Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Гемибореальные леса континентальной Северной Азии

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Ермаков, Николай Борисович

Глава 1. ГЕМИБОРЕАЛЬНЫЕ ЛЕСА КАК ОСОБЫЙ ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ

ПОДЗОНАЛЬНЫЙ ТИП РАСТИТЕЛЬНОСТИ.

Формирование понятия «гемибореальный лес» и его современные аналоги в российской и зарубежной геоботанической литературе.

Географические и фитоценотические особенности.

Проблема соотнесения категорий «таежные» и «гемибореальные» леса.

Глава 2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ.

Климатические условия.

Особенности рельефа.

Глава 3. ПРОБЛЕМА КЛАССИФИКАЦИИ РАСТИТЕЛЬНОСТИ БОЛЬШИХ ТЕРРИТОРИЙ И СИНТАКСОНОМИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ ГЕМИБОРЕАЛЬНЫХ ЛЕСОВ.

Глава 4. ОБЪЕМ МАТЕРИАЛА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Методологические подходы реализованные при разработке системы высших единиц.

Метод классификации.

Анализ флористического состава.

Метод ординации.

Глава 5. КЛАССИФИКЦИЯ.

Концепция высших единиц.

Продромус гемибореальных лесов континентальной Северной Азии.

Характеристика синтаксонов.

Класс Brachypodio-Betuletea pendulae.

Класс Querco mongolicae-Betuletea davuricae.

Класс Rhytidio rugosi-Laricetea sibiricae.

Класс Pulsatillo-Pinetea.

Класс Querco-Fagetea.

Глава 6. ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ОРДИНАЦИЯ ЦЕНОФЛОР.

Глава 7. АНАЛИЗ СОСТАВА ЦЕНОФЛОР.

Особенности ценофлор высших синтаксономических единиц гемибореальных лесов подтаежного и лесостепного подзональных типов.

Флорогенетические особенности высших единиц континентальных гемибореальных лесов в связи с современными концепциями генезиса лесостепи Северной Азии.

Особенности состава ценофлор и генезиса горных субнеморальных лесов.

Глава 8. ОЦЕНКА РАЗНООБРАЗИЯ АССОЦИАЦИЙ ГЕМИБОРЕАЛЬНЫХ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Гемибореальные леса континентальной Северной Азии"

В наибольшей степени антропогенной трансформации (местами катастрофической) оказались подвержены сообщества южной части бореальной зоны и лесостепи - гемибореальные леса, отличающиеся наибольшими флористическим и фи-тоценотическим разнообразием, продуктивностью и занимающие земли наиболее пригодные для сельскохозяйственного освоения.

До настоящего времени остатки коренных и условно-коренных гемибореаль-ных лесов слабо изучены в геоботаническом отношении и практически не охвачены системой охраняемых территорий. Значительная сельскохозяйственная и промышленная освоенность ареала лесов данного типа не позволяют включать последние естественные массивы в состав новых заповедников и национальных парков. Поэтому для сохранения их разнообразия в настоящее время необходим комплекс мер, направленных как на создание разветвленной сети охраняемых территорий различного статуса, так и на упорядочение их хозяйственного использования. Для выполнения этой задачи необходима реализация современного подхода к изучению и сохранению гемибореальных лесов как особого подзонального типа растительности, который был бы основан на разносторонних знаниях об их особенностях:

- на максимально полной инвентаризации фитоценотического разнообразия всего ареала с построением системы классификации;

- на выявлении ведущих макроэкологических факторов, обусловливающих их современное существование;

- на разностороннем исследовании флористического состава сообществ;

- на определении их природоохранной значимости, а также ведущих форм антропогенного воздействия.

Решение современных задач сохранения биоразнообразия на больших территориях невозможно без совместных усилий ученых и природоохранных организаций из различных регионов. В связи с этим актуальной проблемой выступает унификация подходов к описанию разнообразия растительного покрова, его классификации и презентации данных. Эти подходы могут быть реализованы на основе активного использования новых возможностей, представляемых информатикой - созданием электронных баз данных, мощных средств обработки, а также возможностями оперативного обмена информацией через интернет.

Задачи исследования:

- определение объема понятия «гемибореальный лес» в континентальном секторе Северной Азии и анализ его соотношения с существующими в геоботанике традиционными подразделениями зональной лесной растительности;

- разработка системы классификации гемибореальных лесов с использованием метода Браун-Бланке и характеристика синтаксономических единиц всех рангов;

- обоснование размерности высших единиц гемибореальных лесов как зонально-секторных ботанико-географических категорий и определение их места в системе высших единиц растительности Евразии;

- выявление экологической (макроэкологической) обусловленности высших синтаксономических единиц гемибореальных лесов методами количественной ординации;

- анализ ценофлор высших единиц гемибореальных лесов, выявление их ботанико-географических и флорогенетических связей с различными зонально-секторными подразделениями растительности Северной Евразии;

- характеристика разнообразия ассоциаций гемибореальных лесов в соответствии с современным критериям для выделения нуждающихся в охране растительных сообществ;

- разработка на примере гемибореальных лесов объектно-иерархической модели электронной информационной системы "Разнообразие растительных сообществ Северной Евразии".

Защищаемые положения.

1. Гемибореальные леса континентальной Северной Азии представлены пятью высшими единицами системы классификации Браун-Бланке - классами Querco-Fagetea, Pulsatillo-Pinetea, Brachypodio pinnati-Betuletea pendulae, Querco mongolicae-Betuletea davricae и Rhytidio rugosi-Laricetea sibiricae.

2. Высшие синтаксоны гемибореальных лесов выступают единицами планетарной размерности, отражающими секторную (поясно-зонально-секторную) дифференциацию растительности субконтинента в соответствии с проявлением ведущих физико-географических факторов: климатической зональности и океаничности-континентальности. Среди климатических факторов основную роль в формировании современного разнообразия сообществ гемибореальных лесов континентальной Северной Азии играют условия холодного времени года, из которых наибольшее значение имеет количество осадков в зимний период. Глубокие различия режимов вла-го-теплообеспеченности, создаваемых остаточным влиянием на климат внутренних регионов Евразии Атлантического и Тихого океанов, обусловливают существование географически корреспондирующих высших единиц зональной растительности.

3. Ценофлоры пяти высших высших единиц - классов отражают различные направления флорогенетического развития крупных подразделений гемибореальных лесов как дериватов умеренной позднетретичной неморальной и пралесостепной растительности Северной Евразии.

Научная новизна. Впервые на основе обширных оригинальных и литературных материалов разработана классификация методом Браун-Бланке подзонального типа лесной растительности - гемибореальных лесов континентальной Северной Азии. Выявлено разнообразие и представлена характеристика синтаксономических единиц всех рангов: 5 классов, 9 порядков, один подпорядок, 18 союзов, 17 подсою-зов, 96 ассоциаций, 76 субассоциаций, 16 вариантов. Их них 179 единиц описаны как новые, в том числе 3 класса, 6 порядков, 14 союзов. На основе применения количественных методов ординации ценофлор с вовлечением в анализ данных метеорологических станций продемонстрирован принципиально новый подход к анализу роли различных климатических факторов в формировании разнообразия растительного покрова больших территорий. Выявлено определяющее значение интегрального фактора океаничности-континентальности климата, а также различная роль ведущих конкретных макроэкологических факторов в существовании крупных зонально-секторных подразделений гемибореальных лесов. Выполненный разносторонний анализ ценофлор показал, что разработанная система высших единиц гемибореальных лесов, в отличие от существующих, основывается преимущественно на ботанико-географических закономерностях и отражает главные направления флоро-генеза гемибореальных лесов в различных физико-географических условиях. Проведенная оценка природоохранной значимости ассоциаций в соответствии с современными критериями показала, что в настоящее время гемибореальные леса в наибольшей степени среди других зональных подразделений бореальной лесной растительности Сибири находятся под угрозой исчезновения. На примере гемибореальных лесов разработана объектно-иерархическая модель информационной системы по характеристике разнообразия и природоохранной значимости растительных сообществ и впервые реализована с применением интернет-технологий в отдельных модулях: «Разнообразие растительных сообществ Северной Евразии» и «Редкие и исчезающие растительные сообщества Сибири».

Практическая значимость. Разработанная система классификации представляет основу для разносторонней оценки разнообразия зонального лесного типа растительности на географически обширной территории в связи с решением современных эколого-экономических и эколого-социальных проблем. Применение критериев природоохранной значимости к описанным типам сообществ гемибореаль-ных лесов нашли отражение в опубликованных «Зеленой книге Сибири» и «Красной книге растительных сообществ бывшего СССР», которые являются практическими пособиями по охране конкретных растительных сообществ и для создания сети особо охраняемых природных территорий как на региональном, так и общегосударственном уровнях. Разработанная на основе Зеленой книги Сибири электронная библиотека «Редкие и исчезающие растительные сообщества Сибири» в настоящее время выполняет функции первой интернет-информационной системы с реализованными возможностями удаленного доступа как для частных лиц, так и для научных, образовательных и природоохранных учреждений. Результаты классификации могут быть использованы для создания легенд геоботанических карт различного масштаба, для составления лесных кадастров, оптимизации природопользования в целом.

Разработанные в данной работе подходы к анализу связей ценофлор с ведущими макроэкологическими (климатическими) факторами дают новые возможности для мониторинга и прогноза динамики биоразнообразия лесных экосистем в связи с глобальными изменениями климата. Полные флористические списки синтаксоно-мических единиц с фитоценотическими показателями видов выступают научным источником для оценки ресурсного потенциала как отдельных видов, так и типов экосистем.

Результаты выполненной работы были использованы в современных опубликованных учебных пособиях по геоботаники для студентов высших учебных заведений (Миркин, Наумова, 1998, Миркин и др., 2000).

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации докладывались на международных и российских конференциях, посвященных проблемам растительности: на 37-м международном симпозиуме I.A.V.S. (International Association of Vegetation Science) "Изучение растительности больших территорий", 1994, Байоль, Франция; на международной конференции по использованию и защите бореальных лесов "Бесконечная тайга", Берлин, Германия, 1995; на международном симпозиуме «Глобальный мониторинг и Убсу-Нурская котловина», 1995, Улан-гом, Монголия; на 39-м международном симпозиуме I.A.V.S. "Наука о растительности и ландшафтная экология", Ланкастер, Великобритания, 1996; на международная конференции «Мониторинг как интегральный компонент охраны природы. Планирование и управление», 1996, Сновдонский национальный парк,

- 8

Уэльс; на 6-й, 7-й, 8-й конференциях Международной рабочей группы по изучению растительности Европы. 1997, 1998, 1999, Рим, Италия; на XXVIII Международный геоботаническом коллоквиуме "Проблемы изучения постгляциальной растительности", 1998, Камерино, Италия; на международной конференции «Инвентаризация и охрана биоразнообразия стран Восточной Европы», 1997, Ланкастер, Великобритания; на международной конференции "Проблемы разработки Красных книг растительных сообществ", 1998, Ланкастер, Великобритания; на всероссийской школе-семинаре по базам геоботанических данных, 1997, Уфа; на международной конференции "Биоразнообразие и динамика экосистем Северной Евразии", 2000, Новосибирск; на всероссийской конференции "Проблемы изучения растительного покрова Сибири", 2000, Томск; на всероссийской конференции «Проблемы ботанических баз данных», 2000, Новосибирск; на семинаре Российского Ботанического Общества, 2001, Санкт-Петербург.

По теме диссертации опубликовано 3 монографии, 1 препринт и 22 статьи в отечественных и зарубежных изданиях.

- 9

ВВЕДЕНИЕ

Современная наука о растительности тесно связана с такими географически масштабными проблемами как сохранение биоразнообразия и мониторинг глобальных изменений в биосфере. Эти проблемы все больше перерастают национальные рамки и становятся в центре международного сотрудничества ученых. Как результат - появление в последнее десятилетие крупных международных проектов, направленных на инвентаризацию разнообразия растительности больших территорий и выявление ее связей с ведущими макро-экологическими факторами. Среди этих международных проектов: «Карта растительности Европы», «Классификация биотопов Палеарктики (CORIN)», «Инвентаризация растительных сообществ стран Восточной Европы». Объединение усилий ученых разных стран на решение проблем инвентаризации и сохранения разнообразия растительности требуют унификации подходов ее описания, классификации и презентации данных. Этот процесс стимулируется активным внедрением информатики в фитосоциологические исследования, созданием электронных баз данных, мощных средств обработки, а также возможностями оперативного обмена информацией через Интернет.

Ключевая проблема, часто возникающая при изучении разнообразия растительных сообществ - отсутствие общепризнанной системы их классификации. В настоящее время наиболее широко распространен метод Браун-Бланке, который успешно используется во всех европейских странах при инвентаризации растительности и при изучении ее экологии и динамики. Однако этот метод еще мало используется для решения проблем глобальной экологии и оценки биоразнообразия в масштабе континента. Одна из главных причин - отсутствие разработанной системы классификации растительности методом Браун-Бланке как для Евразии в целом, так и для отдельных трансконтинентальных зональных типов. Большинство из немногочисленных разработанных для территории континента схем зональных типов растительности, мелкомасштабных геоботанических карт и предсказательных моделей основано на эколого-физиономических и эколого-фитоценотических единицах (Box, 1981; Prentice et al. 1992; Monserud et al. 1993; Tchebakova et al. 1994; Nazimova, Policarpov, 1996).

Монографический обзор высших синтаксономических единиц - важное направление Рабочей Группы по изучению растительности Европы при международной Ассоциации Науки о Растительности (International Association for Vegetation Science - IAVS), деятельность которой координируется профессором Римского университета А. Пиньятти (Mucina et al., 1993; Rodwell et al., 1995; Mucina, 1997). Ha

- 10протяжении последних пяти лет автор настоящего исследования принимал активное участие в деятельности Рабочей Группы по подготовке монографических обзоров высших синтаксономических единиц и зональных типов растительности Евразии. Последнее направление представляет особый интерес для синтаксономии. Оно тесно связано с разносторонним исследованием секторной географической дифференциации растительности конкретной трансконтинентальной зоны, призванным усилить географическую (ботанико-географическую) основу высших единиц системы Браун-Бланке, так как в силу исторически сложившихся объективных и субъективных причин эта система классификации развивалась, главным образом, на географически ограниченной территории Западной и Средней Европы.

Предлагаемая работа представляет результаты исследования флоро-фитоценотического разнообразия зонального географического типа - континентальных гемибореальных лесов Северной Азии: классификацию методом Браун-Бланке, описание синтаксономических единиц, исследование связей высших синтаксономических единиц гемибореальных лесов с ведущими эколого-географическими (климатическими) факторами, анализ ценофлор и природоохранных аспектов.

В предлагаемой работе Северная Азия понимается в границах одноименного субконтинента в трактовке В.Б. Сочавы и Д.А. Тимофеева (1968). Эта обширная, целиком расположенная в пределах одного внетропического пояса территория омывается с севера и востока Ледовитым и Тихим океанами, западная граница проходит по водоразделу Уральской горной системы, а на юге она ограничена районами проникновения пустынно-степных центрально-азиатских ландшафтов.