Формирование инвариантной структуры лесных фитоценозов в естественных лесах Тебердинского государственного заповедника

Растительный покров горных территорий обладает высокими индикационными свойствами своевременного контроля изменений компонентов природнотерриториальных комплексов (лесных сообществ, биогеоценозов, экосистем, ландшафтов и других системных образований в природе). По характеру и скорости изменений отдельных составляющих природных или антропогенных экосистем горного лесного пояса можно с определенной достоверностью судить о происходящих изменениях в других компонентах не только отдельных локальных сообществ, но и системах более высокого ранга (геосистемах) [1, 2, 3].

Существует множество свидетельств снижения качества горных лесов из-за загрязнения атмосферного воздуха, вызывающего выпадение кислотных осадков, фотооксидантов и осадков тяжелых металлов [4, 5]. Глобальное потепление, приобретающее региональные черты в отдельных горных районах оказывает более сильное воздействие на горные леса, чем на леса расположенные в других территориях [6].

Для задач, связанных с выявлением связей между факторами среды и структурой лесных сообществ, в большей степени соответствует математический алгоритм, который базируется на теории информации и широко применяется в геоэкологических исследованиях.

Информационный анализ, использует принцип вероятностного подхода, когда сбор эмпирического материала осуществляется по равномерной схеме, обеспечивающей случайную выборку данных из множественной совокупности, например, при сопряженном картографическом анализе [7, 8]. Данный анализ не требует ни линейности, ни метричности, ни непрерывности, ни даже упорядоченности [9]. Гоеоэкологическое исследование структуры и функционирования лесных сообществ проводилось методом равномерной выборки участков фитоценозов по территории Тебердинского отдела заповедника. При сборе материала использовалась регулярная, равномерная сеть квадратов на прозрачной основе со стороной в 1 см наложенная на план лесонасаждений Те-бердинского заповедника масштаба 1:25000. В углах каждого квадрата осуществлялась выборка групп экологогеографических и лесоводственно-таксационных характеристик. Первая группа – так называемые «факторы среды», это прежде всего показатели рельефа и почвы, определяющие во многом гидротермические условия лесных ценозов. Вторая группа – «явления» или лесовод-ственно-таксационные показатели фитоценозов.

Приемы обработки материала с использованием информационного анализа достаточно полно освещены в литературе по мере его применения на разных этапах изучения динамики экосистем [5, 7, 8, 9]

В таблице приведены интегральные меры связи компонентов структуры лесных сообществ с эколого-географическими факторами лесного пояса Тебердинского заповедника. В правом сегменте таблицы представлены коэффициенты связи, отражающие степень воздействия факторов на структурные компоненты леса. В левой – обратные, или коэффициенты индикации, характеризующие связь определяющей роли явления в распознавании фактора. В лесной среде отдельные показатели структурных компонентов лесного сообщества могут рассматриваться во взаимодействии и как факторы и как явления, формируя разнообразие фитоценозов.

Из расчетных данных следует, что факторы не одинаково влияют на структурные компоненты лесных сообществ и изменяются в широком диапазоне – от 0.007

(мощность почвы – густота подлеска) до 0.818 (порода подроста - доминант).

Высота над уровнем моря в большей мере сопряжена с породой подроста и с доминантами. Густота подлеска в лесных сообществах почти не зависит от гипсометрического уровня. Сравнительно большее влияние, абсолютная высота оказывает на породу подроста и запас насаждения.

Влияние экспозиции и крутизны склонов на структуру лесной растительности обусловлено концентрацией солнечной радиации и изменением индекса сухости. Вероятно, в связи с этим, значения интегральных мер повышаются от абсолютной высоты к ориентированию и крутизне склона. Сравнительно высокая связь наблюдается с показателями почвенных условий. Почвы, как следствие физикобиологических процессов в горах, зависящее от рельефа, в большей степени влияют на структурные компоненты растительных сообществ, чем производные самого рельефа и высоты над уровнем моря. Например, при крайне низком коэффициенте связи абсолютной высоты с запасом насаждений (0.008), связь с влажностью и мощностью почвы повышается до 0.297 и 0.308 соответственно. Аналогичные тенденции характерны для пород подроста и подлеска в структуре фитоценозов.

Таблица. Интегральные меры связи геоэкологических компонентов лесных фитоцено- зов Тебердинского заповедника

Верхний сегмент – меры связи, фактор > явление; Нижний сегмент (индикация) – явление > фактор

Обратные коэффициенты, в нижнем секторе таблицы, отражают индикационную роль структурных компонентов лесных сообществ в распознавании факторов среды. Общий фон значений обратных коэффициентов связи в системе «явление -фактор» существенно ниже. Однако, в пространственно-временном аспекте ана- лиза становятся очевидными различия в определении состояния отдельных факторов в зависимости от состояния структурного компонента фитоценоза. Например, большие значения мер связей указывают на повышенную распознающую способность доминантов лесных сообществ в отношении породы подроста, запаса древостоя, высоты над уровнем моря. Существенна связь доминанта с породой подлеска, что на первый взгляд трудно объяснить. Тем не менее, включив в анализ другие показатели структуры сообществ, такие как сопутствующие породы (содоми-нанты), сомкнутость полога, густоту древостоя, ситуация становится очевидной. Вызывает некоторое недоумение низкое значение показателя связи между абсолютной высотой местности и доминантом фитоценоза, при сравнительно высоком значении обратной (индикационной) свя- зи. В данной ситуации высота над уровнем моря не является показательным фактором формирования доминантов горных древостоев на ранних возрастных стадиях. Когда же древостой сформировал устойчивый состав основного яруса, доминант более контрастно проявляет индикаторную роль относительно абсолютной высоты местности.

Таким образом, анализ интегральных мер связей между факторами среды и структурой лесных сообществ в горных условиях позволил установить сочетание показателей их взаимодействия в разных формах современного развития естественных фитоценозов.

Значимость показателя можно характеризовать как переменную величину, зависящую от той экологической ниши, или той части растительного сообщества, в которой он находится.

Информационный анализ, основанный на вероятностном подходе, позволяет унифицировать систему мониторинга растительного покрова, оценить динамику формирования инвариантной структуры фитоценозов на уровне изучения биоразнообразия горных регионов.