Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов
УДК 57.574+91.911.913. Б01: 10.24412/1728-323Х-2024-4-35-44
ПУТИ РАЗРАБОТКИ ТЕОРИИ И МЕТОДОВ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЛЕСОВ
Э. Г. Коломыц, доктор географических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Института фундаментальных проблем биологии Пущинского научного центра РАН, egk2000@mail.ru, г. Пущино, Россия
Аннотация. Познание крупномасштабных биосферных процессов тесно связано с решением проблемы сохранения и воспроизводства лесных ресурсов, которые входят в число ведущих факторов устойчивости континентальной биосферы. Излагаются программные положения по геосистемному мониторингу лесов в связи с современными изменениями климата. Основу выдвинутой автором стратегии геосистемного мониторинга составляет прогнозная топо-экологическая концепция. Первый шаг к познанию локальных механизмов глобальных изменений осуществляется через методическую конструкцию «эмпирическая имитация регионального биоклиматического тренда экосистемами локального уровня». Разработанный автором ландшафтно-экологический прогноз для лесов Волжского бассейна основан на дискретных эмпирико-статистических моделях гео(эко-)систем. Комплексный многоплановый геоэкологический мониторинг целесообразно проводить на биогеографических экотонах, обладающих повышенной чувствительностью к изменениям климата. Многолетние мониторинговые исследование проведены автором на бореальном эко-тоне Русской равнины (в пределах основного водосбора Волжского бассейна). Необходимость сохранения лесных, а с ними и водных ресурсов особенно остро стоит в средней полосе Европейской России, где сформировалось обширное пространство с полностью нарушенным лесным покровом. Данная проблема здесь еще более обостряется в связи с грядущей климатической аридизацией и с резким ухудшением лесорастительных условий по всей зоне перехода от леса к степи. Геосистемный мониторинг в Центральном экорегионе Европейской России призван внести вклад в разработку научно-методических основ борьбы с дальнейшим обезлесиванием («антропогенным опустыниванием») этой территории, а также ле-совосстановления методами адаптивного лесного хозяйства.
Abstract. The cognition of large-scale biosphere processes is closely related to solving the problem of conservation and reproduction of forest resources, which are among the leading factors in the stability of the continental biosphere. The program provisions for geosystemic monitoring of forests in connection with modern climate changes are outlined. The basis of the geosystem monitoring strategy put forward by the author is the predictive to-po-ecological concept. The first step towards understanding the local mechanisms of global changes is carried out through the methodological design "empirical imitation of the regional bioclimatic trend by ecosystems at the local level." The landscape-ecological forecast developed by the author for the forests of the Volga River basin is based on discrete empirical-statistical models of geo(eco-)systems. It is advisable to carry out complex multifaceted geo-ecological monitoring on biogeographic ecotones that are highly sensitive to climate change. The long-term monitoring studies were carried out by the author on the boreal ecotone of the Russian Plain (within the main catchment area of the Volga River basin). The need to preserve forests, and with them water resources, is especially acute in the Central Zone of European Russia, where a vast area with completely disturbed forest cover has formed. The given problem here is becoming even more acute due to the upcoming climate aridization and the sharp deterioration of forest conditions throughout the transition zone from the forest to the steppe. Geosystem monitoring in the Central ecoregion of European Russia is intended to contribute to the development of scientific and methodological foundations for combating further deforestation ("anthropogenic desertification") of this territory, as well as reforestation using adaptive forestry methods.
Ключевые слова: глобальные изменения климата, лесные экосистемы, геосистемный мониторинг, прогнозная топо-экологическая концепция, дискретные эмпирико-статистические модели, биогеографические экотоны, ландшафтно-экологическое прогнозирование, лесовосстановле-ние в зоне перехода от леса к степи.
Keywords: global climate change, forest ecosystems, geosystem monitoring, predictive topo-ecological concept, discrete empirical-statistical models, biogeographic ecotones, landscape-ecological forecasting, reforestation in the transition zone from the forest to the steppe.
Введение
К настоящему времени получено немалое количество экологических прогнозов глобального и регионального уровней в свете ожидаемых и уже начавшихся глобальных изменений климата, обусловленных антропогенным ростом содержания СО2 и других парниковых газов в атмосфере [1—7 и др.]. Преобладающие в этих разработках глобальные прогнозы нацелены главным обра-
зом на оценку будущего состояния биосферы как планетарной системы. Они основаны на анализе наиболее общих ландшафтно-геофизических связей и поэтому весьма м елкомасштабны. При этом используются как расчетные (теоретические) прогнозные модели, основанные на системе общей циркуляции атмосферы, так и палеогеографические сценарии, прежде всего, оптимума голоцена и микулинского межледниковья [8—10 и др.],
рассматриваемых (кстати сказать, без должного обоснования и слишком упрощенно) в качестве аналогов ландшафтно-экологических условий будущего.
Гораздо хуже обстоит дело с разработкой региональных экологических прогнозов. В большинстве случаев они даются как некоторые фрагменты глобальных прогнозных сценариев на территорию того или иного субконтинента или отдельной страны, поэтому страдают, как правило, весьма низким пространственным разрешением, не соответствующим территориальному масштабу конкретных регионов. По этой причине экологические прогнозы ограничиваются чаще всего показом изменений границ природных зон, а также ареалов некоторых лесообразую-щих пород и возделывания сельскохозяйственных культур, с прогнозной оценкой их урожайности [11—13 и др.]. Сами же прогнозы строятся преимущественно на основе палеогеографических реконструкций (палеоаналогов) по весьма редкой сети точек с палинологическими данными, поэтому даже при допущении их достоверности они не могут вскрыть региональное и локальное разнообразие будущих экологических ситуаций. Здесь сказываются как недостаток фактического материала, так и отсутствие методики прогнозирования, адекватной региональному уровню при-родно-территориальной организации.
Между тем на региональном и локальном уровнях организации биосферы экологические последствия изменений климата проявляются быстрее, чем в глобальном масштабе, и могут достигать катастрофической степени [14]. По этой причине нарушение выполнения принципа Ле Шателье в результате антропогенного роста концентрации СО2 в атмосфере, не имеющее губительных последствий в целом для биосферы, может привести к разрушению отдельных ее частей [15].
Проблема глобальных изменений на региональном и локальном уровнях
Глобальные биосферные процессы зарождаются, как известно, в конкретных регионах [16, 17], дискретный характер которых создает высокую пространственно-временную неоднородность общей картины глобальных изменений. В известной иерархической триаде гео(эко-)систем: планетарных, региональных и локальных (топологических), — региональные единицы биосферы отличаются наибольшей индивидуальностью и достаточно высокой сложностью структуры, обусловленной неоднородностью в пределах каждого региона взаимодействия внешних климатических факторов с земной поверхностью [16], что созда-
ет резко выраженные внутрирегиональные контрасты географических полей, при слабом проявлении или даже отсутствии межрегионального континуума.
Именно методические трудности перехода от глобального прогноза к региональному, где резко возрастает ч исло входных переменных, определяющих гидротермический режим гео(эко-)сис-тем, являются одной из причин того, что региональный уровень прогнозирования остается еще слабо разработанным. Для этого уровня приходится создавать свою методику экологических прогнозов, примером чего может служить разработанный нами метод регионального ландшафт-но-экологического прогнозирования, являющийся составной частью палеопрогнозной концепции [6, 17].
Еще более сложна картина проявлений глобальных биосферных процессов в масштабе локальных гео(эко-)систем. «Чем дробнее подразделение л андшафтной сферы, тем сложнее структура окружающей его среды. В полной мере связанное целое с последовательно действующими прямыми и обратными связями образует только планетарная геосистема» [18, с. 52—53]. Уже на региональном уровне пространственная сопряженность геокомпонентов и степень их интегра-тивной целости резко снижаются, благодаря чему возникает феноменальное явление полиморфизма ландшафтно-зональных систем [17], которое сохраняется, а возможно на локальном уровне даже усиливается, в масштабе наиболее дробных подразделений географической среды.
Благодаря этому явлению, местный отклик на глобальные изменения климата имеет вид многозначной реакции растительности и почв на фоновые климатические сигналы. До сих пор отсутствует сколько-нибудь четкое представление об этой многозначности, что стоит в ряду «всепроникающей неопределенности» [19] феномена глобальных изменений климата. Во-первых, не решена проблема трансформации глобально-региональных климатических сигналов в локальные, соразмерные с м асштабами природных л анд-шафтов и их частей — вплоть до биогеоценозов. Остаются неясными передаточные механизмы ответной реакция климатических ниш почвенно-фитоценотического ядра локальных экосистем на перестройку фоновых атмосферных процессов. Во-вторых, эмпирически не установлены наиболее вероятные для данных зонально-региональных условий траектории переходов одних топо-экосистем в другие при тех или иных сценариях изменениях глобального климата. Незнание механизмов, управляющих взаимодействием особей и популяций, может привести к тому, что «...все
попытки связать глобальные энергетические характеристики экосистемы с ее локальным поведением будут носить до известной степени спекулятивный характер» [20, с. 281].
Каждая локальная экосистема «... имеет большое количество устойчивых состояний равновесия... Система все время переходит из одного состояния в другое... Указанные переходы неоднозначны, так как в экосистемах часто возможно существование нескольких состояний равновесия при воздействии одной величины (гистере-зисный режим). Путь, по которому пройдет каждая экосистема вследствие воздействий, также неоднозначен» [15, с. 188—189]. По этой причине прямое «проецирование» глобально-региональных гидротермических изменений на уровень локальных гео(эко-)систем, без учета преломляющего воздействия местных факторов (прежде всего, геоморфологических и почвенно-эдафи-ческих), может привести к ошибочным результатам и вряд ли позволит получить необходимую картину территориального разнообразия будущих экологических ситуаций в регионе.
В настоящее время практически отсутствуют опыты по определению направлений и скоростей распространения внешних сигналов с глобально-регионального уровня на топологический. Сами глобальные и региональные гидротермические тренды описываются двумя исходными параметрами: температурами и осадками, связь которых с биогеоценозами выражена слабо и зачастую статистически недостоверна. Необходимо установить причинные механизмы локального отклика на глобальные и региональные сигналы, выявив передаточные функции в ландшафтных связях, которые трансформируют сигналы при их прохождении через сопряженные ансамбли природных комплексов и их компонентов.
Таким образом, речь идет о разработке новой прогнозной геэкологической концепции «Глобальные изменения на локальном уровне», которую предлагается называть прогнозной топо-экологи-ческой концепцией [17]. По нашему мнению, она призвана войти в научно-методический арсенал локального биоэкологического и геосистемного мониторинга глобальных изменений.
Известные нам опыты региональных и локальных экологических прогнозов, в отличие от прогнозов глобальных, носят еще в значительной мере пионерный характер и поэтому в них трудно выявить черты самостоятельного научного направления, со своим теоретическим и научно -методическим арсеналом. Особенно слабо разработаны численные (теоретические) методы ландшафтно-экологического прогнозирования. Используемые отечественными и зарубежными
исследователями имитационные модели [20—22, и др.] по существу не выходят за пределы аут- и синэкологии, оставляя вне поля зрения экологию географическую (пространственную). Это модели, как правило, с сосредоточенными параметрами, они не дают территориальной развертки регионального и локального отклика на внешние фоновые возмущения. Описывая достаточно глубоко прогнозные сценарии по отдельным геокомпонентам, имитационные модели не могут дать целостного представления о будущем облике самой экосистемы [23]. Ландшафтная экология не может ограничиваться подобным типом моделирования, поскольку она имеет дело с территориально дифференцированными экосистемами, которые образованы сложным взаимодействием разнокачественных географических полей. Немаловажное значение здесь приобретают методы дискретного эмпирико-статистического моделирования экосистем [24], и эти м етоды широко использованы в наших исследованиях [6, 17, и др.].
Истоки механизмов реакции разнопорядковых ландшафтных структур на внешние возмущения лежат в организация гео(эко-)систем локального уровня и, прежде всего, ландшафтных фаций, или биогеоценозов. Еще в 1968 г. Н. В. Тимофеев-Ресовский определил биогеоценоз как элементарную хорологическую единицу биологического круговорота, представляющую собой весьма сложную саморегулируемую систему с микроэволюционными процессами [25]. Абсолютное доминирование в ландшафтной фации вертикальных (межкомпонентных) связей предопределяет высокую степень скоррелированности составляющих ее геокомпонентов и достаточно жесткую замкнутость биогенного цикла вещественно-энергетического обмена.
«Вещественный и энергетический круговороты биогеоценозов взаимосвязаны и образуют гигантский круговорот биосферы Земли» [26, с. 90]. По-видимому, именно это имел в виду в свое время Л. С. Берг, справедливо считая, что «фация — это чуткий барометр, отзывающийся на все особенности и на все изменения географической среды» [27, с. 209]. Несомненно, Берг имел в виду многозначность реакции гео(эко-)систем локального уровня на изменения глобальных биосферных процессов.
Сфера топов представляет собой наиболее комплексную и активную часть природной среды, ее функциональное «ядро» [16, 18]. Не случайно в качестве первостепенных задач геосистемного мониторинга И. П. Герасимов [28] считал изучение внутреннего оборота веществ в главных природных экосистемах и оценку сбалансированности биологического круговорота как
необходимого условия их устойчивости. При этом следует иметь в виду, что гео(эко-)системы локального уровня характеризуют в каждом регионе не только его зонально-региональный фон, но и типичное разнообразие местных отклонений от него, которые способны имитировать фоновые характеристики других регионов, нередко весьма отдаленных. Многообразию локальных природ-но-территориальных структур должно соответствовать и множество их ответных реакций на глобальные изменения, что позволяет существенно раздвинуть рамки данной модельной территории и выйти на обобщения зонально-регионального масштаба.
В свете изложенного очевидно, что л окальный мониторинг глобальных изменений природной среды представляет собой стратегически наиболее фундаментальный, хотя и достаточно трудоемкий, путь научно-методического обеспечения оценок экологических последствий техногенных воздействий на климат в масштабе экономических и административных регионов. Практическое значение разработки прогнозной топо-эко-логической концепции несомненно, поскольку ответные меры по предотвращению возможных негативных последствий глобальных изменений климата должны разрабатываться в первую очередь в масштабе региональных и л окальных природных комплексов. Только в этом случае удастся избежать неоправданных затрат и свести к минимуму опасность дорогостоящих ошибок при решении актуальных экологических проблем [19, 29].
Познание крупномасштабных биосферных процессов тесно связано с решением проблемы сохранения и воспроизводства лесных ресурсов на обширных территориях в условиях глобальных климатических изменений. Лесной покров входит в число ведущих факторов устойчивости континентальной биосферы. Леса занимают более 49 % площади земель России, что составляет 20 % общей площади лесного покрова планеты [30].
Растительный компонент природных ландшафтов осуществляет биологическую регуляцию газового состава атмосферы, глобального влаго-оборота, воднотеплового режима почв, процессов выветривания, накопления в почве необходимого для жизни биогенных химических элементов. В этой глобальной и жизненно необходимой для человека функции растительности экологическая роль лесного покрова особенно велика, поэтому проблема сохранения лесных экосистем и воспроизводства лесных ресурсов на южной границе лесной зоны умеренных широт, где лесные сообщества находятся в состояниях, близких к кри-
тическим, относится к числу фундаментальных экологических проблем. Она всегда была актуальной для Европейской России, в пределах которой обширная переходная полоса от леса к степи, то есть зональный лесостепной экотон, составляет индустриальное и демографическое ядро нашей страны. Поэтому в отечественной географии эта проблема имеет глубокие исторические корни (С. И. Коржинский, В. В. Докучаев, Г. И. Танфильев, Г. Ф. Морозов, Г. Э. Гроссет, Л. С. Берг, А. А. Григорьев, Ф. Н. Мильков, М. И. Будыко и др.). В настоящее время в ее решении все большее значение приобретают вопросы устойчивости природных экосистем как ес-тественноисторической основы устойчивого развития региона.
Географические экотоны как первоочередные объекты мониторинговых иследований
Комплексный многоплановый геоэкологический мониторинг целесообразно проводить на биогеографических экотонах, поскольку «...большинство элементов экосистем в условиях экото-нов располагаются вблизи своих экологических границ и соответственно обладают повышенной чувствительностью к внешним воздействиям» [31, с. 26].
Географический экотон есть сопряженная кон-некционная (парагенетическая, векторная, каскадная и т. п.) система природно-территориаль-ных комплексов как относительно однородных на данном иерархическом уровне географических образований, функционально взаимосвязанных и пространственно упорядоченных соответствующими геопотоками. В свете известных рубежей горизонтальной контрастности на региональном уровне наиболее важное значение имеют две категории геоэкотонов — климатический и орографический. На локальном уровне нередки также фитоэкотоны, особенно характерные для лесостепи. Катену можно рассматривать как линейное (одномерное) выражение орографического экотона данного ранга, в то время как переходные полосы между звеньями самой катены оказываются экотонами более низкого структурного уровня. При своих различных сочетаниях частные эко-тоны создают комплексные переходные зоны, которые получили название ландшафтов — эко-тонов [32].
Мониторинговые исследование нами проведены на примере лесных экосистем основного водосбора Волжского бассейна и его окружения [6, 17]. Динамика природных зон и зональных границ данной территории в голоцене и историческое время иллюстрирует весьма высокую чувствительность ее растительного покрова и
ландшафтов как к климатическим колебаниям, так и к воздействию человека [8—10 и др.]. Столь высокая динамичность природных экосистем здесь обусловлена тем, что данная территория является крупным фрагментом транс -континентальной переходной зоны в Северной Евразии [33] — бореального экотона, по нашей терминологии [6].
Бореальный экотон как система зонально-поясных границ первого порядка отделяет бореаль-ный пояс (преимущественно таежнолесной) от суббореального (лесостепного, степного и пустынного). Данный экотон обусловлен важнейшим для структуры и функционирования зональных растительных сообществ климатическим рубежом — переходом соотношения тепла и влаги через 1. Это коренным образом меняет энергетический потенциал основных природных процессов: выветривания и почвообразования, превращения и миграции веществ, становления и развития биоценозов. Как показала гидротермическая ординация зональных типов ландшафтов [33, 34], на территории бореального экотона Русской равнины северная (луговая) степь, лесостепь, широколиственные, смешанные и южнотаежные леса сосуществуют в достаточно узких диапазонах сумм биологически активных температур (1700—2300 °С), годового количества осадков (600—750 мм) и коэффициента увлажнения Высоцкого-Иванова 0,7—1,0. В этих условиях приграничные лесные экосистемы, имеющие значительное взаимное перекрытие своих климааре-алов, неизбежно приобретают черты триггерных систем с гистерезисными свойствами по определению [35] и находятся в состояниях, близких к критическим, что и определяет их повышен -ную чувствительность к воздействиям глобальной климатической системы. Вблизи южной границы лесной зоны на Русской равнине начинается обширный гистерезисный пояс, охваты -вающий лесостепь и северную степь и отличающийся множеством метастабильных состояний природных, в том числе лесных, экосистем. В пределах этой «петли гистерезиса» даже незначительное ухудшение лесорастительных климатических условий способно вызывать необратимую деградацию лесных формаций.
Таким образом, бореальный экотон Русской равнины может быть по классификации отнесен к категории кризисных экологических зон [29], поэтому он представляет собой весьма благоприятную модельную территорию для научного поиска по целому ряду узловых эколого-географи-ческих проблем и в том числе по проблеме регионально-локального отклика на глобальные климатические изменения. Очевидно, основной
водосбор Волжского бассейна может служить весьма благоприятным объектом исследования по разработке теории и методов геоэкологичес-когоо мониторинга.
Научная значимость и актуальность мониторинга лесных ресурсов
Необходимость сохранения лесных, а с ними и водных ресурсов особенно остро стоит в средней полосе Европейской России. Многие ее эко-регионы входит в один из трех мировых центров дестабилизации окружающей среды, где сформировалось обширное пространство с полностью нарушенным лесным покровом площадью в несколько миллионов квадратных километров и где сохранилось не более 5—10 % коренных лесных сообществ [30]. В схеме районирования территории России по остроте экологической ситуации [36] эти регионы относятся к территориям с катастрофической ситуацией, где антропогенные нагрузки превышают нормативные величины и экологические требования. Это привело к истощению природных ресурсов, с потерей фито-массы более 50 %, а также к значительной утрате генофонда и уникальных природных объектов [37].
На основе обработки последних спутниковых данных по цифровой Карте лесов [38] установлено, что не более 43 % территории, например, бассейна Оки занято сплошными и редкостойными лесными массивами. Сомкнутость крон колеблются в бассейне от 38—45 % до 56—63 % и в среднем составляет 50,7 %, что приближает значительную часть лесных массивов Окского бассейна к редколесному гемиксерофитному состоянию. Уже в последней четверти ХХ века по всему лесостепному правобережью Оки и Средней Волги средняя относительная полнота насаждений (параметр, эквивалентный сомкнутости крон) составляла около 0,7 [39]. Общее изреживание древостоев и дефолиация крон стали результатом грибных болезней деревьев, поражения их энтомовредителями и усыхания отдельных пород (в частности ели и дуба), а также следствием ле-сохозяйственных стрессов [40]. Повсеместно развиваются негативные процессы старения и деградации лесов, поэтому, например, «...леса Московской области в настоящее время утрачивают свои защитные свойства, снижается их природоохранный, санитарно-гигиенический и рекреационный потенциал» [41, с. 4].
В целом по территории Европейской России за период 1961—2000 гг. произошел общий рост лесистости [42], однако в бореальном поясе площади мелколиственных лесов выросли в два раза больше, чем площади лесов хвойных. Вызванная
многовековой интенсивной лесо- и агрохозяйс-твенной деятельностью смена коренных (кли-максовых) зональных лесных формаций Окско-Волжского бассейна (темнохвойных, смешанных, широколиственных) вторичными мелколиственными сообществами (березняками и осинниками) привела к снижению эффективности использования солнечной энергии на производство живой фитомассы [17] и, как следствие, к существенной потере лесным покровом экологических ресурсов его обратного воздействия на климат с помощью механизмов регуляции углеродного цикла, согласно концепции [37]. Одновременно с этим усилилась динамичность лесных сообществ — повысилась их чувствительности к возмущающим гидротермическим сигналам и ускорились сукцессионные смены, стремящиеся вернуть их в прежнее (либо новое) устойчивое состояние.
В соответствии с Программой МАБ, отдельные регионы Окско-Волжского бассейна способны «...быть примером деградированных экосистем, которые можно восстановить до близкого к естественному состоянию» [43, с. 69]. Однако (см. выше) последнее должно вызвать неизбежную климатическую аридизацию, в настоящее время проблема сохранения и воспроизводства лесных ресурсов здесь еще более обостряется в связи с интенсивным глобальным антропогенным потеплением экорегиона и резкое ухудшение лесорастительных условий по всей зоне перехода от леса к степи в течение ближайшего столетия [17]. Таким образом, геосистемный мониторинг в Центральном экорегионе Европейской России призван внести вклад в разработку научно-методических основ борьбы с дальнейшим обезлесиванием («антропогенным опустыниванием») этой территории, а также лесовосста-новления методами лесного хозяйства.
Общее направление научного поиска
Сложность осуществления мониторинга в значительной мере связана с многофакторностью воздействия климатической системы и многозначностью реакции разнопорядковых ландшафтных структур и их элементов на одни и те же глобальные и региональные климатические сигналы. Соответственно остается высокой неопределенность самого воздействия глобальных изменений [44], с нередким «дефицитом адаптации» лесных экосистем к этим изменениям. Это выдвигает на первый план проблему иерархии масштабов экосистемной реакции и ее пространственной интеграции. Биосферные резерваты как территории слежения за спонтанными, в том числе глобально-антропогенными, измене-
ниями в биосфере характеризуют в каждом регионе не только зонально-региональный фон территории, но и типичное разнообразие локальных отклонений от этого фона, которые могут имитировать фоновые характеристики других регионов, нередко весьма отдаленных. Многообразию био-геоценотических структур изучаемой региональной экосистемы должно соответствовать и многообразие их ответной реакции на глобальные изменения, что требует проведения сопряженного многомерного анализа структуры и функционирования лесных экосистем.
Одним из наиболее перспективных направлений дальнейших исследований в области региональной динамической экологии в свете глобальных изменений климата может быть постановка серии экспериментов по изучению механизмов локального отклика на глобальные и региональные гидро-климатические сигналы, с выявлением системы передаточных и трансформирующих функций в ландшафтных связях. Экотонный спектр природных зон, охватывающий основной водосбор Волжского бассейна, — весьма благоприятная модельная территория для проведения таких экспериментов.
Рациональная система геоэкологического мониторинга может базироваться только на уже имеющихся достижениях в практике изучения и регулирования состояния окружающей среды [45]. Это позволяет установить определенную исходную «норму» той или иной переменной данного состояния, а также оценить допустимые пределы ее изменений. Ландшафтно-экологический подход к разработке геоэкологического мониторинга рассматривает природные экосистемы локального (топологического) уровня (ландшафтные фации, или биогеоценозы) в качестве исходных объектов исследования. Особенность данного подхода к мониторингу состоит также в том, что он, во-первых, касается всего комплекса природных взаимосвязей (как прямых, собственно экологических, так и опосредованных, географических), а во-вторых, охватывает не только межкомпонентные взаимодействия, но и территориальные закономерности изменения экологических связей, то есть рассматривает природные экосистемы в их пространственно распределенных параметрах.
В рабочих вариантах развития концепции г ео-экологического мониторинга можно наметить подходы к первоочередному решению, по крайней мере, трех взаимосвязанных задач. Во-первых, необходимо установить причинные механизмы территориальной организации и функционирования лесных экосистем. Эти механизмы могут рассматриваться как передаточные звенья
локального распространения и трансформации глобально-региональных климатических сигналов. Во-вторых, следует выявить пути прохождения и способы преобразования этих сигналов по системе межкомпонентных и межкомплексных ландшафтных связей, с построением соответствующих эмпирических моделей. В-третьих, предстоит выявить мозаику локальных реакций на глобальные воздействия с помощью прогнозных экспериментов с моделями ландшафтных связей при заданных сценариях ожидаемых изменений глобального климата.
Концепция Национальной программы приоритетных направлений развития лесной науки «Экологические и социально-экономические угрозы деградации лесов России и пути их предотвращения» [46] в качестве первоочередных задач предусматривает: развитие методов и технологий мониторинга в оценках ресурсного потенциала и экологического состояния лесов, их биоразнообразия и экосистемных функций; разработку моделей прогнозирования лесов в условиях комбинированного воздействия природных и антропогенных факторов, в том числе изменений климата. Среди адаптационных мер по отношению к л есному хозяйству следует отметить: совершенствование технологий сохранения су-
ществующих лесов и лесовосстановления на деградированных землях; создание адаптационных лесных экосистем как новой категории защитных лесов.
Заключение
Стратегической целью мониторинговых исследований лесного покрова является раскрытие экологического потенциала перехода к адаптивному лесному хозяйству на основе изучения механизмов устойчивости л есных экосистем в условиях современного глобального потепления. Геоэкологический мониторинг становится сквозным технологическим приемом выявления ключевых показателей отклика лесных сообществ на климатические сигналы, а также установления пороговых значений этих сигналов, которые превышают адаптационные способности лесооб-разующих пород. Мониторинг призван создать научно-методические предпосылки для внедрения «...специальных режимов лесного хозяйства, направленных на формирование породного состава и структуры древостоев на регионально-типологической основе» [42, с. 57]. Тем самым предполагается внести определенный вклад в экологическое обоснование адаптивного устойчивого лесоуправления.
Библиографический список
1. Будыко М. И. Климат в прошлом и будущем. — Л.: Гидрометеоиздат, 1980. — 351 с.
2. Предстоящие изменения климата / Под ред. М. И. Будыко и А. Д. Хекта. — Л.: Гидрометеоиздат, 1991. — 272 с.
3. Impacts of climatic change on natural ecosystems (with emphasis on boreal and arctic/alpine areas) / Editors: Holten J. I., Paulsen G., Oechel W. C. — Trondheim: NINA and DN, 1993. —185 p.
4. Кобак К. И., Кондрашева Н. Ю., Турчинович И. Е. Влияние изменений климата на природную зональность и экосистемы России // Изменения климата и их последствия. — СПб.: Наука, — 2002. — С. 205—210.
5. Изменение климата и ландшафтов за последние 65 миллионов лет / Отв. ред. А. А. Величко. — М.: ГЕОС, 1999. — 259 с.
6. Коломыц Э. Г. Бореальный экотон и географическая зональность: Атлас-монография. — М.: Наука, 2005. — 390 с.
7. Gauthier S., Bernier P., Kuuluvainen T., Shvidenko A. Z. and Schepachenko D. G. Boreal forest health and global change // Science. — 2015. — Vol. 349. — Issue 6259. — P. 819—821.
8. Палеогеография Европы за последние с то тысяч лет: Атлас-монография. / Отв. ред. И. П. Герасимов и А. А. Величко. — М.: Наука, 1982. — 156 с.
9. Atlas of Paleoclimates and Paleoenvironments of the Northern Hemis-phere. Late Pleistocene — Holocene / Ed. by A. A. Velichko, B. Frensel, M. Pecsi. — Budapest: Geogr. Res. — Inst. Hungar. Academy of Sci., 1991. — 153 p.
10. Климаты и ландшафты Северной Евразии в условиях глобального потепления. Ретроспективный анализ и сценарии. Атлас-монография. Вып. III / Отв. ред. А. А. Величко. — М.: ГЕОС, 2010. — 220 с.
11. Emanuel W. R., Shugart H. H., Stevenson M. R. Climatic changes and the boreal-scale distribution of terrestrial ecosystem complexes // Climatic Change. — 1985. — No. 7. — P. 29—43.
12. Кобак К. И., Кондрашева Н. Ю. Глобальное потепление и природные зоны // Метеорология и гидрология. — 1992. — № 8. — С. 91—98.
13. Сиротенко О. Д., Абашина Е. В. Агроклиматические ресурсы и физико-географическая зональность территории России при глобальном потеплении // Метеорология и гидрология. — 1998. — № 3. — С. 92—103.
14. Глазовский Н. Ф. Современные подходы к оценке устойчивости биосферы и развитие человечества // Почвы, биогеохимические циклы и биосфера. — М.: Ин-т географии РАН, 2004. — С. 20—49.
15. Тарко А. М. Антропогенные изменения глобальных биосферных процессов. Математическое моделирование. — М.: Физматлит, 2005. — 231 с.
16. Сочава В. Б. Введение в учение о геосистемах. — Новосибирск: Наука, 1978. — 319 с.
17. Коломыц Э. Г. Экспериментальная географическая экология: Записки географа-натуралиста. — М.: КМК, 2018. — 716 с.
18. Сочава В. Б. Геотопология как раздел учения о геосистемах // Топологические аспекты учения о геосистемах. — Новосибирск: Наука, 1974. — С. 3—86.
19. Бертон И. Глобальное потепление и районы устойчивости II Глобальные изменения и региональные взаимосвязи. — М.: Ин-т географии АН СССР, l992. — С. 65—97.
20. Свирежев Ю. М., Логофет Д. О. Устойчивость биологических сообществ. — М.: Наука, l978. — 352 с.
21. Теоретические основы и опыт экологического мониторинга I Отв. ред. В. Е. Соколов, Н. И. Базилевич. — М.: Наука, 1983. — 253 с.
22. Bonan G. B., Polland D., Thompson S. L. Effect of boreal forest vegetation on global climate warming II Nature. — l992. — № 359. — P. 7l6—7l8.
23. Тишков А. А. Подходы к исследованиям динамики биоты как объекта географического прогнозирования II Географическое прогнозирование и природоохранные проблемы. — М.: Ин-т географии АН СССР, l988. — С. 49—60.
24. Розенберг Г. С. Модели в фитоценологии. — М.: Наука, l984. — 265 с.
25. Тюрюканов А. Н., Федоров В. М. Биосферные раздумья. — М.: РАЕН, l996. — 368 с.
26. Тимофеев-Ресовский Н. В. Структурные уровни биологических систем II Системные исследования. Ежегодник l970. — М.: Наука, l970. — С. 80—ll3.
27. Берг Л. С. Избранные труды. Т. II. Физическая география. — М.: Изд-во АН СССР, l958. — 426 с.
28. Герасимов И. П. Экологические проблемы в прошлой, настоящей и будущей географии мира. — М.: Наука, l985. — 247 с.
29. Глазовский Н. Ф., Каснерсон Р., Сдасюк Г. В., Тернер Б. Критические экологические районы мира: принципы выделения и методология изучения (подходы советских и американских географов) II Глобальные изменения и региональные взаимосвязи. Географический анализ. — М.: Ин-т географии АН СССР, l992. — С. 33—64.
30. Разнообразие и динамика лесных экосистем России. Кн. l I Отв. ред. А. С. Исаев. — М.: КМК, 20l2. — 460 с.
31. Соколов В. Е., Пузаченко Ю. Г. Естественная динамика биоценозов как базис экологического мониторинга II Биосферные заповедники. — Л.: Гидрометеоиздат, l982. — С. 8—20.
32. Преображенский В. С., ред. Охрана ландшафтов: Толковый словарь. — М.: Прогресс, l982. — 272 с.
33. Базилевич Н. И., Гребенщиков О. С., Тишков А. А. Географические закономерности структуры и функционирования экосистем. — М.: Наука, l986. — 297 с.
34. Исаченко А. Г. Система ландшафтов и содержание ландшафтной карты мира II Изв. Всесоюз. геогр. об-ва. — l988. — Т. l20. — Вып. 6. — С. 489—50l.
35. Арманд А. Д., Ведюшкин М. А. Триггерные геосистемы. — М.: Ин-т географии АН СССР, l989. — 5l с.
36. Кочуров Б. И. Экологический риск и возникновение острых экологических ситуаций II Изв. РАН. Серия геогр. — l992. — № 2. — С. ll2—l22.
37. Лосев К. С. Экологические проблемы и перспективы устойчивого развития России в XXI веке. — М.: Изд-во «Кос-мосинформ», 200l. — 399 с.
38. Bartalev S. A., Belward A. S., Ershov B. V., Isaev A. S. A new SPOT4-VEGETATION derived land cover map of Northern Eurasia II International Journal of Remote Sensing. — 2003. — Vol. 24. — № 9. — P. l977—l982.
39. Природные ресурсы Русской равнины в прошлом, настоящем и будущем I Отв. ред. С. В. Зонн и А. Г. Чикишев. — М.: Наука, l976. — 379 с.
40. Восточноевропейские леса. История в голоцене и современность. Кн. l I Отв. ред. О. В. Смирнова. — М.: Наука, 2004. — 477 с.
41. Коротков С. А., Стоноженко Л. В., Киселева В. В., Глазунов Ю. Б. Влияние эколоогических и социально-экологических факторов на формирование лесов Подмосковья II Пробемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. — 2020. — Т. XXXI. — № l—2. — С. 9l—ll0.
42. Швиденко А. З., Щепаченко Д. Г., Кракснер Ф., Онучин А. А. Переход к устойчивому управлению лесами России: теоретико-методические предпосылки II Сибирский лесной журнал. — 20l7. — № 6. — С. 3—25.
43. Тишков А. А. Концепция биосферных резерватов Программы МАБ и задачи сохранения биоразнообразия: достижения и проблемы спустя 50 лет II Вопросы географии. Сб. l52. Человек и биосфера. — М.: Медиа-ПРЕСС. — 202l. — С. 62—l00.
44. Kurz W. A., Shaw C. H., Boisvenue C., et al. Carbon in Canada's boreal forest — A synthesis II Environ. Rev. 20l3. Vol. 2l. P. 260—293.
45. Израэль Ю. А., Филиппова Л. М., Инсаров Г. Э., Семевский Ф. Н., Семенов С. М. Экологический мониторинг и регулирование состояния природной среды II Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т. IV. — Л.: Гидрометеоиздат, l98l. — С. 6—l9.
46. Лукина Н. В., Исаев А. С., Крышень А. М. Приоритетные направления развития лесной науки как основы устойчивого управления лесами II Лесоведение. — 20l5. — № 4. — С. 243—254.
WAYS TO DEVELOP THEORY AND METHODS OF FORESTS GEO-ECOLOGICAL MONITORING
E. G. Kolomyts, Ph. D. (Geography), Dr. Habil., Professor, Leading Researcher at the Institute of Fundamental Problems of Biology, Pushchino Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, egk2000@mail.ru, Pushchino, Russia
References
1. Budyko M. I. Klimat v proshlom i budoshchem [Climate in the past and future]. Leningrad, Gidrometeoizdat. 1980. 351 p. [in Russian].
2. Pregstoyashchie izmeneniya klimata [Upcoming climate changes]. Eds. M. I. Budyko, and A. D. Hekta. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1991. 272 p. [in Russian].
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
№
Impacts of climatic change on natural ecosystems (with emphasis on boreal and arc-tic/alpine areas). Editors: Holten J. I., Paulsen G., Oechel W. C. Trondheim, NINA and DN, 1993. 185 p.
Kobak K. I., Kondrasheva N. Yu., Turchinovich I. E. Vliyanie izmeneny klimata na prirodnuyu zonal'nost' i ekosistemy Ros-sii [The influence of climate change on natural zonality and ecosystems in Russia]. Climate Changes and their Consequences. St. Petersburg, Nauka. 2002. P. 205—210 [in Russian].
Izmenenie klimata i landshaftov za poslednie 65 millionov let [Climate and landscape changes over the last 65 million years]. Rep. ed. A. A. Velichko. Moscow, GEOS, 1999. 259 p. [in Russian].
Kolomyts E. G. Boreal'ny ecoton I geographicheskaya zonal'noct'. Atlas-monographiya [Boreal ecotone and geographic zo-nation: Atlas-monograph]. Moscow, Nauka. 2005. 390 p. [in Russian].
Gauthier S., Bernier P., Kuuluvainen T., Shvidenko A. Z. and Schepachenko D. G. Boreal forest health and global change. Science. 2015. Vol. 349. No. 6259. P. 819—821.
Paleogeographiya Evropy za poslednie sto tysyach let. Atlas-monographiya [Paleogeography of Europe over the past thousand years. Atlas-monograph]. Rep. ed. I. P. Gerasimov and A. A. Velichko. Moscow, Nauka, 1982. 156 p. [in Russian]. Atlas of Paleoclimates and Paleoenvironments of the Northern Hemisphere. Late Pleis-tocene — Holocene. Ed. by A. A. Velichko, B. Frensel, M. Pecsi. Budapest: Geogr. Res. —Inst. Hungar. Academy of Sci. 1991. 153 p.
Klimaty i landshafty Severnoy Evrazii v usloviah global'nogo poteplenyia. Atlas-monographiya. [Climates and landscapes of Northern Eurasia in conditions of global warming. Retrospective analysis and scenarios. Atlas-monograph]. Vol. III / Rep. ed. A. A. Velichko. Moscow, GEOS, 2010. 220 p. [in Russian].
Emanuel W. R., Shugart H. H., Stevenson M. R. Climatic changes and the boreal-scale distribution of terrestrial ecosystem complexes. Climatic Change, 1985. No. 7. P. 29—43.
Kobak K. I., Kondrasheva N. Yu. Global'noe poteplenie i prirodnye zony. [Global warming and natural zones]. Meteorology and hydrology. 1992. No. 8. P. 91—98 [in Russian].
Sirotenko O. D., Abashina E. V. Agroklimaticheskie resursy i fiziko-geograficheskaya zonal'nost' territorii Rossii pri glo-bal'nom poteplenii. [Agroclimatic resources and physical-geographical zonality of the territory of Russia during global warming]. Meteorology and Hydrology. 1998. No. 3. P. 92—103 [in Russian].
Glazovsky N. F. Sovremennye podkhogy k otsenke ustoychivosti biosfery i razvitie chelovechestva. [Modern approaches to assessing the stability of the biosphere and the development of mankind]. Soils, biogeochemical cycles and the biosphere. Moscow, Institute of Geography RAS. 2004. P. 20—49. [in Russian].
Tarko A. M. Antropogennye izmeneniya global'nyh biosfernyh processov. Matematicheskoe modelirovanie. [Anthropogenic changes in global biosphere processes. Mathematic modeling]. Moscow, Phyzmatlit. 2005. 231 p. [in Russian]. Sochava V. B. Vvedenie v uchenie o geosistemsh [Introduction to the study of geosystems]. Novosibirsk, Nauka. 1978. 319 p. [in Russian].
Kolomyts E. G. Experimental'naya geograficheskaya ekologiya. Zapiski geografa-naturalista. [Experimental geographic ecology. Notes of a geographer-naturalist]. Moscow, KMK, 2018. 716 p. [in Russian].
Sochava V. B. Geotgopologiya kak razdel ucheniya o geosistemah [Geotopology as a section of the study of geosystems]. Topological aspects of the study of geosystems. Novosibirsk, Nauka. 1974. P. 3—86 [in Russian].
Berton I. Global'noe poteplenie i rayony ustoychivosti [Global warming and areas of sustainability]. Global changes and regional relationships. Moscow, Institute of Geography of the USSR Academy of Sciences. 1992. P. 65—97 [in Russian]. Svirezhev Yu. M., Logofet D. O. Ustouchivost biologicheskih soobshchestv [Stability of biological communities]. Moscow, Nauka. 1978. 352 p. [in Russian].
Teoreticheskie osnovy i opyt ekologicheskogo monitoring [Theoretical foundations and experience of environmental monitoring]. Rep. ed. V. E. Sokolov, N. I. Bazilevich. Moscow, Nauka. 1983. 253 p. [in Russian].
Bonan G. B., Polland D., Thompson S. L. Effect of boreal forest vegetation on global climate warming. Nature. 1992. No. 359. P. 716—718.
Tishkov A. A. Podkhody k issledovaniyam dinamiki bioty kak ob'ekta geograficheskogo prognozirovaniya [Approaches to research into the dynamics of biota as an object of geographic forecasting]. Geographical forecasting and environmental problems. Moscow, Institute of Geography of the USSR Academy of Sciences. 1988. P. 49—60 [in Russian]. Rosenberg G. S. Modeli v fitozenologii [Models in phytocoenology]. Moscow, Nauka. 1984. 265 p. [in Russian]. Tyuryukanov A. N., Fedorov V. M. Biosphernye razdum'ya [Biosphere thoughts]. Moscow, RANS. 1996. 368 p. [in Russian]. Timofeev-Resovsky N. V. Strukturnye urovni biologicheskih system [Structural levels of biological systems]. System Research. Yearbook 1970. Moscow, Nauka. 1970. P. 80—113 [in Russian].
Berg L. S. Izbrannye Trudy. T. II. Fizicheskaya geographiya [Selected works. T. II. Physical geography]. Moscow, Publishing House of the USSR Academy of Sciences. 1958. 426 p. [in Russian].
Gerasimov I. P. Ekologicheskie problem v proshloy, nastoyashchey i bugushchey geografii Mira [Environmental problems in the past, present and future geography of the World]. Moscow, Nauka. 1985. 247 p. [in Russian].
Glazovsky N. F., Kasperson R., Sdasyuk G. V., Turner B. Kriticheskie ekologicheskie rayony Mira: printsipy vydeleniya I metodologiya izuchtniya (podkhody sovetskih i amerikanskih geografov) [Critical ecological regions of the World: principles of identification and methodology of study (approaches of Soviet and American geographers)]. Global changes and regional interactions communications. Geographical analysis. Moscow, Institute of Geography of the USSR Academy of Sciences. 1992. P. 33—64 [in Russian].
Raznoobrazie I dinamika lecnyh ekosistem Rossii / Kniga I [Diversity and dynamics of forest ecosystems in Russia. Book 1]. Ed. A. S. Isaev. Moscow, KMK. 2012. 460 p. [in Russian].
Sokolov V. E., Puzachenko Yu. G. Estestvennaya dinamika biotsenozov kak basis ekologicheskogo monitoringa [Natural dynamics of biocenoses as the basis for environmental monitoring]. Biosphere Reserves. Leningrad, Gidrometeoizdat. 1982. P. 8—20.
32. Preobrazhensky V. S., Ed. Okhrana landshaftov. Tolkovy slovar' [Landscape protection. Dictionary]. Moscow, Progress. 1982. 272 p. [in Russian].
33. Bazilevich N. I., Grebenshchikov O. S., Tishkov A. A. Geograficheskie zakonomernosti struktury I funktsionirovaniya eko-sistem [Geographical patterns of structure and functioning of ecosystems]. Moscow, Nauka. 1986. 297 p. [in Russian].
34. Isachenko A. G. Sistema landshaftov I soderzhanie lanfshaftnoy karty Mira [The system of landscapes and the content of the landscape map of the World]. Izv. All-Union geogr. ab-va. 1988. Vol. 120. No. 6. P. 489—501 [in Russian].
35. Armand A. D., Vedyushkin M. A. Triggernye geosistemy [Trigger geosystems]. Moscow, Institute of Geography of the USSR Academy of Sciences. 1989. 51 p. [in Russian].
36. Kochurov B. I. Ekologichesky risk I vozniknivenie ostryh ekologicheskih situatsy [Environmental risk and the occurrence of acute environmental situations]. Izv. RAS. Geogr. Series. 1992. No. 2. P. 112—122 [in Russian].
37. Losev K. S. Ekologicheskie problem I perspektivy ustoychivogo razvitiya Rossii v XXI veke [Environmental problems and prospects for sustainable development of Russia in the 21st century]. Moscow, Publishing house "Kosmosinform". 2001. 399 p. [in Russian].
38. Bartalev S. A., Belward A. S., Ershov B. V., Isaev A. S. A new SPOT4-VEGETATION derived land cover map of Northern Eurasia. International Journal of Remote Sensing. 2003. Vol. 24. No. 9. P. 1977—1982.
39. Prirodnye resursy Russkoy Ravniny v proshlom, nastoysshchem i budushchem [Natural resources of the Russian Plain in the past. present and future]. Resp. ed. S. V. Zonn and A. G. Chikishev. Moscow, Nauka. 1976. 379 p. [in Russian].
40. Vostochnoevropeyskie lesa. Istoriya v golotsene i sovremennost'. Kniga I [Eastern European forests. History in the Holocene and modern times. Book 1]. Resp. ed. O. V. Smirnova. Moscow, Nauka. 2004. 477 p. [in Russian].
41. Korotkov S. A., Stonozhenko L. V., Kiseleva V. V., Glazunov Yu.B. Vliyanie ekologicheskih I sotsialno-ekonomicheskih faktorov na formirovanie lrsov Podmoskovya [The influence of ecological and socio-ecological factors on the formation of forests in the Moscow Region]. Problems of environmental monitoring and modeling of ecosystems.2020. Vol. XXXI. No. 1—2. P. 91—110 [in Russian].
42. Shvidenko A. Z., Shchepachenko D. G., Kraksner F., Onuchin A. A. Perekhod k ustouchivomu upravleniyu lesami Rossii: teoretiko-metodicheskie predposylki [Transition to sustainable forest management in Russia: theoretical and methodological prerequisites]. Siberian Forest Journal. 2017. No. 6. P. 3—25 [in Russian].
43. Tishkov A. A. Kontseptsiya biosfernyh rezervatov. Programmy MAB i zadachi sokhraneniya bioraznoobraziya: dostizheniya i problemy spustya 50 let [The concept of biosphere reserves of the MAB Program and the tasks of preserving biodiversity: achievements and problems after 50 years]. Questions of Geography. Sat. 152. Man and the biosphere. Moscow, Media-PRESS. 2021. P. 62—100 [in Russian].
44. Kurz W. A., Shaw C. H., Boisvenue C., et al. Carbon in Canada's boreal forest — A syn-thesis. Environ. Rev. 2013. Vol. 21. P. 260—293.
45. Israel Yu. A., Filippova L. M., Insarov G. E., Semevsky F. N., Semenov S. M. Ekologichesky monitoring I regulirivanie sos-toyaniya prirodnoy sredy [Environmental monitoring and regulation of the state of the natural environment]. Problems of environmental monitoring and modeling of ecosystems. Vol. IV. Leningrad, Gidrometeoizdat. 1981. P. 6—19 [in Russian].
46. Lukina N. V., Isaev A. S., Kryshen A. M. Prioritetnye napravleniya razvitiya lesnoh nauki kak osnovy ustoychivogo uprav-leniya lesami [Priority directions for the development of forest science as the basis for sustainable forest management]. Forestry. 2015. No. 4. P. 243—254 [in Russian].