Эколого-биологические исследования в верховьях Р. Актру в горном Алтае

ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ВЕРХОВЬЯХ р. АКТРУ В ГОРНОМ АЛТАЕ

В.Н. Воробьев*, Ю.К. Нарожный**, Е.Е. Тимошок*, И.Н. Росновский*, В В, Давыдов*, АЮ. Бочаров*, Е.Н. Пац*, О.В. Хуторной*, С.В. Бокша*, Е.Н Кособуцкая*

Филиал Института леса нм. В.Н. Сукачева СО РАН*, Томский государственный университет**

Приведены данные по таксационной характеристике древостоев, напочвенному покрову, почвам, дендрохрснологичсским особенностям кедра и лиственницы в верховьях р. Актру

Анализ итогов 10-летних работ по Международной геосферной программе свидетельствует о необходимости более четкого учета региональных особенностей при исследовании глобальных изменений окружающей среды и климата [5, 6]. Качественный и количественный учет региональной составляющей глобальных изменений, как климата, так и зависящих 01 него характеристик экосистем и его достоверность, во многом определяются правильным выбором репрезентативных территорий для организации мониторинговых наблюдений. В этом плане бассейн р. Акг-ру; в верховьях которой расположены известные ледники, является наиболее подходящим объектом. Именно этот бассейн по решению Исполкома ЮНЕСКО был выбран в качестве репрезентативного для Горного Алтая участка по наблюдению в стационарных условиях за гляциологическими и гидрометеорологическими процессами в периоды МГГ и МГД [9]. В данном бассейне в основном проводились длительные исследования динамики ледниковых масс, мезоклима-тических параметров, а также ряд дендрохронологи-ческихнаблюдений [1]. Эколого-биолопнческиеработы, тем более комплексные, в верховьях р. Акгру начаты лишь в настоящем исследовании.

Сведения об особенностях растительности высокогорной зоны отдельных хребтов Горного Алтая немногочисленны и приведены главным образом в классических геоботанических работах А,В. Куминовой [7, 8], а в обобщенном виде - для Атгае-Саянсюй горной области - в монографии В .П. Седельникова [ 10]. Особое значение в данном случае имеют исследования границы леса. Именно хоро - хронологическая изменчивость ее является наиболее чутким индикатором изменения нивально-гляциал ьной системы бассейна [3], а следовательно, и региональной климатической составляющей. Изучение динамики верхней границы леса дендроиндикационными (как хоро-, так и хронологическими) и почвенно-географическими методами является важнейшей частью организации регионального мониторинга в данном литоводосборном бассейне. Организация дендрохронологических исследований позволяет также провести ретроспективный анализ изменений климата региона, а следовательно, установить некоторые причинно-следсгвен-ные связи, позволяющие прогнозировать возможные последствия того или иного нарушения устойчивости климатической системы. Именно это я другие обстоятельства послужили побудительным мотивом для

начала в 1999 г. комплексных эколого-биологических исследований границы леса в верховьях р. Актру с участием лесоведов, ботаников, почвоведов и географов.

В первый год исследований по высотному экологическому профилю в истоках р. Акгру был заложен ряд постоянных пробных площадей, как основы для будущих стационарных наблюдений (рисунок, таблица).

Самое верхнее под гольцовое кедровое разногравно-зеленомошное редколесье расположено на пологом участке моренного комплекса (пробная площадь 1, это конец морены ледника Правый Акгру; около 2400 м над уровнем моря) Разреженный древесный ярус сформирован одновозрастными молодыми кедрами, средний возраст которых составляет около 70 лет. В кустарнич-ковом ярусе участвует голубика (V. uliginosum subsp. alpimmn), В напочвенном покрове доминируют шикша (Empetnim nigrum) и зеленые мхи.

Сплошной почвенный покров присутствует только на нижнем крае морены. На большей части ее поверхности почвенный покров представлен пятнами. Основной тип почв - горно-тундровые примитивно щебнистые мерзлотные почвы. По современной классификации почв их нужно отнести к криоземам примитивным [12]. Общая мощность их почвенного профиля невелика и колеблется в пределах 0,2-0,3 м.

Кедровник кустарниково-зеленомошный расположен выше моренного комплекса ледника Малый Акгру («кедровая площадка», пробная площадь 2, 2350 м над уровнем моря). Древесный полог (состав 10К) сформирован старыми кедрами, возраст которых колеблется от 250 до 420 лет. Кустарниковый ярус с преобладанием Betula rotundifolia и участием Lonicera altaica, Salix reticulata. S. berberifolia. приурочен к окнам древостоя. В напочвенном покрове под кронами деревьев - мертвопокровные участки, с толстым слоем опавшей и неразложившейся хвои и единичными экземплярами Aegopodium alpestre и Bcigenia crassi-folia; на омоховелых камнях - баданово-зеленомош-ная синузия с преобладанием Bergenia crassifolia, участием Empetrum nigrum и зеленых мхов, в понижениях - разнотравно-злаковая синузия с Melandrium triste, Cerastium pauciflorum, Swertia obtusa и преобладанием овсяницы (Festuca sp.).

Данный участок границы леса обладает хорошо развитым почвенным покровом с развитыми полнопрофильными почвами тиш иодбуров. С глубины 0,4м. в почвенном профиле присутствует вечная мерзлота.

Таблица

Таксационная характеристика постоянных пробных площадей в верховьях р. Акгру

№ п/а S, га Высота над ур.м.,м Крутизна 0 склона, Экспо- зиция Состав Поко- ление Кол-во деревьев, шг./га Средний возраст, лет К м Л см Относ. полнота Бони- тет Тип леса 11о;фост, шт./га

1 ОД 2400 15° ? 10К 1 520 70 3.5 6.5 - - Подгольцовое кедровое разнотравно- зсленомоишое редколесье 12000

2 од 2300 6° ? 10К 1 160 320 13.3 60,4 - - Кедровник кустарниково- эеленомотный 12000

4 0,2 2200 5-Г С 8К +К 2Лц +Л 2 1 2 1 226 104 200 530 260 535 15 18 40,4 34 0,5 V Кедровник ерниково-эеленомошно-ли тайниковый -

5 0,4 2150 з(У В 9К +К 1Лц +Л 2 1 2 1 382 23 220 350 250 365 16,8 20,2 29,7 37 0,8 V Кедровник ляаково- разнотравный 52500

7 0,3 2170 18° R 10Лц НК 1 1 329 23 250 200 17 30,4 15,6 0,7 V Лиственничник разготравно- осоково- злаковый 13420

8 0,4 2150 18" В 6К 4Лц 1 1 305 ПО 200 250 12,5 20,0 27,4 38,8 0,8 V Кедровое лиственничное злаково- разнотравное насаждение 13000

L/1

NO

Том Jfe 274 сентябрь 2001

Годы

Рисунок. Обобщенные хронологии радиального прироста кедра сибирских) и лиственницы сибирской сглаженные

25-лептей схшп-зшцей средней

По современной классификации - это криоземы типичные. Почвы имеют довольно мощный органогенный оторфованный горизонт Ат (15-25 см) и хорошо развитый горизонт А (до 20 см мощности). Весь почвенный профиль оглеен вследствие избыточного увлажнения, особенно на контакте с вечно мерзлыми породами. Почвообразующими породами являются (как и для почв первой пробной площади) метаморфические сланцы, роговики и гранитогнейсы.

Кедровник ернишво-зеленомошно-лишайниковый сохранился у подножья моренного вала ледника Малый Актру (пробная площадь 4, 22С0 м над уровнем моря) Древесный ярус (8K2J1) представлен двумя поколениями кедра: средний возраст первого поколения составляет 530 лет, второго - 200 лет; и лиственницы, средний возраст которой составляет 535 и 260 лет соответственно. В кустарниковом ярусе преобладает березка круглолистная (Betula rotundifolia), в меныпем обилии - Lonicera altaica. В травяном ярусе участвуют Calamagrostis Pavlovii, Polygonum viviparum, Castillea pallida и др. виды. Травяной и мохово-лишайниковый покров трансформированы вследствие вытаптывания, поскольку здесь находится постоянный летний лагерь туристов.

Почвенный покров здесь представлен горными бурыми мерзлотными почвами - криоземами метамор-физованными Общие особенности морфологического строения метаморфизованных криоземов следующие. Их профиль хорошо дифференцирован на генетические горизонты. Верх профиля (А0) представлен живыми мхами и очёсом мхов мощностью до 1015 см, затем выделяется грубогу мусовый темно-бурый горизонт А мощностью 5-15 см, густо переплетённый корнями с творожисто-копролиговой структурой. За ним следует белесовато-светло-бурый бесструктурный горизонт А2 мощностью 7-10 см, резко переходящий в коричнево-бурый с ореховатой структурой уплотнен-

ный горизонт В, достигающий мощности 30-40 см.. Низ профиля представлен суглинисто-щебнистой массой элювио-делювия коренных пород со следами присутствия мерзлоты. Почвы имеют слабо кислую реакцию среды в верхних и нижних частях профиля и кислую - в средней части профиля.

Кедровое злаково-разнотравное насаждение расположено на восточном склоне крутизной 30° (пробная площадь 5, 2200 м над уровнем моря). В древостое (9K1JI) преобладает кедр, возраст которого колеблется в пределах 220-350 лет, незначительно участие лиственницы от 250 до 365 лет. В кустарниковом ярусе преобладает жимолость (Lonicera altaica), в меньшем обилии присутствует березка круглплистнаи (Betula rotundifolia). Для напочвенною покрова характерны две синузии - злаково-осоковая и зеленомош-ная. В злаково-осоковой синузии господствует осока (Carex macroura subsp, kirilovii), задерновывающая почву, в зеленомошной синузии преобладают Hylocomium splendens HPleurozium Schreberii. Травянистые растения - Saussurea controversa, Aegopodium alpestre, Aconitum septentrionale, Geranium albiflonun, Chamaenerion angustifolium, Cerastium pauciflorum и др. с низким покрытием присутствуют как в злаково-осоковой, так и в зеленомошной синузии.

Почвенный покров пробной площади представлен горными криоземами типичными.

Л иственничник разногравио-осоково-злаковый расположен в нижней части профиля на восточном склоне 20° (пробная площадь 7, 2170 м над уровнем моря). Древостой сформирован коренной лиственницей (ЮЛ+К), средний возраст ее около 250 лет, кедром - в пределах 200 лет. В кустарниковом ярусе отмечены Spiraea chamaedrifolia, Cototicaster uxiillora, Juniperus sibirica, J. pseudosabina. В травостое преобладают Calamagrostis Pavlovii (30 %) и Carex macroura subsp. kirilovii (около 20%), на омоховелых камнях отмечена

Том №274

сентябрь

2001

Vaccinium vitis-idaea (5-7%). С проективным покрытием (1-3%) встречаются Aegopodium alpestre, Saussurea controversa, Paeonia anomala, Poa altaica, P. Litvinoviana, Trifolium lipinaster, Geranium pseudosibiri cum, Aquilegia glandulosa Рассеянно и единично отмечены Geranium albiflorum, Lilium martagon, Ciepis abirica, Dianthus superbus, Solidago virga-aurea, Aconitum septentrional e, Po fygonum bistorta, Polemanhmicoenileum.

Кедрово-лиственничное злаково-разнотравное насаждение находится на восточном склоне близ стационара ТГУ (пробная площадь 8, 2150 м над уровнем моря). Состав смешанный (6К4Л), средний возраст кедра около 200 лет, а лиственницы больше - 250 лет. Кустарниковый ярус развит неравномерно: Закуста-рснность колеблется от 20% на участках с сомкнутым древостоем до 50% в его окнах. В нем преобладают Salix arbuscula и Lonicera altaica, участвуют с меньшим обилием Spiraea chamaedrifolia, Jumperos sibirica, Cotoneaster uniflora, Rosa acicularis. Травяной покров имеет мозаичную структуру. Под крупными кедрами он не выражен, здесь отмечены единичные растения Aegopodium alpestre, Chamaenerion angustifolium. В окнах древостоя ка пониженных участках преобладают Calamagrostis Pavlovii(10-15%) и Aegopodium alpestre (3-5%), на омоховелых камнях - Vaccinium vitis-idaea, участвуют Chamaenerion angustifolium, Thalictrum minus, Geranium albiflorum, Poa altaica. Pleurospenuumuralense, Bupleunm aureum, Polygonum viviparum, Cerastium pauciflorum, Dracocephalum grandiflorum, Dianthus superbus, Lilium martagon, Aconitum septentrionale, Trollius asiaticus, Solidago virga-aurea, Galium boreale и др.

Почвенный покров на пробных площадях 7 и 8 также представлен горными криоземами типичными. Однако, в отличие от пробных площадей 4 и 5, эти почвы имеют менее развитый почвенный профиль. Часть поверхности перекрыта делювиальными оползневыми крупнощебнистыми отложениями, на поверхности которых сформированы примитивные щебнистые криоземыс маломощным почвенным профилем.

На пробных площадях проводилось изучение особенностей естественного возобновления кедра и лиственницы. Наибольшее количество жизнеспособного подроста кедра (52500 пгт./га), приуроченного к валежу и окнам древостоя, отмечено в кедровнике злаково-разнотравном (пр. пл. 5). Благополучное состояние подроста позволяет сделать вывод о том, что в последующем он сможет сформировать второе поколение кедра в данном насаждении.

В лиственничнике (пр. пл. 7) подрост почти полностью представлен кедром (13420 шт./та) и расположен главным образом на продольных склоновых оползневых микроповышениях (7920 шт./га). В микропонижениях - его количество меньше (5500 шт/га), что связано, по-видимому; с воздействием водотоков в весенний период.

В кедрово-лиственничном насаждении (пр. пл. 8) количество подроста кедра составляет 13000 пгг./га,

размещение его равномерное, подрост лиственницы встречается единично. Подобная структура породного состава подроста на данной пробной площади свидетельствует о предстоящей смене лиственницы на кедр в ближайшие 100 лет.

Подгольцовое кедровое редколесье (пр. пл. 1) также обеспечено подростом (12000 шт./га). Здесь он приурочен к повышенным каменистым участкам, заросшим шикшей, тогда как между камнями его нет, постольку на пробной площади, как было показано выше, почвенный покров не развит Молодые особи кедра (около 98%), в отличие от подроста под пологом леса, сильно деформированы заморозками, снегом и ветрами.

В кедровнике кусгарниково-зеленомошном (“кедровая площадка”, пр. пл. 2) подрост кедра (12000 шг /га) представлен особями 45-55-летнего возраста, более молодые поколения кедра отсутствуют, что связано, по-видимому, с более редкой и низкой урожайностью кедрового яруса, чем, например, на пробной плошдди 5.

В представленных сообществах были проведены девдрохронологические исследования с использованием общепринятых методик [13, 14,17,15,16, 18,19].

Д ля каждой из пробных площадей были построены обобщенные древесно-кольцевые хронологии радиального прироста деревьев по кедру и лиственнице. Установлено, что возраст деревьев кедра колеблется от 60-80 лет в подгольцовом редколесье (пр. пл. 1), до 540 лет в ерниковом зеленомошно-лишайниковом кедровнике (пр. пл. 4). Возраст лиственницы изменяется соответственно от 80 до 550 лет. Абсолютная продолжительность хронологий по кедру составила 515 лет, по лиственнице - 526 лет. Межсерийный коэффициент корреляции по обеим породам колеблется от 0,32 до 0,76. Высокие значения коэффициента корреляции отмечены и при сравнении обобщенных хронологий кедра и лиственницы из рассматриваемых местообитаний между собой, что подтверждает общий для данного района климатический сигнал.

Изучение длительно-временных изменений ширины годичных колец у этих древесных растений свидетельствует о том, что для кедра и лиственницы характерны общие увеличения прироста в середине второй половины 17-го, в середине 18-го и в конце 19-го веков (рисунок) Общие депрессии роста деревьев наблюдаются в начале 16-го века, на рубеже 17-18 веков, в середине первой половины 19 века и в середине 20 столетия. Периоды снижения ростовой активности у кедра и лиственницы во всех исследованных сообществах в конце 17-го, начале 18-го веков и в первой половине 19-го столетия являются реакцией на динамику ледника. Полученные данные подтверждают результаты исследований по дендрохронологкчес-кому изучению ширины годичных колец у лиственницы в данном районе [1, 2], а по кедру дополняют их. Различия между реакциями двух пород на один и те же изменения носят видовой характер и требуют пос-ледущего анализа.

В исследуемых сообществах (пр. пл. 2, 4 и 5) наблюдается сходство в таксационном строении и воз* растной структуре древостоев (таблица), а также высокая корреляция хода радиального роста деревьев. На этом основании можно сделать заключение о том, что, по-видимому, морена ледника Малый Акгру в период максимального его наступления (в начале 19го века) разорвала верхнюю часть единого кедрового массива, представлявшего верхнюю границу леса и расположенного на едином геоморфологическом массиве - так называемой «исторической морене» [4]. Это подтверждается также и резким изменением прироста годичных шлец, значительными механическими повреждениями кедра и лиственницы на пробной площади 4 (наличие компрессионной древесины, травматических тканей) за счет наступления ледника и морены, частично засыпавшей это насаждение. Это предположение согласуется с данными о строении почвенного покрова и составляющих его почв, которые на этих участках близки по своему морфологическому облику, отличаясь лишь большей степенью отор-фованости и оглеености горизонтов (большей степенью увлажненности) в почвах на пробной площади 2. Большая увлажненность почв здесь связана с оконту-

риваннем и частичным перекрытием поверхностного стока надвинутой молодой мореной ледника Малый Акгру.

Таким образом, нивально-гляциальная система верховий р. Акгру в значительной степени влияет на структур)' высокогорных ландшафтов и их эволюцию, определяя как параметры типов условий лесных местообитаний, так и динамику их границ., Так, верхняя граница леса в верховьях р. Акгру, где важнейшим фактором является динамика современного оледенения, определяется, помимо климатических факторов, также и геологической деятельностью ледниковых масс, что ранее в литературе не отмечалось.

Наличие в бассейне р. Акгру серии точно датированных по возрасту ледниковых террас делает этот объект уникальным с точки зрения эколого “биологических исследований, позволяя проследить эволюцию экосистем на протяжении длительного исторического времени. В свою очередь, это дает возможность качественного и количественного прогноза изменения состояния природных комплексов исследуемого района при глобальных и локальных изменениях климата.

Исследования выполнены при финансовой поддержке ФЦП “Интеграция” (грант К0897).

Литература

1. Адаменко М.Ф. Динамика прироста лиственницы как индикатор термического режима летних сезонов в Горном Алтае // Региональные географические исследования Западной Сибири. Новосибирск: Наука, 1978. С. 20-25.

2. Адаменко М.Ф., Сюбасв А. А. Динамика климата на территории Горного Алтая в 20-15 вв. II Вопроси горной гляциологии. Томск: Изд-во ТГУ 1977. С. 196 202.

3. Быков Н.И. Дендроиндикация нивально-гляцкальной системы Алтая /У География и природопользование Сибири. Барнаул: Изд-во «Аккем», 1997. С. 32-46.

4. Дуппсин AM. Многолетние колебания ледников Актру и условия развития исторических морен // Гляциология Алтая. Томск: ТГУ, 1965. Вып. IV. С. 83-101.

5. Заварзин Г. А, Котляков В.М. Стратегия изучения Земли в светс глобальных изменений // Вестник РАН. Москва. Т. 68. N° 1. С. 23-29.

6. Кабанов М. В. Проблема мониторинга и моделирования региональных климато-экшюгических изменений (пленарный доклад) // Трепе Сибирское совещание по кпимато-эюлогичеекпму мониторингу. Тезисы докладов. Томск Изд-во Томского научного цетра, 1999. С. 3 -7.

7. Куминова А.В. Высокогорная растительность хребта Иолго (Северный Алтай) // Естественная кормовая база Горно-Алтайской АО. Новосибирск: Новосибирское книжное издательство, 1956. С. 237-259.

8. Куминова АВ. Растительный покров Алтая. Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1960. 450 с.

9. Обыскалов АД. Гидрометеорологические условия современного морфогенеза в верховье бассейна р. Ахтру (Горный Алтай) // Актуальные вопросы геологии и географии Сибири. Материалы конференции. Томск: ТГУ 1998. Т. 4. С. 67-68.

10. Седельников В.П. Высокогорная растительность Алгае-Саянской горной области. Новосибирск: Наука, 1988. 220 с.

11 Смагин В.Н., Ильинская С. А, Назимова Д.И. и др. Типы лесов гор южной Сибири. Новосибирск: Наука, 1980. 333 с.

12. Шишов Л.Д., Тонконогов В.Д., Лебедева И.Й. Классификация почв России. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 1997. 236 с.

13. Фильрозе Е.М., Гладушко Г.М. Способ проявления границ и структуры годичных колец // Дендрохронология и дендрокдимэтологня. Новосибирск. 1986. С. 68-71.

14. Frills H.S. Tree rings and climate. London: Acad Press, 1976. 245 pp.

15. Holmes R.L. Program CHRONOL. Tuscon: Laboratory of tree-ring research, University of Arizona, 19926.

16. Holmes R.L Program COFECHA Version 3. Tliscon: Laboratory of trce-ring research, University of Arizona, 1992a.

17. Holmes R.L, Tree-Ring Bull.,1983, 44, 69-75.

18. Methods of dendrochronology: Applications in the environmental sciences / Cook E.R., Kairukstis LA„ eds. Dordrecht-Boston-London: Kluwer Acad. Publ., 1990 394 p.

19. Shiyatov S.O., Mazepa V.S., Vaganov E.A, Schweingruber F.H. // Radiocarbon. 1996, 1-4, 37-48.