ПРОДУКТИВНОСТЬ СТЕПНЫХ ЭКОСИСТЕМ: ВЫЯВЛЯЕМЫЕ ТРЕНДЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ НОВОЙ ОЦЕНКИ

THE PRODUCTIVITY OF STEPPED ECOSYSTEMS: THE NEW EVALUATION’S EXPOSED TRENDS AND PERSPECTIVES

Е.А. Белоновская, А.А. Тишков, Н.Г. Царевская

E.A. Belonovskaya, A.A. Tishkov, N.G. Tsarevskaya 

Институт географии РАН

(Россия, 9119017, г. Москва, Старомонетный пер., 29) 

Institute of Geography RAS

(Russia, 9119017, Moscow, Staromonetny per., 29), e-mail:  belena53@mail.ru

Показано, что, в соответствии с высокой продуктивностью, степи являются мощным накопителем углерода. Это обеспечивает сохранение и восстановление углеродного пула степных сообществ в условиях заповедывания и выполнения ими глобальной климато- и водорегулирующей функции. Рассмотрены некоторые «научные и технические вопросы», которые важно решить в отношении изучения и сохранения продуктивности степей и для обеспечения восстановления их способности депонировать углерод.

It is shown, that steppes due to its very high productivity are very enormous carbon collector. This fact guarantees conservation and rehabilitation of steppe communities’ carbon storage pool in the conditions of preservation and implementation of the global climate and water regulation function. Some scientific and technical problems of steppes services for protection of its ability of carbon depositing are discussed.

Известно, что восстановление степной растительности (например, на залежах при забросе пашни на значительной площади), способно существенно изменить водный и тепловой режим на значительных территориях степной зоны. К разряду количественных оценок экосистемных услуг можно отнести и известные климатологам и гидрологам закономерности, например, что [4]:

- восстановление природной растительности на степных водоразделах бассейна рек может увеличить их сток до 10,0%;

- радиационный баланс покрытых естественной степной растительностью участков суши выше на 20-30% такового для участков, лишенных растительности;

- уничтожение степной растительности и формирование на ее месте пашни за счет изменения альбедо приводит к перестройкам микроклимата; отклонение альбедо на 0,01 за счет трансформации растительного покрова вызывает изменение температуры воздуха на 2,3⁰С, а при увеличении температуры воздуха на 1⁰С количество осадков вырастает на 10%;

- замещение первичной степной растительности ее производными вариантами и антропогенными модификациями приводит к изменению альбедо на 3-9%, меняется соотношение затрат тепла на испарение и теплообмен.

На волне глобальных перестроек климата, которые проявляются в степях в тренде роста среднегодовых температур и повышения количества осадков в последние  два десятилетия дистанционными (через вегетационный индекс NDVI) и наземными измерениями (учеты фитомассы, измерение годичных колец деревьев) выявляется заметный тренд роста показателей надземной первичной продукции некоторых ландшафтов России. В первую очередь, это показано для тундровой зоны («позеленение» тундры), для степей и полупустынь Прикаспийской низменности и связывается с ростом средних температур воздуха в вегетационный период, а для степей еще и влагозапасом в почве. Изменения водного режима и теплообмена в условиях степной зоны, где лимитирующим фактором развития биоты выступает влагообеспечение, однозначно приводят к росту первичной продукции. В последние десятилетия, к сожалению, стационарные полевые измерения запасов и продукции фитомассы в степных экосистемах практически не проводится, как это наблюдалось в 1960-1980 гг., когда реализовывались Международная Биологическая Программа (МБП) и Международная Геосферно-Биосферная Программа (МГБП). Уникальные многолетние ряды данных по продуктивности степных экосистем тогда были получены на Курском стационаре Института географии РАН [1-3, 5]. Именно они в период МБП и МГБП подтвердили ранее высказываемые предположения, что степные экосистемы – самые продуктивные среди зональных экосистем Северной Евразии (Табл. 1, Рис. 1). Оценки запасов фитомассы на модельных некосимых участках заповедной степи Центрально-Черноземного заповедника в последние десятилетия (материалы наблюдений В.В. Сабакинских), наши материалы по Курской области и опубликованные данные по продуктивности фрагментов степной растительности долины р. Оки показывают тренд роста продукции степной растительности примерно на 10%.

Одновременно для степной зоны отмечается и рост продуктивности растительности залежей. Для вторичной нелесной растительности в границах лесостепи и степи отмечается рост запасов фитомассы и годичной продукции, но он связан не только с потеплением климата и повышением количества осадков, но и с замещением доминантов пионерных растений на залежах, в том числе за счет инвазий чужеродных видов, блокированием хода восстановительной сукцессии и формирования длительно-производных мелкобурьянных (юг Сибири и Забайкалье) и крупнобурьянных (Русская равнина) стадий.

Таблица 1

Зональная дифференциация продукционных характеристик природных ландшафтов степной зоны [4]

Рисунок 1. Чистая первичная продукция фитомассы ландшафтов Российской Федерации (Из: Земельные ресурсы России)

В соответствии с высокими показателями продуктивности степи среди зональных ландшафтов умеренного пояса России являются мощным накопителем углерода в расчете на единицу площади, а экосистемные запасы углерода здесь выше в 1,6 раза, чем в бореальных лесах. Степи, луга и их антропогенные модификации на черноземных почвах, включая залежи и пастбища, занимая в России более 220 млн. га, продуцируют – до 7-10 т С/га в год. Природные степи консервируют огромные запасы углерода в черноземных почвах в виде гумуса и органоминеральных соединений. Распашка и интенсивное пастбищное использование евразийских степей еще в 19–20 вв. привели к высвобождению значительных объемов углерода из черноземов, а также к эрозии, резкому изменению альбедо поверхности, сокращению уровня транспирации и стока степных рек, а суммарно -  к нарушению биопродукционных процессов и поступлению в атмосферу значительных объемов парниковых газов и трансформации климаторегулирующих функций степных ландшафтов.

Понятно, что наиболее эффективной формой борьбы с негативными глобальными последствиями для климата и окружающей среды антропогенной трансформации степных ландшафтов было и остается их сохранение в близком к естественному состоянии - в виде природных кормовых угодий (пастбищ, сенокосов) и заповедывание. Основная задача, в данном случае, состоит в том, чтобы и в азиатской и европейской частях ареала степей сформировался экологический каркас природных и полуприродных травяных экосистем (с фрагментами лесной и кустарниковой растительности), обладающий высокими биопродукционными качествами и способностью фиксировать до 1,5-2,0 т\га углерода в год. Именно такой уровень «экосистемной работы» обеспечивает сохранение и восстановление углеродного пула степных почв и выполнения ими глобальной климато- и водорегулирующей функции и функции глобального депонирования углерода.

В связи с этим, учитывая требования статей 3 и 4 Рамочной конвенции ООН по изменениям климата необходимо содействовать рациональному использованию природных «поглотителей и накопителей всех парниковых газов», лучшими из которых в Северной Евразии были и остаются  высокопродуктивные и углеродоемкие степи. Необходимо выделить некоторые «научные и технические вопросы», которые важно решить в преддверии новых (Пост-Киотских) действий по Рамочной конвенции ООН в отношении изучения продуктивности степей и способности их депонировать углерод:

• совершенствование системы оценки площадей, занимаемых сохранившимися экосистемами степей и их антропогенных модификаций (для экстраполяции получаемых дистанционными и наземными методами данных по запасам и продукции степной растительности и депонированию углерода;
• детальный количественный анализ биогенных (фитомасса, первичная продукция, мортмасса) и почвенных (гумус, органоминеральные соединения) компонентов цикла углерода в природных степях, а также в степных залежах и других антропогенных модификациях;
• синтез данных по балансу углерода в экосистемах степей с учетом его модификаций в условиях разной степени антропогенной трансформации - распашка, сельскохозяйственные палы, травяные пожары, выпас, залежные сукцессии, инвазии чужеродных видов;
• создание (восстановление) сети стационаров в границах степной зоны Северной Евразии, осуществляющих мониторинг (на единой методической основе) продуктивности  степной растительности и мониторинг депонирования и эмиссии СО₂ степных экосистем в условиях современных климатических изменений;
• разработка механизмов экономического стимулирования сохранения и восстановления степей для целей восстановления уровня продуктивности, увеличения депонирования углерода и снижения выброса парниковых газов;
• разработка технологии мониторинга потерь запасов фитомассы и мортмассы, эмиссий парниковых газов в результате палов и пожаров на сохранившихся участках степей и степных залежах;
• проведение оценки возможного вклада действующих и перспективных для создания степных ООПТ в деятельность Российской Федерации по обеспечению выполнения положений Рамочной конвенции ООГН по изменению климата, по сокращению и предотвращению выбросов парниковых газов. 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Базилевич Н.И., Гребенщиков О.С., Тишков А.А. Географические закономерности структуры и функционирования экосистем. М.: Наука, 1986. 297 с.
2. Семенюк Н.В., Базилевич Н.И., Тишков А.А. Структура растительного вещества и первичная продукция в травяных экосистемах. Подзона луговых степей. Травяные экосистемы Русской равнины при хозяйственном использовании, Курская область // Биологическая продуктивность травяных экосистем. Географические закономерности и экологические особенности. Новосибирск: Наука, 1988. С. 66-76.
3. Титлянова А.А. Биологический круговорот углерода в травяных биогеоценозах. Новосибирск: Наука, 1977. 220 с.
4. Тишков А.А. Биосферные функции природных экосистем России. М.: Наука, 2005. 309 с.
5. Утехин В.Д. Первичная биологическая продуктивность лесостепных экосистем. М.: Наука, 1977. 146 с.