Modern forest climatopes and forest typological zoning of the southern part of the plain territory of European Russia

Full Text

Галине Александровне Бондарь (Бельгард), Борису Федоровичу Остапенко

Введение

Лесная типология в ее классическом определении – наука, изучающая лес и среду его обитания как синтез географической среды, в том числе условий местопроизрастания, в частности, почвенных условий и местоположения, и растительных лесных группировок [1, с. 406–407]. Возникнув как отечественный феномен в работах русских исследователей [1; 2], это научное направление оказало огромнейшее влияние на развитие российского и советского лесоведения, экологии, геоботаники, почвоведения и фитоценологии. Географическая обусловленность лесорастительных условий и леса привели к формированию нескольких направлений лесной типологии, которых российские лесоводы выделяют три [3]: эколого-фитоценотическое В.Н. Сукачева, лесоводственно-экологическое Е.В. Алексеева – П.С. Погребняка – Д.В. Воробьева и генетическое Б.П. Колесникова и Б.А. Ивашкевича. Считаем необходимым выделить оригинальную типологию степных лесов А.Л. Бельгарда [4], которая была не столько синтезом эколого-фитоценотических и лесоводственно-экологических подходов, сколько развитием идей степного лесоведения Г.Н. Высоцкого [5; 6]. Попытки синтеза разных научных школ, предпринимаемые в советский период в рамках лесотипологических совещаний, имели частичный успех, что привело, например, к формированию оригинальных лесотипологичеких схем в Белоруссии [7] и Литве [8] на основе синтеза эколого-фитоценотических и лесоводственно-экологических подходов. Однако традиционные школы продолжали быть достаточно замкнутыми, а последующий распад СССР привел еще и к их разделению государственными границами. В результате чего современная лесная типология переживает острейший кризис.

Этот кризис в России обусловлен и другими объективными и субъективными причинами. В частности, уходом из жизни ведущих лесотипологов советского периода, сформировавших научные школы, преобладанию в настоящее время флористического подхода в изучении лесов, недавних управленческих решений и утверждением новых нормативных документов в лесном хозяйстве России, не учитывающих лесотипологический подход [3, с. 14–16].

Также лесотипологические школы сконцентрировались на подсистемах и элементах уровня биотопа и экотопа (лесорастительные условия) или ценоза (древостои, живой напочвенный покров, фитоиндикация), в том числе с региональным и авторским подходом. Региональный подход приводит к разночтению в терминологии, когда один и тот же термин трактуется по-разному: например, «бор» используется в определении типа лесорастительных условий (А), типа леса и типа древостоя (в некоторых случаях – только соснового древостоя). А термины «дубрава», «груд» и «рамень» используются при определении одного и того же типа лесорастительных условий (D) в разных регионах, но являются разными типами леса и, одновременно, обозначают строго определенные типы древостоев. Детализация и авторский подход привел к различному толкованию одних и тех же типологических единиц, как «тип лесорастительных условий» и «тип леса», а также возникновению дополнительных терминов и классификационных единиц, в рамках которых группируются ведущие экологические факторы, определяющие лесорастительные условия и лесные ценозы [9, с. 26–36; 10], и значительно усложняющих типологические схемы. Детализация объекта и предмета лесной типологии привела к утрате целостного, экосистемного понимания типа леса [9–12] и выпадению из поля зрения географии [10] и обусловленных географической приуроченностью климатических факторов, определяющих тип леса в его классическом понимании Г.Ф. Морозова.

Между тем российские специалисты в лесоведении и лесоводстве указывают, что разработка схем лесного районирования является одной из важнейших задач современного лесоведения, решать которую необходимо исходя из природно-климатических факторов [13]. Климат определяет географическое соответствие леса условиям местообитаний [4], а лесоводственные зоны в первую очередь зависят от климатических условий [1, с. 405]. Климатические факторы определяют ареалы лесных пород, особенности возобновления леса, играют важнейшую роль в лесной рекультивации и лесокультурном деле, определяя тип лесных культур, ассортимент древесно-кустарниковых пород, схемы их смешения, агротехнику, характер и особенности ухода за лесными культурами и лесонасаждениями [14].

Методика оценки климатопов с точки зрения лесорастительного эффекта была предложена Д.В. Воробьевым (на основе показателей средемесячных положительных температур, гидротермического коэффициента и континентальности) [15] и Д.Д. Лавриненко (на основе показателей среднемесячных положительных температур и континентальности) [16]. Однако их оценка и лесотипологическое районирование СССР выполнены по данным до 60-х годов XX века (например, Д.В. Воробьев опирался на данные до 1932 г. [15, с. 68]). В связи со значительными изменениями температурного режима [17] и режима континентальности [18] на территории России эти схемы утратили свою актуальность и требуют пересмотра. В России в настоящий момент в лесорастительном районировании зачастую используются схемы на основе выделенных традиционных природно-климатических зон [13; 19], разработанных также на основе климатических показателей до 1970-х годов [20] либо утративших актуальность в силу климатической динамики схемы лесотипологического районирования Д.В. Воробьева [14].

Оценка лесных климатопов и лесотипологическое районирование были актуализированы для территории Украины [21]. Для Восточно-Европейской равнины Е.С. Мигунова предлагает свой вариант классификации лесных климатопов (типов климата) на основе подходов Д.Д. Лавриненко, с увязкой их с природно-климатическими зонами и зональными типами леса [10, с. 152]. К сожалению, не оговаривается, на основе каких метеорологических данных и за какой период разрабатывалась модель, нет привязки к количественным величинам континентальности, отсутствует картографическая привязка выделенных зон – само лесотипологическое районирование.

Таким образом, задачей данной работы является оценка лесных климатопов и разработка современной схемы лесотипологического (лесорастительного) районирования равнинной южной части Европейской России по климатическим показателям начала XXI века.

Объект и методы

Район исследования с севера был ограничен административными границами Брянской – Калужской – Тульской – Рязанской областей, Мордовии – Татарстана и Башкортостана (с включением в анализ юга Чувашии). На востоке – административными границами Башкирии и Оренбургской области. На юге – государственной границей России, Каспийским, Черным и Азовским морями и административными границами Краснодарского и Ставропольского краев и Калмыкии (также включены метеостанции предгорий республик Кавказа России и северного Дагестана). На западе район исследований ограничен государственной границей России и административными границами Белгородской, Воронежской и Ростовской областей. Новые регионы России не включены в связи с проблемой построения непрерывных рядов из-за отсутствия метеоданных за отдельные периоды.

Исследования проводились на протяжении 9 лет с использованием открытых данных ежесуточного мониторинга температур и осадков Росгидромета и базы данных ВНИИ Гидрометеорологической информации [22; 23] по 308 метеорологическим станциям. Полученные данные обрабатывались общепринятыми в климатологии методами с расчетом среднемесячных температур воздуха и среднемесячных сумм осадков за период начала XXI века по 2022 г. включительно. Метеостанции были привязаны к топографической основе. Метеоданные вносились в атрибутивную базу данных, привязанную к метеостанциям, в прикладном пакете ArcGIS. В базе рассчитывались лесоклиматические индексы [15; 16]: суммы среднемесячных положительных температур (Т) за год, влажности климата (W = T/R – 0,0286T, где R – сумма осадков периода положительных температур) и контрастности климата (А) как амплитуды колебаний температур или разности средних температур самого теплого и холодного месяцев года. Географическое распределение индексов выполнялось по результатам пространственной интерполяции величин Т, W и А методом кригинга (Ordinary kriging), а районирование – с использованием пространственной классификации. Классификация величин Т и W выполнена на основе принятой схемы современной украинской лесотипологической школы [12; 21], а величины А – по Д.Д. Лавриненко [16]. При выделении зон не учитывались, так называемые «бычьи глаза» (локальные небольшие пятна), образующиеся либо как результат «ошибок» сглаживания, либо возможных артефактных климатических показателей или локальных погодных проявлений за период наблюдений.

Результаты и обсуждение

Для равнинной части юга Европейской России (рис. 1) определяются три зональных термотопа, имеющих четкую широтную зональность (в скобках приводится индексация, принятая Д.В. Воробьевым [10; 24]).

Рисунок 1 – Термотопы (климаты трофотопов) и тепловые лесотипологические зоны равнинной южной части Европейской России (пояснения к легенде в тексте)

Во-первых, это зона лесных термотопов умеренных с суммой температур теплого периода 84–104°C (d – грудовые термотопы). Южная граница зоны проходит чуть южнее северной границы Курской области, рассекает Липецкую и Тамбовскую области на северную и южную части (приблизительно по линии Курск – Липецк – Тамбов). Далее идет чуть южнее северной границы Саратовской области – почти по южной границе Ульяновской области и, отсекая северо-восток Самарской и север и зауральский восток Оренбургской области, уходит в Казахстан. С востока в Башкирии эта зона граничит с меридиональной зоной лесных термотопов прохладных с суммой температур теплого периода 64–84°C (с – сугрудовые), которая, фактически, является регионом горных аналогов этих термотопов, приуроченных к южным хребтам Уральских гор, «языком», заходящим в умеренную зону.

Во-вторых, зона лесных термотопов относительно теплых с суммой температур теплого периода 104–124°C (е – степные). Южная граница зоны проходит в Ростовской области, отсекая северную ее часть, и в Волгоградской области, деля ее на северную и южную половины, и уходит в Казахстан. Также участок локализуется в самой южной оконечности Саратовской области.

Последняя широтная зона – лесных термотопов теплых с суммой температур теплого периода 124–144°C (f – сухостепные). Зона охватывает почти всю (кроме севера) Ростовскую область, северо-восточную полосу Краснодарского края и его южную часть с южной Адыгеей (южнее Майкопа), южную часть Волгоградской области, центр Ставропольского края, северную половину Калмыкии и почти всю Астраханскую область (кроме юго-запада).

На юге Европейской России также определяется дизъюнктивная зона лесных термотопов относительно жарких с суммой температур теплого периода 144–164°C (g – полупустынные). Выделяются два ареала – Кубанский (Краснодарский край и западный участок Ставрополья) и Прикаспийский (юго-восток Ставрополья, южная половина Калмыкии, север Осетии и юго-запад Астраханской области). Разрыв этой зоны по центральному Ставрополью, судя по всему, связан с мощным климатическим влиянием Кавказских гор.

Помимо этого, в районе Черноморского побережья Краснодарского края выделяется приморская зона лесных термотопов жарких с суммой температур теплого более 164°C (h – пустынные). Также на юго-восточной оконечности Краснодарского края и Адыгеи и юго-западной Ставрополья определена зона лесных термотопов прохладных, которая, фактически, является регионом горных аналогов этих термотопов северного макросклона Кавказских гор.

По режимам континентальности (рис. 2) в равнинной части юга Европейской России выделяются пять контрастотопов (в скобках приводится индексация, принятая Д.Д. Лавриненко [16]).

Рисунок 2 – Контрастотопы и лесотипологические зоны континентальности равнинной южной части Европейской России (пояснения к легенде в тексте)

Центральное положение на равнине юга Европейской России занимают контрастотопы относительно континентального климата (II – 26–32°C). Судя по всему, зона имеет меридиональный характер простирания, что требует дополнительных исследований по данным северных метеостанций России, метеостанций Украины и новых юго-западных регионов России.

На северо-западе рассмотренного региона (Брянская область и почти вся Калужская область, кроме районов восточнее Калуги) определяется зона контрастотопов относительно мягкого климата (I – 20–26°C). Участок таких же контрастотопов определен в юго-восточной, центральной и южной части Краснодарского края, Адыгее и западном Ставрополье. Возможно, он не является юго-восточной частью зоны относительно мягкого климата, а представляет собой полуанклав, появление которого связано с влиянием Черного моря, что требует дополнительных исследований по данным метеостанций Украины и новых юго-западных регионов России.

На крайнем юге Черноморского побережья Краснодарского края (район Туапсе – Адлера) для прибрежной полосы и причерноморской части Кавказских гор определяется небольшой участок контрастотопов с режимом континентальности менее 20°C, который Д.Д. Лавриненко не выделен. Предварительно он может быть назван как 0 – мягкого климата (либо приморского климата) и требует дополнительного рассмотрения для оценки лесорастительного эффекта.

На востоке южной равнинной части Европейской России определяется зона контрастотопов континентального климата (III – 32–36°C). Западная граница этой зоны от Астрахани и почти до Ульяновска практически повторяет очертания р. Волга с водохранилищами, что определяется ее влиянием как географического барьера и мощной климатообразующей структуры. Далее граница зоны почти совпадает с южной административной границей Татарстана и восточной Башкирии (с заходом на восток Татарстана). На востоке Башкирии, как и для термотопов, определяется меридиональный «язык» горных контрастотопов Южного Урала, аналогов относительно континентального климата.

Наконец, на крайнем юге и востоке Оренбуржья выделена зона контрастотопов резко континентального климата (IV – 36–40°C), уходящая в Зауралье и Казахстан.

По режимам увлажнения (рис. 3) в равнинной части юга Европейской России выделяются следующие зоны увлажнения или климаты гигротопов (в скобках приводится индексация, принятая Д.В. Воробьевым [10; 24]), расположенные также широтно, но под острым углом к зонам термотопов.

Рисунок 3 – Лесотипологические зоны увлажнения равнинной южной части Европейской России (пояснения к легенде в тексте)

Для северной части Брянской и Калужской области характерны влажные зональные климаты гигротопов (3, коэффициент увлажнения W = 2,0–3,4).

Южнее расположена зона свежих зональных климатов гигротопов (2, 0,6–2,0), южная граница которой проходит по южной границе Курской и северо-западной границе Воронежской области, пересекает Липецкую (отсекая южные ее районы), Тамбовскую область (севернее Тамбова), проходя южнее северной границы Пензенской области (отсекая северную полосу региона), далее почти по северной границе Ульяновской области отсекает крайний юг Чувашии и, почти по дуге деля пополам Татарстан, идет далее дугой восточнее западной и севернее южной границы Башкирии. Башкирская дугообразная граница связана с влиянием гор Южного Урала.

Центральную часть южной равнины Европейской России занимает зона сухих зональных климатов гигротопов (1, −0,8…0,6). Южная граница отсекает север Ростовской области (пересекаясь в пределах области с зоной сухостепных термотопов f), далее по Волгоградской области она идет южнее границы зональных термотопов умеренных d, далее, делит практически пополам Саратовскую область (исключая южный «угол») и западное Оренбуржье до южных отрогов Южного Урала и уходит в Казахстан, отсекая север восточного зауральского Оренбуржья.

Южнее расположена зона очень сухих зональных климатов гигротопов (0, −2,2…−0,8), охватывающая север Краснодарского края, Ростовскую область, центр и юг Волгоградской области и южную половину Саратовской и Оренбургской области, а также восток Ставрополья и северо-западную и западную части Калмыкии.

Восточнее этой зоны расположена меридиональная прикаспийская зона особо сухих зональных климатов гигротопов (−1, −3,6…−2,2), включающая большую часть Калмыкии, почти всю Астраханскую область (кроме крайней северной части) и север Дагестана.

Юго-западнее к Черному морю последовательно идут зоны нарастания увлажнения, определяемые совместным влиянием черноморских воздушных масс и Кавказских гор. По мере приближения к черноморскому побережью идет смена климатов гигротопов 1 – сухих (центр Краснодарского края и запад Ставрополья), 2 – свежих и 3 – влажных, а на крайнем юге Краснодарского края появляются сырые климаты гигротопов (4, W = 3,4–4,8). Последние три зоны на большем своем протяжении являются предгорными и горными аналогами соответствующих зональных климатов гигротопов. Наконец, небольшой участок горных аналогов влажных 3 климатов гигротопов отмечен на Южном Урале, на востоке Башкирии.

Украинские лесотипологи при районировании предлагают лесотипологические зоны и подзоны выделять по тепло- и влагообеспеченности, а лесотипологические области и подобласти определять как комбинации климатов термотопов и гигротопов [21, с. 23, 30], получая, таким образом, лесотипологические макрокомплексы местообитаний в понимании Д.В. Воробьева [15] или зональные климаты эдатопа [10]. Режим континентальности служит для выделения районов и подрайонов [21, с. 23, 30]. Для Украины это логично в связи с тем, что ее территория по режиму континентальности [21, с. 30], укладывается в два контрастотопа относительно мягкого и относительно континентального климата, по Д.Д. Лавриненко [16, с. 103]. Судя по всему, к такому варианту лесотипологической классификации и районирования окончательно склонялся Д.В. Воробьев, предлагая свой вариант климатической и эдафо-климатической сетки [21; 24].

Д.Д. Лавриненко при лесотипологическом районировании предлагал зоны выделять по режимам тепла и континентальности, увязывая влажность климата с теплообеспеченностью и, соответственно, определяя схему районирования по термотопам (термо-гигрогенному градиенту) и континентальности [16, с. 102]. Такой же подход предлагает Е.С. Мигунова для Восточно-Европейской равнины [12, с. 152]. Аргументируется это сопоставлением зон термотопов и контрастотопов с ареалами лесообразующих пород, первоначально предложенным Д.В. Воробьевым [15], и сменой лесообразующих пород в широтном градиенте в связи с изменением континентальности. Е.С. Мигунова, например, обосновывает этот подход сменой дубрав грабовых кленово-липовыми и липовыми при пересечении р. Днепр и Волга и смене режимов континентальности, соответственно.

Однако градиент влажности во всех лесотипологических школах является таким же четким маркером смены типа леса, как и смена лесообразующей породы. Как видно из современного распределения режимов тепла (Т) и влагообеспеченности (W) – рис. 1–3 – зоны климатов термотопов не увязываются с зонами климатов гигротопов, имеют различное широтное простирание, а климаты более сухих гигротопов зачастую предваряют появление более жарких климатов термотопов (четко согласно классическому правилу предварения В.В. Алехина). Также в зоне одного контрастотопа представлены разные климаты гигротопов и один и тот же климат гигротопов представлен в разных зонах контрастотопов.

Исходя из этого, схему лесотипологичекого районирования и выделения областей лучше выполнять по трем равнозначным лесоклиматическим факторам. Лесотипологическая схема при этом представляет собой трехмерную пространственную факторную структуру, с факторными осями термоклимата, увлажнения и континентальности, что соответствует модели экологической ниши Дж.Э. Хатчинсона как фигуры в многомерном факторном пространстве. Тип леса и лесотипологические единицы низшего ранга вписываются в гиперпространство трех климатических факторов, а климатические сетки являются проекциями трехмерной структуры на соответствующие двумерные факторные плоскости.

Современные лесотипологические области и лесотипологическое районирование равнинной южной части Европейской России выглядит следующим образом – рис. 4.

Рисунок 4 – Лесотипологическое районирование равнинной южной части Европейской России (индексы лесотипологических областей (климатопов) соответствуют индексам вышеописанных зон)

Большая часть рассмотренной территории представляет собой зональное чередование лесотипологических областей, определяемых широтными градиентами температурных условий и условий увлажнения и долготными градиентами континентальности. Разнообразие лесоклиматических условий в первую очередь связано с разными углами широтного простирания зон климатов термотопов и гигротопов, пересечение которых усложняет мозаику климатических лесорастительных условий.

Наиболее высокое лесотипологическое разнообразие климатов характерно для Краснодарского края, Адыгеи и западной части Ставропольского края – 13 лесотипологических областей в равнинной части и в предгорьях Кавказа, не считая горные климатопы северного макросклона Кавказа и приморские климатопы Черноморского побережья и склонов Кавказских гор. Также высокое лесотиплогическое разнообразие климатов определяется для Оренбургской области (8 лесотипологических областей), что связано с влиянием гор Южного Урала.

Остальные территории южной равнинной части Европейской России характеризуются низким лесотипологическим разнообразием климатов, когда лесотипологические области занимают достаточно обширные площади, зачастую, включающие территории нескольких субъектов федерации России.

Некоторые выделенные лесотипологические области требуют дополнительных исследований. Во-первых, область очень сухих умеренных (грудовых) лесных климатопов континентального климата (0dIII) в Оренбургской области (рис. 4). Во-вторых, участок свежих умеренных (грудовых) лесных климатопов относительно континентального климата (2dII) в западной Башкирии и восточном Татарстане (на карте не проиндексирован, а сама область имеет восточную и южную границу севернее в Татарстане). В-третьих, область свежих относительно теплых (степных) лесных климатопов относительно континентального климата (2eII) на северо-западе Тамбовской области (на карте участок не проиндексирован) и сухих теплых (сухостепных) лесных климатопов относительно континентального климата (1fII), возможно, заходящих на север Ростовской области из Донбасса (на карте «угол» области не проиндексирован). Также расположенная рядом в Ростовской области область (0eII) очень сухих относительно теплых (степных) лесных климатопов относительно континентального климата (рис. 4). И некоторые другие участки на границах зон термо-, гидро- и контрастотопов. Эти области могут как существовать в действительности в связи с имеющимися специфическими лесоклиматическими условиями в виде своеобразных климатических географических экотонов, так и выделяться формально как результат неопределенности границ при интерполяции, классификации и последующего наложения зон.

Выводы

Таким образом, на южной части равнины Европейской России на начало XXI века определяются пять лесных термотопов, три из которых (умеренные, степные и сухостепные) имеют четкую широтную зональность по направлению с севера на юг. Лесные термотопы относительно жаркие, не имеют сплошной широтной зональности и представлены двумя дизъюнкциями в районе Кубани и западного Ставрополья и юго-востока Ставрополья, Калмыкии, севера Осетии и юго-запада Астраханской области. Формирование дизъюнкций, вероятнее всего, определяется влиянием Кавказских гор. На черноморском побережье Краснодарского края определяется прибрежная зона жарких лесных термотопов.

Для южной части равнины Европейской России на начало XXI века определяются три лесных контрастотопа, имеющих зональность близкую к меридиональной. Южная граница двух ведущих зон контрастотопов относительно континентального и континентального климата до Ульяновска четко увязывается с руслом р. Волга с ее системой водохранилищ. На северо-западе района исследований и в Краснодарском крае и западном Ставрополье определены регионы контрастотопов относительно мягкого климата, оценка зональности которых требует дополнительных исследований. На крайнем востоке Оренбуржья определяется зона лесных контрастотопов резко континентального климата, также требующая дополнительных исследований. На крайнем юге Черноморского побережья Краснодарского края определен ранее не выделяемая зона контрастотопов, предварительно названная как 0 – мягкого (либо приморского) климата, которая требует дополнительной оценки лесорастительного эффекта.

Для южной равнинной части Европейской России определены четыре климата лесных гигротопов (влажных, свежих, сухих и очень сухих), имеющих широтный характер зональности, но географически расположенных под острым углом к зонам лесных гигротопов. На юго-востоке России выделена Прикаспийская зона особо сухих лесных климатов гигротопов, имеющая меридиональных характер простирания. В Краснодарском крае и западном Ставрополье в связи с влиянием Черного моря и Кавказских гор определяется характерная для широтного простирания зональность лесных гигротопов: климаты лесных гигротопов (сухих, свежих, влажных и сырых) формируют правильные зоны увлажнения, сменяющиеся при движении на юго-запад к побережью Черного моря.

В связи с тем, что выделенные зоны лесных термо-, контрасто- и гигротопов имеют разный характер географического простирания, а более сухие зоны климатов гигротопов предваряют соответствующие более жаркие зоны термотопов, предлагается лесотипологическое районирование и выделение лесотипологических областей по трем равнозначным факторам. 

На основании трехмерной факторной модели предложено современное лесотипологическое районирование южной равнинной части Европейской России. Наибольшее разнообразие лесотипологических областей характерно для территории Краснодарского края и Оренбургской области. Некоторые определенные локальные лесотипологические области могут существовать как в действительности как климатические географические экотоны, так и выделяться формально, что требует дополнительных исследований.

About the authors

Nazar Nikolayevich Nazarenko

Author for correspondence.
Email: nnazarenko@hotmail.com

doctor of biological sciences, professor of Chemistry, Ecology and Chemistry Methodology Department, biologist of Botanical Garden

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1

Download (757KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2

Download (820KB)

Indexing metadata

4. Fig. 3

Download (876KB)

Indexing metadata

5. Fig. 4

Download (1MB)

Indexing metadata