/j.1466–822X.2005.00168.x
  10. Грабарник П.Я. Анализ горизонтальной структуры древостоя: модельный подход // Лесоведение. 2010. № 2. C. 77–85.
  11. Dalen L., Hofgaard A. Differential regional treeline dynamics in the Scandes Mountains // Arct. Antarct. Alpine Res. 2005. V.37. P. 284–296. https://doi.org/10.1657/1523–0430(2005)037 [0284: DRTDIT]2.0.CO;2
  12. Danby R.K., Hik D.S. Variability, contingency and rapid change in recent subarctic alpine tree line dynamics // J. Ecol. 2007. V.95. P. 352–363. https://doi.org/10.1111/j.1365–2745.2006.01200.x
  13. Frost G.V., Epstein H.E., Walker D.A. Regional and landscape-scale variability of Landsat-observed vegetation dynamics in northwest Siberian tundra // Environ. Res. Lett. 2014. V.9. P. 1264–1277. https://doi.org/10.1088/1748–9326/9/2/025004
  14. Haugo R.D., Halpern C.B., Bakker J.D. Landscape context and long-term tree influences shape the dynamics of forest-meadow ecotones in mountain ecosystems // Ecosphere. 2011. V. 2(8). Article 91. P. 1–24. https://doi.org/10.1890/ES11–00110.1
  15. Lloyd A.H., Yoshikawa K., Fastie C.L. et al. Effects of permafrost degradation on woody vegetation at arctic treeline on the Seward Peninsula, Alaska, Permafrost Periglac // Permafrost and Periglacial Processes. 2003. V. 14(2). P. 93–101. 10.1002/ppp.446' target='_blank'>https://doi: 10.1002/ppp.446
  16. Харук В.И., Буренина Т.А., Федотова Е.Ф. Анализ экотона «лес-тундра» по данным космосъемки // Лесоведение. 1999. № 3. С. 59–67.
  17. Абаимов А.П., Бондарев А.И., Зырянова О.А., Шитова С.А. Леса Красноярского Заполярья. Новосибирск: Наука, 1997. 208 с.
  18. Тюлина Л.Н. Лесная растительность Хатангского района у ее северного предела // Тр. Арктического института. 1937. Т. 63. Геоботаника. С. 83–180.
  19. Кнорре А.В. Редколесья и редины Ары-Маса // Ары-Мас. Природные условия, флора и растительность самого северного в мире лесного массива. Л.: Наука, 1978. С. 162–183.
  20. Поспелов И.Н., Поспелова Е.Б., Чиненко С.В. Притундровые редколесья и редины бассейна р. Лукунской (восточный Таймыр) // Современные проблемы притундровых лесов: Мат-лы. Всерос. конф. с междунар. участием. Архангельск, 2012. С. 174–180.
  21. Поспелов И.Н., Поспелова Е.Б. О северном пределе распространения лиственницы Гмелина (Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.) на Восточном Таймыре // Ботан. журн. 2013. Т. 98. № 5. С. 621–629.
  22. Абаимов А.П., Бондарев А. И. Критерии выделения категорий лесных земель в редкостойных лесах Севера // Лесоведение. 1997. № 1. С. 45–49
  23. Бондарев А.И. Таксационный очерк самых северных в мире лесов // Лесная таксация и лесоустройство / Межвуз. сб. науч. тр. Красноярск: КПИ, 1989. С. 35–39.
  24. Bondarev Alexander. Age distribution patterns in open boreal Dahurican larch forests of Central Siberia // Forest Ecology and Management. 1997. V. 93. № 3. P. 205–214. https://doi.org/10.1016/S0378–1127(96)03952–7
  25. Сукачев В.Н., Зонн С.В. Методологические указания к изучению типов леса. М.: Наука, 1961. 144 с.
  26. ОСТ 56–69–83. Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки. М.: Госкомлес СССР, 1983. 60 с.
  27. Greig-Smith P. The use of random and contiguous quadrats in the study of the structure of plant communities // Ann. Bot. London, N.S. 1952. V. 16. P. 293–316.
  28. Плотников В.В. О путях развития древесных растений в связи с динамикой их численности в сообществе // Экология. 1973. № 3. С. 44–51.
  29. Кузьмичев В.В. Закономерности динамики древостоев: принципы и модели. Новосибирск: Наука, 2013. 208 с.
  30. Бузыкин А.И., Гавриков В.Л., Секретенко О.П., Хлебопрос Р.Г. Анализ структуры разновозрастных древесных ценозов // Анализ структуры древесных ценозов. Новосибирск: Наука, 1985. С. 50–80.
  31. Грейг-Смит П. Количественная экология растений. М.: Мир, 1967. 359 с.
  32. Morisita M. Measuring of the dispersion of individuals and analysis of the distributional patterns // Memoir of the Faculty of Science, Kyushu University. 1959. Series E: Biology. V. 2. № 4. P. 215–235.
  33. Ripley B.D. Spatial Statistics. John Wiley & Sons, 1981. 252 p.
  34. R Core Team R: a language and environment for statistical computing. Vienna: R foundation for statistical computing. 2019. http://www.r-project.org.
  35. Wieczorek M., Kruse S., Epp L.S. et al. Dissimilar responses of larch stands in northern Siberia to increasing temperatures – a field and simulation based study // Ecology. 2017. V. 98(9). P. 2343–2355. https://doi.org/10.1002/ecy.1887
  36. Василевич В. И. Статистические методы в геоботанике. Л.: Наука, 1969. 232 с.
  37. Поздняков Л.К. Мерзлотное лесоведение. Новосибирск: Наука, 1986. 192 c.
  38. Каволюнене Д.К. Типы размещения деревьев в свете закономерностей роста древостоев // Тезисы докл. научн. конф. Каунас, 1981. С. 40–42.
  39. Тябера А.П. Вопросы территориального размещения деревьев в сосновых древостоях // Лесной журнал. 1980. № 5. С. 5–7.
  40. Вайс А.А. Горизонтальная структура пихтовых насаждений // Вестник СибГТУ. 2005. № 1. С. 24–27.
  41. Вайс А.А. Горизонтальная структура древостоев Средней Сибири // Научный журнал КубГАУ. 2009. № 45 (1). С. 1–15.
  42. Москвина И.В., Гетманец И.А. Популяционная организация растительного покрова в подзоне южно-таежных лесов Челябинской области // Фундаментальные исследования. 2014. № 12-2. С. 322–326.
  43. Данилина Д.М., Назимова Д.И., Коновалова М.Е. Пространственно-временная структура и динамика позднесукцессионного черневого кедровника Западного Саяна // Лесоведение. 2020. № 5. С. 387–398. https://doi.org/10.31857/S0024114820050034
  44. Коновалова М.Е., Данилина Д.М. Структура ценопопуляций ключевых видов черневых кедровых лесов Западного Саяна на климаксовой стадии развития // Экология. 2019. № 3. С. 189–195. https://doi.org/10.1134/S0367059719030089
  45. Колтунова А.И. О формировании горизонтальной структуры и срастании корневых систем в древостоях сосны // Эко-потенциал. 2013. № 3–4. С. 136–142.
  46. Манов А.В., Кутявин И.Н. Горизонтальная структура древостоев и подроста северотаежных коренных ельников чернично-сфагновых в Приуралье // Лесн. журнал. Изв. высш. учеб. заведений. 2018. № 6. С. 78–88. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2018.6.78
  47. Манов А.В. Горизонтальная структура древостоя и подроста ельника разнотравно-черничного средней тайги Республики Коми // Лесоведение. 2019. № 4. C. 286–293. https://doi.org/ 10.1134/S0024114819030069
  48. Манов А.В., Кутявин И.Н. Структура древостоя в старовозрастном постпирогенном сосняке бруснично-лишайниковом в бассейне реки Печоры // Лесоведение. 2018. № 6. С. 434–443. https://doi.org/ 10.1134/S0024114818050054

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. A fragment of a satellite image (https://www.google.com/intl/ru/earth / versions/#earth-pro) in the central part of the Lukunsky site: forest vegetation is represented in gray-green, tundra vegetation is in light yellow, water bodies are in black, elements of the hydro grid are in green, the locations of the test areas are marked with red circles.

Download (221KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Grouping of sample areas (11-20) by types of spatial structure: a – group arrangement of trees, b – transitional type from group to random, c – random. The lines characterize the change in the Morisite index depending on the cell size.

Download (138KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Testing the hypothesis of a random arrangement of trees by modeling a homogeneous Poisson process: A – for individual trees, B – for aggregations of trees. The numbers indicate the numbers of the trial areas. The solid red line reflects the change in the Morisite index depending on the size of the square, the envelope dotted lines limit the modeling area for different levels of the Poisson process.

Download (442KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The ratio of the Morisite dispersion index (Iδ) and morphometric indicators: a – with the number of aggregations in the structure of the stand, b – with average age, c – with average diameter, d – with average height, e – with canopy closure, e – with the number of trees, g – with the stock of stem wood. The dotted line shows the linear trend line.

Download (314KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences