Влияние глобального измененния климата на флуктуацию природных зон и подзон Приенисейской Сибири в голоцене

Введение . По прогнозам Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) увеличение температуры в будущем составит в среднем 0,2 ^оС за каждое десятилетие. К концу XXI века температура Земли повысится в пределах 1,8–4,6 ^оС. Среднегодовое количество осадков увеличится на 12 %. Возможность объяснения причин такой тенденции изменения климата, безусловно, является актуальной [1, 2, 6, 7, 12].

Нужен «взгляд в прошлое», который позволит проследить динамику изменения климата в голоцене и определит изменения биоклимати-ческой обстановки в климатические периоды голоцена.

Современные природные (физико-географические) зоны и подзоны на равнинной территории земной поверхности имеют широтную зональность, связанную с режимом тепла и влаги, особенностями циркуляции воздушных масс, составом растительности, почв и животного мира и т. д. Они отражают состояние природной среды, когда биота достигает определенного биоэнергетического комплекса.

В течение голоцена – современном потеплении продолжительностью 10–12 тыс. лет – наблюдалась флуктуация пространственного положения природных зон и подзон, на проявления которой оказали влияние глобальные климатические изменения.

Под флуктуацией (от лат. Fluctuation – колебание) природных зон и подзон Приенисейской Сибири подразумевается изменение географи- ческих границ их положения в разновременные периоды голоцена. Главной причиной процесса флуктуации природных зон и подзон является глобальное изменение климата за определенные периоды времени. Смена растительности, произрастающей на территории исследования, является важным показателем проявления процессов флуктуации.

Динамика глобальных климатических изменений в голоцене оказывала большое влияние на формирование современных природных зон и подзон, что дает возможность прогнозирования их географического положения в будущем. Представление об эволюции экосистем необходимо для понимания современного состояния природной среды и прогнозирования ее изменений [3, 7, 12].

Цель исследования : проследить флуктуацию природных зон и подзон Приенисейской Сибири в голоцене и рассмотреть взаимосвязь между растительными сообществами и характеристиками климата.

Объекты и методы исследования. Объектом исследования являются растительные сообщества природных зон территории Приени-сейской Сибири, произраставшие в разновозрастные климатические периоды голоцена.

В основу физико-географического выделения Приенисейской Сибири из Сибирского региона положен важный геоморфологический фактор – долина реки Енисея. Река Енисей – одна из крупных рек Евразии, протекающей с юга на север через спектр природных зон и подзон: степь, лесостепь, подгайгу, тайгу (южную, среднюю и северную), лесотундру и тундру.

Палеоэкологический мониторинг является основным методом исследования, позволяющим определить смену климата и растительности, влияющих на флуктуацию природных зон и подзон Приенисейской Сибири. Использование комплексных материалов исследований разнопрофильных специалистов, собранных в Базе данных «Эволюция природной среды голоцена Сибири», и просто литературных источников, позволило определить положение природных зон и подзон в разновременные периоды голоцена [9–11]. Оценка корреляционных связей между показателями выполнена с использованием корреляционного, факторного и регрессионного анализа [8]. В качестве программного обеспечения использованы Пакет анализа MS Excel и Stat Soft STATISTICA 6.0.

Результаты исследования и их обсуждение . Климатические изменения в голоцене привели к выделению нескольких климатических периодов (предбореальный, бореальный, атлантический, субатлантический, суббореальный) [9, 11]. Климат является ведущим фактором «трансформации» как границ природных зон и подзон, так и процессов, в них происходящих.

Таблица 1

Изменение растительности надпойменных террас Приенисейской Сибири (в границах современных природных зон и подзон) в климатические периоды голоцена

Природная зона	Период
	Предбореаль-ный	Бореальный	Атлантический		Суббореальный	Субатлантический
			1-я половина	2-я половина
1	2	3	4	5	6	7
Тундра	Ель, сосна, береза	Ель (преобладает)	Ель; лесотундра с елью	Еловоберезовые сосновые леса с елью и ольхой	Еловоберезовые сосновые леса	Елово-березовые сосновые леса
Лесотундра (притундро-вые леса)	Сибирский кедр, ель	Еловые леса с березой	Береза (преобладает)	Ель (преобладает)	Береза и ель (преобладают); ольха, сибирский кедр (встречаются)	Береза, ель, ольха, сибирский кедр

Окончание табл. 1

1	2	3	4	5	6	7
Северная тайга	Ель, береза и ольха	Еловая темнохвойная тайга	Сосновоберезовые леса с елью	Ель, береза, сосна	Ель, береза	Сибирский кедр, ель
Средняя тайга	Ель, лиственница, береза, сосна	Елово-лиственничная тайга	Лиственничная тайга с елью, березой, сосной	Березовоеловая тайга с лиственницей и сосной	Кедровоеловые леса с елью и березой	Сибирский кедр, сосна, береза
Южная тайга	Лесные ландшафты (береза)	Еловопихтовые леса с березовыми колками	Березовые и еловые леса с лиственницей и кедром	Лесостепь с елью; открытые степные ландшафты	Березовые леса	Елово-сосновые леса с березой
Подтайга	Ландшафт холодных степей	Березовая лесостепь с лиственницей	Еловолиственничная подтайга с березой и лиственницей	Сосновоберезовые леса	Нет данных	Подтайга с сосной и березой
Лесостепь	Ландшафт холодных степей	Сосновоберезовые леса с участием кедра и пихты	Березоволиственничная лесостепь	Березовососновая лесостепь с участием темнохвойных пород	Листвен-нично сосновоберезовые леса с елью и кедром	Сосновоберезовая лесостепь с кедром и пихтой
Степь	Полынно - разнотрав ными группировками	Березовая лесостепь	Настоящая степь	Маревополынная степь с сосновыми перелесками	Березовососновая лесостепь	Березовососновая лесостепь с пихтой и осоковомаревые, злаковоразнотравные степи

Анализ данных таблицы 1 показывает в границах современных природных зон и подзон изменение растительности надпойменных террас Приенисейской Сибири в разновременные климатические периоды голоцена.

В начале предбореального периода голоцена ощущалось «холодное дыхание сартан-ского оледенения». Затем, в связи с всеобщим потеплением и увлажнением климата, в современной тундре, лесотундре, тайге почти повсеместно стали произрастать таежные и лесные ландшафты. В современной подтайге, лесостепи и островных степях еще сохранялся ландшафт холодных степей. Этот ландшафт при потеплении и иссушении климата открытых пространств сменился полынно-разнотравными группировками.

В предбореальный период голоцена в современной тундре основной лесообразующей породой была ель в сочетании с сосной и березой. Ель проявляет высокую требовательность к влажности почвы и может произрастать на мерзлых и холодных почвах. В конце периода В.Н. Сакс (1940) по отсутствию пыльцы древесных пород отмечает существование тундровых ландшафтов. В современной лесотундре (при-тундровые леса) преобладали древесные породы. Из древесных пород преобладала лиственница, способная произрастать на холодных почвах послеледниковья. В современной северной тайге для начала периода определяется «господство» ели, березы, ольхи; затем наблюдалось преобладание кустарничковых берез, травянистых растений и споровых [11]. Наличие ели сибирской говорит о холодных климатических условиях и высокой влажности почвы. В современной средней тайге наличие кустарничковой березы, которая в современном расти- тельном покрове не присутствует, свидетельствует о холодных условиях. В этот период для Западной Сибири Ф.З. Глебов (1988) отмечает низкое содержание древесных пород (ели и кустарничковой березы). В современной южной тайге он определяется господством лесотундровых ландшафтов с редколесьем. Вторая его часть для всей Сибири характеризуется «господством» березы. В современной подтайге, лесостепи и островных степях в начале периода еще сохранялся ландшафт холодных степей, который при потеплении и иссушении климата открытых пространств сменился полынноразнотравными группировками.

В бореальный период голоцена наблюдается потепление климата. В современной тундре, лесотундре (притундровые леса), тайге (северной, средней и южной) существует еловая растительность, что безусловно связано свысо-кой влажностью воздуха и почв [4–7; 13–15]. Ель произрастала на разноуровненных террасах рек, так как хорошо переносит континентальность климата. В тайге преобладали еловоберезовые редколесья (современная северная тайга); елово-лиственничная тайга (современная средняя тайга); елово-пихтовые леса с березовыми колками и сосной (современная южная тайга). Увеличение произрастания березы (в отдельных сообществах до 75 %) [10] говорит о увеличении сухости климата. Фаза березы соответствовала «ксеротермическому периоду» бореального времени Сибири, выделенного Ф.З. Глебовым (1988) для тайги Западной Сибири. Климат современной подтайги характеризуется теплыми и сухими климатическими условиями. Формировался ландшафт березовой лесостепи с лиственницей. В современной лесостепи существовали сосново-березовые леса с участием кедра и пихты. Лесной генезис палеопочв подтверждают обильные включения углей древесного происхождения [3, 13]. В современных островных степях формируются березовососновые леса с участием пихты и кедра в сочетании с осоково-злаковыми группировками. В Южно-Минусинской котловине существовали степные ландшафты на обыкновенных и карбонатных черноземах [4].

Атлантический период голоцена считается оптимумом голоцена для всего северного полушария Евразии, в том числе и Сибири [4, 7].

Климатические условия были теплее и суше современных. По особенностям проявления климата подразделяется на две половины [9, 11]. Этот период для современной тундры, лесотундры (притундровые леса), тайги (северной, средней) характеризуется существованием лесной растительности. Для современной южной тайги во вторую половину периода характерно существование открытых степных ландшафтов и лесостепи с елью. Это возможно только при теплом и сухом климате. Палеопочвы представлены обыкновенными черноземами [4, 13– 15], которые сохранились в профиле современных почв в виде вторых гумусовых горизонтов (hres). В современной подтайге, лесостепи также климат второй половины периода был теплее и суше современного, о чем говорит наличие степных ландшафтов и присутствие березы и сосны в составе лесных группировок. В степных ядрах Минусинской котловины существовала степная обстановка с разновидностями черноземных почв.

Суббореальный период голоцена характеризуется похолоданием климата. На острове Новая Земля наблюдается надвигание ледников [10]. В современной тундре, лесотундре (притундровые леса), тайге (северной, средней и южной) существует лесная растительность. В современной южной тайге при тенденции общего похолодания климат был тождественен современному. Формировались подтаежные ландшафты на дерново-лесных, оподзоленных и дерново-глеевых почвах [4]. В современной подтайге и лесостепи климатические условия были переменными с высокой степенью дефляции, связанной с повышенной ветровой деятельностью. В современных островных степях климатические колебания выражены слабее, и идет процесс формирования современного климата.

Субатлантический период голоцена является современным. Его продолжительность – 2,5 тысячи лет. Аридизация климата в начале периода сопровождалась пожарами, оставившими свои следы в отложениях этого периода [4]. В начале периода в современной тундре, лесотундре (притундровые леса) еще существуют таежные ландшафты. В зоне современной тайги и подтайги формируются современные растительные сообщества. В зоне современных лесостепей и островных степей в течение периода наблюдалась «нестабильность» климатических условий. Прохладные и влажные условия начала периода менялись в сторону похолодания и иссушения климата, а затем становились теплее и влажнее. В начале периода были лесные ландшафты с основными древесными представителями: сибирский кедр, береза, сосна, пихта. В настоящее время наблюдается степь (марево-злаково-разнотравная). В этот период голоцена идет процесс становления современных природных зон в их географических границах [4].

Анализ связи растительных сообществ с климатическими показателями региона. На рисунке 1 приведено графическое изображение растительных сообществ в координатах климатических факторов и времени. Для проведения дискриминантного анализа сообщества были объединены в группы «степь», «лесостепь», «лес». В качестве переменных для разделения сообществ были использованы почвенные климатические факторы: фактор 1 (температура) и фактор 2 (осадки).

Рис. 1 . Графическое изображение растительных сообществ в координатах климатических факторов и времени

Дискриминантный анализ показал, что сообщества статистически значимо (p < 0,01) разделяются при использовании в качестве независимых климатических факторов: фактор 1 (температура) и фактор 2 (осадки). При проекции на оси дискриминации (канонические переменные) наиболее тесный и обособленный кластер составляют лесостепные сообщества, наиболее размытый – степные (рис. 2).

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

□

0,5

0,0

□

-0,5

00° °

-1,0

-1,5

-10

-8

-6

-4

-2

о ЛС

□Л оС

Root 1

Рис. 2. Проекция растительных сообществ на канонические переменные (оси дискриминации): С – степь, ЛС – лесостепь, Л – лес

В таблице 2 представлены стандартизован- ных и их информационный вклад в разделение ные коэффициенты для канонических перемен- сообществ.

Стандартизованные коэффициенты для канонических переменных

Таблица 2

Показатель	Root 1	Root 2
Сгк : Сфк	6,03220	-0,672896
Фактор 1 (температура)	-5,36099	-0,414369
Фактор 2 (осадки)	3,51015	-0,289268
Собственное значение	21,16667	0,581512
Накопленный информационный вклад, %	97,326	100,0000

Анализ таблицы 2 показал высокие величины накопительного информационного вклада, % используемых факторов, а именно 97,3 % – Root 1 и 100 % – Root 2 в разделение сообществ.

Заключение. Изменение растительности (в границах современных природных зон и подзон) надпойменных террас Приенисейской Сибири в климатические периоды голоцена показало особенности процесса их флуктуации. Главной причиной флуктуации природных зон и подзон являлся климат, который имел изменения как в течение голоцена – последнего потепления, так и во время каждого временного климатического периода голоцена. Фактор 1 (температура) и фактор 2 (осадки), как независимые климатические факторы, имеют высокие величины накопительного информационного вклада – 97,3– 100,0 %. При проекции на оси дискриминации (канонические переменные) наиболее тесный и обособленный кластер составляют лесостепные сообщества, наиболее размытый – степные.