Содержание к диссертации
Введение
1. Ландшафтная дифференциация среднегории Северного Урала
1.1. Положение территории заповедника «Денежкин Камень» в системе единиц физико-географического районирования
1.2. Характеристика ландшафтных геокомплексов заповедника «Денеж- кин Камень» 17
1.3. Ландшафтная карта заповедника как основа выделения феноплощадей и маршрутов
2. Теория и методика изучения сезонной динамики ландшафтных геокомплексов 46
2.1. Ландшафтные геокомплексы как объекты фенологических наблюдений 46
2.2. Анализ влияния географических факторов на ландшафтные геокомплексы 49
2.3. Методы фенологических наблюдений 53
2.4. Критерии выделения сезонов года 81
3. Весеннее развитие ландшафтных геокомплексов 85
3.1. Высотно-поясные различия в весеннем развитии фитокомпонента . 85
3.2. Ветровой фактор и его роль в весенней динамике ландшафтных геокомплексов 100
3.3. Солярно-экспозиционный фактор и его воздействие на весеннее развитие фитокомпонента 105
3.4. Погодичные феноотклонения и феноаномалии весеннего развития растительности в высотных поясах 112
3.5. Границы весны в высотных поясах 116
4. Летнее развитие ландшафтных геокомплексов 120
4.1. Высотно-поясные различия в летнем развитии фитокомпонента
4.2. Ветровой фактор и его роль в летней динамике ландшафтных геокомплексов
4.3. Солярно-экспозиционный фактор и его воздействие на летнее развитие фитокомпонента 147
4.4. Погодичные феноотклонения и феноаномалии летнего развития растительности в высотных поясах 154
4.5. Границы лета в высотных поясах 158
5. Осеннее развитие ландшафтных геокомплексов 160
5.1. Осенняя динамика развития фитокомпонента высотных поясов 160
5.2. Ветровой фактор и его проявление в осеннем развитии ландшафтных геокомплексов
5.3. Солярно-экспозиционный фактор его воздействие на осеннюю динамику ландшафтных геокомплексов 177
5.4. Погодичные отклонения и феноаномалии осеннего развития растительности 183
5.5. Границы осенив высотных поясах 187
Заключение 192
- Характеристика ландшафтных геокомплексов заповедника «Денеж- кин Камень»
- Анализ влияния географических факторов на ландшафтные геокомплексы
- Ветровой фактор и его роль в весенней динамике ландшафтных геокомплексов
- Солярно-экспозиционный фактор и его воздействие на летнее развитие фитокомпонента
Введение к работе
Географические процессы в ландшафте характеризуются ритмичностью. Ритмичность является неотъемлемой частью развития ландшафта. Сезонный ритм - один из главных показателей/ ландшафтов умеренного пояса. По мнению А.Г. Исаченко (1965,1991), изучение сезонной динамики ландшафта приобретает особую важность для познания его структуры. Характеристику сезонной динамики ландшафтов следует считать обязательной частью физико-географической характеристики ландшафтных геокомплексов всех рангов, так как через нее полнее раскрываются важнейшие структурные особенности ландшафтов и основные взаимосвязи их компонентов. СВ. Ка-лесник (I960), А.Г. Исаченко (1965) и Г.Э. Шульц (1981) считают, что фенологию следует рассматривать в качестве географической дисциплины, как учение о сезонной динамике ландшафтов. Большое внимание уделял фенологическим наблюдениям В. Б. Сочава (1978), который считал, что структура ГК неразрывно связана с его динамикой. Ф.Н. Мильков (1981) утверждал, что описание ландшафта будет некомплексным без выявления его биоклиматических особенностей и включал «фенологию ландшафта» в программу полевого изучения ландшафтного района. Познание динамики ландшафта как интегрального процесса, охватывающего все подчиненные локальные геосистемы, и как важного аспекта его пространственно-временной организованно-сти - сложная и еще нерешенная задача (Исаченко, 1991).
Сущность проблемы. Фенологическая характеристика ландшафтных геокомплексов является важной частью их общенаучной характеристики, хотя в ландшафтоведческой литературе данному вопросу уделяется недостаточно внимания. В настоящее время необходимы новые подходы к изучению геокомплексов, которые учитывали бы и сезонное развитие ландшафтных геокомплексов территории.
В течение последних десятилетий на Урале развивается новое направление в методике фенологических наблюдений. Создателем его является известный русский ученый В.А. Батманов. Предлагаемые им методы базиру-
5 ются на математической основе, применимы во время маршрутных исследований и могут дать полноценные количественные показатели сезонного развития объектов. Поэтому в ландищфтоведении наметилась тенденция внедрения и использования новых точных фенологических методов для ландшафтных характеристик геокомплексов. В качестве примеров можно привести работы Т.Н. Буториной (1969, 1979) в Красноярском крае, В.И. Поляковой (1976) в Саянах; Э.В. Фриш (1982) в Березинском и Дарвинском заповедниках; Т.Н. Кузнецовой (1970, 1982), М.К. Куприяновой (1970,1985, 2000), Н. В. Скок (1983, 1987), Н.В. Беляевой (1997), Е.Ю. Терентьевой (1999, 2000) на Среднем Урале.
До настоящего времени главным источником информации о низших ландшафтных геокомплексах служили результаты полевой ландшафтной съемки. При структурно-динамическом подходе к их изучению на первый план выступают стационарные ландшафтные исследования, которые, согласно СВ. Калеснику (1970), позволяют собрать данные для углубленного анализа ландшафта, в том числе показатели его сезонной динамики. Работ с использованием фенологических методов мало, так как многие ландшафто-веды и физико-географы еще не приняли к непосредственному использованию фенологические методы или скептически относятся к их применению. Результаты фенологических наблюдений уже использовались в фитоценологии, тесно связанной с. ландшафтоведением: для уточнения границ фитоценозов (Елагин, 1960). Непосредственно в ландшафтоведении эти наблюдения применялись не только в текстовой физико-географической характеристике, но и для физико-географического районирования территории (Туманова, 1960; Цай, 1963; Скок, 1987), поскольку ландшафтный геокомплекс любого ранга имеет свойственный только ему ход сезонного развития.
Большинство фенологов в своих исследованиях используют традиционный метод, заключающийся в определении даты наступления феноявления в данном месте и требующий ежедневных посещений участка. Обычный метод
рентабелен при наблюдениях за небольшим числом объектов, расположенных вблизи местожительства наблюдателя и пригоден только для стационарных исследований (Батманов, 1967), что в горных условиях неприемлемо. Поэтому, наряду с традиционным, необходимо внедрять новые математические методы, дающие количественные показатели, которые характеризуют фенологическое состояние всей растительности геокомплекса. Один из таких фенологических методов - комплексных (суммированных) фенологических характеристик, был предложен В.А. Батмановым в семидесятых годах XX века, получил дальнейшее развитие и впервые был апробирован в низкогорьях Среднего Урала Е.Ю. Терентьевой (2000). Нами этот метод применен на территории заповедника «Денежкин Камень», в условиях среднегорий Северного Урала.
Заповедник был открыт в 1946 году, затем постепенно происходило сокращение его площади, а с 1957 года заповедник утрачивает свои функции и закрывается. С 1991 года для сохранения природного равновесия в районе заповедник вновь начинает функционировать. Фенологические наблюдения на территории велись непостоянно, многолетние ряды прерывисты - с 1947 по 1957 гг. и с 1993 года до настоящего времени. За время существования заповедника фенологические наблюдения проводились за 203 явлениями. Из них 39 явлений неживой природы и 164 объекта живой природы (115 фи-тоявлений, 49 зооявлений). В период с 1947 по 1957 гг. наблюдения проводились за 68 явлениями, из которых 32 за фитоявлениями (включая грибы), 21 -за зооявлениями, 15 - за явлениями неживой природы. В период с 1993 по 2000 гг. наблюдения проводились за І 98 явлениями, из которых 114 фитояв-лений, 47 зооявлений и 37 явлений в неживой природе. Феноплощади располагались в долинах рек. Склоны и вершины горных массивов не были охвачены наблюдениями, так как применение традиционных методов исследований было весьма трудоемко и затруднительно для наблюдения за фенологическим состоянием растительности высотных поясов. Таким образом, на территории заповедника для характеристики фенологического состояния
всей растительности высотных поясов необходимо использование сравнимых между собой количественных показателей.
Актуальность исследования. Изучение ландшафтной дифференциации территории является, как известно, важнейшей составляющей комплексного познания окружающей природной среды, направленного на решение вопросов рационального использования природных ресурсов, их оптимизацию и воспроизводство. Существенной частью ландшафтных исследований является изучение сезонной динамики ландшафтных геокомплексов (ЛГК), позволяющее моделировать не только их пространственные, но и временные изменения и, таким образом, учитывать эти процессы при решении различных научных и практических задач. Сезонная динамика ландшафтов горных стран характеризуется сложностью в связи с воздействием ряда географических факторов на геокомплексы сравнительно ограниченных территорий: в частности, это действие высотно-поясного, солярно-экспозиционного и ветрового факторов. Исследования, посвященные этому вопросу, еще немногочисленны.
Фитокомпонент, чутко реагирующий на изменения комплекса климатических и микроклиматических ' условий, является весьма чувствительным индикатором особенностей состояния и динамики ландшафта. Для характеристики фенологического состояния растительности ЛГК горных территорий необходимо использовать количественные показатели, отражающие состояние всей растительности геокомплекса и обеспечивающие сравнение состояния разных по видовому составу геокомплексов. Такой подход позволит обобщать основные характеристики динамики высотных поясов и распространять данные на районы, труднодоступные или недостаточно охваченные сетью метеорологических наблюдений. Разработка новых подходов и методов комплексного изучения природной среды необходима также для оптимизации научной работы в заповедниках, для внедрения современных методов исследований в
8. слабоизмененных и неизмененных ландшафтах среднегорий Северного Урала при меньших экономических затратах.
Цель работы: выявление основньґх закономерностей воздействия высотно-поясного, ветрового и солярно-экспозиционного факторов на сезонную динамику ландшафтных геокомплексов среднегорий Северного Урала.
Для достижения этой цели реализованы следующие задачи:
- апробировать количественные методы исследования сезонной
динамики ЛГК: интегральный описательный и комплексных фенологических
характеристик и выявить сопоставимость результатов, полученных этими
методами;
- изучить сезонную динамику растительности в разных высотных поясах на склонах различной ветровой и солярной экспозиции в условиях среднегорий Северного Урала;
- изучить особенности распределения снежного покрова как фактора,
определяющего сезонную динамику растительности;
-на основе ландшафтных исследований завершить составление ландшафтной карты родов фаций заповедника и обосновать выбор феноплощадей;
- определить количественные показатели, характеризующие сезонную
динамику ландшафтов среднегорий Северноґо Урала;
- установить границы сезонов в высотных поясах среднегорий
Северного Урала;
Объект исследования: ландшафтные геокомплексы низшего ранга среднегорий Северного Урала.
Предмет исследования: сезонная динамика ЛГК. Материалы исследований и личный вклад. Тема диссертации находится на стыке ландшафтоведения и фенологии, поэтому для исследований необходима ландшафтная база, которая была создана во время экспедиций. Ландшафтные исследования и фенологические наблюдения проводились во
9 все сезоны года по постоянному маршруту длиной около 50 км. Маршрут пересекает среднюю часть среднегорной полосы Северного Урала в пределах двух ландшафтных макрорайонов таежной области Уральской равнинно-горной страны. Профили прокладывались через Шарпинскую сопку, с севера на юг, и через Главный Уральский хребет - Желтую сопку, Пихтовый и Вересовый Увал, с запада на восток (рис. 5, 6). Маршрут пересекал три высотных пояса: горно-таежный, подгольцовый и горно-тундровый. В горно-таежном поясе наблюдения проводились на 29 феноплощадях за 72 видами растений, из них 53 травянистых, 10 кустарниковых и 9 древесных видов. В подгольцовом поясе - на 5 площадях по 70 видам растений, из которых 52 травянистых, 11 кустарниковых и 7 древесных. В горно-тундровом поясе на одной площади, видовое разнообразие которой невелико - всего 35 видов, из них 25 травянистых и 10 видов кустарников. Предварительно нами был подготовлен список растений в фациях по линии профиля и выявлены объекты наблюдения интегральным описательным методом. Из травянистых это майник двулистный, седмичник европейский, купальница европейская, герань лесная, из кустарничков - брусника, черника, голубика. Также в качестве объекта наблюдений использовался один вид кустарника -шиповник коричный, а из древесных - береза пушистая. Весной, летом и осенью изучалась фенология всех древесных, кустарничковых и травянистых растений, в зимний сезон - мощность снежного покрова и его дифференциация в пределах горной полосы.
В основу диссертационной работы положены результаты полевых наблюдений, проведенных сотрудниками кафедры физической географии УрГПУ (1991-1997 гг), и автором на данной территории в период с 2001 по 2004 гг, литературные источники, материалы Летописи Природы заповедника «Денежкин Камень», фондовые материалы производственного объединения «Уралгеология», космические снимки и аэрофотоснимки, а также обширный картографический материал. Все изложенные в диссертации расчеты, графические материалы и рекомендации выполнены лично автором.
Теоретические основы и методы исследований. Теоретической основой работы послужили идеи и принципы комплексной физической географии и фенологии, заложенные в трудах А.Г. Исаченко, В.И. Прокаева, A.M. Оленева, В. Б. Сочавы, Б.А. Чазова, В.А. Батманова, Г.Э. Шульца, М.К. Куприяновой.
В работе использованы традиционные методы, применяемые в ландшафтно-географических исследованиях: сравнительно-описательный и картографический. Обработка информации выполнена с использованием методов математического анализа. Достоверность полученных результатов подтверждена с помощью методов .математической статистики и теории вероятности.
Научная новизна работы.
Впервые для среднегории Северного Урала:
Апробирована методика комплексных фенологических характеристик и применен интегральный описательный метод фенологических наблюдений для выявления сезонной динамики ЛГК;
Установлены количественные показатели сезонной динамики ЛГК в высотных поясах и скорость их развития;
3. Выделены границы сезонов в высотных поясах;
На защиту выносятся:
Метод комплексных фенологических характеристик успешно апробирован и применим в условиях среднегории Северного Урала для выявления особенностей протекания сезонной динамики ЛГК высотных поясов и ЛГК склонов, имеющих разную ветровую и солярную экспозицию. Комплексные фенологические показатели могут быть применены для обоснования выделения границ сезонов года в высотных поясах среднегории.
Высотно-поясной фактор, как ведущий фактор сезонной динамики в условиях среднегории, определяет разную скорость развития ЛГК по сезонам года.
3. Влияние ветрового фактора на ЛГК происходит на высотно-поясном
фоне и проявляется в различиях сезонной динамики на наветренном и
подветренном склонах.
4. Солярно-экспозиционный ,фактор определяет запаздывание
весеннего и осеннего развития ЛГК горно-таежного пояса северного склона
по сравнению с ЛГК южного склона.
Практическая ценность работы. По итогам исследований составлена ландшафтная карта родов фаций для всей территории заповедника «Денежкин Камень». Уточнены списки видов растений по феноплощадям. Результаты работы используются в заповеднике для организации фенологического мониторинга за растительностью.
Внедрение метода комплексных фенологических характеристик по-зволяет экономно организовать научные исследования: сокращение времени, расходуемого на фенологические наблюдения, достигает 120 дней в каждый полевой сезон (период вегетации растительности) при одновременном увеличении объема получаемой информации по сравнению с традиционным методом. Применение метода комплексных фенологических характеристик можно рекомендовать к внедрению в системе ООПТ для выявления закономерностей и сравнения протекания сезонной динамики в ЛГК высотных поясов и в ЛГК с различными экологическими условиями. Основные выводы, изложенные в работе, могут быть использованы в регионах со сходными ландшафтными условиями.
Результаты исследования включены в программу обучения студентов очного и заочного отделений географо-биологического факультета Уральского государственного педагогического университета по курсам «Фенология», «Ландшафтоведение», «География Свердловской области», при проведении полевых учебных практик по ландшафтоведению и фенологии.
Апробация работы. Основное содержание диссертации опубликовано в 11 печатных работах. Результаты исследовдния доложены и обсуждены на
12 научно-практической конференции памяти Е.Л. Шувалова «Урал в научных исследованиях на географо-биологическом факультете УрГПУ» (Екатеринбург, 2001), на конференции молодых ученых «Биота горных территорий» ИЭРиЖ (Екатеринбург, 2002), на Российско-германской конференции «Александр Гумбольдт и исследования Урала», (Екатеринбург, 2002), на молодежном семинаре «Природные и городские экосистемы» УрО РАН Ботанический сад (Екатеринбург,,. 2003), на региональной научно-практической конференции «Проблемы Урала и сопредельных территорий» (Челябинск, 2004).
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из «Введения», 5 глав, «Заключения», списка литературы и приложений. В первой главе дается обоснование физико-географического районирования территории, ее описание и рассматриваются теоретические и методические вопросы ее ландшафтного картографирования. Глава 2 посвящена особенностям методики сбора и обработки материала в различные сезоны, в 3, 4 и 5 главах, проведен анализ результатов фенологических наблюдений по сезонам года. Материал изложен на 218 страницах машинописного текста, включая 52 рисунка и 33 таблицы. Работа содержит 24 приложения.
Характеристика ландшафтных геокомплексов заповедника «Денеж- кин Камень»
Основные тектонические структуры Нрвоземельско-Уральской равнинно-горной страны сформировались в палеозое в результате герцинского текто-генеза. Древние герцинские структуры получили различное отражение в современном рельефе. В общем плане современный рельеф унаследовал меридиональное простирание герцинских структур. Среднегорная полоса Северного Урала связана с Центрально-Уральским поднятием и западным крылом Тагильского мегасинклинория. Эти структуры в пределах Северного Урала сложены наиболее прочными горными породами нижнего палеозоя. Пироксенитовые и дунитовые выступы расположены на фоне габбрового массива, составляющего ос.нову горного узла. Такой петрографический состав имеют главная вершина Денежкина Камня, Большая Шарпинская сопка, Вересовый и Пихтовый увалы. Габбро сложены все склоны гор, а также Белкинский увал и Журавлев Камень. Полоса основных и ультраосновных пород, простирающаяся в северо-северо-восточном направлении, в центральной части узла имеет ширину около 13 км. На западе с ней смыкается метаморфическая толща амфиболитов, кварцитов, слюдистых и кристаллических сланцев, с которой связан Главный Уральский хребет. К востоку от нее, по правому берегу р. Шарп, распространены диориты, сиенито-диориты и гранодиориты. Поясное залегание пород является следствием процессов меридиональной складчатости, вызываемых односторонним боковым давлением, направленным с востока на запад.
В менее прочных осадочных и осадочно-вулканогенных породах (сланцах, известняках, туфах) денудацией созданы депрессии, различные по форме и размерам (наиболее крупной из них является Сольвинская депрессия). В неоген-четвертичное время герцинские структуры на Северном Урале испытали большие поднятия (500-700м) по сравнению со Средним Уралом (Сигов, 1975). Это, наряду со значительной прочностью слагающих их пород, явилось причиной формирования на Северном Урале среднегорного рельефа. Преобладающими здесь являются хребты и кряжи с абсолютными высотами 900-1100 м. Территория заповедника "Денежкин Камень" характеризуется значительным расчленением рельефа. Амплитуда высот в среднем составляет 400-700 м, а максимальная - 1000-1200 м. Согласно геоморфологическому районированию И. П. Герасимова (1968), массив Денежкин Камень расположен в осевой зоне Урала со среднегорным рельефом (по глубине расчленения и преобладанию покатых склонов) с чётко выраженной высотно-поясной дифференциацией климата, почвенного и растительного покрова, а также животного мира. Основные различия в характере тектонических структур и петрографическом составе пород в пределах среднегорной полосы, приводят к обособлению Западного среднегорно-хребтового и Восточного среднегорно-кряжевого округов. Восточный среднегорно-кряжевый округ является частью западного крыла Тагильского мегасинклинория. Слагающие его осадочно-вулкано-генные толщи ордовика и нижнего силура прорваны крупными интрузивными телами ультраосновных пород и мелкими интрузиями кислых пород. В условиях длительной денудации (мезозой-кайнозой) и довольно интенсивных по сравнению с другими частями Урала неотектонических поднятий более прочные горные породы (пироксениты, дуниты, габбро) оказались хорошо отпрепарированными денудацией. В современном рельефе им соответствует массив Денежкин Камень.
Его главный гребень имеет вид гряды каменных пирамид и глыб с почти отвесными стенками, окаймленных нагромождениями крупных обломков скал. Здесь выделяются две самых крупных каменных пирамиды, одна из которых составляет главную вершину массива (высота 1492 м). Плосковыпуклые вершины массива, увенчанные скалами, превышают 900-1400 м над уровнем моря. Массив Денежкин камень имеет куполообразную форму. Куполообразной формой обусловлено изменение крутизны склонов. Так, в нижней части массива преобладают склоны крутизной 3-5, в средней части они становятся покатыми (8-15), затем крутыми (20- 25), в средне-верхней части, особенно к вершине, они снова выполажи-ваются до 5-8. В северо-восточном направлении от главной вершины отходит Шарпинско-Быстринский хребет, пересеченный несколькими поперечными долинами. Продолжением перевала между главной вершиной и большой Шарпинской сопкой является выровненная, чуть покатая к северо-востоку, долина с крутыми боковыми стенками. Она имеет характерный поперечный и продольный профили трога. Из нижней части этой долины берет своё начало правый исток Сухого Шарпа. В массиве Денежкин Камень и его ближайших окрестностях выделяют целый ряд вершин и отрогов средней высотой около 900-1000 м. Это части Денежкиного Камня: Кулаков-ский и Белкинский увалы, Шарпинская, Горелая и Желтая сопки, а так же отдельные возвышенности - Журавлев камень, Еловский увал, Оленья сопка и Кривинская сопка. Рельеф у подножий массива несколько снижен и носит типичный кряжевый характер с абсолютными высотами до 600-700 м. Кряжи слагают преимущественно вулканогенные породы. Западный среднегорно-хребтовый округ в структурном отношении представляет собой Центрально-Уральский антиклинорий, сложенный сильно дислоцированными и метаморфизованными породами докембрийского и нижнепалеозойского возраста, среди которых преобладают кварциты и слюдистые сланцы (Чикишев, 1966). В восточной части округа протягивается полоса габбро-перидотитовых интрузий, с которыми связаны коренные месторождения платины. Мощность четвертичных отложений увеличивается к подножью массивов. Более прочным породам в рельефе соответствует Главный Уральский (Водораздельный) хребет (ГУХ), для которого характерны выпуклые вершины с крутыми склонами1, изъеденные иногда карами и цирками.
Вершины и верхние части хребта заняты обширными каменными россыпями и осыпями, представляющими собой хаотическое нагромождение каменных глыб различных размеров и форм. Рельеф среднегорный, сильно расчлененный. Средние высоты в макрорайоне составляют 900-1000 м. В пределах ГУХ можно выделить несколько наиболее высоких вершин: г. Палласа (1337 м), г. Гумбольдта (1410 м), г. Лепехина (1330 м). В нижней части его восточного склона преобладают довольно пологие склоны крутизной 3-5, в средней части (до высоты 600-680 м) они становятся умеренно покатыми (8-12), выше угол наклона достигает 34-45. В привершинных частях хребтов и кряжей обоих округов (макрорайонов) распространены формы рельефа, созданные морозным выветриванием, мерзлотой и солифлюкцией. Каменные россыпи - курумы - покрывают гольцовые вершины, а по склонам от них спускаются полосы осыпей - каменные потоки. Распространены и полигональные грунты: каменные многоугольники и полосы, пятнистые тундры. В результате морозного выветривания и процесса нивации выше 600-700 м по склонам образуются нагорные террасы, представляющие собой площадки, сложенные каменистым материалом. Для большей части заповедника типичен эрозионно-денудационный рельеф среднегорий и низкогорий. Интенсивнее эрозия проявляется в более высоких горных районах с большим увлажнением. Уральские горы, несмотря на небольшую их высоту, оказывают значительное влияние на климат. Под влиянием среднегорного рельефа происходит перераспределение секторно-зональных количеств тепла и влаги. Тепло-обеспеченность района невысокая. Средняя t января в заповеднике -18,5С, июля +15С. Некоторые представления о температурных условиях территории дают таблицы 3, и рисунки 2,3,4. Преобладающие ветры, несущие влагу - западного и северо-западного направлений (табл. 2). Годовая сумма осадков в подзоне средней тайги составляет 550-600 мм, испарение - 400-440 мм, коэффициент увлажнения около 1,5. Радиационный индекс сухости составляет 0,6-0,75, то есть подзона характеризуется избыточным увлажнением. На восточных склонах выпадает меньше осадков, чем на западных. У подножия гор (кордон Сольва, кордон Крив) выпадает до 650 мм осадков, в горах - до 800
Анализ влияния географических факторов на ландшафтные геокомплексы
Изучением влияния абсолютной высоты на развитие сезонных явлений занимались многие исследователи. Ф. П. Айрапетян (1972); Р.С. Мкртчян, Ф. П. Айрапетян (1981); Т.И. Кузнецова (1981); П.А. Хуршудян, А.Д. Думикян (1982); М.К. Куприянова (1970, 1985, 2000); Н.В. Скок (1983, 1987); Н.В. Беляева (1998) в своих работах отмечали, что с увеличением абсолютной высоты происходит запаздывание в сезонном развитии отдельных видов растений разных жизненных форм и сокращение периода вегетации. Сезонное развитие растительности в высотных поясах в их работах не рассматривалось. Л.П. Крутовская (1972), Т.Н. Буторина (1981); В.И. Власенко (1981), Ю.С. Лынов (1981), Г.Э. Шульц (1981), Н.И. Молокова (1982) выявляли различия в сезонном развитии растительности высотных поясов. Г.Э. Шульц (1981) отмечает, что скорость продвижения сезонных явлений вдоль горных склонов различна в разные сезоны года. Ранней весной это продвижение относительно медленно, от весны к лету сезонные явления поднимаются из долин в горы относительно быстро. Летом различия в сезонной динамике высотных поясов минимальны, к осени же они вновь возрастают. Ю.С. Лынов (1981) выявил возрастание продолжительности активной вегетации в Западном Тянь-Шане предгорий к верхней полосе среднегорий вследствие снижения влияния летней засухи, а также сокращение продолжительности вегетации выше по склону из-за сокращения общего вегетационного периода. В.И. Власенко (1981) для Западного Саяна также отмечает сокращение вегетационного периода в подгольцово-субальпийском поясе и лесотундре3 по сравнению с горно-таежным поясом. Л.П. Крутовская (1975) в заповеднике «Столбы» выявила отставание (градиент 1 сутки на 100 м) в весеннем развитии травяного покрова одного 2 С точки зрения ландшафтной географии определение «верхняя полоса среднегорий» не является коррект ным, но в нашей работе приводится термин автора. . 3 В названиях высотных поясов обычно не используется понятие «лесотундра», вероятно, автор имеет в виду подгольцовый высотный пояс. типа леса в поясе среднегорной темнохвойной тайги по сравнению с нижерасположенным поясом низкогорных светлохвойных лесов.4 Н.И. Молокова (1982) исследовала длительность вегетационного периода в высотных поясах Западного Саяна и выявила высотный градиент изменения начальных сроков вегетации и цветения растений. Ветровой фактор и его влияние на резонную динамику ландшафтных геокомплексов. Макрорельеф оказывает большое влияние на климат и ландшафты, изменяя движение и свойства воздушных масс. Это влияние, более заметное и изменчивое, чем влияние, связанное с абсолютной высотой, называют барьерным. В работах климатологов Б. П. Алисова (1969), О. А. Дроздова (1952), С. П. Хромова (1968), кратко рассматриваются вопросы влияния горных хребтов и целых горных систем на циркуляцию атмосферы и распределение атмосферных осадков, а также характеризуются местные ветры, вызванные горным рельефом. Понятия «ландшафты барьерного подножия» и «барьерной тени» первым ввел А. И. Яунпутнинь (1949), имея в виду соседние равнинные территории. В воздействии горного рельефа на климат и ландшафты А. Г. Исаченко (1979) главную роль отводит орографическим факторам, которые создают различную экспозицию склонов, выделяет циркуляционную экспозицию (то есть барьерное воздействие), и инсоляционную. Экспозиция обусловливает в горах различия термические и в увлажнении. Н. А. Гвоздецкий, (1979) придает большое значение барьерным воздействиям горного рельефа в формировании ландшафтов, особенно роли гор в защите от холодных масс воздуха, наветренному и подветренному явлениям. В ряде работ Ф. А. Максютова:(1975, 1981 и др.), посвященных барьерному воздействию на ландшафты гор и примыкающих к ним равнин, автор различает наветренные и подветренные барьерные ландшафты, определяет признаки барьерного эффекта. 4 Приведена терминология автора В. И. Прокаев (1967, 1983) отмечал, что взаимодействие высотного и барьерного факторов вызывает появление высотно-поясных геокомплексов, состоящих из поясов и подпоясов, с соответствующими горными типами растительности. Очень подробно рассмотрено барьерное воздействие на ЛГК A.M. Оленевым в монографии «Воздействие макрорельефа на климат и ландшафтные комплексы» (1987). Автор считает, что барьерное влияние наветренных склонов вызывает увеличение с высотой выпадения атмосферных осадков и влажности воздуха до определенной высоты, что зависит от величины влагосодержания в воздушной массе. При опускании воздушной массы на подветренном склоне возникает фёновый эффект, в результате которого температура воздуха повышается, а влагосодержание воздуха уменьшается. Климатические различия, обусловленные влиянием хребтов, физионо-мично проявляются в произрастании разных типов леса в Предуралье и Зауралье. Предуралью свойственны темнохвойные леса, представленные ельниками, в Зауралье преобладают сосновые леса с примесью кедра, и сосново-березовые леса, (Горчаковский, 1968; Максютов, 1981; Оленев, 1987). Работы фенологического характера, подтверждающие барьерное воздействие хребтов на протекание сезонной динамики растительности, весьма немногочисленны. В их числе можно отметить исследования Р.С. Мкртчян, Ф. П. Айрапетяна (1981) которые отмечают укорочение длительности весеннего и осеннего сезонов и увеличение длительности периода летней вегетации в районах с более континентальными условиями по сравнению с северо-восточными, относительно влажными и менее континентальными районами Армении. Т.И. Кузнецова (1981) обращала внимание на различия в весеннем и осеннем развитии березы пушистой на склонах западной и восточной экспозиции в центральной части Среднего Урала. Н.В. Скок (1990) в пределах низкогорной полосы Среднего Урала на хребтах, расположенных субмери-дионально, выявила запаздывание в пожелтении листьев березы на склонах южной, северной и восточной экспозиций по сравнению с западными склонами. Солярно-экспозиционный фактор и его роль в развитии сезонных процессов. Одним из важных факторов перераспределения солнечной энергии и атмосферной влаги является рельеф поверхности и, в частности, экспозиция тех или иных ее плоскостей. В результате различной ориентированности относительно Солнца или направления движения несущих тепло и влагу воздушных течений, на различных участках суши образуются неодинаковые соотношения количеств тепла и влаги. Весной происходит рост абсолютных различий в приходе радиации на неодинаково ориентированные склоны, поэтому, проявление процессов на склонах начинается неодновременно. Многими исследователями отмечается опережение развития растительности на южных склонах по сравнению со склонами других экспозиций (Галахов, 1960; Буторина, 1969; Щербаков, 1970; Елагин, 1976, 1980; Шульц, 1981; Кожевникова, 1981). Т.Н. Буторина (1981) отмечала тенденцию более раннего наступления весенних и летних фенофаз вегетативного цикла, и более позднего наступления его осенних фенофаз на склонах южной экспозиции. В.И. Полякова (1971) выявила, что сроки зацветания герани белоцветко-вой в субальпийских лугах Западного Саяна на склонах разной экспозиции различаются. Н.Д. Кожевникова (1981) доказала запаздывание в сезонном росте вегетативных побегов ели на склоне северной экспозиции. Данные об отставании весной сезонного развития растительности на северных склонах холмов и в депрессиях встречаются в фенологической литературе неоднократно (Апаля и др., 1972, Лынов, 2976, Puppi и др., 1993, Aizen, Patterson, 1995, Терентьева, 2000, и др.). В работе Г.Э. Шульца отмечается зависимость скорости прохождений фенофаз вдоль горных склонов от таких географических факторов как солярная и ветровая экспозиция, его крутизна, положение в горной системе, конфигурация прилегающей долины, характер поверхности склона. Влияние географических факторов на распределение снежного покрова. Важным фактором развития растительности является количество осадков. Увлажнение играет особую роль в сезонной динамике ГК весной, когда основное количество влаги образуется в результате таяния снега.
Ветровой фактор и его роль в весенней динамике ландшафтных геокомплексов
Влияние ветровой экспозиции на высоту снежного покрова. Следствием барьерного воздействия Главного Уральского хребта (ГУХ) на окружающие территории являются различия по высоте снежного покрова. В горнотаежном поясе восточного склона Главного Уральского хребта мощность снега на 23 см больше, чем на западном склоне Желтой сопки и на 20 см больше, чем на ее восточном склоне. В подгольцовом поясе высота снежного покрова на восточном склоне Главного Уральского хребта на 14 см больше, чем на восточном склоне Желтой сопки и на 15 см больше, чем на ее западном склоне. На восточных склонах Главного Уральского хребта и Желтой сопки высота снега больше, чем на западном склоне Желтой сопки. Это объясняется расположением западного склона Желтой сопки в барьерной тени от Главного Уральского хребта (абсолютная высота Желтой сопки почти в 2 раза меньше высоты Главного Уральского хребта) и связано с западным переносом воздушных масс и их трансформацией при прохождении такого высотного барьера как Главный Уральский хребет. Наиболее высокая плотность снега наблюдается в горно-таежном и подгольцовом высотных поясах восточного склона Главного Уральского хребта (прил. 7). Переваливая через ГУХ, воздух теряет влагу, охлаждается, выпавший снег перекристаллизовывается и уплотняется под действием стоковых ветров. Наибольшее количество осадков зимой получает восточный склон Главного Уральского хребта: по сравнению с восточным склоном Желтой сопки слой осадков от таяния снега на 13,8 т/га больше, по сравнению с западным склоном Желтой сопки - на 14,4 т/га больше. Наименьшее (в направлении запад-восток) увлажнение в подгольцовом поясе выявлено на западном склоне Желтой сопки - на 5 т/га меньше, чем на ее восточном склоне, и на 17,5 т/га меньше, чем в подгольцовом поясе ГУХ. Снегомерный маршрут в направлении с северо-востока (долина р. Таль-ничной) на юго-запад (долина р. Супрея) проходил через Вересовый увал, являющийся юго-восточным отрогом массива Денежкин Камень. В горнотаежном поясе северо-восточного склона Вересового увала высота снега на 12 см больше, а в подгольцовом поясе - на 22 см меньше, чем на его противоположном склоне (прил. 6, табл.2). На склоне юго-западной экспозиции высота снега больше на 5 см, что связано с наветренным положением склона. В результате исследования выявлено, что: Проявлением барьерного воздействия Главного Уральского хребта является меньшее количество осадков зимой на западном и восточном склонах Желтой сопки, расположенной в тени от него. На восточных склонах Главного Уральского хребта и Желтой сопки высота снега и запасы воды в снеге больше, чем на западном склоне Желтой сопки. Высота снега в высотных поясах Шарпинской сопки больше по сравнению с аналогичными поясами Желтой сопкой (различия математически обоснованы, Р=0,05). Причиной большей высоты снега на Шарпинской сопке являются северо-западные и западные ветры, проникающие сюда через понижение между ГУХ и хребтом Хоза-тумп. Большая мощность снежного покрова, чуть большая плотность, а потому - большее увлажнение весной в результате таяния снега, в районе Шарпинской сопки, более удаленном от орографического барьера (ГУХ) по сравнению с Желтой сопкой, подтверждают положение о том, что Желтая сопка находится в барьерной тени ГУХ. Влияние ветрового фактора на весеннее развитие растительности ландшафтных геокомплексов. Генеративное развитие растительности весной, сразу после схода снежного покрова, на западном склоне Желтой сопки протекает быстрее, чем на восточном склоне ГУХ (рис. 17). Опережение в горно-таежном поясе составляет 9 суток, в подгольцовом - 4 суток. Начальные фазы развития растительность высотных поясов западного склона Желтой сопки проходит быстрее. Сумма процентов видов, отмеченных в состоянии покоя и слабо дифференцированных бутонов в горно-таежном поясе меньше на 10 %, зацветающих и цветущих видов - на 7-8 % больше, по сравнению с восточным склоном ГУХ. В подгольцовом поясе Желтой сопки выявлено на 22 % видов меньше в состоянии «покой» и «слабо дифференцированные бутоны»; у 20 % видов преобладают окрашенные бутоны, у 2 % видов наблюдается зацветание, тогда как на ГУХ в это время нет ни одного вида с окрашенными бутонами. Развитие генеративных органов растительности в высотных поясах западного склона Желтой сопки протекает на 1 сутки быстрее по сравнению с ее восточным склоном. К концу весны сохраняется тенденция к опережению развития растительности склона западной экспозиции. В подгольцовом поясе СФХ незначительно (на 1-2 %) различаются по соотношению видов в фенофазах «активная бутонизация» и «зацветание». Вегетативное развитие растительности весной в горно-таежном поясе восточного склона Главного Уральского хребта и западного склона Желтой сопки протекает примерно одинаково: Кв имеет одни значения. В подгольцовом поясе ГУХ выявлено опережение по сравнению с аналогичным поясом западного склона Желтой сопки на 1,8 суток: на ГУХ виды прошли состояние покоя, в фенофазе «проклевывание почек» отмечено на 20% видов больше. При сравнении сезонной динамики растительности склонов восточной экспозиции ГУХ и Желтой сопки выявлено, что в горно-таежном поясе Желтой сопки вегетация растений происходит чуть более быстрыми темпами (процент видов в феносо-стоянии «рост листа» больше, чем на ГУХ на 18 %), несмотря на то, что разницы в значениях Кв одинаково ориентированных склонов нет. В подгольцовом поясе на восточном склоне Желтой сопки отмечено запаздывание в вегетативном развитии растительности на 1,8 суток по сравнению с аналогичным поясом ГУХ: наличие видов в состоянии покоя и меньшее количество видов, отмеченных в фенофазе «проклевывание почек» свидетельствует о более позднем развитии растительности на Желтой сопке. В высотных поясах склонов Желтой сопки различий в вегетативном развитии не отмечается. В подгольцовом поясе восточного склона несколько «растянута» фаза покоя, но быстрее происходит проклевывание почек. В зеленении березы максимальное запаздывание наблюдается в березово-кедровом криволесье Главного Уральского хребта (+1,9 суток), что на 1,8 суток больше, чем в аналогичном поясе западного склона Желтой сопки и на 1,7суток больше, чем на ее восточном склоне (см. табл. 16). Различия в горно-таежном поясе восточного склона ГУХ и западного склона Желтой сопки составляют 1,5 суток, между склонами Желтой сопки - 1,4 суток. Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы: Влияние подветренного положения хребтов в горно-таежном поясе проявляется в запаздывании протекания процессов развития растительности на склонах восточной экспозиции Главного Уральского хребта и Желтой сопки по сравнению с западным склоном Желтой сопки. На западном склоне меньше мощность и плотность снега, он быстрее стаивает, почвы прогреваются быстрее, что объясняет опережение в развитии. Опережение в весеннем развитии растений на западном склоне Желтой сопки объясняется меньшей высотой снежного покрова, его более ранним сходом, соответственно, более быстрым просыханием и прогреваемостью почвы и воздуха, а также, более продолжительной освещенностью склона после 13 часов, когда солнце максимально нагревает поверхность. Лучше и быстрее прогреваемый наветренный западный склон Желтой сопки, весной менее увлажнен, чем ее подветренный восточный склон и склон ГУХ, что связано с расположением Желтой сопки в барьерной тени от Главного Уральского хребта. В подгольцовом поясе склонов восточной экспозиции растительность развивается немного быстрее, чем на западном склоне, что, вероятнее всего связано с возникновением «фенового эффекта» при переваливании масс воздуха через Главный Уральский хребет и Желтую сопку. 3.3. Солярно-экспозиционный фактор и его воздействие на весеннее развитие фитокомпонента Неравномерное распределение снежного покрова в горно-таежном поясе склонов противоположной солярной экспозиции в большей степени обусловлено влиянием ветрового фактора.
Солярно-экспозиционный фактор и его воздействие на летнее развитие фитокомпонента
Генеративный цикл. В начале лета Кг на южном склоне выше, чем на склоне северной экспозиции. Опережение в сезонном развитии генеративных органов растений на южном склоне по сравнению с растительностью склона противоположной экспозиции подтверждают суммированные фенологические характеристики развития растительности (рис. 37). На южном склоне выявлено на 6 % видов растений меньше в фенофазе покоя, чем на склоне северной экспозиции. Сумма процентов видов, отмеченных в фенофазах «активное цветение», «отцветание», «завязывание плодов» и «поспевание плодов и семян» на южном склоне больше на 9 %, чем на противоположном. При сравнении развития растительности геокомплексов склонов разной экспозиции, имеющих одинаковые абсолютные высоты, выявлено, что в нижней части южного склона развитие К г растительности протекает на 6,4 суток быстрее, в верхней - на 2,9 суток быстрее, а в средней части - на 2,9 суток медленнее, чем на северном склоне (табл. 23). Суммированные фенологические характеристики растительности ЛГК, лежащих на одной абсолютной высоте, подтверждают различия в Кг (рис. 38). В нижней части южного склона на высоте 420 м, в ельнике черничниково-травяном, по сравнению с ельником высокотравно-папоротниковым, расположенным на склоне северной экспозиции, представлено на 4 % видов меньше в состоянии покоя, на 10 % видов меньше в фенофазе «слабо дифференцированные бутоны» и на 3% меньше в состоянии «активной бутонизации».
Сумма процентов видов, отмеченных в феносостоянии «активное цветение», «отцветание» и «завязывание плодов и семян» в ЛГК южного склона больше на 17 %, что свидетельствует о более быстром генеративном развитии растительности. Развитие растительности на высоте 530 м на склоне южной экспозиции также происходит более быстрыми темпами: сумма процентов видов, наблюдаемых в фенофазах «отцветание», «активное цветение», «отцветание» и «завязывание плодов и семян» в сосняке черничниковом, занимающим южный склон, больше на 23 % по сравнению с ельником высокотравно-папоротниковым на северном склоне. В средней части склонов, на высоте 600 м, развитие К г растительности происходит быстрее на северном склоне на 2,9 суток. В кедровнике черничниковом на северном склоне в начале лета отмечено более быстрое прохождение растительностью начальных фенофаз генеративного развития («покой», «слабо дифференцированные бутоны», «активная бутонизация») по сравнению с кедровником травяным, расположенным на северном склоне.
Сумма процентов видов, представленных в фазах цветения, отцветания и завязывания плодов в ЛГК северного склона больше на 6 %. Опережение в развитии растительности на северном склоне в сравниваемых ЛГК скорее всего, связано лучшей освещенностью (в среднем за три года, в кедровнике черничниковом она выше на 500Лк). Температура почв, измеренная на данной высоте на склоне северной экспозиции до 14.00, когда почва еще не прогрета, составляет +8,4С, а на феноплощади южного склона после дневного максимума, t=+7,9C). На сезонное развитие растительности влияет отепляющее действие курума, на котором находится феноплощадь, и ряд местных микроклиматических условий: увлажнение, открытость места, освещенность (прил. 12). Поэтому влияние солярно-экспозиционного фактора на генеративное развитие растительности в данном случае «затушевывается» влиянием различий в микроклиматических условиях, связанных с особенностями местоположения наблюдаемых ЛГК. В целом, для верхней части южного склона (Н 680-720 м), характерно опережение в развитии генеративных органов растительности: прохождение растительностью начальных фенофаз генеративного развития здесь происходит быстрее - количество видов в состоянии покоя, слабо дифференцированных бутонов, активной бутонизации на 21-27 % меньше, чем на северном склоне. Переход растений в состояние «зацветание», «цветение», «завязывание и поспевание плодов» также в ЛГК южного склона отмечается раньше, о чем свидетельствует большее (на 20-25 %) процентное соотношение видов в «летних» фенофазах. Экспозиционное феноотклонение уменьшается с нарастанием высоты и минимальных значений достигает в верхней части горно-таежного пояса (на высоте 720 м), что, скорее всего, связано с одновременным, перекрестным влиянием на сезонную динамику растительности ЛГК высотно-поясного фактора, наряду с солярно-экспозиционным. Генеративное развитие брусники и купальницы европейской подтверждают более быстрое протекание процесса на склоне южной экспозиции (см. табл. 17, 21). Различия по склонам в развитии межи «менее 50 % бутонов окрашено» у брусники составляют 1,8 суток. В нижних частях склонов, на высоте 430 м, разница максимальная - 2,7 суток, что связано с лучшей прогреваемостью южного склона. Развитие межи «цветение» у купальницы на северном склоне запаздывает по сравнению с эталоном на 0,4 суток, а на южном склоне опережает эталон на 0,3 суток, таким образом, различия по склонам составляют 0,7 суток. В нижней части южного склона опережение эталона математически обосновано и составляет 0,9 суток; на северном склоне оно незначительно - 0,2 суток, и находится в пределах случайных отклонений.. Показатели летнего развития седмичника европейского, майника двулистного, герани лесной, черники и голубики на противоположных склонах находятся в пределах случайных отклонений. Вегетативный цикл. В начале лета ассимиляционный аппарат растительности противоположных склонов, в целом, развивается примерно с одинаковой скоростью, различия в Кв находится в пределах случайных отклонений (см. рис. 39).
Можно отметить лишь несколько большее (на 2-3 %) количество видов в фенофазе «набухание почек» и «проклевывание почек» на северном склоне. Более быстрое развитие Кв на склоне южной экспозиции по сравнению с северным, выявлено в ЛГК нижней (Н420 м) и верхней (Н 680 м) частей склона (табл. 24) и составляет 2 суток. В ельнике черничниково-травяном в нижней части южного склона наблюдается на 3 % видов меньше в состоянии «рост листа» и на 3 % видов больше в фенофазе «зрелый лист» по сравнению с ельником высокотравно-папоротниковым на северном склоне (рис. 40). В кедровнике лишайниково-ягодниковом, занимающем верхнюю часть южного склона, отмечено на 7 % меньше видов в фенофазе «рост листа» и на 3 % больше видов в состоянии «зрелый лист» по сравнению с березняком-кедровником мелкотравно-ягодниковым, расположенным на северном склоне. В ЛГК противоположных склонов, имеющих абсолютные высоты 530, 600 и 720 м, значения Кв не различаются и суммирующие фенологические характеристики вегетативного процесса развития растительности свидетельствуют о сходстве в фенологии ЛГК. Довольно теплая, и даже жаркая погода, наблюдавшаяся в среднем, с 18 июня по 23 июня (среднесуточные температуры воздуха за период составили +16,5С), привела к «выравниванию» на склонах противоположной экспозиции температурных условий, от которых, в первую очередь, зависит развитие ассимиляционного аппарата растений. Анализ результатов наблюдений позволил выявить различия в развитии ЛГК склонов северной и южной экспозиции. Запаздывание генеративного развития растительности северного склона по сравнению с южным в начале лета достоверно в ЛГК нижней и верхней частей склонов. Отставание в развитии генеративных органов растений в ЛГК средней части южного склона связано с различиями местоположения феноплощадей; Результаты наблюдений за развитием брусники и купальницы европейской подтверждают опережение в протекании генеративных процессов на южном склоне; В вегетативном развитии растительности летом различия по склонам находятся в пределах случайных отклонений: отмечена тенденция к более быстрой вегетации растений в нижней и верхней частях южного склона. Это связано с наступлением в большинстве ЛГК летней стагнации: полного развертывания листьев и приобретения ими характерной летней темно-зеленой окраски.
