CC BY
42
АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
УДК 581.524.43 Ю. П. Горичев
О ПРОСТРАНСТВЕННОЙ (ЭКОТОПИЧЕСКОЙ) ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ ЗОНАЛЬНЫХ ЛЕСНЫХ ФОРМАЦИЙ В РАЙОНЕ ШИРОКОЛИСТВЕННО-ТЕМНОХВОЙНЫХ ЛЕСОВ ЮЖНОГО УРАЛА
Аннотация. Инструментальными наблюдениями установлены параметры варьирования микроклимата в районе широколиственно-темнохвойных лесов Южного Урала. Определены микроклиматические параметры, при которых в лесообразовательном процессе активно участвуют широколиственные породы. В условиях среднегорного рельефа Южного Урала прослеживается пятиуровневая высотная экотопиче-ская дифференциация зональных лесных формаций. В условиях возвышенностей Заволжья и Предуралья наблюдается трехуровневая дифференциация формаций.
Ключевые слова: широколиственно-темнохвойные леса, Южный Урал, экотопическая зональность.
Смешанные широколиственно-темнохвойные леса Южного Урала являются восточной окраиной и горным вариантом восточноевропейских широколиственно-хвойных лесов [1]. В ботанико-географическом отношении они являются частью самой восточной провинции смешанных широколиственно-темнохвойных лесов - провинции с участием Abies sibirica, Picea obovata и Quercus robur, западная граница которой очерчивается западной границей ареала Abies sibirica. Провинция охватывает возвышенности Заволжья и Предуралья, а также западный склон Южного Урала [2]. В лесообразовательном процессе участвуют темнохвойные (Abies sibirica, Picea obovata) и широколиственные (Quercus robur, Aser platanoides, Tilia cordata, Ulmus glabra) виды.
На пространстве Восточно-Европейской равнины смешанные широколиственно-темнохвойные леса являются одним из основных элементов зональной структурной организации лесной растительности, образуют переходную полосу (подзону) между двумя растительными зонами (зонобиомами) - широколиственных лесов и темнохвойных лесов. На Южном Урале они являются одновременно структурным элементом высотной поясности. Зональную растительность подзоны смешанных широколиственно-темнохвойных лесов формируют ассоциации зональных лесных формаций - широколиственных лесов, темнохвойных лесов и смешанных широколиственно-темнохвойных лесов, которые территориально разграничены в пространстве [3].
Специальных исследований, направленных на выявление закономерностей пространственной дифференциации зональных формаций в районе совместного произрастания широколиственных и темнохвойных пород, не проводилось. Однако на наличие такой
дифференциации на возвышенностях указывали многие исследователи, в том числе В. С. Порфирьев [4] - для Волжско-Камского междуречья, А. В. Письмеров [5], Р. С. Зубарева [6], Ю. З. Кулагин [7] - для Уфимского плато и др. Исследования, проведенные в районе широколиственно-темнохвойных лесов Южного Урала, также выявили пространственную дифференциацию зональных формаций, их приуроченность к определенным экотопам.
Для выяснения причин и факторов, вызывающих пространственную дифференциацию зональных формаций, была изучена соответствующая литература, в результате чего было установлено несколько важных моментов. В их числе следующие.
1. Климат подзоны смешанных широколиственно-темнохвойных лесов в целом позволяет участвовать в лесообразовательном процессе как широколиственным, так и темнохвойным породам, не являясь при этом оптимальным для них, как это имеет место в зональных условиях, т.е. в условиях родных для них растительных зон.
2. Климат в пределах территориальных структур - ландшафтов - существенно дифференцируется, климатические параметры варьируют в определенном диапазоне, при этом образуются локальные варианты - мезо- и микроклиматы. В определенных экотопах создаются условия, близкие или равные условиям зональных ландшафтов, т.е оптимальные для широколиственных или темнохвойных пород - эдификаторов зональных сообществ. Здесь в полной мере реализуются ценотические потенции видов, они становятся эдификаторами сообществ. На остальном пространстве формируются сообщества с участием тех и других пород.
3. В данной подзоне лимитирующим фактором для широколиственных пород выступают термические ресурсы, для темнохвойных пород - в какой-то мере условия увлажнения. Вследствие этого ассоциации широколиственных лесов занимают наиболее теплые экотопы, ассоциации темнохвойных лесов - холодные и влажные экотопы. Остальное пространство занимают ассоциации смешанных широколиственно-темнохвойных лесов.
Результаты проведенных исследований на Южном Урале позволили сделать некоторые выводы об особенностях пространственной дифференциации лесных формаций. На первом этапе исследований в качестве рабочих гипотез были выдвинуты предположения: 1) в основе пространственной дифференциации зональных лесных формаций в данном районе лежит пространственная дифференциация термических условий; 2) в условиях горного рельефа изменения термических показателей связаны с явлением инверсии температур и высотной поясностью [8].
По активности участия широколиственных пород в лесообразовательном процессе были выделены четыре группы экотопов - климатопов: теплые (мезотермальные), прохладные (микротермальные), холодные (нанотермальные) и контрастно-холодные (криотермальные) климатопы. Термические условия и термический режим теплых климатопов (вершины и верхние части склонов увалов и невысоких гор, высота 400-600 м над уровнем моря) благоприятны для активного участия в лесообразовательном процессе широколиственных пород - дуба и клена, которые выступают в роли эдификаторов сообществ. Условия прохладных климатопов относительно неблагоприятны для широколиственных пород, но позволяют им участвовать в лесообразовательном процессе, выполняя подчиненную роль в сообществах. Условия холодных климатопов (вершины и верхние части склонов средневысотных хребтов, высота 700-900 м над уровнем моря) и контрастно-холодных климатопов (днища и прилегающие нижние части склонов горных долин) абсолютно неблагоприятны для широколиственных пород, которые, за исключением липы, практически не принимают участия в лесообразовательном процессе, отсутствуют в составе древостоя.
С целью подтверждения принятых гипотез были проведены инструментальные наблюдения за термическим режимом широколиственных, смешанных широколиствен-
но-темнохвойных насаждений, темнохвойных насаждений холодных и контрастно-холодных климатопов с использованием цифровых термометров-регистраторов «Термо-хрон». Исследованы три насаждения холодных климатопов и по два насаждения остальных климатопов. В результате обработки первичных данных за два года (2013 и 2014 гг.) определены осредненные показатели термического режима. Погодные условия 2013 и 2014 гг. значительно различались, 2013 г. был аномально теплым.
Исследования показали, что широколиственные леса характеризуются максимальными для данного района показателями теплообеспеченности, относительно пониженными амплитудами суточных и сезонных колебаний температур, наибольшей продолжительностью безморозного и вегетационного периодов (табл. 1).
Таблица 1
Микроклиматические параметры широколиственных насаждений
Показатели 2013 г. 2014 г.
Среднемесячная температура самого холодного месяца, °С -12,1; -12,5 -13,3; 13,5
Среднемесячная температура самого теплого месяца, °С 18,4-19,4 17,6-18,6
Среднегодовая температура воздуха, °С 4,7-5,1 3,2-3,6
Продолжительность вегетационного периода, дней 140 140
Сумма температур за вегетационный период, °С 2279-2384 2156-2280
Продолжительность безморозного периода, дней 145-162 126-130
Показатели теплообеспеченности темнохвойных лесов оказались значительно ниже, чем широколиственных (табл. 2, 3). Ассоциации темнохвойных лесов контрастно-холодных климатопов характеризуются наиболее низкими значениями температурных показателей. Здесь отмечены наиболее низкие значения экстремальных теператур, наименьшая продолжительность вегетационного и безморозного периодов.
Таблица 2
Микроклиматические параметры темнохвойных насаждений холодных климатопов
Показатели 2013 г. 2014 г.
Среднемесячная температура самого холодного месяца, °С -13,1; -13,5 -13,9; -14,0
Среднемесячная температура самого теплого месяца, °С 16,1-16,7 16,1-16,5
Среднегодовая температура воздуха, °С 2,3-3,1 1,7
Продолжительность вегетационного периода, дней 128-125 114
Сумма температур за вегетационный период, °С 1722-1897 1618-1692
Продолжительность безморозного периода, дней 127-128 122-126
Таблица 3
Микроклиматические параметры темнохвойных насаждений контрастно-холодных климатопов
Показатели 2013 г. 2014 г.
Среднемесячная температура самого холодного месяца, °С -13,6; -14,7 -14,2; -14,8
Среднемесячная температура самого теплого месяца, °С 16,3-16,0 14,9-15,2
Среднегодовая температура воздуха, °С 1,9-2,5 1,3-1,6
Продолжительность вегетационного периода, дней 114-122 114
Сумма температур за вегетационный период, °С 1792-1845 1674-1705
Продолжительность безморозного периода, дней 92-127 85-122
Температурные показатели ассоциаций смешанных широколиственно-темно-хвойных лесов, занимающих прохладные климатопы, не намного, но ниже показателей ассоциаций широколиственных лесов (табл. 4).
Таблица 4
Микроклиматические параметры широколиственно-темнохвойных насаждений
Показатели 2013 г. 2014 г.
Среднемесячная температура самого холодного месяца, °С -12,5-13,4 -13,5-14,0
Среднемесячная температура самого теплого месяца, °С 16,3-17,3 16,3-17,3
Среднегодовая температура воздуха, °С 3,2-3,7 1,8-2,4
Продолжительность вегетационного периода, дней 126-128 114-118
Сумма температур за вегетационный период, °С 1928-1987 1707-1887
Продолжительность безморозного периода, дней 126-162 122-1263
Выводы. Инструментальными наблюдениями установлены параметры варьирования микроклимата в районе широколиственно-темнохвойных лесов Южного Урала. Определены микроклиматические параметры, при которых в лесообразовательном процессе активно участвуют широколиственные породы: среднегодовая температура воздуха -выше 3°, сумма температур за вегетационный период - свыше 2100°, продолжительность безморозного периода - более 125 дней, продолжительность вегетационного периода - более 140 дней. Параметры, исключающие участие широколиственных пород в ле-сообразовательном процессе, следующие: среднегодовая температура воздуха ниже 1°, сумма температур за вегетационный период - ниже 1600°, продолжительность безморозного периода - менее 85 дней, продолжительность вегетационного периода - менее 114 дней.
В условиях среднегорного рельефа Южного Урала прослеживается пятиуровневая высотная экотопическая дифференциация зональных лесных формаций: снизу вверх: темнохвойные леса - широколиственно-темнохвойные леса - широколиственные леса -широколиственно-темнохвойные леса - темнохвойные леса. В этом отличительная особенность горных территорий. В условиях возвышенностей Заволжья и Предуралья наблюдается трехуровневая дифференциация формаций: темнохвойные леса - широко-лиственно-темнохвойные леса - широколиственные леса.
Список литературы
1. Восточно-европейские леса: история в голоцене и современность : в 2 кн. - М. : Наука, 2004. -575 с.
2. Горичев, Ю. П. Широколиственно-темнохвойные леса Южного Урала: пространственная дифференциация, фитоценотические особенности, естественное возобновление / Ю. П. Горичев, А. Н. Давыдычев, Ф. Х. Алибаев, А. Ю. Кулагин. - Уфа : Гилем, 2012. - 176 с.
3. Семенова-Тянь-Шанская, А. М. Хвойно-широколиственные леса / А. М. Семенова-Тянь-Шанская, В. Б. Сочава // Растительный покров СССР. Пояснительный текст к геоботанической карте. - М. ; Л. : Изд-во АН СССР, 1956. - Т. 1. - С. 346-364.
4. Порфирьев, В. С. Хвойно-широколиственные леса Волжско-Камского края : автореф. дис. ... д-ра биол. наук / Порфирьев В. С. - Л., 1970. - 34 с.
5. Письмеров, А. В. Лесная растительность Уфимского плато / А. В. Письмеров // Горные леса Южного Урала. - Уфа : Башкнигоиздат, 1971. - С. 109-117.
6. Зубарева, Р. С. Типы широколиственно-хвойных лесов северной части Уфимского плато / Р. С. Зубарева // Проблемы ботаники на Урале. Записки Свердловского отделения ВБО. -Свердловск, 1973. - Вып. 6. - С. 100-110.
7. Кулагин, Ю. З. Экологические ареалы пород-лесообразователей в районе Уфимского плато / Ю. З. Кулагин // Лесоведение. - 1978. - № 5. - С. 24-29.
8. Горичев, Ю. П. Температурные инверсии как фактор пространственной дифференциации лесных формаций на Урале и в Предуралье / Ю. П. Горичев // Вестник Тамбовского университета. Серия: естественные и технические науки. - 2014. - Т. 19, вып. 5. - С. 1267-1269.
Горичев Юрий Петрович
кандидат биологических наук, заместитель директора по научной работе, Южно-Уральский государственный
Gorichev Yuriy Petrovich
candidate of biological sciences, deputy director for science, South Ural State Nature Reserve
природный заповедник E-mail: [email protected]
удк 581.524.43
Горичев, Ю. П.
О пространственной (экотопической) дифференциации зональных лесных формаций в районе широколиственно-темнохвойных лесов Южного Урала / Ю. П. Горичев // Вестник Пензенского государственного университета. - 2016. - № 1 (13). - C. 76-80.
