научная статья по теме КЛИМАТИЧЕСКИ ИНДУЦИРОВАННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ЭКОТОНЕ АЛЬПИЙСКОЙ ЛЕСОТУНДРЫ ПЛАТО ПУТОРАНА Космические исследования

Текст научной статьи на тему «КЛИМАТИЧЕСКИ ИНДУЦИРОВАННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ЭКОТОНЕ АЛЬПИЙСКОЙ ЛЕСОТУНДРЫ ПЛАТО ПУТОРАНА»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ

КЛИМАТИЧЕСКИ ИНДУЦИРОВАННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ЭКОТОНЕ АЛЬПИЙСКОЙ ЛЕСОТУНДРЫ ПЛАТО ПУТОРАНА

© 2013 г. С. Т. Им*, В. И. Харук

Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, Красноярск *E-mail: stim@ksc.krasn.ru Поступила в редакцию 14.01.2013 г.

Исследована пространственно-временная динамика экотона горной лесотундры плато Путорана за последние 36 лет на основе космических съемок Landsat (1973, 2009 гг.), Hexagon (1976 г.), Quickbird (2005 г.) и Terra MODIS (2002—2009 гг.). Выделены три основные категории наземного покрова: редколесья с сомкнутостью >0.2; редины с сомкнутостью <0.2 и кустарники; фоновые территории. Площадь редколесий увеличилась на 60%. Этому способствовало увеличение сомкнутости в рединах. Наблюдаемое явление в основном отмечено вдоль долины реки. В зонах роста сомкнутости наблюдается увеличение вегетационного индекса NDVI на 0.14. Рост среднегодовой температуры в течение трех декад конца 20 в. способствовал продвижению древесной растительности по высоте не более чем на 15 м над уровнем моря, и появлению трех новых деревьев на гектар. С ростом высоты над уровнем моря деревья предпочитают локальные депрессии на юго-восточных склонах с крутизной до 30°.

Ключевые слова: плато Путорана, динамика экотона лесотундры, Landsat, Quickbird, MODIS, Hexagon, NDVI

DOI: 10.7868/S0205961413040052

ВВЕДЕНИЕ

Климатические модели предсказывают рост температур в Северном полушарии (IPCC, 2007). Отклик древесной растительности на изменения климата наиболее выражен в зонах, где температура лимитирует их рост (Holtmeier, 2009; ACIA, 2005).

Предполагается, что предсказываемое потепление приведет к продвижению древесной растительности как на север, так и по высоте над уровнем моря (ACIA, 2005). Последние исследования указывают на рост сомкнутости древостоев в эко-тонах горной лесотундры и расширение зон обитания древесной растительности в последние десятилетия 20 в. на севере Канады (Szeicz, Macdonald, 1995; Danby, Hik, 2007), в Северной Америке (Munroe, 2003; Lloyd, Fastie, 2003), в Шведских Скандиях (Kullman, 2002, 2005; Kullman, Oberg, 2009), в России (Esper, Schweingruber, 2004; Shiya-tov et al., 2005, 2007; Kharuk et al., 2006, 2010; MacDonald et al., 2008), в Финляндии (Middleton et al., 2008), в горах Китая (Zhang et al., 2009).

Дистанционное зондирование (ДЗ) позволяет проводит анализ динамики растительного покрова для труднодоступных районов, где полевые работы сильно затруднены или невозможны. Ряд исследователей использовали аэрокосмические снимки для анализа динамики экотона лесотундры. Напри-

мер, Миддлтон и др. (Middleton et al., 2008) проанализировали аэрофотографии гор Финской Лапландии. Они обнаружили рост сомкнутости древостоев и продвижение деревьев по высоте над уровнем моря: ели — на 100 м и березы — на 40—60 м в течение 1947-2003 гг.

Мазек (Masek, 2001), проанализировав изменения вегетационного индекса NDVI в экотоне Северной Канады за период 1974-1999 гг. на основе съемки Landsat, заключил, что граница дре-востоев является стабильной либо изменения произошли в пределах пространственного разрешения съемки Landsat (менее чем 2-3 м/год).

Жанг и др. (Zhang et al., 2009) исследовал динамику экотона горной лесотундры в горах Чангбай (Китай) на основе съемки Landsat. Они не нашли очевидных изменений в положении границы леса. Но наблюдали значительный рост вегетационного индекса NDVI на 0.1-0.3 в течение 1977— 1999 гг. Рост NDVI был обусловлен увеличением сомкнутости, что подтвердили полевые исследования (сомкнутость увеличилась на 35%).

Анализ аэрофотоснимков сверхвысокого разрешения за 1947-1989 гг. позволил Данби и Хику (Danby, Hik, 2007) сделать количественные оценки изменений, произошедшие в экотоне лесотундры на юго-западе Юкона (Канада). Обнаружен значимый рост площади покрытой елью. За

40-летний период в еловых древостоях появились 9 ± 3 молодых дерева на га. В среднем количество возросло с 21 до 30 деревьев на га.

Олтоф и Поулиот (Olthof, Pouliot, 2010) исследовали динамику AVHRR-NDVI за 1985-2006 гг. на территории Северной Канады. Обнаружили экспансию хвойных деревьев и кустарников в зону тундры.

Шиятов и др. (Shiyatov et al., 2005) проанализировали аэрофотографии на Полярный Урал. Установили, что в период 1910-1960 гг. площадь редколесья увеличилась в 10 раз и к 2000 г. - еще в 2 раза.

Также орография местности важна для выживания и роста деревьев в суровых условиях экото-на (Holtmeier, 2009; Kullman, Oberg, 2009). В настоящее время доступны цифровые модели рельефа SRTM (Farr et al., 2007) и AsterGDEM (http://demex.cr.usgs.gov), которые могут быть использованы для анализа связи изменений в эко-тоне лесотундры с элементами рельефа местности (Kharuk et al., 2010).

Исследований по изменению экотона горной лесотундры в России немного (Shiyatov et al., 2005, 2007; Knorre, 2006; Devi et al., 2008; Kharuk etal., 2006, 2010).

Цель данной работы заключалась в анализе изменения границы лиственничных древостоев в горах плато Путорана, чтобы найти ответы на вопросы: 1) как повлияло изменение климата за последние 40 лет на положение границы леса и сомкнутость древостоев в горах плато Путорана? 2) как связаны изменения положения границы леса и рост сомкнутости древостоев с топографией местности?

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА

Объект исследования

Площадь плато Путорана составляет 218000 км2. Основная часть плато расположена в подзоне северной тайги на стыке Западной и Восточной Сибири (Гвоздецкий, 1968). Обширность Путорана определяет большое разнообразие растительного покрова. Выделяют четыре высотных пояса: лесной, субальпийский, альпийский и каменистые пустыни (Куваев, 1961).

В южной части плато лесами покрыто 60-70% территории. Остальная часть в основном представлена субальпийской и альпийской тундрами. Незначительная часть покрыта каменистыми тундрами. Альпийская растительность широко распространена по водоразделам. Лес приурочен к долинам рек и озер.

На юго-западе плато граница леса достигает 600-700 м над у.м., в северо-западной части — 200-400 м. В восточной части, где климат более

континентален, граница леса достигает 750—800 м на юге и 500—550 м на севере. На сухих южных склонах деревья распространяются еще выше. В местах аллювиальных залежей, скал и каменистой почвы граница леса расположена значительно ниже (на 100 м), чем климатическая граница.

Лесная растительность избирательна к местам обитания. Растения зависят от состояния окружающей среды и ветров. Деревья располагаются в низинах (Пармузин, 1964).

Преобладающей породой является лиственница Гмелина. Высота деревьев составляет 10—15 м (максимум 25 м), ёЪЬ = 10—15 см (редко 30—40 см) (Флора Путорана, 1976). Максимальный возраст деревьев 350—400 лет. Возобновление редкое. В западной части плато леса сформированы чистой лиственницей, либо с примесью березы и ели; в восточной — только лиственницей (Пармузин, 1964).

Леса западной и юго-западной частей плато характеризуются высокой сомкнутостью (0.3— 0.6). В восточной части доминируют редколесья (сомкнутостью 0.2—0.3).

В субальпийской зоне граница леса определяется расположением редин. Некоторые лиственницы стланиковой формы с флаговой формой кроны произрастают в зоне альпийской тундры.

Редины состоят только из лиственницы Гмелина. Высота деревьев составляет 2—8 м, ёЪЬ = 5— 16 см (изредка тоньше), деревья приземистые (Флора Путорана, 1976). Редины расположены на вершинах базальтовых террас, на холмах древних аллювиальных террас, на крутых склонах, часто среди аллювиальных отложений. На склонах средней крутизны редины и кустарники формируют два различных пояса, идущих последовательно. На крутых склонах расположены кустарники с примесь деревьев лиственницы. С увеличением высоты они замещаются ольховниками. Пояс ольховников четко выделяется в западной части плато и прерывается в восточной части Пу-торана.

Альпийский пояс начинается с 750—800 м над у.м. в южной части плато и на 400—600 м — в северной. В основном он покрыт тундровой растительностью. Есть одиночные кустарники. На подветренных склонах кустарники объединяются в компактные группы. Пояс каменистых тундр расположен выше, чем 1350—1400 м над у.м. В нем преобладает лишайник.

Объект исследования расположен в центральной части плато Путорана (68°19' с.ш., 94°33' в.д.). Площадь анализируемого участка составила 193 км2. Он характеризуется большим перепадом высот — от 465 до 1410 м (рис. 1). В соответствии с геоботаническим районированием (Флора Путорана, 1976) расположен исследуемый участок в восточной части северной тайги. Леса в основном

70° 80° 90° 100° 110° 120°

Рис. 1. Объект исследования и фото типичного ландшафта плато Путорана на исследуемой территории (ист: Google Maps, Panoramia). Геоботанические районы: I — западная подзона северной тайги; II — восточная подзона северной тайги; III — субарктическая зона. Кружком показан район основных исследований, прямоугольником — зона покрытия снимками Terra/MODIS.

сформированы рединами лиственницы Гмелина с доминируют Vaccinium uliginosum, Ledum palustre, сомкнутостью 0.3). Граница леса достигает 750— Empetrum nigrum s. l. Лишайники произрастают на 800 м над у.м. В кустарничково-травяном ярусе всех участках.

Аномалии температур, 0C

Рис. 2. Аномалии среднегодовых температур (усредненные пятилетним окном): 1 — летние (июнь—август); 2 — "холодного периода" (сентябрь—май); 3 — годовые; 4 — зимние (декабрь—февраль).

Климат является сурово-континентальным: в период 1976—2005 гг. среднегодовая температура составляла минус 14 ± 1°C (рис. 2), средние зимние (декабрь—февраль) температуры — минус 35 ± ± 3°C, средние летние (июнь—август) температуры — плюс 8 ± 1°C; средняя температура "холодного периода" (сентябрь—май) — минус 21 ± 1°C. Среднегодовое количество осадков равно 440 ± ± 75 мм (рис. 3). В период сентябрь—май выпадает 250 ± 35 мм, в летний период — 188 ± 53 мм (Mitchell, Jones, 2005). В зимнее время плоские вершины слегка покрыты, либо не имеют снежного покрова, тогда как подветренные трапы аккумулируют снег, где высота снежного покрова може

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.

Показать целиком