PROSPECTIVE EVOLUTION OF THE CARPATHIAN FOREST LANDSCAPE UNDER CLIMATE AND LAND-USE CHANGE: METHODOLOGY OF THE RESEARCH
Authors: I.S. Kruhlov , A.D. Smaliychuk , O.G. Chaskovskyy , V.I. Bilanuk , R.V. Prytula , H.V. Smaliychuk 
Published: January 2022

Managed forests occupy the great share of the Carpathian Ecoregion. They provide timber and other products as well as important climate- and water-regulating ecosystem services. However, their useful functions have been compromised by unsustainable management and climate change. Therefore, there is an urgent issue of defining ecologically sound methods and volumes of forest harvesting and planting under progressing climate change. Hence, this paper describes the framework and the main methods for the study of the forest landscape prospective evolution under different scenarios aimed at the development of an optimal management strategy. The study is realized via a forest landscape simulator LANDIS-II as the case of Rakhiv administrative region in the Ukrainian Carpathian Mountains (total forested area of 1,340 km²).A forest landscape is interpreted as a process dynamic heterogeneous geoecosystem, which consists of ecotopes (elementary geographic ecosystems) with tree vegetation. A biotope, as a set of a tree stand properties, is a controlled component (output) of the ecotope, while a physiotope, as a set of abiotic tree stand conditions, is a controlling component (input). Biotopes change in space and time driven by succession, species migration, climate change, natural disturbances, and management. Such a framework has been realized by the means of LANDIS-II simulator for the six main species: European beech, European hornbeam, Norway spruce, pedunculated and sessile oaks (as one ecological unit), silver fir, and sycamore maple. The study focuses on the spatiotemporal change of the above-ground live biomass during the future 200 years with geospatial resolution of 30 m and timestep of 10 years.A natural (intrinsic) evolution of the Carpathian forest landscape has been simulated under five climate change scenarios (RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5 and baseline) and different regimes of natural disturbances – windthrows and spruce bark beetle invasions. Now, the three main scenarios of forest management are under parametrization: 1. Inertial (persistent) scenario aims at preservation of vast single-aged spruce plantations. 2. Current adaptive scenario, which provides for tree stand restructuring according to current conditions. 3. Foresighted adaptive scenario, which considers conditions of the end of the 21st century.Key words: Carpathian Ecoregion, forest geoecosystem, forest landscape simulator LANDIS-II, climate change, forest management, ecotope, physiotope, biotope, landscape. Левова частка площі Карпатського екорегіону припадає на лісогосподарські ландшафти, які, окрім постачання деревини та інших продуктів, надають клімато- та водорегулювальні екосистемні послуги. Однак їхні корисні функції суттєво знижені через незбалансований менеджмент та зміну клімату. Тому гостро стоїть питання визначення екологічно обґрунтованих способів та обсягів лісозаготівлі та лісовідновлення в умовах прогресуючої зміни клімату. Отже, ця стаття описує концептуальні підходи та основні методичні прийоми дослідження майбутньої еволюції лісового ландшафту за різними сценаріями для вироблення оптимальної стратегії його менеджменту. Ми реалізовуємо дослідження за допомогою спеціального програмного забезпечення – симулятора LANDIS-II – на прикладі Рахівського району Закарпаття (загальна площа лісів 1340 км²).Лісовий ландшафт ми інтерпретували як процесну динамічну гетерогенну геоекосистему – поєднання екотопів (елементарних географічних екосистем) з деревною рослинністю. Контрольованим компонентом (виводом) екотопу є біотоп як поєднання властивостей лісоутворюючих видів, а контролюючим (вводом) – фізіотоп як сукупність лісорослинних умов. Біотопи зміню-ються у просторі та часі під впливом сукцесії, міграції видів, зміни клімату, природних дистурбацій та менеджменту. Таку концептуальну модель ми реалізовуємо за допомогою симулятора LANDIS-II для шести лісоутворюючих видів: бука, граба, дуба, смереки, явора та ялиці. Предметом дослідження є просторово-часова зміна надземної біомаси цих видів протягом наступних 200 років, яка фіксується з геопросторовою роздільністю в 30 м та часовим кроком у 10 років. Ми вже симулювали природну еволюцію деревостанів ландшафту Рахівщини за п’ятьма сце-наріями зміни клімату (RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5 і базовим) та режиму природних дистур-бацій – вітровалів й інвазій жука короїда смереки. Тепер ми параметризуємо модель для трьох провідних сценаріїв лісового менеджменту: 1. Інерційного, який передбачає підтримку великих площ монокультури смереки. 2. Адаптивного поточного, спрямованого на реструктуризацію деревостанів для підвищення їхньої стійкості в поточних лісорослинних умовах. 3. Адаптивного перспективного, який для реструктуризації бере до уваги умови кінця ХХІ століття.Ключові слова: лісова геоекосистема, екотоп, фізіотоп, біотоп, ландшафт, LANDIS-II, зміна клімату, лісовий менеджмент, Карпатський екорегіон.