Центрально-Лесной государственный природный биосферный заповедник


Ландшафты и экосистемы: Южная тайга

Климат

Блоки, лежащие в фундаменте территории, неподвижны или очень медленно опускаются. В результате эрозия поверхности слаба, и все отрицательные формы рельефа коренных пород постепенно заполнялись отложениями московской, а затем валдайской морены. Подобие форм моренного рельефа московского и валдайского возрастов привело к тому, что торф в эти два периода часто накапливался в одних и тех же местах, и современные торфяные отложения голоценового возраста отделены от микулинских торфов слоем терригенных валдайских отложений. Но, в целом, в общей колонке с торфами, охватывающими 125 тыс. лет, сохранились пыльца и макроскопические остатки растений, по которым можно с достаточной полнотой восстановить и облик растений, и климат прошлого.

Одна из таких записей истории была вскрыта скважиной глубиной восемь метров, дошедшей до московской морены. На ее основе удалось восстановить ход среднегодовой температуры за весь период. Микулинский межледниковый период длился 25 тыс. лет, в то время как валдайский ледниковый период – около 83 тыс. лет. В ледниковый период температуры года – отрицательные и в среднем составляют –30 °С. Также хорошо выражены похолодания, определяющие стадии оледенения.

Климат голоцена надежно отражен, начиная примерно с 4,5 тыс. лет (время начала накопления современного торфа). Климат микулинского межледниковья был заметно теплее, чем в настоящее время. Средняя температура самого теплого времени была около +4,5°С, максимум доcтигал +5,7°С (при оценке для современного климата в ландшафтных условиях этой скважины +0,5 – +1°С). Увлажнение на протяжении практически всей известной истории было постоянным и высоким. На тысячелетние колебания климата накладываются более короткие, вековые и годичные, регулярные или чисто случайные. Они и определяют среду, в которой функционирует современная природа и живет человек.

Данные метеостанции  «Лесной заповедник» дают точную характеристику текущего периода. Средняя температура воздуха по метеостанции за последние 43 года наблюдений составляет +4,214°С (от +1,893 до +7,122), что в среднем на 3,5°С больше, чем температура, определенная по составу пыльцы. Это различие вполне естественно, так как температура безлесной территории примерно на 30С выше, чем температура старого елового леса. Среднее количество осадков за год составляет 730,9 мм (от 436,3 до 951,2 мм). Средние температуры и осадки за период с температурами больше и меньше 0°С изменяются существенно, и от года к году практически независимо.

Вполне понятно, что климатические условия зимы и лета по-разному определяют природные процессы. Гидротермический коэффициент Селянинова является хорошим показателем соотношения тепла и влаги на территории. Различным типам ландшафта с различной растительностью соответствует различное соотношение тепла и влаги. Среднее значение гидротермического коэффициента 1,62 соответствует оптимуму еловых лесов. Но в целом чаще наблюдаются годы с высоким переувлажнением, чем с недостатком влаги. За рассматриваемый период наблюдалась слабо выраженная тенденция потепления примерно на 0,4°С в год, слабое нелинейное изменение суммы осадков с максимумами в 80–90-х годах, и примерно такой же ход гидротермического коэффициента.

За 100 лет температура выросла на 0,97°С, а с 1965 года – на 3,8°С. Начало века было холодным, затем наступило потепление с максимумом в 1936 –1939 годах. Это потепление в первой половине XX века широко обсуждалось в научной литературе, и академик Л. С. Берг констатировал его окончание и начало похолодания, отметив, что будущее никому неизвестно.

Рост температуры начиная с 1965 года хорошо выражен, но средние годовые, а тем более средние многолетние температуры очень далеки от максимальных температур микулинского межледникового периода. Количество осадков, выпадавших ежегодно в течение века, изменялось очень слабо. Строгая цикличность не выявляется и в целом – количество выпавших осадков от года к году изменяется случайно.

Итак, климат территории устойчиво влажный и прохладный, со слабо выраженной 50-летней составляющей колебания температуры и осадков. В общем, на рассматриваемой территории тенденция глобального потепления в последние 40 лет хорошо выражена, хотя амплитуда колебания температуры и осадков не привела к кардинальным изменениям растительности и форм хозяйственного использования ландшафта. В целом же на западе Тверской области можно выделить четыре климатических региона с различными соотношениями тепла и влаги и погодными условиями весны. В среднем можно считать, что все представления о течении природных процессов, полученные на основе данных заповедника, справедливы для территории с радиусом в 50–60 км.

По климатическому районированию Центрально-Лесной заповедник расположен в переходной полосе между западноевропейским и восточноевропейским районами континентальной области умеренного климата. В этой зоне преобладают воздушные потоки атлантического происхождения, но часты вторжения с севера холодных арктических воздушных масс.

Большая часть осадков выпадает в теплый период года. Однако, количество выпадаемой влаги существенно превышает суммарное испарение, вследствие чего территория характеризуется положительным балансом влаги (гидротермический коэффициент –1,62; летом может снижаться до 0,5-0,9). Средняя относительная влажность воздуха равна 80%. В розе ветров преобладают ветры южных направлений, средняя многолетняя приземная скорость ветра составляет 3,2 м/сек, величина ее сглажена локальными геоморфологическими условиями. Преобладают дни с переменной и сплошной облачностью. Время солнечного сияния составляет в среднем за год 1170 часов или 45% общего числа возможных часов открытого солнца для данной широты (2680 часов).

Безморозный период в заповеднике длится в среднем 114 дней, в разные годы от 92 до 129 (в 1995 г.) дней. Устойчивый снежный покров образуется в начале третьей декады ноября, а разрушается во второй декаде апреля, однако безморозный период наступает в третьей декаде мая (по среднемноголетним данным – 21 мая). Для весеннего периода харак­терны ветры юго-восточного направления. Облачность в этот период минимальна.

Летом погода относительно устойчива, хотя иногда могут быть заморозки даже в конце мая – начале июня. За лето выпадает значительное количество осадков, главным образом в виде ливней с грозами. Средняя месячная температура самого теплого месяца, июля+16°.

Осенний период более продолжительный и теплый, чем весенний. Спад температуры более плавный, чем нарастание весной. В начале сентября проявляются ночные заморозки (в среднем 12 сентября), но иногда и в конце августа.

Зима начинается в начале третьей декады ноября, когда устанавливается устойчивый снежный покров. Зимний период характеризуется умеренными морозами. Средняя температура января около -10°С. Зима является самым неустойчивым по колебаниям воздуха сезоном. Среднемесячная температура может колебаться по годам от -1 до -26 °С.

Региональный макроклимат трансформируется рельефом в результате перераспределения тепла и влаги в мезоклимат. Активная работа растительного покрова преобразовывает солнечную энергию в фотосинтез, испарение и тепло. Измерения теплового потока от поверхности земли со спутника позволяют увидеть изменение средней температуры в зависимости от рельефа. Если не рассматривать детали, то очевидно, что моренные гряды и особенно их наиболее высокие части и южные склоны существенно теплее, чем озерные котловины. Точно так же со спутников можно определить относительное содержание влаги в экосистеме. Здесь рельеф проявляется как фактор, перераспределяющий поступающие за год атмосферные осадки.

Изменения тепло- и влагообеспеченности в пространстве определяют разнообразие экологических условий, состав растительности и животного населения, биологическую продуктивность, ход естественного саморазвития растительного покрова, формирование почв, эффективность различных форм хозяйственного использования земли. Заповедник репрезентативно отражает климат и, соответственно, функционирование экосистем для климатического района юга Валдайской возвышенности.

 

Климатограмма среднемноголетнего соотношения осадков и температуры

С 1992 г. по программе Российско-Германского сотрудничества в области разработки основ реализации ком­плексного экосистемного глобального мониторинга, на базе Центрально-Лесного биосферного государственного заповедника выполняются, с некоторым перерывом, комплексные высокочастотные наблюдения за климатом. Автоматическая метеостанция AME-60 установлена в урочище Красное, здесь измеряются следующие параметры: скорость ветра, средняя и максимальная температура грунта на глубине 5 см, 10 см и 20 см, температура воздуха, влажность воздуха, глобальная солнечная радиация и уровень осадков. Направление и средняя скорость ветра вычисляются как векторная сумма мгновенных значений скорости ветра за период интегрирования. Измерения производятся автоматически через каждые 15 минут. Все первичные микроклиматические данные, полученные за указанное время, представлены в электронном виде.

Рельеф

 

Рельеф

Генетическая форма

Форма поверхности

Моренные гряды

Выпуклые водроздельные поверхности и склоны

 

Вогнутые склоны

 

Выпуклые водроздельные поверхности и склоны

 

Плоские и слабо

наклонные поверхности

 

 

Вогнутые

плоские поверхности

 

Долины временных и постоянных вотодотоков

Флювио-гляциальные озерные котловины

 

Межгрядовые котловины

Грядово-мочажинные комплексы центральных частей верховых болот

Долины рек

 

Территория заповедника представляет собой слабо всхолмленную водораздельную равнину с характерными формами ледникового рельефа, имеющую небольшой уклон к северо-западу. Абсолютные отметки высот колеблются от 220 до 280 м над уровнем моря. С северо-востока и востока равнина замыкается возвышенностями, высотой 280-300 м над уровнем уровня. Наиболее возвышенная гряда моренных холмов, шириной 2-7 км, проходит в южной части заповедника и является водоразделом притоков Волги и Западной Двины.

Как прежде, так и сейчас разные части территории испытывают восходящие и нисходящие колебательные движения со скоростями, составляющими до нескольких миллиметров в год, и с такими же скоростями сдвига относительно друг друга. Эти автоколебания, продолжающиеся на протяжении миллионов лет, привели к формированию сложной системы вложенных друг в друга разномасштабных блоков с наложенными на них четвертичными ледниковыми комплексами отложений.

Трехмерное представление рельефа, составленное для этой территории, несет в себе отпечаток всех этих процессов.

Гидрология и гидрография

Центрально-Лесной заповедник является водоразделом двух крупных рек Русской равнины – Волги и Западной Двины. Здесь берут начало многочисленные реки и ручьи, впадающие в Волгу (реки: Тудовка, Жукопа, Тюдьма) и р.Межа, относящаяся к бассейну Западной Двины. По минимальному подсчету на один квадратный километр площади приходится 0,75 км лесных речек и ручьев. Речная сеть заповедника имеет слабо врезанные русла, ограниченный водосбор и плохо дренирует территорию. Вдоль речных долин кое-где встречаются пологие песчаные гряды – древние озы (лучше всего выражены вдоль реки Жукопа, начиная с истоков).
 

Почвенно-грунтовые воды на территории ЦЛБГЗ подходят близко к поверхности и даже в сухие годы не опускаются глубже 3.0-3.5 м. Однако уровень их сильно колеблется в зависимости от метеорологических условий и характера рельефа. Вследствие многослойности четвертичного покрова возможны два и более изолированных горизонта грунтовых вод.
 

Весной, а также в период летних и осенних дождей, в торфянистом горизонте и покровном суглинке присутствует верховодка, а собственно почвенно-грунтовые воды наблюдаются на разных глубинах морены. Как отмечает И.Н.Скрынникова (1950), почвенно-грунтовые воды, находясь долгое время в непосредственном соприкосновении с почвенным профилем, по существу, являются почвенным раствором, поскольку они получают из почвы воднорастворимые соединения, вымываемые просачивающимися водами.
 

Химический состав почвенно-грунтовых вод значительно колеблется в зависимости от хода разложения и минерализации органического вещества, характера водного питания. Для южной части заповедника в верхних горизонтах вод отмечается при¬сутствие в водах большого количества растворенного кальция - от 20 до 100 мг/л.
На гидрологический режим территории заповедника существенно влияют верховые болота, особенно наиболее крупные – «Катин мох» (3970 га) и «Старосельский мох» (617 га). На юго-западе - болота «Верховский мох» (около 800 га) и «Демиховский мох» (936 га).
 

Исследование процесса заболачивания лесов под влиянием разрастания современных торфяников показывают, что этот процесс не прекращается. Однако скорость наступления торфяных болот невелика. С другой стороны, по более дренированным и повышенным участкам местами наблюдается наступление леса на болота.
 

Геология

Заповедник расположен на древнем структурном плато между Селижаровской и Нелидовской депрессиями, сложенном палеозойскими породами. Его территория принадлежит обширной Московской синеклизе, испытавшей многократные поднятия и опускания. В период опусканий территория покрывалась морем, и в ней накапливались морские осадочные отложения, в основном – серпуховские известняки нижнего карбона, доломиты и глины. Позднее, они были перекрыты мощным плащом (10-20 м) четвертичных отложений.

На территории заповедника присутствуют три наиболее крупные геоморфологические структуры: моренные гряды московского и валдайского возрастов (последние с хорошо выраженными камами) с высотами 248–267 м над уровнем моря и озерные котловины с высотами 238–243 м над уровнем моря, с общей амплитудой высоты для заповедника и охранной зоны 72,4 м при средней высоте 246,8 м над уровнем моря, с господством практически ровных поверхностей, характерных как для озерных котловин, так и для уступов моренных гряд с углами наклона меньше 10 (41 %) и с типичными крутизнами склонов моренных гряд от 1–30 (28 %) при максимальной крутизне 80. Эти три геоморфологические структуры определяют общий облик ландшафтного покрова и экосистем заповедника.

Наилучшие условия минерализации опада естественны для выпуклых водораздельных поверхностей и склонов моренных гряд. Здесь обычны дерново-палевая, средне-слабоподзолистая почва. Относительно высокая интенсивность минерализации определяет небольшую мощность (до 15 см) гумусового горизонта с хорошо минерализованным органическим веществом (средний гумус – модер). Элювиальный горизонт обычно хорошо выражен, и его мощность связана с мощностью покровного суглинка. Граница пылеватого покровного суглинка и среднего суглинка морены является естественной областью нарушения химических равновесий. Элювиальный горизонт имеет обычно палевый цвет, что объясняется относительно большим содержанием окисного железа из-за периодически низкого содержания влаги. Чем устойчивее увлажнение, тем меньше интенсивность палевого цвета и контрастнее границы элювиального горизонта.

На южных выпуклых склонах, обычно более богатой кальцием московской морены, изредка встречаются и бурые лесные почвы, типичные для западных регионов с более теплым климатом и менее высоким гидротермическим коэффициентом. В таких условиях в среднем выше продуктивность и интенсивность минерализации органического опада и, соединения железа, окрашивающие почву в бурый цвет, менее подвижны.

На вогнутых склонах под папоротниковыми ельниками увлажнение периодически избыточное, что приводит к снижению интенсивности разложения органических остатков и периодическому развитию в элювиальном горизонте глеевых процессов с распространением дерново-слабо-, среднеподзолистых (глееватых) почв.

Сельским хозяйством осваивались в основном дерново-палево-подзолистые и наиболее дренируемые варианты дерново-слабо-среднеподзолистых глееватых типов почв. В этих почвах всегда четко выражен пахотный горизонт с резкой границей на глубине 20–30 см, которая сохраняется, по крайней мере, первую сотню лет.

Почвенный покров

Типы почв: дерново-палево-средне-слабо подзолистая, дерново-слабо, среднеподзолистая глееватая, агродерновая подзолистая, подзолистая (глееватая), торфяно-подзолистая глееватая, перегнойно-глеевая, торфяносто-подзолистая глееватая (глеевая), торфяно- глеевая, торфяная, перегнойно-гумусовая глееватая.
 

Почва есть результат физико-химических взаимодействий растительности, микрофлоры, почвенных животных с исходной почвообразующей породой в условиях конкретного гидротермического режима, определяемого климатом и положением в рельефе. Из него следует, что свойства почвы изменяются сопряженно с растительностью и в соответствии с положением в рельефе. Избыточное количество осадков в регионе и значительное варьирование увлажнения от года к году определяют очень высокую чувствительность почвы к изменению режима увлажнения, зависящего от перераспределения влаги макро-, мезо-, микро- и даже нанорельефом. Это формирует высокую пространственную мозаичность почвенного покрова.
 

В заповеднике сохранилось естественное разнообразие почв южной тайги. Это следствие как общих закономерностей формирования экосистем лесных территорий (гумидность климата, равнинность, промывной водный режим), так и местных особенностей (пестрота почвообразующих пород, различная степень поверхностного и внутрипочвенного дренажа).
 

Наилучшие условия минерализации опада естественны для выпуклых водораздельных поверхностей и склонов моренных гряд. Здесь обычны дерново-палевая, средне-слабоподзолистая почва. Относительно высокая интенсивность минерализации определяет небольшую мощность (до 15 см) гумусового горизонта с хорошо минерализованным органическим веществом (средний гумус – модер). Элювиальный горизонт обычно хорошо выражен, и его мощность связана с мощностью покровного суглинка. Граница пылеватого покровного суглинка и среднего суглинка морены является естественной областью нарушения химических равновесий. Элювиальный горизонт имеет обычно палевый цвет, что объясняется относительно большим содержанием окисного железа из-за периодически низкого содержания влаги. Чем устойчивее увлажнение, тем меньше интенсивность палевого цвета и контрастнее границы элювиального горизонта.
 

На южных выпуклых склонах, обычно более богатой кальцием московской морены, изредка встречаются и бурые лесные почвы, типичные для западных регионов с более теплым климатом и менее высоким гидротермическим коэффициентом. В таких условиях в среднем выше продуктивность и интенсивность минерализации органического опада и, соединения железа, окрашивающие почву в бурый цвет, менее подвижны.
 

На вогнутых склонах под папоротниковыми ельниками увлажнение периодически избыточное, что приводит к снижению интенсивности разложения органических остатков и периодическому развитию в элювиальном горизонте глеевых процессов с распространением дерново-слабо-, среднеподзолистых (глееватых) почв.
 

Высокая чувствительность к увлажнению определяет широкую гамму почв с различными мощностями гумусовых горизонтов, выраженностью элювиального горизонта, характера и степени оглеения. Относительно высокая минерализация грунтовых вод определяет формирование гумусового горизонта с хорошо разложившимся мягким гумусом. В микропонижениях здесь встречаются почвы, в которых непосредственно под гумусовым горизонтом лежит почти белый, четко выраженный элювиальный горизонт.
 

Сельским хозяйством осваивались в основном дерново-палево-подзолистые и наиболее дренируемые варианты дерново-слабо-среднеподзолистых глееватых типов почв. В этих почвах всегда четко выражен пахотный горизонт с резкой границей на глубине 20–30 см, которая сохраняется, по крайней мере, первую сотню лет.
 

На плоских и слабонаклонных поверхностях моренных гряд вне зависимости от их высотного положения, в условиях обычно избыточного увлажнения под зеленомошными, кисличными, чернично-кисличными и черничными ельниками развиваются подзолистые, подзолисто-глееватые и реже подзолисто-глеевые почвы. Почти автономное питание атмосферными осадками без подтока относительно минерализованных поверхностных грунтовых вод ограничивает развитие неморального разнотравья и определяет хорошее развитие зеленых мхов и черники. Разложение мертвых частей мхов, так же как и сфагнума, затрудненно. В результате здесь накапливается грубый гумус, а почвенные растворы обогащены сильными органическими кислотами.
 

Если переувлажнение относительно невелико, то в этих позициях формируются типичные подзолистые почвы с четко выраженным белесым элювиальным горизонтом и сильно уплотненным иллювиальным. Но обычно весной и осенью и в дождливые годы иллювиальный горизонт и нижняя часть элювиального заполнены водой, что и определяет периодическую интенсификацию глеевого процесса, следы которого сохраняются и в сухие сезоны и годы.
 

На слабо вогнутых уступах моренных гряд переувлажнение более постоянно и здесь под сфагнумом формируются торфяно-подзолисто-глеевые почвы. Мощность торфянистого горизонта растет по мере движения к центру котловины, глубина которой обычно не превышает 1,5 м, а подзолистый горизонт постепенно полностью заменяется глеевым. Эти почвы тесно связаны с подзолистыми и между ними существует вся гамма переходов.
 

Общее представление о механизмах почвообразования однозначно определяет накопление большой мощности мягкого гумуса в долинах временных и постоянных водотоков и в вытянутых долинообразных понижениях. Накопление большой массы гумуса определяется высокой продуктивностью, замедленным разложением в условиях переувлажнения и высокой минерализации грунтовых вод. Постоянное переувлажнение определяет постоянный анаэробный восстановительный режим с образованием глеевого горизонта.
 

Устойчивое увлажнение флювиогляциальных озерных котловин, доминирование сфагнумов определяет формирование здесь различных вариантов торфяно-подзолистых глеевых и глееватых почв с большими запасами органического вещества. На границе верховых болот, соответственно, распространены торфяно-глеевые почвы, постепенно переходящие в торфяную залежь.
 

Для долин основных рек в соответствии с условиями увлажнения и характером растительности свойственны перегнойно-гумусовые и перегнойно-гумусово-глеевые почвы. В прирусловых частях долин ручьев и речек с хорошо выраженными водотоками и дренированными склонами долин формируются дерново-глеевые, а в ложбинах стока со слабо выраженными водотоками - перегнойно-подзолисто-глеевые и перегнойно-глеевые почвы.
 

В охранной зоне заповедника на участках с различным возрастом антропогенных нарушений изучаются скорость эволюции и преобразование почв вырубок и пашен при зарастании их лесом. Полученные данные свидетельствуют о том, что при зарастании пахотной почвы лесом в профиле идут процессы дифференциации массы, приводящие к 170-200-м годам к формированию морфологически выраженного подзолистого горизонта. Вместе с тем профиль длительное время сохраняет следы своего антропогенного прошлого.
 

В результате исследования почвенного покрова вырубок был сделан вывод о том, что при ведении лесохозяйственных работ по прогрессивной технологии с минимальными нарушениями и последующим лесовосстановлением, почвенный профиль эволюционирует по пути приближения к фоновым свойствам целинных лесных почв. Однако сильные нарушения и сведение леса на больших площадях с последующей распашкой территории приводят к необратимым изменениям почвенного покрова.
 

Конечно, это лишь генеральная схема генетической связи почв с условиями среды и факторами формирования их разнообразия. Но даже в такой схеме генетический ряд почв выглядит весьма представительно. Весь этот генетический ряд и высокая изменчивость почв на уровне карликовых форм рельефа создают уникальные возможности для исследования тонких деталей почвообразования. Заповедник, безусловно, кладовая для почвоведов.
Проведение углубленные почвенных исследований и картирование территории является важным компонентом проводимых комплексных исследований биогеоценозов заповедника. Основным направлением работ в течение последних 5 лет являются сбор, обработка и интерпретация лизиметрических и тонзиометрических наблюдений на пробной площади, на которой установлено соответствующее оборудование. Продолжены наблюдения за отдельными параметрами почвенных режимов на пробных площадях и катенах.


 


Общая информация