ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. В области биогеоценологии основное внимание уделялось исследованию пространственной структуры лесных биогеоценозов, пространственно-временной изменчивости потоков тепла, влаги и углекислого газа в различных типах экосистем бореальной лесной зоны, вопросу их устойчивости, а также прогнозу их будущей изменчивости. Решение поставленных задач проводилось с помощью наземных полевых исследований, средств дистанционного зондирования, самолетных измерений в атмосфере, а также разработанных математических моделей различного масштаба и уровня сложности.

Исследования выполнялись для различных временных масштабов, позволивших исследовать отклик лесных растительных сообществ, как на высокочастотные колебания условий окружающей среды (с шагом от одной минуты до суток), так и на среднечастотные (месяц, сезон, год), низкочастотные (от одного года до 100 лет) и сверх-низкочастотные (от 500 лет до 15000 лет) колебания. В соответствии с масштабом времени, применялись: экофизиологические методики исследований (поглощение солнечной радиации на уровне побега, кроны, механизм устьичной регуляции водного режима растений и газообмена СО₂, транспорт влаги на уровне дерева и транспирация древостоя, внутрисуточная и внутрисезонная динамика фотосинтеза, газообмен СО₂ на уровне кроны, древостоя и экосистемы), лесотаксационные методики, позволяющие оценить динамику прироста деревьев в течение 100-летнего периода, а также палеореконструкции изменения видового состава растительных сообществ за период до 15000 лет на территории Восточной Европы.

Результаты анализа непрерывных рядов наблюдений за потоков СО₂ и водяного пара в атмосферу с помощью метода турбулентных пульсаций в ельниках Центрально-Лесного государственного биосферного заповедника (Южная Европейская тайга) за период с 1998 по 2006 год позволили выявить высокое постоянство суммарного углеродного баланса ельников в межгодовом ходе. Измеренные потоки подтверждают гипотезу, что бореальные еловые леса Южно-Европейской тайги являются источником СО₂ в атмосферу. Для оценки возможного влияния будущих климатических изменения на углеродный и водный баланс бореальных лесов были разработаны и применены математические модели тепло- и влаго-обмена между неоднородными лесными ландшафтами и атмосферой в региональном и локальном масштабе.

На основе результатов полевых исследований, информации из базы данных FAO, базы данных Института системных исследований (Вена, Австрия), литературных данных по России (всего 5750 описаний) и среднемесячных климатических данных была построена карта запасов углерода в почвах мира с разрешением 1×1° на местности. Запас углерода был интерполирован с помощью пошагового дискриминантного анализа в котором в качестве зависимой переменной были использованы полевые данные по запасу углерода, а в качестве независимых – климатические переменные. Суммарный запас углерода в почве был оценен около 1.35×10¹² тонн. На основе проведенного комплексного эколого-климатического анализа данных также были выявлены области максимальной неравновесности современного растительного покрова к современным климатическим условиям. Предложена рабочая гипотеза, согласно которой именно в районах максимальной неравновесности, высока вероятность быстрых (в том числе и катастрофических) перестроек, как самих биогеоценозов, так и их компонентов (в первую очередь типов растительности и животного населения).

На основании собранных и обработанных спорово-пыльцевых данных для тестовых регионов на территории Восточной Европы были созданы серии карт для отдельных таксонов (Pinus, Betula, Alnus, Picea, Quercus, Ulmus, Tilia, Carpinis, Acer, Fraxinus, Fagus, Corylus) для каждого 500-летнего интервала времени, в течение последних 15000 лет. На картах таксонов были выделены участки ареалов со стабильным состоянием, а также участков с высокой вероятностью регрессивных и прогрессивных изменений.

2. В области исторической экологии основное внимание уделялось выявлению закономерностей вековой динамики современных экосистем Северного полушария в голоцене. Для этого за последние годы была изучена вековая динамика прибрежных рецентных экосистем Берингова моря, включая побережье Чукотки, Камчатки, Командорские и Алеутские острова, лесные экосистемы Нечерноземной зоны европейской части России (Московская, Тверская, и Вологодская области), а также Северного Кавказа, аридные экосистемы Монголии, юга Европейской части России и пустыни Негев. Выяснилось, что в зависимости от региональных особенностей направленность и движущие силы динамики экосистем различаются. Так, в прибрежной зоне Берингова моря динамика экосистем определялась изменениями факторов абиотической среды – летними температурами, количеством осадков в теплое и холодное время года, ледовитостью моря, преобладающими ветрами, уровнем океана, перестройкой подводного склона, динамикой береговой линии и т.д. В аридных районах Монголии определяющими факторами в динамике экосистем являются деградация мерзлоты, делювиальные и эоловые процессы, а также такие климатические показатели, как температура и количество осадков, а в последнее тысячелетие – пастбищная нагрузка. В пустыне Негев определяющими факторами являются количество и характер атмосферных осадков и пастбищная нагрузка. При снятии антропогенной нагрузки восстановление растиетльности отмечается даже при усилении аридности. В лесной зоне Северного Кавказа и Европейской части России наблюдается несколько иная картина. Определяющим здесь является эндогенное развитие растительности. При этом изменение климата лишь в небольшой степени влияет на эти процессы. Для динамики степных экосистем также свойственен преимущественно эндогенный тип развития, но здесь особое значение приобретают антропогенные факторы, прежде всего скотоводство и земледелие. Их воздействие на современном этапе значительно перекрывает влияние климатических факторов. Оригинальность полученных результатов обеспечивается в большой мере за счет методического приема, включающего комплексное изучение отложений различного генезиса, таких как торфяники, долговременные убежища млекопитающих и птиц, зоогенные отложения в пещерах и нишах, аллювиальные, морские и озерные донные отложения, археологические памятники, погребенные почвы и многие другие объекты. Эти объекты изучались целым комплексом методов: радиоуглеродным, палеозоологическим (включающим определение остатков позвоночных и беспозвоночных животных), оологическим, дендроклиматохронологическим, ботаническим (подразумевающим обычно определение макроостатков растений), фитолитным, диатомовым, спорово-пыльцевым, гельминтологическим, методом стабильных изотопов и целым рядом других. Кроме совершенствования классических методов, были предложены и новые. Так, была разработана методика оценки динамика численности палеопопуляций животных по археозоологическим данным и методика определения динамики климатических показателей по стабильным изотопам кислорода из фитолитов злаков, разработана методика измерения радиоуглеродной активности образцов малой величины (около 0.2 г, что в 5-10 раз меньше стандартной) в динамическом режиме. Это было выполнено благодаря наличию в лаборатории уникального радиоуглеродного измерительного комплекса, позволяющего хронологизировать полученные материалы.