Синий свет годичных колец поможет следить за состоянием сибирских лесов
Ученые предложили более простой способ оценивать, как сибирские леса реагируют на потепление. Для этого они измеряют, как годичные кольца лиственницы отражают синий свет.
Источник: Источник: Владимир Кукарских / из личного архива. Исследуемые территории на Полярном Урале.
МОСКВА, 22 мая. /Новости науки/. Российские и зарубежные ученые выяснили, что состояние сибирских лесов можно оценивать по отражению синего света в годичных кольцах лиственницы. Метод проще анализа плотности древесины с помощью рентгена и помогает заметить даже слабую реакцию деревьев на рост температуры, сообщила пресс-служба Российского научного фонда.
Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Agricultural and Forest Meteorology.
Лиственница занимает более 40% лесных территорий России. Это одно из главных деревьев Сибири. При этом северные леса особенно сильно реагируют на изменение климата. Рост температуры и таяние вечной мерзлоты меняют условия для деревьев и могут сдвигать границы лесов дальше на север и выше в горы.
Чтобы понять, как деревья реагировали на климат в прошлом и как они меняются сейчас, ученые изучают годичные кольца. Обычно они измеряют ширину колец и плотность древесины. Чем теплее лето, тем шире кольца и выше плотность древесины.
Но анализ плотности требует сложной работы. Исследователям нужно делать тонкие срезы древесины, изучать их с помощью рентгеновского излучения и затем обрабатывать данные в специальных программах.
Ученые из Сибирского федерального университета вместе с коллегами решили проверить более простой показатель — интенсивность синего цвета. Для этого из дерева буром извлекают тонкий керн, похожий на карандашный стержень. Затем его сканируют с высоким разрешением и анализируют, сколько синего света отражают разные участки годичного кольца.
Чем темнее и плотнее древесина, тем меньше она отражает свет в синем диапазоне спектра с длиной волны около 400–500 нанометров.
«Метод, основанный на интенсивности отраженного древесиной синего цвета, стал активно развиваться только в последнее десятилетие, однако его точность и применимость на больших территориях и для разных видов деревьев пока изучены недостаточно. Поэтому мы решили протестировать этот подход для сибирских лесов, где лиственница является одним из основных лесообразующих видов», — сказал руководитель проекта, заведующий лабораторией комплексных исследований динамики лесов Евразии Сибирского федерального университета Альберто Арсак.
Ученые собрали образцы лиственницы в шести районах Сибири — от Урала до Якутии. В работу вошли три вида: лиственница сибирская, лиственница Гмелина и лиственница Каяндера. Эти деревья различаются по морозостойкости и растут в разных условиях.
В лаборатории исследователи измерили ширину годичных колец и показатель синей интенсивности. Затем они сопоставили эти данные с температурой в районах исследования за 1961–2020 годы.
Оказалось, что внутри каждого годичного кольца отражение синего света меняется. Весенняя, или ранняя, древесина отличается от древесины, которая формируется летом и в начале осени. Разница между ними получила название дельта синей интенсивности.
Эта дельта зависела от летней температуры. Чем теплее было лето, тем сильнее менялся показатель. Связь нашли у всех трех видов лиственницы.
С 1961 по 2020 год средняя летняя температура на изученных территориях выросла на 1,5–2,5 градуса Цельсия в зависимости от района. Вместе с ней выросла и дельта синей интенсивности.
По словам авторов, новый показатель оказался связан с температурой даже четче, чем ширина годичных колец. Это делает метод полезным для оценки влияния климата на рост деревьев.
Метод может помочь изучать историю температур в труднодоступных районах Севера. Он также пригодится для наблюдения за состоянием лесов российской Арктики.
«В дальнейшем мы планируем проверить, насколько этот метод подходит для реконструкции климата в регионах Сибири, а также расширить исследования на другие хвойные породы деревьев. В перспективе это позволит быстрее и проще получать информацию о климатических изменениях в северных лесах», — отметил Арсак.
В исследовании участвовали сотрудники Сибирского федерального университета, Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга, Кембриджского университета и Института леса имени В.Н. Сукачева СО РАН.
Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Agricultural and Forest Meteorology.
Лиственница занимает более 40% лесных территорий России. Это одно из главных деревьев Сибири. При этом северные леса особенно сильно реагируют на изменение климата. Рост температуры и таяние вечной мерзлоты меняют условия для деревьев и могут сдвигать границы лесов дальше на север и выше в горы.
Чтобы понять, как деревья реагировали на климат в прошлом и как они меняются сейчас, ученые изучают годичные кольца. Обычно они измеряют ширину колец и плотность древесины. Чем теплее лето, тем шире кольца и выше плотность древесины.
Но анализ плотности требует сложной работы. Исследователям нужно делать тонкие срезы древесины, изучать их с помощью рентгеновского излучения и затем обрабатывать данные в специальных программах.
Ученые из Сибирского федерального университета вместе с коллегами решили проверить более простой показатель — интенсивность синего цвета. Для этого из дерева буром извлекают тонкий керн, похожий на карандашный стержень. Затем его сканируют с высоким разрешением и анализируют, сколько синего света отражают разные участки годичного кольца.
Чем темнее и плотнее древесина, тем меньше она отражает свет в синем диапазоне спектра с длиной волны около 400–500 нанометров.
«Метод, основанный на интенсивности отраженного древесиной синего цвета, стал активно развиваться только в последнее десятилетие, однако его точность и применимость на больших территориях и для разных видов деревьев пока изучены недостаточно. Поэтому мы решили протестировать этот подход для сибирских лесов, где лиственница является одним из основных лесообразующих видов», — сказал руководитель проекта, заведующий лабораторией комплексных исследований динамики лесов Евразии Сибирского федерального университета Альберто Арсак.
Ученые собрали образцы лиственницы в шести районах Сибири — от Урала до Якутии. В работу вошли три вида: лиственница сибирская, лиственница Гмелина и лиственница Каяндера. Эти деревья различаются по морозостойкости и растут в разных условиях.
В лаборатории исследователи измерили ширину годичных колец и показатель синей интенсивности. Затем они сопоставили эти данные с температурой в районах исследования за 1961–2020 годы.
Оказалось, что внутри каждого годичного кольца отражение синего света меняется. Весенняя, или ранняя, древесина отличается от древесины, которая формируется летом и в начале осени. Разница между ними получила название дельта синей интенсивности.
Эта дельта зависела от летней температуры. Чем теплее было лето, тем сильнее менялся показатель. Связь нашли у всех трех видов лиственницы.
С 1961 по 2020 год средняя летняя температура на изученных территориях выросла на 1,5–2,5 градуса Цельсия в зависимости от района. Вместе с ней выросла и дельта синей интенсивности.
По словам авторов, новый показатель оказался связан с температурой даже четче, чем ширина годичных колец. Это делает метод полезным для оценки влияния климата на рост деревьев.
Метод может помочь изучать историю температур в труднодоступных районах Севера. Он также пригодится для наблюдения за состоянием лесов российской Арктики.
«В дальнейшем мы планируем проверить, насколько этот метод подходит для реконструкции климата в регионах Сибири, а также расширить исследования на другие хвойные породы деревьев. В перспективе это позволит быстрее и проще получать информацию о климатических изменениях в северных лесах», — отметил Арсак.
В исследовании участвовали сотрудники Сибирского федерального университета, Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга, Кембриджского университета и Института леса имени В.Н. Сукачева СО РАН.
