CC BY
112УДК 630*561.24+574.474
С.П. Арефьев
ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ФОНОВОГО СОСТОЯНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ НА ТЕРРИТОРИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УРЕНГОЙСКОЙ ГРУППЫ
Проведен анализ древесно-кольцевых хронологий лиственницы с территорий Ново-Уренгойского, Восточно-Уренгойского и Валанжинского месторождений в Ямало-Ненецком автономной округе. Сделана реконструкция фонового состояния природной среды по показателям продуктивности и устойчивости деревьев за период с 1880 г. Выявлены основные климатические циклы. Рассмотрено влияние по-годно-климатическх факторов, криоэрозионных процессов, пожаров на динамику радиального прироста. Существенного влияния факторов освоения месторождений (помимо узколокальных) на прирост лиственницы не отмечено. Прослеживается тенденция, благоприятная для произрастания лиственницы на исследованной территории, находящейся у северной границы лесной зоны.
Годичные кольца деревьев, древесно-кольцевые хронологии, дендрохро-нологический мониторинг, оценка состояния природной среды, лиственница, лесотундра, территории газоконденсатных месторождений, Западная Сибирь, Ямало-Ненецкий автономный округ.
Древесно-кольцевые хронологии широко используются в оценке состояния окружающей среды, позволяя установить динамику ряда ее базовых показателей, датировать происходящие в ней события и процессы. Принципиально важно, что они дают возможность проследить различные причины изменения природных систем — не только антропогенные, но и естественноциклические, связанные, в частности, с колебаниями климата и гидросферы. Большой опыт в этом плане накоплен дендроклиматологией в Субарктике, природные комплексы которой очень чувствительны к разного рода влияниям. Так, для севера Западной Сибири проведены реконструкции климата за период с 1507 г. по живым деревьям [Ваганов и др., 1996], а по ископаемой древесине — с 7313 г. до н.э., т.е. за последние более чем 9300 лет [Ханте-миров, 2009]. Основным материалом для подобных реконструкций является лиственница — долговечная порода, достигающая северного предела распространения деревьев в лесотундре, а также ель, кедр сибирский, сосна обыкновенная, достигающие юга лесотундровой зоны. В безлесных тундрах хорошие результаты дает использование кольцевых хронологий кустарников, возраст которых на Ямале достигает 130 и более лет [Арефьев, 1998, 2000].
Дендрохронологический мониторинг в последние годы [Комин, 1990], рассматривается как органическая часть мониторинга окружающей среды. При этом использование древесных регистрирующих структур (годичных колец и элементов их строения) предоставляет большой объем «спрессованной» временной информации, необходимой для правильной оценки экологической ситуации и ее прогноза, что недостижимо даже при многолетней работе в реальном времени. Нередко древесный прирост наиболее полно и адекватно характеризует состояние биоты и ландшафтов, поскольку отражает непосредственное влияние на основу экологической пирамиды целого комплекса факторов с учетом их взаимодействия.
Современная дендрохронология располагает широким арсеналом методов [Methods..., 1990; и др.]. Конкретное содержание дендрохронологичской информации определяется выбором моделей, находящихся в тех или иных условиях среды и испытывающих влияние тех или иных факторов. Особую ценность имеют хронологии из экстремальных местообитаний, где исследуемый фактор является лимитирующим. В условиях Крайнего Севера формирование древесных колец определяется главным образом температурой летнего периода и зависящей от нее глубиной протаивания грунта. По данным Е.А. Ваганова с соавт. [1996], положительная температурная детерминация прироста деревьев в Субарктике составляет 50-80 % и увеличивается с продвижением на север. Определенное влияние на прирост оказывает также количество летних осадков, усиливающее протаивание грунтов. По результатам исследований С.Г. Шиятова [2009], на Полярном Урале и в прилегающих к нему районах достоверно выявлено смещение границы лесной растительности в северном направлении, начавшееся в XX столетии, что может быть проявлением не только естественной эколого-климатической цикличности, но и широкомасштабных антропогенных тенденций, давно ставших предметом серьезной научной дискуссии. Уже очевидно, что на локальном уровне в условиях севера Западной Сибири все большее влияние на рост древесных растений оказывают антропогенные факторы, связанные с освоением нефтяных и газоконденсатных месторождений [Арефьев, 2000].
Цель настоящей работы — на основе анализа древесно-кольцевых хронологий дать оценку фонового состояния природной среды на территории ряда центральных месторождений Уренгойской группы (Ново-Уренгойского, Восточно-Уренгойского, Валанжинского), находящейся в Ямало-Ненецком автономном округе и имеющей наиболее длительную историю освоения.
Территория названных месторождений расположена в лесотундровой природной зоне Западно-Сибирской равнины и характеризуется наличием трех основных типов древесно-кустарниковой растительности.
1. Кустарниковые тундры имеют наибольшее распространение. Кустарники представлены несколькими видами кустарниковых ив (Salix lanata, S. cinerea, S. lapponum и др.), карликовой березой — ерником (Betula nana) и, реже, ольховником (Dushekia fruticosa). Произрастают по возвышенным и низинным участкам куртинами или сплошными массивами; в высоту обычно не более 1,5-2 м. Максимальный возраст тундровых кустарников достигает 70 лет, обычно возраст отдельных стволиков в куртинах составляет 20-40 лет.
2. Лиственничные редколесья занимают значительную часть территории в диапазоне от кустарниковых тундр с единичными деревьями до разреженных лесов, произрастающих небольшими островными массивами или примыкающих к речным долинам. В составе таких массивов встречаются кедр, ель (ныне обустраиваемые объекты месторождений, как правило, не затрагивают такие участки). На участках с естественными (чаще пирогенными) или антропогенными нарушениями почвенного покрова произрастает также береза пушистая. На территории Ново-Уренгойского месторождения отмечено единичное дерево сосны обыкновенной (с подростом, развившимся из ее семян), находящееся на северном пределе распространения этого вида. Производительность лесотундровых редколесий низкая — бонитет Va-Уб, высота деревьев обычно не более 7-10 м. Максимальный возраст лиственницы и кедра достигает 500 лет, однако в большинстве случаев точный возраст старых деревьев определить невозможно из-за наличия центральной гнили, развивающейся вследствие повреждения ствола и корней низовыми пожарами.
3. Пойменные леса развиваются вдоль сравнительно крупных рек — притоков Пура первого-второго порядков и занимают относительно небольшую площадь. В условиях глубокого протаивания грунтов и наличия богатых биогенными веществами аллювиальных отложений, наносимых во время коротких паводков, состав лесообразователей здесь наиболее разнообразен, производительность хвойных древостоев сравнительно велика (бонитет V-IV). В силу геоморфологических факторов пойменные древостои характеризуются ленточно-мозаичной структурой, неравномерной по составу, сомкнутости и возрасту. Наиболее молодые или длительно заливаемые участки поймы представлены ивняками из древовидных ив (Salix viminalis и др.), далее в порядке сукцессии на повышенных участках поймы развиваются березняки (Betula pubescens). Лиственные древостои в поймах могут достигать высокой сомкнутости, особенно в молодом возрасте, включать в себя ряд подлесоч-ных пород (ольховник, рябина, черемуха и др.). На высоких гривах со скоротечным паводковым режимом формируются смешанные древостои с участием ели, кедра, лиственницы, обычно не образующие сплошного полога, но с высотой отдельных деревьев до 20 м и более. Древостои из этих пород развиваются также по незаливаемому склону долины и постепенно, с выходом на плакор, сменяются чистыми редкостойными лиственничниками и лиственничной лесотундрой. Возраст деревьев в пойменных лесах из-за природной нестабильности пойменного режима и особенностей роста обычно не достигает максимальных пределов.
Данная характеристика древесно-кустарниковой растительности определяет возможности ее использования при дендрохронологическом анализе состояния природной среды исследуемой территории. Древесно-кольцевые хронологии поемных лесов в силу значительного влияния ценотических факторов и выраженной возрастной динамики содержат менее четкий климатический сигнал, они в значительной степени характеризуют гидрологический и геоморфологический режим поймы. Древесно-кольцевые хронологии тундровых кустарников несут информацию о состоянии среды, характерном для большей части территории месторождений, но имеют сравнительно небольшую продолжительность (до = 50 лет), а подготовка их наиболее трудоемка. В этих условиях оптимальным решением является анализ древесно-кольцевых хронологий лиственницы из лесотундровых редколесий, характеризующих как наиболее производительные участки плакорного комплекса, так и кустарниковые тундры.
Сбор и обработка материалов осуществлялись по известным методикам [Шиятов, 1973; Methods., 1990; Арефьев, 1997, 2001; Методы., 2000]. Из неповрежденных деревьев лиственницы разного возраста на территории каждого месторождения в разных его частях с помощью бурава Пресслера отобраны керновые образцы не менее чем с 10 моделей (по два противоположных радиуса с каждой). В лабораторных условиях была проведена тонкая зачистка поверхности образцов и ее контрастирование. Измерение ширины годичных колец древесины выполнено под микроскопом с помощью окуляр-микрометра под увеличением 7^8. Полученные индивидуальные хронологии подвергнуты процедуре перекрестной датировки; составлены обобщенные хронологии для оценки базовых параметров продуктивности и устойчивости древесной растительности на протяжении столетия (1880-2003 гг.). Определен средний радиальный прирост (мм), характеризующий биологическую продуктивность лесотундровых сообществ, складывающуюся под воздействием всех факторов среды, прежде всего погодно-климатических. Аномальность прироста как следствие воздействия факторов нарушения структуры
древостоя (пожаров, рубок и др.) оценивали коэффициентом вариации ширины годичного кольца на разных моделях. Его увеличение на фоне относительно широких колец обычно свидетельствует об ослаблении механической устойчивости и ее компенсации через образование аномальной креневой древесины во избежание слома ствола. Часто по нему можно датировать образование нового поколения деревьев после тех или иных нарушений. Резкая аномальность прироста может быть также вызвана в разной степени повреждением деревьев под воздействием биотических или абиотических патогенных факторов, в частности в экстремальные по погодно-климатическим параметрам годы [Арефьев, 2001]. Физиологическую устойчивость определяли как резкость погодичных колебаний прироста [Арефьев, 1997, 1998] посредством расчета коэффициента чувствительности [Douglass, 1936] (центрированный вариант, абсолютные значения). Повышение коэффициента чувствительности свидетельствует о нарушении многолетнего физиологического гомеостаза дерева и возрастании вероятности его гибели на корню.
Результаты дендрохронологического анализа природной среды
Ново-Уренгойское месторождение
За период с 1880 г. средний радиальный прирост лиственницы на территории Ново-Уренгойского месторождения в разные годы варьировал от 0,05 до 0,55 мм (рис. 1). Корреляция величины прироста с погодно-климатическими показателями года (прежде всего с летней температурой воздуха) (по рис. 2) составила 0,64, т.е. заметно выше, чем на смежных участках Валанжинского и Восточно-Уренгойского месторождений (0,54 и 0,49), что свидетельствует о наиболее жесткой климатической детерминации роста деревьев и сравнительно низком уровне локальных особенностей и аномалий на данной территории. Особенно жестко с погодно-климатическими условиями связаны минимумы прироста, приходившиеся на аномально холодные годы как задолго до освоения Уренгойской группы месторождений, так и в период освоения (1882, 1885, 1914, 1916, 1941, 1975, 1997 и др.). Максимальные приросты наблюдались в 1945-1949, 1955-1959, 2003 гг.
Прослеживающееся в древесно-кольцевых хронологиях по всем трем месторождениям резкое повышение общего уровня прироста лиственницы после 1941 г. свидетельствует не только о переходе в очередную относительно благоприятную фазу климатического цикла (рис. 2). Оно, несомненно, показывает и комплексное воздействие ряда других факторов. Среди них, судя по всему, улучшение почвенного питания лиственницы, происшедшее вследствие усиления диффузных криоэрозионных процессов с выносом биогенных веществ на поверхность на фоне резкого температурного контраста между экстремально холодным 1941 и теплым 1942 г. Возможно, на территории Ново-Уренгойского месторождения это сопровождалось и пожаром, еще более усилившим протаивание и прогревание почвы и обогатившим ее биогенными элементами. Свидетельствами пожаров на территории месторождения являются ожоговые раны на стволах многих лиственниц, наличие центральных гнилей в стволах, отсутствие кустарников возраста старше 50 лет, представленных обычно более молодыми поколениями. На сложную многофакторную природу высокого прироста лиственницы на территории месторождения в 1940-х гг., связанную с изменением ветрового режима [Дроздов, Григорьева, 1971; Величко, 1992] и пространственной структуры древостоя, указывает высокая аномальность прироста по сравнению, например, с Ва-ланжинской хронологией (рис. 3). Вместе с тем интенсивность пожаров на территории Ново-Уренгойского месторождения была в целом меньшей, чем
на прилегающих участках (вероятно, в силу меньшей развитости моховоторфяного слоя на участках редколесий пожары были беглыми). Это способствовало сохранению старших поколений лиственницы, ввиду их возрастной физиологии давших в 2-3 раза меньшую ширину колец (рис. 1) по сравнению со смежными участками, на которых лиственница представлена в основном более молодыми послепожарными поколениями, находящимися в стадии интенсивного роста. При этом скоррелированность Ново-Уренгойской хронологии прироста лиственницы с Валанжинской и Восточно-Уренгойской составляет 0,48-0,78, скоррелированность по более климатозависимому показателю — коэффициенту чувствительности прироста — несколько выше (0,640,88), что показывает заметную степень влияния локальных особенностей участка на прирост деревьев.
Ново-Уренгойское
0,6 -------------------------------------------------------------------------
1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
Восточно-Уренгойское
Валанжинское
Годы
Рис. 1. Средний радиальный прирост (мм) лиственницы на территории месторождений Уренгойской группы
Годы
Рис. 2. Индексированная древесно-кольцевая хронология лиственницы МА1_ 38 из района Нового Уренгоя (по [Ваганов и др., 1996])
Хотя в целом на территории месторождения за 120-летний период отмечается тенденция к увеличению прироста лиственницы, с 1960-х гг. он, оставаясь на повышенном уровне, начал вновь снижаться, что связывается с постепенным истощением почвы и восстановлением термоизолирующего мохово-лишайникового покрова в сравнительно стабильных условиях этого периода. Кульминацией снижения стал аномально холодный 1997 г. Последовавший за ним 1998 г. был самым теплым в Северном полушарии за весь предшествовавший период наблюдений. Очевидно, что этот температурный контраст вновь явился сильным толчком для криоэрозионных процессов, активность которых была заметна в 2004 г. Обилие эродированных площадок с нарушенным напочвенным покровом, диффузия через них биогенных элементов из мерзлых слоев вновь привела к улучшению почвенно-растительных условий и увеличению прироста лиственницы до максимальных значений в теплом 2003 г., завершающем рассматриваемую хронологию. Вместе с тем, как и в 1940-е гг., эрозионные процессы в настоящее время привели к нарушению прочности сцепления корней лиственницы с почвой и уменьшению механической (структурной) устойчивости деревьев, что видно на графиках аномальности прироста (рис. 3).
Несмотря на сложную полигармоническую картину колебаний прироста лиственницы (рис. 1), в нем четко виден 24-летний цикл колебаний (малый брикнеровский цикл), обычный в древесно-кольцевых хронологиях севера Западной Сибири и отмеченный в колебаниях уровня озер региона, а также 11-летний цикл солнечной активности Чижевского. Достаточно выражен и характерный для XX столетия 34-летний брикнеровский цикл чередования прохладно-влажных и засушливо-теплых климатических периодов.
Наибольшая аномальность прироста лиственницы (рис. 3) наблюдалась в холодный период конца XIX — начала XX в. (особенно в 1916 г.), а также в 1997 г. ввиду экстремальных погодно-климатичеких условий, сочетания низких температур и высокой влажности. Как уже отмечалось, повышенная аномальность прироста, связанная с механической неустойчивостью деревьев под воздействием атмосферных, эрозионных и пирогенных процессов, прослеживалась в 1940-е гг., постепенно уменьшалась до середины 1990-х гг., а затем вновь возрастала к 2003 г.
Восточно-Уренгойское
Валанжинское
Годы
Рис. 3. Аномальность радиального прироста (коэффициент вариации) лиственницы на территории месторождений Уренгойской группы
Во многом аналогичную картину дает и показатель физиологической устойчивости лиственницы (рис. 4). Судя по нему, вероятность усыхания деревьев на территории Ново-Уренгойского месторождения в силу нарушения физиологического гомеостаза была наибольшей в холодный период конца XIX — начала XX в., затем, после 1916 г., климатические условия не представляли существенной угрозы для физиологических процессов и до 1995 г., испытывая колебания, в целом становились все более благоприятными, на-кладываясь на оптимальную фазу онтогенеза деревьев. Резкое падение ус-
тойчивости, связанное с контрастным чередованием аномально холодных и теплых лет произошло во второй половине 1990-х гг., однако в начале текущего столетия показатель физиологической (но не механической) устойчивости приблизился к прежней фоновой норме. Начиная с 1960-х гг. показатели физиологической устойчивости лиственницы на территории всех трех месторождений обычно были синхронны, но ранее, в 1920-1960-х гг., отмечается их значительная асинхронность.
Ново-Уренгойское
Восточно-Уренгойское
Валанжинское
Годы
Рис. 4. Физиологическая устойчивость лиственницы (коэффициент чувствительности) на территории месторождений Уренгойской группы
Таким образом, для условий существования древесной растительности на территории Ново-Уренгойского месторождения отмечаются свойственные Субарктике значительные колебания погодно-климатических и гидрологических характеристик, имеющие преимущественно естественно-циклическую
природу. С ними связаны периодически активизирующиеся атмосферные, криоэрозионные и пирогенные процессы, в совокупности определяющие биопродуктивность и устойчивость древесной растительности, ее демутационно-восстановительные преобразования. Названные факторы имели место как до начала освоения месторождений Уренгойской группы, так и в последующие десятилетия. Заметного влияния антропогенных факторов, связанных с освоением месторождения, на древесную растительность (помимо узколокальных нарушений) не выявлено. В настоящее время ее состояние характеризуется близкой к максимальным фоновым показателям биопродуктивностью, восстановившейся (после 1997 г.) до фонового уровня физиологической устойчивостью, пониженной механической устойчивостью. Такая оценка обусловлена благоприятными для роста деревьев погодно-климатическими параметрами последних лет и активностью криоэрозионных процессов. Тенденция показателей продуктивности и устойчивости древесной растительности за 120-летний период благоприятная. С учетом этой тенденции и продолжающегося обустройства территории месторождения в ближайшее время можно прогнозировать некоторое прогрессирование древесной, а также адвентивной растительности по эродированным формам рельефа с общим усилением бореальных элементов биоты.
Восточно-Уренгойское месторождение
Большая часть лиственницы на территории Восточно-Уренгойского месторождения выросла после пожара 1923 г., сохранились лишь отдельные пережившие его деревья столетнего возраста (рис. 1). Повреждение огнем сопровождалось длительной депрессией ростовых процессов, наложившейся на неблагоприятный холодный период 1930-х гг. В 1940-х гг. отмечается резкая вспышка роста у остатков допожарного поколения лиственницы (рис. 2) и появление нового ее поколения, находящегося поныне в стадии активного роста. Как уже отмечалось, после аномально холодного 1941 г. по древеснокольцевым хронологиям прослеживается переход в относительно благоприятную для древесных растений фазу климатического цикла, сопровождающийся изменением атмосферной циркуляции [Дроздов, Григорьева, 1971; Величко, 1992], способствующей притоку семян лиственницы из смежных облесенных территорий в дополнение к усилившемуся семеношению местных деревьев. При этом в силу обострения криоэрозионных процессов происходило частичное обнажение грунтов с выносом на поверхность биогенных элементов, способствовавшее прорастанию семян и распространению разновозрастных неоднородных по пространственной структуре и продуктивности лиственничных древостоев. Об этих процессах свидетельствует и хронология аномальности прироста (рис. 3), имевшая высокий уровень в течение 19401950-х гг.
За рассматриваемый период средний радиальный прирост лиственницы на территории Восточно-Уренгойского месторождения в разные годы варьировал практически от 0 в 1923 г. до 1,3 мм в 1955-1964 гг. (рис. 1), т.е. его амплитуда и максимальные значения были намного выше, чем на смежных участках. Корреляция хронологии прироста с погодно-климатическими показателями, прежде всего с летней температурой воздуха (по рис. 2), составила 0,49, т.е. была наименьшей по сравнению с Ново-Уренгойской и Валанжин-ской хронологиями (0,64 и 0,54). Это свидетельствует об относительно слабой погодно-климатической детерминации роста деревьев и сравнительно высоком уровне локальных особенностей и аномалий на рассматриваемой территории. Вместе с тем климатогенные депрессии прироста в экстремальные по погодно-климатическим условиям годы (1941, 1949, 1973, 1975, 1997 и др.)
прослеживаются достаточно хорошо и синхронны с соответствующими минимумами прироста на смежных участках, но, как правило, превышают их по амплитуде. При том что общая тенденция прироста лиственницы за весь исследуемый период положительная, с 1965 г. наблюдается постепенное уменьшение уровня прироста, связанное как с возрастными изменениями деревьев, так и с восстановлением термоизолирующего мохово-лишайникового покрова и истощением запаса биогенных элементов вследствие пожаров и эрозии. Уступающий предыдущему всплеск прироста наблюдался со второй половины 1970-х гг., особенно в теплые 1982-1983 гг., при активизации в грунтах криоэрозионных процессов, сопровождающихся мозаичным нарушением напочвенного покрова, лучшим прогреванием таких участков и выносом в них биогенных элементов из мерзлых слоев, улучшающих корневое питание деревьев, прорастание и укоренение всходов.
Кульминацией очередного циклического снижения прироста стал аномально холодный 1997 г. За ним следовал теплый 1998 г. Очевидно, этот температурный контраст вновь стал толчком для криоэрозионных процессов. Обилие эродированных площадок с нарушенным напочвенным покровом, диффузия через них биогенных элементов из мерзлых слоев вновь привела к улучшению почвенно-растительных условий на территории месторождения и увеличению прироста лиственницы до весьма высокой отметки в теплом 2003 г., последнем в анализируемой хронологии. Примечательно, что в силу небольшого размера молодых деревьев эрозионные процессы на территории месторождения в текущем столетии не привели к уменьшению механической (структурной) устойчивости древостоев, как это произошло на смежных участках, что видно на графиках аномальности прироста (рис. 3).
Ввиду сравнительно небольшой продолжительности хронологии непосредственно судить о природных циклах, управляющих приростом лиственницы на территории месторождения, довольно трудно. Однако сопоставление данной хронологии с хронологиями прироста лиственницы на смежных участках (рис. 1) позволяет констатировать 24-летний цикл колебаний (малый брикнеровский цикл), обычный в древесно-кольцевых хронологиях севера Западной Сибири и отмеченный в колебаниях уровня озер региона, а также 11-летний цикл солнечной активности. Достаточно выражен и характерный для XX столетия 34-летний брикнеровский цикл чередования прохладновлажных и засушливо-теплых климатических периодов.
Тенденция аномальности прироста лиственницы на территории месторождения явно благоприятна. Во многом аналогичную картину дает и показатель физиологической устойчивости лиственницы (рис. 4). Судя по нему, вероятность усыхания деревьев в силу нарушения физиологического гомеостаза была наибольшей в год пожара (1923), а также в холодные годы послепо-жарного восстановления деревьев, когда показатель физиологической устойчивости на территории месторождения часто был асинхронен соответствующим показателям на смежных участках. В дальнейшем устойчивость деревьев постепенно увеличивалась. Исключение составил аномально холодный 1997 г., ознаменовавшийся элиминацией части деревьев. Большинство деревьев сохранилось и, судя по рис. 4, к 2003 г. восстановило прежний уровень устойчивости.
Таким образом, древесная растительность на территории ВосточноУренгойского месторождения существует в условиях свойственных Субаркти-ке значительных колебаний погодно-климатических и гидрологических характеристик преимущественно естественно-циклической природы. С ними связаны периодически активизирующиеся криоэрозионные и пирогенные процес-
сы, в совокупности определяющие продуктивность и устойчивость древесной растительности, ее демутационно-восстановительные преобразования. Названные факторы имели место как до начала освоения месторождения, так и в последующие десятилетия. Достоверного влияния антропогенных факторов на древесную растительность территории месторождения (помимо локальных нарушений) не выявлено. В настоящее время ее состояние характеризуется высокими относительно многолетнего фона показателями продуктивности, физиологической и механической устойчивости. Тенденция этих показателей благоприятная, что позволяет прогнозировать прогрессирование древесной, а также адвентивной растительности, прежде всего по эродированным формам рельефа, и общее усиление бореальных элементов биоты.
Валанжинское месторождение
Старшее поколение лиственницы на территории Валанжинского месторождения сформировалось, судя по всему, после пожаров, имевших широкое распространение по всей Западной Сибири в 1860-1870-е гг. [Дунин-Горкавич, 1996]. За период с 1880 г. средний радиальный прирост лиственницы в разные годы варьировал от 0,1 до 1 мм (рис. 1). Корреляция Валанжин-ской хронологии прироста с погодно-климатическими показателями, прежде всего с летней температурой воздуха (по рис. 2), составила 0,54, т.е. была средней в ряду трех смежных обследованных территорий (0,64 для НовоУренгойского и 0,49 для Восточно-Уренгойского месторождений). Более жестко с погодно-климатическими условиями связаны минимумы прироста, приходившиеся на аномально холодные годы (1882, 1885, 1901, 1934, 1973-1975, 1997) как задолго до освоения месторождения, так и в период освоения.
Максимальные приросты наблюдались в 1909, 1915, 1923-1926, 19451946, несколько меньшие — в 1964-1965, 1984-1986, 1993-1994, 1998, 2003 гг. Существенное повышение общего уровня прироста лиственницы после 1904 г. связано не только с выходом из холодного климатического периода конца XIX столетия (рис. 2), но, очевидно, и с улучшением ее почвенного питания вследствие усиления диффузно-эрозионных процессов на фоне резких пого-дичных температурных контрастов начала XX в. и в периоды последующих циклических потеплений. Вероятно, это сопровождалось и пожарами, еще более усилившими протаивание и прогревание почвы и обогащавшими ее биогенными элементами. Признаком существенного пожара в начале 1950-х гг. является резкое усиление аномальности прироста (рис. 3) на фоне довольно высокого абсолютного уровня прироста (рис. 1). Вместе с тем после-пожарное увеличение прироста было тогда не очень большим и заметно запоздавшим (в сопоставлении с приростом на смежных участках), что может объясняться сильным огневым повреждением корней деревьев в довольно мощном покрове горящего мха. Очевидными свидетельствами пожаров на территории месторождения являются ожоговые раны на стволах многих лиственниц, наличие в них центральных гнилей, отсутствие кустарников возраста старше 50 лет (в южной части территории месторождения они представлены только молодыми поколениями). В силу названных особенностей роста лиственницы на территории месторождения скоррелированность хронологий ее прироста с хронологиями прироста лиственницы на смежных участках довольно низка и составляет 0,23-0,48, скоррелированность по более климатозависимому показателю — коэффициенту чувствительности прироста — существенно выше (0,58-0,88). То есть при близких погодно-климатических параметрах биотопов особенности локальной динамики их почвенно-растительного покрова, обусловленные пожарами и криоэрозией, заметно отлича-
ются и оказывают сильное влияние на продуктивность и устойчивость растительности.
Хотя в целом за 120-летний период отмечается тенденция к увеличению прироста лиственницы, определяемая очень низкими его показателями в XIX столетии, с 1910-х гг. наблюдается его постепенное уменьшение от цикла к циклу, объясняемое отчасти возрастными гормонально-физиологически-ми изменениями роста деревьев. Наименьшим проростом отличается аномально холодный 1997 г. Аналогично рассмотренным выше территориям, последовавший за ним температурный контраст 1998 г. вновь стал толчком для крио-эрозионных процессов, активность которых отмечалась в ходе работ 2004 г. и привела к увеличению прироста лиственницы до сравнительно высоких значений в теплом 2003 г., завершающем данную хронологию. Вместе с тем эрозионные процессы в последние годы привели к нарушению прочности сцепления корней лиственницы с почвой и уменьшению механической (структурной) устойчивости деревьев на территории Валанжинского месторождения, что видно на графиках аномальности прироста (рис. 3).
Несмотря на сложную полигармоническую картину колебаний прироста лиственницы (рис. 1), в нем четко прослеживается 24-летний цикл колебаний (малый брикнеровский цикл), а также 11-летний цикл солнечной активности, выявленные на двух рассмотренных ранее территориях. Достаточно выражен и характерный для XX столетия 34-летний брикнеровский цикл чередования прохладно-влажных и засушливо-теплых климатических периодов.
Периоды высокой аномальности прироста лиственницы отмечались в холодную эпоху конца XIX — начала XX в. (до 1916 г.) и были связаны с повреждением деревьев ввиду экстремальных погодно-климатичеких факторов, особенно сочетания низких температур и высокой влажности (рис. 3). Еще большая аномальность, обусловленная механической неустойчивостью деревьев под воздействием эрозионных и пирогенных процессов, наблюдалась в 1950-1960-е гг., постепенно уменьшалась до середины 1990-х гг., а затем вновь возрастала к 2003 г.
Во многом аналогичную картину дает и показатель физиологической устойчивости лиственницы (рис. 4). Судя по нему, вероятность усыхания деревьев в силу нарушения физиологического гомеостаза была наибольшей в холодный период конца XIX — начала XX в., затем, после 1916 г., внешние условия не представляли тотальной угрозы для физиологических процессов и до 1995 г. становились все более благоприятными, накладываясь на оптимальную фазу развития деревьев. Резкое падение устойчивости, связанное с контрастным чередованием аномально холодных и теплых лет, произошло во второй половине 1990-х гг., однако в начале текущего столетия показатель физиологической устойчивости приблизился к прежней норме. Начиная с 1960-х гг. показатели физиологической устойчивости лиственницы на территории Валанжинского месторождения и смежных участках обычно синхронны; асинхронность, приходящаяся на 1951 г., очевидно, связана с воздействием пожара (см. выше). Ранее, в 1920-1960-х гг., отмечалась значительная асинхронность Валанжинской древесно-кольцевой хронологии с двумя другими, особенно Восточно-Уренгойской, в которой преобладает молодое послепожар-ное поколение лиственницы (рис. 4).
Таким образом, условия существования древесной растительности на территории Валанжинского месторождения (а также Ново-Уренгойского и Восточно-Уренгойского) характеризуются свойственными Субарктике значительными колебаниями погодно-климатических и гидрологических параметров преимущественно естественно-циклической природы. С ними связаны
периодически активизирующиеся почвенно-эрозионные и пирогенные процессы, в совокупности определяющие продуктивность и устойчивость древесной растительности, ее демутационные преобразования. Названные факторы имели место как до начала освоения месторождений Уренгойской группы, так и в последующие десятилетия. Существенного антропогенного влияния на древесную растительность территории Валанжинского месторождения (помимо узколокальных нарушений) не выявлено. В настоящее время ее состояние характеризуется сравнительно высокой на столетнем фоне продуктивностью, физиологической устойчивостью, несколько пониженной механической устойчивостью вследствие благоприятных для роста деревьев погодно-климатических условий последних лет и активизации почвенно-эрозионных процессов. Тенденция показателей продуктивности и устойчивости древесной растительности за столетний период благоприятная. С учетом этой тенденции и дальнейшего влияния факторов освоения месторождения на биоту в ближайшее время, как и по двум ранее рассмотренным месторождениям, можно прогнозировать некоторое прогрессирование древесной, а также адвентивной растительности по эродированным формам рельефа с общим усилением бореальных элементов биоты.
Проведенный дендрохронологический анализ состояния окружающей среды на трех месторождениях Уренгойской группы, наряду с частными локальными особенностями, показывает принципиальную общность закономерностей, определяемых общей для них погодно-климатической цикличностью и формирующих фоновые условия существования их природных комплексов.
ЛИТЕРАТУРА
Арефьев С.П. Оценка устойчивости кедровых лесов Западно-Сибирской равнины // Экология. 1997. № 3. С. 149-157.
Арефьев С.П. Хронологическая оценка состояния кустарниковых тундр Ямала // Сиб. экол. журн. 1998. № 3-4. С. 237-243.
Арефьев С.П. Оценка состояния природной среды Ямала по кустарниковым хронологиям // Природная среда Ямала. Тюмень: Изд-во ИПОС СО РАН, 2000. Т. 3. Гл. 1. С. 5-20.
Арефьев С.П. Оценка устойчивости леса в дендрохронологических рядах // Проблемы взаимодействия человека и природной среды. Тюмень: Изд-во ИПОС СО РАН, 2001. С. 83-87.
Ваганов Е.А, Шиятов С.Г., Мазепа В.С. Дендроклиматические исследования в Урало-Сибирской Субарктике. Новосибирск: Наука, 1996. 246 с.
Величко А.А. Зональные и макрорегиональные изменения ландшафтно-климатических условий, вызванных «парниковым эффектом» // Изв. РАН. Сер. геогр. 1992. № 2. С. 89-102.
Дроздов О.А., Гоигорьва А.С. Многолетние циклические колебания атмосферных осадков на территории СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 326 с.
Комин Г.Е. Применение дендрохронологических методов в экологическом мониторинге лесов // Лесоведение. 1990. № 2. С. 3-11.
Методы дендрохронологии. Ч. 1: Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцевой информации / С.Г. Шиятов, Е.А. Ваганов, А.В. Кирдянов и др. Красноярск: Изд-во КрасГУ, 2000. 80 с.
Хантемиров Р.М. Динамика древесной растительности и изменения климата на севере Западной Сибири в голоцене: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. М., 2009. 42 с.
Шиятов С.Г. Дендрохронология, ее принципы и методы // Зап. Свердл. отд-ния ВБО. Свердловск, 1973. Вып. 6. С. 53-81.
Шиятов С.Г. Динамика древесной и кустарниковой растительности в горах Полярного Урала под влиянием современных изменений климата. Екатеринбург: УрО РАН, 2009. 216 с.
Douglass A. E. Climatic cycles and tree growth: A study of cycles. Wash.: Carnegie Inst., 1936. Vol. 3. P. 1095-1107.
Methods of Dendrochronology. Applications in the Environmental Sciences / Eds. E. R. Cook, L. A. Kairiukstis. Dordrecht; Boston; L.: Kluwer Acad. Publ., 1990. 394 p.
ИПОС СО РАН, г. Тюмень
S.P. Arefyev
DENDROCHRONOLOGICAL EVALUATION OF NATURAL BACKGROUND STATE ON THE TERRITORY OF FIELDS OF URENGOJ GROUP
The author considers larch wood-ring chronologies from the territories of Novy Urengoj, East Urengoj and Valanzhinsky fields in Yamal-Nenets national region. Subject to reconstruction being natural background state following indexes of productivity and stability of the trees since 1880. The paper identifies basic climatic cycles, considering influence of weather and climatic factors, cryoerosion processes and fires upon the dynamics of radial increment, indicating no considerable influence by factors of field development (except specifically local ones) upon the larch increment. There is a tendency favourable for larch growing on the investigated territory by the northern border of a forest zone.
Tree annual circles, wood-ring chronologies, dendrochronological monitoring, evaluation of natural state, larch, forest tundra, territories of gas-condensate fields, West Siberia, Yamal-Nenets National Region.
