Пространственная и временная устойчивость межкомпонентных связей в географическом ландшафте (РФФИ)НИР

Spatial and temporal stability of intercomponents links in a geographical landscape

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 4 апреля 2017 г.-31 декабря 2017 г. Пространственная и временная устойчивость межкомпонентных связей в географическом ландшафте
Результаты этапа: Для степных агроландшафтов Северного Казахстана установлено, что пространственная и временная изменчивость урожайности пшеницы определяется ландшафтной структурой полей; латеральное взаимодействие урочищ создает эмерджентный эффект накопления или оттока влаги. Наличие западин на плоских поверхностях обеспечивает накопление влаги в периоды снеготаяния и летних дождей и диффузию ее на примыкающие урочища, что способствует повышению урожайности в засушливые годы, но может понижать ее во влажные годы. Повышенная доля ложбин на слабопологих склонах вызывает отток дефицитной влаги и элементов минерального питания в весенний период и способствует снижению урожайности в засушливые годы. Проведен анализ изменчивости гидрохимических показателей р.Мзымта в период олимпийского строительства 2009-2014 гг. в зависимости от взаиморасположения и площади нарушенных участков ландшафтов. Проведена классификация гидрохимических показателей по характеру изменений во времени. Установлено, что химические свойства вод, связанные с поступлением органических веществ не восстановились после завершения олимпийского строительства. Снижение лесистости склонов и днища долины вызвало рост изменчивости содержаний соединений азота и фосфатов. Содержание и изменчивость взвешенных веществ восстановились до фоновых показателей при сохраняющейся возможности пиковых концентраций из-за наличия саморазвивающихся осыпей в горном кластере спортивных объектов.
2 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Пространственная и временная устойчивость межкомпонентных связей в географическом ландшафте
Результаты этапа: В низкогорно-лесостепном ландшафте Южного Урала возможны разнообразные варианты несоответствий между лесными и степными фитоценозами и почвами. Лесные и степные сообщества, захватывая нетипичные для себя позиции в рельефе способны быстро преобразовать свойства почвы, причем химические свойства раньше, чем морфологические. Кустарники не имеют своеобразного, присущего только им, сочетания свойств рельефа и почв. Поэтому они рассматриваются как промежуточный экотонный тип растительности между лесами и степями и возможный индикатор смещения границ типов растительности под действием климатических изменений. Широколиственные леса в виде редколесных дубрав способны захватывать местоположения на плато, обычно занимаемые степями. По водосборным понижениям степная растительность не способна противостоять восстановлению лесной растительности после нарушений (обычно через стадию осиновой поросли). На крутых (не северных) склонах степная растительность, захватывающая территорию после пожаров, препятствует восстановлению лесов даже при благоприятной для лесов климатической тенденции. Для среднетаежного ландшафта в Архангельской области доказано, что: 1)состав корреляционных плеяд свойств компонентов существенно варьирует внутри ландшафта, что свидетельствует о существенной нестационарности межкомпонентных связей;2)фациальная дифференциация внутри геоморфологически и литологически однородного урочища может контролироваться соседством с другими урочищами; 3)сохранение во внутренних секторах междуречья внутрифитоценотических отношений и частичное разрушение почвенно-фитоценотических свидетельствует о росте вклада саморазвития фитоценоза независимо от свойств морфолитогенной основы в условиях ослабленной дренированности;4)устойчивость межкомпонентных связей в пространстве зависит от иерархического уровня геосистем; снижение разнообразия ландшафтоформирующих факторов при переходе на более низкий иерархический уровень вызывает изменение состава корреляционных плеяд свойств и тесноты связей. Установлены виды зависимости химического и гидрологического режима малых рек среднетаежного агроландшафта в Архангельской области от ландшафтной структуры бассейна: 1) Основной вклад в изменение гидрохимических характеристик стока под действием сельского хозяйства вносит вынос плоскостной и линейной эрозией кальция, магния, гидрокарбонатов, минерального фосфора, нитратов на распаханных сильнопокатых коренных склонах долин, особенно при весеннем снеготаянии. При росте распаханности бассейнов возрастает вклад поверхностных и подземных вод, имеющих контакт с пермскими мергелями и снижается вклад вод, формирующихся в моренных отложениях. 2) Снижение лесистости бассейнов до 20-25 % и ниже и распашка изменяет соотношение биогенов в поверхностных водах в сторону снижения содержаний органического фосфора и роста содержаний минерального фосфора, нитратов, калия. Годовой режим содержаний органического фосфора становится более равномерным при стабильно низких содержаниях, чем в залесенных бассейнах. 3) Подземные воды, разгружающиеся в родниках на поймы рек, при росте распаханности водосбора, обогащаются элементами-биогенами, вносимыми с минеральными удобрениями. В паводковые периоды происходит обогащение основными ионами подземных вод, дренирующих распаханные водосборы. 4) Сочетание лесистости не менее 50 % и распаханности не более 25 % площади бассейна позволяет поддерживать химический состав вод и годовой режим стока растворенных веществ на уровне регионального фона. Поскольку достижение этих показателей в агроландшафте мало реалистично, развитие экологического каркаса должно предусматривать повышение лесистости малых бассейнов как минимум до 20-25%, прежде всего – за счет сильнопокатых склонов долин, лощин, дистальных секторов делювиальных шлейфов.
3 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Пространственная и временная устойчивость межкомпонентных связей в географическом ландшафте
Результаты этапа: Для низкогорно-степного ландшафта на Южном Урале (Оренбургская область, заповедник «Оренбургский») по многолетней серии космических снимков выявлена отрицательная связь между мерой компактности урочища и повторяемостью больших отклонений от фоновой динамики фитомассы (по значениям нормализованного разностного вегетационного индекса NDVI, верифицированного полевыми измерениями). Установлено, что 30-летний заповедный режим степей плато и днищ долин недостаточен для стабилизации динамики фитомассы после периода распашки. Установлено, что устойчивость динамики фитомассы увеличивается при высоком видовом богатстве фитоценоза, что доказывает стабилизирующую роль биоразнообразия в фитопродукционной функции, за счет взаимокомпенсирующей роли видов разных эколого-фитоценотических групп. При возрастании площади водосбора на склонах изменчивость внутрисезонная изменчивость фитомассы возрастает. Статистические модели зависимости фитомассы от рельефа показали, что расхождение предсказанных моделью значений с наблюдаемыми наблюдается в фациях максимально контрастных по отношению к окружению (предсказанные выше наблюдаемых; фитомасса недооценивается геоморфологической моделью), так и фациям с максимально монотонным окружением (фитомасса переоценивается, реальная фитомасса меньше). Переоценка фитомассы (отрицательные остатки) характерна для фаций с низкой закустаренностью, высокой каменистостью, высокими щелочными рН и пониженным содержанием гумуса. При высоком содержании гумуса, высокой закустаренности, высоком проективном покрытии, наоборот, зеленая фитомасса, накапливающаяся к концу лета, моделью недооценивается – иначе говоря, процессы саморазвития независимые от рельефа создают большую фитомассу и гумусированность, чем «позволено» рельефом и сохраняют большую фитомассу даже к концу засушливого вегетационного периода (имеют «запас прочности»). Проверка гипотезы о значимости типа фитоценоза для точности модели показала, что недооценка зеленой фитомассы геоморфологической моделью характерна для луговых и мезофильно-кустарниковых сообществ, особенно в летние сроки. Следовательно, в наиболее развитых увлажненных фациях летом запас фитомассы существенно выходит за рамки предопределенные структурой геоциркуляционной системы. Ошибки ландшафтной геоциркуляционной модели зеленой фитомассы в весенний период ландшафтного масштаба в сторону завышения реальной фитомассы (отрицательные остатки) характерны для крупных монотонных фаций. При повышенной инсоляции геоциркуляционная модель зеленой фитомассы ландшафтного масштаба завышает реальную фитомассу, особенно в летний период, в меньшей степени – в весенний. Отрицательные остатки модели концентрируются в диапазоне повышенной инсоляции. Это свидетельствует о сокращении фитомассы в период вегетации на солнечных склонах в большей степени, чем на теневых. Таким образом, биоциркуляционная структура накладывается на геоциркуляционную и искажает результаты геоциркуляционной модели фитомассы в зависимости от миграции влаги. Проверка гипотезы о зависимости зеленой фитомассы от геостационарной структуры показала варьирование видов зависимости по сезонам, которое проявляется в изменчивости вкладов показателей расчлененности, кривизны, уклонов рельефа, положения на склоне. Для низкогорно-лесостепного ландшафта на Южном Урале (Оренбургская область, заповедник «Шайтан-тау») установлено, что решающий, но все же не исключительный, вклад в дифференциацию растительного покрова вносит обеспеченность солнечной энергией, зависящая от крутизны и экспозиции поверхности (положение в биоциркуляционной структуре); однако без учета вклада геостационарных и геоциркуляционных структур (особенно для лесов) понимание размещения типов растительности в лесостепном ландшафте будет неполным. Кустарники не подчиняются со сколько-нибудь значимой достоверностью ни одной из этих трех типов структур, что свидетельствует в пользу их производного характера. Cтепные сообщества могут занимать геоморфологические позиции в равной степени пригодные и для лесов, что свидетельствует о наличии двух устойчивых состояний лесостепного ландшафта. На субгоризонтальных поверхностях и южных склонах возможны и реально встречаются оба устойчивых состояния - лесное и степное. На приводораздельном степном плато лесные свойства в почвах особенно распространены в суженных секторах, где ширина степных участков среди дубрав составляет не более 200 м. Кустарниковые сообщества не имеют специфической геоморфологической ниши, почвы под ними чаще имеют степной характер, чем лесной, что свидетельствует о производном их характере. Рост летних температур и частоты пожаров способствует экспансии степей в лесные местоположения при сохранении инертных химических свойств лесных почв. Экспансия лесов в степные местоположения распространена реже, преимущественно по северным склонам; почвы при этом испытывают более быстрые преобразования по лесному типу. Основная часть лесов занимает местоположения, в которых у них нет конкурентов, прежде всего – на северных склонах. Группа местоположений, которые являются исключительно степными, занимает небольшие площади и приурочена исключительно к наиболее широкой части плато и глубокорасчлененным местностям, сложенным вулканическими основными породами. Учащение пожаров с ростом летних температур способствует экспансии степей в характерные лесные местоположения при сохранении химических свойств лесных почв. При этом степной фитоценоз препятствует развитию древесной поросли (за исключением водосборных понижений, которые легко захватываются порослью осины), а накопление степного войлока благоприятствует возникновению новых пожаров. Тем самым, положительная обратная связь поддерживает устойчивость степных сообществ, захвативших лесные местоположения. Признаки экспансии лесов на степи наиболее часто наблюдались на плато и в лощинах (даже южных склонов), что, видимо, связано с наибольшими возможностями аккумуляции дополнительной влаги, поступающей с растущими зимними осадками. Осиновую поросль можно рассматривать как индикатор экспансии лесной растительности на степь и сохранения в почвах химических свойств, свойственных степям. Для хвойно-широколиственного водноледникового и лугового долинного ландшафтах Мещеры установлено, что размер урочища обратно пропорционален изменчивости температур и влажностей почвенных горизонтов, но прямо пропорционален изменчивости травяной надземной фитомассы. Чем ближе точка измерения к центру фации, тем больше изменчивость влажности почвы и характеристик растительного покрова. С увеличением разнообразия фаций в окрестности 300 м растет изменчивость влажности и температур почвенных горизонтов и проективного покрытия трав, но уменьшается изменчивость видового богатства трав. (Финансирование за счет проекта РФФИ •

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".