ЭКОЛОГИЯ, 2013, № 4, с. 284-295
УДК 630.181.22+630.181.65
ДИНАМИКА ВЕРХНЕЙ ГРАНИЦЫ ДРЕВЕСНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ВЫСОКОГОРЬЯХ ПРИПОЛЯРНОГО УРАЛА ПОД ВЛИЯНИЕМ СОВРЕМЕННОГО ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА
© 2013 г. А. А. Григорьев*, П. А. Моисеев*, З. Я. Нагимов**
*Институт экологии растений и животных УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 e-mail: grigoriev.a.a@ipae.uran.ru **Уральский государственный лесотехнический университет 620100Екатеринбург, ул. Сибирский тракт, 37 Поступила в редакцию 07.11.2012 г.
В высокогорьях Приполярного Урала на основе оценки возрастной структуры древостоев лиственницы сибирской (Larix sibirica) и березы извилистой (Betula tortuosa) и сравнения разновременных фотоизображений выявлены изменения высотного положения верхней границы древесной растительности и основные факторы, влияющие на данный процесс. На изученных склонах гор поднятие верхней границы древесной растительности произошло на многоснежных участках (в конце XVIII в.), а пионерным видом выступала лиственница. Заселение ею малоснежных участков началось в XX в. Береза появилась позднее и активно укрепляет свои позиции по настоящее время. Экспансии леса благоприятствовало повышение температуры и количества осадков в зимнее время.
Ключевые слова: высота снежного покрова, верхняя граница древесной растительности, структура древостоев, Larix sibirica, Betula tortuosa, изменения климата, Приполярный Урал.
DOI: 10.7868/S0367059713040069
Международные соглашения последних десятилетий (рамочная конвенция ООН об изменении климата, Киотский протокол и др.) дали мощный импульс к изучению реакции экосистем на глобальные и региональные изменения климата. Для оценки изменений климатических факторов, их влияния на формирование и рост лесных сообществ наиболее привлекательны высокогорные и высокоширотные районы (Горчаковский, Шиятов, 1985).
В последние годы выявлены значительные изменения в составе, структуре и высотном положении древостоев верхней границы древесной растительности на Южном (Шиятов и др., 2001; Моисеев и др., 2004), Северном (Капралов и др., 2006; Моисеев и др., 2010) и Полярном Урале (Шиятов, 2009; Шиятов, Мазепа, 2007). На Приполярном Урале подобные исследования ранее не проводились. К настоящему времени опубликовано несколько работ, посвященных данному вопросу (Шиятов, 1974, 1981), которые носят в основном описательный характер и их явно недостаточно для обобщающих выводов.
Нами в центральной части Приполярного Урала вдоль высотного градиента в пределах лесотундрового экотона были исследованы состав,
структура древостоев и локальные условия в местах их произрастания, а также использован редко применяемый метод ландшафтных фотоснимков (Шиятов, 2009), сделанных с одних и тех же точек в разное время.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Приполярный Урал протягивается от верховьев р. Ляпин (Хулга) на севере (65°40' с.ш.) до горы Тельпос-Из — на юге (64° с.ш.). Площадь горной области равна около 32000 км2. Данная территория характеризуется максимальными для всего Урала высотами основных горных хребтов (до 1895 м), шириной горной полосы и количеством выпадающих осадков. Климат в районе холодный и избыточно влажный. Годовое количество осадков достигает 1500 мм. Зима холодная и многоснежная. Продолжительность залегания устойчивого снежного покрова — 200—240 дней. Реки отличаются высокой водоносностью, а их питание преимущественно снеговое. Сомкнутые леса поднимаются в горы в среднем до высоты 550—650 м над ур. м., а по долинам рек еще выше (до 750 м) (Кеммерих, 1961).
Рис. 1. Район исследований.
1—4 — номера профилей; ■ — места закладки пробных площадей.
Исследовались лиственничные и березовые древостои, произрастающие в экотоне верхней границы древесной растительности (ЭВГДР), под которой мы понимаем переходный пояс в горах между верхними границами распространения сомкнутых лесов и отдельных деревьев в тундре. По данным П.Л. Горчаковского и С.Г. Шиятова (1985), он включает несколько категорий верхних пределов: верхняя граница сомкнутых лесов (сомкнутость крон 0.4—0.5), редколесий (0.2—0.3), редин (0.05—0.1) и отдельных деревьев в тундре (менее 0.05).
Исследования проводили по методике международного проекта ИНТАС—01—0052. На склонах различной экспозиции закладывали высотные профили, в пределах которых фиксировали три высотных уровня: нижний — у верхней границы сомкнутых лесов (570—620 м над ур. м.), средний — у верхней границы редколесий (630—680 м над ур. м.), верхний — у верхней границы редин (690—730 м над ур. м.). На каждом высотном уровне закладывали от 22 до 36 макроплощадок размером 20 х 20 м. На них для каждого дерева определяли следующие характеристики: высота, диаметр ствола на высоте 1.3 м, диаметр проекции кроны по двум направлениям. На участках лесотундрового экотона, где сомкнутость крон дре-востоев составляла меньше 0.1, закладывали площадки размером 0.5 га. Для определения возраста у деревьев диаметром более 3 см брали буровой образец древесины (керн), а у более тонких и
усохших выпиливали диск у основания ствола. Подсчет и датировку годичных колец на кернах производили стандартными дендрохронологиче-скими методами с использованием мастер-хронологии исследуемого района (Шиятов, 1986). Возрастную структуру древостоев изучали после объединения всех деревьев лиственницы в 5-летние возрастные группы, так как обильное плодоношение у данного древесного вида наблюдается в определенные интервалы времени (Кошкина, 2008). В специальной литературе отмечается, что береза извилистая практически всегда имеет многоствольную форму роста, и большинство стволов начинает формироваться значительно позже времени появления самого дерева. В связи с этим возникают трудности при определении ее реального возраста. Однако при формировании лесных сообществ средообразующая роль деревьев становится наиболее заметной после разрастания основной части крон (Моисеев и др., 2010). Поэтому для обеспечения возможности сравнения периодов заселения ранее безлесных территорий древостоями лиственницы и березы стволы березы также были объединены в 5-летние группы.
В юго-восточной части Исследовательского кряжа (бассейн р. Кобыла-Ю) в 2007 г. нами были заложены три высотных профиля (рис. 1): два — на северо-восточном склоне горы Хусь-Ойка (№ 1 — березовый и № 2 — лиственничный) и один (№ 3) —на юго-восточном склоне горы Нер-Ойка. В 2009 г. был заложен профиль (№ 4) на северном
Таблица 1. Характеристика локальных условий местопроизрастания на заложенных высотных профилях
Высотный уровень Высота над ур. м., м Экспозиция Крутизна, град Степень у влажнения почвы Средняя высота снежного покрова, см
Многоснежные участки г. Хусь-Ойка (профиль I)
Верхний 705 С-З 10-15 Свежие 104 ± 2.3
Нижний 600 141 ± 2.5
Многоснежные участки г. Хусь-Ойка (профиль II)
Верхний 705 10-15 50 ± 1.6
Средний 650 С-З 5-10 Свежие 150 ± 3.2
Нижний 600 10 115 ± 2.0
Многоснежные участки г. Нер-Ойка
Верхний 700 15-25 162 ± 6.56
Средний 650 Ю-В 15-20 Свежие 148 ± 3.59
Нижний 600 10-15 105 ± 4.2
Малоснежные участки г. Сале-Пасне-Нер
Верхний 700 5-10 Временно сухие 20 ± 1.3
Средний 625 Перевал 0-5 35 ± 1.9
Нижний 570 0-5 50 ± 1.1
склоне горы Сале-Пасне-Нер на участках, подверженных экстремальным ветровым нагрузкам. На пробных площадях общей площадью 6.56 га были определены морфометрические показатели 2019 деревьев (возраст установлен для 1500 деревьев) и учтены 2138 единиц подроста.
Оценка изменения климатической обстановки в районе исследований производилась по данным инструментальных наблюдений метеостанции Троицко-Печерское, так как на ней представлены наиболее длительные ряды метеонаблюдений (с 1880 г.). Причем корректность расчетов обеспечивается тем, что между ходом температур станции Троицко-Печерское и более близких к району исследований станций (Печера, Саранпауль, Усть-Щугор и Усть-Цильма) наблюдается очень тесная связь: коэффициент детерминации (Я2) по различным месяцам варьирует от 72 до 94%.
При оценке условий местопроизрастания дре-востоев на заложенных высотных профилях учитывали следующие показатели: высота над ур. м., экспозиция и крутизна склонов, степень увлажнения почвы и высота снежного покрова на конец зимы. Для изучения снегонакопления в конце марта 2010 г. на пробных площадях и прилегающих к ним участках производилось измерение высоты снежного покрова путем покраски стволов деревьев на уровне снега и последующего измерения их высоты до окрашенного уровня в летнее время.
Повторное фотографирование лесных участков проводилось с мест прежних (более 40 лет) фотосъемок. В целом было сделано более 100 снимков в различных районах Приполярного Урала (долины рек Народа, Хобе-Ю, Щекурья, Кобыла-Ю, Лунвож-Сыня, Седь-Ю, а также окрестности оз. Торговое).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Характеристика локальных условий местопроизрастания на заложенных высотных профилях. На
обоих профилях, заложенных в ЭВГДР северо-западного склона г. Хусь-Ойка, почвы по режиму увлажнения свежие. Крутизна склона уменьшается в 3 раза по мере продвижения от нижнего уровня к среднему и увеличивается в 2 раза от среднего к верхнему (табл. 1). Высота снежного покрова на первом профиле незначительно возрастает с уменьшением высоты над уровнем моря, а на втором практически не изменяется при переходе от нижнего уровня к среднему и в 2 раза — от среднего к верхнему уровню. Отмеченный режим снегонакопления объясняется особенностями мезорельефа на различных участках данного склона.
Почвы на всех высотных уровнях профиля г. Нер-Ойка также свежие. Крутизна склона увеличивается от 10° до 25° по мере продвижения в гору. Данный профиль находится на склоне водораздельного хребта. Здесь в зимнее время через расположенный выше перевал с запада переме-
Таблица 2. Доля деревьев лиственницы (Лц), березы (Б) и кедра (К) в составе древостоев на различных высотных уровнях исследуемых профилей, %
Высотный уровень Местообитания Многоснежные Малоснежные
Горный массив Хусь-Ойка (I) Хусь-Ойка (II) Нер-Ойка Сале-Пасне-Нер
Древесная порода Лц Б Лц Б Лц Б К Лц К
Верхний по полноте 42
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.