УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2004, том 124, № 5, с. 403-418
УДК 581.524+574.9
ПАЛЕОПРОГНОЗНАЯ КОНЦЕПЦИЯ В РЕГИОНАЛЬНОЙ ЭКОЛОГИИ (НА ПРИМЕРЕ ВОЛЖСКОГО БАССЕЙНА)
© 2004 г. Э. Г. Коломыц, Г. С. Розенберг
Институт экологии Волжского бассейна РАН, Тольятти
На основе специально разработанной методики регионального ландшафтно-экологического прогнозирования, с применением методов дискретной математики, рассмотрены прогнозные ландшафтно-экологические и палеогеографические сценарии ближайшего будущего Волжского бассейна. Выявлены механизмы сдвигов ландшафтно-зональных условий и соответствующих изменений в почвенно-растительном покрове модельной территории при различных сценариях возмущающих воздействий климатической системы. Показано, что региональный подход к оценке глобальных изменений может стать одним из перспективных путей осуществления глобального экологического мониторинга.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема глобальных изменений составляет основу "Международной геосферно-биосферной программы" [22], предусматривающей разработку сценариев ближайшего будущего биосферы на основе физических моделей, описывающих базовые процессы и явления. Одним из наиболее динамичных процессов планетарного масштаба, влиявших на эволюцию биосферы в прошлом и определяющих ее будущее состояние, является изменение климата планеты, обусловленное перестройкой химического состава атмосферы и проявлением ее парникового эффекта [5, 28]. Это приводит к целому ряду крупномасштабных экологических последствий, в том числе к преобразованиям ландшафтно-зональной структуры целых континентов [11, 15, 39, 40].
Глобальные биосферные процессы и явления наиболее глубоко познаются через уровень экологических регионов. Однако вследствие высокого разнообразия природно-территориальных структур, а также сложности их функционирования и эволюции [2, 12] региональный отклик на глобальные изменения климата имеет вид многозначной реакции растительности, почв и ландшафтов в целом на фоновые климатические сигналы. До сих пор отсутствует сколько-нибудь ясное представление об этой многозначности. Известные на сегодняшний день прогнозно-экологические разработки носят весьма схематичный характер и нацелены главным образом на оценку общего будущего состояния биосферы как планетарной системы. Соответственно слишком мелкомасштабны (масштабы не более 1 : 3040000000) прогнозные и палеогеографические карты [6, 7, 13, 15, 27]. Региональный уровень экологических прогнозов разработан слабо вследствие недостатка фактического материала и методи-
ческих трудностей перехода от глобального экологического прогноза к региональному.
Таким образом, на повестке дня - проблема создания региональной палеопрогнозной концепции. Один из вариантов такой концепции представлен в данном сообщении на примере основного водосбора Волжского бассейна, который оказался подходящим объектом для создания региональных па-леопрогнозных моделей с достаточно большим пространственным разрешением. По этой центральной части Русской равнины уже имеется весьма обширный банк гидроклиматической информации с данными о колебаниях климата в историческом прошлом. Наличие же для Средней полосы Русской равнины ряда опорных разрезов со спорово-пыльцевыми спектрами позволяет восстановить палеоклиматические условия региона с пространственно распределенными параметрами. Все это дает возможность оценить современные ландшафтно-геофизические связи и наметить их наиболее вероятные значения как в геологическом прошлом, так и в ближайшем будущем.
Территория основного водосбора Волжского бассейна входит в так называемый трансконтинентальный бореальный экотон [17] - систему зональных границ первого порядка, разделяющих бореальный пояс (преимущественно таежный) и суббореальный (лесостепной и степной). Вследствие перехода соотношения тепла и влаги через 1 в этой сравнительно узкой переходной полосе происходят принципиальные изменения в структуре и функционировании природных экосистем зонального типа [3]. Экотонные гео(эко-)систе-мы должны обладать более высокой чувствительностью к глобальным изменениям климата, нежели аналогичные системы в зональных "ядрах типичности" [2] соседних биоклиматических поясов - бореального и суббореального. На боре-
альном экотоне начинается перестройка фитоце-нологических и почвенных объектов, здесь возникают их новые эволюционные тенденции. Образно говоря, анализ поведения ландшафтно-зональных систем на бореальном экотоне в прошлом, настоящем и будущем позволяет получить "быстротекущую" модель регионального проявления глобальных изменений природной среды.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ
И ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Палеопрогнозная концепция по Волжскому бассейну и его окружению рассматривает ланд-шафтно-экологические и палеогеографические сценарии ближайшего будущего региона как единую систему глобальных изменений природной среды. Это единство обусловлено тем, что прогнозные и палеогеографические сценарии рассчитаны по одной и той же методике регионального ланд-шафтно-экологического прогнозирования [18, 21], что позволило более адекватно представить данные сценарии в общей системе глобальных изменений.
Исследовались причинные механизмы сдвига ландшафтно-зональных условий и соответствующие изменения в почвенно-растительном покрове при заданных сценариях возмущающих воздействий климатической системы, ожидаемых в обозримом будущем (до середины XXI века) и имевших место в геологическом прошлом - в оп-тимумы микулинского межледниковья (120130 тыс. лет назад) и голоцена (5-7 тыс. лет назад). Были разработаны региональные аналитические и картографические прогнозные модели ландшафтно-экологических условий, а также модели двух указанных палеогеографических срезов (в масштабе 1 : 2500000, т.е. в гораздо более крупном, чем это делалось до сих пор).
Операционными единицами растительности служили представленные на геоботанической карте региона [23] группы коренных фитоцено-зов как наиболее чувствительных к изменениям климата [3]. Согласно [35], эти единства относятся к классам (и подклассам) растительных формаций, которые являются региональными (например, восточноевропейскими или камско-печерскими) вариантами типов и подтипов растительности (среднетаежного, подтаежного и т.д.). За основу почвенных категорий взяты единицы из "Почвенной карты РСФСР" [38], объединенные в группы на основе почвенно-климатических отношений [9], имеющих приоритетное значение в формировании зональной структуры почвенного покрова (рис. 1).
Палеопрогнозная концепция объединяет в единую операционную систему объекты с весьма различными характерными временами (по тер-
минологии [1]): с одной стороны, грядущие функциональные состояния экосистем, сменяющие друг друга в течение нескольких десятков лет, а с другой - сопоставляемые с ними структурные состояния этих же (или аналогичных) систем, охватывающие геологические временные интервалы (до десятков тысячелетий). Такой синтез разномасштабных характерных времен вполне отвечает принципу многомерного земного времени, где само время становится определенной качественной категорией [29], и позволяет рассматривать пространственно-временную организованность экосистем прошлого и будущего с единой позиции, несмотря на огромную разницу во временных масштабах существования этих систем.
Первоначально были установлены базовые (1881-1980 гг.) гидроклиматические условия региона. С этой целью был проведен математико-картографический анализ структурно-функциональных связей в региональных экосистемах с использованием карт Атласа [21]. Информационно-статистическими методами [30] были получены общие меры пространственной сопряженности, а также матрицы частных коэффициентов связей фитоценологических и почвенных единиц с основными гидротермическими параметрами: средними температурами января и июля, суммой осадков (годовой, а также холодного и теплого периодов), годовыми значениями испарения и стока, различными коэффициентами увлажнения и др. Каждая матрица парциальных связей образует систему климатических ниш рассматриваемых объектов (табл. 1). С помощью этих матриц были определены таксономические базовые нормы указанных гидротермических параметров - их средневзвешенные по территории значения.
В матрице значимых (>1) частных коэффициентов связей каждый вектор-столбец описывает климатическую нишу, т.е. область доминирования, определенной градации растительности или почв в пространстве значений данного гидротермического фактора. Градации фактора с наибольшими значениями коэффициента связи образуют некоторый экологический оптимум ниши, остальные же относятся к ее "размытой" части. Формализованная матрица климатических ниш наглядно демонстрирует характер и тесноту связей (табл. 1).
В качестве ожидаемого возмущающего воздействия климатической системы использованы трансформированные на региональный уровень прогнозные сценарии глобальных антропогенных изменений климата на период до 2050 года. Сценарии получены по неравновесной прогнозной модели ОКБ Годдардовского института космических исследований (США) [28, 39]. По результатам тестирования статистической значимости результатов и имитации состояния современного клима-
та (в том числе его сезонных характеристик) данная модель - одна из наиболее предпочтительных моделей общей циркуляции атмосферы АОвСМв [41]. Для лесостепной и степной зон Русской равнины отклонения расчетных значений от фактических составили: по средней температуре января и июля соответственно -4°-(+2)° и -1°-(+1)°, а по суммам осадков холодного и теплого периодов -±9%. Эти цифры гораздо ниже полученных с использованием прогнозных моделей вЕБЬ и иКМО [24]. Модель в^Б уже успешно применена в целом ряде прогнозно-экологических исследований [42, 43]. Для наших целей она была трансформирована на региональный уровень с гораздо более высоким пространственным разрешением (с шагом в 1° широты и долготы). По этой модели мы провели расчеты и ЭВМ-картографирование ландшафтно-геофизических условий Волжского бассейна на прогнозируемые сроки 2010, 2030 и 2050 гг., когда ожидается повышение глобальной температуры соответственно на 0.8-1.0°,
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.