ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2007, № 2, с. 212-228
= ЭКОЛОГИЯ
УДК 551.589:519.24:581.9(470:251)
МОДЕЛЬНЫЕ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА НА АРЕАЛЫ ЗОНАЛЬНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ РАВНИННЫХ
ТЕРРИТОРИЙ РОССИИ
© 2007 г. Л. Л. Голубятников, Е. А. Денисенко
Институт физики атмосферы им. A.M. Обухова РАН, 119017 Москва, Пыжевский пер., 3
E-mail: golub@ifaran.ru Поступила в редакцию 01.12.2005 г.
Сделаны оценки возможных изменений ареалов зональных фитоценозов потенциальной растительности равнинных территорий России в связи с увеличением среднегодовой глобальной приземной температуры на 1°C согласно моделям общей циркуляции атмосферы и океана ECHAM4/OPYC3 и HadCM3 и климатической модели промежуточной сложности Института физики атмосферы РАН для антропогенных сценариев изменения содержания парниковых газов в атмосфере. Для оценки отклика ареалов фитоценозов на возможные изменения климата использованы данные об изменениях значений первичной биологической продукции фитоценозов при рассматриваемых климатических сценариях. На основе полученных результатов выделены зональные фито-ценозы, наиболее чувствительные к изменению климата.
Структура и функционирование растительного покрова определяются многими факторами (климатическими, биотическими, эдафическими, орографическими, историческими и т.п.). Однако влияние климата на развитие растительности настолько велико, что до определенных пределов оно может подчинять себе влияние других факторов. Вследствие этого, растительность в основных своих чертах при определенных климатических условиях остается неизменной, несмотря на мозаичный состав геологического сложения территории (Курнаев, 1973).
В высоких широтах Северного полушария, где расположена большая часть территории России, в настоящее время происходят значительные изменения климата. Среднегодовая глобальная приземная температура за XX в. увеличилась приблизительно на 0.6°C, в то время как на территории России потепление климата за прошлое столетие составило 0.9°C (Climate ..., 2001). Анализ палео-климатических данных показал, что скорость роста температуры Северного полушария в течение прошедшего столетия значительно больше, чем характерные скорости ее изменения за последние два тысячелетия (Mann, Jones, 2003). Данные указывают на то, что современное изменение климата имеет сложную региональную структуру. Выявлена существенная пространственная неоднородность трендов приземной температуры. В пределах России наиболее сильный тренд ее среднегодовых значений отмечен на территориях Средней Сибири, Прибайкалья, Забайкалья, Приамурья и Приморья. Потепление было более заметно в зимний и весенний сезоны - соответственно на
4.7°C и на 2.9°C за сто лет. Во второй половине XX в. годовые и сезонные (кроме зимних) осадки в целом для России уменьшались (Груза, Ранько-ва, 2002). Наиболее заметное уменьшение осадков отмечено для Северо-Восточного региона России, тогда как для территории ее Европейской части получена слабая тенденция роста осадков.
Неоднородность изменений климата предопределяет сложную и неоднозначную реакцию на эти изменения наземной растительности. Тенденция повышения температуры и изменения осадков может вызвать серьезные изменения в структуре и видовом составе растительного покрова. Климатические изменения могут существенно отразиться на сроках сезонного развития растительности. Под воздействием повышения глобальной приземной температуры, изменения количества осадков, увеличения продолжительности безморозного периода и других климатических характеристик может произойти сокращение и фрагментация ареалов многих видов растений с возникновением новых условий существования для отдельных растительных сообществ и экосистем (Кожаринов, Минин, 2001; Root et al., 2003).
В настоящей работе для равнинных территорий России сделаны оценки возможных изменений ареалов зональных фитоценозов потенциальной растительности при глобальном среднегодовом потеплении климата в первой половине XXI в., выделены зональные фитоценозы, наиболее чувствительные к изменению климата.
Ареалы растительности и климат. Проанализировать принципиальные различия между ареалами различных фитоценозов, сравнить
адаптацию фитоценозов к тем или иным климатическим условиям можно с помощью их фито-климатических ареалов (климаареалов). Клима-ареал - это графическое изображение области произрастания растительного сообщества в координатах тех или иных климатических факторов. Примером климаареалов фитоценозов на региональном уровне служит схема Гребенщикова (1986), в которой ареалы природных фитоценозов Европейской территории бывшего СССР представлены в координатных осях годового количества осадков и годовых сумм температур выше 10°С (рис. 1а). Эта схема позволяет провести сравнительный анализ адаптаций разных фитоценозов к режиму тепла и влаги. Почти все ареалы лесных фитоценозов занимают термическое пространство в пределах сумм температур от 1500 до 3000°С, а по показателям годового количества осадков - от 500 до 800 мм. В умеренных широтах к этому пространству приурочен оптимум существования большей части растительных сообществ, что отражается в частом взаимном наложении и перекрытии контуров их климатических ареалов. Ниже указанной группы климаареалов расположены ареалы фитоценозов, адаптированных к крайним условиям существования: предельно холодным (тундры, лесотундры), холодным и избыточно влажным (например, горные тундры Хибин), переувлажненным при умеренном терморежиме (например, темнохвойные леса Карпат). Верхнюю часть схемы занимают фитоценозы, произрастающие в более сухих условиях: различные типы степей, полупустынь, пустынь и сухих лесов суббореального типа, например, можжеве-лово-фисташково-дубовые леса и редколесья южного Крыма. Следует отметить, что вытяну-тость контуров климаареалов в определенном направлении не зависит от территории, занятой соответствующим растительным сообществом. Наиболее узкие диапазоны существования по отношению к теплу и влаге имеют сухие степи и полупустыни. На обширной территории Русской равнины зональные изменения климатических условий и пространственные смены фитоценозов происходят постепенно. Расположение ареалов фитоценозов на этой территории часто определяется не только климатическими условиями, но и особенностями почвообразующих, подстилающих пород и рельефа (Гребенщиков, 1986). Это отражается в перекрытии климаареалов рассматриваемых растительных сообществ в заданных координатах климатических характеристик.
На глобальном уровне климаареалы многих растительных сообществ также перекрывают друг друга. Примером фитоклиматических ареалов наземной растительности на глобальном уровне является схема Волобуева (1947). Эта схема отражает закономерности размещения основных типов наземной растительности в связи с из-
менениями тепла и влажности (рис. 16). Большая часть ареалов степных и пустынных фитоценозов занимает область в пределах от 12°C до 18°C среднегодовой температуры при годовых осадках до 650 мм. Ареалы лесных фитоценозов умеренного пояса расположены в пределах примерно от -8°С до 12°C среднегодовой температуры при годовых осадках от 300 до 1000 мм. Ареалы субтропических и тропических фитоценозов преимущественно занимают пространство в пределах от 12°C до 28°C среднегодовой температуры при осадках свыше 500 мм в год.
Таким образом, фитоклиматические ареалы растительных сообществ позволяют определить диапазоны изменения климатических параметров, в которых произрастают отдельные фитоценозы или типы растительности. Следует отметить, что из-за перекрытия климаареалов разных фитоценозов соотношение "ареал фитоценоза -климатические характеристики" не является взаимооднозначным.
Моделирование реакции растительности на климатические изменения. Один из распространенных подходов к анализу изменений пространственного распределения ареалов типов растительности на климатические изменения основан на использовании биоклиматических схем, т.е. экспериментально установленных взаимосвязях характеристик наземной растительности с теми или иными климатическими параметрами или их комбинацией. Среди наиболее часто используемых в моделях биоклиматических схем можно выделить схемы Холдриджа (Holdridge, 1967), Лита (Lieth, 1975) и Григорьева-Будыко (Будыко, 1977). На схеме Холдриджа разные растительные сообщества разделены по режимам таких климатических характеристик, как среднегодовая температура, годовое количество осадков и коэффициент потенциального испарения. Схема Лита определяет границы основных типов растительности от среднегодовой температуры и количества осадков за год. Схема Григорьева-Будыко связывает географическое распределение основных типов растительности с радиационным балансом поверхности и радиационным индексом сухости. В работах, основанных на биоклиматических схемах, учитывающих связь границ растительных сообществ с климатическими характеристиками, получены оценки площадей территорий, занимаемых тем или иным растительным сообществом при различных сценариях климатических изменений (Белотелов и др., 1995; Кобак и др., 2002). Как правило, в этих исследованиях предполагается, что трансформация растительных зон происходит мгновенно при изменении климатических условий, т.е. не учитывается, что реальные сдвиги ареалов фитоценозов, вызываемые глобальными и региональными изменениями климата, происходят в процессе сукцессий, а
2Г>ю, °C
P, мм
Рис. 1. Схемы распределения фитоклиматических ареалов основных природных экосистем Европейской территории бывшего СССР (а) и экосистем суши (б): 1 - тундры равнинные; 2 - тундры горные; 3 - лесотундра из Betula tortuosa; 4 - лесотундра из Picea obovata; 5 - северотаежные ельники (P. abies, P. obovata); 6 - среднетаежные ельники (P. abies, P. obovata); 7 - южнотаежные ельники (P. abies, P. obovata); 8 - подтаежные хвойно-широколиственные леса; 9 - дубово-осиновые и остепненные сосновые леса; 10 - восточноевропейские дубравы (Quercus robur); 11 - западные дубравы из Q. petraea; 12 - грабово-дубовые мезофильные леса; 13 - предуральские хвойно-широколиственные леса (Pi-nus sylvestris
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.