«6.1. Общая характеристика 6.2. Характеристика биологического разнообразия и биологических ресурсов арктических морей России 6.3. Основные угрозы для биологического разнообразия арктических морей России и факторы, ...»

1. Низкое биоразнообразие, ограничения «взаимозаменяемости» видов растений и животных, слабая их сопротивляемость «новым» (антропогенным) воздействиям.

2. Исключительную уязвимость и восприимчивость экосистем к химическому загрязнению, обусловленную преобладанием в составе биоты споровых растений (водорослей, лишайников, мохообразных), неизбирательно адсорбирующих загрязняющие вещества, а также низкими температурами, препятствующими быстрому самоочищению.

3. Резкую сезонность функционирования, краткость вегетационного периода, преобладание в составе животного населения мигрирующих видов (ластоногие, белый медведь, песец, северный олень, морские, водоплавающие и околоводные и хищные птицы), испытывающих негативное воздействие на всем пути миграции и зимовки.

4. Низкие темпы самовосстановления биоты и почв после нарушений (участок тундры после механического разрушения восстанавливается несколько сот лет), связанные с явным дефицитом видов растений пионерных стадий, замедленными процессами почвообразования, дефицитом и низкой доступностью для растений ряда биогенных веществ (азот, фосфор, калий и др.).

5. Наличие многолетнемерзлых грунтов, определяющих их «подвижность» при трансформации, развитие термоэрозии, солифлюкции и других криогенных процессов, вовлекающих после локального нарушения целостности почвенно-растительного покрова новых его участков.

6. «Открытость» нарушенных экосистем и новых антропогенных местообитаний для инвазий чужеродных видов (аборигенные виды обладают низкой конкурентоспособностью на этих местообитаниях, в результате чего по всей Арктике формируются антропогенные тундролуговые экосистемы с преобладанием заносных видов, восстановление которых до природного состояния в обозримой перспективе маловероятно).

Все перечисленные интегральные параметры устойчивости/неустойчивости арктических экосистем имеют количественные выражения, могут включаться в модели современной климатогенной и антропогенной динамики арктических экосистем, а главное – учитываться при разработке стратегии и системы мероприятий по защите окружающей среды и устойчивому развитию региона. Совокупно они определяют качественные и количественные параметры ассимиляционного потенциала арктических биомов: зональных – полярных пустынь, арктических и субарктических тундр, стланников и лесотундры, и интразональных – болот, лугов, каменистых обнажений и пр.

6.4.4. Оценка устойчивости ведущих биомов в арктических регионах и состояния их ассимиляционного потенциала Оценка устойчивости биоты и экосистем ведущих биомов в арктических регионах и состояния их ассимиляционного потенциала в данном разделе опирается не столько на оценку самого ассимиляционного потенциала, что вполне адекватно задачам выявления главных факторов их современной изменчивости, сколько на вероятность необратимых или долговосстанавливаемых изменений. Предлагается побиомная оценка устойчивости сухопутной биоты и экосистем АЗРФ конкретно к природным (климатическим) и антропогенным изменениям, некоторые интегральные параметры которой (продуктивность, запасы углерода и пр.) будут представлены ниже, в следующих главах и разделах данной главы (Табл. 6.3).

Таблица 6.3. Оценка устойчивости основных биомов АЗРФ к изменениям климата (при прогнозе на 2025 г. по сценарию, принятому в ACIA – рост эмиссии СО2 в 2 раза, рост концентрации СО2 в атмосфере на 100 ppm, увеличение глубины сезонно-талого слоя на 25-50%). Условные обозначения:

- - не устойчивы; + - слабо устойчивы, ++ - средне устойчивы, +++ - относительно устойчивы (Ландшафтные зоны и подзоны) Полярные пустыни Арктические тундры Субарктические южные тундры Субарктические типичные тундры Европейская и сибирская Дальневосточные типичные и южные тундры Все биомы Арктики обладают средней и слабой устойчивостью к климатическим изменениям и сопутствующим им изменениям других абиотических факторов среды, прежде всего вечной мерзлоты. Интегральная оценка позволяет выделить типичные и южные тундры как наименее устойчивые (при прогнозируемых изменениях они сравнительно быстро включат в состав биотических компонентов кустарники и деревья, т.е. поменяют свой статус).

Остальные биомы относительно устойчивы, хотя размах реакции на климатические изменения имеет и зональные и провинциальные отличия.

Заметим, что в отличие от устойчивости к антропогенным воздействиям (загрязнению, механическому воздействию на растительный покров и пр.), устойчивость природных экосистем Арктики к климатическим изменениям (температуры, количества осадков, оттаивания сезонно талого слоя и пр.) имеет иные показатели и вектора. Наиболее устойчивы полярные пустыни и лесотундра (первые, потому что требуются более глубокие преобразования климата для перехода в новое состояние, а вторые – за счет компенсации влияния потепления воздуха приростом фитомассы мохового покрова и усиления консервации мерзлоты). Наименее устойчивы южные тундры, в которых сравнительно быстро будет происходить облесение (смена типов экосистем – яркий пример неустойчивости к изменениям климата). Следует отметить, что в условиях прибрежной полосы экосистемы данных биомов оказываются неустойчивыми к даже незначительному подъему уровня моря, приводящему к активизации эрозии берегов. Ни корневые системы арктической растительности, ни характер задернения почво-грунтов аборигенной растительностью в Арктике не способны противостоять береговой эрозии.

Результаты анализа по данному разделу, на наш взгляд, недостаточны для подготовки конкретных выводов и рекомендаций для учета выявляемых закномерностей при планировании мероприятий по освоению арктических экосистем, использования их ресурсов и защиты окружающей среды в условиях меняющегося климата. Это позволяет заключить, что в ближайшие годы необходимо провести дополнительные изыскания, оценки и расчеты, которые позволят: 1) провести корректные модельные оценки устойчивости к природным изменениям с учетом нормы реакции биоты и экосистем основных биомов Арктики на прогнозируемые изменения климата и аномальные отклонения; 2) провести корректные оценки устойчивости биоты и природных экосистем основных биомов Арктики на антропогенные воздействия – загрязнение среды, механические нарушения, фрагментацию экосистемного покрова и пр.; 3) интегрально оценить устойчивость биоты и экосистем основных биомов Арктики к суммарному эффекту климатических изменений и росту загрязнения и нарушения среды.

Но как показывает зарубежный опыт и первые отечественные разработки по оценкам воздействия потепления в Арктике (Антропогенные изменения климата, 1987; Влияние изменений климата …, 2001; Климатические изменения…, 2003; Чукотский экорегион…, 2002;

Кольский экорегион…, 2003; Ревич и др., 2003; Таймырский экорегион…, 2004; ЮНЕПизменения климата. 2003, www.unep.ch), на первый план выходят не попытки выявить реакцию природных экосистем (она прогнозируема), а последствия климатических изменений для хозяйства и населения и возможности устойчивого природопользования в меняющихся условиях климата, что подменяет саму идею превентивной оценки последствий воздействия климатических и антропогенных факторов на биоту и экосистемы.

6.4.5. Потенциальные угрозы и риски антропогенно обусловленной деградации наземных биоты и экосистем, с учетом возможных изменений климата и расконсервации вечной мерзлоты Потенциальные угрозы и риски антропогенно обусловленной деградации природных экосистем, с учетом возможных изменений климата и расконсервации вечной мерзлоты, могут быть разделены на прямые (загрязнение, механическое разрушение растительного покрова, почв и мерзлоты и пр.) и косвенные (развитие термоэрозии, усиление стока углерода, накопление и миграция по пищевым цепям загрязняющих веществ, рост заболеваемости, повышение частоты техногенных катастроф и пр.). Исключительно детально они изложены в результатах программы Арктического совета «Arctic Climate Impact Assessment» - ACIA (см.

русскую версию: Воздействие потепления в Арктике, 2004; Anisimov a.o., 1997; Shmakin, 2004), а также в ряде российских изданий (Додин, 2005; Север как объект…, 2005, и др.).

По экспериментам на локальной модели энерговлагообмена сотрудниками Института географии РАН получен вывод о высокой зависимости режима мерзлоты от термогидрофизических параметров многолетнемерзлых пород (Shmakin, 2004, и др.). Для отдельных точек дан прогноз до 2070 г., который показывает отсутствие кардинальных изменений в параметрах мерзлоты. Выявлено, что основной вклад в изменения параметров многолетнемерзлых грунтов (до глубины 10 м) вносят весенняя и летняя температуры воздуха со сдвигом в 1-3 года. Поскольку в последние годы для Сибири характерно весеннее, а в Восточной Сибири еще и летнее потепление эти факторы способны стать определяющими в динамике состояния криолитозоны в ближайшие десятилетия. В настоящее время в России область сплошной многолетней мерзлоты занимает площадь около 6 млн. км2. В результате реконструкций установлено: в оптимум последнего межледниковья ~ 125 тысяч лет назад (палеоаналог потепления на 2оC) ее площадь сокращалась в 6 раз, а в максимум похолодания ~ 20-15 тысяч лет назад (палеоаналог похолодания ~ на 4оC) увеличивалась в 2 раза по сравнению с современностью.

В последние десятилетия в Арктике наблюдается преобладание потепления, хотя оно не повсеместно и различается по интенсивности в различных регионах и сезонах, что позволяет говорить о «мозаике» воздействия этого фактора на арктическую биоту и экосистемы.

Потепление более выражено зимой, чем летом, но, в то же время, зимой в Арктике присутствуют очаги похолодания, отсутствующие летом. С позиций возможного влияния на мерзлоту происходящие изменения также неоднозначны. Летнее повышение температуры не велико в полосе наибольшей мощности мерзлоты, и более заметно в более южных широтах, а зимой в ряде мерзлотных районов имеет место небольшое похолодание.

Возможные в будущем изменения климата в Арктике, как правило, рассчитываются с помощью численных моделей общей циркуляции атмосферы и океана. Такие расчёты выполняются в нескольких ведущих научных центрах мира, и на основе этих расчётов выработано представление о том, что наиболее заметное потепление во второй половине XXI века будет происходить в центре Арктики, убывая по интенсивности к более низким широтам, и в зимний сезон. На основе этих представлений различные исследователи выполняли прогнозы трансформации вечной мерзлоты. Согласно им, наиболее значительное усиление летнего оттаивания мерзлоты предполагается в самых северных районах распространения мерзлоты (т.е. в районах максимального повышения температуры), а также в ряде районов вблизи южной границы мерзлоты.

Как известно, в настоящее время в России область сплошной многолетней мерзлоты занимает площадь около 6 млн. км2. В результате палеогеокриологических реконструкций, проведенных Институтом географии РАН, установлено, что в оптимум последнего межледниковья ~ 125 тысяч лет назад (палеоаналог потепления на 2оC, которое по принятому в отчете сценарию будет наблюдаться к 2025-2050 г.г.) ее площадь сокращалась в 6 раз, а в максимум похолодания ~ 20-15 тысяч лет назад (палеоаналог похолодания ~ на 4оC) увеличивалась в 2 раза по сравнению с современной. Современное потепление, начавшееся еще во второй половине ХХ в., привело к подъему среднегодовой температуры на севере России на 0,2-2,5°С (Израэль и др., 2002). При этом в условиях континентального климата Сибири, произошло увеличение снегозапасов.

Однако при условии дальнейшего потепления для Северной Евразии в целом, центра Восточной Европы, Восточной Сибири современные снегозапасы близки к максимуму. Для северо-востока Восточной Европы, Урала, Западной Сибири и Дальнего Востока можно ожидать дальнейший их рост.

Многолетняя изменчивость температуры воздуха имеет положительную тенденцию, которая для Сибири более значима в сравнении с Европейским Севером. При этом интенсивнее всего увеличивается минимальная зимняя температура.

Климатический сценарий для первой половине XXI в. приведен в работе (Анисимов и др., 1999). Он показывает рост средней годовой температуры воздуха в северных регионах Западной Сибири по моделям общей циркуляции атмосферы Британской метеорологической службы и института Макса Планка в Германии на 2,5-5,5оС. Эмпирический прогноз, выполненный в этой же работе, составляет 4-6о, причем потепление обусловлено в большей мере повышением зимней температуры воздуха, чем летней.

Положительный тренд температуры воздуха при изменении климата, соответствующий данным эмпирического прогноза, может привести к сокращению площади многолетней мерзлоты к середине XXI в. на 12-15% и смещению ее границы к северо-востоку на 150-200 км.

При этом, согласно модельным расчетам, глубина сезонного протаивания увеличится, в среднем на 15-25%, а на арктическом побережье и в отдельных районах Западной Сибири до 50% (Анисимов, Белолуцкая, 2002).

Большинство исследователей среди главных природных угроз биоте и экосистемам Арктики считают сокращение площади морского льда (изменение баланса атмосферного обмена между океаном и сушей), рост уровня океана, усиление береговой эрозии и таяния вечной мерзлоты. Все прочее в значительной степени может рассматриваться как следствие этих динамических процессов, хотя и следует отметить, что значительные площади Арктики имеют разнонаправленные тренды, иные приоритетные реакции на климатические изменения.

Таковыми могут быть: таяние ледников, усиление стока рек, сокращение/обогащение биоразнообразия, наступление леса на тундру, заболачивание/разболачивание, усыхание озер и пр. В соответствии с этим существенно расширяется и спектр рисков и угроз для хозяйственной инфраструктуры и населения. В заключение данного раздела можно привести перечень основных потенциальных угроз и рисков антропогенно обусловленной деградации наземной биоты и природных экосистем АЗРФ:

- изменение соотношения поверхностей с разной поглощающей и отражательной способностью, рост площадей суши и океана без снега и льда, поглощения солнечной радиации и дальнейшего потепления климата;

- рост стока рек и прогрессирующее опреснение Северного Ледовитого океана, что повлечет рост уровня океана, глобальные перестройки циркуляции вод и атмосферы, изменения прибрежной биоты и экосистем;

- изменения размеров эмиссии и поглощения парниковых газов почво-грунтами, растениями и океаническими мелководьями;

- усиление эрозии берегов рек, озер и моря; усиление оврагообразования, склоновых процессов, развития эоловых процессов в районах распространения легких грунтов;

- изменения биоразнообразия самой Арктики и других природных зон, где сосредоточены места зимовок и миграции арктической биоты; продолжится трансформация местообитаний видов с узкой нормой реакции, продвижение на север границ распространения многих видов растений и животных и инвазии в арктических экосистемы (особенно, в антропогенно трансформированные) чужеродных видов;

- движение северной и высотно-поясной границ леса и сокращение площадей зональных тундр на материковой части северной Евразии;

- повышение частоты и масштабов лесных, травяных, торфяных и тундровых пожаров, а также катастрофических вспышек численности насекомых-фитофагов;

- расширение границ распространения отдельных видов животных-переносчиков инфекционных заболеваний, в т.ч. природно-очаговых особо опасных для человека;

- критические перестройки местообитаний некоторых типичных и редких арктических морских и сухопутных видов (белый медведь, дикий северный олень, водоплавающие и морские птицы);

- усиление транспортной доступности ранее малодоступных районов Арктики и увеличение риска их загрязнения и трансформации;

- формирование благоприятных условий для добычи нефти и газа на шельфе и возрастание риска деградации прибрежных экосистем суши в результате роста добывающей промышленности.

Деградация арктической наземной биоты и экосистем в результате изменений климата и растепления вечномерзлых грунтов может привести к приоритетным рискам и угрозам для хозяйственной инфраструктуры АЗРФ, таким как:

- интенсивная береговая эрозия в связи с ростом уровня моря и уменьшением количества морского льда – угроза прибрежным населенным пунктам, портам, объектам хозяйственной деятельности;

- рост техногенных катастроф, ускоренное разрушение линейных, гидротехнических и других инженерных сооружений, а также аварий на ЛЭП, нефте-и газопроводах в результате деградации экосистем при интенсификации таяния вечной мерзлоты;

- трансформация дорог, аэродромов, промышленных площадок с твердым покрытием, сокращение сроков их безаварийной эксплуатации, увеличение частоты ремонта и рост объемов дополнительных инвестиций для их подержания; риск сокращения периодов движения по зимникам из-за снижения сроков устойчивого ледового покрова на реках и промерзания грунта для наземного передвижения в холодный период;

- ускоренная деградация жилого фонда, коммунальных систем и всей инфраструктуры арктических поселений в результате растепления и провалов грунтов, развития термоэрозии и пр.; трансформация систем жизнеобеспечения населенных пунктов – водоснабжения, обеспечения теплом и энергией.

Аналогичным образом климатогенные изменения биоты и экосистем влекут за собой риски и угрозы для населения и традиционного хозяйства Арктики:

- рост рисков, угроз и неизбежных затрат населения в связи с необходимостью противостоять растущим угрозам трансформации наземных экосистем и хозяйственной инфраструктуры, в т.ч. систем жизнеобеспечения населенных пунктов; риск массового переселения из регионов с деградирующей средой;

- рост риска проживания и осуществления хозяйственной деятельности в прибрежных зонах (эрозия, наводнения, заболачивание, шторма);

- угроза существенного удорожания проектирования, проектных и эксплуатационных работ в промышленности, на транспорте и в коммунальной сфере;

- рост уровня ультрафиолетовой радиации; новые поколения могут получить дополнительные 30% УФ, что может привести к росту заболеваний кожи и снижению иммунитета коренного и пришлого населения Арктики;

- потепление климата приведет к более широкому распространению ряда инфекционных заболеваний, заболеваемости населения в целом, т.к. адаптации к новым условиям среды требуют более длительный срок, чем наблюдаемые перестройки климата и условий среды;

- рост риска изменения местообитаний животных – объектов традиционного промысла коренных народов (северного оленя, песца, пресноводной и проходной рыбы, водоплавающих птиц) и сокращение их численности;

- угроза трансформации традиционных пастбищ домашнего северного оленя и путей их сезонных кочевок; деградация оленеводческих хозяйств; необратимые изменения пресноводных водоемов – объектов традиционного рыболовства (обмеление рек, гибель нерестилищ, осушение и эвтрофирование озер) и разрушение рыболовных промыслов коренных народов;

- риски утраты ориентиров традиционной культуры и социальной идентификации, существования некоторых традиционных культур, базирующихся на использовании узкоспецифичных ресурсов, местообитаниях и промысловых угодьях.

Сопряженное действие меняющихся природных и антропогенных факторов способно привести к усилению эффекта последействия, «каскадному эффекту» их развития, накоплению негативных влияний и росту риска и угроз. Поэтому требуют отдельного изучения, дополнительных оценок и выделения в самостоятельные разделы такие интегральные группы взаимосвязанных последствий и определяемых ими рисков и угроз, как:

- риск деградации экосистем и традиционного хозяйства при расширении возможностей аграрного освоения северных земель при потеплении климата;

- риск куммулятивного эффекта и синергизма воздействия на здоровье населения загрязнения среды, роста УФ радиации и потепления климата;

- риск синергетического эффекта ускоренной трансформации регионального климата при изменении подстилающих поверхностей, смены растительного покрова, изменения гидрологического режима территории и загрязнения атмосферы.

6.4.6. Прочие природные факторы современных изменений биоразнообразия и экосистем Арктики Специфика биоразнообразия Арктики – сравнительно низкий уровень видового богатства, преобладание архаичных форм и их узкая специализация в отношении условий среды и роли в экосистеме. В целом снижение таксономического разнообразия наземных экосистем обусловлено уменьшением количества тепла, а в ряде случаев и историко-биогеографическими факторами (Чернов, 2004;Чернов, Пенев, 1993; Тишков, 2005). В соответствии с этим формируется и норма реакции сухопутных видов на направленно действующие природные факторы, тренды которых в последние десятилетия служат своеобразным фоном для действия антропогенных факторов в Арктике:

- глобальное и региональное изменение отдельных биотически значимых параметров климата Арктики, выражающееся в увеличении продолжительности вегетационного периода (для растений), гнездового периода (для птиц), теплого сезона (для беспозвоночных) и пр. и приводящее в некоторых районах к продвижению на север границы леса, к активному расширению ареала отдельных видов растений, млекопитающих и птиц, изменению их путей миграции, к внедрению чужеродных видов и пр.;

- обусловленные изменениями циркуляции атмосферы и океанических течений трансформация климатических условий для наземной биоты (рост частоты климатических аномалий – зимние оттепели, летние заморозки, рост количества осадков, в т.ч. снега и пр.), что приводит к массовой гибели отдельных популяций (например, северного оленя при образовании наста зимой или возврата холодов при отеле) или, наоборот, благоприятным условиям для освоения арктических территорий бореальными видами (например, бурым медведем лесотундры и южных тундр);

- активные неотектонические процессы, выражающиеся, в некоторых случаях, в современном поднятие суши и образовании ее новых участков для заселения биотой (образование новых, рост площади и смыкание старых островов, формирование морских террас, маршевых поверхностей и пр.); активизация миграционных процессов у отдельных групп животных в связи с освоением новых местообитаний и развитие сукцессионных процессов на первичных субстратах Арктики;

- внутривековые циклы «ледовитости» океана, определяющие в целом существование арктических локальных экотонов «суша-море», циклы в динамике численности ряда арктических видов животных – белого медведя, колониальных морских птиц, водоплавающих птиц, дикого северного оленя (особенно островных популяций и тех, которые осуществляют сезонные миграции с островов на материк).

Определенное беспокойство вызывает глобальное изменение климата, способное привести к существенным изменениям численности и распределения морских и водоплавающих птиц. Этот эффект более долговременный, чем другие виды угроз. До сих пор продолжается дискуссия о том, сколь значительно может затронуть арктическую среду глобальное изменение климата. Вне зависимости от того, вызовет ли оно повышение или понижение температуры, оно, скорее всего, вызовет долговременное изменение климатического режима в Европейской Арктике, что опять-таки будет сопровождаться соответствующими изменениями разнообразия авифауны. То, насколько глубокими могут быть эти изменения, в значительной степени зависит от масштабов и скорости изменения климата.

Поскольку воздействие тем или иным способом затронет все компоненты экосистемы, серьезная задача заключается в том, чтобы с достаточной определенностью предсказать каждый конкретный сценарий.

Изменение температуры морской воды, режима океанических течений, распространения морских льдов и расположения полярного фронта будет, несомненно, сопровождаться изменениями в распространении, обилии и доступности кормов птиц. Одним из примеров является высокоарктический вид — белая чайка, которая во время гнездования трофически, вероятно, зависит от ледовитых вод. Изменение ледового режима может, таким образом, привести к тому, что традиционные места гнездования станут непригодными для этого вида.

Климатические изменения могут также способствовать распространению на север видов, размножающихся южнее, что приведет к росту конкурентных отношений между видами. Более того, виды, приспособленные к холодному климатическому режиму, могут быть вынуждены покинуть южные районы своих ареалов или, в некоторых случаях, исчезнуть во всем регионе.

Возможное повышение уровня моря может, кроме того, серьезно изменить и сократить площади важных для околоводных птиц низменных мест обитания, таких, как грязевые отмели, используемые куликами во время миграционных стоянок. Значение этой угрозы будет, конечно, зависеть от скорости изменений и способности среды формировать равные по качеству новые места обитания.

Островное положение колоний морских птиц подразумевает действие всех факторов островной биогеографии, стимулирующих вымирание популяций, т.к. количество мест их гнездования и пищевая база конечны. Только благоприятное сочетание – наличие убежищ, ледовые условия, гнездовые местообитания, а в ряде случаев – низкий пресс хищников и достаточность пищи дают оптимум для сохранения и восстановления популяций птиц.

Российская Арктика (особенно, высокоширотная) имет архипелаговую организации ареалов морских птиц, т.е. уязвимость их существенно выше, чем по побережью и на материке.

Вполне уместно здесь отметить и наличие внутрипопуляционных механизмов динамики численности и миграционной активности арктических видов, которые проявлялись и проявляются вне цикличных и трендовых климатических изменений. Речь идет о 2-3-летних циклах численности леммингов и обусловленных ими изменениях численности песца, белой совы, дневных хищных птиц, поморников и пр., о многолетних циклах зайца-беляка, дикого северного оленя и изменениях путей его миграции в отдельных частях ареала. Этот эндогенный фактор динамики биоразнообразия в сухопутных экосистемах Арктики проявляется с особой амплитудой и размахом (достаточно вспомнить «волны жизни» леммингов!) и во многих случаях перекрывает эффект климатогенных изменений. В то же время, угрозы наземным экосистемам и биоте при воздействии природных факторов сохраняют свою актуальность в Арктике. Достаточно вспомнить сравнительно недавние (среднеголоценовые) катастрофические процессы вымирания островных биот (мамонтов, северного оленя и др.) на Земле Франца-Иосифа, Новосибирских островах, о-ве Врангеля. В последние столетия полностью вымирали и восстанавливались несколько раз островные популяции дикого северного оленя на Шпицбергене. Здесь же по чисто природным причинам (частые зимние оттепели и формирование наста на снежном покрове) вымерла в конце 1970-х гг. уникальная популяция интродуцированного и успешно натурализовавшегося овцебыка.

Глобальное потепление для наземной биоты и экосистем Арктики станет реальной тогда, когда проявится необратимность их региональных и локальных изменений и станет реальной угроза утраты рефугиумов арктической флоры и фауны. И пусть она в современной структуре наземной биоты составляет не более 20-25%, но именно она создает облик арктических экосистем и определяет режим их функционирования и глобальные биосферные функции (см.

ниже).

6.4.7. Вклад природных и антропогенных факторов в процессы деградации экосистем Арктики Как уже было показано выше, рост средней годовой температуры воздуха на севере Западной Сибири по моделям общей циркуляции атмосферы Британской метеорологической службы и Института Макса Планка в Германии составит 2,5-5,5о. Причем потепление обусловлено больше повышением зимней температуры воздуха, чем летней.

Запас углерода в сезонно оттаиваимом слое почвогрунтов арктических экосистем составляет от 30 (0) до более 120 тонн на га. По разным оценкам, количество органического вещества, законсервированного в мерзлоте, также измеряется тоннами на гектар. Сумма дополнительной эмиссии метана (газогидратов) и углекислого газа за счет расконсервации мерзлоты на первых этапах (до смены растительности на более продуктивную, активно связывающую углерод) будет расти. Расчет (оценка) вклада природных и антропогенных факторов в процессы деструкции вечной мерзлоты и возможного увеличения объемов эмиссии метана и других парниковых газов строится на учете площади механических нарушений поверхности суши, где протаивание увеличивается пропорционально механическому составу, интенсивности промерзания и теплоизолирующим свойствам растительности, а также на оценках (прогнозах) площадей экосистем, охваченных климатогенными изменениями с разным запасом углерода в почво-грунтах. В настоящей главе использованы материалы (Тишков, 2005) и Д.Г. Замолодчикова, а также составленные им карты содержания углерода в растительности, продукции, мертвом органическом веществе, почвах и мерзлоте арктических биомов, позволяющие провести необходимые расчеты и оценки (см. ниже).

В то же время, несмотря на наличие четкой региональной специфики Арктики как наиболее остро воспринимающего климатические изменения региона, вычленить в % вклад природных и антропогенных составляющих, к сожалению, сложно.. К естественным факторам относятся: смещение орбиты и угла наклона Земли, изменения солнечной активности, вулканические извержения, изменения количества атмосферных аэрозолей. Ранее было показано (Израэль и др., 2001), что за последние 250 лет изменения солнечной активности усилили прогрев поверхности Земли на 0,1-0,5 Вт/м2, изменение концентрации тропосферного озона – прогрев на 0,2-0,5 Вт/м2. Но одновременно изменения сульфатных аэрозолей снизили прогрев на 0,2-0,5 Вт/м2, а стратосферного озона – на 0,05-0,2 Вт/м2. Процессы разнонаправленные, как и в случае с антропогенными факторами климатических изменений, но суммарно в результате роста концентрации парниковых газов в атмосфере прогрев оценивается в 2,2-2,7 Вт/м2. Для сравнения – приходящая радиация – 342 Вт/м2 и равна отраженной радиации 107 Вт/м2 плюс отраженная от Земли длинноволновая радиация 235 Вт/м2, т.е.

антропогенная составляющая в таком выражении – около 1% (Парниковые газы…, 2004). В то же время, антропогенные парниковые газы накапливаются и сохраняются в атмосфере 50- лет. Из их компонентов на первом месте углекислый газ (до 80%), затем – метан (18-19%), и только 1% - остальные газы. Пока незначительна роль концентрации водяного пара – главного парникового раза планеты, но если будет расти испарение с поверхности свободных ото льда арктических морей и расширится вегетационный сезон, то вероятность роста концентрации водяного пара очевидна (Парниковые газы …, 2004).

Но важно для понимания климатических изменений в Арктике также и другое - на радиационные потоки значительное влияние оказывают не только парниковые газы, но и антропогенное изменение подстилающей поверхности, альбедо – из-за сокращения площади лесов, ледников, морского льда, снежного покрова и пр. В итоге интегральная антропогенная составляющая в изменении климата (температуры приземного слоя воздуха и количества осадков, включая их сезонные тренды) может достигать десятков процентов.

6.4.8. Основные антропогенные факторы изменения биоразнообразия и природных экосистем Арктики Воздействие антропогенного фактора на наземную биоту Арктики различается побиомно.

Полярные пустыни, за исключением незначительных прибрежных участков близ полярных станций и военных объектов, не претерпели антропогенных изменений. В тундровой зоне в результате высоких пастбищных нагрузок домашнего северного оленя до 20% территории представлены стадиями пастбищной дегрессии, в первую очередь на Ямале (Российская Арктика..., 1996). В окрестностях медно-никелевых комбинатов Норильска (п-в Таймыр) и Мончегорска (Кольский п-в) в радиусе десятков километров растительность разрушена в результате выбросов в атмосферу соединений серы и азота. В разных регионах лесотундры и северной тайги 3-8% занимают участки техногенных нарушений в местах добычи нефти, газа и других ресурсов минерального сырья. Таких очагов много на Кольском п-ве, в Западной и Северо-Восточной Сибири. Ежегодно, в основном в северных регионах, вырубается лес на более 10 000 км2 площадей, а на нескольких десятках тысяч км2 отмечаются лесные пожары. Часть вырубок и гарей заболачивается, но, в основном, на всех нарушенных площадях происходит восстановление леса. Скорости восстановления зональной растительности на севере существенно ниже, чем в более южных регионах (Табл. 6.4).

Таблица 6.4. Средняя скорость вторичных сукцессий зональных экосистем России (обобщенно по: Тишков, 1994) мохово-лишайниковые тундры тундры dahurica Глобальное, региональное и локальное загрязнение среды, обусловленное тропосферным переносом, выбросами от импактных источников, аварийных разливов нефти и пр., способны трансформировать растительный покров и животное население отдельных территорий. Как показывают результаты исследований по программе Арктического мониторинга и оценки Арктического совета (Загрязнение Арктики, 1998), наиболее подверженными негативному влиянию загрязнения группами организмов являются виды, занимающие высшие уровни пищевых цепей, а они в Арктике не столь многокомпонентные, как в более южных районах Земли. Загрязняющие вещества включаются в пищевые цепи и приводят к накоплению поллютантов в организмах консументов высшего порядка (хищных млекопитающих, птиц и рыб). Стратегия охраны этих видов должна включать профилактические действия, исключающие загрязнение среды.

Среди специфичных для наземной биоты Арктики последствий загрязнения можно также - выпадение из состава растительных сообществ видов споровых растений (водорослей, лишайников, мхов, печеночников), особо чувствительных даже к низким и средним уровням загрязнения среды соединениями серы, азота и тяжелых металлов;

- истончение скорлупы яиц некоторых видов хищных птиц под воздействием остаточного - снижение репродуктивной способности и значительная гибель эмбрионов (резорбция эмбрионов) у водоплавающих птиц, особенно получающих значительную дозу загрязнения в местах зимовок и миграции в средних и южных широтах;

- снижение иммунитета у арктических птиц и млекопитающих в результате загрязнения - увеличение риска у чисто арктических видов повреждения УФ-В радиацией и тюд.

нерегламентированного движения транспорта, строительства и проведения геологоразведочных работ приводит к фрагментации экосистем, формированию полуприродных и искусственных местообитаний и их заселению сорными растениями. Причиной этого может стать и разрушение растительного покрова в результате перевыпаса домашних оленей и нарушения традиционных норм и мест выпаса. Происходящие в АЗРФ процессы фрагментации экосистем имеют свою специфику. Они включают следующие этапы:

1. Формирование точечных очагов нарушений с незначительной полосой природноантропогенных экотонов.

2. Рост их площади и прокладка линейных сооружений, соединяющих очаги 3. Образование комплекса очаговых и ленточных нарушений с относительно широкими (сопоставимыми с размерами очагов и ленточных нарушений) экотономи.

4. Смыкание посредством экотонов очагов и ленточных нарушений и образование фронтальных зон нарушений.

5. Образование крупных (регионального уровня) фронтальных нарушений и их рост в сторону соседних подобных образований (посредством фрагментации межочаговых и межфронтальных пространств).

Описанные процессы характерны для Кольского п-ва, низовьев р. Печора (ТиманоПечорского комплекса месторождений), окрестностей Воркуты, южного Ямала, пространства между г. Норильск и Дудинкой.

Браконьерство и нерегламентируемое использование биоресурсов наземной фауны, снижающее их запасы, в том числе в границах этно-хозяйственных ареалов, по-видимому, в настоящее время самая главная угроза биоте и экосистемам Арктики. Из-за отсутствия реального государственного контроля, ведомственной разобщенности, сокращения исследований состояния популяций промысловой фауны и государственного учета, судить о масштабах этого явления в Арктике сложно.

Например, уровень нелегальной добычи «краснокнижного» вида – белого медведя – сохраняется в последние годы около 300-350 экземпляров. И это в то время, когда численность отдельных популяций вида падает и составляет всего от 800-1000 в районе моря Лаптевых, до 3000 на севере Баренцева моря и до 2000 на Чукотке и Аляске. Отсутствие мониторинга белого медведя в России может привести к катастрофе в сохранении этого мигрирующего вида во всей Арктике, несмотря на усилия других стран.

Имеется угроза резкого снижения численности крупнейшей в мире, уникальной таймырской популяции дикого северного оленя, ареал которой охватывает практически весь п-в Таймыр и юг Эвенкии, а сезонные миграции осуществляются через 5 природных зон и подзон – от арктических тундр до северной тайги - на 1500 км.. Даже по самым усредненным оценкам нашего эксперта, заведующего отделом дикого северного оленя НИИСХ Крайнего Севера (г.

Норильск), д.б.н. Л.А. Колпащикова уже сейчас ежегодная гибель оленей в результате браконьерского отстрела и травмирования животных при добыче пантов с живых особей может превышать прирост популяции (около 80 000 голов и более). Речь идет об абсолютно бесконтрольной добыче животных в период миграции или на зимних пастбищах с использованием снегоходов специальными бригадами браконьеров.

Внедрение адвентивных видов растений и освоение ими новых местообитаний в Арктике было отмечено еще в 1960-1970-х гг. Сейчас она приобретает особый интерес в связи с практическими трудностями проведения экологической реставрации нарушенных земель (заносные виды растений препятствуют восстановлению исходной растительности на антропогенных местообитаниях). Кроме того, для Арктики в связи с потеплением климата обостряется проблема биотических инвазий - преднамеренного и непреднамеренного внедрения чужеродных видов (кроме таких случаев, как реакклиматизации овцебыка) в арктические экосистемы, способного, на наш взгляд, вызвать региональный экологический кризис, как это происходит сейчас с расселением в Баренцевом море камчатского краба, численность которого уже достигает 30 млн. особей.

6.4.9. Основные тренды изменения биологического разнообразия сухопутных территорий АЗРФ под воздействием природных и антропогенных факторов Общий уровень антропогенной трансформации природных экосистем Арктики не превышает 5-10%, но отдельные регионы, имеют существенно более низкие масштабы деградации среды (менее 1%). Однако, все зависит от уровня оценок и типологии антропогенных нарушений территории с полностью разрушенным почвенно-растительным покровом и мерзлотой попрежнему занимают всего 1-2% от площади арктических и субарктических тундр, лесотундры.

При чрезвычайно низкой плотности населения в 1-2 человек на км2, что почти в 10 раз ниже средней по России, антропогенная нагрузка в российской Арктике существенно выше, чем в зарубежной. В российской Арктике при сходных площадях с зарубежной Арктикой населения почти в 4 раза больше и «перенаселенность» составляет от 20% до 40%: старожильческое и коренное население здесь рассредоточено, а пришлое население, наоборот, концентрируется в очагах освоения, усиливая антропогенные нагрузки на природу, а главное – на ее биоресурсы. В соответствии с этим выявляемые тренды в состоянии наземной биоты и экосистем могут быть интерпретированы в основном на основе точечных наблюдений и так же, как хозяйственное освоение, имеют очаговый, в редких случаях – ленточный характер.

Тренды изменения биоты и экосистем под воздействием природных факторов. Среди природных трендов биоты Арктики мы выделяем два - климатогенные и тренды, связанные с современными процессами расселения биоты, осваивающей новые местообитания, кормовые участки и пр. Интегрально они проявляются в отношении некоторых видов птиц, например водоплавающих (гусеобразных и др.) и околоводных (кулики), активно расширяющих свой ареал циркумполярно и продвигающихся на Север (Табл. 6.5).

Таблица 6.5. Некоторые гнездящиеся птицы Европейского Севера: оценка динамики численности (из: Оценка численности …, 2004) и тенденций ее изменения гагара Gavia stellata гагара Gavia arctica Fulmarus glacialis Morus bassanus Cygnus olor Cygnus cygnus Cygnus columbianus Anser fabalis Anser albifrons Anser erythropus казарка Branta сanadensis казарка Branta leucopsis Branta bemicla Tadoma ferruginea Tadoma tadoma Anas strepera Anas clypeata Anas acuta трескунок Anas querquedula свистунок Anas crecca нырок Netta rufina Somateria mollissima гребенушка Somateria spectabilis Polysticta stelleri Clanqula hyemalis белохвост Haliaeetus albicilla Aquila chrysaetos Falco cherrug Falco rusticolus Falco peregrinus Lagopus lagopus куропатка Lagopus mutus * Haematopus ostralegus ржанка Pluvialis apricaria Charadrius dubius Charadrius alexandrinus Eudromias morinellus кроншнеп Numenius phaeopus кроншнеп Numenius arquata Tringa erythropus Tringa tetanus Tringa nebularia Tringa ochropus Tringa glareola Arenaria interpres Calidris minuta песочник Calidris temminckii песочник Calidris maritime Calidris alpine Limicola falcinellus Philomachus pugnax *** поморник Сatharacta skua поморник Stercorarius pomarinus поморник Stercorarius parasiticus поморник Stercorarius longicaudus Larus canus Larus marinus Larus hyperboreus Pagophila ebumea Rissa tridactyla крачка Stema paradisaea Alle alle кайра Uria aalge кайра Uria lomvia Alca torda Cepphus grille Fratercula arctica рябок Pterocles orientalis Nyctea scandiaca каменка Oenanthe oenanthe овсянка Emberiza pallasi подорожник Calcarius lapponicus Plectrophenax nivalis чечетка Carduelis homemanni Условные обозначения: * количество особей; ** количество самцов; *** количество гнездящихся самок; 0 - численность стабильная; + - умеренный рост численности; ~ флуктуации; ? - тенденция неизвестна; - - умеренное сокращение численности (10-50%); -сильное сокращение численности (>50%). Качество данных: слаб. – слабое; сред.- среднее;

хор. – хорошее.

П.Я. Томковичем с соавторами при работе над "Атласом ареалов куликов российской Арктики" были проанализированы более 1300 литературных источников и некоторые неопубликованные сведения о распространении и обилии 57 видов куликов, гнездящихся на российском Севере в более чем 1500 пунктах исследования. В результате выявлены некоторые тренды популяций арктических куликов, в течение нескольких десятилетий, выражающиеся в изменениях их численности и (или) распространения. Обнаружилось преобладание числа видов с положительными тенденциями над числом видов с отрицательными тенденциями в изменении, как ареалов, так и численности популяций. Для двух видов отмечено сокращение площади ареала и численности (кулик-лопатень и американская ржанка). В других случаях негативные тенденции известны лишь у отдельных популяций или на участках ареалов видов, особенно в западном и восточном регионах, в которых ареал сократился, соответственно, у 1 и 4, а численность у 5 и 5 популяций в каждом регионе.

Существенный вклад в число видов с позитивными тенденциями вносят южные виды, активно продвигавшиеся на север (13 из 23 видов, у которых произошло расширение ареала).

Позитивные тенденции в динамике популяций наиболее часты у видов на западе Европейской России, в Западной Сибири и на Дальнем Востоке. Возможно, такие географические особенности обусловлены разницей в исследовательской активности, но также, несомненно, и от региональных различий в природной динамике. Запад европейского Севера отличается наибольшим динамизмом популяционных процессов; здесь отмечено большинство видов, распространившихся на север. На Дальнем Востоке среди видов с позитивными популяционными тенденциями большая доля приходится на тех, которые географически связаны с Америкой (происхождением и размещением зимовок).

Выявлены тренды изменения биоразнообразия и на Чукотском п-ове, который представляет собой центр видового разнообразия куликов в АЗРФ Размещение там многих видов птиц крайне мозаично. Авторами именно на Чукотке впервые для российской Арктики отмечена черная камнешарка и установлено размножение перепончатопалого галстучника для материковой части, уточнено распространение ряда видов куликов, найден на гнездовании обыкновенный бекас. Здесь продолжается уникальная экспансия ареала американского бекасовидного веретенника, гнездящегося в тундрах Северной Америки: за последние 70 лет экспансия ареала охватила азиатские тундры от Чукотки до Таймыра и составила более км. Причины расширения гнездового ареала вида и проникновения его из американских тундр в азиатские тундры неясны, возможно, они обусловлены внутрипопуляционными механизмами.

В большей степени с воздействием климатических трендов, в первую очередь – с антропогенным потеплением, связаны тренды продвижения на север ареалов целого ряда видов млекопитающих: из копытных – лося, из хищных – бурого медведя, рыси и др. В последние десятилетия постоянное пребывание отдельных особей этих видов в период размножения отмечается за 300-400 км на север от северной границы ареала.

Другие примеры естественных климатогенных трендов демонстрирует анализ современной динамика северной границы ареала отдельных животных. Изучение пульсаций северной границы ареалов видов, обитающих в высоких широтах на пределе своего распространения, так же, как и факторов, их определяющих, является в настоящее время одной из важнейших задач современной биогеографии и экологии. Именно эти параметры ярко и достоверно свидетельствуют о состоянии популяций видов, тенденции их динамики в условиях естественной и антропогенной трансформации среды и характеризуют состояние арктических экосистем в целом.

Среди обитающих на севере млекопитающих, типичных представителей лесной зоны, особый интерес представляют крупные хищники, а из них – бурый медведь и рысь. Оба вида отличаются высокой экологической пластичностью, большой поведенческой лабильностью и вообще достаточно быстро адаптируются как к естественной, так и к антропогенной трансформации среды обитания. По одной только этой причине их можно и нужно рассматривать в качестве индикационных объектов биологического мониторинга за состоянием экосистем высоких широт.

Известно, что обитающий в типичных лесных экосистемах бурый медведь Евразии, практически по всей северной границе своего ареала периодически проникает далеко в тундру вплоть до побережья Северного Ледовитого океана. Причем чаще всего он делает это по долинам рек, нередко выходя затем на плакоры в поисках ягод. Особенно часто это наблюдается в Мурманской и Архангельской областях (Вайсфельд, 1993 и др.) и несколько реже в азиатской части страны. Однако и здесь медведь в последние годы становится постоянным обитателем тундр. Считается, что, например, на плато Путорана он обитает постоянно.

Проникновения хищника глубоко в тундры нельзя считать регулярными, ибо чаще всего они случались спонтанно, и потому говорить о продвижении северной границы ареала вида далее на север пока нет оснований. Речь идет именно о климатогенных пульсациях этой границы, причем, каких-либо явных тенденций в этом явлении до недавнего времени не отмечалось. Изначально главным побудительным мотивом проникновения бурого медведя в тундровые экосистемы служили поиски корма: в обильные на ягоды в тундрах годы при их неурожае в таежных экосистемах, медведь находил на этих ягодниках достаточное количество нажировочных кормов. На восточных рубежах России это было связано еще и с ходом рыбы.

Таким образом, долгое время первопричиной пульсации границ ареала являлась естественная периодичность природных факторов и связанная с ней цикличность урожая кормов медведя.

С потеплением климата и ростом антропогенного воздействия на экосистемы в северных широтах изменился и характер пульсации северной границы ареала бурого медведя. В конце 1980-х и особенно в начале 1990-х годов практически по всей северной границе ареала численность вида стала уменьшаться, резко уменьшилось и число заходов зверя в тундры. В Архангельской области практически до 1995 г. медведи в тундровой зоне отмечались крайне редко. В последнее десятилетие ситуация изменилась и медведя стали вновь регулярно отмечать в тундрах региона и в том числе даже на Канином носу. Вместе с тем, имеются лишь единичные факты о том, что медведи стали постоянно устраивать берлоги в более северных широтах (это обстоятельство позволило бы с достаточной уверенностью предполагать, что вид успешно закрепляется севернее основной границы ареала).

На северо-востоке страны медведь также в конце прошлого столетия стал встречаться в тундре все реже и реже, что связывали прежде всего с антропогенным давлением на вид.

Необычайно возросший спрос не только на желчь (ажиотажный интерес к медвежьей желчи оставался к тому времени уже в прошлом), но и на шкуры, черепа и даже клыки и когти, и привел к всплеску браконьерской охоты на медведя даже со стороны аборигенных оленеводов, что раньше было явлением исключительно редким. В результате северная граница ареала вида здесь в конце прошлого века была смещена к югу. Однако в самые последние годы она вновь передвинулась к северу на прежние позиции, и заходы зверя глубоко в тундру стали обычным явлением. То же относится и к другим районам Севера России.

Среди специалистов по бурому медведю в последнее время ведется энергичная дискуссия о причинах этого явления и о том, стало ли продвижение вида на север устойчивой тенденцией или носит спонтанный, кратковременный характер. Ряд исследователей связывает это с потеплением климата и как следствие – повышением урожайности кормов медведя, тогда как другие - с изменениями в социально-экономической сфере. Следствием последних нужно считать изменение характера и интенсивности антропогенного воздействия на популяцию бурого медведя и его реакцию на эти изменения.

Схожая с медведями ситуация складывается в высокоширотных экосистемах и с динамикой популяций рыси на северном пределе распространения этого вида. Эта крупный и очень подвижный хищник также легко проникает глубоко в тундру в поисках пищи.

Свойственные рыси широкие кочевки связаны в первую очередь именно с этим обстоятельством и наиболее ярко проявляются у северных популяций, где набор кормов, как основных, так и второстепенных наиболее скуден. Вопреки устоявшемуся мнению, рысь не является узко специализированным хищником и весьма пластична в выборе кормов. Это, наряду с исключительной подвижностью зверя и способностью преодолевать значительные расстояния, позволяет ей выжить даже в условиях глубокого дефицита основных объектов питания. По всей северной периферии ареала основу питания хищника составляет заяц-беляк, колебания численности которого на севере отличаются наибольшим размахом амплитуды.

Именно с конкретным уровнем численности этой жертвы, связана степень подвижности рыси в высоких широтах. Эта кошка даже при обилии зайцев никогда не упустит случая завладеть более крупной добычей – копытными, а при «неурожае» основных объектов питания энергично передвигается в поисках более мелких жертв – тетеревиных птиц, особенно белой и тундряной куропаток, леммингов и других мелких млекопитающих.

В Якутии, даже при обилии зайца-беляка, рыси особенно глубоко проникают в тундры именно в лемминговые годы, а на севере Западной Сибири кочуют вслед за стадами не только домашних, но и диких северных оленей. На севере Дальнего Востока, несмотря на особо экстремальные параметры среды обитания, рысь постоянно живет в горной тундре и даже здесь периодически проникает далеко к северу (Железнов, 2003). На европейском Севере следы рысей неоднократно отмечали в лесотундре севернее полярного круга (Вайсфельд, 2003), а в Ненецком автономном округе постоянно обитает около 50 голов этой кошки. Как и у медведя, описанные пульсации северной границы ареала рыси являются именно пульсациями и не служат доказательством продвижения этой границы на север. До периода интенсивного хозяйственного освоения Севера в основе этих пульсаций лежали колебания естественных факторов среды. Однако по мере вырубки лесов в предтундровой полосе, интенсификации добычи полезных ископаемых и особенно углеводородного сырья и связанного с ними соответствующего развития инфраструктуры, антропогенное воздействие на экосистемы привело к отступлению границы леса на юг. Как следствие, рысь стала реже проникать севернее своего постоянного местообитания.

Между тем, адаптивные способности бурого медведя и рыси (как и других групп животных) к существованию в экстремальной среде обитания с изменяющимися во времени естественными факторами (включая и потепление климата) и к тому же на фоне роста антропогенного воздействия должны служить предметом самых тщательных и предельно обстоятельных исследований.

Следует также подчеркнуть исключительную трудоемкость проведения этих исследований в высоких широтах, да еще с такими сложными для исследования видами как бурый медведь и рысь, и потому представляется совершенно очевидным, что последующие исследования названной проблемы потребуют длительного времени и масштабных капиталовложений.

Е.Е. Сыроечковский-мл. (1999), а также авторы «Arctic flora and fauna…, 2001) отмечают, что наиболее яркие природные тренды последних десятилетий отмечаются у черной казарки, численность и распространение которой меняются в Арктике наиболее кардинально. Черная казарка – высокоарктический вид гусей, распространенный циркумполярно, в России представлены все три подвида: номинативный (Branta bernicla bernicla), тихоокеанский (Branta bernicla nigricans) и атлантический (Branta bernicla hrota, гнездится на Земле Франца-Иосифа).

Численность первых двух подвидов ЧК за последние полвека изменялась больше, чем у какихлибо других популяций гусеобразных Палеарктики. Номинативный подвид Branta bernicla bernicla был обычен на зимовках в Европе в первой половине ХХ в., но в 1930-40 гг. его численность сократилась до 10-20 тыс. птиц в результате повсеместной гибели от эпизоотии ее основного корма – морской травы Zostera, а также массовой охоты и антропогенной трансформации местообитаний. В результате активных мер охраны (запрета охоты и пр.) численность популяции в 1950-60 гг. начала восстанавливаться и в 90-х гг. стабилизировалась и достигла 300 тыс. птиц. Параллельно с изменениями численности происходила и динамика ареала подвида. В результате быстрого роста численности ареал значительно расширился:

на запад – возникли новые очагов гнездования на удалении до 1000 км от основного ареала по трассе пролета на побережьях Баренцева моря (п-ов Канин и пр.);

на юг до 50-100 км (по долинам рек во внутренних частях Таймыра);

на восток до 500 км, где в конце 90-х гг. были обнаружены смешанные колонии и пары номинативного и тихоокеанского подвидов казарок в дельте р. Оленек и в дельте р. Лена.

Также произошло расширение ареала: казарки стали гнездиться в тех районах, где их раньше не встречали (на побережьях восточного Таймыра, на севере Енисейского залива, на побережьях Обской губы и северного Гыдана).

Азиатская популяция Branta bernicla nigricans в Х1Х веке была обычна на зимовках в Японии, но в середине ХХ в. резко сократила свою численность и ареал (возможно, в связи с антропогенным воздействием на зимовках в Китае). Сейчас численность этой популяции оценивается в 5 тыс. птиц, и в настоящее время районы ее гнездования известны только в дельте р. Лены и по берегам Оленекского залива.

Ее американская популяция не испытывала таких сильных изменений численности, хотя за последние 30 лет она менялась от 100 до 170 тыс. птиц. Более 70% популяции гнездятся в колониях в дельте Юкона-Кускоквима на Аляске, а в России находится периферия ареала. За последние 30 лет отмечен рост численности в Якутии (дельты рек Яны и Лены) и падение на о.

Врангеля и северной Чукотке.

Таким образом, в АЗРФ выявлены мощные тренды в развитии популяций черной казарки – в западном секторе произошло расширение ареала, а на востоке (в Якутии) – замещение популяций. Прежний ареал азиатской популяции занимают с востока американская популяция, а с запада – номинативный подвид. Возможно, в будущем усилится смешивание американской и азиатской популяции и произойдет постепенная ассимиляция последней. Вероятно, изменятся и пролетные пути обеих форм.

Тренды изменения наземной биоты и экосистем под воздействием антропогенных факторов. Климатогенные и антропогенные тренды во флоре арктических регионов могут быть выявлены с помощью анализа состава локальных флор. Повторная инвентаризация локальных флор позволяет проследить тенденции естественных долгосрочных изменений во флоре под воздействием как глобальных факторов, так и флуктуационных и сукцессионных процессов. Арктический сектор изучен в этом отношении крайне скудно, полная повторная инвентаризация проведена лишь для некоторых флор Ямала, Таймыра и Северо-Востока Сибири. Кроме того, интересный материал для анализа дает фиксация находок чужеродных (адвентивных) видов. Под адвентивными понимаются виды, проникновение которых на конкретную территорию связано с деятельностью человека либо путем случайного (непреднамеренного) заноса, либо в результате интродукции или дичания культивируемых растений; т. е. это виды, преодолевшие географический барьер и обнаруженные за пределами естественного ареала. Настоящие выводы сделаны на основе анализа материалов базы данных AliS, где собрана информация по адвентивным видам сосудистых растений Восточной Европы, проведенного О.В. Морозовай (Морозова, 2002).

Сравнение состава и структуры флор арктических регионов Таймыра - типичные тундры низовьев р. Яму-Неру (Толмачев, 1930, Поспелов, Поспелова, 2001) и южных тундр Ары-Мас (Варгина, 1978; Поспелова, Поспелов, 2005) показали:

увеличение видового богатства;

- появление новых таксонов высшего ранга: семейство (Hippuridaceae), новые рода (Kobresia, Hedysarum, Batrachium, Hippurus, Comarum);

- повышение роли семейств бореальных флор (Cyperaceae, Asteraceae, Rosaceae);

- увеличение доли бореальных видов;

- сокращение доли арктических видов (в основном не за счет изменения их числа, а в результате увеличения общего видового богатства).

Большинство бореальных видов в тундровых флорах редки, малочисленны и не играют заметной фитоценотической роли. В основном они приурочены к интразональным сообществам. Во флоре тундровой части Таймыра насчитывается 60 бореальных видов - 15% флоры (Матвеева, 1998), на Ямале – около 30% (Ребристая, 1987), в Большеземельской тундре – 28 % (Ребристая, 1977). Близ южной границы тундровой зоны доля бореальных видов во флорах увеличивается: локальная флора правобережья р. Ортина (Большеземельская тундра) содержит 48.5% бореальных видов (Лавриненко и др., 1999). По-видимому, «пульсирующий»

характер границ видовых ареалов влияет на развитие новых адаптационных свойств видов и расширение их «нормы реакции» на абиотические условия. У некоторых видов, находящихся на северном пределе распространения отмечена смена мест произрастания и возрастание экотопического разнообразия (освоивантся большее число экотопов, большее обилие).

Расширение ареала происходит у видов, первоначально единично отмеченных на пионерных местообитаниях. Это несколько противоречит мнению, что близ границ ареала повышается чувствительность вида к экотопическим условиям (Толмачев, 1974).

Естественные тренды флор вполне вероятны и происходили всегда, как правило, за счет высокой активности видов интразональных и азональных экотопов:

луговые (Potentilla stipularis, Astragalus norvegicus, Polemonium acutiflorum, Taraxacum longicorne, Draba arctica), освоивающих долинные склоны, подверщенные экрозии;

болотные (увеличение числа видов может быть связано с потеплением и растеплением мерзлых грунтов и увеличением площади болот);

пионерные группы видов, осваивающие участки интенсивного аллювиального заноса, перенос а мелкозема с гор из истоков рек по долинам (Eleocharis acicularis, Deschampsia obensis, Puccinellia borealis, Chamaenerion angustifolium, Pedicularis villosa, Taraxacum bicorne, Leymus interior).

С антропогенным освоением и формированием новых местообитаний эти группы видов активно продвигаются на север, формируют новые групировки и сообщества.

Среди причин природных трендов на первое место выдвигаются изменение климата (повышение/понижение температуры воздуха, повышение/нопижение количества осадков).

Индикаторы климатогенных трендов в случае потепления климата становятся:

Обогащение флоры за счет «южных» видов в связи с изменением (потеплением) Пульсирующий характер северной границы леса. В последнее время отмечается прогрессирующий характер лесной растительности на северном пределе: наличие хорошего семенного возобновления в лиственничниках массива Ары-Мас и полосе редколесий на северном берегу р. Новой (Поспелова, Поспелов, 2005).

Среди антропогенно нарушенных территорий в Арктике преобладают деградированные оленьи пастбища (в тундре и лесотундре) и вырубки и гари (в тайге и северных горах). Только в последние 25 лет потери пастбищного фонда северного оленеводства составили около 20% от почти 100 млн. га Добывающая и перерабатывающая промышленность в АЗРФ формируют достаточно много очагов антропогенной трансформации, но суммарно их площадь едва превышает 3-5% территории отдельных регионов, а площадь полностью разрушенных деградированных экосистем не превышает по всей арктической зоне 1%. Так, на Европейском Севере нарушения земель при добыче полезных ископаемых составляют по регионам 0,1-0,5% от общей площади (Российская Арктика..,1996). В то же время, значительное количество ареалов с неблагоприятной экологической ситуацией сосредоточено именно на северных территориях. В Западной Сибири их 33, в Восточной Сибири - 28, на Севере Европейской России – (Экологические проблемы…, 2005).

Благодаря слабой способности северных экосистем к самоочищению и обилию в составе растительности споровых растений, неизбирательно накапливающих загрязняющие вещества, здесь весьма остро стоит вопрос о химическом и радиоактивном загрязнении территории.

Наиболее крупный очаг загрязнения (не только на Севере, но и во всей России), сформировался вокруг г. Норильска. Здесь в атмосферу выбрасывалось до 22,5 млн. т загрязняющих веществ (сейчас - около 2,0 млн. т., из которых 95% - диоксиды серы). Выбросы оксидов серы и азота вызывают закисление осадков на площади до 400 тыс. км2. Помимо этого, сравнительно высоко накопление в растениях и почвах солей тяжелых металлов. В результате деятельности Норильского горно-металлургического комбината редколесья и заросли кустарников уничтожены на площади более 1800 км2, а химические повреждения леса отмечаются на площади 5650 км2 (Российская Арктика...,1996). Одно из главных негативных последствий деятельности комбината на биоту Таймыра - уничтожение сезонных (особенно зимних) пастбищ Таймырской популяции дикого северного оленя На севере Европейской России и в Западной Сибири все больше земель загрязняется нефтью. Так, в результате Усинской катастрофы на нефтепроводе в 1994 г. нефтяные загрязнения отмечены для 68 км2. Но данная катастрофа - не самая крупная, и ежегодно на российских нефте- и газопроводах происходят десятки крупных и сотни более мелких катастроф, сопровождаемых нефтяным и вообще химическим загрязнением растительности и почв, пожарами и механическими повреждениями поверхности.

Радиоактивное загрязнение северных территорий отмечено для горнодобывающих предприятий, перерабатывающих сырье с высоким содержанием радионуклидов (Ловозерский и Ковдорский ГОКи, объединение "Якутзолото"). Локальные очаги радиоактивного загрязнения отмечены вокруг мест, где применялись ядерные взрывы в мирных целях - на Кольском полуострове, в Якутии, на севере Архангельской области и Западной Сибири, на Северном Урале и около Игарки (всего более 30 взрывов). Но главный источник радиационного загрязнения на Севере (особенно в Арктике) - атомный военный флот и Новоземельский государственный центральный полигон, где проводятся испытания ядерного оружия. На самом полигоне сухопутные экосистемы, флора и растительный покров загрязнены локально. Но следы испытаний ядерного оружия в атмосфере и на поверхности (около 90 взрывов) прослеживаются на Урале, Западной Сибири, Таймыре и в других северных регионах. Их последствия не оценены в полной мере и требуется широкомасштабная съемка фонового радиоактивного загрязнения в Арктике, которая позволит более четко определить наиболее загрязненные территории и провести соответствующие мероприятия по корректировке современного использования ресурсов среды.

Рекультивация химически и радиоактивно загрязненных земель требует огромных затрат и применения специальных технологий, обеспечивающих детоксикацию почв и внесение специальных адсорбентов, а также исключение их из пастбищного хозяйства и промысловой рекреации на длительные сроки.

Масштабными ожидаются нарушения природной среды, в т.ч. и на суше, в результате освоения северных месторождений нефти на арктическом шельфе и в пределах Европейского Севера, Западной и Восточной Сибири. Здесь можно ожидать крупные инвестиции отечественных и западных нефтяных и газовых компаний. По нашим предварительным расчетам, на 1 доллар США инвестиций возможны потери 2-4 и даже 8 м2 земель при реальной стоимости рекультивационных мероприятий в пределах 2-7 долларов США на восстановление 1 м2 деградированной территории. Поэтому перспективы увеличения трансформированных площадей очевидны - будущая 25-летняя экспансия нефтяных и газодобывающих компаний в Арктике, по нашим оценкам, увеличит долю разрушенных земель еще на 5% (около 8 млн. га, в т.ч. около 2 млн. га на Тимано-Печорской группе месторождений и баренцевоморском шельфе, по 1,5 млн. га на Ямале и севере Западной Сибири, около 1 млн. га в Якутии, на Чукотке и Сахалине. До недавнего времени землепользование на Севере было практически безвозмездное и бесконтрольное - ведомства, осуществляющие разведку, добычу, транспортировку и переработку нефти и газа распоряжались северными территориями без реальных норм и правил. Например, в Надымском и Пуровском районах Ямало-Ненецкого автономного округа на 8500 пробуренных скважин на нефть и газ согласно нормативам следовало отвести 31, тысяч га. Однако в действительности было использовано более 80 тысяч га в границах тундры, лесотундры (где вся полоса лесов на северном пределе является особо охраняемой территорией) и северной тайги. При строительстве линейных сооружений (автомобильных и железных дорог, нефте- и газопроводов) на каждый нормативный гектар отвода реальное отчуждение составляет 10-15 га. Под новые города с 8-тысячным населением (Новый Уренгой и Ноябрьск) было отведено около 1,5 тысяч га, но реальная инфраструктура заняла площадь в раз большую - около 52 тыс. га, для 36-тысячного Надыма вместо 0,86 тыс. га отчуждено 18, тыс. га (данные на середину 90-х гг. ХХ века).

На момент начала работ по освоению крупнейшего в России месторождения Приобского в пойме реки Оби, по оценкам экспертов компании Амоко, к 1995 г. в регионе около 30 тыс. га лесов оказалось замазучено, 25 тыс. га - подтоплено, еще 24 тыс. га повреждено газовыми и нефтяными выбросами, а 25 тыс. га - загрязнено разливами буровых растворов. В настоящее время реальные оценки по нарушениям земель и их тенденциям получить сложно, т.к.

статистика на уровне отдельных районов АЗРФ в центре недоступна. Тренд трансформации природных экосистем можно оценить косвенно через пример масштабных воздействий на растительность при хозяйственном освоении новой территории - полуостров Ямал (Табл. 6.6).

В то же время, нам известно, что масштабы антропогенной трансформации и фрагментации тундр этого полуострова в последнее десятилетие возросли настолько, что уже сейчас можно ставить вопрос о развитии здесь критической экологической ситуации.

Таблица 6.6. Распределение земель, нарушенных в процессе первого этапа промышленного развития Ямало-Ненецкого автономного округа – до начала освоения месторождений (Быкова, 1998) Подзона, Площад Линейные Линейные Нарушения на Общая площадь район тайга Можно определить, что для восстановления только водораздельных и пойменных нарушенных к на 2005 г. территорий Ямало-Ненецкого автономного округа уже требуется более 1 млрд. долларов США, что вполне сопоставимо с теми инвестициями, которые "влиты" в обустройство месторождений газа и создание инфраструктуры за последние 10-15 лет. Если к этому добавить необходимость финансирования берегозащитных мероприятий (в настоящее время за счет волновой абразии и техногенных нарушений в год размывается около 1 млн. м3), а также и затраты на рекультивацию оленьих пастбищ (сбитые пастбища составляют до 20% пастбищного фонда региона; при этом численность домашнего оленя растет), то, не исключено, что затраты на реставрацию нарушенных земель Ямала окажутся выше, чем ожидаемые выгоды от роста добычи газа.

В результате аварии на Усинском нефтепроводе, где в результате разрыва нефтепровода с нефтью ряда акционерных компаний и мероприятий по ликвидации последствий произошло масштабное загрязнение и разрушение растительного покрова - лесов, пойм, озер и рек (Vilchek, Tishkov, 1998), а затраты на восстановительные работы взяло на себя, в основном, государство (получен специальный кредит Мирового банка под государственные гарантии на сумму около 100 млн. долларов США, 25 млн. долларов США от Европейского банка развития и реконструкции и только 16 млн. долларов США от "Коминефти").

Особо остро проявляются тренды загрязнения арктических экосистем нефтью в результате аварий на нефтепроводах (местных и магистральных). Узаконенный норматив потерь составляет до 2%, т.е. в экосистемы FPHA поступают ежегодно миллионы тонн нефти. Около 30-50% аварийных прорывов на нефтепроводах случаются в результате коррозии труб, 5-20% по причине технологического брака при прокладке и эксплуатации, около 30% - за счет низкого качества труб. Острота этого воздействия с ростом технологического оснащения нефтепроводов постепенно снижается, но не настолько, чтобы игнорировать эту тенденцию в воздействии на экосистемы суши Арктики.

Тенденции в состоянии экосистем и ландшафтов арктических регионов в настоящее время можно охарактеризовать как умеренно-негативные. Основные антропогенные нагрузки сосредоточены на ранее освоенных и нарушенных территориях, восстановление экосистем которых идет медленными темпами. Освоение новых природных территорий в связи с потребностями в исключительно высоких инвестициях происходит медленно.

Косвенным показателем антропогенных трендов в трансформации природных экосистем Арктики, как уже было отмечено, может стать рост доли адвентивных видов в составе локальных флор. Локальные флоры (количество видов на 100 км2) здесь составляют от 20-30 в полярных пустынях до 80-100 и 200-300 в арктических и субарктических тундрах соответственно. Достаточно разнообразна и флора споровых растений - мхов, печеночников, лишайников и водорослей. Ее богатство достигает также сотен видов. Многие из этих растений в районах хозяйственного освоения находятся на грани исчезновения. Это связано с тем, что новообразующиеся местообитания и нарушенные биотопы в Арктике весьма ограниченно осваиваются представителями местной флоры. Эти местообитания занимаются заносными видами, что приводит к вытеснению аборигенных видов. Так, спустя 50-60 лет после начала хозяйственного освоения в составе местной флоры доля заносных видов может составлять 30Формально, это "обогащает" флору, но этот эффект прослеживается лишь первое время, а затем, после внедрения сорных и рудеральных растений в районы освоения, наблюдается исчезновение местных представителей флоры, особенно редких, а также тех, которые имеют узкий диапазон предпочитаемых местообитаний - растения песков, известняков, каменистых субстратов, маршей и пр. Пример медленной адаптации местной флоры к условиям антропогенных местообитаний дает сравнение флоры техногенных местообитаний и флоры района (Табл. 6.7). В абсолютных величинах количество видов заносных растений в отдельных индустриальных центрах АЗРФ достигает сотни и более видов, но также зависит от сроков хозяйственного освоения. Так, после 10 лет освоения североякутских месторождений алмазов (прииски Удачный, Далдын, Айхал) в середине 1960-х гг. там было обнаружено около заносных (данные автора), в основном, сорных видов. В районе Воркуты после 50 лет промышленного освоения натурализовалось около 90 видов сосудистых растений (Дружинина, Мяло, 1990), а на Шпицбергене в районе советских поселков за период с 1935 по 1985 гг. только 14 видов (Тишков,1986,1994, 1996).

Таблица 6.7. Соотношение локальных флор сосудистых растений и флор антропогенных местообитаний в различных очагах хозяйственного освоения Севера (данные автора) Район освоения Продолжи- Локальная флора, Флора антропогенных Республика Коми Мурманская область Магаданская область Республика Якутия Чукотски а.о.

О.В. Морозовой показано также, что доля адвентивных видов выше в конкретных флорах тундровой зоны по сравнению с точками в прилегающих районах бореальной зоны (Морозова, 2003). Аналогичная тенденция продемонстрирована и в других исследованиях. Так, Б.И.

Груздев и В.А. Мартыненко (1988) отметили, что процент участия адвентивных видов в конкретных флорах тундровой части Республики Коми колеблется от 0 до 17, тогда как в таежных флорах адвентивная фракция не превышает 7%. Причины этих трендов связаны с «ненасыщенностью» флоры северных территорий в результате воздействия последнего оледенения и недостаточностью срока для ее становления, с преобладанием в анализе южных тундр, где велика вероятность заноса значительного числа бореальных видов. Большинство заносных видов в тундровой зоне являются бореальными, увеличение доли бореальных видов является показателем не только глобальных климатических изменений, но и антропогенной трансформации тундровых флор. Одним из путей расселения адвентивной флоры служат в Арктике линейные сооружения - железнодорожная транспортная сеть, нефте- и газопроводы, ЛЭП и пр.

6.5. Продуктивность и баланс углерода арктических экосисем как интегральные показатели их состояния в условиях меняющихся климата и хозяйственной деятельности 6.5.1. Природные и антропогенные факторы, влияющие на продуктивность и баланс углерода арктических экосистем Исследование продуктивности и баланса углерода арктических экосистем проводилось в рамках международных и российских программ и проектов. По результатам реализации Международной Биологической Программы (МБП) был накоплен обширный материал по прямым измерениям биологической продуктивности экосистем АЗРФ (Bazilevich, Tishkov, 1997). В 1970-80-ые гг. ХХ в. начали формироваться и базы данных по продуктивности (Институт географии РАН, Институт леса и древесины СО РАН, Институт лесоведения РАН, Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН, а за рубежом – в Международном институте системного анализа, Австрия) и др. Итоги МБП касательно Арктики обобщены в томах “Ecosystems of the World” ((Bazilevich, Tishkov, 1997). База данных продуктивности экосистем АЗРФ была опубликована в 1986 г. (Базилевич, Тишков, 1986), а затем - в 1993 г.

(Базилевич, 1993). В настоящее время она размещена на крупнейшем экологическом русскоязычном веб-портале по проблемам биоразнообразия - www.biodat.ru. В ней более точек полевых измерений запасов и продукции фитомассы полярных пустынь, тундр, лесотундры, лиственничных редколесий и северной тайги (Табл. 6.9).

Международная Программа «Человек и Биосфера» (МАБ) позволила оценить параметры антропогенной трансформации наземных экосистем АЗРФ, вклад человека в их углеродный баланс и размеры поступления загрязняющих веществ. Появились возможности для прогнозирования экологических последствий развития глобальных изменений среды. В период ее реализации сведения о продукционных параметрах экосистем оказались не востребованными в полной мере и натурные исследования в этой области резко сократились.

Международная Геосферно-Биосферная Программа (МГБП) дала экологам мощный инструмент мониторинга меняющихся физических, химических и биологических параметров окружающей среды Севера, в т.ч. и потоков СО2, и выявления в них антропогенной составляющей. Проблемой стал выбор для наблюдений биотически значимых параметров среды, прежде всего климата и атмосферы. Как и во времена МБП и МАБ, в качестве интегрального выражения роли биоты брались показатели продуктивности и, соответственно, размеры эмиссии и стока углерода (СО2) тундр. Но в отличие от зарубежных коллег, в России стали шире привлекать информацию о стоках, источниках и резервуарах углерода. В этом направлении существенный вклад в развитие данных исследований было внесено теми, кто проводил продолжительные инструментальные газометрические измерения, балансовые оценки потоков углерода в природных экосистемах и определил конверсионные коэффициенты для перехода от биопродукционных параметров к углеродным показателям (Замолодчиков, Уткин, 2000; Замолодчиков, 2003).

Таблица 6.9. Зональная дифференциация показателей продуктивности экосистем АЗРФ (Тишков, 1993; 2004) Темнохвойная тайга Светлохвойная тайга Для северных экосистем характерен широкий диапазон запаса фитомассы (от 0,5–1,0 до 100,0-200,0 т/га). В полярных пустынях, где проективное покрытие сосудистыми растениями незначительное, а «пленка жизни» представлена в основном печеночниками, водорослями и мелкими мхами, регламентация продукционного процесса происходит в двух направлениях – наличие доступного азота и нагревание поверхности субстрата при низком положении летнего солнца. В итоге, высшие показатели запаса фитомассы мы наблюдаем под птичьими базарами и на микро- и нано-склонах южной экспозиции. В арктических и субарктических тундрах наиболее низкие показатели запасов фитомассы характерны для водоразделов, где формируются зональные хионофобные варианты тундры (всего 2,0 –5,0 т/га). На выположенных склонах и речных террасах зональные экосистемы тундр имеют более высокие показатели продуктивности (до 20,0-30,0 т/га, а в южных кустарниковых тундрах – до 50, т/га). Близкие параметры характерны для интразональных местообитаний тундровой зоны – в долинах рек, на склонах речных террас и на притеррасных понижениях, где формируются интразональные болота (например, полигональные) и кустарниковые заросли.

Антропогенные изменения растительности тундровой зоны в результате хозяйственной деятельности имеют выраженные два «пика» трансформации продукционного процесса.

Первый практически останавливает восстановительную сукцессию и приводит к формированию на месте нарушений «техногенной пустыни», где параметры продуктивности колеблются в пределах 0,5-1,0 т/га (запас) и 0,6-0,8 т/га в год (продукция), т.е. снижается в 2- раза по сравнению с зональными характеристиками. Второй «пик» формирует достаточно устойчивые антропогенные модификации тундровой растительности – «олуговелые» тундры, а кроме этого злаково-моховые, злаково-кустарничковые, злаково-осоково-моховые тундры на глеевых, мерзлотно-глеевых и других почвах. Запасы и продукция их фитомассы отличны от таковых у зональных экосистем незначительно, в то время как структура этих параметров различается существенно. Во-первых, их основа складывается за счет травянистых растений злаков и осок. Во-вторых, изменяется соотношение надземной и подземной фитомассы, которое составляет 1:2 – 1:4. В-третьих, переход позиций эдификатора к злакам и осокам ведет к сокращению доли зимнезеленых частей растений, что сказывается на фитосинтетической активности экосистем в периоды межсезонья. В-четвертых, происходит интенсификация деструкционных процессов за счет увеличения в опаде травянистых остатков.

Конвергентные «злаковые» и «осоково-злаковые» антропогенные модификации тундровых экосистем формируются в процессе хронических антропогенных воздействий на растительность – высоких пастбищных нагрузок, пожаров, транспортных нарушений и пр. – практически по всему циркумполярному ареалу тундр (Российская Арктика …, 1995;

Conservation arctic flora and fauna, 2002). При оценках площади нарушений в тундровой зоне их зачастую не относят к «разрушенным» экосистемам, хотя практически все населенные пункты за Полярным кругом окружены подобными модификациями на многие километры.

Важно, что в их структуре начинают играть активную роль адвентивные растения, доля которых может достигать 20-40% (Морозова, 2003).

В процессе дигрессии и восстановления продукционные характеристики тундровых экосистем по уровню становятся выше, чем таковые у зональных тундр. Это происходит за счет изменения теплового режима верхних слоев почвы, нарушения, развития криогенных процессов и в целом улучшения режима минерального питания растений, что часто дает преимущества в развитии цветковых травянистых растений над споровыми (мохоообразными, лишайниками) и может сохраняться сотни лет (Тишков, 1994).

Наиболее быстрое восстановление продукционных характеристик в тундрах происходит после низовых пожаров и сбоя в результате возрастания пастбищных нагрузок при выпасе домашних северных оленей. По нашим данным (Тишков, 1986, 1994), восстановительный цикл охватывает период от 20 до 30 лет, но при агрессивности вейников (Calamagrostis spp.) и других злаков процесс восстановления может растянуться на 80-100 лет. Д.Г. Замолодчиков (2003) показал, что при тундровом пожаре экосистема теряет до 30% углерода за счет выгорания растительности и верхнего органогенного слоя почвы. В кустарниковых южных тундрах, которые в основном и подвержены низовым пожарам, срок восстановления пула углерода охватывает 60 лет.

В границах тундровой зоны есть целый набор экосистем, растительный покров которых находится на разных стадиях дигрессии и сукцессии, демонстрирующих аномально высокие показатели запасов и продукции фитомассы. В некоторых случаях (долинные заросли кустарников и островные леса) можно говорить об интразональных и азональных явлениях, но сравнительно большее распространение имеют луговые сообщества, демонстрирующие разные стадии природного или антропогенного дигрессинов-демутационного процесса, а, соответственно, и разные продукционные характеристики. Учет этого фактора сделает оценки продуктивности экосистем тундровой зоны более корректными и обоснованными.

Детальный анализ продуктивности и элементов углеродного баланса экосистем полярных пустынь, тундр и лесотундры приведен в работе (Bazilevich, Tishkov, 1997). Следует обратить внимание на тот факт, что благодаря работам по МБП и МАБ российская часть Арктики сравнительно полно и равномерно покрыта точками инструментальных измерений продуктивности (запасов и продукции фитомассы в надземной и подземной сферах) на пробных площадках (Базилевич, Тишков, 1986). Этим была создана хорошая база для углеродных оценок биома. Но балансовый поток углерода в арктических экосистемах существенно зависит от соотношения объемов первичной продукции и дыхания, которые по сути контролируются разными абиотическими режимами при сохранении в течение вегетационного периода высокой освещенности почти круглые сутки. Если первая зависит от величины фотосинтетически активной радиации (ФАР), то второе – от температуры приземного слоя воздуха (интенсивность фотосинтеза) и верхних слоев почвы (интенсивность дыхания ризосферы и в целом деструкции органических остатков).

Д.Г. Замолодчиков (2000, 2003) в рамках исследований по теме «Изучение тундровых экосистем» ФЦНТП «Глобальные изменения природной среды и климата» гранта Госдепартамента США «Потоки парниковых газов в арктических экосистемах» (1994) и гранта Национального научного фонда США «Исследование потоков углекислого газа…» (1998-2003) и других показал, что оценки углеродного бюджета тундровых экосистем России на основе результатов газиметрических измерений потоков СО2 вносят существенную корректировку в ранее полученные результаты. Так, на основе детальной модели получены величины потоков: в весенний период сразу после схода снега в экосистемах преобладает эмиссия СО2, в период вегетации экосистема функционирует с результатом на сток углерода, а в конце вегетационного периода происходит постепенное «переключение» баланса вновь на эмиссию (Замолодчиков, Карелин, 1999). Средние показатели углеродного эквивалента первичной продукции тундр оцениваются в 300-500 гСм2 в год (Замолодчиков, 2003), что вполне согласуется с ранее полученными и представленными в серии оригинальных карт нашими данными (Базилевич, Тишков, 1986; Bazilevich, Tishkov, 1997).

Балансовые оценки потоков углерода, проведенные Д.Г. Замолодчиковым (2003), оказались важны для понимания того, что арктические экосистемы – одни из ведущих биомоврегуляторов углеродного бюджета России и вкладчиков в глобальный углеродный баланс и поддержание стабильности глобального климата. Так, годовая валовая первичная продукция тундр России для площади 235 млн. га оценивается в –485+-35 Мт С, дыхание +474+-10 Мт С, балансовый поток углерода составил –12+-41 Мт С, а эмиссия углерода за холодный период – 55+-10 Мт С (12% общего дыхания). В итоге годовой сток составляет лишь около 2,5% от величины первичной продукции. Но с учетом стандартной ошибки говорить о достоверных отличиях составляющих баланса нельзя, что позволяет говорить о сбалансированности годовых углеродных потоков в многолетнем цикле функционирования (Табл. 6.10).

Таблица 6.10. Валовая первичная продукция (GPP), валовое дыхание (GR), его зимняя часть и чистый поток углерода (NF) экосистем тундровой зоны России (Замолодчиков, 1999).

тундры тундры тундры тундры зоны Мощным резервуаром углерода в полярных пустынях, тундрах и лесотундре является почва. Запасы органического вещества, в т.ч. гумуса, в условиях их слабой минерализации и выноса с поверхностным стоком (в связи с наличием водоупора из вечномерзлых грунтов) в рассматриваемых почвах достаточно велики. Например, в тундровых глеевых и болотнотундровых почвах в слое 0-50 см они могут достигать 145-154 и 400-604 т/га соответственно. В лесотундре глеево-подзолистые почвы под лесом беднее (33-63 т/га в слое 0-100 см), но зато торфяно-глеевые и торфяно-болотные почвы, занимающие в этом биоме значительные пространства, имеют запасы от 495 до 1400-1536 т/га в слое 0-100 см (Орлов, Бирюкова, 1995).

Высокий потенциал лесотундры в отношении стока углерода связан и с максимальными запасами фитомассы мохообразных и высокими темпами их прироста в зональных экосистемах (Тишков, 1978). Имея низкие пищевые качества для консументов, их опад практически в полом объеме поступает в детритный цикл биологического круговорота, сохраняется в подстилке и оторфовывается. Мохообразные – ведущие эдификаторы тундровых и лесотундровых экосистем - древняя группа растений, сформировавшаяся в условиях высоких концентраций СО2 и адаптированная к ним. Их стратегия в данном случае реализуется за счет эпигейного произрастания и перехвата потоков СО2 почвы, подстилки и торфянистого горизонта. В отсутствии развитой корневой и проводящей системы моховой горизонт продуцирует только в периоды оптимального увлажнения. Например, синузии Aulacomnium turgidum, Tomethypnum nitens, Hylocomium splendends в типичных тундрах Таймыра, давали в первые недели после схода снега, когда богатые надмерзлотные поверхностные воды достаточно промачивали моховой горизонт, до 70-80% продукции. Покров мохообразных имеет колоссальную адсорбирующую поверхность и удельную плотность: «моховой фильтр» на пути вертикальных потоков СО2 из почвы способен коренным образом влиять на параметры углеродного баланса экосистемы.

Для оценки реальных масштабов других элементов углеродного баланса АЗРФ можно привести данные по объемам стока растворенного и взвешенного углерода с речным стоком в арктические моря России (Табл.6.11). Кроме того, их первичная продукция достаточно высокая и в ряде случаев сопоставимая с таковой на суше – от 10-40 мг С м2 до 800 мг С м2 в год (в период «цветения» фитопланктона). Суммарная продукция фитопланктона арктических морей России составляет 130 Мт С в год, из которых более половины (около 80 МтС) дает Баренцево море (Виноградов и др., 1994, 1999).

Таблица 6.11. Суммарный сток растворенного и взвешенного углерода в моря арктического бассейна (Виноградов и др., 1999) Белое Сибирское целом Поток органического углерода с речным стоком составляет 23,44 Мт С в год, что соответствует 5% суммарного потока растворенного углерода в Мировом океане (Романкевич, Ветров, 1997). Из чего складывается столь масштабный межэкосистемный перенос углерода?

Во-первых, потоки фотосинтезированного углерода самих рек. Во-вторых, органический углерод суши, вымываемый из осадочного материала водосборного бассейна и представленный во взвешенной форме (около 2.3 Мт С в год). В-третьих, аккумулированный ранее органический углерод, оказавшийся доступным в результате береговой абразии. Особенно существенное значение этот процесс имеет при термоэрозии берегов в районах распространения вечномерзлых грунтов, накопивших за тысячелетия миллионы тонн органического вещества в разных формах (гуминовые вещества, илы, торф, погребенная древесина, слаборазложившиеся растительные остатки и пр.). Суммарно он оценивается не менее 4-5 Мт С в год. В-четвертых, подземный сток в арктические моря, дающий около 0,3 Мт С в год. И, наконец, в-пятых, эоловый перенос органического углерода (пыльца, споры, пыль, остатки растений, переносимые ветром), который оценивается в 0,2 Мт С в год (Виноградов и др., 1999). В итоге можно отметить, что поток органического углерода с суши в арктические моря составляет около 20% от углерода, произведенного в них в результате фотосинтеза. До 5органического вещества арктических морей фоссилизируется в донных отложениях. Только в Баренцевом море накапливается до 3,3 Мт С в год.

Нет сомнений, что углеродный баланс экосистем АЗРФ складываемый из наземных, морских, экотонных (абразия) и межэкосистемных (речной сток, эоловые процессы) потоков органического углерода, имеет глобальное выражение («Российский сектор» циркумполярной Арктики составляет 43%). Как составляющая часть экосистемных услуг страны, рассмотренная часть биогеохимического баланса углерода уязвима в связи с широкомасштабным освоением нефтяных и газовых месторождений в тундрах, прибрежной полосе и на арктическом шельфе. На фоне глобального потепления климата возможны сдвиги баланса в сторону роста эмиссии СО2, т.к. пока большие объемы транзитного и аккумулятивного аллохтонного органического вещества за счет низких температур не включаются в деструкционные процессы.

6.5.2. Оценка запасов углерода в фитомассе и почвах арктических экосистем России.

Информационными источниками для расчета запасов углерода в фитомассе и чистой первичной продукции тундр и лесотундры России служили компьютерная карта ландшафтов АЗРФ и база данных по фитомассе и продуктивности арктических экосистем.

Расчеты Д.Г. Замолодчикова были сделаны на основе «Ландшафтной карты СССР" масштаба 1:4 000 000 (Исаченко и др., 1988), применительно к 9 регионам исследуемой территории, соответствующих крупным ландшафтно-географическим провинциям АЗРФ. Это позволило определить для России площади отдельных ландшафтов, регионов и рассматриваемого биома в целом (табл. 6.13). Интразональными элементами карты являются болота, а также поймы и дельты рек. В первом случае это урочища с постоянным застойным увлажнением (в основном, верховые сфагновые грядово-мочажинные), во втором – с периодическим проточным переувлажнением, приведенные по "Ландшафтной карте СССР" (Исаченко и др., 1988). В таблицах интразональные элементы приведены отдельно, так что общая площадь региона или ландшафтной зоны рассчитывалась как сумма их площадей и площадей прочих ландшафтов в пределах проведенных границ данного региона или зоны.

Общая площадь тундр и лесотундры России оценивается в 283.5 млн. га. Обобщенные и развернутые данные по площадям всех рассмотренных ландшафтных группировок приведены в табл. 6.13. Лесотундра различных типов, включая стланики, занимают 44.4 млн. га или 15.7% от общей площади биома в России.

За исключением гидроморфных урочищ, (болота занимают 5.0 млн. га или 1.8% от общей площади биома, речные поймы и дельты - 24.3 млн. га или 8.6%); зональные ассоциации тундрового биома занимают площадь 254.2 млн. га, из которых на долю горных тундр и горных полярных пустынь приходится 43.9 млн. га. В случае исключения последних получаем 210. млн. га как оценку для площади плакорных (зональных) тундровых и лесотундровых группировок растительности России.

Путем суммирования данных по типам экосистем были получены оценки полной фитомассы и первичной продукции для отдельных регионов и зоны в целом. Исходя из запасов фитомассы и продукции, были рассчитаны запасы и годичное продуцирование углерода.

Расчеты были выполнены по всем группам экосистем в пределах отдельных географических подзон во всех 9 ландшафтных провинциях.

Оценка запасов углерода в фитомассе и почвах проведена на основе детального картографирования территории Арктики и ее ландшафтного районирования с выделением регионов с разными показателями продуктивности. Построены 4 компьютерные карты – основы для текущих расчетов и экстраполяций данных по углероду экосистем Арктики.

В качестве исходной информации по фитомассе и годичной продукции тундровых и лесотундровых экосистем использованы экспериментальные сведения по 169 учетным площадям (Bazilevich, Tishkov, 1997) из 73 источников (см. обзоры: Тишков, 2005; Bazilevich, Tishkov, 1997). В ряде случаев допускались экстраполяции. Расчеты были выполнены по всем группам экосистем в пределах отдельных географических подзон во всех 9 ландшафтных провинциях.