Preview

Геоморфология и палеогеография

Расширенный поиск

Дендроклиматический потенциал стабильных изотопов углерода в целлюлозе годичных колец Pinus sylvestris L. в Ярославской и Костромской областях

https://doi.org/10.31857/S0435428122030099

Аннотация

Стабильные изотопы углерода в годичных кольцах деревьев могут служить индикатором прошлых климатических и экологических изменений. Однако климатический сигнал, который выражается в этом индикаторе, варьирует в зависимости от региона и вида деревьев. С этой точки зрения, Европейская часть России все еще остается малоизученным регионом, где почти нет исследований зависимости изменений изотопного состава древесины от климатических параметров. В данной работе приводятся первые результаты подобного исследования для живых деревьев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в Тверицком бору Ярославля. Было измерено соотношение стабильных изотопов углерода (δC13) в древесной целлюлозе отдельных годичных колец, извлеченных из пяти деревьев, и рассчитаны коэффициенты корреляции δC13 с метеорологическими параметрами за 2010–2020 гг. Показано, что δC13 в древесной целлюлозе имеет значимую взаимосвязь с температурой с мая по сентябрь (r = 0.63, p = 0.037), с осадками с мая по сентябрь (r = –0.77, p = 0.051) и с индексом суровости засухи Палмера с мая по сентябрь (r = –0.65, p = 0.032). Эти результаты являются первым прямым доказательством того, что δC13 в древесной целлюлозе сосны обыкновенной в Ярославле может служить показателем колебаний влажности теплого периода. Для того, чтобы сделать выводы о стабильности климатического сигнала в этом регионе на протяжении всего ХХ века, необходимы дополнительные измерения. Также в статье описываются две новые древесно-кольцевые хронологии, основанные на археологических и архитектурных материалах из Ярославской (1438–2019 гг.) и Костромской (1283–2012 гг.) областей. Согласно полученным результатам о климатической чувствительности δC13 в древесной целлюлозе, эти хронологии могут служить материальной основой для реконструкций влажности годичного разрешения в регионе.

Об авторах

В. В. Мацковский
Институт географии РАН
Россия


В. В. Кузнецова
Институт географии РАН
Россия


Н. С. Семеняк
Институт географии РАН
Россия


М. С. Турчинская
Институт географии РАН
Россия


Э. П. Зазовская
Институт географии РАН
Россия


А. В. Энговатова
Институт археологии РАН
Россия


А. С. Лазарев
ОГБУ “Наследие”
Россия


Е. Ю. Жданова
Институт географии РАН
Россия


Е. А. Долгова
Институт географии РАН
Россия


О. Н. Соломина
Институт географии РАН; Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”
Россия


Список литературы

1. Barichivich J., Osborn T.J., Harris I., van der Schrier G., and Jones P.D. Monitoring global drought using the self-calibrating Palmer Drought Severity Index. In: “State of the Climate in 2020”. Dunn R.J.H., Aldred F., Gobron N., Miller J.B., Willett K.M. (Eds.). Bulletin of the American Meteorological Society. 2021. Vol. 102. P. 68–70. https://doi.org/10.1175/2019BAMSStateoftheCli-mate.1

2. Belmecheri S. and Lavergne A. Compiled records of atmospheric CO2 concentrations and stable carbon isotopes to reconstruct climate and derive plant ecophysiological indices from tree rings. Dendrochronologia. 2020. Vol. 63. P. 125748. https://doi.org/10.1016/j.dendro.2020.125748

3. Briffa K.R. and Jones P.D. In: Methods of Dendrochronology: Applications in the Environmental Sciences, ed E.R. Cook and L.A. Kairiukstis. Dordrecht: Kluwer Academic (Publ.), 1990. P. 137–152.

4. Brugnoli E., Solomina O., Spaccino L., and Dolgova E. Climate signal in the ring width, density and carbon stable isotopes in pine (Pinus silvestris L.) in Central Caucasus. Geography, Environment, Sustainability. 2010. Vol. 3. No. 4. P. 4–16. https://doi.org/10.24057/2071-9388-2010-3-4-4-16

5. Bunce J.A. Responses of stomatal conductance to light, humidity and temperature in winter wheat and barley grown atthree concentrations of carbon dioxide in the field. Global Change Biology. 2000. Vol. 6. P. 371–382. https://doi.org/10.1046/j.1365-2486.2000.00314.x

6. Bunn A.G. A dendrochronology program library in R (dplR). Dendrochronologia. 2008. Vol. 26. P. 115–124. https://doi.org/10.1016/j.dendro.2008.01.002

7. Büntgen U. Scrutinizing tree-ring parameters for Holocene climate reconstructions. Wiley Interdisciplinary Reviews. 2022. Climate Change, e778. https://doi.org/10.1002/wcc.778

8. Büntgen U., Urban O., Krusic P.J., Rybníček M., Kolář T., Kyncl T., Ač A., Koňasová E., Čáslavský J., Esper J., Wagner S., Saurer M., Tegel W., Dobrovolný P., Cherubin P., Reinig F., and Trnka M. Recent European drought extremes beyond Common Era background variability. Nat. Geosci. 2021. Vol. 14. P. 190–196. https://doi.org/10.1038/s41561-021-00698-0

9. CooRecorder basics – Cybis Dendrochronology [Electronic data] http://www.cybis.se/forfun/dendro/ (access date: 23.04.2022)

10. Dolgova E. June–September temperature reconstruction in the Northern Caucasus based on blue intensity data. Dendrochronologia. 2016. Vol. 39. P. 17–23. https://doi.org/10.1016/j.dendro.2016.03.002

11. Engovatova A.V., Lazarev A.S., and Matskovsky V.V. Novye arkheologicheskie nakhodki dlya dendrokhronologicheskoi shkaly po khvoynym porodam dlya Yaroslavskoi i Kostromskoi oblasti. (New archaeological finds for conifer tree-ring width chronologies of the Yaroslavl and Kostroma regions.) In: The Archeology of the Moscow region. Moscow: Istitute of Archaeology RAS (Publ.), 2022. Vol. 18. P. 91–106. (in Russ.)

12. Esper J., Holzkämper S., Büntgen U., Schöne B., Keppler F., Hartl C., George S.S., Riechelmann D.F.C., and Treydte K. Site-specificclimatic signals in stable isotope records from Swedish pine forests. Trees. 2018. Vol. 32. P. 855–86. https://doi.org/10.1007/s00468-018-1678-z

13. Esper J., Krusic P.J., Ljungqvist F.C., Luterbacher J., Carrer M., Cook E., Davi N.K., Hartl-Meier C., Kirdyanov A., Konter O., Myglan V., Timonen M., Treydte K., Trouet V., Villalba R., Yang B., and Büntgen U. Ranking of tree-ring based temperature reconstructions of the past millennium. Quaternary Science Reviews. 2016. Vol. 145. P. 134–151. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2016.05.009

14. Farquhar G.D., Ehleringer J.R., and Hubick K.T. Carbon isotope discrimination and photosynthesis. Annual review of plant biology. 1989. Vol. 40. P. 503–537. https://doi.org/10.1146/annurev.pp.40.060189.002443

15. Fredeen A.L. and Sage R.F. Temperature and humidity effects on branchlet gas-exchange in white spruce: an explanation for the increase in transpiration with branchlet temperature. Trees. 1999. Vol. 14. P. 161–168. https://doi.org/10.1007/s004680050220

16. Gagen M., McCarroll D., and Edouard J.L. Latewood width, maximum density and stable carbon isotope ratios of pine as climate indicagtors in a dry subalpine environment, French Alps. 2004. Arctic, Antarctic, and Alpine Research. Vol. 36. P. 166–171. https://doi.org/10.1657/1523-0430(2004)036[0166:LWMDAS]2.0.CO;2

17. Gagen M., McCarroll D., Loader N.J., Robertson I., Jalkanen R., and Anchukaitis K.J. Exorcising the segment length curse’: summer temperature reconstruction since AD 1640 using non-detrended stable carbon isotope ratios from pine trees in northern Finland. Holocene. 2007. Vol. 17. P. 435–446. https://doi.org/10.1177/0959683607077012

18. Gagen M., Zorita E., McCarroll D., Young H.F., Grudd H., Jalkanen R., Loader N.J., Robertson I., and Kirchhefer A. Cloud response to summer temperatures in Fennoscandia over the last thousand years. Geophysical Research Letters. 2011. Vol. 38(5). L05701. https://doi.org/10.1029/2010GL046216

19. Grissino-Mayer H. Evaluating Crossdating Accuracy: A Manual and Tutorial for the Computer Program COFECHA. Tree-ring Res. 2001. Vol. 57. No. 2. P. 205–221.

20. Hartl-Meier C., Zang C., Büntgen U., Esper J., Rothe A., Göttlein A., Dirnböck T., and Treydte K. Uniform climate sensitivity in tree-ring stable isotopes across species and sites in a mid-latitude temperate forest. Tree Physiology. 2014. Vol. 35. P. 4–15. https://doi.org/10.1093/treephys/tpu096

21. Helama S., Stoffel M., Hall R.J., Jones P.D., Arppe L., Matskovsky V.V., Timonen M., Nojd P., Mielikainen K., and Oinonen M. Recurrent transitions to Little Ice Age-like climatic regimes over the Holocene. Climate dynamics. 2021. Vol. 56. No. 11. P. 3817–3833. https://doi.org/10.1007/s00382-021-05669-0

22. Hughes M.K., Olchev A., Bunn A.G., Berner L.T., Losleben M., and Novenko E. Different climate responses of spruce and pine growth in Northern European Russia. Dendrochronologia. 2019. 56. 125601. https://doi.org/10.1016/j.dendro.2019.05.005

23. Jiang S., Zhang T., Yuan Y., Yu S., Shang H., and Zhang R. Drought reconstruction based on tree-ring earlywood of Picea obovata Ledeb. for the southern Altay Mountains. Geografiska Annaler: Series A, Physical Geography. 2020. 102(3). 267–286. https://doi.org/10.1080/04353676.2020.1773060

24. Kang S., Loader N. J., Wang J., Qin C., Liu J., and Song M. Tree-Ring Stable Carbon Isotope as a Proxy for Hydroclimate Variations in Semi-Arid Regions of North-Central China. Forests. 2022. Vol. 13(4). P. 492. https://doi.org/10.3390/f13040492

25. Karpukhin A.A. and Matskovsky V.V. Absolyutnaya generalizirovannaya dendrokhronologicheskaya shkala basseinov rek Sheksna i Sukhona (1085–2009). (Absolute generalized dendrochronological scale of the Sheksna and Sukhona river basins (1085–2009)). Russ. Archaeol. 2014. Vol. 2. P. 76–87. (in Russ.)

26. Keeling C.D. The Suess effect: 13Carbon-14Carbon interrelations. Environ. Int. 1979. Vol. 2. P. 229–300. https://doi.org/10.1016/0160-4120(79)90005-9

27. Kress A., Saurer M., Siegwolf R.T.W., Frank, D.C., Esper J., and Bugmann H. A 350-year drought reconstruction from Alpine tree ring stable isotopes. Global Biogeochemical Cycles. 2010. 24, GB2011. https://doi.org/10.1029/2009GB003613

28. Kuznetsova V.V. and Solomina O.N. Contrasting climate signals across a Scots pine (Pinus sylvestris L.) tree-ring network in the Middle Volga (European Russia). Dendrochronologia. 2022. 125957. https://doi.org/10.1016/j.dendro.2022.125957

29. Larsson L-Å. CDendro & CooRecorder Program Package for Tree Ring Measurements and Crossdating of the Data, Version 8.1.1. 2016. http://www.cybis.se/forfun/dendro (access date: 23.04.2022)

30. Loader N.J., Young G.H.F., Grudd H., and McCarroll D. Stable carbon isotopes from Torneträsk, northern Sweden provide a millennial length reconstruction of summer sunshine and its relationship to Arctic circulation. Quaternary Science Review. 2013. Vol. 62. P. 97–113. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2012.11.014

31. Liu Y., Ta W., Li Q., Song H., Sun C., Cai Q., and Li W. Tree-ring stable carbon isotope-based April–June relative humidity reconstruction since ad 1648 in Mt. Tianmu, China. Climate dynamics. 2018. Vol. 50(5). P. 1733–1745. https://doi.org/10.1007/s00382-017-3718-6

32. Lukač L., Mikac S., Urban O., Kolář T., Rybníček M., Ač A., and Marek M. V. Stable Isotopes in Tree Rings of Pinus heldreichii Can Indicate Climate Variability over the Eastern Mediterranean Region. Forests. 2021.12(3). P. 350. https://doi.org/10.3390/f12030350

33. Matskovsky V.V. Climate signal in the width of annual rings of conifers in northern and central European Russia. Moscow: GEOS (Publ.), 2012. 148 p.

34. Matskovsky V. Climatic signal in tree-ring width chronologies of conifers in European Russia. International journal of climatology. 2016. Vol. 36(9). P. 3398–3406. https://doi.org/10.1002/joc.4563

35. McCarroll D., Gagen M.H., Loader N.J., Robertson I., Anchukaitis K.J., Los S., Young G.H.F., Jalkanen R., Kirchhefer A.J., and Waterhouse J.S. Correction of tree ring stable carbon isotope chronologies for changes in the carbon dioxide content of the atmosphere. Geochim. Cosmochim. Acta. 2009. Vol. 73. P. 1539–1547. https://doi.org/10.1016/j.gca.2008.11.041

36. McCarroll D. and Pawellek F. Stable carbon isotope ratios of Pinus sylvestris from northern Finland and the potential for extracting a climate signal from long Fennoscandian chronologies. The Holocene. 2001. Vol. 11. No. 5. P. 517–526. https://doi.org/10.1191/095968301680223477

37. Nikolov N.T., Massman W.J., and Schoettle A.W. Coupling bio-chemical and biophysical processes at the leaf level: an equilibrium photosynthesis model for leaves of C-3 plants. Ecological Modelling. 1995. Vol. 80. P. 205–235.

38. Panyushkina I.P., Karpukhin A.A., and Engovatova A.V. Moisture record of the Upper Volga catchment between AD 1430 and 1600 supported by a δ13C tree-ring chronology of archaeological pine timbers. Dendrochronologia. 2016. Vol. 39. P. 24–31. https://doi.org/10.1016/j.dendro.2016.02.002

39. Pogoda i klimat [Electronic data] http://www.pogodaiklimat.ru/history/27330.htm (access date: 09.02.2022)

40. R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria, 2021. URL https://www.R-project.org/ (access date: 23.04.2022)

41. Robertson I. and Woodborne S.W. Carbon Isotopes Confirm the Competitive advantages of Prosopis over Acacia Erioloba. In Study of Environmental Change Using Isotope Techniques, IAEA-CSP-13/P. International Atomic Energy Agency. Vienna. 2002. P. 433–434.

42. Sidorova O.V., Siegwolf R.T.W., Myglan V.S., Ovchinnikov D.V., Shishov V.V., Helle G., Loader N.J., and Saurer M. The application of tree-rings and stable isotopes for reconstructions of climate conditions in the Russian Altai. Climatic Change. 2013. Vol. 120 (1). P. 153–167. https://doi.org/10.1007/s10584-013-0805-5

43. Solomina O.N., Bushueva I.S., Dolgova E.A., Zolotokrylin A.N., Kuznettsova V.V., Kuznetsova T.O., and Tchernokulsky A.V. Zasukhi Vostochno-Evropeiskoi ravniny po gidrometeorologicheskim i dendrokhronologicheskim dannym (Droughts of the East European Plain according to hydrometeorological and tree-ring data). St. Petersburg: Nestor Istoriya (Publ.), 2017. 360 p. (In Russ.)

44. Stokes M.A. and Smiley T.L. An Introduction to Tree-Ring Dating Chicago: University of Chicago Press (Publ.), 1968. 95 p.

45. Voelker S.L., Merschel A.G., Meinzer F.C., Ulrich D.E., Spies T.A., and Still C.J. Fire deficits have increased drought sensitivity in dry conifer forests: Fire frequency and tree-ring carbon isotope evidence from Central Oregon. Global Change Biology. 2019. Vol. 25(4). P.1247–1262. https://doi.org/10.1111/gcb.14543

46. Waterhouse J.S., Barker A.C., Carter A.H.C., Agafonov L.I., and Loader N.J. Stable carbon isotopes in Scots pine tree rings preserve a record of flow of the river Ob. Geophysical Research Letters. 2000. Vol. 27. P. 3529–3532. https://doi.org/10.1029/2000GL006106

47. Warren C.R., McGrath J.F., and Adams M.A. Water availability and carbon isotope discrimination in conifers. Oecologia. 2001. 127. P. 476–486. https://doi.org/10.1007/s004420000609

48. Wigley T.M., Briffa K.R., and Jones P.D. On the average value of correlated time series, with applications in dendroclimatology and hydrometeorology. Journal of Applied Meteorology and Climatology. 1984. Vol. 23. No. 2. P. 201–213.


Рецензия

Для цитирования:


Мацковский В.В., Кузнецова В.В., Семеняк Н.С., Турчинская М.С., Зазовская Э.П., Энговатова А.В., Лазарев А.С., Жданова Е.Ю., Долгова Е.А., Соломина О.Н. Дендроклиматический потенциал стабильных изотопов углерода в целлюлозе годичных колец Pinus sylvestris L. в Ярославской и Костромской областях. Геоморфология. 2022;53(3):74-82. https://doi.org/10.31857/S0435428122030099

For citation:


Matskovsky V.V., Kuznetsova V.V., Semenyak N.S., Turchinskaya S.M., Zazovskaya E.P., Engovatova A.V., Lazarev A.S., Zhdanova E.Yu., Dolgova E.A., Solomina O.N. Dendroclimatic potential of stable carbon isotopes in tree-ring cellulose of Pinus sylvestris L. in Yaroslavl and Kostroma regions; European Russia. Geomorfologiya. 2022;53(3):74-82. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S0435428122030099

Просмотров: 209


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2949-1789 (Print)
ISSN 2949-1797 (Online)