научная статья по теме МНОГОЛЕТНЯЯ ДИНАМИКА ПОЧВЕННОГО УВЛАЖНЕНИЯ И УСЫХАНИЕ ЕЛИ В ЕЛОВЫХ ЛЕСАХ ЮЖНОЙ ЕВРОПЕЙСКОЙ ТАЙГИ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «МНОГОЛЕТНЯЯ ДИНАМИКА ПОЧВЕННОГО УВЛАЖНЕНИЯ И УСЫХАНИЕ ЕЛИ В ЕЛОВЫХ ЛЕСАХ ЮЖНОЙ ЕВРОПЕЙСКОЙ ТАЙГИ»

ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2004, № 1, с. 3-22

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

УДК 630*114.12: 551.524/525 + 551.577(470.331)

МНОГОЛЕТНЯЯ ДИНАМИКА ПОЧВЕННОГО УВЛАЖНЕНИЯ И УСЫХАНИЕ ЕЛИ В ЕЛОВЫХ ЛЕСАХ ЮЖНОЙ ЕВРОПЕЙСКОЙ ТАЙГИ*

© 2004 г. Н. Н. Выгодская1, В. И. Абражко2**, А. В. Варлагин1, Ю. А. Курбатова1

К. Н. Сидоров1, И. М. Милюкова1, А. Ф. Согачев1, Л. М. Согачева1, Е. С. Шапошников2, Г. И. Непомнящий1, М. А. Абражко2

1Институт проблем экологии и эволюции им. АН. Северцова РАН 117071 Москва, Ленинский просп., 33 2Централъно-Лесной государственный природный биосферный заповедник 172513 Тверская обл., Нелидовский р-н

Поступила в редакцию 29.07.2003 г.

Обсуждается динамика запасов влаги в 0-0.2 м слое почвы в трех типах южнотаежных ельников во взаимосвязи с региональными изменениями температуры воздуха и осадков за последние 30 лет XX в. По наблюдениям за эти годы выделено четыре основных типа вегетационных периодов с различными тенденциями изменения температуры и осадков и три периода с разными тенденциями изменения запасов влаги в почве за май-сентябрь. Внутри вегетационного сезона выделено два подтипа режима почвенного увлажнения и показано влияние климатических факторов на их формирование. Дано обоснование выбора климатических предикторов и предложены варианты статистических моделей, описывающих динамику средних за (май-сентябрь), минимальных и сезонных амплитуд запасов влаги в слое почвы в зависимости от климатических предикторов для разных типов еловых лесов. При прогнозе влажности почвы, помимо количества летних осадков и наибольшей средней месячной температуры, необходимо учитывать количество осадков и температуру за апрель. Нормы годичного отпада ели тесно связаны с амплитудами запасов влаги в верхнем корнеобитаемом слое почвы.

Запасы влаги в почве, средние месячные температуры, суммы осадков, гидротермический коэффициент Селянинова, водный баланс, усыхание ели, скоростъ отпада, елъ европейская, южная европейская тайга.

Пространственное разнообразие современных климатических условий, различная степень выраженности межгодовой изменчивости современного климата и различные климатические тренды [8-10, 32, 34] в разных регионах бореальной зоны определяют необходимость дифференцированного подхода к составлению климатических прогнозов для отдельных регионов бореальной зоны. При этом особенно проблематичным является прогноз осадков и содержания влаги в почве как компонентов водного баланса лесных экосистем. И пока не ясно, насколько можно распространять на разные регионы и различные природные эко-

*Работа выполнена при поддержке РФФИ (01-04-49334, 01-04-49171) и проектов ЕС "ЕшгеШепап СагЬопйих" и "ТС08-81Ьепа".

**Статья подготовлена на основе материалов В.И. Абражко, собранных в период с 1968 по 1999 г. в основных типах еловых лесов Центрально-Лесного государственного природного биосферного заповедника [1-6]. Частично использовались архивные материалы В.И. Абражко.

системы общий для бореальной зоны прогноз снижения летних осадков и влажности почвы в результате увеличения испарения при прогнозируемом потеплении [25, 28-30]. В контексте общего прогноза потепления и иссушения климата прежде всего вызывает интерес проблема лесных пожаров как наиболее вероятная причина формирования дополнительной эмиссий СО2 в атмосферу в бореальной зоне [25-27, 33], а также возможного увеличения почвенной эмиссии СО2 [31]. В то же время известно, что, несмотря на разнообразие климатических условий, общей чертой бореальной зоны северного полушария является положительный водный баланс (в годовом выводе осадки выше испарения) [17]. При современных и будущих изменениях климата в разных регионах бореальной зоны возможно нарушение среднего многолетнего соотношения между осадками и испарением, особенно в течение вегетационного периода. Можно полагать, что в случае устойчивой смены знака водного ба-

ланса в течение длительного времени вероятны необратимые изменения структуры и продуктивности сообществ, образованных видами, адаптированными к положительному водному балансу.

Для того чтобы оценить возможные изменения водного баланса, помимо многолетних сетевых данных по осадкам, необходимы сопоставимые с ними ряды данных по испарению для различных биогеоценозов. Однако для территории России практически нет опубликованных данных по сопряженным рядам параллельных измерений составляющих водного баланса (включая испарение) на уровне биогеоценоза. Данные многолетних стационарных исследований испарения лесных биогеоценозов, опубликованные в работах A.A. Молчанова [15, 16], к сожалению, не могут быть использованы при решении прогнозных задач, так как они в основном характеризуют средние за период наблюдений оценки испарения и его составляющих без необходимой информации об осадках, влажности почвы за отдельные периоды наблюдений.

В то же время косвенным показателем общего водного баланса может служить запас влаги в почве и его изменчивость на фоне различного атмосферного увлажнения и температуры воздуха. С этих позиций в настоящей статье мы рассматриваем многолетнюю динамику температуры, осадков и запасов влаги в почве еловых лесов южной европейской тайги на примере одного ключевого участка - территории Центрально-Лесного государственного природного биосферного заповедника (ЦЛБЗ). С этими данными сравнивается динамика густоты древостоя и скорости отпада ели европейской как процесса, значимо влияющего на углеродный баланс лесных экосистем.

ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Центрально-Лесной биосферный заповедник (около 56° с.ш. и 33° в.д.) находится в Нелидовском р-не Тверской обл. Территория ЦЛБЗ расположена в юго-западной части Валдайской возвышенности на главном Каспийско-Балтийском водоразделе Русской Равнины, где берут начало верховья рек бассейнов Волги и Западной Двины. Физико-географические особенности территории хорошо изучены и описаны в многочисленных публикациях [12, 18, 21, 22, 24 и др.].

В целом климат региона типичен для областей умеренного влажного климата на территории России (табл.1). Характерной чертой климата региона является превышение годовых осадков над потенциальным испарением в среднем многолетнем на 200 мм [17], а осадки за май-сентябрь составляют 56 ± 8% от их годовой суммы. По данным ближайшей длиннорядной сетевой метеоро-

логической станции Вышний Волочек, интегральный показатель тепловлагорежима вегетационного периода (гидротермический коэффициент Селянинова - К) за 1891-1995 гг. был выше на 12% средней многолетней нормы (К = = 0.1467) для Центрального р-на на европейской территории России [10]. Тот же коэффициент за 1970-1995 гг. был на 20% (Вышний Волочек) и на 29% (Федоровское) выше среднемноголетней нормы, что свидетельствует о более влажном ме-зоклимате в районе исследований по сравнению с остальной территорией Центрального р-на.

При превышении осадков над испарением в условиях слабой дренированности плоского водораздела и тяжелого механического состава почв формируется избыточное увлажнение и создаются предпосылки как для формирования в целом лесов бореальной структуры, так и для заболачивания лесов.

Лесная растительность на территории ЦЛБЗ является крупным вкраплением южнотаежной биоты в зональные широколиственно-еловые леса. В современном растительном покрове ЦЛБЗ по площади преобладают еловые леса, сложенные Picea abies (L.) Karst., которые занимают 37% от площади ядра заповедника. Примерно столько же (41% от лесной площади) занимают ельники во всей Тверской обл. [23].

Из 15 коренных типов ельников, выделенных на территории ЦЛБЗ [13, 19], наибольшие площади заняты разными вариантами ельников чер-нично-кисличных и черничных (36% от всей площади еловых лесов), 23% занято ельниками кисличными, 12% сложными ельниками, 7% сфагново-черничными и 1% занимают сфагновые ельники.

Ниже мы рассматриваем данные по динамике запасов влаги в слое почвы 0-0.2 м в трех типах ельников, различающихся по режиму почвенного увлажнения: ельнике чернично-пушицево-сфаг-новом (ЧПС), сфагново-черничном (СЧ) и чер-нично-кисличном (ЧК) (табл. 2). Особенностью пробной площади в ЧПС ельнике было быстрое разрушение древостоя (к 1992 г. осталось около 9% от живых на 1972 г. деревьев ели).

При анализе использованы данные измерений уровня верховодки (УВ) и запасов влаги (W) в слое почвы 0-0.2 м за 1968-1999 гг., методика которых неоднократно была описана в работах В.И. Абражко [1-6]. Данные по средней месячной температуре (!) и суммам осадков (Р) рассмотрены для двух ближайших метеорологических станций: Вышний Волочек (56° с.ш., 34°4' в.д., 161 м над ур.моря) за 1891-1995 гг. и Федоровское (56°27' с.ш., 32°57' в.д., 250 м над ур.моря) за 1970-1999 гг. Последняя станция расположена на территории ЦЛБЗ на удалении не более 3 км от лесных пробных площадей.

Таблица 1. Некоторые характеристики климата для района ЦЛБЗ по данным станций Вышний Волочек и Федоровское

Характеристика Вышний Волочек Федоровское

1898-1995 гг. 1970-1995 гг. 1970-1995 гг. А В С Д

1972 г. 1992 г. 1987 г. 1990 г. 1976 г. 1988 г. 1998 г.

Средний Ттах 17.2 ± 1.6 16.6 ± 1.5 16.0 ±1.5

Абсолютный Ттах 22.0 20.1 19.6 19.6 16.7 14.8 14.4 14.9 19.2 19.0

Средний Ттт -9.6 ±4.1 -8.5 ± 4.4 -8.5 ± 4.2

Абсолютный Ттах -21.0 -21.0 -18.9 -16.5 -5.2 -18.9 -5.4 -12.9 -7.5 -8.9

Средняя годовая Т 3.7 ± 0.9 3.8 ± 1.0 3.9 ± 1.1 3.9 4.6 1.9 5.1 1.9 4.4 4.6

Средняя и годовые 2117±150 2094 ± 146 2394 1808 2355

ХТ >10°С

Р, средняя сумма 629 ± 101 621 ± 93 711±121

за год

Максимум 850 787 995

годовых Р

Р, сумма за год 539 673 908 995 792 739 953

Р за период с Т, °С

>5 374 ± 97 386 ± 94 434 ± 96 277 227 682 540 377 423 695

>10 304 ± 84 309 ± 82 322 ± 86 244 277 569 326 276 423 603

За май-сентябрь 349 ± 87 359 ± 85 397 ± 98 277 227 647 510 377 423 603

Число дней с Т, °С

>5 170 172 172 165 159 160 159 149 165 184

>10 127 129 124 119 129 112 112 65 130 144

К 1.65 ± 0.46 1.76 ± 0.47 1.89 ± 0.47 1.14 2.09 1.80

Примечание. Т - температура воздуха , °С; Ттах - максимум средней месячной Т; Ттщ -

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