Пространственно-временная устойчивость фитопродукционного функционирования ландшафта в условиях климатических флуктуаций и трендов (РНФ)НИР

Spatio-temporal stability of phytoproduction functioning of the landscape in conditions of climatic fluctuations and trends

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 апреля 2024 г.-31 декабря 2024 г. Пространственно-временная устойчивость фитопродукционного функционирования ландшафта в условиях климатических флуктуаций и трендов
Результаты этапа: При решении задачи 1 о климатических тенденциях для всех полигонов исследования выявлен тренд роста теплообеспеченности при неочевидных тенденциях изменения влагообеспеченности. В Тыве тренд среднемесячной температуры за 20-летний период свидетельствует о постепенном увеличении средней температуры воздуха до 2 градусов за 20 лет. В Амурской области тренд на потепление проявляется с середины 20-го века, особенно в зимние месяцы, наиболее сильно с 1980-х гг. В Оренбургской области установлены тенденции роста среднегодовых температур за 80-летний период от 1,5 до 3.5 °, уменьшение годового количества осадков (с 600 до 450 мм), сокращения осадков теплого и холодного периодов, что благоприятствует улучшению состояния степных урочищ. При решении задач 2 и 3 о чувствительности фитопродукционного функционирования к гидротермическим флуктуациям и классификации фаций по сезонному ходу фитомассы выявлены различия годового хода NDVI для степных ландшафтов Оренбургской области (умеренно-континентальный сектор) и Тывы (резкоконтинентальный сектор). Для степей Тывы характерен сильно выраженный пик NDVI в середине июля с последующим резким спадом и слабее выраженный пик в середине августа. Для пойменных урочищ высокие значения индекса засухи VCI в мае свидетельствуют о долгом прогревании обводненных территорий, что задерживает начало вегетации. Наименьшее влияние межгодовых гидротермических флуктуаций на NDVI отмечено в августе, а наибольшее в июле. Для степных урочищ плоских поверхностей террас и озерных равнин наиболее нестабильно состояние фитомассы к концу вегетационного сезона. К июню степные сообщества теряют запасы влаги, в то время как луговые – приобретают благодаря разгрузке грунтовых вод с примыкающих склонов котловины. Для урочищ пониженных засоленных бессточных западин в июле варьирование фитомассы наиболее значительно, наиболее сильная засушливость приходится на май-июнь. Для Оренбургских степей пик вегетации наступает во второй половине июня с последующим резким спадом, что не характерно для луговых и залесенных урочищ. В обоих регионах луговые сообщества отличаются гораздо слабее выраженным позднелетним спадом NDVI. Оценка интенсивности продукционно-деструкционных процессов в надземной фитомассе степных и луговых сообществ Оренбургских степей за летний период показала наибольший прирост живой фитомассы и ветоши в петрофитной степи южного склона, а наибольший прирост подстилки и ее минерализация – в кустарниковой овсецовой степи северного склона. Запас живой фитомассы в июне составлял на разных площадях от 136, 2 г/м² до 553,6 г/м², в августе от 155,4 г/м² до 529,8 г/м². Наибольшими запасами живой фитомассы за весь период исследования обладало кустарниковое сообщество в днище лощины, наименьшими петрофитная тырсовая степь южного склона. Запас живой фитомассы августа был выше июньского на всех площадках, за исключением кустарниковой степи овсецовой формации. Доля живой фитомассы в надземной фитомассе составляла в июне 25-44%, а в августе 18-50%, на луговостепной площадке в днище лощины живая фитомасса преобладала весь период исследования. В мерзлотно-северотаежном ландшафте Ямало-Ненецкого округа установлено, что более уязвимыми по отношению к климатическим изменениям оказались склоны минеральных бугров, а более устойчивыми, с механизмами саморегулирования, –торфяно-минеральные бугры пучения в связи с защитной теплоизоляционной функцией торфяных горизонтов почв, а также сфагнума. Склоны бугров обоих типов оказались более динамичными и чувствительными к климатическим трендам, в сравнении с вершинными поверхностями. Бугры пучения вне зависимости от классифицированы на стабильные и с периодическими внутривековыми периодами дестабилизации и стабилизации и с процессами направленного разрушения термокарстом, начиная с конца XX столетия с резкой активизацией с начала 2000-х годов. Разрушению старых бугров способствует образование на их поверхности обширных пятен, лишенных лишайникового покрова, что кардинально уменьшает величину альбедо поверхности и увеличивает в летний период поглощенную радиацию. На примере разрушающегося бугра пучения на границе с поймой подтверждена правомерность применения дендрохронологического метода изучения динамики устойчивости мерзлотных геосистем к современному потеплению климата по датированию крена стволов деревьев по средней разности их годичного радиального прироста по радиусам ствола. Доказана интенсификация термокарстового процесса с замещением бугров пучения термокарстовыми озерами. По исследованиям динамики приростов деревьев в низкогорно-лесных ландшафтах Амурской области установлено, что атмосферные осадки оказывают более слабое влияние на изменчивость продуктивности древостоя, чем температуры. Во влажные периоды межгодовой ход приростов становится более плавным, чем в сухие, что свидетельствует о нейтрализации действия узколокальных ландшафтных и внутрифитоценотических факторов. Задача 4 о чувствительности пространственной организации фитопродукционного процесса к флуктуациям гидротермических условий решалась для степных ландшафтов методом выявления повторяемости положительных и отрицательных аномалий фитомассы по статистике Гетиса-Орда (метод «горячих/холодных пятен»). Для Оренбургской степи установлено, что изменчивость фитопродукционного процесса в экотонных комплексах может интерпретироваться как индикатор периодических смен двух устойчивых состояний – лугового и степного. Возможны полосы шириной до 100-120 м с пластичным режимом. На основании сопоставления классификация фитоценозов по структурным и функциональным показателям выделены “ядра стабильности” каждого класса фитоценозов и периферийные переходные зоны, где годовой ход становится сходен с фитоценозами других классов. В сообществах с периодическим формированием положительных аномалий наблюдается сочетание ксерофитов и мезофитов, индицирующая периодическое переключение между степным и луговым типами функционирования: типчак, ковыли Лессинга, Залесского и узколистный (ксерофиты), кострец безостый, таволга обыкновенная и вязолистная (мезофиты). Рост повторяемости положительных аномалий зеленой фитомассы сопровождается ростом содержания гумуса, утяжелением гранулометрического состава, уменьшением рН верхних горизонтов. Урочища монотонного по рельефу и геологическому строению плато распадается на несколько зон функционирования в зависимости от позиции по отношению к бровке склонов, а урочище низменной ложбины – от позиции по отношению к тальвегу. Наибольшие контрасты по NDVI между мезофитными и ксерофитными сообществами наблюдались в сухие годы, однако в жаркие годы контрасты сглаживаются из-за недостатка влаги во всем ландшафте. В северо-западном секторе Буртинской степи в переувлажненном пониженим обнаружено урочище, которое может функционировать в трех режимах: 1) луговой с повышенной фитомассой, чем в окружающих степных урочищах (положительные аномалии фитомассы (ПАФ) в 20% сроков); 2) возможное отставание вегетации по сравнению с окрестностью (отрицательные аномалии (ОАФ) в 20% сроков), 3 – фоновый для ландшафта степной режим без ПАФ или ОАФ (60% сроков). Задача 5 о значимости позиционного фактора решена для равнинного агроландшафта степной зоны Предуралья (Оренбургская область). Установлено, что внутриполевое варьирование зеленой фитомассы может быть более чем наполовину обусловлено факторами ландшафтного соседства с эрозионными формами и лесополосами. Наиболее стабильное влияние на зеленую фитомассу сельскохозяйственных культур оказывает фактор соседства с эрозионными формами рельефа, наименьшее – состояние лесополос. Установлено, что в большинство летних сроков, особенно в жаркие сухие периоды, обнаружено положительное влияние лесополос на зеленую фитомассу на расстоянии 100-140 м. Пороговое значение соседств с эрозионными формами, при достижении которого зеленая фитомасса на плакорных поверхностях возрастает, составляет 15% территории в окрестности в 150 м, т.е. 1,02 га. Пороговое значение соседств с лесополосами составило 6% территории в окрестности в 150 м, т.е. 0,45 га. В весенний период и начале лета существенным фактором внутриполевого варьирования зеленой фитомассы является эрозионная расчлененность, в летний период – соседство с живыми лесонасаждениями. Позитивное влияние лесополос на фитомассу полей возрастает в жаркие сухие периоды при зависимости от кумулятивного гидротермического эффекта за примерно двухмесячный период. Если сильного истощения запасов почвенной влаги в июле не происходило, то при сильном испарении влаги в августе лесополосы имели позитивное влияние на фитомассу полей. После сильного истощения запасов почвенной влаги в июле-августе лесополосы влияли негативно через рост приземной температуры. Зависимость внутриполевого варьирования NDVI от эрозионных форм возрастает во влажные холодные периоды. Значимость позиционного фактора для хода фитопродукционного процесса устеновлена в низкогорно-лесостепном ландшафте в Оренбургской области. На степном плато позиционный фактор проявляется в связи неодинаковым характером накопления и расходования весенней влаги. Соседство с глубоковрезанными лощинами и крутыми склонами в радиусе до 300 м сокращает длительность снеготаяния в краевых частях плато за счет метелевого сноса снега в зимний период. Доминирование мезофитов над ксерофитами обеспечивается в урочищах с поздним снеготаянием и задержкой вегетации вблизи лесов и в ложбинах, что способствует более длительному сохранению влаги в почве и малому сокращению фитомассы после раннелетнего пика. Доминирование ксерофитов свойственно местообитаниям с ранним снеготаянием, быстрым истощением влагозапасов в почве, в результате чего раннелетний пик накопления зеленой фитомассы (NDVI) сменяется быстрым ее сокращением. Задержка снега в краевых частях плато с сопутствующим повышенным обилием мезофитов может сдерживать остепнение, стимулируемое текущей климатической тенденцией (рост среднемесячных температур при уменьшении зимних осадков) и снижать риск пожаров. Отрицательные коэффициенты географически взвешенной регрессии в полосе 200-300 м свидетельствует об уменьшении NDVI в пик вегетации по мере удаления от лесных массивов. Решение задачи 6 о чувствительности фитопродукционного функционирования геосистемы к однонаправленным воздействиям в бассейновой геосистеме получено на примере Буртинской степи (Оренбургская область). Повышенная доля колков и кустарников с мезофитными сообществами в водосборе обеспечивает стабилизацию латерального потока влаги и устойчивость положительных аномалий фитомассы в луговых и луговостепных сообществах днища. В пределах возвышенного сектора Буртинской степи установлен градиент повторяемости положительных аномалий (т.е. частоты сильных отклонений от фонового степного режима фитомассы) в соответствии с позицией на склоне (фактически – положением в катене). В низменном секторе (200 м ниже плато) низкие коэффициенты детерминации уравнений географически взвешенной регрессии свидетельствуют о меньшей роли рельефа и большем вкладе системы разгрузки грунтовых вод по наклонным пластам осадочных горных пород. Индексы конвергенции и эрозионный фактор слабее влияют на повторяемость положительных аномалий фитомассы, поскольку нарастание площади водосбора необязательно означает рост влагообеспеченности из-за наклонного залегания пластов с разной водопроницаемостью. По этой причине в днищах лощин фактически чередуются участки с мезофильной и мезоксерофильной растительностью.
2 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Пространственно-временная устойчивость фитопродукционного функционирования ландшафта в условиях климатических флуктуаций и трендов
Результаты этапа: Проведены полевые исследования: 1) в степных ландшафтах республики Тыва (Турано-Уюкская котловина, республика Тыва); 2) в степных и лесостепных ландшафтах Оренбургской области (участки Буртинская степь, Айтуарская степь, Шайтан-Тау, Тугустемир); 3) в горно-лесных ландшафтах Амурской области (хребет Тукурингра, Зейский заповедник); 4) в северотаежных ландшафтах Ямало-Ненецкого округа (бассейн р. Надым); 5) в среднетаежном ландшафте Архангельской области (бассейн р. Заячья, Устьянский район). Для степных ландшафтов Тывы доказано, что сроки наступления пиковых значений NDVI в степных урочищах варьируют сильнее, чем для пойменных территорий, что объясняется повышенной чувствительностью к климатическим факторам. По мере постпахотного восстановления внутренняя асинхронность режима функционирования урочищ возрастает. Наибольшая чувствительность фитопродукционного процесса к гидротермическим флуктуациям характерна для ксерофитных и мезоксерофитных степей во второй половине июля. Гидроморфные и галофитные урочища более устойчивы. Для ксерофитных степей характерна раннелетняя задержка нарастания или небольшое сокращение зеленой фитомассы в связи с малым запасом снеговой влаги и быстрым ее истощением, что нехарактерно для мезоксерофитных степей. По интенсивности накопления обменных оснований, карбонатов, сульфатов в почвах урочища Турано-Уюкской котловины образуют ряд: ксерофитные степи днища котловины на криоаридных натечно-карбонатных почвах – мезоксерофитные степи теневых склонов и днищ малых долин на палевых, темногумусовых типичных и осолоделых почвах – гигромезофитные луга пойм на аллювиальных темногумусовых квазиглеевых минерально-торфяных и перегнойно-глеевых засоленных почвах – ксеромезофитные и мезогигрофитные луга на солончаках глеевых криометаморфических и темных солонцеватых зон разгрузки грунтовых вод на делювиально-пролювиальных шлейфах– галофитные сообщества днищ бессточных котловин на солончаках и солонцах. Для степного ландшафта в Оренбургской области (Южный Урал) доказано, что в экологически контрастных урочищах петрофитной степи и мезофитного луга интенсивнее шли продукционные процессы, а в более сходных урочищах луговых и типичных степей – деструкционные. Наиболее разнообразный экологический состав фитоценозов имеют классы с крайне низкими вероятностями положительных аномалий фитомассы или их отсутствием. Неустойчивость аномалий свойственна для периферии урочищ черноольшанников и осиновых колков с непостоянным притоком влаги. Центральные части крупных луговых урочищ могут иметь большую повторяемость аномалий, так как понижение с разгрузкой грунтовых вод довольно велико, из-за чего “ядро” будет сохранять довольно высокую фитомассу даже несмотря на засушливый период. Степные геосистемы характеризуются избыточно высокой эвапотранспирацией относительно нормативной для наблюдающейся фитомассы из-за увеличенного вклада физического испарения, в отличие от лесных и луговых геосистем. Максимум пространственной вариабельности NDVI характерен для луговых осоково-тростниковых и лесных черноольшанниковых сообществ, минимум – для ксерофитностепного плато. Наличие постоянных зон вертикального смыкания зон повышенной увлажненности с уровнями грунтовых вод в наиболее глубоких понижениях днищ во всех профилях свидетельствует о существовании годового водообмена и инфильтрационного питания подземных вод. Общее увлажнение поверхности склонов и водоразделов происходит за счет весеннего снеготаяния в течении 2-3 недель апреля-мая и дождливого периода осенью. Увлажнение почв в период весенне-летних дождей происходит лишь на глубину порядка 0,5-1,0 м. В сухой период влага быстро испаряется. Для низкогорно-степного ландшафта в Оренбургской области доказано, что ксеропетрофитные и сухие степи глубокорасчлененного сектора наиболее восприимчивы к обильным осадкам второй половины лета с ростом фитомассы, но инертны в засушливые периоды без уменьшения фитомассы. Типичные разнотравно-типчаково-ковыльные степи плато на хорошо развитых черноземах южных более восприимчивы к позднелетним экстремальным осадкам с ростом фитомассы, чем ксеропетрофитные степи сильнокаменистых местообитаний. Для степных урочищ в пределах низкогорно-лесостепных ландшафтов Южного Урала доказано варьирование тесноты связи и вида зависимости зеленой фитомассы (NDVI) от расстояния до кромки леса и тальвегов лощин. Позиционный фактор более сильно определяет фитомассу и ее сезонную динамику при примыкании леса в пределах плато с теневой стороны, более слабо – при примыкании крутых обезлесенных склонов. При непосредственной близости стенки леса зависимость увеличивается к концу вегетационного периода; при более отдаленном соседстве – в основном в начале (май-июнь). Влияние увлажненных лощин на фитомассу более сильно сказывается в начале вегетационного периода, чем на его пике. Для горно-лесных хвойно-широколиственных и таежных ландшафтов Амурской области доказано, что ель более чувствительна к количеству осадков, а лиственница Гмелина устойчива к изменчивости гидротермических условий. Лиственничные древостои в теплые периоды имели более сильную межгодовую изменчивость приростов, что показывало рост чувствительности к фактору увлажнения. Водохранилище оказывает выхолаживающий эффект в начале лета, который уменьшает чувствительность прибрежных древостоев к гидротермическим флуктуациям. Для среднетаежного ландшафта в Архангельской области установлено, что в периоды с высокой межгодовой изменчивостью осадков при относительно стабильных высоких температурах максимальная чувствительность фитопродукции сосен к гидротермическим флуктуациям свойственна мезотрофным приболотьям и олиготрофным болотам, минимальная – слабодренированным междуречьям с сфагново-долгомошными типами леса. В прохладные периоды с высокой изменчивостью температур, но со стабильными осадками максимальная чувствительность фитопродукции проявлялась на наиболее хорошо дренированных плоских междуречьях с зеленомошными типами леса. Для северотаежного ландшафта в Ямало-Ненецком округе установлено, что продолжительный период с 1990 по 1998 год, когда количество осадков было выше нормы и в теплый, и в холодный период, привел к снегонакоплению, обводнению бугров, активизации термокарста и гибели деревьев. Чем старше деревья, тем заметнее выражен крен при развитии склоновых процессов и активизации термокарста. На торфяно-минеральных буграх устойчивость к крену выше, чем на торфяном. Установлены смены пространственной организации фитопродукционного процесса в связи с деградацией урочищ бугров пучения. В среднем от начала крена до гибели дерева проходит от 9-10 до 15-17 лет. На активизацию деградации бугра и крена деревьев влияет рост зимних осадков на фоне повышения средней годовой температуры.
3 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Пространственно-временная устойчивость фитопродукционного функционирования ландшафта в условиях климатических флуктуаций и трендов
Результаты этапа: -

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".