Тенденции изменения верхней границы распространения древесных видов растений на западном кавказе

На правах рукописи Акатов Павел Валерьевич ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ ВЕРХНЕЙ ГРАНИЦЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ВИДОВ РАСТЕНИЙ НА ЗАПАДНОМ КАВКАЗЕ 03.02.08 – экология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Ростов-на-Дону- 2010 Работа выполнена на кафедре экологии и защиты окружающей среды Майкопского государственного технологического университета Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Сиротюк Эмилия Айсовна Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Онипченко Владимир Гертрудович кандидат биологических наук, доцент Федяева Валентина Васильевна Ведущая организация: Институт географии РАН, г. Москва Защита состоится 25 июня 2010 г. в 17-00 на заседании диссертационного совета Д 212.208.32 по биологическим наукам при Южном федеральном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105, ЮФУ, 304 ауд., e-mail: denisova777@inbox.ru, факс: (863)2638723). С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южного федерального университета (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148) и на сайте Южного федерального университета по адресу: www.sfedu.ru. Автореферат разослан 24 мая 2010 г. Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук Денисова Т.В. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. По данным Всемирной метеорологической организации (Заявление…, 2006), с начала ХХ века средняя глобальная температура у земной поверхности возросла примерно на 0.7°С, причем наиболее интенсивно потепление климата происходило с конца 70-х годов прошлого века по настоящее время. Процессы изменения климата затронули и Западный Кавказ. Так, по данным горных метеостанций за последние 30 лет в этом регионе наблюдается возрастание средних годовых, а также летних и осенних температур воздуха (Елумеева и др., 2007; Животов, 2008). Существуют свидетельства того, что современные климатические изменения уже отражаются на растительном покрове планеты, в том числе и на лесной растительности, причем в наибольшей степени на ее крайних пределах: высотном, северном и южном (Горчаковский, Шиятов, 1985; Kronberg, Watt, 2000; Dullinger et al., 2004; Шиятов и др., 2005; Капралов и др., 2006; Кошкина и др., 2008; и др.). Однако в горах Кавказа применительно к лесным сообществам исследования подобного рода практически не проводились. Целью данной работы является определение тенденций изменения верхнего предела распространения древесных видов растений в верхнегорном лесном поясе Западного Кавказа. В задачи работы входило: 1. Анализ современных данных о процессе глобального изменения климата и реакции на него растительных сообществ. 2. Определение района и объектов исследования, метода оценки изменения состояния популяций древесных видов растений на верхнем пределе их распространения. 3. Определение тенденций изменения верхней границы распространения древесных видов растений в верхнегорной полосе лесного пояса Западного Кавказа за последние 25–30 лет. 4. Определение характера изменения радиального прироста стволов древесных видов растений на верхнем пределе их распространения за последние десятилетия. 5. Определение характера соотношения между положением верхней границы распространения древесных видов 25–30 лет назад и в современный период. Основные положения, выносимые на защиту: 1. Положение верхней границы распространения хвойных видов деревьев (Abies nordmanniana и Picea orientalis) на обследованных горных массивах Западного Кавказа (г.г. Абаго, Ятыргварта, Дамхурц, хр. Солонцовый) в последние три десятилетия оставалось стабильным. 2. Отсутствует однозначная тенденция изменения верхней границы распространения у лиственных видов деревьев (Betula litwinowii, Acer platanoides, Ulmus glabra, Acer pseudoplatanus и Cerasus avium). 3. Установлена отрицательная зависимость между высотой верхней границы распространения ряда широколиственных видов деревьев (Acer platanoides, Ulmus glabra, Acer pseudoplatanus) в 50–80-е годы XX века и интенсивностью её подъёма в последующие десятилетия. Научная новизна работы обусловлена отсутствием в настоящее время информации о тенденциях изменения верхнего рубежа древесных видов растений и в целом растительных поясов на Западном Кавказе. Впервые для Западного Кавказа предпринята попытка оценить характер и интенсивность изменения верхней границы распространения бореальных и теплоумеренных видов древесных растений за последние 25–30 лет. Выявлено наличие тенденции к повышению этой границы у ряда лиственных и ее стабильность у хвойных видов деревьев. Определено, что характер динамики верхней границы древесных видов не одинаков в разных районах Западного Кавказа. Выявлена зависимость интенсивности подъема верхнего рубежа видов деревьев от его положения 25–30 лет назад. Практическая значимость данной работы определяется высокой вероятностью дальнейшего потепления климата, как на глобальном, так и на региональном уровнях, и необходимостью учета в связи с этим характера изменений растительного покрова Западного Кавказа при долгосрочном планировании рекреационной деятельности, развития лесного и сельского хозяйств, природоохранных мероприятий. Материалы диссертации вошли в ежегодные тома «Летописи природы» Кавказского государственного природного биосферного заповедника им. Х.Г.Шапошникова за 2005-2008 гг. Результаты исследования могут использоваться при подготовке лекций и учебных пособий по экологии и географии. Апробация работы. Результаты исследования докладывались на II–V международных научно-практических конференциях «Актуальные проблемы экологии в условиях современного мира», Майкоп, 2002-2005 гг.; II, VI и X международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов, докторантов и молодых ученых: «Наука – XXI веку», Майкоп, 2002, 2006, 2010 гг. Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, из которых 1 включена в перечень ВАК. Доля участия автора в публикациях составляет 100% (2,61 п.л.). Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 219 наименований, в том числе 60 на иностранных языках, 36 приложений. Общий объем работы составляет 198 страниц, включая 37 рисунков и 7 таблиц (160 основной текст, 38 – приложения). СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1 Обзор литературы по теме исследования В данной главе даётся краткая характеристика проблемы глобального изменения климата, приводится обзор литературы, касающейся реакции растительных формаций на современное потепление. Особое внимание уделено вопросу о воздействии изменения климата на состояние высотной и полярной границ растительных поясов и, прежде всего, верхней границы леса. Показана перспективность исследований динамики верхней границы леса для оценки отклика растительности на изменение климата (Горчаковский, Шиятов, 1985; и др.). Как следует из опубликованных данных, на протяжении прошлого века фиксировалось постепенное, но неравномерное повышение среднепланетарной температуры у земной поверхности, предположительно составившее 0.5–0.7°С, причем преимущественно в умеренных и высоких широтах Северного полушария. В последние годы отмечается снижение средней температуры, хотя продолжительность этого периода пока недостаточна, чтобы делать вывод о смене тенденций. На Западном Кавказе наиболее отчетливо повышение средних годовых температур начали фиксировать после 1990 года (примерно на 0.5°С). Количество осадков увеличилось, причем наиболее значительно (до 400 мм в год по метеостанции «Джуга») – в горных районах северного макросклона Главного Кавказского хребта, тогда как на южном макросклоне тенденции разнонаправленные (Кудактин и др., 2002; Лурье, Панов, 2006; Экба и др., 2007; Джандубаева, 2008; Животов, 2008). Изменение климата индуцировало некоторые изменения в растительном покрове, в частности, продвижение лесной растительности вверх в горы и в более высокие широты (Моисеев и др., 2004; Шиятов, 2005; Шиятов и др., 2005; Харук и др., 2006; Бабенко, 2006; Бабенко и др., 2008; Кошкина и др., 2008; Magee, Antos, 1992; Wardle, Coleman, 1992; Szeicz, MacDonald, 1995; Meshinev et al, 2000; Cuevas, 2000; Holtmeier, 2000; Wearne, Morgan, 2001; Kullman, 2002; Penuelas, Boada, 2003; Gehrig-Fasel et al., 2007). Однако реакция растительности Кавказа на современное изменение климата изучена слабо. Имеется лишь небольшое число работ, посвящённых данному вопросу. Так, в Тебердинском заповеднике отмечена тенденция к олуговению альпийских ковров и возрастанию в альпийских фитоценозах численности видов растений, характерных для сообществ более низких высот (Захаров и др., 2001; Елумеева, 2005; Елумеева, Онипченко, 2006; Биджиева, 2007, 2008). Глава 2 Район и методы исследования 2.1 Природные условия района исследования В данном разделе охарактеризованы геологическое строение, орография, речная сеть, климатические условия, растительность горных районов Западного Кавказа в пределах бассейнов рек Белая, Малая и Большая Лаба (Шифферс, 1953; Гвоздецкий, 1963; Чубуков, 1966; Коротков, Белоновская, 1987; Ефремов и др., 2001; Голгофская, 2003; Французов, 2006 и др.). 2.2 Обоснование выбора объектов исследования, методика и материал Наиболее эффективным методом изучения динамики растительности и границ распространения отдельных видов являются прямые многолетние наблюдения на постоянных пробных площадках или путем сопоставления данных, полученных с использованием дистанционных методов (Александрова, 1964; Moiseev, Shiyatov, 2003; и др.). Однако при их отсутствии определённую информацию о тенденциях аллогенных смен можно получить на основе косвенных методов, в частности путём анализа состояния популяций растений на пределах их распространения (Александрова, 1964; Горчаковский, Шиятов, 1985; Харук и др., 2008; Leac, Craber, 1974). В основу нашего исследования легло предположение, что при наличии тенденции к расселению древесных видов выше в горы в последние десятилетия (с конца 70-х годов прошлого столетия) следует ожидать, что на верхнем пределе распространения их популяции будут представлены особями с небольшим диаметром и возрастом (то есть преимущественно подростом) и с хорошим жизненным состоянием. В этом случае, при движении вниз по склону от верхней границы распространения того или иного вида, следует ожидать увеличения максимального возраста деревьев и, соответственно, максимального и среднего диаметра их стволов (Александрова, 1964; Горчаковский, Шиятов, 1985; Харук и др., 2008). При наличии явной тенденции к снижению верхней границы распространения видов, на верхнем пределе их распространения популяции будут представлены только особями со значительным возрастом и плохим жизненным состоянием. Соответственно, при движении вниз по склону от верхней границы распространении видов, можно ожидать улучшения состояния особей со значительным возрастом и диаметром и появления молодых особей (подроста) (Александрова, 1964; Горчаковский, Шиятов, 1985; Kronberg, Watt, 2000). В случае стабильного положения верхней границы распространения видов деревьев, можно ожидать наличия на этом рубеже особей преимущественно с относительно малым диаметром, но с разным возрастом, в том числе и значительным. Исследования проводили в 2005-2009 гг. на нескольких горных массивах северного макросклона Главного Кавказского хребта, преимущественно в пределах Кавказского государственного природного биосферного заповедника (бассейн р. Белая: хр. Пастбище Абаго, г. Абаго, г. Пшекиш, хр. Солонцовый; бассейн р. Малая Лаба: г.г. Армовка, Ятыргварта; бассейн р. Большая Лаба: массив Дамхурц), а также вблизи его границы (бассейн р. Белая: хр. Азиш-тау; бассейн р. Большая Лаба: г. Магишо). Кроме того, в течение полевых сезонов 2008 и 2009 гг. были обследованы склоны ряда горных массивов в бассейнах рек Шахе (южный склон г. Фишт) и Мзымта (склоны гор Северная и Южная Псеашха; Ачишхо). Однако определение верхнего климатического рубежа видов деревьев на них оказалось невозможным из-за значительной нарушенности лесной растительности в результате воздействия антропогенных и природных (лавинная деятельность, ветровалы) факторов. Выбору объектов исследования предшествовал анализ распределения встречаемости видов деревьев вдоль высотного градиента на горных массивах бассейна р. Белой. С этой целью на различных высотных уровнях (от 200 до 2100 м над ур. м.) и склонах разной экспозиции был выбран 51 участок с однородной лесной растительностью площадью около гектара, в пределах которых описаны по 10 пробных площадок по 300 м2, определена встречаемость видов на этих площадках. В результате анализа изменения встречаемости древесных видов вдоль высотного градиента (рис.1) были определены высотные уровни, которые являются верхней границей распространения для значительного числа древесных видов растений. Это рубеж между среднегорными и верхнегорными буково-пихтовыми лесами – 1300-1700 м над ур. м. и верхняя граница леса – 1810–2300 м. При этом мы учитывали, что даже на территории Кавказского заповедника лишь на немногих участках верхнюю границу леса действительно можно считать естественной. В качестве объектов исследования были выбраны следующие виды: Acer platanoides, A. рseudoplatanus, Ulmus glabra, Cerasus avium, Fraxinus excelsior, Сarpinus betulus, Tilia begoniifolia, Pyrus caucasica, Abies nordmanniana, Picea orientalis, Betula litwinowii. Рисунок 1. Изменение встречаемости наиболее обычных видов деревьев вдоль высотного градиента в бассейне р. Белая. Кривые построены путем аппроксимации фактических данных по встречаемости видов полиномиальной функцией 2-й степени Сбор фактического материала осуществлялся вдоль профилей, заложенных от верхней границы распространения видов вниз по склону до относительной стабилизации значений максимального диаметра деревьев. Справа и слева от линии профиля в пределах полос 20–50 м шириной (в зависимости от плотности особей изучаемого вида) выполняли краткое описание растительных сообществ, измеряли диаметр стволов всех особей, оценивали их жизненное состояние, выборочно определяли возраст особей. От общей схемы несколько отличался метод изучения состояния популяций Betula litwinowii на верхней границе леса. В этом случае от верхнего предела распространения этого вида вниз до границы крупномерного сомкнутого древостоя были заложены трансекты, состоящие из 4–9 площадок размером 10 х 2.5 м. Общее число заложенных таким образом профилей и трансект составило 20. Жизненное состояние деревьев оценивали по пятибалльной шкале (Бебия, 2002) – чем выше балл, тем хуже состояние. Определение возраста деревьев проводилось по кольцам годичного прироста на поперечных срезах (спилах) у основания стволов (на высоте корневой шейки) (Корчагин, 1960). Для получения дополнительной информации о состоянии древесных видов на верхнем пределе их распространения часть отобранных для основного исследования образцов (древесных спилов) использовалась для определения тенденции изменения годичного прироста деревьев за последние десятилетия. При анализе фактического материала использовались методы статистики (Лакин, 1980; Владимирский, 1983). Расчеты проводили с использованием программы Microsoft Excel 2003.

Похожие:

	Методические рекомендации по применению древесных и кустарниковых... Повышение эффективности экологической составляющей системы транспортной инфраструктуры г. Белгорода		Дендроклиматология (от дендро и климатология), раздел климатологии,... Дендроклиматология (от дендро и климатология), раздел климатологии, исследующий изменения местных климатов в исторический период...
	Молекулярно-генетическая диагностика инвазивных чужеродных видов...		Моу «Шолинская основная общеобразовательная школа» Изучить приспособления древесных, травянистых форм растений к перенесению неблагоприятных условий
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Страна, государственная граница, делимитация границ, территориальные воды, территория страны, количественные изменения, качественные...		Лекция жизненные формы древесных растений, их общий и ежегодный (фенологический)... Международная научно – методическая конференция «Декабрьские чтения имени С. Б. Барнгольц»
	Директор школы Сазончикова Л. Б. 14. 06. 2010 г. Экзаменационный... Научный консультант: д б н., профессор тгпу им. Л. Н. Толстого Иванищев Виктор Васильевич		Значение животных для опыления и распространения растений
	Красная книга В красной книге Казахстана приводятся сведения о современном распространении, состоянии численности, биологии 87 видов диких позвоночных...		Бадаев С. Э. С. Чеченское мухаджирство второй половины XIX века как... Добаев И. П. Исламский радикализм в контексте проблемы военно-политической безопасности на Северном Кавказе
	План-конспект урока какие бывают растения. (Тема урока) Цель урока: познакомиться с классификацией растений, значением растений разных видов в жизни человека		Краткое содержание проекта Охрана редких видов растений и животных... Охрана редких видов растений и животных важная задача государства. Проект «Красная книга» поможет учащимся 7-8 классов сформировать...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... На территории прилегающей к городу Усть-Куту произрастает большое количество видов растений, но по сей день не существовало справочника...		Пояснительная записка Факультативный курс «Происхождение и география культурных растений» Целью данного курса является знакомство студентов с понятиями о центрах происхождения и центрах разнообразия, географическом распространении...
	Пояснительная записка Факультативный курс «Происхождение и география культурных растений» Целью данного курса является знакомство студентов с понятиями о центрах происхождения и центрах разнообразия, географическом распространении...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Образовательная: Обучение верхней прямой подачи (добиться самостоятельного выполнения основы техники верхней прямой подачи)