Изменения растительного покрова предгорной и

Елсаков В.В., Марущак И.О.
Изменения растительного покрова
предгорной и горной части
Приполярного и Северного Урала по
материалам спутникового мониторинга
Институт биологии Коми НЦ УрО РАН
В последние годы возросло внимание
исследователей,
направленное
на
изучение
изменений
растительного
покрова, в пределах границ экотонных
зон,
отражающих
общую
направленность
процессов
трансформации природных экосистем
под
влиянием
региональных
или
глобальных факторов. Особый интерес
вызывает исследование предгорных и
горных лесов (Шиятов и др., 2005, Grace
et all., 2002), в связи с более яркой
выраженностью
градиента
экологоценотических условий, приводящей к
зональным сменам растительности на
более
компактной
по
площади
территории, чем на равнинной части.
Экосистемы Приполярного и Полярного
Урала на большей части сохранили свои
природные особенности и включены в
перечень
объектов
Всемирного
наследия природы ЮНЕСКО (1995 г).
как объект «Девственные леса Коми».
Растительный покров басс.р.Кожим
Основные типы растительности
представлены:
северотаежными темнохвойными лесами;
субальпийскими криволесьями и лугами;
горными тундрами и гольцами.
РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ ПРЕДГОРНОЙ И ГОРНОЙ ЧАСТИ БАСС. Р. КОЖИМ 2009 Г.
Гольцовые
пустыни,
бичевники
речных долин,
площадки
полигонов
Тундровые
сообщества
Лишайниковые
Моховые
Лесная
растительность
№ карта
18
А. Курумники, покрытые эпилитными лишайниками: Rhizocarpon geographicum (L.) каменистыt пустоши представляют собой хаотическое нагромождение скал, покрытых накипными лишайниками родов Rhizocarpon, Lecidia, Porpidia и Pertusaria и
листоватыми лишайниками родов Umbilicaria, Parmelia, Melanelia ;
на горных плато представлены пятнистые дриадовые (Dryas octopetala L.) тундры Среди каменистых россыпей типичны островки мохово-лишайниковых травяно-кустарничковых сообществ и кустарничково-лишайниковые тундры, которые
занимают незначительные площади на поверхностях с углом наклона 15-400 на высоте 850- над уровнем моря. В доминирующий комплекс видов входят Ledum decumbens, Betula nana, Cladonia arbuscula, Flavocetraria nivalis, Pleurosium schreberi.
Б. Участки, составленные валунами разных размеров вытянутые вдоль реки и острова, вдоль берегов часты монодоминантные заросли Petasites radiatus (J.F.Gmel.) Holub, на островах и галечниках в прирусловой части пойм рек формируются
разнородные по составу пионерные группировки, наиболее обычны в которых: Papaver jugoricum (Tolm.) Stank., Chamaenerion latifolium (L.) Th.Fries et Lange, Artemisia norvegica Fries, Oxytropis sordida (Willd.) Pers., Festuca ovina L., Potentilla crantzii (Crantz)
G.Beck ex Fritsch, Hierochloё alpina (Sw.) Roem. & Schult., Saxifraga cernua L., Erigeron acris L., Draba fladnizensis Wulf., Campanula rotundifolia L., Gastrolychnis apetala (L.) Tolm. & Koczhan., Silene acaulis (L.) Jacq., Minuartia biflora (L.) Schniz. & Thell.
В. Нарушенные местообитания - длительно незарастающие поверхностями, единичные видаы растений (Calamagrostis lapponica, Deschampsia glauca. Festuca ovina, Luzula sp., Polytrichum alpinum и др.), разрастания криптогамных корочек,
разреженные группировки с минимальным покрытием из мхов – рода Polytrichum, Sanionia uncinatus; первичные разреженные растительные группировки: злаковые; моховые и злаково-моховые с доминированием Calamagrostis lapponica, Agrostis
mertensii, Polytrichum strictum, Polytrichum alpinum
1
Кустарничково-лишайниковые с пятнами медальонами верхних частей гор и участков плато (Diapensia lapponica L., Loiseleuria procumbens (L.) Desv., Salix polaris Wahlenb.); В верхних частях склонов в кустарничково-лишайниковой тундре
преобладают Empetrum hermaphroditum Vaccinium uliginosum, Alectoria ochroleuca, Flavocetraria nivalis,, Cladonis arbuscula, Cl. Stygia. Встречаются воронично-кладониевые и алекторивеые тундры; осоково-флавоцетрариевые и алекториевые (Carex
arctisibirica (Jurtz.) Czer.). В лишайниковых тундрах встречаются: Anthoxanitum odoratum L., Artemisia norvegica Fries, Dryas octopetala L., Festuca ovina L. s. l., Salix nummullaria Anderss., Vaccinium uliginosum L., Ledum decumbens (Ait.) Lodd. ex Staud., Juncus
trifidus L., Hierochloё alpina (Sw.) Roem. & Schult.
Пятнистые и без пятен кустарничково-мохово-лишайниковые тундры приурочены к выположенным верхним частям склонов и нагорным террасам гряд, взлобках (680- над уровнем моря). Доминантами являются Empetrum hermaphroditum, Betula
nana, Ledum decumbens, Vaccinium uliginosum, V. vitis-idaea, Salix nummullaria, Flavocetraria nivalis, Stereocaulon paschale, Ptilidium ciliare, мхи родов Polytrichum и Dicranum
Травяно-мохово-лишайниковые и кустарничково-мохово-лишайниковые тундры
На участках плато преимущественно доминирует Alectoria ochroleuca (Hоffm.) Massal, единичны Novosieversia glacialis (Adams) F. Bolle, Rhodiola quadrifida.Salix polaris Wahlenb., Hierochloё alpina (Sw.) Roem. & Schult., Luzula confusa Lindeb.
13
Злаково-лишайниково-моховые тундры, часто перемежающиеся с выходами скальных пород. Характерно видовое разнообразие мхов и лишайников: Dicranum, Racomitrium, Cladonia, Cladina, Flavocetraris, Stereocaulon и другие. Травянистые
растения редки: Hieracium alpinum L., Carex arctisibirica (Jurtz.) Czer., Calamagrostis lapponica (Wahl.) Hartm., Festuca richardsonii Hook., Poa alpina L.
12
Кустарничково-лишайниково-моховые низкорослая форма Ledum decumbens, обильны Empetrum hermaphroditum, Arctous alpina, Vaccinium uliginosum, V. vitis-idaea, а также Diapensia lapponica L., Loiseleuria procumbens (L.) Desv. Травянистые растения
единичны: Hieracium alpinum L., Hierochloё alpina (Sw.) Roem. & Schult., Bistorta major S.F.Gray, Luzula multiflora (Ehrh.) Lej., Juncus biglumis L., Eriophorum scheuchzeri Hoppe. В лишайниковом покрове доминирует C.nivalis
14
Кустарничково-моховые и травяно-моховые тундры, последние формируются на участках с повышенным увлажнением. В травяном покрове обычны пушица (Eriophorum russeolum Fries, Eriophorum scheuchzeri Hoppe), осоки (C.rariflora, C.rotundata)
морошка.В моховом покрове доминируют: Sphagnum, Dicranum, Polytrichum, Hylocomium splendens, Pleurozium schreberi Лишайники не играют значительной роли, встречаясь в этих фитоценозах только на микроповышениях, где Cladonia ecmocyna, C.
macroceras, C. stygia образуют пятна.
3
Крупноерниковые травяно-моховые занимают нижние части склонов, вогнутые участки плато, где снег зимой скапливается в значительном количестве и куда поступает еще влага с выше расположенных склонов (Юдин, 1954) на высотах 662 и
над уровнем моря. Облик сообществ определяют Betula nana, Carex arctisibirica, Rubus arcticus, Deschampsia glauca, Pleurozium schreberi, мхи родов Polytrichum, Dicranum, Sphagnum. Присутствуют кустарнички (багульник, брусника, голубика,
водяника), в травы: Rubus chamaemorus, Bistorta major, Solidago virgaurea, мхи Pleurozium schreberi, Hylocomium splendens.
2
Мелкоерниковые лишайниково-моховые тянутся полосами вдоль верхней и средней части склонов крутизной 15-20º, ниже пятнистых кустарничково-лишайниковых тундр (670- над уровнем моря). Это переходная группа ассоциаций между
лишайниковыми и моховыми ерниками (Юдин, 1954). К доминирующему комплексу относятся Betula nana, Pleurozium schreberi, Stereocaulon paschale, Polytrichum sp., Cladonia arbuscula, Ptilidium ciliare. Обилие эрикоидных кустарничков (Vaccinium
uliginosum L., Vaccinium vitis-idaea L., Empetrum hermaphroditum (Lange) Hagerup,) достаточно большое. Присутствуют травянистые растения: Carex arctisibirica (Jurtz.) Czer., Luzula multiflora (Ehrh.) Lej., Bistorta major S.F.Gray. В напочвенном покрове
обычны кроме доминантов обычны Hylocomium splendens, виды родов Aulocomium, Dicranum, Cladonia, Cladina, Flavocetraria, Stereocaulon.
Темнохвойные леса
6
Светлохвойные леса
8
Долинные темнохвойные леса (СК 0.7-0.9) выположенных склонов на суглинистых почвах с доминированием Picea obovata, с примесью лиственных: Betula pubescens, B.tortuosa, травяно-зеленомошные , кустарничково-травяно-зеленомошные. В
травяном покрове преобладают: Vaccinium uliginosum L., Vaccinium vitis-idaea L., Vaccinium myrtillus L. Empetrum hermaphroditum (Lange) Hagerup, Linnaea borealis L., Avenella flexuosa (L.) Drey., Trientalis europaea L., Rubus arcticus L. В хорошо развитом
травянистом ярусе также присутствуют: Geranium albiflorum Ledeb., Veratrum lobelianum Bernh., Solidago virgaurea L., Cirsium heterophyllum (L.) Hill, Viola biflora L. и многие другие виды. Моховой покров представлен преимущественно Pleurozium
schreberi, Hylocomium splendens, Polytrichum.
Лиственичные ерниково-зеленомошные леса (СК 0.4-0.6) пологих склонов и речных долин с близким залеганием скальных пород.
В травяно-кустаринчковом ярусе преобладают: Betula nana L., Vaccinium uliginosum L., Vaccinium vitis-idaea L., Vaccinium myrtillus L. Empetrum hermaphroditum (Lange) Hagerup Редки травянистые растения: Bistorta major S.F.Gray, Luzula multiflora (Ehrh.)
Lej., Rubus arcticus L., Trientalis europaea L., Avenella flexuosa (L.) Drey.. Моховой покров сложен в основном из Pleurozium schreberi, Hylocomium splendens
7
Смешанные лиственничные леса с примесью Picea obovata (СК 0.6-0.7) преимущественно ерниково-зеленомошные. Травяно-кустарничковый ярус беден видовым составом, преобладают Vaccinium uliginosum L., Vaccinium vitis-idaea L.
присутствуют Bistorta major S.F.Gray, Pedicularis lapponica L. В моховом покрове преобладают Pleurozium schreberi, виды родов Sphagnum, Polytrichum. Примесь кустистых лишайников (Cladonia, также Nephroma arctica).
9
Редколесья и редины из Larix sibirica (СК<0.3) на участках подгольцового пояса.
Хорошо развит кустаринчковый ярус: Betula nana L., Vaccinium uliginosum L., Vaccinium vitis-idaea L., Vaccinium myrtillus L. Empetrum hermaphroditum (Lange) Hagerup, Phyllodoce caerulea (L.) Bab., Linnaea borealis L. Из трав янистых растений присутствуют
Avenella flexuosa (L.) Drey., Trientalis europaea L., Solidago virgaurea L., Diphasiastrum alpinum (L.) Holub. Моховой покров сложен в основном из Pleurozium schreberi, Hylocomium splendens, Polytrichum, Dicranum. Единичны лишайники: Cladonia, Stereocaulon.
10
Мелколиственные леса из березы пушистой (вторичного происхождения, локализованные на гарях и вырубках) и извилистой, часто на склоновых поверхностях, ольховник.
Ивняки
5
Разнотравные ивняки приурочены к склоновым понижениям рельефа и берегам ручьев, стекающих с гор на высоте 659- над уровнем моря – в нижней части горно-тундрового пояса. Доминируют Salix glauca, S. lapponum, S. phylicifolia, Carex
aquatilis, Comarum palustre, Equisetum arvense, Aconitum septentrionale, Angelica archangelica, мхи рода Sphagnum.
В горнодолинных ландшафтах развиты сообщества с древовидной ивой S. viminalis, в комплексе с которой обычны – S.lanata, S. glauca, S. phylicifolia, из трав – осоки (С.aquatilis) разнотравья - Filipendula ulmaria, Rubus arcticus, Ranunculus repens,
Ranunculus propinquus C.A.Mey, Pedicularis lapponica, Veronica longifolia, Myosotis palustri, Trollius europaeus L.,Geranium albiflorum Ledeb., Polemonium acutiflorum Willd. ex Roem. et Schult., Aconitum septentrionale Koelle, Viola biflora L. и: Alopecurus pratensis,
Calamagrostis purpurea (Trin.) Trin., Calamagrostis neglecta, Festuca rubra, Poa pratensis. Мхи родов Campylium, Drepanocladus, Mnium, Pseudobryum
Луговые
11
А. Разнотравные луга горных плато очень разнообразны и полидоминантны по видовому составу, наиболее обильны в них: Geranium albiflorum Ledeb., Pachypleurum alpinum Ledeb., Anthoxanthum odoratum, Phleum alpinum, Avenella flexuosa, Sibbaldia
procumbens, Rhodiola rosea, Veratrum lobelianum,Poa pratensis, Antriscus silvestris, Alopecurus pratensis. С небольшим обилием встречаются Trollius europaeus, Poligonum bistorta, Alchemilla murbeckiana Bus., Lagotis minor (Willd.) Standl., Solidago virgaurea L.,
Valeriana capitata Pall. ex Link., Tanacetum bipinnatum (L.) Sch.Bip., Anemonastrum biarmiense (Juz.) Holub и др. виды
Б. нивальные приснежниковые луга. Характеризуются большим разнообразием горных травянистых растений: виды родов Saxifraga, Potentilla, Draba, Ranunculus, а также Sibbaldia procumbens L., Omalotheca supina (L.) DC., Saussurea alpina (L.) DC., а
также Solidago virgaurea L., Valeriana capitata Pall. ex Link., Tanacetum bipinnatum (L.) Sch.Bip., Pachypleurum alpinum Ledeb.с большим обилием мхов родов Rhacomitrium, Sphagnum
Болотные
комплексы
4
Осоково-моховые сообщества занимают нагорные плато в гольцовом поясе на высоте высоте 954- над уровнем моря. В состав доминантов входят Carex arctisibirica, мхи родов Polytrichum и Sphagnum
Верховые травяно-моховые болота на выположенных горных плато. В травяном покрове преобладают осоки (Carex rariflora (Wahl.) Smith, Carex rotundata Wahlenb.), пушицы (Eriophorum russeolum Fries, Eriophorum scheuchzeri Hoppe ), в моховом –
мхи р. Sphagnum
Прибрежноводные и водные сообщества,
зарастающие водоемы, их берега и
депрессии
Разновозрастны
е гари
-
Сообщества сложены в основном осоками, (Carex aquatilis Wahlenb.) пушицами (Eriophorum polystachion L.) и мхом р. Sphagnum. С небольшим обилием встречаются злаки (Arctagrostis latifolia (R.Br.) Griseb.), сабельник (Comarum palustre L.) ,
калужница (Caltha palustris L.), из мхов - Campylium, Drepanocladus, Polytrichum, Hypnum
15
Кустарники: Salix arbuscula L., Salix hastata L., Salix myrsinites L., Spiraea media F.Schmidt; эрикоидные кустарнички, Linum boreale Juz., разнообразные травянистые растения: Chamaenerion angustifolium, Rubus arcticus L., Galium boreale L., Ranunculus
propinquus C.A.Mey, Cirsium heterophyllum (L.) Hill, Thalictrum minus L.,Trollius europaeus L., Pedicularis verticillata L., Pedicularis lapponica L., Luzula parviflora (Ehrh.) Desv., Valeriana capitata Pall. ex Link., Saxifraga hieracifolia Waldst. et Kit., Stellaria crassifolia Ehrh.,
Taraxacum perfiljewii Orlova, Potentilla сrantzii (Crantz) G.Beck ex Fritsch, Anthoxanthum alpinum A. & D.Loeve, Poa pratensis L. и многие другие.
Снежники
17
Лиственные леса и
кустарники
Становление представлений о формировании
растительного покрова
отдельных территорий в виде гетерогенных популяционных мозаик видов эдификаторов (Восточноевропейские…, 2004), подвергнувшихся влиянию
эндогенных и экзогенных факторов, диктует необходимость более
пристального исследования и анализа показателей и причин временных
изменений фитоценозов.
Гари периода 1988-2001 гг. 20.9 км2 (0.4%)
до 1988 более 131 км2 (5.4%)
Для выявления временных изменений территории рассчитывали
значения показателя нарушенности (Disturbance Index, DI)
(Healey et.al., 2005):
(1),
DI = Br – (Gr + Wr).
где Br, Gr, Wr – масштабированные значения величин Brightness,
Greenness и Wetness, полученные в результате преобразований:
Br = (B – Bm) / Bσ
Gr = (G – Gm) / Gσ
(2),
Wr = (W – Wm) / Wσ ,
где B, G, W – значения пикселов; Bm, Gm, Wm – средние
значения величин и Bσ, Gσ, Wσ – их стандартные отклонения.
Значения B, G, W получены для изображений в результате
стандартных процедур преобразования Tasseled Cap для
сенсоров TM и ETM+ (King et.al., 2001; Huang et.al., 2001).
Антропогенно-нарушенные местообитания - длительно незарастающие поверхности, единичные виды растений
(Calamagrostis lapponica, Deschampsia glauca. Festuca ovina, Luzula sp., Polytrichum alpinum и др.), разрастания криптогамных
корочек, разреженные группировки с минимальным покрытием из мхов – рода Polytrichum, Sanionia uncinatus; первичные
разреженные растительные группировки: злаковые; моховые и злаково-моховые с доминированием Calamagrostis lapponica,
Agrostis mertensii, Polytrichum strictum, Polytrichum alpinum
6.7.1988
Отмечены крупные участки ветровалов,
вытянуты
в
с-в.
направлении
южнее
территории П-И заповедника, протяженностью
в 60-70 км (6.5.1986). В 1975 году на западном
макросклоне Урала (север Пермской области)
ураганом был повален лес на площади 260
тыс. га с запасом древесины более 22 млн м3.
Поврежденные леса имели вытянутую в
широтном направлении конфигурацию длиной
до 150 км и шириной с севера на юг до 50 км
(Рожков, Козак, 1989: 55-69).
Ветровалы на изображении 6.5.1986
Появление ветровала на изображении 6.7.1988-18.4.2000
Распределение ветровальных участков на Якшинском участке
в зависимости от экспозиции и уклонов поверхности
Штормовые события временного периода 17.7.2001 12.9.2001 г. привели к вывалу деревьев в с.в. направлении
на площади 126 га. Вывал деревьев отмечен на
предварительно затронутых огнем участках в пределах
выделенного
контура
сосновых
лесов:
сосняков
(47.5%),
кустарничково-зеленомошно-лишайниковых
сосняках сфагновых (13.0%) и сосняков лишайниковых
(10.1%). На меньшей площади вывал отмечен и в пределах
еловых древостоев: ельниках травяных (13.9%) и ельниках
кустарничково-сфагновых (13.2%). Роль экспозиции в
формировании ветровалов возрастает с ростом уклона
поверхности. Максимальные величины вывала в пределах
рассмотренных групп формируются на ветроударных
склонах ю.-в. экспозиции более 7°( до 35%).
Анализ временного тренда сомкнутости древостоев
Характеристика используемых изображений Landsat.
Сенсор, Path/Row
L5 168_14
L7 168_14
L7 168_14
L5 167_14
Дата съемки
8.4.1988
9.4.2000
30.3.2002
4.10.2006
Время съемки (GMT)
06:50
07:16
07:13
07:12
SunEl
30.5
31.6
27.5
19.9
SunAz
159.9
167.3
165.9
172.3
Сомкнутость 90-100%
Сомкнутость 0%
Высота снежного покрова в данный период времени максимальна и варьирует в пределах 120-140 см
(Атлас…, 1997). Зимние изображения были предпочительнее, что с одной стороны связано с
маскированием многих форм микрорельефа земной поверхности снежным покровом (Алексеенко,
Сваткова, 2008), с другой – отсутствием листвы и погребением лишайниково-мохового, травянокустарничкового и частично кустарникового яруса, что приводит к большей контрастности при
выделении компонент. Абсолютное доминирование в формировании значений «древесной»
компоненты на территории относится к ели европейской, лиственнице сибирской, в качестве примеси
отмечены береза извилистая, ольховник кустарниковый, древовидные виды ив.
Лиственичное редколесья и редины
Долинные темнохвойные леса
Гарь 2000 г.
Гарь ранее 1988 г.
Работа выполнена в рамках междисциплинарных тем
Программа Президиума РАН «Биологическое разнообразие наземных и водных экосистем Приполярного
Урала: механизмы формирования, современное состояние, прогноз естественной и антропогенной динамики»
Программа УрО РАН "Разработка концепции создания Атласа природного наследия Урала".
Спасибо за внимание