ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СТЕПНЫХ ГЕОСИСТЕМ ЮЖНОЙ СИБИРИ

На основе уникальных 30-летних комплексных стационарных наблюдений за состоянием природной среды Южной Сибири установлено, что в результате глобальных изменений климата общая фитопродуктивность и плодородие почв сибирских степных геосистем повышаются. Эта тенденция сопровождается увеличением контраста динамики почвенно-геохимических процессов между степными и лесными геосистемами, они как бы отдаляются друг от друга.
Исследования проводились на двух физико-географических стационарах в Южно-Минусинской котловине, расположенной в центре Азиатского материка между горными системами Западного и Восточного Саяна и Кузнецкого Алатау. Ее природные условия определены горно-котловинным рельефом и удаленностью от Мирового океана. Степной полигон расположен на днище котловины с мелкогрядовым и плоскоравнинным обликом рельефа и абсолютными высотами 300-500 м. Климат степного участка определяется как недостаточно влажный (350-400 мм в год) с теплым летом (средняя температура июля плюс 18-19?С) и умеренно холодной (средняя температура января минус 18-19?С) малоснежной зимой (запас воды в снежном покрове 20-30 мм). Продолжительность солнечного сияния составляет 2000-2200 часов, а приход суммарной солнечной радиации достигает 100 ккал/см2. Почвенный покров степного ландшафта представлен обыкновенными и южными черноземами и каштановыми почвами. Почвы засоленные занимают относительно небольшие участки местности, расположенные в мезодепрессиях. Степи Минусинской котловины относят к настоящим змеевково-тырсовым (Cleistogenes-Stipa krilovii) и вострецово-тырсовым (Aneurolepidium-Stipa krilovii) Енисейско-Забайкальским степям. Эфемеры и эфемероиды редки [1]. Полигон лесного (предгорно-таежного) стационара, материалы исследований на котором использованы нами в данной работе только для сравнительной характеристики динамики почвенных растворов, находится всего в 40 км от степного. Он расположен в зоне сочленения Западного Саяна с Южно-Минусинской впадиной. Абсолютные высоты составляют 700-800 м над уровнем моря. Морфология поверхности характеризуется горным обликом рельефа. Климат участка определяется как влажный (годовое количество осадков 700-800 мм), с умеренно теплым летом (средняя температура в июле плюс 16-18?С) и умеренно суровой зимой (средняя температура января минус 16-19?С). Запасы воды в снежном покрове составляют 70-80 мм. Продолжительность солнечного сияния равна 1600-1700 часам за год. Годовой приток суммарной радиации близок к 90-95 ккал/см2. Почвенный покров сформирован бурыми лесными и подзолистыми почвами. Растительность представлена пихтово-кедровой (Abies sibirica-Pinus sibirica) тайгой с участием осиновых (Populus tremula) и березово-осиновых (Betula verrucosa-Populus tremula) с пихтой (Abies sibirica) крупнотравных лесов черневого типа [2].
Для того чтобы понять важность и значение полученных нами результатов, необходим небольшой исторический экскурс, который поможет дать некоторое представление о взаимодействии человека и природы, а, точнее, воздействия человека на природу изучаемой территории и становление ландшафтов. Преобразование человеком южносибирских степей началось в глубокой древности. Зачатки земледелия и скотоводства в Минусинской котловине фиксируются в период афанасьевской культуры бронзового века [3]. Появление заметных пастбищных перегрузок, пожаров, вызванных человеком, и активных форм земледелия, включая оросительные системы, приурочены к первой половине железного века [4].
Выделяется 9 этапов (или стадий) освоения человеком Южно-Минусинской впадины, весьма различающиеся по продолжительности, но сходных по степени антропогенных нагрузок и перестройки ландшафтной структуры [5]. Первый относится к раннему и среднему палеолиту, второй – к концу среднего началу позднего палеолита, третий – к мезолиту и неолиту, четвертый (начального скотоводства) – к бронзовому веку, пятый (развитого кочевого скотоводства и земледелия) – к железному веку и времени господства кыргызов VII в. до н.э. – начало XVIII в., шестой – к началу освоения территории русскими (начало XVIII в. – середина XIX в.), седьмой (начало существенного изменения природы) – к концу XIX в., восьмой (хозяйственного преобразования природы) – к первой половине XX в. (до 60-х гг.), девятый (интенсивного преобразования природы) – начался в конце 60-х гг.
Самой мощной трансформации Минусинские степи подверглись в период освоения целинных земель в 50-60-е годы. Именно в этот период и последующие за ним годы природному потенциалу Минусинских степей был нанесен самый существенный ущерб. Элементы реабилитации степей начали появляться лишь после кризиса 1992 г., когда резко, практически до нуля, сократилось поголовье овец и крупного рогатого скота. Уже в 1994-1995 гг. стали фиксироваться заметные положительные изменения как в морфологии ландшафтов, так в структуре и динамике.
Первый важный результат наших исследований заключается в том, что в течение последних трех десятилетий не зависимо от воздействия антропогенной нагрузки сохранялась общая тенденция возрастания фитопродуктивности сибирских степей с преобладанием живого вещества над мортмассой. Пастбищная нагрузка, превышающая среднюю, на фоне маргинальных природно-климатических флуктуаций не ослабила внутриструктурных связей геосистем. Напротив, механизмы саморегуляции и самосохранения, направленные на устранение или ограничение действия внешних факторов, нарушающих динамическое постоянство их внутренней среды как самоорганизованной системы, стимулировались антропогенными нагрузками.
Подобная ситуация обнаружена также по некоторым показателям трофности органо-минерального субстрата: легкоподвижным формам фосфора, кальия и гумуса. При этом следует подчеркнуть, что сравнительно небольшое увеличение общего количества гумуса сопровождалось относительным и абсолютным возрастанием его биологически и миграционно активной формы – воднорастворимой. Очевидно, одна из функций гумусовых веществ как фито- и в целом биостимулятора играет в данном случае существенную роль, обеспечивая процессы саморегуляции и самоорганизации геосистемы. Другая и, на наш взгляд, более существенная причина неуклонного роста фитопродукции в сибирских степях связана с глобальными изменениями климата, которые проявились на исследуемой территории в некотором росте среднегодовых температур и осадков [3]. Именно смягчение климатических параметров повлекло за собой активизацию ювенильных процессов, направленных на реализацию потенциала сибирских степных геосистем, который сдерживался недостатком тепла и влаги. Таким образом, механизмы саморегуляции и сохранения гомеостаза геосистем были поддержаны смягчением климатических условий, что в конечном итоге позволило частично реализовать потенциал биопродуктивности и сохранить хотя и незначительную, но достаточно четкую тенденцию ее роста.
Второй важный результат получен после сравнительного анализа данных по динамике вещества, содержащегося в почвенных растворах степного и лесного полигонов, т.е. территорий, принадлежащих разным типам географической (природной) среды. Не смотря на известные различия в подходах к исследованиям таежных и степных геосистем, такая задача была решена. Динамика вещества полигонов рассмотрена на основе анализа данных о воднорастворимых соединениях кальция и магния в почвах и почвенной влаге. Изменения количества и соотношения этих компонентов в почвенных растворах функционально связаны со структурой геосистем, их биологической составляющей и вещественно-энергетической основой в целом. Исходным предположением было следующее: изменения состава водных растворов почв в течение многих лет должны вскрывать имманентные свойства геосистем, а обобщающие характеристики экспериментальных данных динамики вещества могут позволить количественно оценить степень напряженности процессов в геосистемах и установить тренды их развития.
Впервые подобная работа по Минусинским полигонам была осуществлена в 1988 г. коллективом авторов [4]. Она охватывала широкий спектр параметров и комплексно оценивала сходство и различие в динамике и функционировании степных и таежных геосистем. Сейчас нами решалась задача в несколько ином аспекте: а именно – получить характеристики динамики вещества не только «внутри» полигонов и между ними, но выяснить различия между динамикой периода 70-х годов и 90-х. Ссылаясь на упомянутую выше работу [4], напомню, что коэффициент динамичности вещества фаций представляет усредненное значение признака, нормированное по минимальному варианту анализируемого ряда или совокупности. Контрастность оценивалась как соотношение коэффициентов динамичности, выраженное в процентах. Сравнительный анализ многолетней динамике хемогенных процессов позволяет сделать общее заключение о более высоком их уровне в почвах лесного ландшафта, чем степного. В таежных геосистемах ландшафтно-геохимические процессы протекают в 1,5-2 раза активнее, чем в степных. За период с 1976 по 1987 гг. коэффициент динамичности (КД) на лесном полигоне составил от 2,7 до 3,7. За период с 1988 по 2000 гг. КД увеличился и составил значения от 2,9 до 4,1. Менее напряженно и с меньшими амплитудами изменения вещественного состава геосистем протекают в степи – КД за первый период (1976-1987 гг.) имел значения от 1,3 до 3,0. Однако в течение второго периода (1988-2000 гг.) динамика вещества в степных фациях снизилась и составила величины от 1,1 до 2,5 единиц. Из вышеизложенного следует, что за последние 12 лет динамичность хемогенных процессов увеличилась в лесных геосистемах и уменьшилась в степных.
Наиболее существенным изменениям как в степных, так и лесных геосистемах подвержены фации автоморфные: на лесном полигоне КД первого периода 3,7 и 3,5; второго 4,1-3,9, тогда как на степном он оказался равным для первого периода 2,4 и 3,0, а для второго составил значения от 2,2 до 2,5. Обращает внимание то обстоятельство, что геосистемы, завершающие циклы динамических преобразований и близкие к эквифинальным состояниям, обладают наивысшими флуктуациями. Можно предположить, что устойчивости эквифинала геосистемы способствует повышенная амплитуда ритмики (временного разнообразия) ее гидрохемогенных параметров.
Очевидность различий в структуре и морфологии степного и лесного полигонов не требует специальных доказательств их принадлежности к различным типам природной среды, но в функциональном аспекте и по состоянию динамики компонент такой контраст не всегда очевиден. Основанием для углубленного сравнительного анализа с помощью КД послужило, кроме, безусловно, типологических нюансов, сходство фациальной (геомерной) структуры полигонов-трансектов, классифицируемых на уровне геомов. Более того, исследовательские полигоны находятся на одной широте, получают практически одинаковое количество солнечной радиации и сходны по набору местоположений. Оказалось, что между различными фациями или их группами (в пределах урочищ) КД составил за первый период на таежном полигоне 17%, на степном – 35%. За второй период на таежном полигоне он возрос лишь на 10,9% (при повышенном уровне значений), а на степном – на 12,9% (при пониженном уровне значений). За первый период контраст составил между автономными фациями полигонов 26%, за второй – 38%, и транзитными соответственно – 29 и 43%.
В обобщенном виде это можно представить так: уровень динамики вещества почвенных растворов в степных геосистемах по сравнению с таежными лесными ниже, а контраст выше с явным увеличением за последние десятилетия. Иными словами – прослеживается тенденция возрастания различий между таежным и степным типами природной среды Южной Сибири. Они как бы удаляются друг от друга, разбегаются в противоположных направлениях. Одну из причин этого явления мы склонны связывать с процессами глобального изменения климата.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Природные режимы степей Минусинской котловины (на примере Койбальской степи). – Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1976. – 237 с.
2. Геосистемы предгорий Западного Саяна. – Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1979. – 318 с.
3. Баженова О.И., Мартьянова Г.Н. Реакция степных и лесостепных морфодинамических систем на современные изменения климата // География и природные ресурсы, 2000. № 4. – С. 23-32.
4. Снытко В.А., Щетников А.И., Рюмин В.В., Мартьянова Г.Н., Хакимзянова Ф.И., Зайченко О.А. Сопряженный анализ функционирования степных и таежных геосистем // География и природные ресурсы, 1989. № 3. – С. 15-22.