ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2007, № 6, с. 11-22
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ^^^^^^^^^^^^ СТАТЬИ
УДК 630*574.4+581.524.3
КЛИМАТОГЕННАЯ ДИНАМИКА ЛЕСОТУНДРОВОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА ПОЛЯРНОМ УРАЛЕ*
© 2007 г. С. Г. Шиятов, В. С. Мазепа
Институт экологии растений и животных УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 e-mail: stepan@ipae.uran.ru Поступила в редакцию 27.03.2007 г.
В статье представлены результаты многолетних исследований влияния изменений климата на состав, структуру, продуктивность и пространственное распределение лесотундровых сообществ, произрастающих в экотоне верхней границы древесной растительности на восточном макросклоне Полярного Урала (бассейн р. Соби). Показаны пределы изменения лесотундровой растительности за последнее тысячелетие по таким параметрам, как возрастная структура, густота и продуктивность древостоев и высотное положение верхней границы лиственничных редколесий и сомкнутых лесов. Произведено сравнение этих характеристик с вековыми изменениями температуры летних месяцев, реконструированной при помощи древесно-кольцевого анализа. Детально проанализирована пространственно-временная динамика древостоев лесотундровых сообществ в течение XX в. в связи с современным потеплением климата.
Экотон верхней границы древесной растительности, климатогенная динамика лесотундровой растительности, древесно-кольцевой анализ, возрастная структура и продуктивность древостоев, Larix sibirica, Полярный Урал.
Изучению климатогенной динамики лесной растительности уделяется большое внимание в связи с необходимостью оценки изменений в составе, структуре и пространственном распределении лесов, которые могут произойти в ближайшем будущем под влиянием современного потепления климата [17, 19]. При этом в основном изучаются лесные, лесотундровые, лесоболот-ные и лесостепные сообщества, произрастающие в экстремальных климатических и почвенно-грун-товых условиях, у которых климатически обусловленные изменения выражены наиболее четко [8, 18, 20-23]. Это направление в настоящее время интенсивно развивается, о чем свидетельствуют материалы международной конференции "Влияние изменений климата на бореальные и умеренные леса", которая состоялась в июне 2006 г. в Екатеринбурге [16].
А.И. Уткин проявлял постоянный интерес к изучению динамики лесной растительности под воздействием изменений климата и внес существенный вклад в разработку этой проблемы. В начале своей научной карьеры он уделил большое внимание изучению повторяемости лесных пожаров в связи с изменением увлажненности климата и влиянию пожаров на строение и дина-
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (04-04-48687, 05-04-48466, 07-04-00847) и ИНТАС (01-0052).
мику светлохвойных лесов Центральной Якутии. На большом материале было показано, что "оборот огня" в лиственничниках свежих местообитаний составляет не более 40-50 лет, сухих местообитаний - не более 20-25 лет. А.И. Уткин высказал интересную гипотезу о том, что наблюдаемое в настоящее время потепление и усиление сухости климата приводит к обсыханию территории, ксерофитизации положительных элементов рельефа и к дополнительному увлажнению и охлаждению почв депрессий. Это приводит к остепнению лесов на выпуклых элементах рельефа и наступлению леса на открытые ландшафты депрессий. В боровых экотопах сосна вытесняет лиственницу, возвращая утраченные после фазы голоценового термического оптимума местообитания [2].
С начала 1970-х годов А.И. Уткин начал интенсивно заниматься изучением продуктивности лесных сообществ, а несколько позднее - оценкой вклада лесной растительности в углеродный цикл биосферы. Он указывал на необходимость переоценки биосферной роли леса в связи с происходящими в настоящее время увеличением содержания углекислого газа в атмосфере и глобальным потеплением климата. Крайне важно знать региональные закономерности углеродного цикла, обусловленные климатическими особенностями микрорегионов и подзон, что позволит прогнозировать его изменения при различных сцена-
риях изменения климата. Нежелательные последствия потепления можно смягчить путем интенсивного "связывания" углерода на длительное время в древесной фитомассе при помощи увеличения площадей, покрытых лесом, и повышения продуктивности молодых и средневозрастных лесов [3, 6].
В последние годы А.И. Уткин проявлял большой интерес к изучению пространственной динамики лесной растительности на фоне происходящего в настоящее время потепления климата и изменения гидрологических условий. Он отмечал слабую изученность реакции отдельных компонентов лесных экосистем на климатические изменения и недостаточный учет при этом эколого-физиологических особенностей продуцентов и редуцентов. Свои соображения о возможной динамике лесной растительности в экотонах Северной Евразии различного ранга (лес-тундра, лес-степь, лес-болото, лес-сельскохозяйственные угодья) он изложил в специальной работе [5]. В случае повышения средней годовой температуры на 2-4°С лесная и кустарниковая растительность в подзоне южной тундры будет выходить из речных долин на плакорные местообитания. Наиболее существенные изменения должны произойти в зоне лесотундры и северной тайги: повышение густоты и продуктивности древостоев, расселение ели, сосны и березы дальше на север и выше в горы. В экотоне лес-степь повышение температуры и снижение количества осадков приведут к вытеснению лесных сообществ степными, а также к усилению деструктивной роли пожаров. Он подчеркивал, что при анализе климатогенных причин изменения лесной растительности необходимо знание процессов семеношения, дальности разлета семян, характера взаимоотношений между древесными и другими видами растений в конкретных физико-географических условиях.
А.И. Уткин понимал важность и перспективность работ с использованием дендрохронологи-ческих методов для реконструкции природных условий, в частности климатических, и использование этой информации для изучения динамики лесных сообществ. По его инициативе был выпущен специальный номер журнала "Лесоведение" (№ 2 за 1990 г.), посвященный проводимым в нашей стране дендрохронологическим исследованиям. Кроме того, он, будучи заместителем главного редактора журнала "Лесоведение", постоянно обращался к специалистам-дендрохронологам с просьбой присылать рукописи статей для публикации в журнале. Статьи с использованием денд-рохронологических методов регулярно печатались в журнале "Лесоведение", что, несомненно, способствовало развитию этого направления исследований в нашей стране. В одной из рецензий А.И. Уткин [4] дал высокую оценку книге, посвященной дендроклиматическим исследованиям в
Урало-Сибирской Субарктике, и высказал ряд интересных соображений по перспективам развития и использования дендрохронологической информации для изучения изменчивости природной среды и динамики лесных экосистем.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА
В настоящей работе приведены результаты многолетних исследований климатогенной динамики различных типов лесотундровых сообществ, произрастающих в экотоне верхней границы древесной растительности (ЭВГ) на восточном макросклоне Полярного Урала (бассейн р. Соби). Под термином ЭВГ мы понимаем переходный пояс растительности в горах между верхней границей распространения сомкнутых лесов и верхней границей распространения одиночных деревьев в тундре. Нижняя граница экотона в этом районе расположена на высотах от 140 до 230 м над ур. моря, а верхняя граница - от 270 до 560 м. В пределах экотона произрастают в основном чистые лиственничные (из Larix sibirica Ldb.) сообщества различной густоты. В нижней части экотона встречаются лиственничные редколесья и сомкнутые леса с примесью ели сибирской (Picea obovata Ldb.) и березы извилистой (Betula tortuosa Ldb.).
Исследования были начаты в 1960-х годах [7-9, 11] и продолжаются до настоящего времени [12-14, 22-24]. Этот район является весьма перспективным для изучения климатогенной динамики лесотундровой растительности. Он расположен на широте полярного круга и характеризуется сильной изменчивостью климатических условий различной длительности [11]. Лесотундровая растительность, произрастающая в пределах ЭВГ, не подвергалась воздействию лесных пожаров и не испытывала существенных антропогенных воздействий. Пожаров здесь не было по крайней мере в течение последних 1500 лет, когда сменилось не менее 4-5 возрастных поколений лиственницы. Об этом свидетельствует отсутствие обуглившихся остатков деревьев и углей на поверхности почвы. Однако на одной из пробных площадей, расположенной в пределах современного экотона, мы обнаружили древесные угли в почве на глубине 25-30 см. Их наличие свидетельствует о том, что, вероятнее всего, во время термического максимума голоцена, когда верхняя граница древесной растительности поднималась выше в горы, лесные пожары случались в пределах современного экотона. В настоящее время пожары случаются лишь на более низких гипсометрических уровнях, в пределах горно-таежного пояса, не достигая подгольцового.
В ЭВГ произрастают простые по составу дре-востои, состоящие в основном из лиственницы сибирской, что намного облегчает изучение их динамики. Кроме того, в течение последних 40-50 лет
Рис. 1. Фотоснимки, сделанные в средней части профиля II с одной и той же точки в 1962 и 2004 гг., показывающие наличие большого количества остатков древней древесины и современное расселение лиственницы выше в горы.
по этому району накоплен большой материал, характеризующий состав и структуру лесной растительности, что дает возможность широко использовать прямые свидетельства для оценки происшедших изменений.
Район исследований расположен на восточном макросклоне Полярного Урала, в бассейне р. Со-би (66°46'-66°55' с.ш., 65°22'-65°49' в.д.). Господствующее положение по площади и высоте занимает перидотитовый массив Рай-Из, который простирается почти в широтном направлении от р. Соби на востоке до р. Макар-Рузь на западе. В его северной части имеется несколько острых пиков, достигающих высоты 1260-1290 м над ур. моря. Вдоль южной оконечности Рай-Иза тянется полоса горных образований различной высоты, сложенных габбро. Наиболее высоким
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.