ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2007, № 2, с. 55-68
ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ДИНАМИКА ГЕОСИСТЕМ
УДК 551.4+551.8+581.524+574.9+911.52
ГЕОСИСТЕМЫ ЗОНАЛЬНОГО ЭКОТОНА ЛЕСА И СТЕПИ В УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ (ЛОКАЛЬНЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ)1
© 2007 г. Э. Г. Коломыц
Институт экологии Волжского бассейна РАИ Поступила в редакцию 17.06.2005 г.
Прогноз осуществлен по разработанной автором методике на основе двух глобальных прогнозно-климатических моделей - GISS и HadCM3. Предполагается значительный стартовый "рывок" функциональных преобразований лесных экосистем на зональном экотоне леса и степи под действием антропогенного потепления. Резкой трансформации подвергнутся мезофильные широколиственные леса Жигулевского плато. Начнется их интенсивный распад и поглощение луговой степью. Еще более быстрая аридизация пойдет в ксерофитных лесо-лугово-степных сообществах и в сосново-широколиственных лесах.
Введение. Настоящее сообщение касается вопросов разработки прогнозной геоэкологической концепции "Глобальные изменения на локальном уровне" как научно-методической основы локального экологического и геосистемного мониторинга глобальных изменений применительно к зоне переходов от леса к степи. Необходимость сохранения в условиях меняющегося климата лесных экосистем и воспроизводства лесных ресурсов на южной границе лесной зоны умеренных широт, где лесные сообщества находятся в состояниях, близких к критическим, относится к числу актуальных экологических проблем.
В разработке данной концепции имеются существенные методические трудности. Главная из них - оценка трансформации глобально-региональных климатических сигналов в локальные, соразмерные с масштабами природных ландшафтов и их частей - вплоть до биогеоценозов. В настоящее время практически отсутствуют опыты по определению наиболее вероятных направлений и скоростей распространения внешних сигналов с глобально-регионального уровня на топологический. Остается неясной реакция экологических ниш локальных экосистем на поведение фоновой климатической системы, поскольку сам гидротермический тренд описывается двумя исходными параметрами: температурами и осадками, связь которых с биогеоценозами выражена слабо и зачастую статистически недостоверна. Необходимо установить причинные механизмы локального отклика на глобальные и региональные сигналы, выявив передаточные функции в ландшафтных свя-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Россий-
ского фонда фундаментальных исследований (проект < 04-05-96506).
зях, которые трансформируют сигналы при их прохождении через сопряженные ансамбли природных комплексов и их компонентов.
Пути решения этой задачи наметились в процессе выполнения наших региональных прогнозно-экологических исследований [7]. Эмпирически было установлено, что основной пропускной канал связей региональных и локальных экосистем с фоновой климатической системой проходит через летнее влагосодержание почвы, которое, с одной стороны, служит достаточно надежным геофизическим индикатором состояния гео(эко-)-систем, а с другой, - является наиболее мощным прямодействующим экологическим фактором, который предопределяет их территориальное распределение. Для основного водосбора Волжского бассейна найдены тесные связи июльских запасов продуктивной влаги в слоях почвы 0-20 см (Ж-20), 0-50 см (Ж-50) и 0-100 см (Ж-100) с коэффициентом увлажнения Высоцкого-Иванова (Кувл) - важнейшим ландшафтно-геофизическим показателем, отражающим зональные условия территории. Для лесных экосистем эти связи имеют следующий вид, с соответствующими коэффициентами корреляции (Я) и детерминации (Я2):
(Ж-20) = ехр[2.281 + 0.8068Кувл];
Я = 0.83; Я2 = 0.69;
(Ж-50) = ехр[2.622 + 1.071Кувл];
Я = 0.89; Я2 = 0.79;
(Ж-100) = ехр[3.225 + 1.134Кувл];
Я = 0.88; Я2 = 0.77.
С другой стороны, существует достаточно тесная зависимость распределения лесных топоэко-систем от летнего влагосодержания почвы. Так,
по нашим измерениям и расчетам, для районов Присурья и Жигулевского массива информационные коэффициенты сопряженности (см. [8, 10]) биогеоценозов с параметрами (Ж-20), (Ж-50) и (Ж-100) равны соответственно: в первом случае 0.173, 0.128 и 0.139, а во втором - 0.154, 0.162 и 0.200. Это существенно превышает критический порог значимости связей (0.070).
Постулируется также, что приоритетным объектом ландшафтно-экологического прогнозирования в пределах столетия должна служить не структурная эволюция экосистем, а направленная смена их функционирования, т.е. сдвиги в малом биологическом круговороте (продуцировании и разложении фитомассы), которые занимают в таежной зоне первые несколько лет, а в подзоне широколиственных лесов совершаются в течение года [7]. Эти характерные времена функциональной релаксации примерно соответствуют продолжительности углеродного цикла в лесных фитомассах (живых и мертвых) и мобильном гумусе почвы [14].
Указанные положения послужили идеологической основой данного научного поиска.
Объекты исследования расположены на территории Чувашско-Самарской части Приволжской возвышенности. Исходными данными для прогнозного моделирования послужили результаты крупномасштабных ландшафтно-экологи-ческих съемок, проведенных на репрезентативных полигонах (площадью каждый около 20 км2) в национальных природных парках "Чаваш Вар-мане" и "Самарская Лука". Координаты первого полигона составляют 54°50' с.ш. и 47°19' в.д., второго - 53°23' с.ш. и 50°00' в.д. Первый полигон занимает участок правобережья среднего течения р. Суры (в бассейне ее правого притока - р. Бездны), второй - восточную часть Жигулевских гор (район древней Ширяевской долины и ее окрестностей), поэтому в дальнейшем мы будем их называть региональными экосистемами Присурье и Жигули.
По схеме физико-географического районирования Среднего Поволжья [13], макросистема Присурье расположена на стыке трех ландшафтных районов: 1) Засурского полесского сме-шаннолесного (преимущественно зандрового); 2) Корсунско-Сенгилеевского возвышенного лесостепного; 3) Средне-Свияжского возвышенно-равнинного остепненного района (последние два -с платообразными останцами древних поверхностей выравнивания). В целом здесь представлены фрагменты двух зональных экотонов между подтайгой и типичной (средней) лесостепью.
Жигулевский низкогорный массив расположен на зональной границе южной лесостепи с северной степью, обладая местными климатическими условиями более северной подзоны - типичной лесо-
степи. Благодаря этому, а также историческим причинам на территории Самарской Луки произошло взаимопроникновение с севера и северо-запада не только неморальнолесных, но и бореальных (преимущественно боровых) элементов флоры, а с юга и юго-востока - степных видов. Это привело к большому фитоценотическому разнообразию жигулевских топоэкосистем, которое предопределено в первую очередь солярно-экспозиционными контрастами склонов низкогорья. Возникла даже смешанная лесо-лугово-степная зонально-географическая группа (своеобразного горного облика), с примесью бореальных боровых элементов.
Исходные материалы. Методика проведения крупномасштабной ландшафтно-экологической съемки изложена нами ранее [6]. В Присурье и Жигулях было описано соответственно по 40 и 42 пробных площади, каждая из них представляла собой конкретный лесной биогеоценоз. Все они были сгруппированы в шесть фациальных групп по каждому полигону (табл. 1). Информация, зафиксированная на каждой пробной площади размером 20 х 20 м, состояла из 76 геокомпонентных и комплексных признаков, объединенных в пять блоков: 1) гидрогеоморфологический; 2) почвенный морфологический; 3-4) фитоценотические структурный и функциональный; 5) ландшафтно-геофизический (см. [6]). Сбор фактического материала на каждой пробной площади, его обработка и последующие расчеты выполнены в соответствии с известными методическими руководствами по биогеоценологии.
Прогнозные оценки проведены в системе двух координат: уровней базового функционирования и зонально-географических групп биогеоценозов (рис. 1-3). На основе отношений мер включения [1] 23 параметров фитоценотического функционального блока топоэкосистем установлены их экологические группы (экотипы), отвечающие различным уровням функционирования - как производства, так и разложения фитомассы. Высокая раздробленность функционального пространства в региональных экосистемах Присурье и Жигули предопределяет достаточно пеструю мозаику локальных экосистемных реакций на одно и то же фоновое климатическое воздействие. Доминирующими (эвритопными) экосистемами являются умеренно влажные плакорные немо-ральнолесные биогеоценозы (присурские дубо-липняки и жигулевские вязово-кленово-липовые леса). Им свойствен наиболее интенсивный метаболизм, соответствующий нормам восточноевропейских широколиственных лесов: максимальные величины фитомасс и продуктивности и наибольшая скорость разложения мертвой органики. Пониженный уровень функционирования имеют субдоминанты (субэвритопы): в Присурье - мезо-гидроморфные хвойные леса нижних частей склонов водноледниковой равнины; в Жигулях -
ГЕОСИСТЕМЫ ЗОНАЛЬНОГО ЭКОТОНА ЛЕСА И СТЕПИ 57
Таблица 1. Группы биогеоценозов (ландшафтных фаций) и их условные обозначения
Краткая характеристика Обозначение
Региональная экосистема Присурье
1. Мезо-ксероморфные и мезоморфные елово-сосновые леса, а также чистые (боровые) сосняки, зеленомошные, волосистоосоково- и злаково-разнотравные и лишайниковые, плоских водоразделов и верхних частей склонов водноледниковой равнины (элювиальные и трансэлювиальные), с дерново-подзолистыми песчаными и супесчаными почвами
2. Мезоморфные сосново-широколиственные леса и производные от них осинники с липой и дубом, неморальнотравяные (волосистоосоково-снытьевые), плоских водоразделов, а также верхних и средних частей склонов вторичной моренной равнины (от трансэлювиальных до транзитных), с дерново-подзолистыми супесчано-суглинистыми почвами д
3. Мезоморфные дубово-липовые и липово-дубовые леса, с ясенем и вязом, а также производные от них осинники лещиновые, неморальнотравяные (пролесниково- и волосистоосоко-во-снытьевые), возв
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.