Пространственно-временная динамика древесной растительности в экстремальных условиях ее произрастания

Полученные результаты

На основе парадигмы исследования сложных биологических и социальных систем Грегори Бейтсона разработан подход к анализу  пространственно-временной динамики древесной растительности, произрастающей в условиях регионального изменения климата и антропогенных воздействий разной природу и силы.  В рамках данного методологического подхода были созданы методы, позволяющие производить количественную оценку состояния отдельных деревьев и древостоев, а также анализировать пространственно-временную динамику древесной растительности:

  • метод автоматизированной оценки состояния отдельных деревьев по цифровым изображениями их крон;
  • метод определения уязвимых сторон и недостатков методик измерений, которые основаны на использовании алгоритмов автоматизированного анализа изображений;
  • метод экологического зонирования территории на основе комплексной морфофизиологической оценки состояния деревьев и древостоев;
  • метод создания региональных климатических карт (распределения значений температуры воздуха в пространстве с учетом рельефа земной поверхности);
  • метод количественной оценки значений горизонтального и вертикального смещений границ растительных сообществ.

Геостатистические модели, используемые в методе экологического зонирования территории, адекватно описывают пространственные закономерности изменения обобщенных показателей состояния древостоев в условиях загрязнения атмосферы поллютантами крупного медеплавильного производства. Сравнительный анализ поверхностей состояния древостоев с цифровой моделью рельефа позволил установить взаимосвязь между градиентом изменения значений обобщенных показатель состояния, крупными формами рельефа и направлением преобладающих ветров. Расположение, размер, и конфигурации зон с различным состоянием древесной растительности обусловлены взаимным расположением основного источника аэропромышленных выбросов и элементов макрорельефа района исследований.

Картографические модели, характеризующие распределение значений температуры воздуха на территории Уральского региона, полученные с использованием метода множественной линейной регрессии и растрового моделирования в географической информационной системе, являются позволяют на количественном и качественном уровнях адекватно оценивать изменение температуры данного показателя в пространстве и времени. Установлено, что средняя температура последнего двадцатилетия XX века была выше, чем в предпоследнем. При этом что в горных районах разность значений температуры воздуха в эти временные периоды была выше, чем на равнинных участках. В целом для Уральского региона характерно северо-восточное направление возрастания температуры воздуха, т. е. наблюдается более значительное потепление в полярных областях региона по сравнению с северными и южными его частями.

Установлен факт смещения границ редколесий и сомкнутых лесов на горных массивах Полярного, Северного и Южного Урала в.  Он обусловлен региональным потеплением и увлажнение климата, который происходил на Урале в XX веке. С использованием разработанного метода количественной оценки сдвига растительных рубежей были получены величины скорости вертикального сдвига границ редколесий и сомкнутых лесов во втрой половине  XX века для горного массива Рай-Из (Полярный Урал), Тылайско-Конжаковско-Серебрянского горного массива (Северный Урал) и массива Иремель (Южный Урал). Значение лежат в интервалах 5-9 и 3-10 метров за десятилетие для вертикального и горизонтального смещений соответственно.

Величины сдвига границ древесной растительности на горных массивах Северного и Южного Урала были выше, чем на Полярном Урале, несмотря на то, что в полярных областях   наблюдалось более значительное потепление, чем в более южных частях Уральского региона. Это свидетельствует о том, что скорость сдвига границ в определяется не только потеплением, но и сочетанием комплекса орографических и эдафических факторов, мезо- и микроклиматических условий, биологическими особенностями видов древесной растительности, произрастающей в экотоне верхней границы леса, а также возможностью обсеменения участков тундры в верхней части экотона обсследованных горных массивов Урала.