Nagimov Z. Ya., Grigor’ev A. A., Balakin D. S., Bartysh A. A., Moiseev P. A., Shevelina I. V. Reserves of Aboveground Phytomass and Deposited Carbon in Spruce Tree Stands in the Highlands of the Southern Urals (on the Example of Maly Iremel Mountain)
1 Ural State Forest Engineering University
Sibirskiy Trakt, 37, Yekaterinburg, 620100 Russian Federation
2 Institute of Plant and Animal Ecology, Ural Br., Rus. Acad. Sci.,
8 Мarta str., 202, Yekaterinburg, 620144 Russian Federation
E-mail: nagimovzy@m.usfeu.ru, grigoriev.a.a@ipae.uran.ru, dmitrijbalakin047@gmail.com,
bartishaa@m.usfeu.ru, moiseev@ipae.uran.ru, shevelinaiv@m.usfeu.ru
Abstract
UDC 630.5
How to cite: Nagimov Z. Ya.1, Grigor’ev A. A.1, 2, Balakin D. S.1, 2, Bartysh A. A.1, Moiseev P. A.2, Shevelina I. V.1 Reserves of aboveground phytomass and deposited carbon in spruce tree stands in the highlands of the southern Urals (on the example of Maly Iremel mountain) // Sibirskij Lesnoj Zurnal (Sib. J. For. Sci.). 2025. N. 4. P. … (in Russian with English abstract and references).
DOI: 10.15372/SJFS20250406
EDN: …
© Nagimov Z. Ya., Grigor’ev A. A., Balakin D. S., Bartysh A. A., Moiseev P. A., Shevelina I. V., 2025
It has been established that in the highlands of the Southern Urals, spruce trees are represented by single- and multi-stemmed forms of growth. Over the past two decades, the total number of spruce trees in the upper tree-line ecotone has increased significantly, which indicates the continued colonization of relatively open spaces of the ecotone with woody vegetation. The nature of the dependence of the mass of the crowns as a whole and the mass of the needles on the diameter of the stems is determined by the form of tree growth. Therefore, when evaluating these fractions of aboveground phytomass, the corresponding equations should be developed separately for single- and multi-stemmed trees. The form of the growth does not affect the dependence of the mass of trunks on their diameter. The total aboveground phytomass of spruce stands, and, consequently, the reserves of carbon deposited in them, increase significantly as the altitude above sea level decreases. During the period from 2002 to 2024, the aboveground phytomass of sparse tree stands and open forests increased at a higher rate than in the lower closed forest. In particular, it increased 2.3 times in sparse tree stands, 1.9 times in open forests, and only 1.2 times in closed forests. This situation is explained by the continued expansion of arboreal vegetation in the upper tree-line ecotone and the lower age of the stands formed there. The data we have obtained on the reserves of aboveground phytomass of spruce stands and carbon deposited in them can be used to assess and forecast the biosphere role (in particular, the carbon budget) of forests formed in previously treeless territories of highlands as a result of modern climate change.
Article
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (REFERENCES)
Аткин А. С. Закономерности формирования органической массы в лесных сообществах: автореф. дис. д-ра. с.-х. наук: 06.03.03. Екатеринбург: УГЛТА, 1994. 40 с. [Atkin A. S. Zakonomernosti formirovaniya organicheskoy massy v lesnykh soobshchestvakh: avtoref. dis. d-ra. s.-kh. nauk: 06.03.03 (Patterns of organic matter formation in forest communities: Dr. Agr. Sci. (DSc) thesis: For. Sci. & Silviculture). Yekaterinburg: UGLTA (Ural. St. For. Engineer. Acad.), 1994. 40 p. (in Russian)].
Бабенко Т. С. Закономерности роста деревьев и древостоев ели сибирской в высокогорьях Южного Урала: на примере горы Малый Иремель: автореф. дис. … канд. с.-х. наук: 06.03.02/06.03.03. Екатеринбург: УГЛТУ, 2006. 22 с. [Babenko T. S. Zakonomernosti rosta derev’ev i drevostoev eli sibirskoy v vysokogor’yakh Yuzhnogo Urala: na primere g. Maly Iremel’: avtoref. dis. … kand. s.-kh. nauk: 06.03.02/06.03.03 (Patterns of growth of trees and stands of Siberian spruce in the highlands of the Southern Urals: on the example of the of Maly Iremel mountain: Cand. Agr. Sci. (PhD) thesis: For. Sci. & Silviculture. Yekaterinburg: UGLTU (Ural. St. For. Engineer. Univ.), 2006. 20 p. (in Russian)].
Бартыш А. А. Закономерности формирования древостоев на верхней границе леса в условиях современного изменения климата (на примере Тылайско-Конжаковско-Серебрянского горного массива): автореф. дис. … канд. с.-х. наук: 06.03.02/06.03.03. Екатеринбург: УГЛТУ, 2008. 22 с. [Bartysh A. A. Zakonomernosti formirovaniya drevostoev na verkhney granitse lesa v usloviyakh sovremennogo izmeneniya klimata (na primere Tylaysko-Konzhakovsko-Serebryanskogo gornogo massiva): avtoref. dis. … kand. s.-kh. nauk: 06.03.02/06.03.03 (Patterns of formation of stands on the upper border of the forest in the conditions of modern climate change (on the example of the Tylaysko-Konzhakovsko-Serebryansky mountain range): Cand. Agr. Sci. (PhD) thesis: For. Sci. & Silviculture. Yekaterinburg: UGLTU (Ural. St. For. Engineer. Univ.), 2008. 22 p. (in Russian)].
Бобкова К. С., Тужилкина В. В. Содержание углерода и калорийность органического вещества в лесных экосистемах Севера // Экология. 2001. № 1. С. 69–71 [Bobkova K. S., Tuzhilkina V. V. Soderzhanie ugleroda i kaloriynost’organicheskogo veshchestva v lesnykh ekosistemakh Severa (Carbon concentrations and caloric value of organic matter in northern forest ecosystems) // Ekologiya (Ecology). 2001. N. 1. P. 69–71 (in Russian with English abstract)].
Богословская О. А. Запасы углерода в насаждениях некоторых экотонов и на лесопокрытых площадях уральского региона: автореф. дис. … канд. с.-х. наук: 06.03.02/06.03.03. Екатеринбург: УГЛТУ, 2005. 24 с. [Bogoslovskaya O. A. Zapasy ugleroda v nasazhdeniyakh nekotorykh ehkotonov i na lesopokrytykh ploshchadyakh ural’skogo regiona: avtoref. dis. … kand. s.-kh. nauk: 06.03.02/06.03.03 (Carbon reserves in the stands of some ecotones and in forested areas of the Ural region: Cand. Agr. Sci. (PhD) thesis: For. Sci. & Silviculture. Yekaterinburg: UGLTU (Ural. St. For. Engineer. Univ.), 2005. 24 p. (in Russian)].
Вараксин Г. С., Поляков В. И., Люминарская М. А. Биологическая продуктивность сосны обыкновенной в Средней Сибири // Лесоведение. 2008. N. 3. С. 14–19 [Varaksin G. S., Polyakov V. I., Lyuminarskaya M. A. Biologicheskaya produktivnost’ sosny obyknovennoy v Sredney Sibiri (Biological productivity of common pine in Central Siberia) // Lesovedenie (For. Sci.). 2008. N. 3. P.14–19 (in Russian with English abstract)].
Горчаковский П. Л. Растительный мир высокогорного Урала. М.: Наука, 1975. 283 с. [Gorchakovskiy P. L. Rastitel’ny mir vysokogornogo Urala (Plant world of the high-altitude Urals). Moscow: Nauka (Science), 1975. 283 p. (in Russian)].
Горчаковский П. Л., Шиятов С. Г. Фитоиндикация условий среды и природных процессов в высокогорьях. М.: Наука, 1985. 208 с. [Gorchakovskiy P. L., Shiyatov S. G. Fitoindikatsiya usloviy sredy i prirodnykh protsessov v vysokogor’yakh (Phytoindication of environmental conditions and natural processes in the highlands). Moscow: Nauka (Science), 1985. 208 p (in Russian)].
Григорьев А. А., Моисеев П. А., Нагимов З. Я. Формирование древостоев в высокогорьях Приполярного Урала в условиях современного изменения климата. Екатеринбург: УГЛТУ, 2012. 170 с. [Grigor’ev A. A., Moiseev P. A., Nagimov Z. Ya. Formirovanie drevostoev v vysokogor’yakh Pripolyarnogo Urala v usloviyakh sovremennogo izmeneniya klimata (The formation of tree stands in the highlands of the Circumpolar Urals in the conditions of modern climate change). Yekaterinburg: UGLTU (Ural. St. For. Engineer. Univ.), 2012. 170 p. (in Russian)].
Дэви Н. М. Морфогенез лиственницы сибирской в связи с современным изменением климата в высокогорьях Полярного Урала: автореф. дис. … канд. биол. наук: 03.00.16. Пермь: Перм. гос. ун-т, 2008. 25 с. [Devi N. M. Morfogenez listvennitsy sibirskoy v svyazi s sovremennym izmeneniem klimata v vysokogor’yakh Polyarnogo Urala: avtoref. dis. … kand. biol. nauk: 03.00.16 (Morphogenesis of Siberian larch in connection with modern climate change in the highlands of the Polar Urals: Cand. Biol. Sci. (PhD) thesis: Ecology). Perm: Perm gos. un-t (Perm St. Univ.), 2008. 25 p. (in Russian)].
Замолодчиков Д. Г., Грабовский В. И., Коровин Г. Н., Курц В. А. Оценка и прогноз углеродного бюджета лесов Вологодской области по канадской модели СВМ-CFS // Лесоведение. 2008. N. 6. С. 3–14 [Zamolodchikov D. G., Grabovskiy V. I., Korovin G. N., Kurts V. A. Otsenka i prognoz uglerodnogo byudzheta lesov Vologodskoy oblasti po kanadskoy modeli SVM-CFS (Assessment and forecast of the carbon budget of forests of the Vologda Oblast by the Canadian model CBM-CFS) // Lesovedenie (For. Sci.). 2008. N. 6. P. 3–14 (in Russian with English abstract)].
Кнорре А. А., Кирдянов А. В., Федотова Е. В., Наурзбаев М. М. Изменчивость видового разнообразия и надземной фитомассы вдоль высотного трансекта Северо-западной оконечности плато Путорана // Геогр. и природ. рес. 2006. N. 3. С. 75–81 [Knorre A. A., Kirdyanov A. V., Fedotova E. V., Naurzbaev M. M. Izmenchivost’ vidovogo raznoobraziya i nadzemnoy fitomassy vdol’ vysotnogo transekta Severo-zapadnoy okonechnosti plato Putorana (Variability in species diversity and surface biomass along the altitudinal transect of the northwestern termination of the Putoran mountains) // Geogr. i prirod. res. (Geogr. Nat. Res.). 2006. N. 3. P. 75–81 (in Russian with English abstract)].
Кобак К. И. Биотические компоненты углеродного цикла. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 248 с. [Kobak K. I. Bioticheskie komponenty uglerodnogo tsikla (Biotic components of the carbon cycle). Leningrad: Gidrometeoizdat, 1988. 248 p. (in Russian)].
Кузнецов М. А., Бобкова К. С. Потоки органического углерода в системе почва-фитоценоз ельника чернично-сфагнового средней тайги республики Коми // Экология. 2014. N. 5. С. 338–345 [Kuznetsov M. A., Bobkova K. S. Potoki organicheskogo ugleroda v sisteme pochva-fitotsenoz el’nika chernichno-sfagnovogo sredney taygi respubliki Komi (Organic carbon fluxes in the system soil-phytocenosis of bilberry-sphagnum spruce forest in the middle taiga zone of the Komi republic) // Ekologiya (Ecology). 2014. N. 5. P. 338–345 (in Russian with English abstract)].
Курбанов Э. А. Бюджет углерода сосновых экосистем Волго-Вятского района. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. 254 с. [Kurbanov E. A. Byudzhet ugleroda sosnovykh ekosistem Volgo-Vyatskogo rayona (Carbon budget of pine ecosystems in the Volga-Vyatka region). Yoshkar-Ola: MaRGTU (Mary St. Technol. Univ.), 2002. 254 p. (in Russian)].
Кутявин И. Н. Сосновые леса Северного Приуралья: строение, рост, продуктивность. Сыктывкар: Ин-т биол. Коми науч. центра УрО РАН, 2018. 176 с. [Kutyavin I. N. Sosnovye lesa Severnogo Priural’ya: stroenie, rost, produktivnost’ (Pine forests of the Northern Cis-Urals: structure, growth, productivity). Syktyvkar: In-t boil. Komi nauch. tsentra Uro RAN (Inst. Biol. Komi Sci. Centre Ural Br. Rus. Acad. Sci.), 2018. 176 p. (in Russian)].
Моисеев П. А. Структура и динамика древесной растительности на верхнем пределе ее произрастания на Урале: автореф. дис. ... д-ра. биол. наук: 03.02.08. Екатеринбург: Ин-т экол. раст. и животн. УрО РАН, 2011. 42 с. [Moiseev P. A. Struktura i dinamika drevesnoy rastitel'nosti na verkhnem predele ee proizrastaniya na Urale: avtoref. dis. ... d-ra biol. nauk: 03.02.08 (The structure and dynamics of woody vegetation at the upper limit of its growth in the Urals: Dr. Biol. Sci. (DSc) thesis: Ecology). Yekaterinburg: In-t ekol. rast. i zhivotn. UrO RAN (Ins. Plant Animal Ecol. Ural Br. Rus. Acad. Sci.), 2011. 42 p. (in Russian)].
Моисеев П. А., Бубнов М. О., Дэви Н. М., Нагимов З. Я. Изменение структуры и фитомассы древостоев на верхнем пределе их произрастания на Южном Урале // Экология. 2016. N. 3. C. 163–172 [Moiseev P. A., Bubnov M. O., Dehvi N. M., Nagimov Z. Ya. Izmenenie struktury i fitomassy drevostoev na verkhnem predele ikh proizrastaniya na Yuzhnom Urale (Changes in the structure and phytomass of tree stands at the upper limit of their growth in the Southern Urals) // Ekologiya (Ecology). 2016. N. 3. P. 163–172 (in Russian with English abstract)].
Нагимов З. Я., Фастовец А. А., Моисеев П. А., Шевченко И. Г. Структура фитомассы ели в высокогорьях Южного Урала // Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса: Мат-лы междунар. науч.-практ. конф. Екатеринбург: УГЛТУ, 2003. С. 308–309 [Nagimov Z. Ya., Fastovets A. A., Moiseev P. A., Shevchenko I. G. Struktura fitomassy eli v vysokogor’yakh Yuzhnogo Urala (The structure of spruce phytomass in the highlands of the Southern Urals) // Sotsial’no-ekonomicheskie i ekologicheskie problemy lesnogo kompleksa: Mat-ly mezhdunar. nauch.-prakt. konf. (Socio-economic and ecological problems of forest complex: Proc. Int. Sci.-Praсt. Conf.). Yekaterinburg: UGLTU (Ural. St. For. Engineer. Univ.), 2003. P. 308–309 (in Russian)].
Поздняков Л. К., Протопопов В. В., Горбатенко В. М. Биологическая продуктивность лесов Средней Сибири и Якутии. Красноярск: Краснояр. кн. изд-во, 1969. 156 с. [Pozdnyakov L. K., Protopopov V. V., Gorbatenko V. M. Biologicheskaya produktivnost’ lesov Sredney Sibiri i Yakutii (Biological productivity of forests in Central Siberia and Yakutia). Krasnoyarsk: Krasnoyar. kn. izd-vo (Krasnoyarsk Book Publ.), 1969. 156 p. (in Russian)].
Разжигаева О. А., Воробьев И. Б., Громов А. М., Моисеев П. А., Нагимов З. Я. Особенности формирования древостоев в экотоне лес – горная тундра (г. Дальний Таганай, Южный Урал) // Леса России и хоз-во в них. 2024. N. 2 (89). С. 48–57 [Razzhigaeva O. A., Vorob’ev I. B., Gromov A. M., Moiseev P. A., Nagimov Z. Ya. Osobennosti formirovaniya drevostoev v ekotone les – gornaya tundra (g. Dal’niy Taganay, Yuzhny Ural) (Spatial structure of tree stands in the ecotone forest-mountain tundra on the slopes of Dalniy Taganai (Southern Ural)) // Lesa Rossii i khoz-vo v nikh (For. of Russia and Economy in Them). 2024. N. 2 (89) P. 48–57 (in Russian with English abstract)].
Семечкина М. Г. Структура фитомассы сосняков. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1978. 165 с. [Semechkina M. G. Struktura fitomassy sosnyakov (The structure of the phytomass of pine forests). Novosibirsk: Nauka. Sib. otd-nie (Science. Sib. Br.)), 1978. 165 p. (in Russian)].
Стаканов В. Д., Алексеев В. А., Коротков И. А., Климушин Б. Л. Методика определения запасов фитомассы и углерода лесных сообществ В кн.: Углерод в экосистемах лесов и болот России. Красноярск: Экос, 1994. С. 48–69 [Stakanov V. D., Alekseev V. A., Korotkov I. A., Klimushin B. L. Metodika opredeleniya zapasov fitomassy i ugleroda lesnykh soobshchestv (Methodology for determining phytomass and carbon reserves of forest communities) In: Uglerod v ehkosistemakh lesov i bolot Rossii (Carbon storage in ecosystems of forests and peatlands of Russia). Krasnoyarsk: Ekos, 1994. P. 48–69 (in Russian)].
Усольцев В. А. Моделирование структуры и динамики фитомассы древостоев. Красноярск: КГУ, 1985. 192 с. [Usol’tsev V. A. Modelirovanie struktury i dinamiki fitomassy drevostoev (Modeling of the structure and dynamics of phytomass of tree stands). Krasnoyarsk: KGU (Krasnoyarsk St. Univ.), 1985. 192 p. (in Russian)].
Усольцев В. А. Фитомасса лесов Северной Евразии: нормативы и элементы географии. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 763 с. [Usol’tsev V. A. Fitomassa lesov Severnoy Evrazii: normativy i elementy geografii (Phytomass of forests of Northern Eurasia: standards and elements of geography). Yekaterinburg: UrO RAN (Ural Br. Rus. Acad. Sci.), 2002. 763 p. (in Russian with English title, summary and contents)].
Усольцев В. А., Нагимов З. Я. Методы таксации фитомассы деревьев. Свердловск: УЛТИ, 1988. 43 с. [Usol'tsev V. A., Nagimov Z. Ya. Metody taksatsii fitomassy derev’ev (Methods of tree biomass measurements). Sverdlovsk: ULTI (Ural For. Engineer. Inst.), 1988. 43 p. (in Russian)].
Шиятов С. Г. Дендрохронология верхней границы леса на Урале. М.: Наука, 1986. 136 с. [Shiyatov S. G. Dendrokhronologiya verkhney granitsy lesa na Urale (Dendrochronology of the upper forest boundary in the Urals). Moscow: Nauka (Science), 1986. 136 p. (in Russian)].
Шиятов С. Г. Динамика древесной и кустарниковой растительности в горах Полярного Урала под влиянием современных изменений климата. Екатеринбург: УрО РАН, 2009. 215 с. [Shiyatov S. G. Dinamika drevesnoy i kustarnikovoy rastitel’nosti v gorakh Polyarnogo Urala pod vliyaniem sovremennykh izmeneniy klimata (Dynamics of woody and shrub vegetation in the polar Urals under the influence of current climate changes). Yekaterinburg: UrO RAN (Ural Br. Rus. Acad. Sci.), 2009. 215 p. (in Russian)].
Birdsey R. A. Carbon storage and accumulation in United States forest ecosystems. USDA For. Serv. Gen. Tech. Rep. WO-59, 1992. 51 p.
Bobkova K. S., Tuzhilkina V. V. Carbon concentrations and caloric value of organic matter in northern forest ecosystems // Rus. J. Ecol. 2001. V. 32. N. 1. P. 63–65 (Original Rus. Text © K. S. Bobkova, V. V. Tuzhilkina, 2001, publ. in Ekologiya. 2001. N. 1. P. 69–71).
Hagedorn F., Shiyatov S. G., Mazepa V. S., Devi N. M., Grigor’ev A. A., Bartysh A. A., Fomin V. V., Kapralov D. S. , Terent’ev M., Bugman H., Rigling A., Moiseev P. A. Treeline advances along the Ural mountain range – driven by improved winter conditions? // Glob. Change Biol. 2014. V. 20. Iss. 11. P. 3530–3543.
Hansson A., Dargusch P., Shulmeister J. A review of modern treeline migration, the factors controlling it and the implications for carbon storage // J. Mount. Sci. 2021. V. 18. Iss. 2. P. 291–306.
Harsch M. A., Hulme P. E., McGlone M. S., Duncan R. P. Are treelines advancing? A global meta-analysis of treeline response to climate warming // Ecol. Lett. 2009. V. 12. Iss. 10. P. 1040–1049.
Kearney M. S. Recent seedling establishment at timberline in Jasper National Park, Alta // Can. J. Bot. 1982. V. 60. N. 11. Р. 2282–2287.
Kullman L., Öberg L. Post-Little Ice Age tree line rise and climate warming in the Swedish Scandes: a landscape ecological perspective // J. Ecol. 2009. V. 97. Iss. 3. P. 415–429.
Kuznetsov M. A., Bobkova K. S. Organic carbon fluxes in the system soil-phytocenosis of bilberry-sphagnum spruce forest in the middle taiga zone of the Komi republic // Rus. J. Ecol. 2014. V. 45. N. 5. P. 338–344 (Original Rus. Text © M. A. Kuznetsov, K. S. Bobkova, 2014, publ. in Ekologiya. 2014. N. 5. P. 338–345).
Lavoie C., Paeytte S. Black spruce growth forms as a records of a changing winter environment at treeline, Quebec, Canada // Arct. Alp. Res. 1992. V. 24. N. 1. P. 315–326.
Moiseev P. A., Bubnov M. O., Devi N. M., Nagimov Z. Ya. Changes in the structure and phytomass of tree stands at the upper limit of their growth in the Southern Urals // Rus. J. Ecol. 2016. V. 47. P. 219–227 (Original Rus. Text © P. A. Moiseev, M. O. Bubnov, N. M. Devi, Z. Ya. Nagimov, 2016, publ. in Ekologiya. 2016. N. 3. P. 163–172).
Moiseev P. A., Hagedorn F., Balakin D. S., Bubnov M. O., Devi N. M., Kukarskih V. V., Mazepa, V. S., Viyukhin, S. O., Viyukhina, A. A., Grigoriev, A. A. Stand biomass at treeline ecotone in Russian subarctic mountains is primarily related to species composition but its dynamics driven by improvement of climatic conditions // Forests. 2022. V. 13. Iss. 2. Article number 254. 21 p.
