Климатическая обусловленность многолетней динамики растительного покрова среднерусской лесостепи

В прошедшем XX столетии, особенно в его второй половине, зафиксировано глобальное потепление климата в северном полушарии, в том числе и на территории России [1; 2; 6; 9; 13; 14 и др.]. В отдельных регионах России его проявление было неоднозначным. В Среднерусской лесостепи (Курская, Белгородская области) в это время зафиксированы широкомасштабные изменения в составе и структуре растительного покрова [5; 10–12 и др.].

Сотрудниками Санкт-Петербургского государственного университета с конца 1950-х гг. и до настоящего времени проводится мониторинг растительного покрова на двух заповедных территориях: Казацкой степи (Центрально-Черноземный биосферный заповедник им. проф. В.В. Алехина) и в дубраве «Лес на Ворскле» (заповедник «Белогорье»). Его главной составляющей является крупномасштабное геоботаническое картирование (масштаб 1:5000) в интервале 10–15 лет. Полностью оба заповедных участка картировались в 3 срока, их отдельные полигоны – в 4.

Основные типы растительности лесостепи (широколиственные леса и луговые степи) характеризуются высоким видовым разнообразием и сложностью фитоценоти-ческой структуры. По отношению к ним существовавшие на начало 60-х гг. методы геоботанического картографирования оказались неадекватными и нерепрезентативными. Был разработан оригинальный способ картографирования лесостепной растительности. Он имеет две важные особенности в процессе сбора полевого материала. Первая состоит в равномерном распределении описаний и их инструментальной привязке на местности. Вся картируемая площадь покрывается сетью реперных точек через 100 м (1 описание на 1 га). Вторая – это содержание самих геоботанических описаний, которые выполнялись на специально разработанных бланках с выявлением полного видового состава.

При обработке таких описаний появляется возможность широко использовать количественные методы. В результате картографических работ на двух заповедных территориях суммарно собрано около 10 тысяч геоботанических описаний. Все они хранятся в Фитоценарии кафедры геоботаники СПбГУ. Материалы трехкратного геоботанического картографирования Казацкого участка ЦЧЗ опубликованы [3].

Легенда геоботанических карт обычно строится на основе классификации растительных сообществ. Для карт крупного масштаба она особенно тесно связана с низшими классификационными единицами на уровне ассоциация–формация. Классификация растительности Среднерусской лесостепи осуществлялась на эколого-фи-тоценотических принципах. Использованы следующие основные таксоны: тип растительности – подтип – формация – подформация – группа ассоциаций – ассоциация. Растительная ассоциация принята как самая мелкая таксономическая единица, которая объединяет фитоценозы, практически одинаковые по всем основным показателям. Формации выделялись в лесном и кустарниковом типах по основному доминирующему виду в составе основных ярусов и пологов. В травяных типах (степи, луга) эта единица не использовалась из-за слабого проявления в составе травостоя доминирующих видов. При разграничении степей и лугов основными диагностическими признаками являлись следующие: соотношение ксерофитов и мезофитов по их суммарному проективному покрытию, набор фитоцено-тически значимых видов, эколого-биологические особенности последних.

Даже самый общий сравнительный анализ карт – на уровне легенды (количества, размеров, состава и размещения контуров-выделов) обнаружил в течение второй половины XX в. весьма существенные изменения в составе и структуре растительного покрова, а также позволил выявить общую

Cреда обитания

направленность в его развитии. Было установлено, что эколого-фитоценотические изменения проявились на всех участках землепользования (лесных, степных, залежных) и коснулись как естественной растительности (лесов, степей, лугов), так и появившейся здесь под воздействием человека (лесных культур, полян, залежей). Общая направленность этих изменений сводится к хорошо выраженной мезофили-зации, т.е. усилении фитоценотических позиций мезофитов – растений, требовательных к достаточному увлажнению (лесных и луговых). Ниже приведены результаты анализа этих изменений на двух ключевых участках – степном и лесном [5; 10; 11; 12].

Степной участок расположен на водораздельном плато Казацкого кластера ЦЧЗ в 13–14 кварталах (площадь 0,9 × 1 км). Он состоит из трёх полос по 0,3 × 1,0 км. Первая и третья – самая высокая и самая низкая части по абсолютной высоте (235– 220 м). Они находятся в косимом режиме пользования: с 1958 г. покос осуществляется 1 раз в 4 года. Средняя, вторая, полоса с 1980 г. переведена в некосимый режим. В табл. 1 и 2 приведены данные, свидетельствующие о происходящем процессе мезофилизации растительного покрова: луговые степи трансформируются в остеп-нённые луга. Это видно по соотношению площадей, занятых сообществами этих типов растительности. Соответственно идёт замена ксерофитов на мезофиты сре-

Соотношение степей и лугов на ключевом участке

Год Полоса Площадь (в %) Степи Луга 1968 1 97 3 2 93 7 3 90 10 1979 1 80 20 2 77 23 3 63 37 1993 1 30 70 2 7 93 3 26 74 2010 1 23 77 2 0 100 3 0 100 ди доминирующих видов. Интенсивность этого процесса заметно выше на более низких элементах рельефа и при некоси-мом режиме использования травостоя. В 1968 г. степные сообщества господствовали, занимая на 1, 2, 3 полосах соответственно 97, 93, 90% площади. К настоящему времени они остались только на самых высоких местах: на 1-й полосе на них приходится всего 23% площади. Темпы мезо-филизации за рассматриваемый временной период были различными, отличаясь особой активностью в 1980–90-е гг. С 1968

Terra Humana

Таблица 2

доминирующие виды травостоя степного участка (проективное покрытие, %)

Виды	ЭГ*	Годы
		1968			1979			1993			2010
		Полосы участка
		1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3
Осока низкая	ЭК	9	14	4	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Вейник наземный	КМ	–	–	–	–	–	–	–	10	4	–	–	–
Ковыль перистый	ЭК	5	6	3	–	–	–	3	10	4	–	–	–
Кострец береговой	МК	3	3	3	11	8	4	10	7	7	4	3	4
Подмаренник настоящий	КМ	–	–	–	–	3	–	–	4	3	–	–	3
Райграс высокий	ЭМ	–	–	–	–	–	–	3	–	–	17	17	12
Типчак	ЭК	5	7	–	7	6	4	4	–	–	–	–	–
Вика тонколистная	КМ	–	3	–	4	3	–	7	5	5	6	5	4
Земляника зеленая	КМ	3	–	–	–	–	–	5	3	4	–	–	–
Молочай мохнатый	МК	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	3	–
Свербига восточная	КМ	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	6	–
Таволга обыкновенная	МК	5	5	–	7	6	3	4	3	4	3	–	–
Шалфей луговой	МК	7	8	3	4	–	3	4	3	5	–	–	–
Шалфей поникающий	ЭК	5	3	–	3	5	–	3	–	–	–	–	–

* Примечание: ЭГ – экологические группы по факторам увлажнения и богатства почв; ЭК – эуксеро-фиты; МК – мезоксерофиты; КМ – ксеромезофиты; ЭМ – эумезофиты

по 1979 г. площадь степей уменьшилась на 24%, с 1979 г. по 1993-й г. – на 36%, с 1993 г. по 2010 г. – на 10%.

Влияние климата на изменение структуры лесных сообществ установить сложнее, т.к. оно перекрывается воздействием ряда других факторов (возрастные изменения древостоев, смена древесных пород в них, рубки деревьев, зоогенные сукцессии и др.). На протяжении всего XX в. на территории европейской лесостепи неоднократно отмечалось массовое усыхание дубрав. Большинство исследователей связывают это с влиянием периодических засух, которые сопутствуют вспышкам массового размножения насекомых и развитию очагов патогенной микофлоры [7].

Результаты неоднократного картографирования заповедной дубравы «Лес на Ворскле» позволяют нам считать климатический фактор определяющим в динамике её развития во второй половине XX в. Особенно это показательно на примере участка ясеневой дубравы [10]. Ясеневая дубрава является зональным типом леса для центральной части русской лесостепи. Её участок в заповедной дубраве «Лес на Ворскле» характеризуется наибольшим возрастом и наилучшей сохранностью среди дубрав такого рода. Она занимает приводораздельные склоны межбалочного плато (абс. выс. 190–217 м) в 4-м квартале (площадь 90 га). В табл. 3 приведены основные показатели, отражающие изменения в её структуре за 40-летний период. Наиболее заметный процесс – усиление фитоценотических позиций ясеня и снижение их у дуба. Это свидетельствует о мезофилизации растительного покрова. В данных экотопичес-ких условиях основные древесные породы образуют следующий ряд по мере увеличения влажности: дуб – ясень – клен (ильм) – липа. Клен и особенно липа на уровне подформаций в дубняках и ясенниках также имеют тенденцию к увеличению фито-ценотической роли. Указанный выше ряд хорошо коррелирует с аналогичным рядом в травяном покрове. Основные доминирующие виды по градиенту уменьшения влажности и богатства почв следуют в таком порядке: сныть обыкновенная – осока волосистая – звездчатка жестколистная – мятлик лесной. В 1958 г. наиболее распространенными были сообщества осоковой серии ассоциаций (38% площади), исчезнувшие к 80–90-м годам. В эти годы абсолютное господство переходит к сообществам снытевой серии ассоциаций, занявшим 62–83% площади. Эти данные показывают, что процесс мезофилизации стал наиболее активно протекать с 80-х годов.

Формации и серии ассоциаций ясеневой дубравы (площадь, га)

Синтаксоны	Годы
	1958	1964	1984	1996
5 Дубняки	65	67	49	38
Ясенники	21	22	39	49
5 Кленовники	3	1	2	3
& Липняки	1	0	0	0
Осинники	1	0	0	0
Мертвопокровные	17	51	16	5
d Разнотравные	0	9	15	7
у Звездчатковые	11	3	3	0
Мятликовые	3	0	0	0
d Осоковые	34	22	0	0
Снытевые	25	5	56	75
^ Прочие	0	0	0	3

Естественно предположить, что столь масштабные изменения растительного покрова на заповедных территориях могут возникнуть только вследствие соответствующих изменений климата. И действительно, на европейской части России с начала ХХ в. установлено заметное потепление, которое особенно ярко проявилось в конце 80-х годов. В отношении же увлажнения такой чётко выраженной тенденции не выявлено [1; 6]. Анализ данных метеостанции ЦЧЗ за 1947–93/97 гг. дал неоднозначные результаты [4; 8]. Н.А. Лавров и К.Е. Смирнов выявили достоверные тренды прироста среднегодовой температуры на 0,7 градуса и увеличения среднегодового количества осадков на 60 мм, а также весьма существенные температурный тренд весной и тренд осадков осенью. Ими установлены циклические колебания среднегодовых температур в 8 лет, а осадков в 4 года. О.В. Рыжков с соавторами не выявили указанных трендов. Они считают, что динамика среднегодовой температуры соответствует критериям процесса типа «белый шум» с распределением, статистически не отличающимся от нормального. В динамике годовой суммы осадков также указывается периодичность в 4 года. Отмечены сухие периоды в 40–50-е гг. и в конце 60-х гг. и наиболее влажный период – со второй половины 70-х по первую половину 80-х гг.

Нами проанализированы данные метеостанции ЦЧЗ за весь период наблюдений (1947–2010 гг.). В работе использованы методы скользящих средних и независимых групп. Особое внимание уделено распределению тепло- и влагообеспеченности в их многолетнем ходе. В лесостепи эти показатели отличаются высокой изменчивостью

Cреда обитания

с большими амплитудами колебаний, что свойственно и рассматриваемому району.

В результате нашей обработки основные указанные выше тренды проявились отчётливо и показали повышение среднегодовой температуры на 1,5 градуса, а суммы осадков – на 43 мм (рис. 1). В сравнении с данными [2] первая существенно выше, а вторые – несколько ниже. Это связано с тем, что среднегодовые температуры продолжали расти, а годовое количество осадков с конца 90-х годов имеет устойчивую тенденцию к резкому снижению. Анализ средних годовых значений позволил выявить соотношение тепла и влаги в определенные периоды.

В общем ходе повышения средних годовых температур более интенсивно росли зимние температуры. В 1981–1990 гг. годовые температуры заметно снизились, после чего они продолжали повышаться до настоящего времени. Годовое количество осадков последовательно повышалось, достигнув максимума в 1981–1990 гг. С 1998 г. оно резко понижается. В период 1981–1990 гг. имело место сочетание понижения температуры с заметным повышени-

Рис. 1. Годовые суммы осадков (мм) и суммы температур (Т) в 1949–2008 гг. после 5-летнего сглаживания.

ем осадков, что, видимо, и способствовало особо сильному проявлению мезофилиза-ции растительного покрова. Вероятно, активность этого процесса в ближайшее десятилетие может снизиться, учитывая, что в 2001–2010 гг. повышение температуры сопровождалось уменьшением количества осадков. Причинно-следственные обоснования этих процессов в данной публикации не рассматриваются.