ТРАНСФОРМАЦИЯ ЛУГОВОСТЕПНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ЦЕНТРАЛЬНОГО ЧЕРНОЗЕМЬЯ (КАМЕННАЯ СТЕПЬ) В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА 

TRANSFORMATION OF MEADOW-STEPPE VEGETATION OF CENTRAL CHERNOZEM REGION (KAMENNAYA STEP’) IN THE CLIMATE CHANGE CONDITIONS

 

Н.И. Бобровская, Т.И. Казанцева

N.I. Bobrovskaya, T.I. Kazantseva 

Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наук

(Россия, 197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 2)

Komarov Botanical Institute, Russian Academy of Sciences

(Russia, 197376, Saint-Petersburg, Prof. Popova St., 2)

E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Для оценки специфики реакции растительности восточноевропейских луговых степей  в условиях потепления климата (произошла мезофитизация травостоя) за 60 лет сделаны расчеты радиационного индекса сухости. Оказалось, что если в 50-60 гг. прошлого столетия по водно-тепловым свойствам территория Каменной степи (Воронежская область) соответствовала южной лесостепи, к концу века – северной, в начале этого столетия (до 2005 г.) – югу лесной зоны. В этот период на фоне достаточно заметного потепления климата произошло снижение степени аридности территории, вызвавшее достаточно устойчивое олуговение травостоя.

The calculation of the aridity radiation index was made in 60 years to assess specificity reaction of Eastern-European meadow steppe (grass stand mesophytisation occurred) in a warming climate. It turned out that if in 50-60 years the last century by water-thermal properties the territory of Kamennaya step’ (Voronezh Region) corresponded to the southern forest-steppe, to the end of the century to north, at the beginning of this century (until 2005) to the south of the forest zone. Reduction of aridity of the territory occurred during this period against rather significant climate warming, caused quite stable transformation of meadow-steppe grass stand into meadows.

 

Динамику растительности и влияние на нее внешних факторов, в основном антропогенных, начали изучать давно. Однако в последние два десятилетия стало появляться все больше работ, связанных с воздействием на биоту потепления климата. До сих пор не прекращаются дискуссия о причинах этого потепления, причем сам эффект потепления ни кем не оспаривается.

Уже давно признано, что границы различных природных зон в первую очередь определяются количеством солнечной энергии, приходящей к поверхности земли. Велика также роль и количества осадков. Чаще всего изменения климатической обстановки оценивают по температуре воздуха, нередко параллельно рассматривается и количество осадков. Однако уже давно начали использовать индексы, где одновременно учтены и тепло, приходящее к поверхности земли и влага, т.е. водно-тепловой баланс территорий. Показателей, объединяющих эти 2 параметра, существует несколько. Считается, что соотношение энергетических и водных ресурсов хорошо отражает радиационный индекс сухости (РИС), предложенный М.И. Будыко [3].

Изучение причинно-следственных связей климата и растительного покрова позволило географам определить климатические границы природных зон. Согласно М.И. Будыко радиационный индекс сухости от 0,5 до 1 соответствует лесной зоне, от 1 до 2 – степной, выше двух – полупустынной, 3 – пустынной. Граница, проходящая по территориям с радиационным индексом сухости 1 отделяет гумидные регионы от аридных, а размеры РИС позволяют, что представляется особенно важным, возможность в числовом выражении оценивать степень аридности или гумидности климата. Данные по солнечной радиации были предоставлены сотрудниками лаборатории Изменения климата и его последствий ГГИ Роскомгидромета, ими сделаны основные расчеты РИС и осуществлен контроль за конечными результатами.

Полученные климатологами границы природных зон дают представление о рубежах очень крупных территорий. Уже давно для степной зоны возникла необходимость оценить климатические границы трех ее основных подзон. Как правило, отечественными геоботаниками выделяют 3 (иногда 4) подзональных типа степей, которые сменяют друг друга в широтном направлении. Согласно Е.М. Лавренко [6] это: луговые степи –Steppa cubpratensia; настоящие или типичные степи – Steppa genuine vel typica; опустыненные степи – Steppa subdeserta. Выделяются еще и пустынные степи – Steppa deserta, которые встречаются лишь в некоторых районах Центральной Азии. С помощью радиационного индекса сухости нами были определены климатические границы луговых, настоящих и опустыненных степей, расположенных на европейской части страны [2]. Расчеты показали, что луговые степи приурочены здесь к территориям, где радиационный индекс сухости изменяется в пределах от 1 до 1,41.

Для изучения современного состояния и динамики растительности луговых степей Центрального Черноземья в качестве модельной территории была выбрана Каменная степь (Воронежская область), поскольку здесь с конца позапрошлого - начала прошлого столетия начались исследования целинной и залежной растительности. На части пахотных земель, выведенных из сельхозоборота 100 лет назад, были опробованы 2 различных способа заповедания – сенокошение и абсолютное заповедание, а «микрозаповедники» в этих режимах сохранились до наших дней. Более того, здесь в разное время проводили исследования Н.А. Аврорин, В.В. Алехин, К.Н.. Владимиров, Н.С. Камышев, Т.И. Исаченко и др., работали и сотрудники НИИ с/х ЦЧП им. В.В. Докучаева, который расположен на землях Каменной степи, А.И. Пащенко и В.В. Тищенко. Все доступные материалы (литературные и архивные источники), а так же результаты собственных наблюдений более чем за 15 лет, были нами проанализированы. Динамик целинной и старозалежной растительности была уже описана в ряде публикаций.

Хотелось бы упомянуть, что в настоящее время возрос интерес к луговым степям в связи с происходящими на Земле региональными и глобальными изменениями климата. В большой степени это вероятно связано с тем, что они расположены в буферной полосе, где осуществляется континуальный переход от лесной зоны к степной. К настоящему времени существуют в основном эвристические модели изменений границ природных зон в ответ на потепление климата. Они предполагают существенное продвижение на север границы степной зоны и расширение площадей, занятых степями в основном за счет лесной зоны.

Первоначально нами были сделаны расчеты трендов температур и количества осадков, которые показали, что к концу ХХ в. температура воздуха в Каменной степи за сто лет выросла на 1,4°С, увеличилось также и количество осадков [1]. Однако чтобы понять, как изменилась степень аридности климата ее территории, влияющая на динамику растительности, нами за каждый год за период с 1950 г., когда климат на Земле практически не стал еще изменяться, по 2012 г. определены величины радиационного индекса сухости (рис. 1). 

Рисунок 1. Радиационный индекс сухости за период с 1950 по 2012 гг.

Полученные результаты позволили говорить о том, что, судя характеру водно-теплового баланса, территория Каменной степи в 50-60 гг. прошлого столетия соответствовала условиям южной лесостепи. Кстати, по физико-географическому районированию, сделанному географами в 1961 г., ее территория и была отнесена к южной лесостепи. Однако, судя по водно-тепловому балансу, уже в 90-х гг. климат здесь начал соответствовать северной лесостепи, в период же с 2000 по 2005 г. – уже югу лесной зоны. Продолжавшаяся несколько десятилетий мезофитизация климата, происходившая даже в условиях повышения температур, в 2005 г. прекратилась и аридность климата стала возрастать

К выводу о том, что проявление глобального потепления климата во времени и пространстве неоднородно, пришло уже немало климатологов. Так, например, по данным А.Н. Золотокрылина [4], степная зона европейской части страны дифференцируется на западные провинции, где в 60–90 гг. прошлого века имело место относительно слабое потепление и существенное увеличение годового увлажнения и восточные территории. В восточных же регионах (Поволжье, Предуралье) было отмечено потепление климата и относительно слабое повышение увлажнения.

Что касается динамики целинной растительности Каменной степи, приуроченной преимущественно к балкам, то по данным Л.П. Паршутиной [7] в 70-90-е годы прошлого столетия перевыпас пагубно сказался на характере травостоя. Из состава сообществ практически исчезли Stipa lessingiana, S. pulcherrima, S. dasyphylla, S. capillata, S. tirsa, S. pennata, Agropyron cristatum, Elytrigia intermedia .[1] Однако к 2010 г. отчетливо проявились результаты демутации травостоя: увеличилось число видов злаков и лугово-степного и степного разнотравья, общее проективное покрытие, возросла видовая насыщенность фитоценозов. Это могло быть связано как с изменениями климатической обстановки, так и со снижением интенсивности выпаса.

На одном из заповедных участков в 1912 г. был введен режим абсолютного заповедания, который сохраняется до сих пор. Там сначала сформировалась вторичная целина, но уже к концу прошлого века возник кленовый лес. Сомкнутость его древостоя достигала 1, а высота доминирующих видов – Fraxinus exselsior, Acer platanoides, A. negundo и Pyrus communis варьировала от 15 до 19 метров. Подробная характеристика растительности всех основных этапов произошедшей трансформации рассмотрена нами ранее. Меру участия климата в трансформации луговой степи в лесную группировку вычленить достаточно сложно, т. к. подобное направление сукцессий вообще характерно для луговых степей, находящихся в режиме абсолютного заповедания.

Примером воздействия только климата на динамику луговостепной растительности можно рассматривать участок, на котором более 100 лет применялся только режим сенокошения. Его территория была выведена из сельхозоборота в 1908 г., а с 1912 г. и по настоящее время здесь проводится сенокошение. В 1978 г. эксперимент был усложнен – помимо сохранившегося ежегодного сенокошения на части участка его стали также проводить через год и через 2 года.

К моменту начала эксперимента при ежегодном сенокошении здесь были распространены богаторазнотравно-злаковые сообщества. Судя по проективному покрытию сделанные в 2010 г. описания показали, что по сравнению с конца 70-х годов в составе травостоя всех вариантов опыта произошло резкое снижение количества степных дерновинных злаков (в 2-6 раз) и возрастание численности и проективного покрытия луговых или степнолуговых корневищных (в 1,5-2 раза) видов [5]. Во всех вариант опытов в составе ценофлоры резко возросло участие мезофитов и сократилось количество ксерофильных степных видов. Все изученные показатели свидетельствуют о том, что произошло существенное олуговение травостоя.

Ежегодное сенокошение

1978 г. – (Stipa pennata+Galium verum+Achillea millefolium+ Amoria montanum)

2010 г. – (Bromopsis riparia + Vicia tenuifolia + Galium verum + Salvia stepposa + Fragaria viridis).

2013 г. – (Fragaria viridis + Trifolium pretense + Galium verum+Bromopsis riparia + Stipa pennatа)

Сенокошение через год

1978 г. (Stipa pennata + Festuca rupicola + Koeleria gracilis + Galium verum + Fragaria viridis + Achillea millefolium).

2010 г. – ([Chamaeсythisus ruthenicus, Crataegus curvisepala] - Bromopsis riparia + Stipa pennata - Vicia tenuifolia + Galium verum  + Trifolium pratense).

2013 г. – (Vicia tenuifolia + Bromopsis riparia + Fragaria viridis + Galium verum+ Festuca sulcata + Stipa pennata)

Сенокошение через 2 года

1978 г. (Stipa pennata - Festuca rupicola +Helictotrichon chellianum + Galium verum + Achillea millefolium).

2010 г. – ([Chamaeсythisus ruthenicus, Crataegus curvisepala, Rhamnus cathartica] - Bromopsis riparia + Stipa pennata + Galium verum + Fragaria viridis + Salvia stepposa).

2013 г. – ([Chamaeсythisus ruthenicus, Crataegus curvisepala, Rhamnus cathartica] - Bromopsis riparia + Festuca sulcata + Stipa pennata+ Fragaria viridis + Trifolium pratense).

Анализ описаний, полученных за последние 35 лет, свидетельствуют о том, что произошедшие в Каменной степи изменения вряд ли можно рассматривать как флуктуации, здесь уместнее говорить о сравнительно устойчивой трансформации растительности. Несмотря на то, что, начиная с 2005 г., степень аридности климата стала возрастать, однако даже спустя 8 лет это не привело к демутации луговостепного травостоя, что отчетливо видно даже по названию сообществ и набору ценозообразующих видов. Использование индекса, дающее возможность оценивать гидротермические условия в целом, позволяет получать значительно более точное представление о степени аридности (или гумидности) климата, в том числе в цифровом выражении. 

Работа выполнена в рамках госзаказа БИН РАН и при поддержке ООБ РАН. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Бобровская Н.И., Казанцева Т.И., Пащенко А.И., Тищенко В.В. Восстановление растительности луговых степей Центрально-Черноземной полосы // Аридные экосистемы. 2000. Т. 6. № 11-12. С. 40-48.
  2. Бобровская Н.И. Климатические рубежи основных подзональных типов восточноевропейских степей // Наука в Центральной России. 2013. № 2. С. 6-11.
  3. Будыко М.И. Эволюция биосферы. Л. 1984. 487 с.
  4. Золотокрылин А.Н. Динамика современного климата степей европейской России // Материалы 4-ого Международного симпозиума «Степи Северной Евразии» Оренбург, 2006. С. 75-77.
  5. Казанцева Т.И., Бобровская Н.И., Пащенко А.И., Тищенко В.В. Особенности динамики и восстановления залежной растительности луговых степей заказника «Каменная степь» // Всероссийская научная конференция с международным участием «Отечественная геоботаника: основные вехи и перспективы». СПб., 2011. С. 173-176.
  6. Лавренко Е.М., Карамышева З.В., Никулина Р.И. Степи Евразии. Л. 1991. 144 с
  7. Паршутина Л.П. Естественное восстановление степной растительности на склонах балок в юго-восточной части Центрального Черноземья // Режимы степных особо охраняемых природных территорий: материалы междунар. конф., посвящ. 130-летию со дня рождения проф. В.В. Алехина. Курск, 2012. С. 145-150
  8. Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств. Л., 1995. 900 с.

 

[1] Латинские названия растений даны по С.К. Черепанову[8]


Для того чтобы оставить комментарий вы должны авторизоваться на сайте! Вы также можете воспользоваться своим аккаунтом вКонтакте для входа!