Климадиаграмма североамериканских прерий — смешанной
От лесостепи к безлесности настоящих степей
В отличие от субтропической зоны, где леса через широкий пояс саванн с характерными для них редколесьями переходят в аридные сообщества травянистых растений и, наконец, в полупустыни и пустыни, в зоне с умеренным климатом переход от лесов к открытым степям происходит через пояс, в котором леса представлены отдельными островками. Этот пояс получил название зоны лесостепи. При этом речь идет вовсе не об осветленных и остепненных лесных сообществах с обилием характерных для степей растений, подобных тем, что появляются в сухих и теплых районах Центральной Европы как результат чрезмерной эксплуатации лесов (вырубка, выпас скота в лесу). Напротив, в лесостепной зоне островки леса четко отграничены от степи, часто даже нет узкой опушки из кустарников. Если имеется подлесок, то это не что иное, как подрост деревьев, образующих островки леса. Таким образом, границы между лесом и степью не обусловлены господствующим там макроклиматом.
В горной лесостепи островки леса встречаются на прохладных, влажных северных склонах, которые в северных районах Центральной Азии, находящихся в области вечной мерзлоты, оказываются значительно более влажными, чем другие местообитания. На равнинных территориях зоны, переходной между лесом и степью, древесные растения развиваются преимущественно в низинах и оврагах, то есть в местах, куда стекает вода. В областях, где развиты лёссы, деревья находят относительно благоприятные условия для роста на местами встречающихся там песчаных субстратах; последние легко проницаемы для воды и вместе с тем обладают большой влагоемкостью. Деревья растут также на скалах, в трещинах которых собирается вода, однако степные травы там не могут хорошо развиваться. На таких местообитаниях в областях с субаридным климатом деревья имеют преимущества перед злаками, которые нуждаются в почвах, лежащих более мощным слоем. Но "равновесие" между островками леса и участками, занятыми сообществами травянистых растений, все же неустойчивое, и часто даже незначительные преимущества приводят к изменению границ между ними. Так, развитию степи благоприятствуют пожары и выпас скота. Но появление сообществ, подобных саваннам, в степях областей с умеренным климатом и характерными для них лёссовыми почвами невозможно, так как проростки деревьев не в состоянии конкурировать с покрывающими почву травами.
В истинно степной зоне, естественно, никакого древостоя нет. Это обусловлено недостатком влаги в почве летом. Рост деревьев прежде всего ограничен тем, что относительно часто бывают засушливые годы. И если в степях деревья в принципе все же могут расти, как об этом свидетельствуют многочисленные искусственные насаждения (например, защитные лесные полосы в степях европейской части Советского Союза), то из этого отнюдь не следует, что степи могут быть вытеснены лесом. Вероятнее всего, в областях с субаридным климатом деревья еще могут расти на мощных черноземах, если в результате хозяйственной деятельности человека там снижена конкуренция со стороны злаков или полностью отсутствует выпас. Умеренный же выпас, напротив, важен для развития устойчивых степных растительных сообществ. Некогда здесь паслись огромные стада копытных животных (диких лошадей, бизонов, антилоп) и крупные популяции степных грызунов (сусликов, хомяков, мышей). Со временем их все больше вытесняли крупные стада домашних животных.
В местообитаниях на менее мощных черноземах и каштановых почвах постоянные древостои без орошения не сохраняются. В первые годы лесопосадки развиваются хорошо, однако затем из-за все возрастающей транспирации деревья растут все хуже и наконец погибают в засушливые годы. Как показали многочисленные исследования, расход воды на единицу площади растительного покрова в степях существенно меньше, чем в сообществах деревьев и кустарников. Установлено также, что в степных областях, где грунтовые воды расположены неглубоко, под влиянием роста деревьев уровень этих вод постоянно понижается; в итоге влага становится недоступной для деревьев, и они погибают. В общем лесопосадки в степных областях достигают возраста 20 — 30, редко 40 лет, после чего вода, которую в состоянии использовать деревья, оказывается практически израсходованной. Правда, отдельные деревья могли бы сохраняться и дольше, но они прекращают развитие из-за конкурентных отношений, которые существуют в степных регионах с умеренным климатом.
О первостепенной важности воды для развития растений в степях свидетельствует тот факт, что в конце засушливого лета надземные органы растений степных сообществ почти полностью высыхают. Исчерпывается даже тот запас воды, которым довольствуются степные растения. Но в отличие от деревьев степные растения в состоянии переносить такие крайне неблагоприятные периоды.
Остановимся теперь несколько подробнее на особенностях растительного покрова некоторых степных областей земного шара.
Восточноевропейские степи
В Восточной Европе при продвижении с севера на юг в классическом виде прослеживается смена зон растительности. До линии Киев — Горький — Казань — Уфа простирается зона смешанных лесов, с юга к ней до линии Кишинев — Харьков — Саратов — Куйбышев — Оренбург примыкает зона лесостепи. Ее сменяет зона настоящих степей, границы которой доходят до северных берегов Черного моря. И наконец, на юго-востоке, в районе от Волгограда до Каспийского моря, расположены опустыненные степи.
В лесостепной зоне на гидрологически благоприятных местообитаниях встречаются островки лесов. Речь идет о деревьях зоны умеренного климата, которые не могут расти в виде отдельных экземпляров на открытых пространствах, а в естественных условиях всегда образуют древостои с сомкнутыми кронами. Преобладают лиственные деревья. Основной вид — дуб обыкновенный (
Эти лесные островки окружены флористически богатыми разнотравными степями, которые в северных, относительно влажных районах характеризуются обилием растений с яркими крупными цветками. Степные злаки здесь отступают на второй план. Образное описание разнотравной степи Курской области в 1926 г. составил В. В. Алехин (цитировано Л. С. Бергом, 1958). Мы приводим его здесь с некоторыми сокращениями.
Самой ранней весной, когда степь еще бурая от прошлогодней травы, первыми зацветают лиловые анемоны (
Ветреница лесная Anemone sylvestris, Адонис весенний Adonis vernalis, Ковыль перистый Stipa pennata, Колокольчик персиколистный Campanula persicifolia, Прострел раскрытый Pulsatilla patens, Ковыль волосатик Stipa capillata, Мятлик луковичный Poa bulbosa var. vivipara
Ныне эти разнотравные степи, развившиеся на мощных (типичных) черноземах, почти целиком (за исключением территорий нескольких заповедников) распаханы и превращены в полевые угодья. Теперь описанную выше смену цветения разных растений в течение весны и лета можно наблюдать лишь по краям дорог, по межам и на лесных опушках. Островки же лесов в основном сохранились.
Типичные ковыльные степи развиваются на обыкновенных и южных черноземах. С уменьшением мощности богатого гумусом слоя снижается и участие разнотравья в растительном покрове степей. На южных черноземах встречаются только бедные разнотравьем ковыльные степи. На юге Украины все эти степи сейчас также распаханы. Ковыльные степи можно исследовать исключительно на заповедных участках. Один из известнейших степных заповедников — Аскания-Нова — расположен южнее находящегося в нижнем течении Днепра Каховского водохранилища. Здесь южные черноземы контактируют с каштановыми почвами. Описание растительного покрова такой степи привел крупный советский ученый акад. Л. С. Берг:
Смена растительных сообществ и почв в зоне горной лесостепи Северной Монголии. I — сосновый лес; II — березовый лес; III — заросли крупного разнотравья с кустарниками; IV — луговая степь; V — злаковая степь; VI — щебнистая степь
"В середине марта в степи Аскания-Нова начинает пробуждаться жизнь. В промежутках между дерновинами степных злаков появляются первые весенние белые цветы крупки (
Центральноазиатские степи
Еще одна крупная область степи и лесостепи — центральноазиатская — находится в основном в северной и центральной частях Монгольской Народной Республики. К сибирской горной тайге, занимающей самые северные районы этой страны, примыкает зона лесостепи — здесь она представляет собой горную лесостепь, расположенную на высоте 1000 — 3000 м над уровнем моря (Гобийский Алтай). Злаковые степи встречаются прежде всего на высоких равнинах восточной Монголии. К ним примыкает опустыненная степь, постепенно переходящая в пустыню Гоби (южная часть МНР). Такая зональность растительного покрова хорошо отражается и в зональном расположении почв. Если горная тайга развита на вечномерзлых почвах (таежные мерзлые почвы), то в лесостепи господствуют черноземы и темно-каштановые почвы (отчасти тоже вечномерзлые), в области злаковых степей — каштановые и светло-каштановые, в полупустынях — бурые почвы и, наконец, в центре пустыни Гоби — сероземы.
Степи в целом характеризуются зимним (холодным) и летним (сухим) периодами покоя, причем основное время развития растений приходится на весну, когда влажность почв относительно высока. В Центральной Азии из-за резкой континентальности климата оба периода объединяются, и период покоя продолжается исключительно долго — с сентября по май. А так как снежный покров зимой практически не образуется и осадки выпадают лишь в июне, короткая весна бывает очень засушливой, и здесь почти нет развивающихся весной однолетников, столь характерных для других степных областей. Самое теплое время года совпадает с основным временем выпадения осадков, поэтому происходит необычное летнее развитие растений. По биоклиматологическим показателям зона лесостепи в Центральной Азии в июле — августе почти не отличается от европейской зоны смешанных лесов. А из-за того, что сухое время года в основном совпадает с самым холодным периодом, климатические условия препятствуют засолонению почв. Встречающиеся в лесостепи участки вечномерзлых почв летом гораздо лучше увлажнены, чем можно было бы ожидать, исходя из количества выпадающих осадков (обезвоживание зимой, талые воды и вспучивание грунта летом).
В лесостепях и степях Монголии лишь недавно начали заниматься земледелием, и пока лишь небольшая часть почв превращена в пашни. Это позволяет и сейчас исследовать степные растительные сообщества и их экологию в практически идеальных условиях. Особенно большое экологическое, а соответственно и флористическое многообразие обнаруживается в лесостепной зоне. В этих горных районах прохладные и влажные северные склоны с вечно- мерзлыми почвами покрыты лесами. На восточных и западных склонах, отчасти и в долинах на черноземах развиваются луговые степи, а на щебнистых почвах южных склонов — щебнистые степи. Каштановые почвы склонов долин и высоких террас покрыты злаковыми степями. И наконец, на увлажняемых грунтовыми водами низинах образуются вечно- мерзлые болота с буграми (результат вспучивания); такие болота очень напоминают заполярные тундры. В горной лесостепи последовательная смена растительных сообществ и почв от северного склона к южному в известной мере отражает чередование зон растительности на больших пространствах северного полушария, но здесь хвойный и лиственный леса, высокотравье с кустарниками, луговые, злаковые и щебнистые степи сменяют друг друга в пределах небольшой территории (см. схему).
На северных склонах растут небольшие леса, в состав которых входят сосна обыкновенная, или лесная (
Грушанка красная Pyrola incarnata
Купальница азиатская Trollius asiaticus
Пион Марьин корень Paeonia anomala (сильно уменьшено)
Прострел желтеющий Pulsatilla flavescens
Касатик русский Iris ruthenica
Рододендрон даурский Rhododendron dahurieum
Синюха голубая Polemonium coeruleum
На значительных участках горных долин и в виде своеобразных опушек вокруг островков леса широко распространены заросли высокотравья с кустарниками. Вблизи лесов они представляют собой вторичные лесные растительные сообщества, обязанные своим происхождением выпасу и пожарам; при отсутствии этих факторов на месте кустарников из курильского чая мелколистного (
На восточных и западных склонах, влажность почв которых несколько ниже, а также в глубоких долинах, где грунтовые воды не подходят близко к поверхности, на маломощных (бедных) черноземах образуются луговые степи. Они не имеют собственных, характерных только для них видов растений: их растительный покров состоит из представителей горного высокотравья и злаковых степей. Продуктивность таких степей составляет 1000 — 2500 кг сухой массы на 1 гектар, то есть ниже, чем продуктивность зарослей высокотравья (2000 — 5000 кг/га), но все-таки выше продуктивности злаковых степей (500 — 1000 кг/га). Доля в травостое злаков составляет примерно 50%. На местообитаниях, занятых луговыми степями, деревья, конечно, развиваться не могут.
Горная лесостепь северной Монголии. Южные склоны покрывает степь; северные склоны заняты сосновыми и березовыми лесами; восточные и западные склоны покрыты луговыми степями с кустарниками. На переднем плане курильский чай мелколистный (Dasiphora parvifolia)
По сравнению с зарослями горного высокотравья и растительным покровом щебнистых степей луговые степи не столь красочны. В середине лета их вид определяется грязно-белыми соцветиями зопника клубненосного (
Сильно потравленная скотом луговая степь, обильно поросша горькой на вкус полынью холодной (Artemisia frigida)
Наиболее широко распространены в Центральной Азии злаковые степи, встречающиеся исключительно на каштановых почвах. И если южные злаковые степи на светло-каштановых почвах пригодны только для экстенсивного пастбищного животноводства, то северные злаковые степи на обычных и темно-каштановых почвах с успехом могут быть использованы под пашни. В таких растительных сообществах безраздельно господствуют злаки, отсюда их монотонная серо-зеленая окраска. Характерно, что часто на больших площадях преобладает какой-либо один вид злаков: ковыль Крылова (
Снежный покров в этих степях невелик или вовсе отсутствует; а из-за того, что сильные холода наступают сразу, растения в конце вегетационного периода оказываются как бы "свежезамороженными" и выпас можно производить и зимой. В середине мая начинают цвести некоторые травы, образующие прикорневые розетки листьев, и растения-подушки (геофиты), растущие на сухих легких почвах: прострел Турчанинова (
Центральноазиатская луговая степь с лилией узколистной (Lilium tenuifolium), зопником клубненосным (Phlomis tuberosa) и подмаренником настоящим (Galium verum)
В заключение несколько слов о щебнистых степях, развивающихся главным образом в зоне горной лесостепи на маломощных, богатых щебнем почвах склонов южной экспозиции. В их несомкнутом растительном покрове преобладают травянистые растения и полукустарники. Злаки здесь находятся в подчиненном положении, так как их сильно разветвленные корневые системы нуждаются в более тонкозернистых почвах. В зависимости от высотного положения, коренных почвообразующих пород, мощности почв и содержания в них гумуса, а также от интенсивности выпаса растительный покров щебнистых степей обнаруживает разный видовой состав. Эти степи — самые красочные растительные сообщества северных районов Центральной Азии. С весны до середины лета здесь сменяются аспекты, обусловленные цветением тех или иных растений; иногда эта смена происходит даже каждую неделю. Но продуктивность щебнистых степей очень мала: всего 100 — 700 кг сухой растительной массы на 1 гектар в год.
Центральноазиатская злаковая степь с ковылем волосатиком (Stipa capillata)
Весенние аспекты цветения в щебнистых степях подобны тем, что бывают в злаковых степях, где, однако, видовое разнообразие больше. Характерны прилегающие к почве бледно-желтые цветущие подушки остролодочника дерновинного (
Североамериканские прерии
В степных областях Северной Америки, известных под названием прерий, температура понижается с севера к югу, а количество осадков уменьшается с востока на запад. Этими факторами и обусловлено существование многих типов прерий.
Используемая для земледелия прерия близ Скалистых гор
В отличие от евросибирских степей в североамериканских прериях растут тропические и субтропические поздно цветущие злаки, например некоторые виды бородача (
В высокотравной прерии, которую называют также настоящей прерией, выпадает 600 — 1000 мм осадков в год, и здесь могли бы расти деревья. Но из-за сильной конкуренции со стороны крупных злаков, а также из-за естественных и вызываемых человеком пожаров и — не в последнюю очередь — из-за того, что здесь паслись огромные стада бизонов, те всходы деревьев, которые появлялись, погибали, создавая тем самым лучшие условия для развития сообществ травянистых растений. Почвы в высокотравных прериях увлажнены по всей глубине, вплоть до грунтовых вод; корни злаков уходят вниз на 2,5 м. Обогащенных известью горизонтов, типичных для черноземов, здесь нет. Почвы очень плодородны, поэтому почти все они уже в прошлом столетии были распаханы.
В зависимости от влажности почв и рельефа местности высокотравные прерии в свою очередь делятся на три типа. В прериях плоскогорий доминирует бородач
Горечавка лежачая Gentiana decumbens
Зопник клубненосный Phlomis, tuberose
Лилия узколистная Lilium tenuifolium
Термопсис ланцетный Thermopsis lanceolata
Вероника седая Veronica incana
Цимбария даурская Cymbaria dahurica
Мытник желтый Pedicularis flava
Прострел Турчанинова Pulsatilla turczaninorii
Горноколосник колючий Orostachys spinosa
Стеллера карликовая Stellera chamaejasme
Цельнолистник даурский Haplophyllum dahuricum
Гониолимон красивый Goniolimon speciosum
Мытник краснеющий Pedicularis rubens
Рапонтикум одноцветковый Rhaponticum uniflorum
Подобно восточноевропейским и центральноазиатским луговым степям, настоящие прерии богаты разнотравьем; здесь также хорошо прослеживается смена аспектов цветения. Из-за того что здесь не бывает ясно выраженного засушливого периода (если не принимать во внимание годы с экстремальными климатическими проявлениями), для настоящих прерий типичны и позднелетние аспекты цветения. В начале сентября большинство растений завершает свое развитие. В целом для прерий характерно большее видовое разнообразие растений, чем для евроазиатских и азиатских степей.
К восточному краю прерий примыкает соответствующая лесостепи Восточной Европы прерия с дубовым лесом. Из древесных пород здесь господствует дуб крупноплодный (
Смешанная прерия, как о том свидетельствует ее название, представляет собой промежуточную ступень между настоящей прерией и прерией низкотравной. Здесь преобладают главным образом черноземы; корни растений пронизывают их до глубины 1 м. Интенсивный выпас скота способствует исчезновению высоких злаков (и прежде всего —
Прерия низкотравная, напротив, используется для выпаса скота. Почвы здесь каштаново-коричневые, с маломощным гумусовым горизонтом; уже на глубине 25 — 50 см находится горизонт, обогащенный известью. Климат в этой зоне аридный. Низкий злак, называемый бизоньей травой (
Канадская прерия в районе, пограничном с областью лесов. На переднем плане пасущиеся бизоны
Южноамериканская пампа