CC BY
84
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2016, том 22, № 3 (68), с. 9-19
-К 45-ЛЕТИЮ СОВМЕСТНОЙ РОССИЙСКО-МОНГОЛЬСКОЙ -
КОМПЛЕКСНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭКСПЕДИЦИИ
УДК 551.5
ДИАГНОСТИКА ДИНАМИКИ ОПУСТЫНИВАНИЯ АРИДНЫХ ПАСТБИЩ МОНГОЛИИ ПО НАБЛЮДЕНИЯМ НА КЛЮЧЕВЫХ УЧАСТКАХ
И MODIS ДАННЫМ
© 2016 г. А.Н. Золотокрылин*, П.Д. Гунин**, Т.Б. Титкова*, С.Н. Бажа**, Е.В. Данжалова**, Т.И. Казанцева***
*Институт географии РАН Россия, 119017, г. Москва, Старомонетный пер., д. 29. E-mail: [email protected] **Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН Россия, 119071, г. Москва, Ленинский пр., д. 33. E-mail: [email protected] *** Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН Россия, 197376, г. Cанкт-Петербург, ул. проф. Попова, д. 2. E-mail: [email protected]
Поступила 20.09.2015
В соответствии с разработанной концепцией «островного опустынивания» анализируется изменение состояния аридных экосистем Монголии, выявленное по многолетним полевым исследованиям. Установлены тенденции развития аридности климата, повторяемости засух, а также антропогенной нагрузки на пастбища. Предложены индикаторы увлажнения территории, «островов» антропогенного опустынивания, степени перевыпаса аридных пастбищ, разработанные на основе спутниковых данных MODIS. Показано, что последствия резкого сокращения поголовья скота вследствие опасных природных явлений (дзут, засухи) значимо проявляются в снижении альбедо поверхности и росте вегетационного индекса. Рассмотрена динамика «островов» антропогенного опустынивания. Приведены оценки степени деградации сухостепных, пустынно-степных и пустынных экосистем.
Ключевые слова: Монголия, аридные экосистемы, климат, индекс аридности, засухи, дзут, «острова» антропогенного опустынивания, годовое поголовье скота.
Пастбищное хозяйство - традиционное направление в экономике Монголии. В последние десятилетия оно интенсивно развивается: значительно возросло число собственников скота и их хозяйств, а также в несколько раз увеличилось поголовье животных. Многие из новых собственников были недостаточно опытными и мобильными. Они часто селились вблизи источников воды или поселений, усиливая тем самым деградацию окружающих пастбищ (Mandakh et al., 2007; Chuluun, 2008; Ojima, Chuluun, 2008; Гунин и др., 2009; Казанцева, 2009; Desertification Atlas ..., 2014). Антропогенная нагрузка на землю была особенно чрезмерной в сухих степях, где вокруг некоторых поселений образовались устойчивые очаги перевыпаса, поддерживаемые мезомасштабной положительной обратной связью. В настоящее время сухостепные и пустынные пастбища заняты сообществами, сформированными при длительном антропогенном воздействии, а местами и при значительном перевыпасе. В этой связи наблюдаются резкие отклонения сообществ не только от природной нормы, но и от нормы, существовавшей при многовековой традиционной системе хозяйствования.
Устойчивая антропогенная деградация аридных пастбищ часто становится причиной формирования «островов» опустынивания даже при отсутствии нарастающего тренда региональной аридизации (Золотокрылин, 2003). В этом случае «острова» опустынивания не теряют способность к саморазвитию при нарастании антропогенной нагрузки на пастбища и формирования мезомасштабной (в пределах 50-100 км) аридизации вследствие инвазийных сукцессий пустынных видов в растительные сообщества сухих степей (Бажа и др., 2015).
Основная цель работы состоит в объективной идентификации «островов» опустынивания в аридных и семиаридных экосистемах Центральной Монголии; в изучении климатических и
антропогенных предпосылок их образования; в оценке последствий их влияния на экосистемы.
Поставленная цель достигалась на основе решения следующих задач: (1) определения по данным метеостанций вблизи ключевых участков линейного тренда в рядах годовых и летних осадков, среднегодовой температуры, индекса аридности, метеорологического и спутникового индексов увлажнения; (2) установления изменений антропогенной нагрузки на пастбища на основе использования биофизических параметров и статистических данных о плотности годового поголовья скота; (3) выявления осредненной по пятилетиям динамики «островов» опустынивания по спутниковым данным; (4) оценки природной и антропогенной трансформации растительности в сухостепных, пустынно-степных и пустынных экосистемах Монголии по данным многолетних полевых исследований на ключевых участках с учетом новых сведений об «островном» опустынивании.
Материалы и методика исследований
Территория исследования включает обширную часть Монголии южнее 48° с.ш. в пределах 98°-110° в.д. Полевые наблюдения были проведены на трех модельных полигонах (рис. 1). Полигон I расположен в подзоне сухих степей и включает территорию сомона Дэлгэрцогт Среднегобийского аймака. Климат полигона характеризуется метеостанцией Мандалгоби. Растительность Северной Гоби изучена на полигоне II, который включает пустынные степи и остепненные пустыни на территории сомона Булган Южногобийского аймака. На полигоне расположена метеостанция Булган. Полигон III характеризует сообщества Заалтайской Гоби. Он расположен на территории сомона Шинэ-Джинст Баян-Хонгорского аймака и простирается от остепненных пустынь на севере до крайне аридных пустынь на юге. Климат северной части полигона характеризуется метеостанцией Шинэ-Джинст, а южной части - Эйхин-Гол.
Рис. 1. Расположение ключевых участков (черные кружки) и метеостанций (оконтуренные черные
кружки). Условные обозначения:---государственная граница Монголии;--граница аймаков;
граница сомонов. Fig. 1. Location of key areas (black circles) and weather stations (contoured black circles). Legend:---the state border of Mongolia;— borders of aimags; borders of somons.
Для детальной оценки состояния экосистем степей и пустынь в 2013 г. на каждом из полигонов были проведены наземные полевые исследования наиболее распространенных типов растительных сообществ (табл. 1). Состояние экосистем оценивалось по фитоценотическим показателям сообществ, данным о видовом составе, роли видов в структуре сообществ, их жизненного состояния, габитуса, наличия видов-индикаторов пастбищной дигрессии. Полученные данные сравнивались с показателями состояния экосистем в 1970-1990-е гг. и в начале 2000-х гг. (Карта растительности МНР, 1979; Кормоботаническая карта МНР, 1981; Ecosystems of Mongolia, 1995).
Кроме того, при помощи полевого спектрорадиометра Field Spec UV/VNIR были проведены работы по измерению спектрального состава отраженной растительностью солнечной радиации в
диапазоне 325-1075 нм. Исследование включало измерение спектров отраженной радиации доминантных видов, поверхности без растительности и интегральных спектров растительных сообществ на участках 30*30 м.
Таблица 1. Характеристика ключевых участков степей и пустынь Монголии в период 1975-2013 гг. Table 1. Description of key areas of the steppes and deserts of Mongolia in the period 1975-2013.
Поли- Индекс Координаты Высота, Растительное сообщество
гон участка м 1975-1980-е гг. 2013 г.
Сухие степи
H г о Я" Mr-X-1 46° 08' 33.9" с.ш. 106° 30' 47.7" в.д. 1366 Змеевково-тырсовые, Луковое с Caragana leucophloea
а э u л со Mr-X-2 46° 08' 28.4" с.ш. 106° 32' 32.6" в.д. 1352 мелкодерноовиннозлаков о-тырсовые, тырсово- Адамсовополынно-луковое
« н о м о и нч Mr-X-3 46° 08' 28.2" с.ш. 106° 32' 52.8" в.д. 1334 мелкодерновиннозлаково-карагановые (Карта растительности МНР, 1979; Кормоботаническая карта МНР, 1981) Адамсовополынно-луковое с Caragana leucophloea
Mr-X-4 46° 08' 28.0" с.ш. 106° 32' 50.9" в.д. 1332 Луковое
Остепненные пустыни
К-5 44° 22' 54.4" с.ш. 103° 28' 44.1" в.д. 1057 Змеевково-ковыльково-баглуровое (Казанцева, 2009) Баглуровое со злаками
я й Пустынные степи
« у W я о s 44° 00' 41.8" с.ш. 103° 33' 35.1" в.д. Ковыльково-луково- Вьюнково-эуроциево-
Ц 1432 змеевковое (Казанцева, 2009) ковыльковое с полынью
о С нч* I К-16 43° 58' 10.8" с.ш. 103° 29' 20.4" в.д. 1530 Змеевково-дернистополынно-луковое(Казанцева, 2009) Луково -ковыльковое
К-17 43° 56' 00.0" с.ш. 103° 29' 25.8" в.д. 1650 Луково-ковыльково-змеевковое (Казанцева, 2009) Дернистополынно-луково-ковыльковое
Остепненные пустыни
6 44° 15' 29.8" с.ш. 99° 21' 34.6" в.д. 1253 Луково-ковыльково-баглуровое (Казанцева, Баглуровое
2009)
H о Я Настоящие пустыни
s * « 1 5 44° 02' 37.3" с.ш. 99° 20' 45.4" в.д. 1432 Реомюриево-симпегмовое (Казанцева, 2009) Парнолистниково-симпегмовое
а s а 4 43° 57' 23.0" с.ш. 99° 13' 41.8" в.д. 1264 Саксауловое (Казанцева, 2009) Саксауловое
к о 'S о и 3 43° 55' 06.5" с.ш. 99° 11' 44.2" в.д. 1254 Реомюриево-селитрянковое (Казанцева, 2009) Реомюриево-селитрянковое
нч нч Крайнеаридные пустыни
2 43° 22' 29.5" с.ш. 99° 07' 00.4" в.д. 763 Ильиниевое (Казанцева, 2009) Ильиниевое
1 43° 11' 08.1" с.ш. 98° 55' 56.0" в.д. 1108 Эфедрово-саксауловое (Казанцева, 2009) Эфедрово-саксауловое
Степень аридизации территории, ее изменение во времени охарактеризовано индексом аридности (AI), вычисляемого как отношение годового количества осадков (мм) к годовой эвапотранспирации (мм). К. Торнвейт (Thomthwaite, 1931) предложил рассчитывать испаряемость по формуле:
где E.
О Торнтвейт
где I - тепловой индекс, учитывающий поправку на широту.
Для расчета годовой испаряемости учитываются только месяцы с положительной средней месячной температурой воздуха.
Стандартизованный индекс осадков (Standardized Precipitation Index, SPI) применен для характеристики сухих и влажных условий на исследуемой территории (Свобода и др., 2012). Для этого многолетние ряды месячных сумм осадков нормализуются посредством использования функции распределения вероятностей таким образом, чтобы значения SPI фактически рассматривались в качестве стандартных отклонений от среднего значения. Положительные значения SPI указывают на сумму осадков выше среднего (влажные условия), а отрицательные значения - на сумму осадков ниже среднего (сухие условия). Значения 1<SPI>-1 считаются близкими к норме. SPI рассчитывается для разных временных масштабов: от 1 до 12 месяцев. В работе использовался архив трехмесячного SPI за июнь-август 1950-2012 гг. Значения трехмесячного SPI в ячейке 1°х1°, в которую попадали координаты метеостанции, выбирались из архива за каждый год. Данные SPI в узлах координатной сетки разрешения 1°х1° можно найти в глобальном архиве ежемесячных данных Национального центра атмосферных исследований США (http://rda.ucar.edu/datasets/ds298.0/).
Пространственно-временное изменение биофизических параметров наземных экосистем (альбедо, А1, температура поверхности, Ts, вегетационный индекс, NDVI) оценивалось по спутниковым данным MODIS (The Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer) за период июнь-август 2000-2014 гг. Данные MODIS представлены средними значениями параметров за 16 дней, начиная с периода 26 мая - 9 июня и заканчивая периодом 13 августа - 28 августа. Далее средние параметры за все 6 периодов были осреднены и условно принималось, что они характеризуют летний период июнь-август. Данные MODIS доступны по адресу:
(https://lpdaac.usgs.gov/lpdaac/products/modis_products) центра LPDAAC NASA: LAND PROCESSES DISTRIBUTED ACTIVE ARCHIVE CENTER. Горизонтальное разрешение 0.05°х0.05° (примерно 5х5 км) было принято для всех параметров.
Альбедо (BRDF-Albedo Model Parameters 16-Day L3 0.05 Deg CMG) определялось по модели MCD43 C1 версии 005 с дискретностью 16 дней. В данной версии объединены данные спутников MODIS/Terra + Aqua BRDF/Albedo. Значения вегетационного индекса NDVI (Vegetation Indices Monthly L3 Global 0.05 Deg CMG) были получены по данным MODIS/Terra модели MOD13C1 -версии 005 с дискретностью в 16 дней.
Температура поверхности (Land Surface Temperature and Emissivity Monthly L3 Global 0.05 Deg CMG) определялась по модели MOD11 C2 версии 005, по данным спутника MODIS/Terra с периодичностью 8 дней. По двум 8-дневным срокам вычислялось среднее за период 16 дней, идентичным периодам для альбедо и NDVI.
Условия увлажнения территории оценивали по спутниковому индексу климатических экстремумов увлажнения засушливых земель (SCEI; Золотокрылин, Титкова, 2012). Он вычисляется по данным MODIS:
где AAi - аномалия альбедо за i год; оА - среднеквадратическое значение альбедо за базовый период (в данном случае за 2000-2014 гг.); ATsi - аномалия температуры поверхности за i год; оTs -среднеквадратическое значение температуры поверхности за базовый период; ANDVIi - аномалия NDVI за i год; оNDVI - среднеквадратическое значение NDVI за базовый период.
Значения, полученные по формуле, нормировались на их среднеквадратическое отклонение, чтобы исключить незначимые («шумовые») значения индекса. В этом случае анализировались только значения индекса менее -1 (увлажнение ниже нормы или иссушение) и более 1 (увлажнение выше нормы). Значения индекса по абсолютной величине характеризуют его интенсивность: от 1 до 2 интенсивность индекса считается слабой, от 2 до 3 - умеренной, а более 3 - сильной.
Специально исследовалось изменение биофизических параметров (альбедо и температура поверхности, NDVI) и SCEI, осредненных для территории 50х50 км в окрестностях метеостанций.
Метод оценки «островов» опустынивания по наблюдениям за альбедо и температурой поверхности с использованием MODIS данных был изложен в работах (Золотокрылин,
SCEIi=ANDVIi/oNDVI- (AAi/oA + ATsi/oTs)
(2)
Титкова, 2011). «Остров» опустынивания идентифицировался по статистически значимому отрицательному коэффициенту корреляции между альбедо и температурой поверхности на исследуемой территории. Пространственная корреляция между альбедо и температурой поверхности рассчитывалась в ячейках 0.5°х0.5° (примерно 50х50 км). Таким образом, каждый коэффициент корреляции опирается на статистику 100 значений альбедо и температуры поверхности. Средние карты пространственной корреляции строились за весь период 2000-2014 гг. и за пятилетия 2000-2004, 2005-2009 и 2010-2014 гг. Также, по специально обработанным данным радиометра AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) спутника NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration; Gutman et al., 1995) была оценена пространственная корреляция между альбедо и температурой поверхности за период 1985-1991 гг. (летние среднемесячные альбедо и температура поверхности, разрешение 0.144°х0.144° или примерно 16х16 км). В данном случае коэффициенты корреляции вычислялись по 16 значениям, что уменьшило их достоверность.
Коэффициенты линейного тренда альбедо, температуры поверхности и NDVI используются как показатели скорости природно-антропогенного изменения состояния экосистем пастбищ с различной степенью антропогенной нарушенности. Теоретически перевыпас может проявляться в росте альбедо, повышении температуры поверхности и падении NDVI. Коэффициенты линейного тренда альбедо, температуры поверхности, вегетационного индекса и индекса климатических экстремумов были рассчитаны за период 2000-2014 гг. в целом за летний период.
Результаты и их обсуждение
В анализируемых рядах годовых и летних сумм осадков не обнаружены статистически значимые линейные тренды, в то время как в рядах среднегодовой (среднелетней) температуры тренды положительны и значимы. Но в последние 8 лет среднегодовая температура стала понижаться практически на всех полигонах исследуемой территории. Скорее всего, это похолодание временное, а не долговременная тенденция.
Многолетние изменения AI в сухой степи, пустынной степи и остепненной пустыне представлены на рисунке 2. Линейный тренд AI отрицателен в сухой степи, остепненной пустыне (усиление аридизации) и положителен в пустынной степи (ослабление аридизации). Оценки доли
s •• • I i i t * i\
: - 1 % j •! 1 V\/ 5 • i j|A \ * 1 1 /* I .-. I /
I'i V \ / \ 1 ""i \ / \ А У № V/ \ lit A \ tin V 1 1 ' \ \ J Iii» Vх III\ • 1 i \ • ii \ ! • » i ■ л
■; » . \ \ 1 * * \ ** $ V v V \ : \ ' 4 v
1944 1954 1964 1974 1984 1994 2004 2014
Рис. 2. Межгодовой ход индекса аридности (AI). Условные обозначения: 1 - Мандалгоби; 2 - Булган; 3 - Шинэ-Джинст. Линии - линейные тренды. Fig. 2. Interannual variations aridity index (AI). Legend: 1 - Mandalgobi; 2 - Bulgan; 3 - Shine-Dzhinst. Lines - linear trends.
дисперсии тренда в общую дисперсию составляют 2, 0.1 и 0.4% соответственно для сухой, пустынной степей и остепненной пустыни. Усиление аридизации отмечалось только в сухой степи (отрицательный тренд AI статистически достоверен при уровне значимости 0.01). На остальных
полигонах тренды А1 статистически недостоверны и имеют разные знаки. Важно отметить, что усиление аридизации сухой степи наблюдалось в условиях незначимого линейного тренда годовых и летних сумм осадков.
Межгодовой ход метеорологического показателя увлажнения SPI вблизи метеостанций за интервал 1950-2012 гг. свидетельствует об иссушении климата на всех полигонах (рис. 3; линейные тренды SPI отрицательные статистически достоверны при уровне значимости 0.01). Интенсивные засухи отмечались на всех полигонах в периоды 1982-1990 и 2004-2009 гг. Повышенная повторяемость засух после 1981 г. сформировала отрицательный тренд 8Р1.
Рис. 3. Межгодовой ход показателя увлажнения SPI. Условные обозначения: а) 1 - Шинэ-Джинст, 2 -Эхийн-Гол, б) 3 - Булган, 4 - Мандалгоби. Fig. 3. Interannual variations of moisture index SPI. Legend: a) 1 - Shine-Dzhinst, 2 - Ehiyn-Gol, b) 3 - Bulgan, 4 - Mandalgobi.
Дополнительно был рассмотрен спутниковый индекс увлажнения SCEI за период 2000-2015 гг. (рис. 4). Его ход демонстрирует доминирование засух в период 2000-2009 гг. (исключение представляет только влажный на всей территории 2003 г.). Линейный тренд показывает переход к положительному увлажнению в 2012 г. для всех метеостанций за исключением Эхийн-Гола (повышенное увлажнение было характерно для Эхийн-Гола в 2003, 2008 и 2012 гг.).
Таким образом, аридизация климата сухой степи усиливалась за весь многолетний период наблюдений, в то время как аридизация опустыненной степи и остепненной пустыни оставалась на прежнем уровне. Повторяемость и интенсивность засух увеличилась на всей территории в периоды 1982-1990 и 2004-2009 гг.
Межгодовое изменение биофизических параметров пастбищ - результат совместного воздействия климата и антропогенной нагрузки на пастбища. Это положение подтверждает ход альбедо и NDVI в ячейке 0.5х0.5° вблизи метеостанции Мандалгоби (рис. 5). Как видно из сравнения рисунков 4 и 5, период с засухами 2004-2009 гг. совпадает с периодом повышения альбедо поверхности и падения NDVI. Согласно данным (Desertification ..., 2014), в этот же период возрастала плотность поголовья скота после его резкого падения во время сильного дзута 19992002 гг. Возросшее поголовье дополнительно увеличило альбедо и уменьшило NDVI.
Рис. 4. Межгодовой ход спутникового индекса климатических экстремумов увлажнения (SCEI). Условные обозначения: 1 - Мандалгоби, 2 - Булган, 3 - Шинэ-Джинст, 4 - Эйхин-Гол. Fig. 4. Interannual variations of satellite climatic extremes index of hydration (SCEI). Legend: a) 1 - Shine-Dzhinst, 2 - Ehiyn-Gol; b) 3 - Bulgan; 4 - Mandalgobi.
AL
0,30 0,29
0,28
0,27
0,26
/ / * / / •у X / / * V
\ Чч/ \\ \ \ R2 =0.8997 R*= 0.0213 V/
Livestock, million 50000
40000 30000 20000 10000 0
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
NDVI 0,24 0,22
0,20 0,18 0,16 0,14 0,12
0,10
Livestock, million 50000
/ \ / \ \
if* f * г ч ч \\ / S R* =0.813 R! = 0.0829
40000
30000
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
Рис. 5. Межгодовой ход биофизических параметров вблизи метеостанции Мандалгоби в период 2000-2014 гг. Условные обозначения: а - альбедо поверхности (AL), б - вегетационный индекс (NDVI), черная толстая линия - биофизический параметр, тонкая серая линия - полиномиальный тренд, штриховая линия - годовое поголовье скота, млн. Fig. 5. Interannual variations of biophysical parameters near the weather station Mandalgobi for the period 2000-2014. Legend: a - surface albedo (AL), b - vegetation index (NDVI), black thick line - biophysical parameter, the thin gray line - the polynomial trend, dashed line - the annual number of livestock, mln.
Повтор сильного дзута в 2009-2010 гг. вновь резко снизил плотность поголовья скота, что опять повлияло на уменьшение альбедо и увеличение NDVI на фоне повышения увлажнения.
О меняющейся антропогенной нагрузке на пастбища косвенно можно судить по поголовью скота, значительно возросшему с конца ХХ в. до наших дней (Desertification Atlas ..., 2014). Однако рост неоднократно прерывался катастрофическим падением поголовья (на 30% и более) в результате последствий дзута и отчасти засухи, как это было, например, в 1999-2002 и 2009-2010 гг. В год катастрофического падежа скота и последующий за ним, как правило, понижалось альбедо поверхности и возрастал NDVI из-за резкого сокращения выпаса (рис. 5).
«Острова» опустынивания, вызванные антропогенной деградацией пастбищ, поддаются объективному определению в результате анализа спутниковых наблюдений за альбедо и температурой поверхности. Применение количественного показателя интенсивности опустынивания в «острове» (величины отрицательного коэффициента корреляции между альбедо и температурой поверхности) делает возможным в дальнейшем слежение за развитием «островов».
В период 1985-1991 гг. «острова» опустынивания были зафиксированы только в Архангайском аймаке в районе западного Хангая на южных склонах и в районе его восточной части на северных склонах (рис. 6а). Третий сильный «остров» находился западнее г. Улан-Батор. Перечисленные «острова» возникли в период сильных засух 1982-1990 гг., по данным SPI. Важно отметить, что к началу XXI в. эти «острова» трансформировались и стали незаметными в связи с повышением увлажнения. Крупные «острова» опустынивания не были зафиксированы в сухих степях в период 1985-1991 гг. Но участки с предпосылками опустынивания наблюдались в пустынных степях (сомон Булган) и крайнеаридных пустынях (сомон Шинэ-Джинст).
Как видно из рисунка 6б, в 2005-2009 гг. крупные «острова» сформировались в сухостепных экосистемах вдоль широтной полосы 45.5-46.5°с.ш.: «остров» умеренной интенсивности вблизи восточной границы Увэрхангайского аймака, «остров» сильной интенсивности - в Среднегобийском аймаке и «остров» умеренной интенсивности - в Говь-Сумбэр аймаке. Следующий «остров», который выходит за пределы изучаемой территории, просматривается восточнее. Также «острова» опустынивания локализуются в остепненных пустынях Южногобийского аймака. Но здесь «острова» умеренной интенсивности и меньшей площади, чем в сухих степях. Значительную часть территории вблизи «островов» можно рассматривать в качестве предпосылки опустынивания.
Динамичность «островов» проявляется в их расширении (сжатии) и меняющейся интенсивности. Как показывает сравнительный анализ положения «островов» в 2000-2004, 2005-2009 и 2010-2014 гг., их центры были всегда приурочены к пастбищам с максимальной нарушенностью экосистем. Интенсификация и расширение очагов наблюдалась в период 2005-2009 гг. по отношению к периоду 2000-2004 гг. Напротив, вследствие слабого повышения увлажнения в следующее пятилетие (2010-2014 гг.) произошло сокращение их площади, ослабление интенсивности и дробление (рис. 6в). Важно отметить, что в период 2010-2014 гг. наблюдалось слияние степного очага в Увэрхангайском аймаке с более южным в Южногобийском аймаке. Если учесть, что в последнее пятилетие увлажнение слабо повысилось, то это слияние вызвано в значительной степени усилением выпаса.
Сравнение состояния степных и пустынных экосистем по результатам многолетних полевых работ указывает на заметные их изменения (табл. 1). Исследования, проведенные в 2009 г., показали значительную деградацию сухостепных экосистем в Среднегобийском аймаке, которую следует идентифицировать как сильное опустынивание. Как видно из рисунка 6б, ключевые участки располагались в пределах «острова» опустынивания. Состояние экосистем ухудшила засуха 2009 г. (SPI= -1.33; SCEI= -0.7), которой предшествовали ежегодные засухи, начиная с 2004 г. При этом наиболее тревожная ситуация возникла в сомоне Дэлгэрцогт (Гунин и др., 2010).
Полевой сезон 2013 г. по условиям увлажнения был благоприятным (SCEI=1.3). Но выявленная экспансия пустынно-степного вида Allium polyrrhizum и очень хорошее развитие сформированных на значительных территориях монодоминантных луковых сообществ в автоморфных условиях были отличительной чертой 2013 г. по сравнению с более ранними годами и конкретно вегетационным сезоном 2009 г. Участие типичных злаковых видов сухих степей (Stipa krylovii, Agropyron cristatum, Cleistogenes squarrosa, Koeleria cristata) значительно снизилось. В то же время, ранее отмечалось, что сформированные луковые сообщества по сравнению со злаковыми сухих степей, всегда характеризовались более низкими значениями фитоценотических показателей (Казанцева, 2009).
В сомоне Булган «остров» умеренного опустынивания совпадает с полосой остепненных пустынь (рис. 6в). Полевым работам в 2013 г. в сомоне Булган предшествовали сезоны с засухами в
2009-2010 гг. (SPI=-1.5, -2.0), но условия увлажнения в 2013 г. были выше средних (SCEI=0.3). В распространенных здесь змеевково-ковыльково-баглуровых сообществах отмечалось значительное снижение фитоценотических показателей, а также снижение роли травяных видов (Stipa glareosa, Cleistogenes songorica) в структуре сообщества и увеличение доли пустынных полукустарничков (Anabasis brevifolia, Salsola passerina и Ephedra sínica). К территориям с предпосылками опустынивания в пустынных степях относится вьюнково-эуроциево-ковыльковое с однолетней полынью сообщество (Ц) с низкими фитоценотическими показателями и доминированием Artemisia pectinata. Полоса пустынных степей на подгорной равнине хр. Гурван-Сайхан (К-16, К-17) в хорошем состоянии, слабо затронута опустыниванием и находится вне «острова» опустынивания (рис. 6в).
Рис 6. «Острова опустынивания» разной интенсивности на территории Центральной Монголии: а -1985-1991; б - 2005-2009 гг.; в - 2010-2014 гг. Условные обозначения: черные кружки - ключевые участки, оконтуренные черные кружки - метеостанции, обозначение границ соответствует рисунку 1. Fig. 6. "The islands of desertification" of varying intensity in Central Mongolia: a - 1985-1991; б - 20052009; в - 2010-2014. Legend: black circles - key areas, contoured black circles - weather stations, marking the boundaries corresponds to Figure 1.
Что касается экосистем Заалтайской Гоби, то изменения в сообществах пустынь в 2013 г. носят неоднозначный характер. Увлажнение вегетационного сезона 2013 г. было выше среднего (SCEI=0.7). В остепненных пустынях отмечено ухудшение жизненного состояния травяных видов (Stipa glareosa, Allium polyrrhizum), а также снижение их роли в сообществе. Растительность настоящих пустынь оказалась наиболее устойчивой к процессам аридизации. Изменения здесь выявлены только в симпегмовом сообществе, где отмечено значительное снижение численности Sympegma regelii. В сообществах крайнеаридных пустынь принципиальных изменений не отмечено: они оказались вне «островов» опустынивания.
Заключение
На территории Центральной Монголии в 2000-2014 гг. наблюдались периоды как падения увлажнения (2005-2009 гг.), так и повышения (2010-2014 гг.).
«Острова» антропогенного опустынивания сместились с лесостепных и степных экосистем в 1985-1991 гг. в сухие степи и остепненные пустыни в 2000-2014 гг. Развитие «островов» опустынивания в сухой степи происходило в условиях нарастающей аридизации и повторяемости засух.
Динамичность «островов» проявляется в их расширении (сжатии) и меняющейся интенсивности. Центры «островов» были всегда приурочены к пастбищам с максимальной нарушенностью экосистем и поэтому их положение было относительно стабильным. Интенсификация и расширение «островов» наблюдалась в период 2005-2009 гг. по отношению к периоду 2000-2004 гг. Напротив, вследствие слабого повышения увлажнения в следующее пятилетие (2010-2014 гг.) произошло незначительное сокращение их площади, ослабление интенсивности и дробление. Последствия резкого сокращения поголовья скота вследствие опасных природных явлений (дзут, засухи) значимо проявляются в падении альбедо поверхности и росте вегетационного индекса.
Полевые исследования на модельных полигонах показали значительную деградацию сухостепных экосистем в «острове» в Среднегобийском аймаке, где сформировались монодоминантные луковые сообщества с пустынно-степным видом Allium polyrrhizum. В остепненных пустынях Северной и Заалтайской Гоби отмечается значительное снижение фитоценотических показателей сообществ, а также снижение роли травяных видов. Сообщества настоящих и экстрааридных пустынь оказались более устойчивыми к усилению аридизации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Бажа С.Н., Гунин П.Д., Данжалова Е.В., Дробышев Ю.И., Казанцева Т.И., Ариунболд Э., Мягмарсурэн Д., Хадбаатар С., Цэрэнханд Г. 2015. Инвазийные сукцессии как индикатор опустынивания сухих степей на примере Центральной Монголии // Российский журнал биологических инвазий. № 3. С. 2-21. Гунин П.Д., Энх-Амгалан С., Ганболд Э., Данжалова Е.В., Баясгалан Д., Цэрэнханд Г., Голованов Д.Л., Петухов И.А., Дробышев Ю.И., Концов С.В., Бажа С.Н., Андреев А.В., Хадбаатар С., Ариунболд Э., Пурэвжав Г. 2009. Особенности деградации и опустынивания пастбищных экосистем Монголии (на примере Среднегобийского аймака) // Ботаникийн Хурээлэнгийн Эрдэм Шинжилгээний Бутээл. Улаабаатар Хот. С. 104-127.
Гунин П.Д., Бажа С.Н., Данжалова Е.В., Цэрэнханд Г., Дробышев Ю.И., Ариунболд Э. 2010. Современная структура и динамика растительных сообществ на южной границе сухих степей Центральной Монголии // Аридные экосистемы. Т. 16. № 2. С. 65-75. Золотокрылин А.Н. 2003. Климатическое опустынивание / Отв. ред. А.Н. Кренке. М.: Наука. 246 с. Золотокрылин А.Н., Титкова Т.Б. 2011. Новый подход к мониторингу очагов опустынивания // Аридные
экосистемы. Т. 17. №3 (48). С. 14-22. Золотокрылин А.Н., Титкова Т.Б. 2012. Спутниковый индекс климатических экстремумов засушливых земель //
Аридные экосистемы. Т. 18. № 4 (53). С. 5-12. Казанцева Т.И. 2009. Продуктивность зональных растительных сообществ степей и пустынь Гобийской части
Монголии / Отв. ред. Р.В. Камелин. М.: Россельхозакадемия. 336 с. Карта растительности МНР. 1979. М-б 1:1 500000 / Ред. Лавренко Е.М. М.: ГУГК. Кормоботаническая карта МНР. 1981. М-б 1:1 000 000. М.: ГУГК.
Свобода М., Хайес М., Вуд Д. 2012. Руководство для пользователей стандартизованного индекса осадков.
Всемирная Метеорологическая Организация. № 1090. Женева. 26 с. Chuluun T. 2008. Adaptation strategies of pastoral communities to climate change in central mountainous region of Mongolia // Newsletters of the International Human Dimensions Programme on Global Climate Change. Vol. 2. Bonn: IHDP. Р. 53-58. Desertification Atlas of Mongolia. 2014. Ulaanbaatar: Admon print. 133 p.
Ecosystems of Mongolia. 1995. The Map. Scale 1:1000000 / Eds.: P.D. Gunin, E.A. Vostokova. Moscow. 15 p. Mandakh N., Dash D., KhaulenbekA. 2007. Present status of desertification in Mongolia // MODIS data: LP DAAC NASA: Land processes distributed active archive center https://lpdaac.usgs.gov/lpdaac/products/modis_products Geoecological issues of Mongolia. Ulaanbaatar: Khukh Sudar printing Co., Ltd.
Ojima D., Chuluun T. 2008. Policy changes in Mongolia: implications for land use and landscapes / Eds.: R.A. Galvin, R.S. Reid, R.H. Behnke, N.T. Hobbs. Fragmentation in semi-arid and arid landscapes: consequences for human and natural systems. Dordrecht: Springer. Р. 179-193. Gutman G., Tarpley D., Ignatov A., Olson S. 1995. The enhanced NOAA global land data set from the Advanced Very
High Resolution Radiometer // Bulletin of the American Meteorological Society 76. Р. 1141-1156. Standardized Precipitation Index (SPI )data: http://rda.ucar.edu/datasets/ds298.0Z. Thornthwaite C. W. 1931. The climates of North America // Geographical Review.№ 21 (3). Р. 633-655.
DIAGNOSIS OF THE DYNAMICS OF DESERTIFICATION OF ARID PASTURES OF MONGOLIA BY OBSERVATION IN KEY AREAS AND MODIS DATA
© 2016. A.N. Zolotokrylin*, P.D. Gunin**, T.B. Titkova*, S.N. Bazha**, E.V. Danzhalova**, T.I. Kazantseva***
*Institute of Geography RAS Russia, 119017, Moscow, Staromonetniyper., 29. E-mail: [email protected] ** A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution RAS Russia, 119071, Moscow, Leninskiyprospect, 33. E-mail: [email protected] ***W.L. Komarov Botanical Institute RAS Russia, 197376, St.-Petersburg, Professor Popov str., 2. E-mail: [email protected]
In line with the concept of "the island of desertification", there is an analysis of change of Mongolia arid ecosystems' state, which was supported by long-term field studies. Trends were found in development of climate aridity, frequency of droughts, and anthropogenic load on pastures. Indicators of hydration "islands" of anthropogenic desertification, overgrazing extent of arid pastures are proposed. The indicators have been developed on the basis of satellite data MODIS. It has been shown that the effects of a sharp reduction in the number of livestock due to natural hazards (jute, drought) occur significantly in decreasing surface albedo and the growth of vegetation index. Dynamics of anthropogenic desertification of the "islands" was investigated. Degradation assessment arid, desert-steppe, and desert ecosystems was done. Keywords: arid ecosystems, climate index of aridity, drought, the "islands" of anthropogenic desertification.
