ЛАБОРАТОРИЯ БИОГЕОЦЕНОЛОГИИ ИМ.В.Н.СУКАЧЕВА

Заведущий - д-р биол. наук А.В. Кожаринов

---

Биогеоценологическая станция Малинки

---

РЕЗУЛЬТАТЫ

Измерительный комплекс тепла, влаги и углекислого газа на верховом болоте, ЦЛГБЗ

В результате 20-летнего периода работы Лаборатории были сформулированы основные понятия, концепции и проблемы биогеоценологии. На материалах стационарных исследований на биостанции «Малинки» были развиты представления об организации биогеоценотических систем и их структурно-физическом, функциональном и временном аспектах; о биогеоценотическом процессе, механизмах и уровнях связей живых и косных компонентов биогеоценоза, обеспечивающих его целостность; о принципах классификации био-геоценотических систем, межбиогеоценотических связях, обеспечивающих целостность биосферы; об устойчивости и динамике биогеоценозов и ее движущих силах.

С использованием результатов фундаментальных исследований были подготовлены рекомендации для лесного хозяйства Подмосковья о наиболее оптимальной организации лесопарковых поясов г.Москвы, разработан широкий комплекс методик биогеоценологических исследований. Организация постоянных пробных площадей, в районе биостанции «Малинки», их детальное описание и имеющиеся для этих участков количественные оценки отдельных компонентов биогеоценозов и биогеоценотических процессов обеспечили базу долговременного мониторинга состояния биогеоценозов подзоны широколиственно-еловых лесов.

В рамках общего направления натурные исследования на популяционном уровне были выполнены преимущественно на основе изучения длительных наблюдений за состоянием популяции лося Окском и Дарвинском заповедниках. Анализ полученных данных позволил выявить существенное значение в колебании численности автохтонных факторов, однако влияние внешних факторов может нивелировать проявление собственных популяционных отношений.

Для исследования популяции древесных растений была разработана модель динамики структуры одновозрастного насаждения, которая описывает неизбежность нарушения в ходе развития исходной однородной совокупности особей с их последующей дифференциацией на пространственно-размерные группы.

Результаты исследований на популяционном уровне создали предпосылки для решения важнейшей прикладной задачи—обоснование норм состояния и норм воздействия на популяции. В том числе решались следующие проблемы: выявление правил организации сообществ в однородных условиях среды; разработка методов описания отношения видов к внешним переменным и исследований организации сообществ с учетом этих переменных; принципы организации структуры сообществ и их разнообразие с позиции термостатики При разработке технологии измерений большое внимание уделялось обоснованию наблюдений на комплексных экологических трансектах.

В целом комплекс разработанных методов явился базой исследований взаиморазмещения видов в гипотетическом пространств сообществ. Полученные результаты позволили количественно показать различия в общей размерности пространства растений и животных, а также особенности принципов организации их сообществ. Так было показано, что у растений одной жизненной формы, мала размерность используемого пространства определяется сходной чувствительностью к общим ресурсам (солнечной радиации, влаге, минеральному питанию). В итоге основной принцип организации пространства сводится к взаимозамещению видов по градиентам внешних переменных, в отличие от принципа организации гетеротрофных организмов, который в общем сводится к минимизации пересечения экологических ниш за счет различной чувствительности к различным внешним переменным, а внутри ниши—к распределению по градиенту внешних переменных.

Исследования территориально сопряженных экосистем, ориентированные на изучение пространственных закономерностей и изменений структуры сообществ, были реализованы по единой методике на экологических трансектах. Разработаны количественные методы выделения и классификации сообществ различного пространственного уровня, методы измерения альфа-, бэта- и гамма-разнообразия сообществ, методы выделения нано-, микро-, мезо- и т.д. форм рельефа как ведущих факторов трансформации условий среды, методов идентификации характерного времени ведущих почвообразовательных процессов и т.п. В рамках этих исследований была решена прикладная задача идентификации причин усыхания туранговых лесов в Тигровой балке. В том числе было показано, что усыхание туранговников в долине р.Вахш и перестройка сообществ является результатом естественного циклического процесса, определяющего динамику уровня грунтовых вод в обширном регионе.

Развитые простые представления об устойчивости и возможности ее измерения традиционными статистическими методами позволили обосновать технологию нормирования состояния экологических систем и уровней допустимого воздействия. Выполненные исследования деградации экологических систем показали, что деградацию всегда можно рассматривать как неравновесный переход на новый более низкий энергетический уровень. Было показано, что две оценки (энергетическая и оценка разнообразия) экологической ценности территории достаточны для использования в системе управления воздействия на окружающую среду.

Результаты фундаментальных исследований были использованы при обосновании широкого спектра программ охраны природы, включая обоснование сети биосферных заповедников, содержания Летописи природы, методов хранения и обработки данных Летописи и т.п.

Основной объем натурных исследований выполнен для древостоев ели европейской в условиях южной европейской тайги (Центрально-лесной биосферный заповедник), древостоев сосны обыкновенной (средняя европейская тайга, Карелия; восточносибирская светлохвойная тайга—район Подкаменной Тунгуски) и лиственничников Центральной Якутии.

Особое внимание в последние годы было уделено развитию идеи В.Н.Сукачева о классификации форм динамики лесных биогеоценозов. Были систематизированы и обобщены материалы исследований островных экосистем юго-западной части Тихого океана, на основе которых был оценен вклад разномасштабных по своему действию эндогенных и экзогенных факторов в эволюцию экосистем. Исходя из посылки, что классификация динамики биогеоценотического покрова в формулировке В.Н.Сукачева может быть конструктивно воспроизведена на основе соотношения обилия видов, были проанализированы данные более 300 спорово-пыльцевых диаграмм (охватывающих территорию Восточной Европы). Результаты многомерного анализа позволили выявить независимые базовые переменные, определяющие естественные изменения растительного покрова в поздне- и послеледниковый период, и показать ведущую роль режима увлажнения и несколько меньшую—термического режима в изменении видового состава древесной растительности. При этом было показано, что факторы селектоценогенеза и эндогенеза, хотя и уступают по значимости климатическим переменным, но в сумме определяют 30% от общего варьирования обилия видов. Показано, что на протяжении последних 15000 лет на территории Восточной Европы изменения гидротермического режима и динамика растительного покрова не были обратимыми. Эти результаты указывают на серьезность проблем при решении прогнозных задач и на необходимость учета в различных регионах направления действия факторов, определяющих развитие растительности.

С использованием результатов фундаментальных исследований в Лаборатории были продолжены разработки прикладных проблем и задач, основными из которых являются обоснование и реализация программы экологического мониторинга и развитие геоинформационных систем (ГИС) для заповедников. На основе разработанных концепций работа по созданию действующей системы долговременных наблюдений проводятся на базе Центрально-лесного биосферного заповедника. С октября 1995 г. в рабочем режиме (с шагом 10 минут) работают две станции мониторинга газового состава атмосферы. Измерительный комплекс в ближайшее время должен быть дополнен базовым элементом общей системы долговременных наблюдений—системой измерений физико-химических свойств атмосферы по вертикальному профилю внутри и над пологом леса, а также ответных реакций основных физиологических процессов на изменения внешних переменных, газового состава атмосферы и химического состава осадков.

Полученные за последние 10 лет результаты и накопленные данные наблюдений создали предпосылки для развития в Лаборатории исследований поведения неравновесных, нестационарных систем и их компонентов на основе анализа пространственно-временной динамики реальных экологических систем на различных уровнях их иерархической организации. В области прикладных исследований основное внимание уделяется разработкам научно-методологического обоснования программ фонового мониторинга на локальном, региональном и глобальном уровнях, и их практическая реализация (в том числе и на основе системы долговременных наблюдений в Центрально-лесном биосферном заповеднике).