Assessment of Mixed Forest Stand Biomass in Kamchatka Using Tree-Rings

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

In this study, the results of tree-ring based biomass reconstruction as well as carbon uptake of Kamchatka forest stands are presented. Up till now, there are no biomass instrumental measurements available for the Kamchatka Peninsula that could be used to develop species-specific regional allometric models. The problem of lack of data was solved by using measurement series from nearby areas (Magadan oblast and the Sikhote-Alin Mountains). The biomass reconstruction is based on the tree-ring width chronologies of poplar, birch, larch and trunk diameters measured in the field. The results show that the biomass variation is determined by two parameters: summer air temperatures variations and the anthropogenic factor. Positive response of all tree-ring width chronologies to summer air temperatures is strong evidence of the contribution of this parameter to the variability of biomass. It was found that the relationship between biomass and temperature weakened in the 1940s and 1960s, when the recorded vast logging and fires in the area of the Esso settlement led to an increase in tree growth due to an increase in light availability. The reconstructed biomass and net primary production series almost completely coincide for a whole common 22-year period. Considering that both series were obtained by independent methods — based on the tree-ring width and remote sensing data, the tree-ring based biomass reconstruction is highly reliable. Short series of net primary production data obtained from remote sensing do not allow us to assess past long-term changes, since it covers only the last decades, while the tree-rings can provide the biomass estimate for several centuries.

About the authors

E. A. Dolgova

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Email: dolgova@igras.ru
Moscow, Russia

I. S. Bushueva

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Email: bushueva@igras.ru
Moscow, Russia

R. R. Bichurin

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Email: terpomo@bk.ru
Moscow, Russia

V. V. Kuznetzova

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Email: kuznetsova@igras.ru
Moscow, Russia

V. V. Matskovsky

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Email: matskovsky@igras.ru
Moscow, Russia

N. S. Semenyak

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Email: semenyak@igras.ru
Moscow, Russia

References

  1. Алексеев В.А., Шамшин В.А. Об экологии и структуре каменноберезовых лесов Камчатки // Ботанический журн. 1972. Т. 57. № 9. С. 1055–1068.
  2. Взнуздаев Н.А., Карпачевский Л.О. Характеристика водно-физических свойств и водного режима лесных почв Центральной части долины р. Камчатки (на примере Козыревского лесничества) // Почвоведение. 1961. № 10. С. 30–43.
  3. Долгова Е.А, Семеняк Н.С., Джaлиашвили Т.Г., Бичурин Р.Р., Соломина О.Н., Михаленко В.Н., Воробьев М.А. Дендроклиматические исследования на полуострове Камчатка: матер. науч. конф. (Москва, ноябрь 2023). М., 2023. 210 с.
  4. Завадская А.В., Николаева Е.А., Сажина В.А., Шпиленок Т.И., Шувалова О.А. Экономическая оценка природных ресурсов и экосистемных услуг Кроноцкого заповедника и Южно-Камчатского заказника. Петропавловск-Камчатский, 2017. 244 с.
  5. Зонн С.В., Карпачевский Л.О., Стефин В.В. Лесные почвы Камчатки. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 255 с.
  6. Камчатское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (2020). Краткое описание климатических особенностей полуострова Камчатка. http://kammeteo.ru/gms9.html (дата обращения 10 июня 2024 г.).
  7. Касаткин А.С., Жанабаева А.С., Иванов А.В., Пауков Д.В., Акимов Р.Ю. Надземная фитомасса деревьев в лесах южного Сихотэ-Алиня // Эко-потенциал. 2016. № 13. С. 32–36.
  8. Кнорре А.А. Интеграционные подходы и методы дендрохронологии в изучении динамических процессов наземных экосистем разного типа. Дисс. ... д-ра биол. наук. Красноярск: Сибирский фед. ун-т, 2022. 273 с.
  9. Москалюк Т.А. Фитомасса модельных деревьев как основа изучения биологической продуктивности лесов Магаданской области // Эко-потенциал. 2015. № 10. С. 18–24.
  10. Мосолов В.И. Сохранение диких северных оленей на Камчатке // Rangifer. 2000. С. 95–98.
  11. Нешатаева В.Ю. Растительность полуострова Камчатка. М: Изд-во науч. изданий КМК, 2009. 537 с.
  12. Терлецкая А.Т. Растительный покров Дальнего Востока: учеб. пособие. Хабаровск: Изд-во Тихоокеанского гос. ун-та, 2013. С. 58–66.
  13. Усольцев В.А. Фитомасса модельных деревьев лесообразующих пород Евразии: база данных, климатически обусловленная география, таксационные нормативы. 2016. 336 с.
  14. Усольцев В.А. Фитомасса модельных деревьев для дистанционной и наземной таксации лесов Евразии. 2023. 324 с.
  15. Уткин А.И., Замолодчиков Д.Г., Честных О.В. Органический углерод лиственничных лесов России // Хвойные бореальной зоны. 2003. Т. 21. № 1. С. 66–76.
  16. Федотов С.А., Масуренков Ю.П. Действующие вулканы Камчатки. В 2-х т. М.: Наука, 1991. 302 с.
  17. Швиденко А.З., Щепащенко Д.Г. Углеродный бюджет лесов России // Сибирский лесной журн. 2014. № 1. C. 69–92.
  18. Babst F., Poulter B., Trouet V., Tan K., Neuwirth B., Wilson R., Frank D. Site-and species-specific responses of forest growth to climate across the European continent // Global Ecology and Biogeography. 2013. Vol. 22. № 6. P. 706–717.
  19. Babst F., Bouriaud O., Alexander R., Trouet V., Frank D. Toward consistent measurements of carbon accumulation: A multi-site assessment of biomass and basal area increment across Europe // Dendrochronologia. 2014. Vol. 32. № 2. P. 153–161.
  20. Bakker J.D. A new, proportional method for reconstructing historical tree diameters // Canadian J. of Forest Research. 2005. Vol. 35. № 10. P. 2515–2520.
  21. Beer C., Reichstein M., Tomelleri E., Ciais P., Jung M., Carvalhais N., Papale D. Terrestrial gross carbon dioxide uptake: global distribution and covariation with climate // Science. 2010. Vol. 329. № 5993. P. 834–838.
  22. Bouriaud O., Bréda N., Dupouey J., Granier A. Is ring width a reliable proxy for stem-biomass increment? A case study in European beech // Canadian J. of Forest Research. 2005. Vol. 35. № 12. P. 2920–2933.
  23. Bunn A.G. A dendrochronology program library in R (dplR) // Dendrochronologia. 2008. Vol. 26 (2). P. 115–124.
  24. Deck C., Wiles G., Frederick S., Matsovsky V., Kuderina T., D’Arrigo R., Wiesenberg N. Climate response of larch and birch forests across an elevational transect and hemisphere-wide comparisons, Kamchatka Peninsula, Russian Far East // Forests. 2017. Vol. 8. № 9. P. 315–332.
  25. Doležal J., Ishii H., Vetrova V.P., Sumida A., Hara T. Tree growth and competition in a Betula platyphylla–Larix cajanderi post-fire forest in central Kamchatka // Annals of Botany. 2004. Vol. 94. № 3. P. 333–343.
  26. Harris I., Jones P.D., Osborn T.J., Lister D.H. Updated high-resolution grids of monthly climatic observations–the CRU TS3. 10 Dataset // Int. J. of Climatology. 2014. Vol. 34 (3). P. 623–642.
  27. Holmes R.L. Computer-assisted quality control in tree-ring dating and measurement // Tree-Ring Bull. 1983. № 43. P. 69–78.
  28. IPCC I. Guidelines for national greenhouse gas inventories / National Greenhouse Gas Inventories Programme / H.S. Eggleston, L. Buendia, K. Miwa, T. Ngara, K. Tanabe (Eds.). Japan: IGES, 2006.
  29. Jacoby G., Solomina O., Frank D., Eremenko N., Arrigo R. Kunashir (Kuriles) Oak 400-year reconstruction of temperature and relation to the Pacific Decadal Oscillation // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2004. Vol. 209. № 1–4. P. 303–311.
  30. Kasischke E.S. Boreal ecosystems in the global carbon cycle // Fire, climate change, and carbon cycling in the boreal forest. NY: Springer, 2000. P. 19–30.
  31. Korneva I.A., Toropov P.A., Muraviev A.Y., Aleshina M.A. Climatic factors affecting Kamchatka glacier recession // Int. J. of Climatology. 2024. Vol. 44. № 2. P. 345–369.
  32. Larsson L. CooRecorder and Cdendro programs of the CooRecorder/Cdendropackage version 7.6. 2013. http://www.cybis.se/forfun/dendro/
  33. Lockwood B.R., Maxwell J.T., Robeson S.M., Au T.F. Assessing bias in diameter at breast height estimated from tree rings and its effects on basal area increment and biomass // Dendrochronologia. 2021. Vol. 67. P. 125844.
  34. Martin P.H., Nabuurs G.J., Aubinet M., Karjalainen T., Vine E.L., Kinsman J., Heath L.S. Carbon sinks in temperate forests // Annual Review of Energy and the Environment. 2001. Vol. 26. № 1. P. 435–465.
  35. Suzuki H. Estimation of aboveground and belowground carbon stock in a forest of Northern Hokkaido. Poc. Doc, Hokkaido Univ., Japan. 2012.
  36. Takagi K., Kotsuka C., Fukuzawa K., Kayama M., Makoto K., Watanabe T., et al. Allometric relationships and carbon and nitrogen contents for three major tree species (Quercus crispula, Betula ermanii, and Abies sachalinensis) in Northern Hokkaido, Japan // Eurasian J. of Forest Research. 2010. Vol. 13. № 1. P. 1–7.
  37. Running S., Zhao M. MODIS/Terra Net Primary Production Gap-Filled Yearly L4 Global 500m SIN Grid V061. 2021, distributed by NASA EOSDIS Land Processes Distributed Active Archive Center. https://doi.org/10.5067/MODIS/MOD17A3HGF.061 (accessed 10.10.2024).
  38. Usoltsev V.A., Chasovskikh V.P., Bogoslovskaya О.А., Noritsina Yu.V., Galako V.A., Terekhov G.G. Estimating Forest Carbon Stock in Alpine and Arctic Ecotones of the Urals // Siberian J. of Forest Sci. 2014. № 5. P. 77–92.
  39. Wigley T.M., Briffa K.R., Jones P.D. On the average value of correlated time series, with applications in dendroclimatology and hydrometeorology // J. of Applied Meteorology and Climatology. 1984. Vol. 23. № 2. P. 201–213.
  40. Zang C., Biondi F. Treeclim: an R package for the numerical calibration of proxy-climate relationships // Ecography. 2015. Vol. 38 (4). P. 431–436.
  41. Zianis D. Predicting mean aboveground forest biomass and its associated variance // Forest Ecology and Management. 2008. Vol. 256. № 6. P. 1400–1407.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).