geomgouГеографическая среда и живые системыGeographical Environment and Living Systems2712-76132712-7621Московский государственный областной университет10.18384/2712-7621-2024-3-26-46geomgou-1374Research ArticleОТКЛИКИ ЛАНДШАФТОВ И ЭКОСИСТЕМ НА ГЛОБАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТАRESPONSES OF LANDSCAPES AND ECOSYSTEMS TO GLOBAL CLIMATE CHANGEГорные тундры Южного Урала: современное распространение и угроза исчезновения в ххi векеAlpine tundras of the Southern Urals: current distribution and threat of extinction in the 21st centuryhttps://orcid.org/0000-0002-7446-0654ГригорьевА. А.GrigorievA. A.

Григорьев Андрей Андреевич – кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник лаборатории геоинформационных технологий

620144, г. Екатеринбург, ул. 8 марта, д. 202

Andrey A. Grigoriev – PhD (Agricultural), Senior Researcher, Laboratory of Geographic information Technologies

8 Мarta st. 202, Yekaterinburg 620144

grigoriev.a.a@ipae.uran.ruШалаумоваЮ. В.ShalaumovaYu. V.

Шалаумова Юлия Валерьевна – кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории геоинформационных технологий

620144, г. Екатеринбург, ул. 8 марта, д. 202

Yulia V. Shalaumova – PhD (Engineering), Senior Researcher, Laboratory of Geographic information Technologies

8 Мarta st. 202, Yekaterinburg 620144

https://orcid.org/0009-0005-4033-6267ТерентьеваМ. В.TerentyevaM. V.

Терентьева Мария Вячеславовна – инженер 1 категории лаборатории геоинформационных технологий

620144, г. Екатеринбург, ул. 8 марта, д. 202

Maria V. Terentyeva – Engineer of the 1st category, Laboratory of Geographic information Technologies

8 Мarta st. 202, Yekaterinburg 620144

terenteva_mv@ipae.uran.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7173-4878ВьюхинС. О.VyukhinS. O.

Вьюхин Сергей Олегович – младший научный сотрудник лаборатории геоинформационных технологий

620144, г. Екатеринбург, ул. 8 марта, д. 202

Sergey O. Vyukhin – Junior Researcher, Laboratory of Geographic information Technologies

8 Мarta st. 202, Yekaterinburg 620144

sergey.vyuhin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7339-1266БалакинД. С.BalakinD. S.

Балакин Дмитрий Сергеевич – младший научный сотрудник лаборатории геоинформационных технологий

620144, г. Екатеринбург, ул. 8 марта, д. 202

Dmitry S. Balakin – Junior Researcher, Laboratory of Geographic information Technologies

8 Мarta st. 202, Yekaterinburg 620144

dmitrijbalakin047@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4808-295XМоисеевП. А.MoiseevP. A.

Моисеев Павел Александрович – доктор биологических наук, заведующий лаборатории геоинформационных технологий

620144, г. Екатеринбург, ул. 8 марта, д. 202

Pavel A. Moiseev – Dr. Sci. (Biology), Laboratory Head, Laboratory of Geographic information Technologies

8 Мarta st. 202, Yekaterinburg 620144

moiseev@ipae.uran.ruИнститут экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Plant and Animal Ecology, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Plant and Animal Ecology, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202404022025032646Copyright © Григорьев А.А., Шалаумова Ю.В., Терентьева М.В., Вьюхин С.О., Балакин Д.С., Моисеев П.А., 20252025Григорьев А.А., Шалаумова Ю.В., Терентьева М.В., Вьюхин С.О., Балакин Д.С., Моисеев П.А.Grigoriev A.A., Shalaumova Y.V., Terentyeva M.V., Vyukhin S.O., Balakin D.S., Moiseev P.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.geoecosreda.ru/jour/article/view/1374Цель

Цель. Анализ современного распространения горных тундр на территории Южного Урала, определение и каталогизация площадей, занятых сообществами горной тундры для оценки возможной угрозы их исчезновения в XXI веке.

Процедура и методы

Процедура и методы. На спутниковых изображениях открытых картографических сервисов (Яндекс, Google) выполнен визуальный поиск потенциального расположения тундровых сообществ в горах Южного Урала. Проведено маршрутное обследование основных горных вершин и хребтов (Большой Таганай, Уреньга, Зюраткуль, Большая Сука, Уван, Зигальга, Ягодный, Машак, Кумардак, Нары, Куянтау, Иремель, Нургуш), где дистанционно были выявлены предполагаемые места расположения горных тундр с целью уточнения их действительного наличия (или отсутствия) на местности. В геоинформационной системе полученные данные были совмещены с цифровой моделью рельефа, и были рассчитаны площади горных тундр. Видовой состав и основные типы горно-тундровых сообществ были определены методом маршрутного рекогносцировочного обследования.

Результаты

Результаты. Показано, что в горах Южного Урала сообщества горных тундр распространены на широтах от 53,7 до 55,4° с. ш. не менее чем на 37 вершинах (12 горных хребтов и массивов). Наибольшие по площади участки горных тундр расположены на хребтах Зигальга и Нургуш, массивах Куянтау и Иремель. На эти участки приходится около 80% в сумме (не менее 546 га) от площади всех горных тундр Южного Урала. Участки с небольшой площадью горных тундр (менее 20 га по отдельности) находятся на хребтах: Большой Таганай, Зюраткуль, Уреньга, Нургуш, Ягодный, Большая Сука, Нары, Машак, Кумардак и отдельных вершинах хребта Зигальга. Общая площадь горных тундр на этих хребтах составляет не менее 140 га (около 20% от общей площади горных тундр на Южном Урале). Составлен каталог и карта современного распространения горных тундр на Южном Урале. Определены участки, где горные тундры исчезли в предыдущие десятилетия и, вероятно, могут исчезнуть в будущие десятилетия.

Теоретическая и/или практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при создании моделей климатогенной трансформации высокогорных экосистем Южного Урала и служить основой для мониторинга их состояния при различных сценариях изменения климата в будущем.

Aim

Aim. Analysis of the current distribution of mountain tundra in the South Urals, determination and cataloging of areas occupied by mountain tundra communities to assess the possible threat of their extinction in the 21st century.

Methodology

Methodology. A visual search for potential locations of alpine tundra communities in the Southern Urals was conducted on satellite images from open mapping services (Yandex, Google) in maximum resolution. The principal peaks and ridges were subjected to detailed survey (Bolshoy Taganay, Urenga, Zyuratkul, Bolshaya Suka, Uvan, Zigalga, Yagodny, Mashak, Kumardak, Nary, Kuyantau, Iremel, Nurgush), and the locations of alpine tundra were identified. In a geographic information system, the obtained data were combined with a digital elevation model in order to calculate the area of alpine tundra. The species composition and the principal types of mountain tundra communities were identified through the utilisation of the route reconnaissance survey.

Results

Results. The present study demonstrates that alpine tundra communities are pervasive in the Southern Urals mountains, spanning latitudes between 53.7 and 55.4°N across a minimum of 37 peaks (comprising 12 mountain ranges and massifs). The largest alpine tundras in terms of area are located on the Zigalga, Nurgush ridges and the Kuyantau and Iremel massifs. These areas represent 80% of the total area of mountain tundra in the Southern Urals (at least 546 ha). The areas comprising alpine tundra, which collectively encompass less than 20 ha, are situated on the ridges of Bolshoy Taganay, Zyuratkul, Urenga, Nurgush, Yagodny, Bolshaya Suka, Nary, Mashak, Kumardak, and the individual peaks of Zigalga. The total area of alpine tundra on these ridges is estimated to be at least 140 hectares, which represents approximately 20% of the total area of all alpine tundra in the Southern Urals. A comprehensive catalogue and map of the contemporary distribution of alpine tundra in the Southern Urals have been compiled. The locations where mountain tundra has undergone a significant decline over recent decades and is likely to continue this trend in future decades have been identified.

Research implications

Research implications. The findings of this study can be utilized to develop models of climatogenic transformation in high-mountain ecosystems of the Southern Urals, and subsequently used to monitor their condition under a range of climate change scenarios in the future. 

динамика растительностилокальное вымирание видовверхняя граница лесаизменение климатаУральские горыvegetation dynamicslocal species extinctionupper treelineclimate changeUral Mountains Работа выполнена при финансовой поддержке проекта Российского научного фонда №24-27-00338.  This study was supported by the Russian Science Foundation, grant №24-27-00338.ReferencesВысоцкая А. А., Медведков А. А. Климатогенное "позеленение" курумовых ландшафтов в долине нижнего течения реки подкаменная тунгуска // ИнтерКарто. ИнтерГИС. 2022. т. 28. № 1. Doi: 10.35595/2414-9179-2022-1-28-305-313Vysotskaya A. A., Medvedkov A. A. [Climate-driven “greening” of the kurum landscape in the valley of the lower reaches of the Podkamennaya Tunguska river]. in: InterCarto. InterGIS [interCarto. interGiS], 2022, vol. 28, no. 1, pp. 305–313. Doi: 10.35595/2414-91792022-1-28-305-313Горчаковский п. Л. опыт ботанико-географического подразделения высокогорий Урала // проблемы ботаники. Вып. 5 / под общ. ред. п. А. Генкеля. М.; Л.: Академия наук СССР в Ленинграде, 1960. С. 32–46.Gorchakovsky P. L. [Experience of the botanical and geographical subdivision of the Ural highlands]. in: Genkel P. A., ed. Problemy botanikov. Vyp. 5 [Problems of Botany. issue 5]. Moscow; Leningrad, Akademiya nauk SSSR v Leningrade, 1960, pp. 32–46.Горчаковский п. Л. Флора и растительность высокогорий Урала. Свердловск, 1966. 270 с.Gorchakovsky P. L. Flora i rastitelnost vysokogoriya Urala [Flora and vegetation of the Ural highlands]. Sverdlovsk, 1966. 270 p.Горчаковский п. Л., Шиятов С. Г. Фитоиндикация условий среды и природных процессов в высокогорьях. М.: Наука, 1985. 208 с.Gorchakovsky P. L., Shiyatov S. G. Fitoindikatsiya usloviy okruzhayushchey sredy i razvitiya protsessov v usloviyakh krizisa [Phytoindication of environmental conditions and natural processes in the highlands]. Moscow, Nauka Publ., 1985. 208 p.Им С. т., харук В. И. Климатически индуцированные изменения в экотоне альпийской лесотундры плато путорана // Исследование Земли из космоса. 2013. № 5. С. 32. Doi: 10.7868/S0205961413040052im S. T., Kharuk V. i. [Climatically induced changes in the ecotone of the alpine forest-tundra of the Putorana Plateau]. in: Issledovaniye Zemli iz kosmosa [Exploration of the Earth from Space], 2013, no. 5, p. 32. Doi: 10.7868/S0205961413040052Моисеев п. А., Шиятов С. Г., Григорьев А. А. Климатогенная динамика древесной растительности на верхнем пределе ее распространения на хребте Большой таганай за последнее столетие. Екатеринбург: Издательство УМЦ УпИ, 2016. 136 с.Moiseev P. A., Shiyatov S. G., Grigoriev A. A. Klimatogennaya dinamika drevesnoy rastitelnosti v verkhney chasti yeye rasprostraneniya na Khrebte Bolshogo Taganay za posledneye stoletiye [Climatogenic dynamics of woody vegetation at the upper limit of its distribution on the Bolshoy Taganay Ridge over the past century]. Yekaterinburg: izdatelstvo UMTS UPi Publ., 2016. 136 p.Пространственно-временная динамика древесной и кустарниковой растительности в горную тундру Дальнего таганая (Южный Урал) / А. А. Григорьев, Р. С. Клям, С. о. Вьюхин, А. М. Громов, Д. С. Балакин, И. Б. Воробьев, Ю. В. Шалаумова // Леса России и хозяйство в них. 2023. № 3. С. 28–38. Doi: 10.51318/FRET.2023.3.86.004Grigoriev A. A., Klyam R. S., Vyukhin S. o., Gromov A. M., Balakin D. S., Vorobyov i. B., Shalaumova Yu. V. [Spatio-temporal dynamics of tree and shrub vegetation in the mountain tundra of Far Taganay (Southern Urals)]. in: Lesa Rossii i khozyaystvo v nikh [Forests of Russia and their management], 2023, no. 3, pp. 28–38. Doi: 10.51318/FRET.2023.3.86.004Шиятов С. Г. Динамика древесной и кустарниковой растительности в горах полярного Урала под влиянием современных изменений климата. Екатеринбург: Уро РАН, 2009. 216 с.Shiyatov S. G. Dinamika drevesnoy i kustarnikovoy rastitelnosti v gorakh Polyarnogo Urala pod vliyaniyem sovremennykh izmeneniy klimata [Dynamics of tree and shrub vegetation in the mountains of the Polar Urals under the influence of modern climate change]. Ekaterinburg, Uro RAN Publ., 2009. 216 p.Шиятов С. Г., Моисеев п. А., Григорьев А. А. Фотомониторинг древесной и кустарниковой растительности в высокогорьях Южного Урала за последние 100 лет. Екатеринбург: Издательство УМЦ УпИ, 2020. 191 с.Shiyatov S. G., Moiseev P. A., Grigoriev A. A. Fotomonitoring drevesnoy i kustarnikovoy rastitelnosti v vysokikhryakh Yuzhnogo Urala za posledniye 100 let [Photomonitoring of tree and shrub vegetation in the highlands of the Southern Urals over the past 100 years]. Ekaterinburg, izdatelstvo UMTS UPi Publ., 2020. 191 p.Accelerated increase in plant species richness on mountain summits is linked to warming / M. J. Steinbauer, J. A. Grytnes, G. Jurasinski et al. // Nature. 2018. Vol. 566. P. 231–236. Doi: 10.1038/s41586-018-0005-6Steinbauer M. J., Grytnes J. A., Jurasinski G., et al. Accelerated increase in plant species richness on mountain summits is linked to warming. in: Nature, 2018, vol. 566, pp. 231–236. Doi: 10.1038/s41586-018-0005-6Are treelines advancing? A global meta-analysis of treeline response to climate warming / M. A. Harsch, P. E. Hulme, M. S. McGlone, et al. // Ecology Letters. 2009. № 12. P. 1040–1049. Doi: 10.1111/j.1461-0248.2009.01355.xHarsch M. A., Hulme P. E., McGlone M. S., et al. Are treelines advancing? A global metaanalysis of treeline response to climate warming. in: Ecology Letters, 2009, no. 12, pp. 1040–1049. Doi: 10.1111/j.1461-0248.2009.01355.xContinent-wide response of mountain vegetation to climate change / M. Gottfried, H. Pauli, A. Futschik, et al. // Nature Climate Change. 2012. Vol. 2. P. 111–115. Doi: 10.1038/nclimate1329Gottfried M., Pauli H., Futschik A., et al. Continent-wide response of mountain vegetation to climate change. in: Nature Climate Change, 2012, vol. 2, pp. 111–115. Doi: 10.1038/nclimate1329Hansson A., Dargusch P., Shulmeister J. A review of modern treeline migration, the factors controlling it and the implications for carbon storage // Journal of Mountain Science. 2021. Vol. 18. P. 291–306. Doi: 10.1007/s11629-020-6221-1Hansson A., Dargusch P., Shulmeister J. A review of modern treeline migration, the factors controlling it and the implications for carbon storage. in: Journal of Mountain Science, 2021, vol. 18, pp. 291–306. Doi: 10.1007/s11629-020-6221-1Hole-filled SRTM for the globe Version 4, available from the CGiAR-CSi SRTM 90m Databas / A. Jarvis, H. i. Reuter, A. D. Nelson et al. [Электронный ресурс]. URL: http://srtm.csi.cgiar.org. (дата обращения: 05.08.2024).Jarvis A., Reuter H. i., Nelson A. D., et al. Hole-filled SRTM for the globe Version 4, available from the CGIAR-CSI SRTM 90m Databas. Available at: http://srtm.csi.cgiar.org. (accessed: 05.08.2024).Körner C. Alpine treelines. Functional Ecology of the Global High Elevation Tree Limits. Berlin: Springer, 2012. 220 p.Körner C. Alpine treelines. Functional Ecology of the Global High Elevation Tree Limits. Berlin, Springer, 2012. 220 p.Pepper N., Gerardo-Giorda L., Montomoli F. Meta-modeling on detailed geography for accurate prediction of invasive alien species dispersal // Scientific Reports. 2019. № 9. Doi: 10.1038/s41598-019-52763-9Pepper N., Gerardo-Giorda L., Montomoli F. Meta-modeling on detailed geography for accurate prediction of invasive alien species dispersal. in: Scientific Reports, 2019, no. 9. Doi: 10.1038/s41598-019-52763-9Prognostics of forest recovery with r.recovery GRASS-GiS module: An open-source forest growth simulation model based on the diffusive-logistic equation / L. A. Richit, C. Bonatto, R. V. da Silva, et al. // Environmental Modelling and Software. 2018. Doi: 10.1016/j.envsoft.2018.10.002.Richit L. A., Bonatto C., da Silva R. V., et al. Prognostics of forest recovery with r.recovery GRASS-GiS module: An open-source forest growth simulation model based on the diffusive-logistic equation. in: Environmental Modelling and Software, 2018. Doi: 10.1016/j.envsoft.2018.10.002.Recent plant diversity changes on Europe’s mountain summits / H. Pauli, M. Gottfried, S. Dullinger et al. // Science. 2012. iss. 336. P. 353–355. Doi: 10.1126/science.1219033Pauli H., Gottfried M., Dullinger S., et al. Recent plant diversity changes on Europe’s mountain summits. in: Science, 2012, iss. 336, pp. 353–355. Doi: 10.1126/science.1219033Role of land-surface changes in arctic summer warming / F. S. Chapin, M. Sturm, M. C. Serreze et al. // Science. 2005. № 310. P. 657–660. Doi: 10.1126/science.1117368Chapin F. S., Sturm M., Serreze M. C., et al. Role of land-surface changes in arctic summer warming. in: Science, 2005, no. 310, pp. 657–660. Doi: 10.1126/science.1117368Shiyatov S. G., Mazepa V. S. Climate-driven dynamics of the forest-tundra vegetation in the Polar Ural Mountains // Contemporary Problems of Ecology. 2011. Vol. 4. № 7. P. 758–768. Doi: 10.1134/S1995425511070071Shiyatov S. G., Mazepa V. S. Climate-driven dynamics of the forest-tundra vegetation in the Polar Ural Mountains. in: Contemporary Problems of Ecology, 2011, vol. 4, no. 7, pp. 758– 768. Doi: 10.1134/S1995425511070071Temperature-induced recruitment pulses of Arctic dwarf shrub communities / U. Büntgen, L. Hellmann, W. Tegel, S. Normand // Journal of Ecology. 2015. Vol. 103. № 2. P. 489–501. Doi: 10.1111/1365-2745.12361Büntgen U., Hellmann L., Tegel W., Normand S. Temperature-inducedrecruitmentpulsesofArcticdwarfshrubcommunities. in: Journal of Ecology, 2015, vol. 103, no. 2, pp. 489–501. Doi: 10.1111/1365-2745.12361Tinner W., Kaltenrieder P. Rapid responses of high-mountain vegetation to early Holocene environmental changes in the Swiss Alps // Journal of Ecology. 2005. Vol. 93. P. 936–947. Doi:10.1111/j.1365-2745.2005.01023.xTinner W., Kaltenrieder P. Rapid responses of high-mountain vegetation to early Holocene environmental changes in the Swiss Alps. in: Journal of Ecology, 2005, vol. 93, pp. 936–947. Doi: 10.1111/j.1365-2745.2005.01023.xTreeline advances along the Urals mountain range ‒ driven by improved winter conditions? / F. Hagedorn, S. G. Shiyatov, V. S. Mazepa et al. // Global Change Biology. 2014. Vol. 20. № 11. P. 3530–3543. Doi: 10.1111/gcb.12613Hagedorn F., Shiyatov S. G., Mazepa V. S., et al. Treeline advances along the Urals mountain range ‒ driven by improved winter conditions? in: Global Change Biology, 2014, vol. 20, no. 11, pp. 3530–3543. Doi: 10.1111/gcb.12613

The authors declare that there are no conflicts of interest present.