Н.Д. Васильева, С.Н. Софронова, В.В. Баринов, А.В. Тайник, Т.В. Трушкина, О.В. Чуракова
Скачать
№ 4 (52) ч. 2
РусДендро
Васильева Наталья Дмитриевна – инженер Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН -обособленного подразделения ФИЦ КНЦ СО РАН, Академгородок, 50, г. Красноярск, Российская Федерация, 660036, Сибирский Федеральный Университет, ORCID: https:// orcid.org/0009-0000-2821-5159, e-mail: tusa3105@mail.ru.
Софронова Светлана Николаевна – кандидат физ.-мат. наук, старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН -обособленного подразделения ФИЦ КНЦ СО РАН, Академгородок, 50, г. Красноярск, Российская Федерация, 660036, ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3486-9874, e-mail: sofronova_77@mail.ru.
Баринов Валентин Викторович – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Сибирской дендрохронологической лаборатории, ФГАОУ ВО «Сибирский Федеральный Университет», пр. Свободный, 79, г. Красноярск, Российская Федерация, 660041, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3582-3440, e-mail: vvbarinov@sfu-kras.ru.
Тайник Анна Владимировна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Сибирской дендрохронологической лаборатории, ФГАОУ ВО «Сибирский Федеральный Университет», пр. Свободный, 79, г. Красноярск, Российская Федерация, 660041, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7441-6947, e-mail: ataynik@sfu-kras.ru.
Трушкина Татьяна Владимировна – кандидат технических наук, доцент, Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева, просп. имени Газеты Красноярский Рабочий, 31, стр. 5, г. Красноярск, Российская Федерация, 660037, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5585-0286, Trushkinatv@sibsau.ru.
Чуракова Ольга Владимировна – доктор биол., наук, ведущий научный сотрудник лаборатории биогеохимии лесных экосистем, ФГАОУ ВО «Сибирский Федеральный Университет», Институт экологии и географии, пр. Свободный, 79, г. Красноярск, Российская Федерация. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1687-1201, e-mail: ochurakova@sfu-kras.ru.
Ширина годичных колец деревьев и изотопный состав стабильных изотопов углерода (13C), кислорода (18O) и водорода (2H) в целлюлозе годичных колец широко используются для реконструкций условий окружающей среды. Применение моделей, способных описать вариацию стабильных изотопов в годичных кольцах деревьев, представляет собой набор инструментов для интерпретации изменений окружающей среды на экофизиологическом уровне. В данной работе хронологии с погодичным временным разрешением, полученные по стабильным изотопам 13С, 18O и 2H в целлюлозе годичных колец хвойных для региона Дельта реки Маккензи в Канаде (68° 30′ с.ш., 133° 48′ з.д.) для периода с 1901 по 2009 гг., были сопоставлены с модельными расчетами для интерпретации экофизиологического сигнала. При помощи процессной модели (LPX) нам удалось смоделировать 13С вариацию, значимо коррелирующую с измеренными данными (r = 0.29; p = 0.002) для периода с 1901 по 2009 гг. Модельные расчеты по кислороду и водороду требуют дальнейшего преобразования модельных блоков, в частности, требуют доработки включения источника воды, используемой деревьями, блока оттаивания и промерзания почвы с учетом вечной мерзлоты, а также экспериментальных данных по содержанию 18O и 2H в воде.
дендрохрогология, стабильные изотопы, моделирование, углерод, кислород, водород
Применение процессного моделирования для интерпретации вариации стабильных изотопов в годичных кольцах деревьев / Н. Д. Васильева, С. Н. Софронова, В. В. Баринов, А. В. Тайник, Т. В. Трушкина, О. В. Чуракова // Лесотехнический журнал. – 2023. – Т. 13. – № 4 (52). – Ч. 2. – С. 23–38. – Библиогр.: с. 33–37 (33 назв.). – DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2023.4/15.
1. ACIA Impacts of a warming arctic Arctic Climate Impact Assessment. ACIA Overview report, Cambridge University Press. 2004. – 140 р. - URL: https://www.amap.no/documents/doc/impacts-of-a-warming-arctic-2004/786 (дата обращения 10.10.2023).
2. Arneth, A. Response of central Siberian Scots pine to soil water deficit and long-term trends in atmospheric CO2 concentration / A. Arneth, J. Lloyd, H. Santruckova, M. Bird, S. Grigoryev, Y.N. Kalaschnikov, G. Gleixner, E.D.// Schulze Global Biogeochem. Cycles. - 2002. – Vol. 16(1). - P. 5-1-5-13. DOI: https://doi.org/10.1029/2000GB001374
3. Boike, J. Kattenstroth B., Abramova K., Bornemann N., Chetverova A., Fedorova I., Fröb K., Grigoriev M., Grüber M., Kutzbach L., Langer M., Minke M., Muster S., Piel K., Pfeiffer E.-M., Stoof G., Westermann S., Wischnewski K., Wille C., Hubberten H.-W. Baseline characteristics of climate, permafrost and land cover from a new permafrost observatory in the Lena Rive Delta, Siberia (1998–2011) / J. Boike, B. Kattenstroth, K. Abramova, N. Bornemann, A. Chetverova, I. Fedorova, K. Fröb, M. Grigoriev, M. Grüber, L. Kutzbach, M. Langer, M. Minke, S. Muster, K. Piel, E.M. Pfeiffer, G .Stoof, S. Westermann, K. Wischnewski, C. Wille, H.W Hubberten // Biogeosciences. – 2013. – Vol. 10(3). – P. 2105-2128. DOI: https://doi.org/10.5194/bg-10-2105-2013
4. Bottinga, Y. Oxygen isotope fractionation between CO2 and water, and the isotopic composition of marine atmospheric CO2 / Y. Bottinga, H. Craig // Earth and Planetary Science Letters. – 1969. – Vol. 5: - P. 285–295. DOI: https://doi.org/10.1016/S0012-821X(68)80054-8
5. Cable, J.M. Permafrost thaw affects boreal deciduous plant transpiration through increased soil water, deeper thaw and warmer soils / J.M. Cable, K. Ogle, R.W. Bolton, L.P. Bentley, V. Romanovssky, I. Hiroki, U. Harazono, J. Welker // Ecohydrology. – 2014. – Vol. 7(3). – P. 982-997. DOI: https://doi.org/10.1002/eco.1423
6. Churakova (Sidorova), O.V. Measured and modelled source water δ18O based on tree-ring cellulose of larch and pine trees from the permafrost zone. / O.V. Churakova (Sidorova), S. Lienert, G. Timofeeva, R. Siegwolf, J. Roden, F. Joos, M. Saurer // Forest. Biogeosciences and Forestry. – 2020. – Vol.13. – P. 224-229.
DOI: https://doi:10.3832/ifor3212-013.
7. Churakova (Sidorova), O.V. Towards the third millennium changes in Siberian triple tree-ring stable isotopes / O.V. Churakova (Sidorova), M.V. Fonti, V.V. Barinov, M.S. Zharkov, A.V. Taynik, T.V. Trushkina, A.V. Kirdyanov, A. Arzac, M. Saurer // Forests. – 2022. – Vol. 13(6). - P.934. DOI: https://doi.org/10.3390/f13060934.
8. Churakova (Sidorova), O.V.. Climate impacts on tree-ring stable isotopes across the boreal zone / O.V. Churakova (Sidorova), T.J. Porter, M.S. Zharkov, M.V. Fonti, V.V. Barinov, A.V. Taynik, A.V. Kirdyanov, A.A. Knorre, M. Wegmann, T.V. Trushkina, N.N. Koshurnikova, E.A. Vaganov, V.S. Myglan, R.T.W. Siegwolf, M. Saurer // Science of the Total Environment. – 2023. Vol. 870. – P.161644. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.161644
9. Churakova (Sidorova), O.V. Application of eco-physiological models to the climatic interpretation of δ13C and δ18O measured in Siberian larch tree-rings / O.V. Churakova (Sidorova), A.V. Shashkin, R.T.W. Siegwolf, R. Spahni, T. Launois, M. Saurer, M.V. Bryukhanova, A.V. Benkova, A.V. Kuptsova, P. Peylin, E.A. Vaganov, V. Masson-Delmotte, J. Roden // Dendrochronologia. – 2016. – Vol. 39. – P. 51-59. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dendro.2015.12.008.
10. Climatic Research Unit : Data. High-resolution gridded datasets (and derived products) (2023). URL: https://crudata.uea.ac.uk/cru/data/hrg/ (дата обращения 10.10.2023).
11. Dansgaard, W. Stable isotopes in precipitation / W. Dansgaard // Tellus. – 1964. – Vol. 16(4). – P. 436-468. DOI: https://doi.org/10.1111/j.2153-3490.1964.tb00181.x
12. Dongmann, G. On the enrichment of 2H18O in the leaves of transpiring plants / G. Dongmann, H.W. Nurnberg, H. Förstel, K. Wagener // Radiation and Environmental Biophysics. – 1974. – Vol. 11. – P. 41–52. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01323099.
13. Farquhar, G.D. Carbon isotope fractionation and plant water-use efficiency / G.D. Farquhar, K.T. Hubick, A.G. Condon, R.A. Richards // Stable Isotopes in Ecological Research, Springer-Verlag, New York. – 1989. Р. 21-40. Режим доступа: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4612-3498-2_2
14. Farquhar, G.D. Carbon and oxygen isotope effects in the exchange of carbon dioxide between terrestrial plants and the atmosphere / G.D. Farquhar, J. Lloyd // In Stable Isotopes and Plant Carbon–Water Relations. – 1993. – Р. 47–70. Режим доступа: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780080918013500118
15. Flanagan, L.B. Comparison of modeled and observed environmental influences on the stable oxygen and hydrogen isotope composition of leaf water in Phaseolis vulgaris / L.B. Flanagan, J.P. Comstock, J.R. Ehleringer // Plant Physiology. – 1991. – Vol. 96. – P. 588–596. DOI: https://doi.org/10.1104/pp.96.2.588
16. Francey, R.J., et al. A 1000-year high precision record of δ13C in atmospheric CO2 . Tellus B: Chemical and Physical Meteorology. – 1999. Vol, 51. P. 170-193. DOI:10.1034/j.1600-0889.1999.t01-1-00005.x
17. Fyodorov-Davydov, D.G. Seasonal thaw of soils in the North Yakutian ecosystems / D.G. Fyodorov-Davydov, V.E. Kholodov, G.N. Kraev, V.A. Sorokovikov, S.P. Davydov, A.A. Merekalova // In: V International Conference on Cryopedology Diversity of forest affected soils and their role in ecosystems. At Ulan-Ude, Buryatia, Russia, September. – 2009. – P. 14–20.
18. Gerten, D. Terrestrial vegetation and water balance—hydrological evaluation of a dynamic global vegetation model / D. Gerten, S. Schaphoff, U. Haberlandt, W. Lucht, S. Sitch // Journal of Hydrology. – 2004. – Vol. 286(1-4). – Р. 249-270. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2003.09.029.
19. Haese, B. Stable water isotopes in the coupled atmosphere–land surface model ECHAM5-JSBACH Geosci / B. Haese, M. Werner, G. Lohmann // Model Dev. – 2013. – Vol. 6. – Р. 1463–1480. DOI: https://doi.org/10.5194/gmd-6-1463-2013
20. Horita, J.. Liquid–vapor fractionation of oxygen and hydrogen isotopes of water from the freezing to the critical temperature / J. Horita, D.J. Wesolowski // Geochimica Et Cosmochimica Acta. – 1994. – Vol. 58. – Р. 3425–3437. DOI: https://doi.org/10.1016/0016-7037(94)90096-5
21. Keel, S.G. Simulating oxygen isotope ratios in tree ring cellulose using a dynamic global vegetation model / S.G. Keel, F. Joos, R. Spahni, M. Saurer, R.B. Weigt, S. Klesse // Biogeosciences. – 2016. – Vol. 13. – Р. 3869–3886. DOI: https://doi.org/10.5194/bg-13-3869-2016
22. Majoube, M. Fractionnement en oxygen-18 et en deuterium entre l’eau et sa vapeur / M. Majoube // Journal de Chimie et Physique.- 1971. – Vol. 68. – Р. 1423–1436. DOI: https://doi.org/10.1051/jcp/1971681423
23. Pachauri R.K., Meyer L.A. IPCC 2014. Climate Change 2014: Synthesis Report Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC, Geneva, Switzerland. – 2014. – рр. 151. Режим доступа: https://epic.awi.de/id/eprint/37530/
24. Richardson, C.W. Stochastic Simulation of Daily Precipitation, Temperature, and Solar Radiation / C.W. Richardson // Water Resources Research. – 1981. – Vol. 17(1). – Р. 182-190. DOI: https://doi.org/10.1029/WR017i001p00182
25. Roden, J.S. Hydrogen and oxygen isotope ratios of tree ring cellulose for field-grown riparian trees / J.S. Roden, J.R. Ehleringer // Oecologia. – 2000. – Vol. 123. – Р. 481–489. DOI: https://doi.org/10.1007/s004420000349
26. Saurer, M. Spatial and temporal oxygen isotope trends at the northern tree-line in Eurasia / M. Saurer, F. Schweingruber, E.A. Vaganov, S.G. Schiyatov, R. Siegwolf // Geophysical Research Letters. – 2002. – Vol. 29(9). – Р. 7-1-7-4. DOI: https://doi.org/10.1029/2001GL013739
27. Sitch, S. Evaluation of ecosystem dynamics, plant geography and terrestrial carbon cycling in the LPJ dynamic global vegetation model / S. Sitch, B. Smith, I.C. Prentice, A. Arneth, A. Bondeau, W. Cramer, J.O. Kaplan, S. Levis, W. Lucht, M.T. Sykes, K. Thonicke, S. Venevsky // Global Change Biology. – 2003. – Vol. 9(2). – Р. 161-185. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1365-2486.2003.00569.x
28. Spahni, R. Transient simulations of the carbon and nitrogen dynamics in northern peatlands: from the Last Glacial Maximum to the 21st century / R. Spahni, F. Joos, B.D. Stocker, M. Steinacher, Z.C. Yu // Clim. Past. – 2013. – Vol. 9. – Р. 1287-1308. DOI: https://doi.org/10.5194/cp-9-1287-2013
29. Srikanthan, R. Comparison of two approaches for generation of daily rainfall data / R. Srikanthan, T.I. Harrold, A. Sharma, T.A. McMahon // Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. – 2005. – Vol. 19. – Р. 215–226. DOI: https://doi.org/10.1007/s00477-004-0226-0
30. Stocker, B.D. Multiple greenhouse-gas feedbacks from the land biosphere under future climate change scenarios / B.D. Stocker, R. Roth, F. Joos, R. Spahni, M. Steinacher, S. Zaehle, L. Bouwman, Xu-Ri, I.C. Prentice // Nat. Clim. Change. – 2013. – Vol. 3.- Р. 666-672. DOI:10.1038/nclimate1864
31. Importance of permafrost as a source of water for plants in east Siberian taiga / A.N. Sugimoto, N. Yanagisawa, N. Fujita, T.S. Maximov, D. Naito // Ecol. Res. – 2002. – Vol. 17(4). – Р. 493-503. DOI:10.1046/j.1440-1703.2002.00506.x
32. Vaganov, E.A. Growth Dynamics of Conifer Tree Rings: Images of Past and Future Environments / E.A. Vaganov, M.K. Hughes, A.V. Shashkin. Springler, 2006. 353 p. DOI: https://doi.org/10.1007/3-540-31298-6.
33. Wania, R.I. Integrating peatlands and permafrost into a dynamic global vegetation model: 1. Evaluation and sensitivity of physical land surface processes / R.I. Wania, I.C. Ross // Global Biogeochemical Cycles. – 2009. – Vol. 23(3). DOI: https://doi.org/10.1029/2008GB003412.