Лаборатория геоинформационных технологий

GIS Lab
Краткая аннотация деятельности лаборатории: 

В лаборатории проводятся исследования, целью которых является изучение ландшафтных особенностей климатогенной динамики наземных экосистем и связанных с ней измененийих продуктивности. В различных регионах Урала и Субарктики изучается влияние климатических факторов на ростовые процессы и возобновление доминирующих древесных и кустарниковых видов, а также изменения состава, структуры, фитомассы и пространственного распределения образуемых ими сообществ в переходных зонах лес–горная тундра и лес–горная степь. На основе повторного картирования с использованием ГИС и данных дистанционного зондирования (включая лазерное сканирование местности), сравнения разновременных тематических карт и анализа возрастной структуры древостоев и кустарниковых зарослей производится реконструкция пространственно-временной динамики древесной и кустарниковой растительности и дается оценка изменений запасов фитомассы.

Summary of lab activities: 
The laboratory carry out research aimed at studying the landscape features of the climate-induced dynamics of the terrestrial ecosystems and related changes in their productivity. In different regions of the Uralsand Subarctic, the influence of climatic factors on growth processes and the regeneration of dominant tree and shrub species, as well aschanges of the composition, structure, phytomass and spatial distribution of the communities formed by them in transition zones forest–mountain tundra and forest– mountain steppe. Based on re-mapping using GIS and remote sensing data (including laser scanning of the area), comparing thematic maps of different times and the analysis of the age structure of tree stands and shrubs the spatio-temporal dynamics of woody and shrubby vegetation is reconstructed and the phytomass changes are estimated.
Фотография лаборатории: 
Направления исследований: 

Основное:

Изучение на количественном уровне структуры и динамики древесной и кустарниковой растительности в переходных зонах лес–горная тундра и лес–горная степь, в связи с изменениями в последние столетия климата и комплекса локальных экологических условий. В рамках этого направления (1) на сериях пробных площадок вдоль высотного градиента исследуются состав, морфологическая и возрастная структура древостоев и кустарниковых зарослей, начальные этапы возобновления доминирующих древесных и кустарниковых видов, структура напочвенного покрова и комплекс современных микроклиматических и почвенно-грунтовых условий в летний и зимний периоды; (2) проводится реконструкция пространственно-временной динамики древесной и кустарниковой растительности при помощи анализа возрастной структуры древостоев и кустарниковых зарослей, старых и современных описаний, изображений на старых и современных ландшафтных фотоснимках, сравнения контуров границ древесных и кустарниковых сообществ, отображенных на старых и современных тематических картах (включая топографические и геоботанические карты, планы лесонасаждений), создаваемых на основе космоснимков высокого разрешения и данных лазерного сканирования местности и аэрофотосъемки с БПЛА; (3) анализируются изменения климата и оценивается их влияние на условия местообитаний и пространственно-временную динамику древесной и кустарниковой растительности.

Дополнительное:

Слежение за влиянием изменений климата на биоту высокогорий в рамках международной программы GLORIA (Global Observation Research Initiativein Alpine Environments). В основу исследований в рамках инициативы GLORIA положен методический подход, получивший название «Многовершинный» (Multi-summit approach) суть которого в том, что в пределах одного района исследований пробные площади размещаются на не менее чем четырех «макушках» (зона от высшей точки горы до высоты на 10 м ниже нее) разновысотных гор, образующие единую серию, в пределах которой представлена растительность переходных полос между различными высотными поясами и субпоясами (www.gloria.ac.at).

История лаборатории: 

Исследование структуры и динамики древесной растительности в переходной зоне лес–горная тундра на Урале было начато, когда студент Лесотехнического института Степан Григорьевич Шиятов был отправлен на Северный Урал Павлом Леонидовичем Горчаковским для сбора материалов для написания дипломной работы, посвященной анализу состава и структуры высокогорных редколесий и криволесий, а также закономерностям высотного распространения верхней границы леса в пределах Кытлымского горного узла. Позже, в 1960 г., уже в аспирантуре С.Г. Шиятов под руководством П.Л. Горчаковского приступил к изучению структуры древостоев на верхней границе леса на Полярном Урале в районе г. Черной. Результаты этих работ в 1964 г. стали основой его кандидатской диссертации на тему «Динамика верхней границы леса на восточном склоне Полярного Урала (бассейн реки Соби)». В 1981 г. он защитил докторскую диссертацию на тему «Климатогенные смены лесной растительности на верхнем и полярном пределах ее произрастания», где на основе классических методов изучения лесных экосистем и развитых им дендрохронологических методов был заложен фундамент исследований климатогенной динамики наземных экосистем на Урале. В последующем С.Г. Шиятов, возглавляя лабораторию дендрохронологии, горячо поддерживал и направлял все исследования по этой тематике. Большой вклад в это время внесли работы В.С. Мазепы, который со своими учениками продолжил такие исследования на Полярном Урале. На основе накопленного ранее опыта в 2002 г. в рамках международного проекта INTAS-01-0052 была разработана комплексная программа исследований пространственно-временной динамики древесной растительности на верхнем пределе ее распространения. В результате работ по этому гранту, а также по грантам РФФИ-05-04-48466, РФФИ-07-04-00850, РФФИ-08-04-00208, РФФИ-10-05-00778, РФФИ-11-04-00623 и ряду других в течение следующих 16 лет на склонах ключевых горных массивов и хребтов Южного (массив Иремель, хр. Бол.Нургуш, Бол. Таганай), Северного (массивы гор Конжаковский  Камень, Молебный Камень, Ярута) и Приполярного (окрестности г. Неройка) и Полярного (район г. Черная и массива Рай-Из, верховья рек Щучья и Байдарата) Урала были  заложены 25 высотных профилей, где описано около 22000 деревьев и единиц подроста (у 12000 определен возраст), проведены многолетние наблюдения за температурами воздуха и почв, мощностью снежного покрова, почвенные исследования, а для отдельных вершин (массивов Иремель, Конжаковский Камень и район г. Черная и массива Рай-Из) созданы цифровые карты растительности. В 2017–2019 гг. в рамках гранта РНФ были проведены аналогичные работы на склонах гор массива Хибины (Кольский п-ов) и в западной части плато Путорана. Также в это же время совместно с З.Я. Нагимовым активно проводились работы по изучению закономерностей накопления фитомассы у отдельных деревьев и древостоев, произрастающих в пределах переходной зоны лес–горная тундра. В 2015 году были начаты исследования динамики древесной и кустарниковой растительности на остепненных склонах гор восточного макросклона Южного Урала и оценке влияния на нее современных изменений климата. В конце 2018 года небольшая группа сотрудников лаборатории дендрохронологии во главе с Моисеевым П.А. была выделена в отдельную лабораторию по исследованию ландшафтных особенностей климатогенной динамики наземных экосистем и связанных с ней изменений их продуктивности.

Материальная база: 

Лаборатория располагает системой лазерного сканирования местности ЛСКАН-2, а также программным обеспечением для создания цифровой модели рельефа, сегментации (выделения из общей поверхности точек) и оценки размеров деревьев и кустарников. Лаборатория оснащена необходимым полевым снаряжением и лабораторным оборудованием для сбора и подготовки образцов древесины (кернов и спилов).

Экспедиции: 

Полярный, Приполярный, Северный, Средний, Южный Урал, плато Путорана, Хибины.

Международное сотрудничество: 

В настоящее время лаборатория имеет контакты с лабораториями, находящимися в Западной Европе (Швейцария, Германия, Австрия, Испания). Формы контактов самые разнообразные: проведение совместных исследований, получение международных грантов различных научных фондов,проведение международных экспедиций на территории России, участие в работе международных конференций, публикация коллективных статей и монографии.

Проекты: 

2017–2019 гг. – грант РНФ–17–14–01112 «Климатогенная динамика древесной растительности в горах Субарктики России и ее влияние на изменение запасов углерода на локальном и региональном уровнях»

Учебная деятельность: 

Студентам Уральского государственного лесотехнического университета сотрудниками лаборатории ежегодно читаются лекции и проводятся лабораторные практикумы.

Базы данных: 

База данных ландшафтных фотоснимков высокогорий Урала.

База содержит несколько тысяч фотоснимков высокогорий Урала, начиная с 1902 г. Для многих точек сделаны повторные снимки с одной и той же точки с разницей в несколько десятилетий.

Основные публикации коллектива: 

Devi, N. M., Kukarskih, V. V, Galimova, А. A., Mazepa, V. S. & Grigoriev, A.A. 2020: Climate change evidence in tree growth and stand productivity at the upper treeline ecotone in the Polar Ural Mountains. Forest Ecosystems. 7:7, 2–16.

Grigoriev A.A. Expansion of Juniperus sibirica Burgsd. as a response to climate change and associated effect on mountain tundra vegetation in the Northern Urals / A.A. Grigoriev, Y.V. Shalaumova, O.V. Erokhina [et al.]// Journal of Mountain Science. – 2020. – №17. – P. 2339-2353. – Doi: 10.1007/s11629-019-5925-6

Гайсинa И.К. Экспансия древесной растительности в экотоне лес–горная степь на Южном Урале в связи с изменениями климата и влажности местообитаний / И.К. Гайсинa, П.А. Моисеев, И.И. Махмутова [и др.] // Экология. – 2020. – № 4. – С. 251–264. Doi: 10.31857/S0367059720040071

Hagedorn F., Dawes M.A., Bubnov M.O., Devi N.M., Grigor'ev A.A.,  Mazepa V.S., Nagimov Z.Y., Shiyatov S.G., Moiseev P.A. 2020: Latitudinal decline in stand biomass and productivity at the elevational treeline in the Ural mountains despite a common thermal growth limit. J Biogeogr.;47:1827–1842. https://doi.org/10.1111/jbi.13867

Shiryaev A.G., Moiseev P.A., Devi N.M., Kukarskih V.V., Elsakov V.V.  2019: Arctic greening caused by warming contributes to compositional changes of mycobiota at the Polar Urals. Forests. 10, 1112; doi:10.3390/f10121112 https://www.mdpi.com/1999-4907/10/12/1112

Moiseev P.A., Galimova A.A., Bubnov M.O., Devi N.M., Fomin V.V. 2019: Tree Stands and Their Productivity Dynamics at the Upper Growing Limit in Khibiny on the Background of Modern Climate Changes. Russian Journal of Ecology, Vol. 50, Issue 5, pp. 431–444. https://doi.org/10.1134/S1067413619050084

Grigor’ev A.A., Devi N.M., Kukarskikh V.V., V’yukhin S.O., Galimova A.A., Moiseev P.A., Fomin V.V. 2019: Structure and Dynamics of Tree Stands at the Upper Timberline in the Western Part of the Putorana Plateau. Russian Journal of Ecology, Vol. 50, Issue 4, pp. 311–322. https://doi.org/10.1134/S1067413619040076

Grigorieva A.V., Moiseev P.A.  2018: Peculiarities and determinants of regeneration of Siberian larch on the upper limit of its growth in the Urals. Contemporary Problems of Ecology.  Vol. 11.  Issue 1,  pp. 13–25.  https://doi.org/10.1134/S1995425518010031

Sanchez-Salguero, R., Camarero, J. J., Gutierrez, E., &Gazol, Antonio; Sangüesa-Barreda, Gabriel; Moiseev, Pavel ; Linares, J. C. 2018: Climate Warming Alters Age-Dependent Growth Sensitivity to Temperature in Eurasian Alpine Treelines. Forests. V. 9 (688). P. 1–21. https://doi.org/10.3390/f9110688

Moiseev P.A., Gaisin I.K., Bubnov M.O., Moiseeva O.O. 2018: Dynamics of tree vegetation in steppificated areas on the slopes of the Southern Kraka massif during past 80 years. Russian Journal of Ecology, Vol. 49, Issue 2, pp. 190–195.  https://doi.org/10.1134/S1067413618020108

Kukarskih V.V., Devi N.M., Moiseev P.A., Grigoriev A.A., Bubnov M.O. 2018: Latitudinal and temporal shifts in the radial growth-climate response of Siberian larch in the Polar Urals. Journal of Mountain Science. Vol. 15,  Issue 4, pp. 722–729. https://doi.org/10.1007/s11629-017-4755-7

Rohan Shetti, Allan Buras, Marko Smiljanic, Martin Hallinger, Andrey A. Grigoriev, Martin Wilmking. Does sex matter? Gender-specificity and its influence on site-chronologies in the common dioecious shrub Juniperus communis / Dendrochronologia 49 (2018) 118–126. https://doi.org/10.1016/j.dendro.2018.03.006

Gazol A., Moiseev P., Camarero J.J. 2017: Changes in taxonomic and functional diversity patterns following treeline advances in the South Urals. Plant ecology and diversity. Vol. 10, Issue 4, pp. 283–293. http://dx.doi.org/10.1080/17550874.2017.1400126

Solly E.F., Djukic I., Moiseev P.A., Andreyashkina N.I., Devi N.M., Göransson H., Mazepa V.S.,  Shiyatov S.G., Trubina M.R.,  Schweingruber F.H., Wilmking M., Hagedorn F. 2017: Treeline advances and associated shifts in the ground vegetation alter fine root dynamics and mycelia production in the South and Polar Urals. Oecologia, Vol. 183, Issue 2, pp. 571–586. https://doi.org/10.1007/s00442-016-3785-0

Pellizzari E., Camarero J. J., Gazol A., Granda E., Shetti R., Wilmking M., Moiseev P., Pividori M., Carrer M. 2017: Diverging shrub and tree growth from the Polar to the Mediterranean biomes across the European continent.  Global Change Biology, Vol. 23,  Issue 8, pp. 3169–3180.  https://doi.org/10.1111/gcb.13577

Moiseev P.A., Bubnov M.O., DeviN.M., NagimovZ.Ya. 2016:  Changes in the Structure and Phytomass of Tree Stands at the Upper Limit of Their Growth in the Southern Urals // Russian Journal of Ecology, Vol. 47, Issue 3, pp. 219–227.  https://doi.org/10.1134/S1067413616030085

Hellmann L., Agafonov L., Churakova (Sidorova) O., Düthorn E., Eggertsson O., Esper J., Kirdyanov A.V., Knorre A.A., Matskovsky V., Moiseev P., Myglan V.S., Nikolaev A.N., Reinig F., Schweingruber F., Solomina O., Tegel W., Büntgen U. 2016: Regional coherency of boreal forest growth defines Arctic driftwood provenancing.  Dendrochronologia, Vol. 39,  pp. 3–9. https://doi.org/10.1016/j.dendro.2015.12.010

Hellmann L., Agafonov L., Ljungqvist F. C., Churakova (Sidorova) O., Düthorn E., Esper J., Hülsmann L., Kirdyanov A.V., Moiseev P., Myglan V.S., Nikolaev A.N., Reinig F., Schweingruber F.H., Solomina O., Tegel W., Büntgen U. 2016: Diverse growth trends and climate responses across Eurasia’s boreal forest. Environmental Research Letters, Vol. 11, Issue 7. DOI: 10.1088/1748-9326/11/7/074021 http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/11/7/074021/meta

Winkler M., Lamprecht A., Steinbauer K., Hülber K., Theurillat J.-P., Breiner F., Choler P., Ertl S., Gutiérrez Girón A., Rossi G., Vittoz P., Akhalkatsi M., Bay C., Benito Alonso J.-L., Bergström T., Carranza M. L., Corcket E., Dick J., Erschbamer B., FernándezCalzado R., Fosaa A. M., Gavilán R.G., Ghosn D., Gigauri K., Huber D., Kanka R., Kazakis G., Klipp M., Kollar J., Kudernatsch T., Larsson P., Mallaun M., Michelsen O., Moiseev P., Moiseev D., Molau U., Molero Mesa J., Morra di Cella U., Nagy L., Petey M., Pușcaș M., Rixen C., Stanisci A., Suen M., Syverhuset A. O., Tomaselli M., Unterluggauer P., Ursu T., Villar L., Gottfried M., Pauli H. 2016: The rich sides of mountain summits - a pan-European view on aspect preferences of alpine plants.  Journal of Biogeography,  Vol. 43,  Issue 11, pp. 2261–2273. https://doi.org/10.1111/jbi.12835

Moiseev P.A., Shiyatov S.G., Grigiriev A.A. Climate-induced dynamics of woody vegetation on upper limit of their distribution on ridge Bol’shoiTaganai over last hundred years. Ekaterinburg: 2016. 136 p (in Russian).

Hagedorn F.,  Shiyatov S.G., Mazepa V.S.,  Devi N.M., Grigor'ev A.A.,  Bartish A.A., Fomin V.V., Kapralov D.S., Terent'ev M., Bugman H., Rigling A., Moiseev P.A. 2014 :Treeline advances along the Urals mountain range – driven by improved winter conditions?  Global Change Biology, Vol. 20, Issue 11, pp. 3530–3543. https://doi.org/10.1111/gcb.12613

Grigor’ev A.A., Moiseev P.A., Nagimov Z. Ya. 2013: Dynamics of the timberline in high mountain areas of the nether-polar Urals under the influence of current climate change.  Russian Journal of Ecology, Vol. 44, Issue 4, pp. 312–323. https://doi.org/10.1134/S1067413613040061

Pauli H., Gottfried M., Dullinger S., Abdaladze O., Akhalkatsi M., Alonso J.L.B., Coldea G., Dick J., Erschbamer B., Calzado R.F., D. Ghosn, Holten J.I., Kanka R., Kazakis G., Kollár J., Larsson P., Moiseev D., Moiseev P., Molau U., Mesa J. M., Nagy L., Pelino G., Puşcaş M., Rossi G., Stanisci A., Syverhuset A.O., Theurillat J.-P., Tomaselli M., Unterluggauer P., Villar L., Vittoz P., Grabherr G.  2012: Recent Plant Diversity Changes on Europe's Mountain Summits. Science, Vol. 336, Issue 6079, pp. 353–355. DOI: 10.1126/science.1219033 http://science.sciencemag.org/content/336/6079/353

Kirdyanov, A. V., Hagedorn, F., Knorre, A. A., Fedotova, E. V., Vaganov, E.A., Naurzbaev, M. M., Moiseev, P.A. Rigling, A. 2012: 20th century tree-line advance and vegetation changes along an altitudinal transect in the PutoranaMountains, northern Siberia.  Boreas, Vol. 41, Issue 1, pp. 56–67. https://doi.org/10.1111/j.1502-3885.2011.00214.x

Gottfried M., Pauli H., Futschik A., Akhalkatsi M., Barancok P., Аlonso J. L.B., Coldea G., Dick J., Erschbamer B., Calzado M. R. F., Kazakis G., Krajci J., Larsson P., Mallaun M., Michelsen O., Moiseev D., Moiseev P., Molau U., Merzouki A., Nagy L., Nakhutsrishvili G., Pedersen B., Pelino G., Puscas M., Rossi G., Stanisci A., Theurillat J-P., Tomaselli M., Villar L., Vittoz P., Vogiatzakis I., Grabherr G. 2012: Continent-wide response of mountain vegetation to climate change. Nature Climate Change, Vol. 2, Issue 2,  pp. 111–115. https://doi.org/10.1038/nclimate1329

Grigor’ev A.A., Moiseev P.A., Nagimov Z. Ya. Trees stands formation in highlands of Sub-Polar Urals in conditions of contemporary climate change / UralStateForestEngineeringUniversity press. Ekaterinburg. 2012. 176 p (inRussian).

Moiseev P.A., Bartysh A.A., NagimovZ.Ya. 2010: Climate Changes and Tree Stand Dynamics at the Upper Limit of Their Growth in the North Ural Mountains. Russian Journal of Ecology, Vol. 41, Issue 6,  pp. 486–497. https://doi.org/10.1134/S1067413610060056

Kammer А. Hagedorn F., Shevchenko I. , Leifeld, J. Guggenberger G., Goryacheva T., Rigling A., Moiseev P.  2009: Treeline shifts in the Ural mountains affect soil organic matter dynamics.  Global Change Biology, Vol. 5, Issue 6, pp. 1570–1583. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2009.01856.x

Devi N., Hagedorn F., Moiseev P., Bugmann H., Shiyatov S., Mazepa V., Rigling A. 2008: Expanding forests and changing growth forms of Siberian larch at the Polar Urals treeline during the 20th century. Global Change Biology,  Vol. 14, Issue 7,  pp.1581–1591. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2008.01583.x

Koshkina N.B., Moiseev P.A., Goryaeva A.V. 2008: Reproduction of the Siberian Spruce in the Timberline ecotone of the Iremel’ Massif. Russian Journal of Ecology, Vol. 39, Issue 2, pp. 83–91. https://doi.org/10.1134/S1067413608020021

Babenko T.S., Nagimov Z.Y., Moiseev P.A.  2008: Specific Features of Siberian Spruce (Piceaobovata) Growth at the Upper Limit of Its Distribution in the Iremel’ Mountain Range, Southern Urals. Russian Journal of Ecology, Vol. 39, Issue 1, pp. 63–67.  https://doi.org/10.1134/S1067413608010104

Dullinger S. et al. 2007: Weak and variable relationships between environmental severity and small-scale co-occurrence in alpine plant communities. J. Ecology, № 95, Issue 6, pp. 1284–1295.  https://doi.org/10.1111/j.1365-2745.2007.01288.x

Kapralov D.S., Shiyatov S.G., Moiseev P.A., Fomin V.V. 2006: Changes in the Composition, Structure, and Altitudinal Distribution of Low Forests at the Upper Limit of Their Growth in the Northern Ural Mountains. Russian Journal of Ecology, Vol. 37, Issue 6, pp. 367–372. https://doi.org/10.1134/S1067413606060014

Moiseev P.A., van der Meer M., Rigling A., Shevchenko I.G. 2004: Effect of climate change on the formation of Siberian spruce generations on subglotsy tree stands of the Southern Urals // Russian Journal of Ecology. Vol. 35,  Issue 3, pp. 135–143. https://doi.org/10.1023/B:RUSE.0000025962.01684.4f

Moiseev P.A., Shiyatov S.G., 2003. TheUseofOld Landscape Photographs for Studying Vegetation Dynamics at the TreelineEcotone in the Ural Highlands, Russia. In Nagy, L., Grabherr, G., Körner, C., Thompson, D. B.A., editors, Alpine Biodiversity in Europe, Berlin: Springer-Verlag, 423–436.

Moiseev P.A., 2002. Influence of climate change on radial increment and formation of age structure of subalpine larch forests of KuznetskiAlatau over 330 years. Russian Journal of Ecology, Vol. 33, Issue 1, pp. 7–13. https://doi.org/10.1023/A:1013659319452

X