Vulnerability of Ukrainian forests to climate change

Ukraine is a country of the Mid-Latitude ecotone – a transition zone between forest zone and forestless dry lands. Availability of water defines distribution of the country’s forests and decreasing their productivity towards the south. Climate change generates a particular threat for Ukrainian forests and stability of agroforestry landscapes. The paper considers the impacts of expected climate change on vulnerability of Ukrainian forests using ensembles of global and regional climatic models (RCM) based on IPCC Scenarios B1, A2, A1B, and a “dry and warm” scenario A1B+T-P (increasing temperature and decreasing precipitation). The spatially explicit assessment was provided by RCM for the WMO standard period (1961-1990), “recent” (1991-2010) and three future periods – 2011-2030, 2031-2050 and 2081-2100. Forest-climate model by Vorobjov and model of amplitude of flora’s tolerance to climate change by Didukh, as well as a number of specialized climatic indicators, were used in the assessment. Different approaches leads to rather consistent conclusions. Water stress is the major limitation factor of distribution and resilience of flatland Ukrainian forests. Within Scenario A1B, the area with unsuitable growth conditions for major forest forming species will substantially increase by end of the century occupying major part of Ukraine. Scenario A1B+T-P projects even a more dramatic decline of the country’s forests. It is expected that the boundary of conditions that are favorable for forests will shift to north and north-west, and forests of the xeric belt will be the most vulnerable. Consistent policies of adaptation and mitigation might reduce climate-induced risks for Ukrainian forests

Структура, породний склад та продуктивність лісів Черемського природного заповідника

The stands of the Cheremsky Nature Reserve are analyzed in terms of area, stock, composition, types of forest vegetation conditions, age groups, stand quality and completeness, which allows defining the current state of the forests of the reserve, determining the perspectives of conservation of forest groups and the dynamics of their biological productivity. It is revealed that the overwhelming area of ​​the forest fund of Cheremsky Nature Reserve is covered with forest vegetation making up to 97.9 %, including forest crops occupying 14.6 % of the area covered with forest vegetation of forest stands. Coniferous stands dominate; their share in the total stock is 75.4 %. They are presented mainly by silver pine. More than half of the area is made up of mixed coniferous forests (68 %), among which the third part is wet mixed coniferous forests. These conditions are optimal for the growth of silver pine. The second third consists of raw (18 %) and wet (15 %) mixed coniferous forests, where silver pine usually has a much lower productivity, but the conditions are quite favourable for black alder. There are also mixed deciduous forests in the reserve (12 %), which are quite fertile and favourable for the growth of black alder of high productivity. The reserve is characterised by dominating of the stand quality of II (30.9 %) and III (26.6 %) classes. The mid-aged stands are prevailing according to the age structure. Young growth occupies quite a small share (8.1 % of the area and 3.1 % of the stock). Mature stands occupy 5.6 % of the area and 5.3 % of the stock. There are no overlapping plantations and hardwood stands of hardwood species. Most of the stand area (73.9 %) has a stand stocking of 0.6-0.8. The share of low and high-level stands makes up only 6.8 % of the area covered with forest vegetation of forest areas of the reserve. The data obtained in the course of the research will determine the prospects for preservation of the forest communities of Cheremsky Nature Reserve, as well as assess their main ecological functions and simulate the environmental services that this nature reserve can provide.Проаналізовано деревостани Черемського природного заповідника за площею, запасом, складом, типами лісорослинних умов, групами віку, бонітетом і повнотою. З'ясовано, що переважна площа лісового фонду Черемського природного заповідника вкрита лісовою рослинністю і становить 97,9 %, зокрема лісові культури займають 14,6 % площі вкритих лісовою рослинністю лісових ділянок. Домінують хвойні деревостани, частка яких у загальному запасі становить 75,4 %. Представлені вони переважно сосною звичайною (98,5 %). Більшу половину площ становлять субори (68 %), серед яких третину складають вологі субори. Ці умови є оптимальними для росту сосни звичайної. Другу третину складають сирі (18 %) та мокрі (15 %) субори, в яких сосна звичайна має значно меншу продуктивність, зате добре почувається вільха клейка. Також у заповіднику трапляються сирі сугруди (12 %), які є досить родючими та сприятливими для росту вільхи клейкої високої продуктивності. У заповіднику переважають насадження ІІ (30,9 %) та ІІІ (26,6 %) класів бонітету. У віковій структурі домінують середньовікові насадження. Молодняки становлять незначну частину (8,1 % за площею і 3,1 % за запасом). Стиглі насадження займають 5,6 % за площею та 5,3 % за запасом. Більшість площі деревостанів (73,9 %) мають повноту 0,6-0,8. Отримані під час досліджень дані дають змогу визначити перспективи збереження лісових угруповань Черемського ПЗ, а також оцінити їхні основні екологічні функції та змоделювати екологічні послуги, які може надавати цей природно-заповідний об'єкт

A dataset of forest biomass structure for Eurasia

The most comprehensive dataset of in situ destructive sampling measurements of forest biomass in Eurasia have been compiled from a combination of experiments undertaken by the authors and from scientific publications. Biomass is reported as four components: live trees (stem, bark, branches, foliage, roots); understory (above- and below ground); green forest floor (above- and below ground); and coarse woody debris (snags, logs, dead branches of living trees and dead roots), consisting of 10,351 unique records of sample plots and 9,613 sample trees from ca 1,200 experiments for the period 1930–2014 where there is overlap between these two datasets. The dataset also contains other forest stand parameters such as tree species composition, average age, tree height, growing stock volume, etc., when available. Such a dataset can be used for the development of models of biomass structure, biomass extension factors, change detection in biomass structure, investigations into biodiversity and species distribution and the biodiversity-productivity relationship, as well as the assessment of the carbon pool and its dynamics, among many others

Impact of Disturbances on the Carbon Cycle of Forest Ecosystems in Ukrainian Polissya

Climate change continues to threaten forests and their ecosystem services while substantially altering natural disturbance regimes. Land cover changes and consequent management entail discrepancies in carbon sequestration provided by forest ecosystems and its accounting. Currently there is a lack of sufficient and harmonized data for Ukraine that can be used for the robust and spatially explicit assessment of forest provisioning and regulation of ecosystem services. In the frame of this research, we established an experimental polygon (area 45 km2) in Northern Ukraine aiming at estimating main forest carbon stocks and fluxes and determining the impact caused by natural disturbances and harvest for the study period of 2010–2015. Coupled field inventory and remote sensing data (RapidEye image for 2010 and SPOT 6 image for 2015) were used. Land cover classification and estimation of biomass and carbon pools were carried out using Random Forest and k-Nearest Neighbors (k-NN) method, respectively. Remote sensing data indicates a ca. 16% increase of carbon stock, while ground-based computations have shown only a ca. 1% increase. Net carbon fluxes for the study period are relatively even: 5.4 Gg C·year−1 and 5.6 Gg C C·year−1 for field and remote sensing data, respectively. Stand-replacing wildfires, as well as insect outbreaks and wind damage followed by salvage logging, and timber harvest have caused 21% of carbon emissions among all C sources within the experimental polygon during the study period. Hence, remote sensing data and non-parametric methods coupled with field data can serve as reliable tools for the precise estimation of forest carbon cycles on a regional spatial scale. However, featured land cover changes lead to unexpected biases in consistent assessment of forest biophysical parameters, while current management practices neglect natural forest dynamics and amplify negative impact of disturbances on ecosystem services

⁹⁰Sr Content in the Stemwood of Forests Within Ukrainian Polissya

The consequences of the Chernobyl disaster continue to threaten humans and ecosystems across fallout gradient in Northern Ukraine and nearby. Forest ecosystems contain substantial stocks of long-lived radionuclide 90Sr which was leached from the fuel matrix during the disaster. Nowadays, there is a lack of information about current transfer factors (TF) of this radionuclide from soil to the stemwood of native tree species. We have estimated 90Sr content in the forest stemwood of three tree species utilizing models of their growth and yield and collected woody samplings. TFs provided here vary greatly across studied tree species (18.0 × 2.1±1, 8.7 × 2.8±1, and 10.4 × 6.0±1 n×10−3 m2·kg−1 (geometrical mean (GM) ± geometrical standard deviation, GSD) for the above species, respectively) and together with indicators of soil contamination allow us to reliably assess local stocks in the stemwood. Silver birch stands are estimated to deposit the highest 90Sr stocks. Herewith, at 25 years old Black alder stands could accumulate higher stocks (up to 35 MBq·ha−1) under rich growth conditions. TFs obtained in this study substantially exceed values provided by the International Atomic Energy Agency for studied tree species and thus could entail respective restrictions on use of firewood across large areas in Ukrainian Polissya. Data provided here may be harnessed to support decisions of respective stakeholders to provide credibly safe management of the contaminated forest ecosystems

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ВЫЗОВЫ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА ДЛЯ ЛЕСОВ ВОСТОЧНОЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ СРЕДНЕШИРОТНОЙ ЗОНЫ

The article considers the main challenges facing the forest sector of European part of Mid-Latitude zone in connection with climate change. The main aim was to systematize available scientific information on climate change influence on forests in the research region. The methods of analysis, synthesis, comparison and generalization of available scientific information were applied. Environmental results of climate changeimpact on forests are represented by future worsening stability and sanitary state of forest stands of Ukraine's main forest-forming tree species. This becomes more and more noticeable for Scots pine dominated stands across Ukraine, and the future for forests composed by other tree species is no longer optimistic in the long run. It is stated that the changing environment will lead to alteration of growth, productivity and bioproductivity of Ukrainian forests, and, consequently,to the necessity to rethink approaches to selection of tree species, forest caring and growing, assessment of ecosystem functions and so on. Economic consequences of climate change for forestry will manifest themselves in the loss of resources, loss of income, as well as expenditures for implementing environmental stabilizing measures. The attention is drawn to significant volumes of normative and information support as well as unique empirical data accumulated in Ukraine during a prolonged period of forest management, forest science and practice. Those are actively used to describe dynamics of various characteristics of forest ecosystems within scientific research, management planning and forest industry.The importance of improving the information support of the forestry sector is emphasized, which will ensure the possibility of forecasting the state of forests under climate change conditions and making sound managerial decisions, and possible pathways for this are highlighted. Characterized are necessary prerequisites and possible ways of transition to the paradigm of sustainable development on the basis of risk-resilient forest management in Ukraine and in geographically greater region.Розглянуто основні виклики, які постають перед лісовим сектором східноєвропейської частини середньоширотної зони у зв'язку зі змінами клімату та наслідки для ризикостійкого лісоуправління в регіоні. Зазначено, що наслідки кліматичних змін для стійкості і санітарного стану лісових насаджень основних лісотвірних деревних порід України вже сьогодні викликають істотне занепокоєння і спричиняють значний негативний вплив. Очікується відгук лісових екосистем на зміни умов довкілля у вигляді динаміки ареалів окремих лісотвірних деревних видів. Описано економічні наслідки впливу змін клімату, які виявлятимуться у негативному економічному ефекті через втрати ресурсів, недоотримання прибутку та витрати на реалізацію заходів з екологічної стабілізації довкілля. Відзначено накопичення лісовою наукою та практикою в Україні за тривалий період досліджень та ведення лісового господарства значних обсягів нормативно-інформаційного забезпечення й унікального емпіричного матеріалу, які активно застосовують у здійсненні наукової, проектно-лісовпорядної, а також виробничої діяльності. Наголошено на важливості вдосконалення інформаційного забезпечення лісогосподарської галузі задля забезпечення можливості прогнозування стану лісів за умов кліматичних змін і прийняття обґрунтованих управлінських рішень. Охарактеризовано необхідні передумови та можливі шляхи переходу до парадигми сталого розвитку у лісовому секторі на засадах ризикостійкого управління лісами регіону.Рассмотрены основные вызовы для лесного сектора восточноевропейской части среднеширотной зоны в связи с изменениями климата и последствия для рискоустойчивого лесоуправления в регионе. Отмечено, что последствия климатических изменений для устойчивости и санитарного состояния лесных насаждений основных лесообразующих древесных пород Украины уже сегодня вызывают существенное беспокойство и оказывают значительное негативное влияние. Ожидается отклик лесных экосистем на изменения условий окружающей среды в виде динамики ареалов отдельных лесообразующих древесных видов. Описаны экономические последствия влияния изменений климата, которые будут проявляться в негативном экономическом эффекте из-за потерь ресурсов, снижения прибыли и затрат на реализацию мероприятий по экологической стабилизации окружающей среды. Отмечено накопление лесной наукой и практикой в Украине за длительный период исследований и ведения лесного хозяйства значительных объемов нормативно-информационного обеспечения и уникального эмпирического материала, которые активно применяются при осуществлении научной, проектно-лесоустроительной, а также производственной деятельности. Подчеркнута важность совершенствования информационного обеспечения лесохозяйственной отрасли для обеспечения возможности прогнозирования состояния лесов в условиях климатических изменений и принятия обоснованных управленческих решений. Охарактеризованы необходимые предпосылки и возможные пути перехода к парадигме устойчивого развития в лесном секторе на основе рискоустойчивого управления лесами региона

ЛЕСОВОДСТВЕННО-ТАКСАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДУБОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ ПРИДНЕПРОВСКОЙ ПРАВОБЕРЕЖНОЙ ЛЕСОСТЕПИ

На основі повидільної бази даних ВО "Укрдержліспроект" проаналізовано лісівничо-таксаційні особливості розподілу площ дубових деревостанів Придніпровського Правобережного лісостепу за віком, типами лісорослинних умов, повнотою, бонітетом та походженням. Розраховано середні таксаційні показники дубняків цього регіону: вік, відносну повноту, запас, зміну запасу, бонітет, висоту, діаметр, частку участі в запасі дуба. Загальна площа регіону досліджень становить 217,6 тис. га, площа укритих лісовою рослинністю ділянок – 60,2 тис. га, середня лісистість досліджуваної території – близько 27,7 %. У Придніпровському Правобережному лісостепу склалися оптимальні кліматичні, ґрунтові та гідрологічні умови для росту та розвитку дуба звичайного (Quercus robur L.). Насадження дуба займають площу 40,4 тис. га (67,1 %), з них штучних насаджень – близько 61,7 %. Основним типом лісу тут є свіжа грабова діброва. Дубняки мають близький до оптимального розподіл за віком, високий середній вік – 73 роки, досить високий середній запас – 263 м3·га-1, середню відносну повноту – 0,76 та середній бонітет – І,5. Частка пристиглих, стиглих та перестиглих деревостанів становить 27,9 % за площею. Наведені дані буде використано для проведення подальших досліджень сортиментно-сортної структури дубових деревостанів Придніпровського Правобережного лісостепу, розробки та впровадження регіональних нормативів для обліку деревних ресурсів.One of the priorities for improving the accounting of wood resources is the development and implementation of regional standards and new methods of inventory felled for determining of the assortment sorted timber structure. Based on database of PA "Ukrderzhlisproekt" (production association of Ukrainian government project of forest management) forestry inventory features of the distribution of oak (Quercus robur L.) stands were analyzed in the Pridneprovsk Right-Bank forest-steppe according the age, the types of the forest vegetation conditions, the completeness, the growth class and the origin. The average inventory indexes of oak forests were calculated in this region. The total area of the researching region is 217600 ha, the area covered with forest vegetation is 60200 ha. The average forest covering of researching area is about 27.7 %. In the region of studies optimal climatic, soil and hydrological conditions for the growth and development of oak have developed. The oak plantations cover an area of 40400 ha (67.1 %). The most common type of forest vegetation conditions in the region of oak stands is a fresh wood (D2) – 94.3 % of the area. The main type of forest is fresh hornbeam trees. The distribution of oak forest according the age is relatively uniform: the young-age trees are 9.1 %, the middle-age trees are 63.0 %, almost ripe trees are 22.9 %, ripe and over-ripe trees are 5.0 %. The average age of oak stands is higher than a half of the age of main felling and it reaches 73 years old indicating a positive trend of the age structure. The oak forest stands with growth class II and > occupy 93.6 % of the area and have an average margin of 263 m3·ha-1. The Stands with the relative completeness of 0.7 and > have 93.6 % of the area with the average value of 0.76. According to the origin 97.6 % of the areas are seed plants in the region, but the indigenous forests of natural origin are only 35.9 %. These data will be used for further research of the assortment-sorted structure of the oak stands in the Pridneprovsk Right-bank forest-steppe, development and implementation of regional standards for the accounting of wood resources.На основе повыдельной базы данных ПО "Укргослеспроект" проанализированы лесоводственно-таксационные особенности распределения площадей дубовых древостоев Приднепровской Правобережной лесостепи по возрасту, типу лесорастительных условий, полноте, бонитету и происхождению.Рассчитаны средние таксационные показатели дубняков этого региона: возраст, относительная полнота, запас, изменение запаса, бонитет, высота, диаметр, долевое участие в запасе дуба.Общая площадь региона исследований составляет 217,6 тыс. га, площадь покрытых лесной растительностью участков – 60,2 тыс. га, средняя лесистость исследуемой территории – около 27,7 %. В Приднепровской Правобережной лесостепи сложились оптимальные климатические, почвенные и гидрологические условия для роста и развития дуба обыкновенного (Quercus robur L.).Насаждения дуба занимают площадь 40,4 тыс. га (67,1 %), из них искусственных насаждений около 61,7 %.Основной тип леса – свежая грабовая дубрава.Дубняки имеют близкое к оптимальному распределение по возрасту, высокий средний возраст – 73 года, достаточно высокий средний запас – 263 м3·га-1, среднюю относительную полноту – 0,76 и средний бонитет – І,5.Долевое участие приспевающих, спелых и перестойных древостоев составляет 27,9 % по площади. Приведенные данные будут использованы для проведения дальнейших исследований сортиментно-сортной структуры дубовых древостоев Приднепровской Правобережной лесостепи, разработки и внедрения региональных нормативов для учета древесных ресурсов