Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Секторно-зональные закономерности структуры лесного покрова

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Текст научной работыДиссертация по биологии, доктора биологических наук, Назимова, Дина Ивановна, Красноярск

/^¿слРи* .....

.................На правах рукописи

Назимова Дина Ивановна

СЕКТОРНО - ЗОНАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРУКТУРЫ

ЛЕСНОГО ПОКРОВА (НА ПРИМЕРЕ ГОР ЮЖНОЙ СИБИРИ И БОРЕАЛЬНОЙ ЕВРАЗИИ)

03.00.16 - экология

ДИССЕРТАЦИЯ в форме научного доклада на соискание ученой степени доктора биологических наук

Красноярск, 1998

И: 99-3

Работа выполнена в Институте леса им. В.Н. Сукачева СО РАН

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук А.И. Уткин (Институт лесоведения РАН , г. Москва)

доктор биологических наук В.П. Седельников (Центральный Сибирский Ботанический сад,

г. Новосибирск)

доктор биологических наук С.П. Ефремов (Институт леса СО РАН, г. Красноярск)

Ведущая организация: Красноярский Государственный Университет

секретарю диссертации

С опубликованными работами мо;,.. иблиотеке Институ-

та леса им. В.Н. Сукачева СО РА.н

Доклад разослан " 24" января 1998 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, л

кандидат биологических наук ^

Защита состоится ".25 " г; сертационного совета д 002.7° ученой степени доктора иРАН.

10 часов на заседании дис-отаций на соискание В.Н. Сукачева СО

Ваши отзывы (в двух экзе? 560036, г. Красноярск, ■

ть по адресу: СО РАН, ученому

А.Я. Ларионова

<* + &

ф

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Резко возросший в последнее время интерес мирового сообщества к возможным воздействиям глобального изменения климата и окружающей среды на боре-альные леса выдвигает в число приоритетных задач моделирование и прогноз состояния лесного покрова при различных сценариях их изменения в будущем. Вместе с тем современные тенденции развития и смены хвойных и лиственных формаций бореального леса, их устойчивость при широко масштабных антропогенных изменениях среды также не могут быть поняты без анализа связей растительности с современным климатом. Результаты этого анализа могли бы стать базой для построения всех последующих гипотез и прогнозов, а также для совершенствования общей концепции структуры лесного покрова бореальной области.

Для специалистов по моделированию динамики лесов и оценке их потенциального состояния в современном и будущем климате стало очевидным, что нужны модели разного уровня - от глобального до локального. Соответственно рангу модели, необходима генерализация признаков и свойств лесного покрова в пространстве и во времени. При прогнозировании лесного покрова на глобальном и субконтинентальном уровнях стала общепринятой концепция единообразного зонального расчленения бореальных лесов, и это выразилось в повсеместном выделении подзон северной, средней и южной тайги, как и. других подзональных категорий покрова (подтайги, редколесий), не всегда согласующихся у разных авторов.

Концепция секторного расчленения бореального зонобиома не нашла общего признания в классификационных схемах как за рубежом, так и у нас в стране. Между тем именно она представляет особый интерес для моделирования и прогноза динамики бореальных лесов и их взаимодействия с соседними биомами степей, тундр и редколесий. Кроме того, для горных лесов Сибири, составляющих около 60% ее общей лесной площади, совершенно недостаточно учитываются и высотно-поясные закономерности структуры лесного покрова, что вызвано сложившейся системой учета горных лесов. Очевидно, назрела необходимость ее пересмотра и совершенствования организации лесопользования и природопользования в целом на базе достигнутого в этой области уровня знаний. Данная работа гЬслужит обоснованию нового подхода к учету лесного фонда и природопользо-нию в горных лесах.

_ Цель и задачи исследования

Цель работы - выявление региональных и общих закономерностей структурой организации лесного покрова в связи с проявлением высотной поясности,секторности и зональности (на примере поясов гор Южной Сибири, лесорас-"Тительных зон Сибири и биомов Северной Евразии). Разработка подходов к моде-

лированию и прогнозу характеристик лесного покрова по климатическим параметрам.

„Ц В связи с этой целью последовательно решались задачи:

1. Анализ высотной поясности в горах. Выявление секторов увлажнения и высот-но-поясных комплексов (ВПК) растительности.

2. Систематизация типологического разнообразия лесов в рамках единиц лесорас-тительного районирования (на примере Алтае-Саянской области).

3. Ординация ВПК и слагающих их коренных формаций в пространстве признаков климата и растительности. Выявление ведущих факторов обособления секторов и высотных лесорастительных поясов (на примере гор Южной Сибири).

4. Ординация зональных классов лесных экосистем на осях климатических параметров тепло-, влагообеспеченности и континентальное™ (на примере бореальных лесов Евразии)

Как общий итог проведенных исследований могли бы быть сформулированы

некоторые положения концепции структурной иерархии лесного покрова, представляющие интерес с позиций его моделирования и прогноза.

Научная новизна

1. Выполнена систематизация высотно-поясных категорий лесного покрова гор Южной Сибири в виде климатической ординации зональных формаций и слагающих их групп и серий типов леса.

2. Дана количественная экологическая интерпретация известных и вновь выявленных секторно-зональных закономерностей пространственной структуры лесного покрова Алтае-Саянской области, гор Южной Сибири, Сибири и Евразии в целом.

3. Выявлена иерархия факторов природного фона для формирования состава ле-сообразователей на примере разных регионов. Современные черты географии зональных групп формаций объяснены с позиций их количественных связей с климатом.

4. В параметрическом пространстве климатических признаков представлено деление лесорастительных зон и поясов по степени гумидности на: пергумидные, гумидные (темнохвойные), семигумидные и семиаридные (светлохвойные и лиственничные), а также по континентальное™ на: континентальные (хвойные вечнозеленые), резко- и крайнеконтинентальные (листопадные хвойные). Таким образом, классификация зон и поясов увязана с общепринятой системой "зон жизни" Холдриджа и классификацией биомов Вальтера.

5. Показано, что наряду с зональностью и секторностью на территории Сибири четко проявляется действие "правил предварения": наличие фрагментов соседнего сектора (или зоны) в соответствующих климатических нишах. Их контрастное сочетание составляет отличительную черту структуры лесного покрова в резко- и крайне континентальных ландшафтах Сибири.

6. Представлены в системе климатических координат все наиболее распространенные серии и группы типов горных темнохвойных лесов. Выявлено и систематизировано биоразнообразие лесной растительности наиболее влажной (пергумидной) климатической фации горных темнохвойных лесов Южной Сибири. Выявлены климаареалы секторно-зональных классов экосистем Сибири в

параметрическом пространстве тепло-влагообеспеченности и континентально-сти климата.

7. Представлены в параметрическом пространстве климатических признаков все основные зональные категории лесного покрова Евразии (20 классов), охарактеризованные составом зональных (климаксных) формаций и фоновых серий типов леса.

Практическая значимость

Созданная региональная база данных по климату и растительности Сибири может быть встроена в более общую автоматизированную базу данных ГИС и использована для решения разнообразных задач практической направленности (включая прогноз).

Полученные графические портреты лесорастительных зон и высотных поясов могут быть использованы как базовые для моделирования и прогноза растительного покрова: а) в современном климате, б) в меняющемся климате с задаваемыми параметрами режимов тепла и влаги.

Классификация зональных и высотно-поясных классов лесных экосистем, выполненная на основе ординации, перспективна для использования в картографии лесов, основанной на применении спутниковой информации, в первую очередь, снимков АУШЩ.

Индексация лесорастительных зон и ВПК по степени гумидности и континентальное™ климата создает необходимый каркас для систематизации всей информации о лесах, собираемой через лесоустройство в автоматизированные базы данных ГИС.

Защищаемые положения

1. Классификация лесных экосистем Сибири может быть построена лишь на базе лесорастительного районирования, учитывающего закономерности секторно-сти, зональности, провинциальности и высотной поясности. Такая классификация может быть интегрирована в общую систему классификации биомов суши.

2. Бореальные леса Евразии имеют свойства единой многоуровневой наземной экосистемы, управляемой климатом. Это доказывается анализом закономерностей дифференциации лесного покрова, проведенным в разных масштабах -внутриландшафтных, региональных и субконтинентальном.

3. Ординация обобщенных характеристик покрова на осях климатических параметров является исходной основой для решения задач моделирования и регионального прогноза состава лесов при разных сценариях современного и будущего климата. Она применима для прогноза широкого спектра природных явлений, прямо или косвенно обусловленных климатом.

4. Графические портреты лесорастительных зон и высотных поясов, полученные на базе информационной модели климат-растительность-почва, дают основу для регионального вероятностного прогноза формационной и типологической структуры лесного покрова по задаваемым параметрам климата.

Личный вклад автора

- Разработаны принципы и схема лесорастительного районирования для крупного региона Сибири - Алтае-Саянской горной лесорастительной области, учитывающая секторно-зональные и высотно-поясные закономерности структуры лесного покрова.

- Выполнена климатическая ординация лесных экосистем высотно-поясного и зонального ранга в многомерном и двумерном пространстве климатических признаков для гор Южной Сибири.

-Систематизированы в виде диагностических таблиц и графических портретов важнейшие параметры и характерные особенности лесорастительных зон и высотных поясов гор Южной Сибири.

- Показан всеобщий характер действия закономерностей секторности, обязанных степени континентальности (секторы континентальное™) и гумидности (секторы гумидности) в Сибири. Количественно доказано существование трех биоклиматических секторов на равнинно-плоскогорной ее части и четырех секторов в горах Южной Сибири. Выявлена степень аналогии горных и равнинных зональных классов покрова в семигумидных и гумидных секторах и уникальность наиболее гумидного (пергумидного и супергумидного) сектора, представленного только на наветренных макросклонах гор Южной Сибири.

- Даны графические портреты состава лесорастительных зон бореальной области Евразии на осях климатических параметров.

- Разработан ряд положений общей концепции системной организации лесного покрова бореальной области, вытекающих из проведенного анализа. Секторная структура лесного покрова проявляется в изменении состава лесных формаций на градиенте континентальное™ - для всего континента, и на градиенте увлажнения - для крупных регионов Сибири. Термическая зональность, связанная с градиентом теплообеспеченности, проявляется главным образом через изменение уровня продуктивности. Состав зональных климаксных формаций достаточно устойчив в границах одного сектора континентальности-увлажнения.

Апробация работы

Основные положения диссертации представлены и обсуждены на следующих конференциях, совещаниях и симпозиумах:

всесоюзных и российских:

2-х Сукачевских Чтениях (Ленинград, 1973), 2-м Всесоюзном совещании по лесной типологии (Красноярск, 1973), 4-м Всесоюзном совещании по классификации растительности (Львов, 1974), 3-м Всесоюзном совещании "Проблемы лесной типологии" (Львов, 1980), 5-м Всесоюзном совещании по классификации растительности (Новосибирск, 1981), 5-х Сукачевских Чтениях (Москва, 1987),Всесоюзном совещании " Проблемы лесной биогеоценологии" (Москва, 1986), География наземных экосистем" (Москва, 1987 );

международных:

ХП Международном Ботаническом Конгрессе (Ленинград, 1975), ХХШ Международном Географическом Конгрессе (Москва, 1976), "Северные леса и ан-

тропогенные изменения в них ( Архангельск, 1990), "Изменения климата и их воздействие на экосистемы и виды" (Аммерсфурт, Нидерланды, 1991), "Принципы экологического картографирования" (Пущино, 1991), XVII Международном Ботаническом Конгрессе (Токио-Йокогама, 1993), "Глобальные изменения климата и леса в программе "Восток-Восток" Красноярск, 1994. "Лесные пожары в бореаль-ных лесах Евразии" (Красноярск, 1994), "Биологическое разнообразие лесных экосистем" (Москва, 1995), "Изменения климата и биоразнообразие бореальных лесов" (Ийоенсуу, Финляндия, 1995), "Классификация геосистем" (Иркутск, 1997), V Всероссийском семинаре "Нейроинформатика и ее приложения" (Красноярск, 1997) и др. Результаты исследований экспонировались на ВДНХ в 1976 году и удостоены бронзовой медали.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 75 работ, в т.ч. 4 монографии и 30 статей в отечественных и зарубежных изданиях.

Внедрения. Проведено и подтверждено актами о внедрении устройства лесов Ермаковского, Усинского и Абазинского лесхозов, а также Саяно-Шушенского, Матурского и Горячегорского лесхозов Красноярского края на основе диагностических таблиц типов леса, составленных автором по высотным поясам. Материалы по лесорастительному районированию и типам леса использованы в ряде лесо-водственных инструктивных документов Института леса СО РАН. Для кедровых лесов Сибири внедрены схемы эколого-хозяйственных групп типов леса Алтае-Саянской горной лесохозяйственной области по выделенным ранее четырем группам районов и высотным поясам.

Глава 1. ОБЪЕКТ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Объект и экспериментальные данные

Объектом исследования является лесной покров, который рассматривается как часть биогеоценотического покрова планеты. В соответствии с принимаемой концепцией иерархической структуры покрова, исследования проводились на разных уровнях, и их предметом были закономерности разного порядка - от локальных и топологических до региональных и субконтинентальных. Можно выделить три основных этапа работ: первый (1959 - 1975), связанный с комплексными экспедиционными работами в горах Южной Сибири, второй (1976 - 1987) -с лесорастительным районированием Сибири и климатической ординацией зональных и выстотно-поясных классов экосистем, и третий (1988 - 1997) с климатической ординацией лесов Сибири и Северной Евразии). Первый и второй этапы связаны с темами НИР Института 2.33.8.1 "Изучение закономерностей развития, смены и классификация лесов как основа организации и ведения лесного хозяйства, "Концепция и методология экологической оценки состояния лесов" и проводился в составе лаборатории лесной типологии, позже лесной биогеоценологии. Третий этап исследований продолжается в составе лаборатории моделирования

лесных экосистем с 1993 г. и связан с темой НИР " Моделирование динамики лесных экосистем".

В исследованиях первого этапа мы исходили из общих принципов и методологических установок, данных акад. В.Н. Сукачевым в учении о лесном биогеоценозе (Основы лесной биогеоценологии, 1964, Сукачев, Зонн, 1961, Дылис, 1978 и др.), используя также опыт ландшафтно- экологических и геоботанических полевых работ и комплексных лесоводственно-географических исследований в горах (Поликарпов, 1970). При анализе закономерностей размещения типов леса по рельефу широко использовались методы ординации (упорядочивания) типов леса на осях экологических фактров. Схемы эдафо-фитоценотических рядов типов леса составлялись для всех высотно-поясных подразделений лесного покрова по округам лесорастительного районирования (Назимова, 1963, 1975).

1.2. Методические подходы к районированию горных территорий

В силу слабой изученности типологического состава лесов, в основу лесорастительного районирования положена систематизация пространственных закономерностей распределения растительности в ряды различного порядка. Она дает возможность получить районирование, в наибольшей степени приближающееся к комплексному природному и вместе с тем сохраняющее приоритет признаков растительности (Шумилова, 1962). Для Западного Саяна (Назимова, 1967) нами предложена система рядов топоэкологических профилей разной степени генерализации, учитывающая: а) высотную поясность как всеобщую закономерность в горах, б) внутрипоясную структуру, отраженную в топоэкологических обобщенных рядах типов леса и в) системы высотных поясов на макросклонах наветренных, подветренных и промежуточных ориентаций. Благодаря этому проведенное районирование близко к классификации территории по типам и вариантам поясности (Шифферс, 195 7;Станюкович, 1961; Куминова, 1960; Огуреева, 1980).

На то�