456.взаимосвязи и пространственно временная...

МОСКОВСКАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯимени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи •

МИНИН Александр Андреевич

ВЗАИМОСВЯЗИ И ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ СОСТОЯНИЙ

КЛИМАТА И НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМРУССКОЙ РАВНИНЫ

03.00.16 — экология

Авторефератдиссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

МОСКВА 1995

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Работа выполнена и Институте глобального климата иэкологии Росгидромета и Р \Н

Официальные оппоненты доктор биологических наук,профессор Н. Г. Васильев; доктор географических наукК. С. Лосев; доктор сельскохозяйственных IIJVK В. Я. Курам-шин.

Ведущая организация — Лаборатория биогеографииИнститута географии РАН

Защита состоится 18 апреля 1995 г в 12 час на заседа-нии совета по защите диссертаций Д 120 Зт 08 в Московскойсельскохозяйственной академии им К А Тимирязева

Адрес: 127530, Москва И 350, \л Тимирязевская, 49,корп 17

С диссертацией можно ознакомиться в па\чно1' библио-теке академии ,^-

Автореферат разослан « ' ^ » марта 19С~> г

Ученый секретарьсовета — кандидат биологичск

на\к, доцент [ v Чичев А. В.


. • • •• • . .- - 1 - • • • ' .

ОВЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Исследования по проблеме взаимосвязей жизменчивости состояний климата и экосистем суши в настоящее вре-мя особенно актуальны для решения фундаментальных и прикладныхзадач экологии.Во-первых, в условиях меняющегося (по мнению мно-гих ученых) и нестабильного климата важно прогнозировать возмож-ные реакции естественных и. антропогенных экосистем, оценивать.пределы их устойчивости к внешним воздействиям. Во-вторых, про-цессы не поверхности суши, "усиленные".в последнее время актив-ной деятельностью человека, имеют глобальные последствия и опре-деленным образом влияют на климат и состояние биосферы в целом,о чем говоры еще В.И.Вернадский, подчеркивавший глобальную био-геохимическую роль тончайшей "пленки живни". В-третьих, для при-,роды умеренных широт характерна цикличность и повторяемость раз-вития, внутри- и межгодовая изменчивость ее состояния.Закономер-ности проявления этих черт необходимо изучать в целях более глу-бокого понимания механизмов динамики экосистем, определения амп-литуд изменчивости и естественных пределов их состояний в соот-ношении с изменчивостью климата как важнейшего внешнего фактора.

Цвдш» работа. Целью работы является решение проблемы взаимоот-ношений климата и экосистем суши с позиций изменчивости. Для ее .достижения ставились следующие задачи: выявление закономерностейсопряженной, пространственно-временной изменчивости параметровсостояний климата и наземных экосистем Русской равнины; оценкавлагорегулирующих функций наземных экосистем; анализ связи годи-чной первичной продукции с климатом на равнинной территории СНГ.

Работа базируется на анализе обширных климатических и биологичес-ких данных (собраны и обработаны более 5500 многолетних рядов) осостоянии экосистем Русской равнины, проведенном на единой кон-цептуальной и методической основе, что'позволило нам:; ' - впервые выявить сопряженные закономерности пространствен-но- временной изменчивости дат наступления сезонных явлений в жи-вой и неживойприроде Русской равнины; , ,

- - оценить влагорегулирующие свойства различных экосистем;- уточнить характер связи величин годичной первичной продук-

ции наземных экосистем с климатическими параметрами и показать' пространственную неодврэначность связи продукции с испаряемостью;

На заинту выносятся следующие положения;: - выявленные м и^лщ^Пт^т/гвдйптш рбласти стабильного


- 2 -

и нестабильного многолетнего режима сроков наступления сезонныхявлений в живой и неживой природе; их пространственное соответс-твие и закономерности перемещения в ходе весны с востока на еа-пад региона (принцип "феноклиыатической сопряженности");

- более низкая изменчивость дат начала явлений у растений иптиц в периоды более стабильных переходов температуры воздухачереэ 5 и 10°С весной (принцип "сужающегося русла");

- низкая межгодозая изменчивость дат начала фенологическихявлений у птиц и растений по сравнению с изменчивостью дат пере-ходов температуры воздуха через пороговые значения и крайних за-морозков в воздухе и на почве в течение периода вегетации;

- эколого-климатическое районирование Русской равнины познаку и величине коэффициентов асимметрии многолетних- распреде-лений параметров, характеризующих условия периода вегетации;

- наличие области неоднозначности на графике связи первич-ной продукции с испаряемостью (узкому диапазону значении испаря-емости соответствует относительно широкий дипазон величин проду-кции и разные экосистемы); приуроченность области неоднозначнос-ти к южнотаетшым, смешанным, широколиственным лесам и лесостепи;

- показааель регулирования влагсобмена (ПРВ) экосистемамисуши с атмосферой, рассчитываемый по соотношению изменчивостейосадков ("вход" в экосистему) и суммарного испарения ("выход");различия в проявлении влагорегулирующих свойств между лесными,травяными и сельскохозяйственными экосистемами в ходе вегетации;

- низкая межгодовая изменчивость значений экологических по-ч<азателей лугово-степных сообществ ЦЧЗ им.В.В.Алехина по сравне-нию с изменчивостью соответствующих климатических параметров.

Практическая ценность работы. Полученные результаты могутбыть использованы при моделировании процессов массообмена в эко-системах на всех уровнях, динамики их состояния с учетом клима-та; при организации системы комплексного экологического монито-ринга на Русской равнине; при долгосрочном планировании народно-хозяйственных и природоохранных мероприятий. Важное значение онимогут иметь для оценки состояния природы Русской равнины и раци-онального использования ее ресурсов. Основные материалы диссер-тации вошли в ежегодные отчеты по плановым темам ГоскомгидрометаСССР (Росгидромета), ЛАМ (ИГКЭ) ва период 1985 - 1994 гг.

Апробация работы и публикации. Результаты работы доклады-вались и обсуждались на семинаре отдела вычислительной математи-ки ГКНТ (Москва, 1987); на совещании в рамках проекта "Спутнико-вая климатология поверхности суши" (Москва, 1987); на совещании


в рамках международного проекта •"Экологически устойчивое разви-тие биосферы"(Ленинград, 1987); на всесоюзном совещании "Листан- •ционные методы зондирования атмосферы" (Суздаль, 1987); в ходестажировки в Международном институте прикладного системного ана-лиза (Австрия. Вена; 1988); на школе-семинаре "Ведение летописиприроды и организация научных исследований в степных и лесостеп-ных, заповедниках европейской части СССР (заповедник "Галичья Го-ра" Липецкой обл. , 1988); на школе-семинаре "Изменения климата иреакция геосистем" (Звенигород, 1991); на международной конфе-ренции "Леса Восточной Европы и Сибири в условиях меняющегосяклимата" (Красноярск-Дудинка, август 1994); представлены на меж-дународную конференцию "Boreal Forests and Global Change". Кана-да, сентябрь 1994;неоднократно докладывались на заседаниях № ГОСССР (затем РГО, отделение метеорологии и климатологии, феноло-гическая комиссия) и ШИП: внутри- и межотдельских семинарах ЛАМ(затем ИТКЭ). ИГ РАН и Гидрометцентра РФ.По теме диссертации опубликованы 34 работы, включая монографию.

Структура я объем диссертант. Диссертация состоит из введе-ния, четырёх глав основного.текста, заключения,.списка литерату-ры ив 242.наименований (в т.ч. 39 иностранных) и приложения. Из-ложена на 211 страницах., включает 99 рисунков и 8 таблиц. . ,

СОДЕРЖАНКЕ РАБОТУ ,

. Во введении обосновывается актуальность темы диссертации,налагается концепция работы (рассмотрение взаимоотношений климатаи наземных экосистем с позиций пространственно-временной изменчи-вости); дается общая характеристике диссертационной работы.

' ' Г л а в а 1 . М а т е р и а л и м е т о д и к а и с с л е д о в а н и й ..'•''..

В работе использовались собранные и обработанные нами литератур-ные и архивные материалы, которые, учитывая их разнообразие, бу-дут охарактеризованы в соответствующих разделах.

Основной регион исследований - европейская территория быв-шего СССР (ETC), включая восточную часть Казахстана. Для его на- .звания использован термин "Русская равнина".При анализе связи го-дичной первичной продукции с климатом и:влагорегулирующих свойствэкосистем рассматривается равнинная территория бывшего СССР.

• -.''-•• Обработка многолетних рядов исходных данных проводилась ме- .•годом выпрямляющих координатных сеток, предложенным П. А. Колесо-


- 4 -

вым (1972) и реализованным на ЭВМ (Колосов, Лисеев, 1987). Намион начал впервые применяться для анализа рядов биотической инфор-мации (Минин, 1991). Метод заключается в аппроксимации эмпиричес-ких данных теоретическим распределением Пирсона III типа.

Результатом расчетов является система__статистических пока-зателей и оценск: среднее арифметическое (Я), среднее квадрати-ческое отклонение или сигма (б), коэффициент асимметрии (Cs),значения квантилей (вьрочтностных значении) (Хр, Х ю о - р) задан-ной обеспеченности (Р) - вероятности превышения случайной вели-чиной фиксированного значения в вариационном ряду (в процентах).

Изменчивость значении исследуемого параметра (JXp) рассчи-тывается как разница соответствующих квантилей:

<fxp - Хр - Х ю о - р /1.1/И представляет собой амплитуду мелду средним максимальным (Хр) исредним минимальным (Хюо - р) значениями за среднестатистическийпериод времени (взятые подряд любые 100/Р лет наблюдений), опре-деляемый величиной Р (например, при Р = 5Z он равен £0 годам).Учитывая относительную непродолжительность рядов расчеты прово-дились в основном для обеспеченноотей 5Х и kQX. з этом случае по-лучаемые теоретические результаты находятся в зоне обеспеченнос-ти эмпирическими данными, что об/словливает их достоверность.

Кроме того, по мере необходимости использовались другиестандартные статистические методы и способы обработки данных, атакже оригинальные способы представления и анализа материалов.

'Глава 2. Каймах к продуктивность растительного покрова

Годичная продукция фитомассы - один из основных компонентов био-сферы, показателей функционирования экосистем. Закономерности ееформирования определяются совокупным влиянием многих природных,а в последнее время и антропогенных факторов, но все же ведущимиявляются гидрометеорологические условия.Изучению связи продукциис климатом посвящено много работ (Будыко, Ефимова, 1S68; Rosen2-wele, 1968; Рябчиков, 1968; Зубенок, 1971; Лит, 1974; PrimaryProductivity of the Biosphere, 1975; Ефимова, 1977; Зубов, 1978;Раунер, 1981; Будыко. 1984;Базилевич, Гребенщиков, Тишков

г 1986;

Исаченко, 1990;Локшина, 1990; Варлыгин, Базилевич, 1992; Вазиле-вич,Дроздов,Злотин, 1993; Сиротенко, Абашина, 1994 и др.).Нарядус активно развивающимися методами математического моделированияпродукционного процесса, сохраняют актуальность и статистическиеметоды анализа связи продукционных и климатических параметров.


' ~ 5

- ' - • ' • '

Роль климатических факторов в продуцировании фитомассы раз-лична. Физиологически она тесно связана с транспирацией (Ет),которая является составной частью эвапотранспирации или суммар-ного испарения (Е). Известна и применяется на практике пропорци-ональность прироста единицы массы органического вещества 'транс-пирации (Тейлор,1967;. Хильми. 1957. 1976; Мещанинова. 1977; Ру-даков, 1977, 1985; Касьянова, Погодаева, 1979; Бейдеман, 1983;Крамер, Козловский, 1983;. Кайбияйнен. 1986 и др.). В то же времятранспирация составляет 40Z-100Z эвапотранспирации в зависимостиот степени сомкнутости полога (Молчанов,1968;Раунер. 1972; Федо-ров. 1977; Рахманов,1984; Крестовский, 1986; Исаченко,1990.1991;Таким образом, оправдано использование данных по эвапотранспира-ции при изучении продукционного процесса в сплошном растительномпокрове. Большой интерес представляет также проблема влияния ме-теоусловий предшествующих лет на продукцию текущего года.

2.1 Продуктивность лугово-степных фитоценозов в1 связи с метеоусловиями предшествующих лет

Для проведения исследования использовались материалы Цент-рально-черноземного заповедника им. В.В.Алехина (Рябов,1979; Со-бакинских, 1986; материалы "Летописи природы" заповедника и лич-ные сообщения В.Д.Собакинских в целом за период 1964 - 1985 гг.).Сила связи между урожаями различных групп сообществ определяласьпутем расчета коэффициента парной корреляции (г) между урожаямитекущего года и значениями месячных сумм осадков и среднемесяч-.ной температуры воздуха ва текущий и три предшествующих года.Подбирался временной период с переменными в пределах года грани-цами с суммированием месячных. великан метеопараметров, коэффици-ент корреляции которых с урожаем текущего года был максимален.

; Наибольшие значения г получены между величинами общей эеле-ной массы и осадками. Осадки третьего года, предшествующего те-кущему, на урожаях практически не отразились,

Некосимая степь. В текущем году наибольшая величина г полу-чена между рядами урожаев зеленой фитомассы и суммами осадков запериод май-июнь (0.87±0,Об).Из прошлого года самый существенныйвклад в. урожай . дают осадки периода июль-ноябрь-(0,60±0,16). Впозапрошлом году выделился период январь-декабрь (-0.38±0.21).: Для оценки вклада осадков выделившихся периодов в урожайэеленой массы текущего года . рассматривалась : комбинация суммосадков текущего и прошлого годов вида .

: Хо,+ LX . .;'• . .


- 6 -

где Хо - сумма осадков за май-июнь текущего года (в мм). X -сумма осадков за июль-ноябрь прошлого года, L - безразмерный ко-эффициент (перед Хо он принят равным 1).

Путем подбора L в пределах от 0 до 1 с шагом 0.01 отыски-вался максимальный коэффициент корреляции между урожаем Беленоймассы и рассматриваемой комбинацией. Таким путем был рассчитанг - 0.92±0,03 при L •= 0.32. Обозначив линейную комбинацию принайденном значении за Хс. запишем уравнение регрессии У на Хс:

У - АХс + Вгде У - урожай зеленой массы в кг/га (абс.сух.вес); Хс - суммаосадков в мм; А - 12.6, В - 808.4.

По температуре в текущем году выделился период апрель-июнь(Ю,57±0.16), в предыдущем - сентябрь-ноябрь (-0,61 ±0.15).

Косимая степь. Наибольшее значение г отмечено между рядамиурожаев зеленой массы и суммой осадков периода май-июнь текущегогода (0,72±0,11КИз прошлого года выделился период июль-август(0154*0.17). в позапрошлом - июнь-декабрь (0,39±0,20).В резуль-тате 'проведения аналогичных предыдущим выкладок рассчитан макси-мальный коэффициент корреляции 0,80±0,08 при L » 0,61.Коэффици-енты уравнения линейной регрессии составили: А - 10,9 и В -770,5. По температуре воздуха з текущем году выделился периодмай-июнь (-O.45tQ.19); в прошлом - декабрь (0,54*0.17).

Проведенный анализ свидетельствует, что лимитирующим факто-ром продуктивности луговой степи ЦЧЗ является количество осад-ков. Причем для косимой степи условия прешедшего года относи-тельно важнее, чем для некосимой, где сохраняющийся с осени слойветоши и подстилки обеспечивает более стабильные условия весен-него увлажнения. Интересно то обстоятельство, что урожаи некото-рых групп (бобовые, мхи, осоки, ветошь, подстилка) не обнаружилистоль же теоной связи с осадками, как общая зеленая масса. Свя-зано это, очевидно, с причинами эндогенного характера (например,конкуренцией). Но суммарная продукция фитоценоза тесно связана склиматом и в этом проявляется общая эколого-географическая зако-номерность, связывающая в неразрывную цепь,процессы энерго- и^аесообмена на поверхности суши.

2.2 Связь первичной продукции с испарением и испаряемостью

По литературным данным (Вазилевич,Гребенщиков.Тишков.1986;Базилевич. 1986; Титлянова.Базилевич.Снытко и др. 1988) былипостроены рабочие карты годичной общей (По) и надземной (П

н)

продукции фитомассы на равнинную территорию СССР. Величины годо-


• . • ; . - 7 - • . ' ' •

вых сумм испарения с суши (Е) снимались с соответствующих карт'ив "Атласа мирового водного баланса" (1974), а испаряемости (Ео)- с соответствующей карты, выполненной в Валдайском филиале ГТИпод руководством B.C.Голубева по данным наблюдений на водноиспа-рителыюй сети (Кокорева, 1989). Снятие информации проводилось вузлах двуградусной сетки.

На рис.2.2.1, 2.2.2 представлены графики связи значений про-дукции с Е. Разброс точек достаточно велик, но в целом характерсвязи прослеживается хорошо. Теоретическая кривая, аппроксимиру-

i совокупность точек на рис.2.2.1, описывается уравнением:

•Г-'.' Пя - 1.84225X6°'О

76499*? " /2.2.1/

гд% е - основание натурального логарифма. .Сильный изгиб в нижней части графика связан с переходом от

пустынь к степям и на рис. 2.2.2 уже практически не проявляется.Пр- 0,769 + 0,467хЕ + 0.034хЕ

2 . /2.2:2/

. Необходимо отметить, что нами использовались материалы поландшафтам умеренных широт, можно ожидать, что в случае достиже-ния максимальной для данного сообщества продукции испарение бу-дет продолжать расти за счет непродуктивного испарения и тогдазакономерным будет выход кривой на "плато". ' „-- : Связь первичной продукции с испаряемостью носит иной харак-

тер (рис. 2.2.3,- 2.2.4). Участки величин испаряемости на графи- .ках, которым соответствует наибольная изменчивость продукции,выделены как "эоны климатического оптимума" (Минин, 1990) или"зоны гистерезиса" (бедаюкин;Колосов, Минин, Хлебопрос, 1995) итерриториально падают на районы лесостепи, широколиственных,смешанных и южнотаежных лесов.' Очевидно, что в этих районах ис-паряемость не лимитирует продуктивность. Большие различия в про-дукции свидетельствуют о том, что вдесь могут существовать ес-тественные сообщества разных типов и растениеводство может да-вать максимальную отдачу. :;;•'•: ,

: .-' ,, ,

, Теоретическая криваяi аппроксимирующая точки нижней частиграфика (сплошная, линия) описываются,: уравнением:

v

•'•'•'•••''" '-'•.'';- • V l f e ' * ' ' i s x E t f x

l" e

c*

B o' " . ~ "-• •'•'.' / 2 . 2 . 3 /

где а - 0,05157; в - 2.40338; с»'-0.0467б.Для По значения коэф-фициентов следующие: а » 0,40404; в - 1,7441; с - -0,02989.

Значение аргумента Ео." при котором достигается максимальное

значение функции» рассчитьшаетзя ло формуле , s

. > • / • • _ • ; • , Е о - - ( в / С ) : • " * ; " . / ;.' ••• ••': ' / 2 . 2 . 4 /


и и « ^ » ю т ш по т Щ гт гго

Рис. 2.2.1. Связь первичной надземной pg0. 2.2.3. Связь Шн) о испаряемостью (Ео)продукции 0L) с испарением о суши (Е) i _ зона климатического оптимума. То хе для рис. 2.2.4.

Рис. 2.2.2. Связь первичной обшейярсиукини Ш

о) о испарением с суши (Е)

14

ко12

во

W

к

40

к

L• ж>: /

k-р

. i . < .

• : \ " :

MiMaffwtferfff 7 ^ * s ^ ^•nmm|<n . |Г>.^_» ••

• . • . Л • i . i . i i i i i i T i-i .

ICO

1

0 9 О «, » W t l HI HI III W

Рис. 2.2.4. Связь Шо) с испаряемостью (E

Q)


. . . . . - • ; ' ' . . • . • • - • ; " ' : " " • ' • . - в -:

- - • '• ' , ' . . . ' , . - . . -

Откуда, подставив соответствующие величины, максимальное значе-ние Пц - 60 ц/га в год достигается при Ео - 61 см/год, а По-85ц/га в год при Б о - 68 см/год. Это та продукция, которая опреде-ляется испаряемостью. В эоне оптимума, очевидно. происходитблагоприятное сочетание различных природных факторов.• Графики продемонстрировали неоднозначный характер связи

годичной продукции фитомассы с испаряемостью, когда в пространс-тве',узкому диапазону значений климатического параметра соответс-твуют инроко варьируювие значения продукции и различные сообщест-ва. Этот аффект может иметь важное значение при моделированиирастительности в условиях меняющегося климата.

* я^ГуШЩОЯШШВШ ЯпОСКСХВМВМК СУМ шШГОООМВНА С

Поверхностьсуши в теплое время года представляет собой активнофункфюннрующкй почвешо-расптельный покров, обладающий инерци-онными свойствами'интегрирования влаги и специфическими биологи-ческими способами регулирования влагообмена с атмосферой. Широкоизвестна важная роль растительного покрова в гидрологических про-цессах (регулирование стока, испарения, перераспределение осад-ков) (Китредж, 1951; Константинов, 1863; Зубенок, 1976; Федоров.1977; Рахманов. 1984; Крестовский, 1086; Исаченко, 1901 и др.).Однако, в указанных работах и ряде других гидрологическая рольрастительности трактуется неоднозначно и в целом отсутствуют по-казатели, характеризующие влагорегулирующие функции экосистем.

Для оценки этих свойств нами был предложен и обоснован ста-тмстический показатель регулирования влагообмена (ПРВ). постро-

: ены карты его значений на равниннус территорию СССР (Курилова.ыигаш. 1986; Минин. 1987. 1988. 1989). Величина ПРВ рассчитыва-ется как соотношение амплитуд многолетней изменчивости значений"входного" потока в систему - осадков (X) и ̂выходного** - сум-марного испарения (Е). '.;:,, < '

:

• • •.';-•. ч:.-. .••'".". П Р В р — * — — ~ — г - . v \ ..'.-• ' /з.1/

•.'••-.••• ' • : ' • ' > • . '~;\::-:'

:'~:- ;. Е р " Е ю о - Р • - • . - • " • • • . - '".'••

.ПРВ носит : оценочный ; характер, так Как в природе не существуетсинхронного.соответствия обеспеченностей , осадков и ;испарения.Однако для центральных месяцев теплого периода такое соответс-твие в значительной степени реализуется,

v особенно в условиях.

когда наблюдается практически линейная связь испарения, осадков


- 10 -и изменений запасов почвенной влаги.

Показатель имеет критериальный смысл: если ПРВ > 1. тоэкосистема демпфирует входной поток; при ПРВ - 1 сигнал проходитчерез экосистему без изменений. В случаях, когда ПРВ < 1. можноговорить об усилении экосистемой изменчивости выходного потока идисбалансировании влагообмена.

3.1. Регулирование влагообмека на локальном уровнеОбработка многолетних рядов месячных' сумм осадков и испаре-

ния методом выпрямляющих координатных сеток проводился по мате-риалам наблюдений (продолжительностью 1 5 - 2 7 лет) шести водно-балансовых станций: Валдай. Подмосковная, Волхов, Нижнедевицк.Каменная Степь, Приморская. В целом для рядов осадков среднеезначение Cs составило l,0;Cv (коэффициент вариации) 0,61; Cs/Cv -1,7. Для испарения аналогичные показатели равняются: 0,6;* 0.32 и1,9. Таким образом, для распределений месячных сумм осадков и ис-парения теплого периода в целом выполняется соотношение: Cs- 2Cv.

Влагорегулирующие функции леса ярко проявляются на примереиспарения. Так, если при Р - IX (переувлажнение) на Валдае лес илуг испаряют практически одинаково, то по мере увеличения засуш-ливости возрастает разница в суммах испарения и в засушливые го-ды лес может испарять на 39 мм больше луга за период вегетации.

Внутригодовая динамика ПРВ на локальном уровне в целом сви-детельствуют об усилении влагорегулирующих свойств экосистем отначала к середине и концу (для лесных сообществ) лета. Уборкаурожая, покосы, отражаются на этих функциях, обусловливая пони-жение ПРВ в середине лета до 1. Анализ постанционных материаловпоказал, что ПРВ естественных травяных экосистем в среднем saвегетационный период превышает ПРВ агроценозов примерно в 1,3раза (Минин, 1988. 1989. 1991).

3.2. Регулирование влагообмена на региональном уровнеИсследование проводилось в пределах равнинной территории

СНГ между 70 и 4б°с.ш. и 20 и 9б°в.д. В качестве исходных ис-пользовались данные о среднемноголетних месячных суммах осадков,суммарного испарения и коэффициентах вариации их многолетнихраспределений, снимаемые с соответствующих карт и графиков изработ Ц.А.Швер (1976, 1984) И Л.И.Зубенок (1976).

Значения параметров за каждый месяц (с мая по сентябрь) сни-мались в узлах 2-градусной сетки. На основании установленной при-надлежности эмпирических распределений месячных сумм осадков и


w n" tf if if

Рис. 3 .2.3. ПЕВ2(-^. Ивдь.

у «г

Рис. 3.2..I. Распределение значений'ПИ^ол;- Май,

Рис. 3.2.4. ПЕВ2С)£. Август.

юн х' чо' - so* «f • -70* «с* • »о* »•

Ряс. 3.2.2. ПГВ2($. Июнь.

Рис. 3.2.5. ПЕВ2С^. Сентябрь.


- IE -

испарения к теоретическому распределению Пирсона III типа и по-лученного соотношения Cs =2Cv рассчитывались квантили при Р -20Z и 80Х по соответствующей таблице (Клибашев, Горошков, 1970).

На рис.3.2.1-3.2.S приведены поля значений ПРВ за отдельныемесяцы. Обращают на себя внимание динамика поля за период веге-тации в направлении усиления градиента между степной и леснойзонами к середине лета и его размывания к концу; более высокиезначения ПРВ в пределах лесной зоны по сравнению со степной иполупустынной На карте осредненных за период вегетации значенийПРВ (Минин, 1991) относительно гладкие поля величин характерныдля двух зон: лесной с ПРВ - 2,0-3,0 (среднее в 95Х доверитель-ном интервале 2,5±0,02). степной и лесостепной с ПРВ-1,2-1,7(среднее I,5t0,02). Градиент в зонах составляет 0.1-0,2 на 100км, а между лесом и лесостепью он равен 0,5-1,2 на 100 км

Максимальные значена ПРВ на ETC располагаются между 56 и64°с.ш., в Западной Сибири между 62 и бб°с.ш , совпадая, соот-ветственно, с ареалами хвойных, широколиственно-хвойных и ело-во-кедровых лесов. Как для ETC, так и Западной СиОири характернопонижение величин ПРВ к северу и югу от зоны лесов.

Учитывая, что по степени проявления влагорег/лирующих свойс-тв на локальном уровне естественные и культурные травянистые со-общества различались в 1,3 раза и что для степчых экосистем всреднем за период вегетации ПРВ - 1,5, для агроценозов в регио-нальном масшчабе он будет равен примерно 1,2 При современныхмасштабах трансформации экосистем суши (Алпатьев.1983) можно оце-нить глобальное понижение влагорегулирующего потенциала поверх-ности суши ва исторический период с 2,2 до 1.4 в настоящее время.

Глава 4. Сезонные явления в природе Русской равнины- зако-номерности пространственно-временной изменчивости

Для межгодового режима функционирования экосистем умеренных ши-рот характерна цикличность и повторяемость.для внутригодового -наличие двух типов состояний: периода зимнего покоя и летнегопика вегетации, когда в максимальной степени проявляются харак-терные для данной экосистемы структурные черты и функциональныеособенности. Между этими состояниями проходит последовательнаяцепь явлений (таяние снега, наступление фенофаз, структурныепреобразования в сообществах и т.д.). даты наступления которыхот года к году варьируют в зависимости от многих, в основномклиматических и биологических факторов. Таким образом, изучение


80

••' 7 0 .

: 60

. 50

40

s' 3°

,20 '.

' ' , 1 0

". 0

.' 10

' " Зацветание иван-чая

Переход температуры через 15?С

Зацветание рябины обыкновен.Последний заморозок напочве' • • .

Переход температуры через 15°С

Массовый отлет лласточки деревенс.

Зацветание черемухи обык. •/ „ „ „ „ „Зацветание одуванчика /"•„ д о о л е Д н и й заморозок в воз,Массовый прилет ласточ-/ и еРвход температуры через т

ки деревенской / 'Первое кукование ку- У„ ' л • •кушки обыкновенной /• ™ ч ало облиствения березы

/ бородавчатой

Окончание листопада у• • - • березы бородавчатой

Переход температуры через 5°С

Первый вы-" / З а ц в е т а н и е "ать-и-мачехи "лет крапи-/ т ч а л ° , сокодвижения у березы бородавчатой

• вницы • / -/L Первая песня жаворонка полевого

Переход температуры через 0°С Переход температуры через 0°С

t Прилет передовых скворцов •

. . — пожелтения листвы у березыПервый заморозок на почве

Переход температуры через Ю°СПервый заморозок в воздухе

Переход температурык через 5ВС

• // . . .Прилет передовых грачей

10 15 5Весна ОсеньВесна .: Осень

Рис, 4 .1 . Относительный календарь природы феской равнины

Температуравоздуха ,'°С


.. .межгодовой изменчивости дат наступления сезонных явлений дает-во-зможность сопоставлять особенности динамики экосистем и климата.

На рис. 4.1 представлен график последовательности наступле-ния сезонных явлении в природе Русской равнины (Минин, 1995). Поданным наблюдений рассчитывалась средняя продолжительность (вднях) периодов между сроками устойчивых переходов средней суточ- 'ной температуры воздуха через пороговые значения 0,5.10,15°Свесной и осенью и близкими к ним датами наступления сезонных яв-лений. Зз точки отсчета приняты переходы температуры через 0°Свесной и осенью, от которых отсчитывались соответственно интер- ,валы 0-5°С; 5 - 10°С; 10 - 15°С.'С календаря снимается информа-ция о температуре, при которой наступает явление; рассчитываютсяпримерные сроки их наступления; он может дополняться интересую-щими явлениями; принцип относительности может использоваться приразработке аналогичных календарей для других регионов. •

4.1 Изменчивость состояния луговостепных экосистемВ качестве исходных использованы материалы наблюдений ЦЧЗ

им. В.В.Алехина (см. главу 2), а также дзшше из работ B.C.Жмыхо-вой (1985) и В.А.Рябова (1979). Результаты расчетов сведены втабл. 4.1.1. Величины осадков суммировались за май-июнь текущегои июль-сентябрь предыдущего годов (см.гл. 2). Для оценки размахаколебаний значений признака относительно среднего многолетнегопредложен коэффициент изменчивости Ср - •***- . аналогичный Cv.Ho,в отличие от последнего, он позволяет оценивать вариабельностьва определенные интервалы времени (Минин, 1992).

В целом изменчивость урожаев веленой и общей массы не вы-ходит за пределы колебаний осадков, в то же время режим^продуци-рования в некосимой степи, более стабилен по сравнению с косимой.

• Характер наступления феноявлений на обоих участках одинаков, имноголетняя изменчивость дат зацветания адониса весеннего су-щественно ниже соответствующей амплитуды дат окончания замороз-ков и устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха'через 10°С. .

Можно сделать вывод, что в случае тесной связи климатичес-ких и экологических параметров средняя многолетняя амплитуда „ко-лебаний значений последних находится в пределах климатической

• изменчивости. Антропогенное вмешательство повышает степень неус- 'тойчивости состояния экосистем и в определенных случаях обуслов-ливает выход экологической вариабельности за рамки климатичес-кой. Это. обстоятельство'необходимо учитывать при анализе пробле-


Таблица 4 . I . I .

Параметры распределений климатических и экологических величин в степи

' Параметры

1 гj Рад,}JЧИСЛО]I лет !! !

! , , З н а ч е н и я параметров ,Йзменчй- [X i б i С i п р и ооесцеченностях: j вость . j

Г ! ! pcion* ' 80* | 95?! i! »

{j 1 1 4 ' ! I

! 7 ! 8 ! 9 ! 10 ! II ! 12 ! 13-I ! 2 » 3 ! 4 5 ! 6

• - ЦЧЗ им. В.В. Алехина '..'Осадки, мм (см. текст)£ата устойчивого перехода 'температуры воздуха веснойчбпез Ю^С'(дни, отсчет от

Лата последнего заморозкаБ воздухе (отсчет от 1.1У)

"Качало цветения адониса ве-сеннего в некосимой степи ..

Косимая степь (Урожай,Зеленая масса .Злаки • • • 'Осоки . . .Ьобовые - " v ' . •Разнотравье - , . .

V o x ' . - • . ' • • ' • ' • • ' • - • -

Мертвая массаВето-зь ~ '. • •Псдстилка ' : „ . •

2 4 .•г

27

.27

23ц/га

1919 ,191 9 •19

. 19191919

397

29

28

'.26, 8бС.29,215,30,33,69,90,2

17,87,8 "

10,0

127

. 12.

10

7сухой8,65,80,52,13,80,59,83,67,4

0,3

0,0

0,3

0,0вес)0,40,02,30,20,73,60.70,60,9

608

49

45

38

44,824,7

1.37,1

16,81,0

36,114,423,9

498

40

36

32

36,320,3

0,6^5,512,80,3

25,510,515,6

290

19

19

20

2Т.З10,40,01,86,60,0

' 9 , 24,6

а,?

. 206

8

12

14

16,15,60,00,3

, 4,60,0

4,02,60,2

402

41

33 '

-24

28,7'19,11,36,8

12,21,0

32,111,823,7

208

.' -21

17

12

14,59,90,63,76,2 •0,3

16,46,0

II .9

1.0

1,4

1.2

0,9

1.01,34,11,9.

' 1 , 25",01.81,5 '2,4

0,5

0,7

0,6

0,5

0,50,61,71,00,61,50,90,81.2


Оюэтанае табл, 4 . I . I .

I { 2 { 3 ( 4 } 5 j 6 i 7 j 8 J 9 ] 10 J II | 12 j 13

Обпвя масса 19 43,7 14,6 -1,5 60,2 55,7 33,7 15,3 44,9 22,0 1,0 0,5Количество видов (на IOOi2) 17 120 25 0,0 161 • 141 99 77 84 42 0,7 0,4Количество особей (на I м2) 17 1331 661 -0,7 2370 1940 750 5 2355 1190 1,8 0,9

Некосимая степьЗеленая масса 19 34,4 6,8 -0,1 45,3 40,2 28,7 23,0 22,3 11,5 0,6 0,3Злаки 19 21,9 6,3 1,0 33,7 26,7 16,6 13,6 20,1 10,0 0,9 0,5Осоки 19 0,13 0,2 1,7 0,5 0,3 0,0 0,0 0,5 0,3 3,9 2,3Бобовые 19 1,6 0,6 0,9 3,0 2,2 0,9 0,5 2,5 1,3 1,6 0,8йазиотравье 19 10,8 2,7 0,7 15,7 12,9 8,5 6,9 8,8 4,5 0,8 0,4Мох 19 0,03 0,05 2,0 0,13 0,05 0,0 0,0 0,13 0,06 4,3 2,0 XМертвая масса 19 42,9 14,0 0,0 65,9 54,7 31,1 19,9 45,9 23,5 1,1 0,5 iВетошь 19 16,6 11,3 1,6 38,8 24,3 7,5 4,2 34,6 16,9 2,1 1,0Подстилка 19 26,3 11,5 0,8 47,5 35,3 16,4 10,4 37,1 18,9 1,4 0,7Общая масса 19 72,1 21,0 -2,3 90,9 88,4 60,0 27,8 63,0 28,4 0,9 0,4Количество видов (на 100м2) 18 84 22 0,0 120 103 65 48 72 38 0,9 0,5Количество особей (на I м2) 17 809 497 1,2 1758 II7I 391 193 1565 780 1,9 1,0


- 1? --'«в устойчивости биосферы и оценке состояния наземных экосистем.

4.2 Изменчивость метеорологических условий вегетационногопериода . .

Под вегетационным периодом в умеренных широтах понимаетсявремя года, когда средняя суточная температура воздуха превышает+5°С. Нами были собраны, систематизированы и обработаны материа-лы для 177 агрометстанций Русской равнины аа период 1961-1988(для некоторых УГКС с 1955 по 1991), характеризующие условия пе-'риода вегетации, по параметрам: даты устойчивых переходов сред-ней суточной температуры воздуха весной и осенью через 0,5,10 и15°С, суммы положительных температур за периоды с температурамивыше этих значений и сумма осадков за период вегетации. Переводдат в непрерывный числовой ряд проводился путем отсчета от 1"марта. Карты изменчивости строились для Р-5Х.

На рис. 4.2.1-4.2.2 представлены карты амплитуд переходовтемпературы воздуха весной через 0,5,10 и 15°С. Наиболее стаби-лен многолетний режим перехода через 0°С на востоке и юго-восто-ке региона, а изменчив на северных, -западных и южных окраинах,что связано с усиливающейся к востоку континентальностыо клима- •, та. Средняя амплитуда равна 36,8 дней. Поле амплитуд дат перехо-дов через 5°С.характеризуется отсутствием столь резких градиен-тов и возникновением второго очага стабильности на западе регио- ,на. Сходная картина наблюдается и для переходов через 10°С с тойлишь разницей, что оба центра стабильности сместились к югу. -

В целом наиболее сжатые сроки переходов характерны для ве-Сеннего рубежа 5°С (31,3 дня). Внутригодовую динамику среднихмноголетних амплитуд дат последовательных переходов температуры -воздуха можно представить в виде рега, русло которой сужается винтервале от -5 к 5°С, затем расширяется к 15°С, далее вновь су-Шается." Аналогична картина для осенних переходов (табл.4.4.1).Весеннее повышение температуры от 0 до' 15°С.происходит в, среднемна равнине за 67 дней, обратное осеннее понижение за 75 (рис 4.1)4' . Поле значений Cs многолетних распределений дат переходовтемпературы воздуха весной через 5fC (рис. 4.2.3а) характеризу-ется наличием областей четко выраженной отрицательной асимметриина севере региона, в районе Верхней Волги и на побережье Черногоморя, что свидетельствует о преобладании выбросов больших значе-ний (поздних дат) за период наблюдений. На поле значений Csосенних

; переходов через 5°С (рис. 4.2.36) сохраняется весенняя

крупная область положительной асимметрии на юго-западе региона


Рис. 4 . 2 . 1 . Многолетняя изменчивость (в днях) датустойчивых переходов средней суточной температурывоздуха весной через: а) О°С; б) 5°С.


й с . 4.2.2. Многолетняя изменчивость (в днях) датустойчивых переходов средней суточвой температурывоздуха весной через: а) 1О°С; б) 15°С.


а)

•Рис; 4 .2 .3 . Ковффищенты асимметрии многолетних распределений

., дат устойчивых переходов температуры воздуха через 5°С: ;

а) весной; б) осенью. •

ОI


а,

N>

I

Рис 4 .2 .4 . Многолетняя изменчивость (в днях) дат устойчивыхпереходов средней суточной температуры воздуха осенью череа:а) Ю°С; б) О°С.


Рис. 4.2.5. Эколого-климатическоерайонирование Русской равнины

1. Сокращение продолжительности периода вегетации;4

некоторое снижение с у ш температур и сохранение при-мерно современного уровня осадков; снижение продуктив-ности,' замедление темпов обменных процессов, усилениезаболачивания. , . '2.Более раннее начало периода вегетации с сохранени-

ем современной осенней границы; возрастание тепло- и'влагообеспеченности.Повышение интенсивности процессовэнерго-и массообмена, продуктивности экосистем, увели-чение биоразнообразия.В целом изменения благоприятные.

3. Тенденции начала, окончания и продолжительностипериода вегетации сходны с зоной 1.В северной частиувеличение теплообеспеченности и уменьшение осадков; вюжной обратные тенденции.' ' ,.

r J

4. Более позднее начало и окончание периода вегета-*ции, сокращение его продолжительности. Возрастаниетеплообеспеченности на всей территории и . влагообеспе-ченности на западе и юго-востоке. В центре относитель-ная ксерофитизация. В целом благоприятные изменения.5.Более раннее начало и увеличение продолжительности

периода вегетации.Сохранение современного уровня теп-лообеспеченности (на Его-востоке возрастание) и су-щественное понижение ресурсов влаги, особенно в центре.

б. Изменения структуры вегетационного периода анало-гичны зоне 4. Количество тепла сохранится на современ-ном уровне, а'осадков существенно оокрахится.

&i


• • • . • •- - а з - . . • ,

и, следовательно, более частьк случаев ранних дат переходов.На картах изменчивости дат осенних переходов температуры

череэ 10 и 0°С четко прослеживается усиление межгодовой неста-бильности климата на западе региона (амплитуды вырастают от30-35 дней до 60-70) и преобладании меридионального направленияизолиний (рис. 4.2.4). На восточной половине равнины сохраняетсямалоградиентное поле с примерно одинаковыми величинами изменчи-вости всех переходов..

Обобщение карт Cs дат переходов температуры через 5°Свесной и осенью, продолжительности периода вегетации, сумм тем-ператур, и осадков за сезон, позволило провести эколого-климати-ческое районирование.Русской равнины (рис. 4.2.5); охарактери-зовать повторяемость различных ситуаций за период наблюдений ипотенциальные климато-экологкческиб изменения; (при условии сох-ранения и усиления, современных тенденций, т.е. сохранении знакаCs и.возрастания его абсолютных значений). '

4.3 Изменчивость проявления опасных явлений погоды'^вегетационного периода .

Опасные явления погоды (заморозки, засухи, град и пр.), яв-ляясь характерной чертой климата той или иной местности, в зна-чительной степени определяют "рамки" функционирования биоты. За-кономерности их проявления наложили отпечаток и на режим жизне-деятельности сообществ и видов в процессе их эволюции. Поэтомуисследование характера "межгодовой . изменчивости проявления • .опасных явлений погоды представляет особую актуальность.

ч -- '

Нами была собрана и обработана информация из "Агромете'же-•годников" для 148 пунктов о ряде явлений (Минин, 1993, 1994) запериод в основном с-1961 по 1988 год. Остановимся на рассмотре-нии крайних заморозков и количестве дней с высокой температурой.

Средние многолетние даты окончания заморозков в воздухе рав-номерно изменяются от 10 июня на севере до 10 апреля на юге ре-гиона, а начала соответственно от 20 августа до 20 октября. Накарте изменчивости дат последнего заморозка (рис. ,4.3.1а) очагиповышенных значений располагаются в центре равнины, а низких -на окраинах региона. Осенью повышенной изменчивостью Характери- .ауются северные районы и лишь в районе Волгоградского водохрани-лища сохраняется-весенний очаг высоких значений (рис. 4.3.16).Аналогична

чкартина для-заморозков на почве.

Анализ карт Cs распределений дат последних 8аморозков ввоздухе показывает:(Минин. 1993. 1994). что в целом для региона


a] "J

i '

Ряс. 4.3.1. Многолетняя изменчивость (в днях) дат:а) последнего весеннего заморозка в воздухе;б) первого осеннего заморозка в воздухе.


- 25 -характерны близкие к нулю величины. Но в срединной части преоб-ладают отрицательные значения, означающие преобладание большихвыбросов (поздних дат). Напротив, распределения дат первых замо-розков характеризуются доминированием в срединной части положи-тельной асимметрии (чаще встречались случаи ранних заморозков).

Число дней с высокими температурами воздуха свидетельствуето термических условиях периода вегетации. Очевидно, что этот по-казатель возрастает с севера на юг. На карте изменчивости числадней со средней суточной температурой 20°С и выше выделяетсязамкнутая область повышенных значений, практически полностью па-дающая на зону настоящих степей (Минин, 1993, 1994). В этой свя-зи нужно отметить, что многие авторы подчеркивали высокую измен-чивость внешних условий как характерную черту, во многом опреде-лившую облик и функциональные особенности степных экосистем(Мордкович, 1982; Мильков, Гвоздецкии, 1986; и др.). Также кстепным и полупустынным районам гриурочены и очаги повышенныхзначений многолетней изменчивости числа дней с максимальной тем-пературой выше 30°С. Полоса сгущении изолинии приходится на лу-говые степи и фактически совпадает с осью Воейкова, сохраняющей-ся в ослабленном виде и в течение летнего сезона

4.4. Фенологические явления в природе Русской равниныДанные фенонаблюдении являются" одним из наиболее массовых и

достоверных видов информации о характере внутри- и межгодовойдинамики экосистем и климата. Нами были собраны из архивов Русс-кого географического общества, Календарей природы, данные много-летних наблюдений о сроках наступления 16 феноявлений в живойприроде. Выбор явлений проводился по следующим принципам: широ-кое распространение; охват всего вегетационного периода и основ-ных компонентов биоценозов; четкое проявление в природе, доступ-ное для наблюдения неспециалистов; продолжительность рядов неменее 15 лет. Всего обобщены материалы по 160 пунктам в основномв пределах лесной и лесостепной зон за период 1939 - 1992 гг.;по некоторым пунктам использованы более длительные ряды.

Наиболее полной и достоверной является информация о наступ-лении весенних событий. В соответствии с фекопериодизациейН.Е.Булыгина (1980), Г.Э.Шульца (1981) выделяются группы явлений"начала", "разгара" весны и "предлетья". К первой относятся яв-ления от прилета передовых грачей до зацветания мать-и-мачехи(рио.4.1,табл. 4.4.1), ко второй - от начала облиствения березыдо зацветания черемухи, к третьей - зацветание рябины.


• а ) -

Рис. 4 . 4 . 1 . Многолетняя изменчивость (в днях) дат: . Л

а) первой песни жаворонка полевого;-б) начала сокодвижения

у березы бородавчатой. . • ••


Рис. 4.4.2. Многолетняя изуенчивость (в днях) дат:а) начала облиствения березы бородавчатой; б) массовогоприлета ласточки деревенской.

iЛ»


" ** " Таблица4.4.1.

Ьменчивооть дат наступления сезонных явлений на Г^оской равнине

^ 1 ^ ! Ч и с д о { С р е д н я я амИ* i Сезонные явления •' |Пунк-!за период

{ , тов. ] (в оутках;

1. Устойчивый переход средней охточнойтемпературы,воздуха через -5VC весной

2. Прилет передовых грачей • . .3. Прилет передовых скворцов •4. Переход температуры через 0°С ; •5. Первая песня жаворонка полевого ~6. Начало сокодвижения у березы бородавчатой7. Первый вылет бабочки крапивницы * .8. Зацветание мать-и-мачехи обыкновенной .9. Переход температуры через 5°С * ,

:0. Начало облиствения березы бородавчатой1 . Первое кукование кукушки обыкновенной -••„.'.2. Массовый прилет лаоточки деревенской3 . Переход температуры через 10°С 'А. З а ц в е т а н и е о д у в а н ч и к а о б ы к н о в е н н о г о • " . . . . -'.5. Последний заморозок в воздухе . . . .. т"*а лт °[6. Зацветание черемухи обыкновенной[7. Последний заморозок на почве .. •18. Зацветание рябины обыкновенной ':9. Переход температуры через 15°С!0. Зацветание кипрея узколистного!1. ' Переход теьгаературы осенью через 15°С!2. Массовый отлет ласточки деревенской!3. Начало пожелтения березы бородавчатой .S4.' Первый заморозок на почве •!5. Переход температуры через Ю°С ., - .16. Первый заморозок в воздухе •' •!7. Переход температуры через 5°С -!8. Окончание листопада у березы бородавчатой^9. Переход температуры через 0°С , ". ', ' ;

39I I I138171

93966494

174135128

78166100138150138

87144

60144'.35

86139169138167НО167

. * • • •

• 1 ' •'

- ' . . ' ' • " - •

. . " . • - " . ' •

• ' • • -

48,026.529,036,828,228,437,631,031,326,022,823,836,226,341,825,740,028,345,131,336,731,733,041,433,841,035,629,240,4


Птицы

Деревья

Разнотравье

Крапивница

Температура

л»«с

Заморозки

10 20 30 40

Рис. 4 . 4 . 3 . Расположение центров основных(сплошной линией) и второстепенных (пунктир-ной) областей стабильного многолетнего режиманаступления сезонных явлений (цифры в конту-рах по табл. 4 . 4 . 1 . )

Ри(в

с. 4 .4 .4 . Средняя амплитуда колебанийв днях) сроков наступления сезонных

явлений по систематическим грушам


Начало пения жаворонка полевого фис. 4.4.1.а) наиболеестабильно от года к году (межгодовые амплитуды менее 20 дней) вбассейне средней Волги. К западу и особенно к северу изменчи-вость сроков первой песни жаворонка возрастает. Сокодвижение уберезы бородавчатой также относительно стабильно от года к-годуначинается на востоке и в центре региона (рис. 4.4.1.0),а харак-тер поля аналогичен предыдущему. В целом области стабильного,наступления феноявлений группы приурочены к восточным районамрегиона и бассейну средней Волги. ' •• ,. '

Явления группы "разгара" весны характеризуются в целом бо-,лее низкой изменчивостью сроков наступления. Центры стабильностисмещаются к западу региона (рис. 4.4.2.а,б) вслед ва формирующи-мися там областями стабильных переходов температуры воздуха че-рез 5 и 10°С (Минин, 1991. 1994). Нужно отметить приуроченностьобластей стабильности весенних феноявлений у птиц к бассейнусредней Волги, связанную, вероятно, со стабилизирующим влияниембольших массивов воды в центре равнины весной на - прилегающиеландшафты. . . -

В табл.' 4.4.1. представлены в обобщенной последовательностисезонные явления на русской равнине, а на рис,' 4.4.3 показаны,условные центр" областей стабильного от года к году наступленияэтих событий.Анализ, материалов показывает, межгодовая изменчи-.вость сроков наступления феноявлений и параметров состояния эко-систем находится в рамках изменчивости соответствующих климата- 'ческих величин. Режим начала феноявлений у птиц более стабилен,.чем у растений и сезонных явлений в неживой природе (рис.4.4.4,обобщения по табл. 4.4.1).' Выход за "внешние" рамки происходитпод воздействием антропогенных факторов (разд.. 4.1), что позво-ляет оценивать степень их воздействия на жизнедеятельность сооб-ществ. Наиболее устойчиво от года к году наступают фенофазы пе-риода "разгара весны", когда наиболее, узки рамки температурныхпереходов, что позволяет сформулировать принцип "сужающегосярусла". Области наиболее стабильного наступления феноявлений вцелом совпадают с областями устойчивых переходов средней суточ-ной температуры воздуха через пороговые.значения,, что проявляет- 'ся в их сопряженном перемещении в ходе весны с востока на западрегиона в зоне между 50 и 60

ос.ш. Эту закономерность можно обоз- .

начить как принцип "феноклиматической сопряженности".


- 31 -Выводы

Исследование по проблеме взаимоотношений климата и наземныхэкосистем Русской равнины, проведенное нами в рамках концепциипространственно-временной изменчивости на основе единого методи-ческого подхода к анализу разнообразной эколого-климатическойинформации, позволило сформулировать следующие выводы:

1. В луговой степи ЦЧЗ им.В.В.Алехина урожаи зеленой фито-массы в косимом и некосимом сообществах наиболее тесно связан ссуммой осадков за период май-июнь текущего года (коэффициенткорреляции составляет соответственно 0,72 и 0.87). Связь урожаевс температурой воздуха, как и с осадками трех предшествующих летменее существенна. Учет осадков выделившихся периодов прошлогогода несколько улучшает показатель связи. Отдельные группы (осо-ки, бобовые, мхи) не показали тесной связи с метеопараметрами.что означает более важную роль эндогенных факторов.

2. Впервые проведенный анализ материалов по ЦЧЗ им.В.В.Алехина методом выпрямляющих координатных сеток показал, чтоамплитуды колебаний величин урожаев зеленой и обаеи массы в ко-симом и некосимом сообществах и сроков зацветания Adonis verna-lls L. находятся в рамках изменчивости связанных с ними климати-ческих величин (суммы осадков выделившихся периодов текущего ипрошлого годов; близкие по срокам переходы средней суточной тем-пературы воздуха через 10°С и последние заморозки в воздухе).Причем более устойчив многолетний режим продуцирования некосимойстепи, а более стабильна динамика числа видов в косимой.

3. На основании привлечения новых данных на глобальном .уровне выявлена неоднозначность связи испарения с водной поверх-ности (испаряемости) и годичной первичной продукции (максималь-ный диапазон величин годичной продукции надземной фитомассы50-125 ц/га достигается при значениях испаряемости 40-60 см/годв пределах одной территории); определено положение области неод-нозначности (зоны климатического оптимума или гистерезиса) в пре-делах южнотаежных, смешанных, широколиственных лесов и лесостепи.

4. В результате применения предложенного нами для оценкивлагорегулирующих функций экосистем статистического показателярегулирования влагообмена (ПРВ), рассчитываемого как соотношениесредних многолетних амплитуд колебаний месячных сумм осадков и ис-парения, выявлено, что внутригодовая динамика ПРВ отражает осо-бенности сезонного развития экосистем (максимальны значения всередине периода вегетации) и антропогенное воздействие (при


удалении надземной фитомассы показатель снижается до 1 и менее).Среднее значение ПРВ за период вегетации для лесов составило 2,5;для степи 1,5; и агроценозов в степной зоне 1,2. С учетом харак-тера антропогенных преобразований влагорегулирующий потенциалэкосистем суши снизился в 1,6 раза за исторический период.

» 5. Обработка методом выпрямляющих координатных сеток более5500•многолетних рядов климатоэкологических данных по русскойравнине и анализ результатов показали, что наиболее стабиленмноголетний режим дат устойчивых переходов средней суточной тем-пературы воздуха весной через 5°С (средняя для региона амплитуда "составляет 31,3 дня) и через 10°С осенью (33,8 дня), нестабилен- дат переходов через 0°С и 15°С весной (36,8 и 45,1 дня соот-ветственно); 15°С и 0°С осенью (36,7 и 40,4)i Внутригодовая ди-намика амплитуд дат последовательных переходов температуры можетбыть представлена в виде русла реки, сужающегося при переходахчерез 5°С весной и 10°С осенью. В период весеннего "сужения" ра-мок температурных переходов наиболее стабилен и многолетний ре-жим феноявлений в живой природе (средняя •амплитуда феноявленийгруппы "разгара весны" 24,9 дня). - Эта закономерность может быть

' обозначена как принцип "сужающегося русла" ч

6. Впервые на Русской равнине выявлены области стабильногомноголетнего режима сроков наступления сезонных явлений и зако-номерности их . Пространственной динамики. Начало весны наиболеестабильно на востоке и в центре региона и здесь же располагаютсяобласти более стабильного режима наступления явлений группы "на-чала весны" в живой природе. Для переходов температуры через 5 и10°С характерно формирование второй области стабильного режима:на западе региона, куда преимущественно смещаются и области ста-,бильности феноявлений группы "разгара весны". Таким образом, "су-жающееся русло" ориентировано с востока (континентальный климат)на запад региона (океанический) и располагается между 50 и 60°с.Я.Пространственное соответствие областей стабильного многолетнеготемпературного режима и наступления феноявлений в живой, природеможно выразить принципом "феноклиматической сопряженности".

7. На основании использования массовых эмпирических матери- •алов нами построена функциональная , иерархия природных явленийРусской равнины, отражающая особенности многолетней изменчивостисостояния абиотических.и биотических компонентов:экосистем. Наи- *более стабилен режим феноявлений у птиц (средняя амплитуда 27.0дней); затем у растений (28,8); дат переходов температуры через .порогозые значения 0,5,10.15°С весной и осенью (37,0); последних.-


- 33 -и первых заморозков в воздухе и на почве (41,1). Порядок распо-ложения сохраняется на протяжении всего вегетационного периода,,

8. Обобщение материалов по опасным явлениям погоды вегета-ционного периода на Русской равнине, имеющим важное значение прирешении теоретических и прикладных вогросов экологии растении,показало, что наиболее изменчив многолетний режим последних ве-сенних заморозков в воздухе и на гочве в центре региона, а пер-вых осенних - к северу от 5б°с ш.

9. Проведение эколого-климатического районирования Русскойравнины по знаку и величине коэффициента аси^метр/л распределе-ний параметров, характеризующих условия периода вегетации, поз-волило выявить 6 районов и охарактеризовать повторяемость раз-личных ситуаций за период наблюдений, ич око^огучесс,ю значи-мость (рис. 4.2.5). Экологически благоприятные еит\аим (болеечастые случаи относительно гродолжит^льных гер*-одов вегетации,высокой теплой влагообеспеченностл. которые мог/т об>СЛСЙКТЬ по-вышение продуктивности экосистем, увеличение ЁИДОЕОГС разнообра-зия и др.) наблюдались в районах 2 (зона тайги) л 4 (иопадная,центральная и юго-востсчнзя части региона) В ыших раиочах(5,6, частично 4) чаще повторялись ситуации с относительно низ-кими суммами осадков (ксероф^т/за^ля); на Крайнем Севере (1) ичастично в Волго-Вятском (3) - короткой продолжи

1; .-льности перио-

да вегетации и низких сумм температур.10. Результаты проведенного нами исследования могут найти

применение в системе этяогического (И климатического) монито-ринга на Русской равнине с позиций.

- особого внимания к выявленным областям стабильного много-летнего режима сезонных явлении в живой и неживой природе;

- использования видов дикой природы, их феноявлений (вчастности, представленных в настоящей работе) в качестве естест-венных феноиндикаторов состояния экосистем и климата, особенно ввыявленных областях их стабильного многолетнего режима, где лю-бые СДВИГИ в сроках наступления фенофаз будут более значимыми(исходная информационная база имеется);

- приоритетности наблюдений в существующей сети (на терри- •тории России) эа состоянием экосистем в районах 1,3 и 5, гдевозможны проявления негативных изменений;

- использования ПРВ на станциях мониторинга с целью выявле-ния территорий и периодов с определенным характером влагообменаи организацией соответствующих компенсационных мероприятий;

- разработки функциональных иерархий по величине многолет-


.- .. . - 3 4 , - • , ' . •• ; • '

пей изменчивости сроков наступления сезонных событии для выявле-ния компонентов экосистем со стабильным и неустойчивым характе-ром межгодовой динамики. , •••"••.

В сельскохозяйственной практике также могут быть: использо-

ваны результаты данной рароты с точки зрения выявления и харак-теристики областей потенциально рискованного земледелия.

: Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Курилова Ю.В., Минин А.А. Оценка регулирующей роли ланд-шафтов по картам статистического районирования увлажнения/УМате-риалы метеорол. исслед.-М.:МГК АН CCCP.1986.N 10.С.45-51., 2. Лисеев А,А., Минин А.А. Энергетическая оценка климатооб-

рааующей роли антропргенных изменений поверхности суши//Материа-лы" метеорол. исслед.-М: МГК АН СССР. 1986. N 10. С. 69-73.. . 3 . Минин А.А. Пространственнотвременные вариации соотноше-ния изменчивостей осадков и испарения аа вегетационный период(автореф. дисс. на соиск. уч. степени к.г.н.).- М.198?.- 19 с.

4. Минин А.А. Динамика*водорегулирующих свойств поверхностисуши в течение вегетационного периода//Материалы метеорол.ИССлеД.- М.: МГК АН СССР.. 1988. N 14. С. 47-54.

5. Минин А.А. Анализ многолетних рядов месячных сумм осад-ков и испарения в различных экосистемах//Материады метеорол.исслед.- М.: МГК АН СССР. 1988. N 14. С. 54-60. .

6. Antonovsky M.Ya., Kolosov P.A., Minin A.A. The influenceof the underlying land' surface- on the water exchange between,earth and-atmosphere//Working Paper.IIASA. Laxenburg, ̂ Austria.1988. - 20 p. •-.'•• V

7. Колосов П.А., Минин А.А. Тепловлагообмен суши и атмосфе-ры за теплый период в локальном и региональном масштабах//Матери-алы к школе-семинару "Использование аэрокосм, информ. при изуче-' нии энерго- и массообмена экосистем".-Л.:Наука.1988.N 8.С. 33-34.

8. Минин А.А. Регулирование экосистемами суши водообмена сатмосферой//ПроСлемы экологич. мониторинга и моделиров.. экосис-тем.- Л.: Гидрометеоиздат. .1988. T.XI. С. 116-128. -

9. Минин А.А. Роль растительности в процессе водообменамежду подстилающей поверхностью и атмосферой//мониторинг окруж.природн. среды.-М:Моск. отд-ние Гидрометеоиздата.-1989. C.33,-J6.^

10.Prentice I.e., R.S.Webb, М.'Т.Тег-Mikhaelian.A.M.Solomon, .T.M.Smith, S.E.Pitovranov,. N.T.Nicoiov. A.A.Minin, . R.Leemans,S.Lavorel, M.p.Korzukhin, H.O.Helmisaari, J.P.Hrabovsky.S.P.Har- "-


- 35 -rison, W.R.Emanuel.G.B.Bonan. Developing a global vegetation dy-namics model:results of an IIASA summer workshop,- Laxenburg,Austria. 1989.- 48 p.

11.Минин А.А. О связи между продуктивность» растительногопокрова и испарением/'/Известия ВТО. 1990*. Т. 122. N 6. С. 444-448.

12.Минин А.А.. Колосов П.А. Испарение с суши ва вегетацион-ный период в европейской части СССР// Проблемы экологич. монито-ринга и моделиров. экосистем.- Л.: Гидрометеоиадат.1991.Т. XIII.С. 161-161.

13.Минин А.А., Рубинина А.Е. Свягь годичной продукции рас-тительности с испарением и испаряемостью//Проблемы экологич. мо-ниторинга и моделиров. экосистем,- Л.: Гидрометеоивдат. 1991. Т.XIII. С. 275-279.

14.Колосов П.А., Минин А.А. Показатели климатической иамен-чивости//Иэвестия АН СССР. pep. географическая. 1991 N 2.С.32-42.

15.Минин А,А. Климат и экосистемы суши: взаимосвязи и про-странственно-временная изменчивость состояний//Итоги науки и те-хники.Сер. метеорол. и климатол.-м.:ВИНИТИ.1991.Т 19.-172 с.

16.Минин А.А., Лисеев А.А. Амплитуды колебаний дат началавесны на Русской равнине//Метеорология и гидрология 1991. U 11.С. 62-67.

17. Минин А.А. Фенологические природные явления на Русскойравнине: аналиэ пространственно-временной изменчивости//ИзвестияВТО. 1991. Т. 123. ВЫП. б. С. 409-418.

18. Минин А.А., Семе шок Н.В. Лесной покров Земли. - М:Знание. Сер. Биология. 1991. N1. - 64 с.

19.Колосов П.А., Минин А.А. Тенденции изменений параметровклимата и продуктивности растительности на территории СССР запоследние 40 лет//Проблемы экологич. мониторинга и моделиров.экосистем.- СПО.: Гидрометеоиздат. 1992. Т. XIY. С 31-40.

20.Минин А.А. Пространственно-временная изменчивость датнаступления некоторых фенофаз у березы бородавчатой (Betulaverrucosa Ehrh.) на Русской равнине//Проблемы экологич. монито-ринга и моделиров. экосистем.- СПб.: Гидрометеоиадат. 1992. Т.XIY. С. 49-57.

21.Минин А.А. Пространственно-временная изменчивость датначала некоторых феноявлений у птиц на Русской равнине//Бюлле-тень МОИП. Отд. биологии. 1992. Т. 97. Вып 5. С. 28-34.

22.Минин А.А., Рубинина А.Е. Испарение и годичная продукциянадземной фитомассы//Материалы метеорол. исслед.-м.: МГК РАН.1992. N 15. С. 49-54.


- з в - . • ' • " • _ - . .

23.Минин А.А. Изменчивость параметров состояния климата иэкосистем луговой степи//Материалы метеорол. - Исслед.- М.:МГК РАН1992. N 15. С. 54-57. •

24.Минин А.А. Изменчивость проявления некоторых опасных яв-лений погоды вегетационого периода на Русской равнине//ИзвестияРусск. географич. общества. 1993. Т. 125. Вып. 2. С. 61-66.

25.Минин А.А., Козин В.Н., Собакинских В.Д. Влияние климатана продукцию степных сообществ//Известия РАН. Сер. географичес-кая. 1993. N 1. С. 96-100.

26.Минин А.А. Анализ изменчивости сроков наступления севон-ных явлений в природе//Методика изучения сезонных явлений приро-ды. - М.:РАН. Русск. географ, общ-во. 1993. С. 7-13.

27.Минин А. А. Изменчивость дат крайних заморозков' в воздухена Русской равнине//Метеорология и гидрология.1993.N б.С.105-109.

28.Минин А. А., .Лисеев А. А. Пространственно-временная измен- .'чивость месячных сумм испарения с суши'на Русской равнине//Проб-. .лемы зкологич. мониторинга и моделиров. экосистем.- СПб.: Гид-рометеоиздат. 1993. Т. XY. С. 151-160. .. : , :

v :

29.Минин А.А. Изменчивость природных процессов на Русскойравнине за период инструментальных наблюдений//Вестник Моск.ун-та. Сер. 5. география. 1994. M l . С. 92-99.

30.Минин А.А. Изменчивость дат устойчивых переходов среднейсуточной температуры черев пороговые значения на Русской равни-не//Метеорология и гидрология. 1994. N 4. С. 66-71...,

31.Минин А.А. Агрометеорологическое районирование Русской.равнины//Метеорология и гидрология. 1994. N 10. С. 99-104. -

32.Ведюшкин М.А., Колосов П.А., Минин А.А., Хлеоопрос Р.Г.Климат и растительность суши: взгляд с позицииявления гистере-8Иса//Лесоведение. 1995. M l . С. •

33.Минин А.А.Опыт относительного составления календаря при-роды Русской равнины//Лесоведение. 1995, N 1. С. 99-101. .

34.Минин А. А.. Горбуноз С М . Корреляционные связи между не-которыми фенологическими явлениями//Известия РГО. 1995. Т. 127.Вып. 1. С. ,

с


Ot/btM 2 i и .1 ianji >>bl Гираж НО

Типография \\ucKOBCKofi с х академии ям К А Тимирязева1J7550 Москва II 550 Тимирязевская v.i, 44


456.взаимосвязи и пространственно временная...

Documents