ЭКОЛОГИЯ, 2013, № 4, с. 275-283
УДК 528.721.28
ДИНАМИКА РАСТИТЕЛЬНОСТИ ЭКОТОНА ТУНДРА-ТАЙГА НА КОЛЬСКОМ ПОЛУОСТРОВЕ В СВЯЗИ С КЛИМАТИЧЕСКИМИ КОЛЕБАНИЯМИ © 2013 г. В. И. Кравцова, А. Р. Лошкарева
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119991 Москва, ГСП-1, Ленинские горы e-mail: valentinamsu@yandex.ru Поступила в редакцию 29.06.2012 г.
Динамика северной границы леса и состояния растительности экотона тундра—тайга в северо-западной части Кольского п-ова исследована по разновременным космическим снимкам со спутника Landsat 1986 и 2005 гг., охватывающим период потепления. На основе расчета вегетационного индекса NDVI за оба срока сформировано разностное индексное изображение, отражающее изменение состояния растительности. Выявлено увеличение сомкнутости редколесий, сгущение кустар-ничковой растительности и продвижение ее в лишайниковую тундру.
Ключевые слова: северная растительность, динамика, космические снимки, вегетационный индекс.
DOI: 10.7868/S0367059713040082
Вопросы динамики северной (в горах — верхней) границы лесов, продвижения ее в лесотундру привлекают внимание в связи с проблемой климатических изменений. В качестве одного из возможных последствий глобального потепления рассматривается предполагаемое смещение лесной зоны на север (Кислов и др., 2008). В ряде районов — на Полярном (Шиятов и др., 2005) и Южном Урале (Шиятов и др., 2001), Таймыре (Харук и др., 2006), в Хибинах (Михеева, 2011) — уже выявлено локальное продвижение леса вверх по склонам. Нечеткая выраженность границ северных лесов, особенно в равнинных районах, трансформирует эту проблему к оценке состояния переходной зоны между тундрой и тайгой — лесотундровой зоны (экотона тундра—тайга), изменений ее структуры.
Динамика северной границы леса и структуры экотона тундра—тайга в связи с климатическими изменениями исследуется в лаборатории аэрокосмических методов кафедры картографии и геоинформатики географического факультета МГУ в рамках международного проекта PPS Arctic-BENEFITS, в котором участвуют ученые Канады, Норвегии, Великобритании и России. В российской части проекта предусматривается изучение динамики северной границы леса по наземным и дистанционным материалам на равнинных и горных ключевых участках в европейской и азиатской частях России (Rees et al., 2009).
Экспедиционные исследования по этому проекту проводятся на Кольском полуострове (в Хибинах и равнинном районе вблизи оз. Канентъявр) и в Центральной Сибири — на Таймыре и в горном районе плато Путорана. Региональные различия характера северной границы леса обусловливают и неодинаковые методические подходы к решению проблемы ее динамики в разных районах.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В настоящей работе проблемы динамики северной границы леса рассматриваются для северо-западной части Кольского полуострова. Полевые и дистанционные исследования выполнены на эталонном участке Канентъявр размером 50 х х 30 км в равнинной части полуострова, в 40 км восточнее г. Мурманска (рис. 1). Ключевой участок находится на возвышенной цокольной пластовой равнине с денудационными сопками высотой 300—350 м, поднимающимися на 100—200 м над днищами долин и озерами, занимающими тектонические понижения (отметки урезов озер в среднем 180 м). Центральная часть участка представляет собой обширное выравненное понижение вдоль долины р. Териберки. При сравнительно небольших размерах участка он относится к разным природным зонам: у западной границы в непосредственной близости к нему подходит лесная зона, большую часть территории занимает ле-
275
3*
Рис. 1. Основные типы растительности исследуемого района:
1 — лишайниково-кустарничковые и кустарничково-лишайниковые тундры; 2 — лберезовые криволесья; 3 — болота; 4 — озера.
сотундра, а с востока и севера вклиниваются участки тундровой зоны.
С районом исследований граничит крайняя северная подзона лесной зоны, которая представлена березовыми криволесьями и редколесьями из березы Черепанова (Betula pubescens, ssp. czerepanovii) с примесью сосны (Pinus friesi-ana), изредка ели (Picea obovata). Растительность лесотундры представляет собой чередование фрагментов низкорослых березовых криволесий и участков тундры. При сомкнутости криволесий 0.3—0.4 в них хорошо выражен напочвенный покров из трав, кустарничков, мхов и лишайников. Разделяются кустарничковые березовые криволесья с преобладанием водяники (Empetrum her-maphroditum) и черники (Vaccinium myrtillis) и травяные березовые криволесья с преобладанием дерена шведского (Camaepericlymenum suecicum). На возвышенностях при доминировании в напочвенном покрове лишайников развиваются лишайниковые лесотундровые березовые редколесья. Вдоль рек преобладают долинные ивняки и
пойменные разнотравные и злаково-разнотрав-ные березовые леса и редколесья.
Тундровая растительность представлена ку-старничково-лишайниковыми и лишайниково-кустарничковыми тундрами с разреженным ярусом карликовой березы. Здесь произрастают вороника, ерник, черника, арктоус альпийский, луазе-лерия. Отличительная черта сообществ тундры — неоднородность горизонтального сложения, мозаичное сочетание участков кустарничков и лишайников, обусловленное чередованием форм микрорельефа.
В гидроморфных условиях в пределах тундровой и лесотундровой зон развиваются интразо-нальные сообщества болот, приручьевых ивняков и лугов. Среди повсеместно распространенных здесь болот много бугристых. Обычны комплексные бугристые аапа-болота лапландского типа, представляющие собой чередование небольших округлых либо вытянутых торфяных бугров, разделенных неглубокими топями и коврами, заросшими осокой и пушицей. По периметру болотно-
го комплекса формируются переходные к окружающим тундрам сообщества "сухих болот", "пустошей" с выраженным мелкобугристым микрорельефом.
Климатические тренды на Кольском полуострове в целом соответствуют как общемировым, так и трендам по России. За период инструментальных наблюдений отмечалось потепление с начала прошлого века до 1930-х годов, похолодание 1950—1970-х годов и новое потепление, начавшееся со второй половины 1980-х годов. Интенсивность повышения средней годовой температуры воздуха на западе Кольского полуострова с середины 1970-х годов составляет 0.6°С за 10 лет. При этом последнее десятилетие (2000—2010 гг.) оказалось самым теплым за более чем 70-летний период наблюдений (Доклад о состоянии ..., 2010). Наиболее выражено современное потепление зимой, в декабре и январе, когда увеличение температуры достигло 2°С. Весеннее потепление нашло свое отражение в более раннем наступлении вегетационного периода, сроков начала и пиков весеннего половодья. В летние месяцы повышение температуры не так велико, как в зимние, но все же существует и отмечается устойчивая тенденция потепления. Произошло увеличение такого важного агроклиматического показателя, как сумма активных температур (температуры выше +10°С) с 767°С (в 1961-1985 гг.) до 812°С (в 1986-2005 гг.), т. е. на 45°С. В отношении осадков по данным измерений на Кольском полуострове в последние 30 лет проявляется сезонная изменчивость в их режиме — небольшое увеличение их количества в зимний период и близкое к норме количество с небольшим уменьшением в летний. Незначительные вариации осадков за последние 50 лет подтверждаются также отсутствием существенного тренда в годовом стоке рек Кольского п-ова (Семенов, 2008).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Поиск оптимального метода. Постепенность перехода от леса к тундре на местности влечет за собой нечеткость отображения северной границы леса на аэро- и космических снимках. Предпринятая нами попытка привлечения топографических карт для исследования динамики границы лесов оказалась несостоятельной: мелкие контуры криволесий и редколесий заменяются на картах значковыми обозначениями, из-за чего фиксация площадей этих растительных сообществ невозможна; к тому же критерии разделения лесов и мелколесий на топографических картах по высоте древостоя (3 м) не совпадают с принятыми экологами проекта PPS Arctic критериями (определяются границы распространения деревьев высотой более 2 м при расстоянии между деревьями
до 30 м). В результате выявленные по разновременным топографическим картам изменения контуров лесов и мелколесий при проверке по аэроснимкам, служившим источником для создания карт, оказались ложными и пришлось отказаться от топографического мониторинга динамики северной границы леса.
Изменения состояния экотона тундра—тайга в период потепления 1986—2006 гг. на локальных участках были изучены нами при сопоставлении аэрофотоснимков 1986 г. с космическими снимками ASTER (разрешение 15 м). В результате были получены карты изменений для эталонных участков размером 2 х 3 км в лесной, лесотундровой и тундровой зонах (Кравцова, Лошкарева, 2009). Выявлено сгущение древостоев в лесной зоне без изменения границ лесных массивов и сгущение кустарничковой растительности в лесотундровой зоне, в результате чего граница лишай-никово-кустарничковой тундры надвинулась на кустарничково-лишайниковую.
При использовании материалов аэрокосмических съемок более широкого охвата для выявления динамики экотона необходимо иметь снимки с интервалом в несколько последних десятилетий (период потепления), сделанные однотипными съемочными системами. Из имеющегося фонда космических снимков к таковым относятся снимки со спутников Landsat. Однако их разрешение (30 м) недостаточно для фиксации границ северных лесов. Тщательный анализ с привлечением снимков со спутника QuickBird сверхвысокого разрешения (0.6 м) показал, что на снимках Landsat отображаются границы между лесами разных типов (березовые криволесья с травянистым и кустарничковым нижним ярусами), но не воспроизводятся границы между кустарничковы-ми криволесьями и кустарничковой тундрой (Кравцова, Лошкарева, 2010). Причину плохого отображения границ криволесий выявил покомпонентный анализ детального изображения снимка QuickBird в пределах площадок 30 х 30 м, соответствующих пикселу снимка Landsat. Она заключается во взаимопогашающем влиянии крон деревьев и их теней: большая яркость изображения крон и
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.