CC BY
41УДК 581.524:252.5
DOI: 10.24412/cl-36359-2021-320-325
ИТОГИ МНОГОЛЕТНЕГО МОНИТОРИНГА В ПРИОКСКО-ТЕРРАСНОМ БИОСФЕРНОМ ЗАПОВЕДНИКЕ
REZULTS OF LONG-TERM MONITORING IN THE PRIOKSKO-TERRASNY BIOSPHERE RESERVE
Н.Н. Зеленская N.N. Zelenskaya
1Институт фундаментальных проблем биологии Российской академии наук - обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный
исследовательский центр «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук», Пущино, Россия
institute of Basic Biological Problems, Russian Academy of Scienses, Pushchino, Russia
E-mail: zelen_1@rambler.ru
Аннотация. Территория на стыке зональных флор рассматривается как модель влияния климата на степную экосистему. Оценены результаты мониторинга эксклава луговой степи (Московская область) в условиях потепления. В Южном Подмосковье глобальное потепление проявляется в повышении среднегодовой температуры в 2°С. Экосистема Долы - северо-западный предел произрастания луговых степей. За два десятилетия потепления продуктивность эксклава достигла зональных значений (Курская область). Отмечены новые южные виды во флоре заповедника.
Ключевые слова: степная экосистема, экологический мониторинг, Приокско-Террасный заповедник, изменение климата.
Abstract. The territories located at the junction of zonal floras can be models of the influence of climate on the steppe ecosystem. The results of the meadow steppe exclave monitoring (Moscow region) were evaluated. In the Southern Moscow region the global warming has manifested itself in the average annual air temperature increase of about 2 degrees. The steppe ecosystem Doly is the most northwestern site of the meadow steppes. For two decades of warming, the productivity of this ecosystem reached zonal values (Kursk region). Two new southern species of plants was found.
Keywords: the steppe ecosystem, ecological monitoring, Prioksko-Terrasny Reserve, the climate
change.
Биосферный резерват как полигон для научных исследований.
Одно из направлений исследований Федерального Исследовательского Центра РАН -экологический мониторинг как основа для изучения закономерностей функционирования экосистем. Идея возникла в 70-е гг. XX века тогда еще в Институте почвоведения Академии Наук СССР в рамках Программы МАВ - «Человек и биосфера». Исследования начаты по инициативе крупнейшего отечественного почвоведа чл. корр. АН СССР Виктора Абрамовича Ковды, которого давно занимал вопрос экологической роли почвы в экосистемах биосферы. Группу, впоследствии лабораторию, экологического мониторинга возглавил Анатолий Семенович Керженцев, приглашенный Ковдой как опытный организатор почвенного стационара в Забайкалье. Приокско-Террасный заповедник и созданный в 70-е гг. XX века Научный Центр биологических исследований АН СССР в Пущино (теперь ФИЦ ПНЦБИ РАН), располагаясь на противоположных берегах р. Оки (как раз напротив друг друга), очень подходили для этих целей. Уникальный природный объект (сочетание растительности различных природных зон на небольшой территории заповедника) и научный потенциал ПНЦБИ создавали мощный научный комплекс. Начали с организации Станции комплексного
фонового мониторинга (СКФМ) в заповеднике. Она стала модельной для развития подобных климатических станций в других заповедниках.
Позже под руководством Ю.А. Израэля - директора института Глобального климата и экологии - были разработаны положения о глобальном экологическом мониторинге, а на базе СКФМ ПТЗ отработан набор базовых параметров, который стал оптимальным для всех подобных станций в биосферных резерватах РФ. Теперь СКФМ в Приокско-Террасном заповеднике - это современная лаборатория, являющаяся структурным подразделением Росгидромета РФ и соответствующая всем международным стандартам. Она обладает длительными рядами наблюдений (более чем за 45 лет) за климатом Южного Подмосковья. Создание Станции было необходимым условием для вхождения заповедника в международную сеть биосферных резерватов (БР) ЮНЕСКО. Приокско-Террасный заповедник получил статус БР в 1979 г. - одним из первых в стране - и стал эталонной территорией Центра Русской равнины, полигоном для экологических исследований лаборатории экологического мониторинга, а впоследствии - многих лабораторий Пущинского Научного Центра и институтов РАН.
Биосферные резерваты изначально понимались как эталонные территории ЮНЕСКО, сеть которых должна охватить все разнообразие экосистем биосферы. В них предполагалось изучать процессы, происходящие в природных неизмененных экосистемах, а затем сверять по этим эталонам степень нарушенности территорий, находящихся под антропогенным влиянием (Программа «Человек и Биосфера» - МАБ). Одна из задач резерватов - сохранение полного генетического фонда, содержащегося в видовом разнообразии животных и растений различных экосистем Земли. В Приокско-Террасном БР за 45 лет мониторинга накоплен большой массив данных о состоянии популяций и динамике процессов в различных экосистемах заповедника. В 2017 г. на базе ПТЗ состоялось Международное Совещание в рамках международного проекта «Летопись природы Евразии», посвященное проблемам сохранения биоразнообразия различных территорий и новейшим методам сбора информации. Участники Совещания (Заповедник, Министерство Природных ресурсов РФ, Университет Хельсинки, представители Программы МАБ, делегаты из федеральных и региональных заповедников и научных организаций) работали над планом практического воплощения междисциплинарной Программы ЮНЕСКО по биоразнообразию. Часть международного проекта по биоразнообразию Европы переросла в международную базу данных и сотрудничество ученых под названием «Летопись Природы Евразии: крупномасштабный анализ изменяющихся экосистем». Было отмечено, что в России заповедники занимают 2,87% территории, сохраняя при этом до 80% видового разнообразия растительного и животного мира. Приокско-Террасный биосферный заповедник располагает уникальными рядами данных о динамике климата и важнейших характеристик экосистем заповедника (от южной тайги до участков луговой степи). Ряды наблюдений в степных сообществах ПТЗ выполнены В.И. Даниловым (1975-1985 гг.), В.И. Даниловым и Н.Н. Зеленской (1998-1999 гг.), Н.Н. Зеленской (2000-2011 гг., 2016-2020 гг.). В одном из выступлений было отмечено, что многотомная «Летопись природы» заповедников РФ должна быть приравнена к шедеврам культурного и научного наследия ЮНЕСКО. Современные базы данных призваны привести многочисленные ряды наблюдений к единому стандарту.
Современные исследования переросли в новое научное направление - функциональная экология [5]. Уникальный северо-западный эксклав степной растительности в ПТЗ стал природной моделью экосистемы, существующей изолированно, в расширенном диапазоне факторов среды.
Согласно геоботаническим исследованиям В.И. Данилова на территории ПТЗ, травянистый тип растительности степного урочища представлен «лугово-степными и луговыми фитоценозами»; выделено 12 формаций и 236 ассоциаций (по [2] с. 16). Наиболее степной по видовому составу Ковыльный дол представлен перистоковыльной формацией (Stipa pennata formation). Эдификатором здесь выступает ковыль перистый Stipa pennata L. (S. joannis celak.). Все ассоциации этой формации расположены на возвышенных участках межгрядовых понижений (долов) или на склонах южной экспозиции приборовой полосы. Большинство их
сосредоточено в пределах Ковыльного дола (площадь 1 га). Ковыль «не выносит длительного затопления, поэтому его нет в соседних понижениях и котловинах» [2].
Мониторинг функциональных параметров степных фитоценозов.
В 1975 году в пределах Ковыльного дола заложены три постоянных пробных площади (стационара) - в ассоциациях с доминированием одного из трех степных злаков Festuca valesiaca Gaudin., Stipa pennata L. (S. joannis celak.), Phleum phleoides (L.) Karst. В степном урочище Долы все три злака являются эдификаторами одноименных формаций, но в пределах Ковыльного дола они распределяются вдоль градиента увлажнения, доминируя в одной из выбранных для мониторинга ассоциаций. Ассоциация с доминированием ковыля занимает слабый склон южной экспозиции, ассоциация с доминированием типчака - выровненное чуть пониженное по сравнению с ковыльной ассоциацией место, ассоциация с доминированием тимофеевки - участок между грядами с небольшими возвышениями по краям и выровненным понижением, где весной могут скапливаться талые воды. Как показали дальнейшие исследования, биотопы ассоциаций имеют определенные отличия по температурному и влажностному режиму [4]. Наиболее заметные отличия зафиксированы на стационаре с доминированием тимофеевки степной. Весной и в начале лета верхний 10-см слой почвы сохраняет здесь вдвое больше влаги, чем на двух других стационарах (ассоциации с доминированием ковыля и типчака). На глубине 20 см различия составляют до 40%, но ниже 30 см условия увлажнения выравниваются. Отличия температурного режима зафиксированы в слое почвы 0-10 см и не превышают 1,5 градусов. Геоботанические исследования проводятся по классической методике. В пределах 100-метровых стационаров проводится учет видового состава и обилия видов (по Друде). На фиксированных постоянных метровках (по 5 метровок на каждом стационаре) ежегодно проводится учет проективного покрытия всех видов (вилочкой Раменского) и берутся разовые укосы для определения надземной продукции [3].
Влияние потепления на функциональные показатели степной экосистемы оценено нами в привязке к естественным природным циклам (малые 11-летние и 22-летние циклы солнечной активности). Первый цикл исследования 1976-1986 гг. - контрольный - совпадает с периодом «климатической нормы»; циклы 1998-2008 гг. и 2009-2018 гг. совпадают с теплым климатическим трендом. Ранее было отмечено, что степной эксклав ПТЗ сходен по структурной организации с луговыми степями Центрально-Черноземного заповедника (ЦЧЗ), но до потепления уступал зональному типу экосистемы в абсолютных показателях продуктивности и видового разнообразия [3].
Многолетний мониторинг растительности, совпавший с теплым климатическим трендом последних десятилетий, позволил зафиксировать изменения в параметрах экосистемы. Потепление в Европейской части России (ЕЧР) проявляется наиболее ярко. Нарастание тепла здесь почти вдвое опережает глобальный тренд и идет скоростью 0,47°С за каждые 10 лет [9]. По данным СКФМ ПТЗ, рост среднегодовой температуры воздуха в заповеднике совпадает с трендом ближайшей метеостанции г. Москвы и составляет уже более 2 градусов по сравнению с доиндустриальным трендом. Такие значения среднегодовых температур воздуха характерны для зоны лесостепи.
По данным трех стационарных площадок (среднее арифметическое по трем ассоциациям Ковыльного дола) диапазон надземной продукции степного сообщества в разные сезоны контрольного 11-летнего цикла (1976-1986 гг.) составила 85,0 - 330,0 г/м2/год; второго цикла исследований (1998-2008 гг.) 193,0 - 595,0 г/м2/год; третьего цикла исследований 217,0 -257,0 г/м2/год. При средних показателях продуктивности контрольного цикла около 210,0 г/м2/год, во втором и третьем циклах исследования произошло увеличение продуктивности почти вполовину (таблица 1).
Из трех 11-летних циклов солнечной активности самым «низким» по значению среднего числа Вольфа стал третий 11-летний цикл (2009-2018 гг., 24-й по счету). Самым «высоким» по значению среднего числа Вольфа из трех исследованных стал цикл 1998-2008 гг. (23-й по счету), он лишь немного отличается от контрольного цикла 1976-1986 гг. (тоже высокого, 21 -го по счету). Однако величина средней продуктивности степного эксклава ПТЗ за
два последних 11-летия выросла - как в «высоком», так и в «низком» 11-летнем цикле (таблица 1).
Исследования показывают, что за два десятилетия потепления эксклав луговой степи в ПТЗ приблизился по важнейшему интегральному параметру к зональной экосистеме Центрально-Черноземного заповедника (до периода потепления). В настоящее время совпадают среднемноголетняя продуктивность эталона и эксклава (330 г/м2/год) и значение положительного экстремума (595,0 и 600,0 г/м2/год).
Таблица 1.
Сравнение климатических характеристик и продуктивности степной экосистемы
Приокско-Террасного заповедника
Период Средняя температура воздуха за 11 лет, °С Среднее число Вольфа за 11 лет Средняя продуктивность за 11 лет, г/м2/год
Базовый период (доиндустриальный) 4,0 - -
21-й цикл солнечной
активности 4,28 83,1 209,0
(1976-1986 гг.)
23- й цикл солнечной
активности 5,63 94,5 330,0
(1998-2008 гг.)
24- й цикл солнечной
активности 6,1 54,3 295,0
(2009-2019 гг.)
Существенно, что в контрольном 11-летнем солнечном цикле (21-м по счету) увеличение продуктивности происходило только во влажные годы и за счет увеличения массы бобовых, а теперь рост продуктивности обеспечивают не только бобовые в так называемые «клеверные годы» (прохладные и влажные), но и виды злаковых, в первую очередь -ксерофильных. Так доля ковыля в биомассе более мезофитного из стационаров увеличилась к 2019 году на порядок.
Новые южные виды во флоре заповедника.
К 2018 г. флора Приокско-Террасного заповедника насчитывала 991 вид сосудистых растений (913 - на территории заповедного ядра и 78 - в охранной зоне). В этот список включены, кроме постоянно встречающихся видов сосудистых растений, так называемые микровиды, предположительно исчезнувшие виды и гибридогенные виды [7]. К числу характерных для сообществ луговых степей принято относить около 50 видов из данного списка.
В ходе мониторинга с 1998 по 2020 гг. нами зафиксированы два новых для флоры заповедника южных вида - Lunaria rediviva L. и Cotoneaster acutifolius Turcz. Таксономическая принадлежность видов подтверждена на кафедре ботаники МГУ им. М.В. Ломоносова -доцентом Ю.Е. Алексеевым.
Лунник оживающий. Lunaria rediviva L. Сем. Brassicaceae (Cruciferae). Вид Красной книги Московской области (3 категория: редкий вид). На территории ПТЗ ранее не фиксировался. По данным исследователя «окской флоры» П.А. Смирнова, характеризуется как «западный горный вид» [6].
На территории заповедника был впервые обнаружен автором в очень жарком и засушливом 2010 году - у въезда в дер. Родники с автотрассы Данки-Турово (квартал 19). Первоначально зафиксированы всего два экземпляра (в фазе цветения). В 2012 году популяция насчитывала чуть более 20 особей. В 2014 году отмечена большая куртина (до 100 экз.) плодоносящих особей. Растения многолетние, размножающиеся корневищем; плод удлиненно-овальный, более 5 см длиной. К 2020 г. популяция несколько поредела, возможно, вследствие
нескольких лет с обильными весенними осадками. Видовая принадлежность подтверждена на кафедре ботаники МГУ им. М.В. Ломоносова.
Кизильник остролистный. Cotoneaster acutifolius Сем. Rosaceae. Новый для
заповедника вид. До последнего времени кизильник считался очень редким видом в заповеднике. По описаниям П.А. Смирнова, на территории заповедника был найден всего один куст - Cotoneaster melanocarpus - на «степных разнотравно-типчаковых участках, в «ближних долах», у южной границы заповедника» (по [6] стр. 156). Вид охарактеризован как «новый элемент окской флоры». В 2014 году в заповеднике автором найдена популяция нового вида кизильника - Cotoneaster acutifolius Кизильник найден на южной границе заповедника, в
34 квартале, по дороге от пос. Республика к кордону, в приборовой полосе. Популяция насчитывала 18 экземпляров (три экземпляра в генеративном состоянии). Вид определен доцентом МГУ Ю.Е. Алексеевым как Cotoneaster acutifolius - кизильник остролистный.
Данный вид впервые описан Н.С. Турчаниновым как характерный для Китая, Кореи и Тайваня. На территории РФ встречается в Бурятии (Иркутский район). По всей вероятности, популяция Cotoneaster acutifolius в ПТЗ образовалась после сильного пожара 2010 года, на свободном от сгоревшей травы месте. Несмотря на то, что кизильник в Нечерноземье признан адвентивным видом, распространение его на территории заповедника произошло, вероятнее всего, естественным путем.
Заключение. В последние два десятилетия фиксируются заметные изменения в экосистемах. Экологи фиксируют миграцию многих южных видов в более высокие широты, отмечены сдвиги в сроках вегетации растений (на более ранние сроки). Все это можно связать с выраженными климатическими изменениями. Второй оценочный доклад Росгидромета (2014 г.) и заявление ВМО (2018 г.) подтвердили, что потепление климата последних десятилетий -установленный факт [1, 9]. Согласно тренду глобальных температур, последние три десятилетия отмечены как самые теплые за всю историю инструментальных метеонаблюдений. И каждое последующее 10-летие бывает теплее, чем предыдущее. На территории Европейской России потепление наиболее выражено. При небольших межсезонных различиях последних лет, локальные тренды остаются положительными и указывают на продолжающееся потепление [9].
Полученные ряды наблюдений, отражающие реальные тренды в наземных экосистемах - это хорошая база для повышения точности модельных прогнозов, для моделирования продвижения растительности под влиянием климатических изменений. В частности, последние данные показывают, что движение видов может осуществляться довольно быстрыми темпами. В этой связи факт существования степной растительности в Московской области не выглядит как неразрешимая загадка. Произрастание степных видов в лесной зоне видится как естественное в прошлом продвижение растительности в одну из теплых эпох.
Список литературы
1. Второй оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Т. 1. Изменения климата. М.: Росгидромет, 2014. 61 с.
2. Данилов В.И., Керженцев А.С., Клеваник С.Н. Геоботанические и почвенные исследования урочища «Долы» // Почвенно-биогеоценотические исследования центра Русской равнины. Пущино, 1981. С. 4-37.
3. Данилов В.И. О структуре надземной фитомассы луговых степей Русской равнины. // Бюл. Моск. общ-ва испыт. природы. Отд. биол. 1988. Т 93, вып. 6. С. 51-59.
4. Зеленская Н.Н., Волокитин М.П., Аблеева В.А. Гидротермические особенности биотопов степной и лесной растительности Приокско-Террасного заповедника // Известия РАН Сер. Геогр. 2020. № 1. С. 56-68.
5. Керженцев А.С. Функциональная экология. М.: Наука, 2006. 259 с.
6. Смирнов П.А. Флора Приокско-Террасного государственного заповедника // Труды ПТЗ. 1958. Вып. 2-й. С. 246.
7. Сосудистые растения Приокско-Террасного биосферного заповедника (аннотированный список видов) / Л.В. Денисова, Ю.Е. Алексеев, Т.А. Сычева М.: Товарищество научных изданий КМК., 2018. 115 с. [Флора и фауна заповедников. Вып. 132].
8. Тартаковский В.А. Синхронный анализ рядов чисел Вольфа и температуры с метеостанций Северного полушария Земли [электронный ресурс] // Оптика атмосферы и океана. 2015. № 2. С. 84-92. Режим доступа: http://rucont.ru/efd/357891.
9. WMO 2019 Statement on the State of the Global Climate in 2018. [Electronic resource]. http//www.meteorf.ru/upload/iblock/996/Izmenenie_klimata_N77_FebMar_2019.
