Биогеографические подходы в экологическом картографировании Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Т. В. КОТОВА, Г. Н. ОГУРЕЕ ВА

БИОГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ КАРТОГРАФИРОВАНИИ

Экологическое картографирование в последнее время оформилось в особое тематическое направление. При всей неоднозначности понятия «экологическое картографирование», размытости границ, разнообразия объектов и подходов к их отражению признается его структурированность — наличие тематических блоков, их междисциплинарные сопряжения на основе био-, reo- или антропоцентрических принципов. Ключевое место в экологических исследованиях независимо от назначения и территориального уровня занимает биогеографический блок, информационно обеспечивающий характеристики и оценку состояния биосферы или ее компонентов. В качестве таковых могут выступать организмы и среда в целом, растительность и сообщества животных, биогеоценозы, экосистемы разного ранга, включая биомы.

Традиционно картографирование биосферы развивается в виде двух автономных направлений: изучения растительности и животного мира и интегрирующего их — собственно биогеографического. На сегодняшний день эти два направления накопили определенный опыт отражения экологического содержания на картах. Основные достижения в этой области представлены картами биотического покрова — растительного и животного мира. Примеры картографирования экосистем пока малочисленны.

Наиболее продвинутым и в плане теоретико-методических разработок и в их практической реализации оказалось геоботаническое картографирование. Отмечая неравномерность изученности растительного покрова в пределах отдельных стран и континентов, можно констатировать общую инвентаризационную обеспеченность знаний о нем в общепланетарном масштабе, что само по себе создает информационный фундамент для постановки и решения разноплановых экологических задач на глобальном уровне при возможности их адаптации к условиям отдельно взятой страны. Отображение особенностей среды обитания через растительный покров — одно из базовых положений отечественной школы геоботанического картографирования, изначально развивавшейся в условиях уникального природного разнообразия (Лавренко, 1968; Сочава, 1979; Белов и др., 2002). Первые фитоэкологические карты, составленные по канонам классической биологии, появились в рамках геоботанических исследований. Последующая экологизация многих областей знания расширила содержательную и методологическую базу геоботанического картографирования, используя географические и общенаучные подходы (Карта..., 1995).

Основные результаты продвижения геоботанического картографирования по пути экологизации достаточно полно освещены в работе И. С. Ильиной и Т. К. Юрковской «Фитоэкологическое картографирование...» (1999). По заключению авторов, фитоэкологическое картографирование вступило в новый этап. В качестве актуальных проблем выдвинуты: повышение информативности фитоэкологических карт; развитие теоретических положений, связан-

ных с реализацией системного подхода и разработкой концепции экосистем-ного картографирования; применение компьютерных технологий и использование геоинформационных систем.

Обозначенные проблемы с полным основанием можно экстраполировать и на зоогеографическое картографирование, которое пока существенно отстает от картографирования растительности. Существующие классификации животного населения основаны на разных принципах и подходах к образованию номенклатуры сообществ животных разного уровня. Для характеристик его структуры используются разнообразные классификации видов животных, преимущественно географо-генетические и биотопические (Емельянова, Огуреева, 2006). При наличии интересных методических подходов (Равкин и др., 1997; Даниленко, Румянцев, 1999; Белов и др., 2002) его методологическая база недостаточно разработана и практический опыт ограничивается относительно небольшим количеством карт, в значительной степени в силу объективных причин (сложности объекта, трудоемкость и не приоритетность изучения и т. д.). Тем не менее и здесь отмечается тенденция насыщения зоогеографических карт экологическим содержанием посредством отображение связей сообществ животных с биотопами через структуру сообществ и экологические особенности слагающих их видов. Современное состояние зоогеографического картографирования, если не сдерживает создание интегральных карт биотического покрова, то сужает их комплексность — немногие из подготовленных к настоящему времени экологических карт содержат информацию о животном населении.

Среди современных актуальных проблем развития научных исследований в области картографирования биоты особый акцент делается на усилении комплексности как базы повышения их информативности, адекватности, достоверности и, что особенно важно, практической значимости. Очевидна потребность в интенсификации поисков по разработке нового поколения биогеографических карт, отражающих одновременно растительный покров и животное население в их взаимосвязи с условиями среды. Научно-методический опыт картографирования биоты (Белов и др., 2002), организованные базы данных и современные компьютерные технологии создают реальные предпосылки для решения этой задачи.

К этой группе карт можно отнести пока единичные попытки создания карт экосистем (Ecosystems of Mongolia, 1995; Киселев, 2000), основой

картографирования которых служат биоценозы, как совокупность растений и животных, способных к успешной конкуренции друг с другом и толерантных к условиям биотопа, существующие в определенных биоклиматических и ландшафтных условиях. Однако данных о животном населении, как правило, недостаточно или их трудно интерпретировать в заданном масштабе. Поэтому в обработку включаются данные о растительном покрове и ландшафтной структуре региона, что вполне правомерно, поскольку растительность, как базовый компонент экосистем, как их каркас, является интегральным выражением экологического потенциала территории.

Широкое понимание экологии открыло возможности для возникновения новых направлений поиска и расширения тематических спектров карт, связанных с изучением воздействия человека на биотический покров и особенно на биосферу в целом. Поскольку экологические проблемы стали рассматриваться как взаимодействия в системе «природа—общество—человек» и разрешение их возможно только на междисциплинарном уровне, биогеографическое картографирование обогащается новыми научными подходами

и новыми сюжетами карт. В связи с развитием картографирования биоразнообразия определенное ускорение получили исследования по составлению обзорных карт оценки биоразнообразия на разных уровнях (генетическое, видовое, ценотическое, биомное разнообразие) организации живых систем (Огуреева, Котова, 2002).

В биоэкологическом картографировании прослеживается стремление к более глубокому познанию природы и закономерностей развития биотического покрова посредством интегрального рассмотрения взаимосвязанных компонентов — растительности и животного населения. Среди моделей пространственной дифференциации среды обитания живых организмов обращает на себя внимание концепция экорегионов, введение понятия экорегиона в обиход эколого-географических и природоохранных исследований при решении различных экологических задач. Экорегионы рассматриваются как достаточно крупные территориальные единицы, содержащие отдельные комплексы видов и сообществ, границы которых проводятся по распространению естественной растительности и соответствующему ей животному населению (Olson et al., 2001; Огуреева и др., 2003, 2004).

В рамках международных программ разработка системы экологических подразделений суши прошла несколько этапов, и в настоящее время создана модель экорегионов мира. В основу экологического зонирования мира положен биоклиматический подход, который учитывает изменение температурных показателей и влажности воздуха, хорошо коррелирующих с потенциальной растительностью на региональном и планетарном уровнях. При экологическом зонировании мира использована система биоклиматических подразделений суши с выделением климатических областей (1-й уровень), типов (2-й уровень) и групп, которым соответствуют зональные растительность и почвы (Global ecological..., 2000).

Система экорегионов мира (Olson et al., 2001) хорошо согласуется с концепцией биомного разнообразия территории. Экорегионы как экологические подразделения включаются в систему биогеографической дифференциации суши: биогеографические области — зонобиомы — экорегионы - региональные биомы, составляя звено третьего уровня. Обращение к экорегионам в последнее время отмечается и у нас в стране, что связано с решением региональных проблем охраны окружающей среды и работами по сохранению биоразнообразия, часто в рамках различных международных программ.

Представление о биомах, как основных подразделениях биосферы, начало разрабатываться в отечественной и зарубежной литературе более 40 лет назад. Биом рассматривается как сочетание конкретных экосистем разного уровня, растительность и животное население которых наиболее эффективно используют абиотические компоненты среды вследствие определенной, исторически обусловленной адаптации к этим условиям. Г. Вальтер и С. Брекл (Walter, Breckle, 1991) предложили схему уровней биомной организации биосферы, в которой высшие экологические единицы планетарного уровня — зоно- и оробиомы — в свою очередь могут включать более мелкие подсистемы — биомы регионального и элементарные экосистемы (биогеоценозы) топологического уровней (табл. 1). Рассмотренная система биомной организации территории хорошо согласуется с системой экорегионов мира (Olson et al., 2001). Экорегионы представляют среднее звено биогеографических подразделений и выделяются как части зонобиомов, в пределах которых региональные биомы объединяются по сходству биоклиматических показателей среды обитания живого покрова и специфике биоразнообразия основных ком-

понентов. Как региональные выделы они получают соответствующие географические названия (Огуреева и др., 2004).

Эта классификационная схема взята за основу при составлении легенды новой карты «Биомы России м. 1 : 8 ООО ООО». В целом пространственная дифференциация растительности и животного населения подчиняется общим зональным и высотно-поясным закономерностям, обусловленным преимущественно климатическими (температурно-влажностными режимами) и орографическими факторами. Легенда карты организуется в соответствии с рубрикацией трех уровней: зоно- и оробиомы — экорегионы (географические группы региональных биомов) — региональные биомы (биорегионы).

Для территории России выделение зонобиомов и высотно-поясных подразделений уточнено согласно одномасштабной карте «Зоны и типы поясности растительности России и сопредельных территорий м. 1 : 8 ООО ООО» (1999). Зоогеографическая составляющая биомного покрова биосферы изучена намного слабее, чем ботаническая, однако для территории России имеются картографические материалы, позволяющие дать характеристику этих вы-делов (Даниленко, Румянцев, 1999).

Таблица 1

Схема уровней биомной организации биосферы (по: Walter, Breckle, 1991, с дополнениями авторов)

БИОСФЕРА

Геобиосфера

Горные территории Равнинные территории Азональные территории

Оробиом I порядка (класс типов поясности) Зонобиом Субзонобиом Педобиом

Оробиом II порядка (группа типов поясности) Экорегион, группа региональных биомов Лито- и псаммобиом

Региональный биом (тип поясности) Биом, региональный биом (географическая единица) Биом (компонент ландшафта)

Горный пояс Комплекс биогеоценозов Локальный азональный комплекс

Биоценоз Биоценоз Биоценоз

Зонобиомы — крупные подразделения широтной дифференциации живого покрова — выделяются на равнинах по господству одного или нескольких зональных типов растительности, соответствующих зональным климатическим условиям и особенностям ландшафтной структуры территории, которые являются необходимой средой обитания для их животного населения. В каждой зоне встречаются растительные сообщества, обычно сопутствующие зо-4 нальным типам, которые в отдельных районах зоны могут преобладать по занимаемой площади, как, например, растительность болот в таежной зоне Западной Сибири. Субзонобиомы (подзоны) отражают широтные изменения растительного покрова и соответствующего животного населения в пределах зонобиома. В характеристику их растительного покрова включены сведения об основных географо-генетических комплексах растительных формаций с указанием эдификаторных видов.

Зоогеографическая характеристика зонобиомов содержит самые общие сведения об уровнях биоразнообразия (по шкале: очень высокое, высокое,

среднее, относительно низкое, низкое, крайне низкое), указываются классы наземных позвоночных животных, представители которых участвуют в населении. Традиционно основная характеристика животного населения складывается из долевого участия видов в его общем обилии. Вклад классов в видовое разнообразие населения наземных позвоночных животных (млекопитающие, птицы, рептилии, амфибии) однотипен для биомов всех уровней: первое место принадлежит птицам, второе — млекопитающим, третье и четвертое места делят рептилии и амфибии, за исключением арктических территорий, где они отсутствуют. В их характеристику включены сведения о таксономической структуре животных с указанием доли классов наземных позвоночных в видовом составе населения, перечисляются ведущие и сопутствующие им отряды животных, уточняется их состав на уровне семейств (Даниленко и др., 2001).

Экорегионы, представляя среднее звено биогеографических подразделений, отражают провинциальные особенности биоклиматического потенциала и ландшафтной структуры территории. Для них приводятся климатические характеристики, которые включают: средние годовые температуры воздуха, суммы температур воздуха за вегетационный период (^ > 10°), среднее годовое количество осадков. Биотическая характеристика экорегио-нов складывается из особенностей флоры и фауны, формационного состава растительных сообществ, эколого-фитоценотических спектров. Экологическая структура животного населения дается по соотношению трофико-раз-мерных групп животных, которые конкретизируются перечислением родов, наличием эндемичных, реликтовых сообществ и видов растений и животных, связанных с особенностями исторического формирования биотических комплексов.

Региональный биом — ключевое понятие в концепции карты биомов России. Он занимает центральное место в исследовании и картографическом отображении региональной специфики биоты, которая определяется доминированием жизненных форм, в наибольшей степени адаптированных к неповторимой в пространстве комбинации зональных и высотно-поясных климатических и ландшафтных условий, как исторически сложившихся, так и преобразованных деятельностью человека. Ботаническая характеристика биома отражает пространственную структуру растительного покрова. Приводится состав преобладающих, сопутствующих и специфичных экосистем (по занимаемой площади); для преобладающих формаций указывается цено-тический состав с перечислением фоновых и дифференциальных видов.

В зоогеографическом отношении региональные биомы представляют собой оригинальные комбинации типов (биотопических) территориальных группировок животного населения. Они характеризуются сходством их взаимного расположения в пространстве (соотношением занимаемых ими площадей) и близостью эколого-таксономического состава видов. В характеристике региональных биомов приводятся фоновые типы территориальных группировок населения животных (например, тундровый, кустарниковый, ерниковый, редколесный, приморский, озерно-приречный, озерный и др.) и их видовой состав. Перечисляются все многочисленные и обычные виды, а в ряде случаев — редкие и очень редкие.

В качестве примера приведем характеристики разных уровней биомного деления Западной Сибири, на территории которой представлены 5 зонобио-мов: Тундровый, Гипоарктический (южных тундр, редколесий и северотаежных лесов), Таежный (бореальных средне- и южнотаежных лесов), Подтаеж-

ный (подтаежных лесов и лесостепи), Степной (степей и кустарников) (рисунок). Фрагмент легенды карты на территорию лесостепи Западной Сибири приводится в табл. 2 на стр. 30.

Параллельно с подготовкой карты решаются проблемы организации и создания баз данных и проработка соответствующих им информационных систем связей с позиций биогеографического подхода.

Работа выполнена при поддержке программы «Университеты России — фундаментальные исследования». Проект 8. 7. 2.

ЛИТЕРАТУРА

Белов А. В., Лямкин В. Ф., Соколова JI. П. Картографическое изучение биоты. Иркутск, 2002. 160 с. — Даниленко А. К., Огуреева Г. Н., Котова Т. В. Картографирование биомов России // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2001. № 6. С. 4—7. — Даниленко А. К., Румянцев В. Ю. Биологическое разнообразие населения наземных позвоночных и его отражение на карте // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 1999. № 5. С. 20—24. — Емельянова JI. Г., Огуреева Г. Н. Биогеографическое картографирование: Учебное пособие. М., 2006. 132 с. - Зоны и типы поясности растительности России и сопредельных территорий: Карта для высших учебных заведений. М. 1 : 8 000 000 / Под ред. Г. Н. Огуреевой. М., 1999. 2 л. - Ильина И. С, Юрковс-кая Т. К. Фитоэкологическое картографирование и его актуальные проблемы // Бо-тан. журн. 1999. Т. 84, № 12. С. 1—7. — Карта растительности Казахстана и Средней Азии (в пределах пустынной области). М. 1 : 2 500 000 / Гл. ред. Е. И. Рачковская. М., 1995. — Киселев А. Н. Оценка и картографирование биологического разнообразия (на примере Приморья) // Геоботаническое картографирование 1998—2000. СПб., 2000. С. 3-15. - Лавренко Е. М. Об очередных задачах изучения географии растительного покрова в связи с ботанико-географическим районированием СССР // Основные проблемы современной ботаники. Л., 1968. С. 45—69. — Огуреева Г. Н., Даниленко А. К., Котова Т. В., Румянцев В. Ю., Жеребятьева Н. В. Концепция региональных биомов в биоэкологическом картографировании // География и окружающая среда: Геоинформатика и картографирование. СПб., 2003. С. 626645. - Огуреева Г. Н., Даниленко А. К., Леонова Н. Б., Румянцев В. Ю. Биом-ное разнообразие и экорегионы России // География, общество, окружающая среда. Т. III: Природные ресурсы, их использование и охрана. М., 2004. С. 392—398. — Огуреева Г. Н., Котова Т. В. Картографирование биоразнообразия // География и мониторинг биоразнообразия. М., 2002. Раздел IV. С. 371-419. - Равкин Ю. С., Богомолова И. Н., ЕрдановЛ. Н. и др. Пространственно-типологическая структура и организация населения мелких млекопитающих Западно-Сибирской равнины // Успехи соврем, биол. 1997. Т. 117, вып. 6. С. 738-754. — Сочава В. Б. Растительный покров на тематических картах. Новосибирск, 1979. 190 с. - Юрковекая Т. К., Ильина И. С., Сафронова И Н. Макроструктура растительного покрова России: анализ карты // Геоботаническое картографирование 2001-2002. СПб., 2002. С. 3— 15. - Ecosystems of Mongolia. Scale 1: 1 000 000/ Ed. By P. D. Gunin, E. A. Vostoko-va. Moskow, 1995. 15 p. - Global ecological zoning for the global forest resources assessment 2000 // Forest resources assessment programme Forestry Department Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2000. — Olson D. M., Dinerstein E., Wikramanayake E. D., et all. Terrestrial ecoregions of the World: A new map of life on Earthy/ Bioscience. 2001. Vol. 51. № ц. p, 933-938. - Walter H., Bre-ckle S.-W. "Ökologishe Grundlagen in global Sicht. Stuttgart, 1991.

SUMMARY

T. V. KOTOVA, G. N. OGU REEVA BIOGEOGRAPHIC APPROACHES TO ECOLOGICAL MAPPING

The means for improving of the information capacity of ecological maps have been discussed with special accent on zoocomponent usually underestimated. The concept of ecoregion has been applicated in the course of work on the new map "Bioms of Russia" (S 1 : 8 000 000). Three levels of mapping units has been proposed: 1) zono- and orobioms, 2) ecoregions, 3) regional bioms. The first one is based upon the dominance of one or several zonal vegetation types, zoo-component being characterized by the share of different vertebrate classes in species diversity of animal population. The concept of ecoregion reflects provincial features of subdivisions such as formation diversity, ecological-coenotic spectra of plants, trophic-demension groups, genera diversity of animal population, presence of endemic species and relic communities. Regional biom (main mapping unit) is characterized by the dominating growth forms, coenotical composition of plant formations and by the original combinations of types of territorial animal groupings with the enumeration of prevailing types and their species composition.

Таблица 2

Фрагмент легенды карты Западной Сибири

БИОМЫ РАВНИН

Экорегионы (группы региональных биомов) Региональные биомы

Высокоарктические тундровые

1. Высокоарктическотундровый

Арктические тундровые

2. Новоземельско-ямало-гыданский 2.1. Североямало-гыданский

3. Таймыро-ленский

Гипоарктические тундровые (типичные и южные тундры)

5. Болынеземельско-канинско-тазовский 5.1. Средне-ямало-гыданский

5.2. Южноямальский

5.3. Тазовско-гыданский

Гипоарктические таежные (лесотундра и северная тайга)

11. Обско-тазовский 11.1. Зауральско-нижнеобский

11.2. Нижнеобско-надымский

11.3. Нижаетазовский

11.4. Верхненадымский

11.5. Приенисейский

Бореальные (средняя и южная тайга)

17. Обско-иртышский 17.1. Подуральский

17.2. Юганский .

17.3. Обско-енисейский

17.4. Тура-тавдинский

17.5. Иртышско-васюганский

17.6. Чулымский

Подтаежные (широколиственно-хвойные, мелколиственно-хвойные лесные)

24. Тура-чулымский 24.1. Пышманский

24.2. Васюганский

24.3. Томский

Широколиственнолесные и лесостепные

29. Тоболо-приобский лесостепной 29.1. Курганский

29.2. Ишимский

29.3. Барабинский

29.4. Приобский

Степные

32. Заволжско-казахстанский 32.1. Притобольский

32.2. Алейский

ОРОБИОМЫ

Высокоарктические тундровые

35. Высокоарктических гор

Гипоарктические тундровые (типичные и южные тундры)

37. Урало-северосибирский 37.1. Урало-северосибирские

Гипоарктические таежные (лесотундра и северная тайга)

40. Североуральский 40.1. Восточно-североуральский (Нивально-гольцово-типичнотундрово- южнотундрово-стланиково-редколесный)

Бореальные (таежные)

44. Среднеуральский 44.1. Восточно-среднеуральский (Гольцово-тундрово-ерниково- редколесно-таежный)

46. Алтае-саянский

Подтаежные (широколиственно-хвойные, мелколиственно-хвойные лесные)

56. Южноуральский 56.1. Южно-восточноуральский (Горнотундрово-таежно-лесостепной)

ЛИТЕРАТУРА

Белов A.B., Лямкин В. Ф., Соколова Л. П. Картографическое изучение биоты. Иркутск,

2002. 160 с.

Даниленко А. К., Огуреева Г. Н., Котова Т. В. Картографирование биомов России //

Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2001. № 6. С. 4—7. Даниленко А. К., Румянцев В. Ю. Биологическое разнообразие населения наземных позвоночных и его отражение на карте // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 1999. № 5. С. 20—24.

Емельянова Л. Г., Огуреева Г. Н. Биогеографическое картографирование: Учебное

пособие. М., 2006. 132 с. Зоны и типы поясности растительности России и сопредельных территорий: Карта для высших учебных заведений. 1 : 8 000 000) / Под ред. Г. Н. Огуреевой. М., 1999. 2 л.

Ильина И. С., Юрковская Т. К. Фитоэкологическое картографирование и его

актуальные проблемы // Ботан. журн. 1999. Т. 84, № 12. С. 1—7. Карта растительности Казахстана и Средней Азии (в пределах пустынной области).

M. 1 : 2 500 000 / Гл. ред. Е. И. Рачковская. М., 1995. Киселев А. Н. Оценка и картографирование биологического разнообразия (на примере Приморья) // Геоботаническое картографирование 1998—2000. СПб., 2000. С. 3—15.

Лавренко Е. М. Об очередных задачах изучения географии растительного покрова в связи с ботанико-географическим районированием СССР // Основные проблемы современной ботаники. Л., 1968. С. 45—69. Огуреева Г. Н., Даниленко А. К., Котова Т. В., Румянцев В. Ю., Жеребятьева Н. В. Концепция региональных биомов в биоэкологическом картографировании // География и окружающая среда: Геоинформатика и картографирование. СПб.,

2003. С. 626—645.

Огуреева Г. Н., Даниленко А. К., Леонова Н. Б., Румянцев В. Ю. Биомное разнообразие и экорегионы России // География, общество, окружающая среда. Т. III: Природные ресурсы, их использование и охрана. М., 2004. С. 392—398. Огуреева Г. Н., Котова Т. В. Картографирование биоразнообразия // География и

мониторинг биоразнообразия. М., 2002. Раздел IV. С. 371—419. Равкин Ю. С., Богомолова И. Н., Ерданов Л. Н. и др. Пространственно-типологическая структура и организация населения мелких млекопитающих Западно-Сибирской равнины // Успехи соврем, биол. 1997. Т. 117, вып. 6. С. 738—754. Сочава В. Б. Растительный покров на тематических картах. Новосибирск, 1979. 190 с. Юрковская Т. К., Ильина И. С., Сафронова И. Н. Макроструктура растительного покрова России: анализ карты // Геоботаническое картографирование 2001—2002. СПб., 2002. С. 3—15. Ecosystems of Mongolia. Scale 1 : 1 000 000) /Ed. By P. D. Gunin, E. A. Vostokova. Moskow, 1995. 15 p. Global ecological zoning for the global forest resources assessment 2000 // Forest resources assessment programme Forestry Department Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2000. Olson D. M., Dinerstein E., Wikramanayake E. D., et all. Terrestrial ecoregions of the World:

A new map of life on Earthy/ Bioscience. 2001. Vol. 51. № 11. P. 933—938. Walter H., Breckle S.-W. Okologishe Grundlagen in global Sicht. Stuttgart, 1991.