Высотная поясность растительности и почв

Хибинские горы расположены в подзоне северной тайги близ северного предела лесной растительности. Горный характер рельефа обусловил смену чётких высотных поясов почвенно-растительного покрова – лесной пояс сменяется переходным поясом берёзового криволесья (аналог лесотундры), а затем – поясом горной тундры. Наиболее высокие (выше 1000 м) плато можно отнести к субнивальному поясу.

Характер почвенно-растительных поясов определяется целым рядом факторов, а именно: климатические условия, история развития территории, рельеф, характер грунтов.

В связи с потеплением, которое отмечается с начала XIX века, в Арктике расширился климатически доступный для древесной растительности ареал. Если в нижних частях склона возраст деревьев – 150 – 200 лет и более, то на верхних пределах древесной растительности возраст берёз меньше. В настоящее время в Хибинах действительные границы распространения берёзы ниже климатически доступных.

Рельеф и грунты существенно влияют на детали в распределение растительности внутри поясов, иногда разрывая или смещая их границы. Участки, расположенные на склонах северной и южной экспозиции долины Юкспоррлак на одинаковой абсолютной высоте – около 400 метров – получают различное количество тепла: среднеиюньская температура почвы на глубине 5 см составляет 8,8 на склоне сев. экспозиции и 13,6 – на склоне юж. экспозиции. Такое резкое перераспределение тепла ведёт к тому, что на склонах северной экспозиции процесс физического выветривания более интенсивны, чем на склонах южной экспозиции. Это, в свою очередь, ведёт к образованию движущихся осыпей, на которых не может закрепляться растительность. Вертикальные границы поясов на таких склонах резко снижаются. Пояс березняков на склонах сев. экспозиции часто выклинивается, а видовой состав растительности беднее, чем на склонах юж. экспозиции.

Климатические условия и особенно гидротермический режим почв оказывают огромное влияние на жизнь растений. Количества осадков, выпадающих в Хибинах (963 мм), казалось бы, вполне достаточно для жизнедеятельности древесных пород, но надо помнить, что более половины их выпадает в твёрдом виде (в средней полосе – 20 – 30%), а рельеф гор с крутыми склонами и каменистыми невлагоёмкими грунтами обеспечивает быстрый сток. Поэтому плато, а также склоны, сложенные каменисто-песчаными грунтами, по существу, безводны. Усиливают испарение сильные ветры, и баланс может быть неблагоприятным для развития деревьев, особенно таких влаголюбивых, как ель. Стланиковые формы, флагообразные кроны деревьев также являются результатом ветрового воздействия; у перевалов, где скорость ветра наиболее сильная, верхняя граница распространения деревьев обычно проходит очень низко.

Суровые климатические условия и краткий вегетационный период способствовали выработке ряда своеобразных приспособительных свойств: многие растения Хибин – многолетники, так как краткого (2 – 2,5 мес.) вегетационного периода нехватает для полного цикла развития; вегетативное размножение преобладает над семенным. Следует отметить и ряд особенностей внешнего облика растений Севера, связанных с существованием их в суровой среде. Так, карликовость арктических растений экологически обусловлена более благоприятным тепловым режимом почв и защитой от ветра. Основная часть листьев собрана в рыхлые или плотные прикорневые рогатки или дерновины; листья опушённые или кожистые. Среди растений Европейского севера преобладают криофиты, которые довольствуются минимальным количеством тепла зимой и летом. Растительные сообщества обладают пестротой, выражающейся в мозаичности и комплексности.

Снежный покров, снежники и лавины играют огромную роль в характере распределения растительности как в целом по высотным поясам, так и внутри их. Так, облик пояса криволесий и кустарниковой тундры связан, в основном, с повышенным снегонакоплением. В горно-тундровом поясе с изменением мощности и плотности снежного покрова меняется состав растительных сообществ, вплоть до их полного исчезновения на бесснежных участках. Снежный покров, лавины приводят к своеобразным формам развития древесной растительности: саблевидные формы деревьев, стелющиеся формы ели «в юбках», а также большое количество полома деревьев на лавинных конусах.

Хибинский горный массив является одним из немногих районов РФ с наличием арктической, арктоальпийской и субальпийской флор резко выраженного скандинавского типа со всеми его вытекающими особенностями.

Флора района отличается богатством видов лишайников, мхов и сосудистых споровых растений. Из цветковых особенно большую роль играют семейства вересковых, ситниковых, осоковых и роды ивы, камнеломки и другие, преимущественно гипоарктические, арктические и арктоальпийские (по Толмачёву).

Специфика почвообразовательных процессов, как и растительного покрова, определяется рядом факторов. Суровый климат способствует широкому развитию явления вымораживания, следствием которого является механическое перераспределение почвенной массы, обуславливающее своеобразные черты строения почвенного профиля. Большое поверхностное увлажнение (при большом количестве осадков и слабом испарении) создаёт условия образования легкоподвижных органических соединений, которые образуют иллювиальные горизонты с обильным накоплением органического вещества (до 12,5% углерода). Доминирующими почвами района являются альфегумусовые подзолистые, которые образуются на продуктах выветривания нефелиновых сиенитов почти без участия грунтовых вод и верховодок. Растительность является важным регулятором теплового режима почв. Она в значительной степени определяет интенсивность процессов пучения и является активным фактором образования ландшафта пятнистой тундры. Горный рельеф определяет проявление высотной поясности. Склоны различной крутизны и экспозиции создают различные почвенно-растительные комбинации. Рельеф влияет также на перераспределение почвенных вод, несущих коллоидально-растворённые продукты выветривания. Характер коренных пород имеет большое значение для процессов почвообразования. Для всех разновидностей нефелиновых сиенитов, слагающих массив, характерно высокое содержание легкорастворимого нефелина, что оказывает влияние на состав почвенных образований.

При химическом выветривании нефелиновых сиенитов освобождаются щёлочи, которые, насыщая коллоиды почв, развитых непосредственно на выходах этих пород, дают всю гамму примитивных почвенных образований: от щелочных на первой стадии образования до кислых на более зрелых стадиях. Однако, в виду того, что в процессе почвообразования химическое выветривание нефелиновых сиенитов отстаёт по скорости от процесса образования органических кислот и в связи с появлением растительности, щелочные стадии неустойчивы и очень быстро переходят в кислотные. Исключение, по-видимому, составляют примитивные почвы, образующиеся на очень тонком слое делювия, где близко залегающие коренные породы могут долгое время поддерживать щелочную реакцию. Несравненно большую роль как почвообразующие породы играют делювиальные наносы, ледниковые, озёрные и другие четвертичные отложения, образованные, в основном, в результате разрушения и переноса продуктов выветривания тех же нефелиновых сиенитов и поэтому сходных в химическом отношении с последними. Некоторое отличие в них заключается в значительно меньшем содержании щелочей, утраченных в процессе формирования отложений и вымывания их атмосферными водами. Грубый механический состав – в основном, песчаные и супесчаные разности – определяют хорошую водопроницаемость грунтов: грунтовые воды поэтому стоят глубоко и процесс глееобразования очень ограничен. Хибинские почвы не только щебенистые, но и каменистые: заключают и в верхних, и в средних горизонтах куски местной морены, эрратические валуны. Тонкими фракциями, особенно менее 0,01 мм (физическая глина) почвы чрезвычайно бедны, отношение глины к песку составляет 1 : 8 – 1 : 12. Незначительному количеству глинистых цементирующих частиц эти почвы обязаны своей рыхлостью и отсутствием структурности. Основной процесс почвообразования в лесном поясе Хибин – подзолистый, в той форме, которая приводит к образованию гумусовых подзолов.

Как уже отмечалось, для Хибинских гор очень характерно чёткое выделение почвенно-растительных поясов: лесного, субальпийского и альпийского. Остановимся на краткой характеристике каждого из них (рис.3).

Пояс хвойных и смешанных лесов занимает днища долин, подножья склонов гор и не поднимается выше 470 метров абс. высоты. Лесной пояс в Хибинах занимает около 37% площади массива. Наиболее характерны для Хибин елово-берёзовые леса, занимающие наибольшую часть всей площади этого пояса. Сосновые леса занимают значительную площадь на северо-востоке и севере Хибин. Елово-берёзовые леса можно разделить на три основных типа: травянистые, кустарничковые и лишайниковые.

Наиболее распространены кустарничковые ельники. Древостой в них довольно разрежен, что вообще характерно для Хибин. Ель не достигает здесь такой величины, как в травянистых ельниках – не выше 15 – 20 метров. К ели обычно примешивается берёза, иногда числено даже преобладающая. Встречается рябина, осина и черёмуха. Это растения первого и второго ярусов. Кустарничково-травянистый покров довольно однообразный, в нём наиболее часты: водяника, или шикша, гермафродитная, черника, голубика, щитовник Линнея, луговик извилистый, золотарник лапландский, филлодоце голубая, линнея северная, грушанки, марьянник луговой и лесной, рамишия однобокая.

Травянистые ельники приурочены к наиболее защищённым и хорошо увлажнённым участка долин, чаще всего, к подножьям склонов. Из древесных пород здесь преобладают, кроме ели, берёза, ольха, рябина, черёмуха, осина, древовидные ивы. Травной покров богат и разнообразен и содержит виды, в других местообитаниях не встречающиеся, например, вороний глаз, воронец красноплодный. Гигантский для Хибин (до 1 метра высоты) травянистый покров отмечен у подножий склонов, дренирующих апатит-нефелиновые породы, например, у массива Куэльпорр. На плато Расвумчорр на участках распространения рудного апатит-нефелинового тела степень покрытия растительностью достигает 75%, в то время как на окружающей территории, сложенной рисчорритами, ювитами и др., растительность метами отсутствует.

Лишайниковые ельники (с преобладанием в покрове Cladonia alpestris) представляют вообще довольно редкое явление; они встречаются в предгорьях, в северо-восточной и юго-восточной частях массива, небольшими участками среди кустарничковых.

Сосновые леса встречаются в Хибинах по западной и северной окраинам и в долине реки Тульйок. Основные типы сосновых лесов – кустарничковые, лишайниковые и зеленомошные (большей частью сфагновые). Из остальных древесных пород самостоятельные заросли образует только ольха. Ольшаники встречаются небольшими участками по долинам рек на аллювиальных почвах. Кроме того, в лесном поясе встречаются болота, луга, долинная тундра, растительность каменистых россыпей.

Болота в Хибинах широкого распространения не имеют. Чаще встречаются низинные, преимущественно осоково-пушицевые, меньше – с преобладанием гипновых мхов. Типичных верховых болот в Хибинах нет, но болота со значительным участием сфагновых мхов нередки. Встречаются ключевые болота, например, в долине Юкспоррлак, имеющие характерную флору: дягиль норвежский, кипрей и некоторые другие. Луговая растительность представлена лесными и прирусловыми лужайками. Те и другие для Хибин являются первичными, хотя в результате деятельности человека значительно увеличиваются по площади. По каменистым россыпям в лесной пояс внедряются многочисленные альпийские растения.

Весьма своеобразным явлением, наблюдаемым в Хибинах, является наличие долинной тундры в пределах лесного пояса. Такая тундра развита в котловинах озёр Большой и Малый Вудъявр, Порокъявр и некоторых других, сложенных с поверхности валунно-галечниковым сцементированным материалом. Причиной этой инверсии интересовались многие исследователи; среди них были сторонники объяснения образования долинной тундры за счёт климатических факторов и сторонники такой причины, как чрезвычайная бедность почвообразующей породы и почв. Основным эдификатором этих тундр является вереск обыкновенный, что сближает их с западно-европейскими вересковыми пустошами и позволяет называть вересковой тундрой. Сходство с вересковыми пустошами усиливается присутствием изредка встречающихся угнетённых (до 1 м высоты) сосен и карликовой берёзы. Последняя произрастает преимущественно по берегам рек Кукисйок и Вудъяврйок.

Снежный покров в лесном поясе распределяется равномерно, особенно в нижних частях склонов. На открытых участках долин, где создаются предпосылки для перераспределения снежного покрова, образуются снежники речных русел, террас и эрозионных врезов. Снежные обвалы – лавины, столь характерные для Хибин, часто разобщают лесной пояс нижних частей склонов на отдельные участки, которые покрыты молодым лиственным лесом с поваленными деревьями и огромным количеством обломков.

Почвообразующие породы лесного пояса представлены обычно делювиальными, моренными, флювиогляциальными и элювиальными отложениями. Рыхлые наносы грубого механического состава характеризуются чрезвычайно частой сменяемостью и неоднородностью. Этим и объясняется наблюдаемая в пределах нижних частей склонов большая пестрота почвенного покрова, которая усиливается влиянием микрорельефа и гидрологических условий. Основными типами почв лесного пояса являются средне- и сильноподзолистые с иллювиально-гумусовым горизонтом. Широко развиты подзолистые почвы без горизонта А1, т.к. обильное промывание грунтовыми водами уносит большую часть органических веществ. Во всех горизонтах большое количество валунов, гальки, размеры и количество которых возрастают с глубиной. На вершинах моренных холмов и гряд развиты гумусово-железистые почвы, в пониженных участках рельефа – оторфованные и близ болот – торфяно-глеевые. Очень характерны погребённые почвы, особенно в пролювиально-лавинных конусах и близ русел рек.

В настоящее время по многолетним наблюдениям доказано, что между верхними границами лесов в Хибинах и их возможными тепловыми пределами существует разрыв в 200 – 300 м. Интересно, что не недостаток тепла, а недостаток влаги в летнее время, обусловленный лёгкостью гранулометрического состава почв, который усиливается ветровым иссушением, является главным фактором, препятствующим продвижению деревьев вверх по склону.

О колебании границ высотных поясов в недалёком прошлом говорят находки древесных стволов и подзолистых почв в горно-тундровом поясе Хибин, а также наличие каменных россыпей и солифлюкционных террас в лесном. В тундровом поясе на горе Юмечорр встречены остатки стволов деревьев (остатки древесной растительности встречаются и на других массивах Хибин). Радиоуглеродный анализ по C¹⁴ составил 600 ± 90 лет, но встречены и более разложившиеся стволы, т.е. более древние. Исходя из этого, можно предположить, что последнее максимальное поднятие прямоствольной растительности в Хибинских горах завершилось около 800 – 900 лет назад, когда лес поднимался до высоты 520 – 550 метров (современная верхняя граница леса составляет 400 м); затем условия ухудшились, граница леса опустилась до 270 – 300 метров, и, наконец, около 200 лет назад началось улучшение климата и смещение границы леса вверх, особенно быстро – за последние 30 – 40 лет.

Пояс субальпийских березняков занимает узкую полосу (около 150 метров) между лесным поясом и тундрой. Верхняя граница этого пояса проходит на уровне от 450 до 600 м (в зависимости от экспозиции склонов, степени развития осыпей и т.д.). Площадь, занимаемая субальпийскими березняками, – примерно 6%. Верхняя граница субальпийского пояса на склоне южной экспозиции долины Юкспоррйок совпадает со срднеиюльской изотермой 11 – 13. К поясу криволесий часто относят заросли карликовой берёзы, встречающиеся на той же высоте и часто причленяемые к ерниковой тундре альпийского пояса. В этих зарослях почти отсутствуют лишайники и тундровые кустарнички, зато присутствуют типично лесные виды, такие как купальница европейская, герань лесная, бодяк разнолистный. Субальпийские березняки могут быть разделены, как и ельники, на травяные, кустарничковые и лишайниковые. Травяные березняки приурочены к более крутым склонам хорошим увлажнением. Для их покрова наиболее характерны некоторые лесные виды (отмеченные выше для ерников), а также золотарник лапландский, луговик извилистый, костяника каменистая, щитовник Линнея, нередко также черника. Наибольшее распространение имеют кустарничковые березняки, особенно с преобладанием водяники; покров их весьма сходен с покровом кустарничковых ельников. Лишайниковые березняки можно встретить значительно чаще лишайниковых ельников.

К субальпийскому поясу приурочены также хорошо развитые приречные и разнотравные лужайки, снеговые лужайки с разнотравно-злаковыми ассоциациями, на которых встречается большое количество видов, характерных как для лесного, так и для тундрового пояса. В поясе берёзовых криволесий особенно ярки связи жизни растительных сообществ мо снежным покровом, который накапливается в этом поясе больше, чем в других. Мощный снежный покров обеспечивает защиту от ветра, от глубокого промерзания грунтов и обеспечивает влагой. С другой стороны его влияние сказывается в создании саблевидных форм деревьев, изогнутых вниз по склону, или асимметричной кроны.

Почвообразующими породами служат сероватые и бурые делювиальные отложения, а также моренные пески и супеси с большим количеством валунов. Почвенный покров представлен комплексом подзолистых и торфянисто-иллювиально-гумусовых почв. Встречаются отдельные участки подзолистых почв, которые являются, по-видимому, реликтами лесных ландшафтов недавнего прошлого. В верхней части пояса (500 – 600 м) с развитой кустарниковой и ерниковой тундрой доминирующими почвами служат перегнойно-щебнистые с иллювиально-гумусовым горизонтом; в профиле этих почв иногда намечен элювиальный горизонт. Под моховым покровом и черничниками яснее намечается оподзоленность, чем под лишайниками. В глубоких понижениях и расщелинах между камнями встречаются торфяные иллювиально-гумусовые подзолы под покровом сфагнума, ерника, белоуса и осок.

Часто употребляемый для Хибинских гор термин «тундры» вполне оправдан тем, что свыше 50% площади Хибинского массива занято тундровым поясом. Альпийский горно-тундровый пояс начинается с 500 – 600 метров абсолютной высоты и занимает верхние участки горных склонов, плато, днища цирков. Для нижней части пояса характерно наличие хотя и не всегда сомкнутого, но довольно развитого растительного покрова; верхняя часть – каменистая, «холодная пустыня» (по Аврорину), где растительностью покрыта лишь незначительная часть всей площади.

В самостоятельный пояс часто выделяют пояс кустарничковых горных тундр, занимающий нижнюю и меньшую часть горно-тундрового пояса, чаще на склонах южной и юго-западной экспозиции. Кустарничковые тундры представлены различными ассоциациями голубичников, вороничников и мелких кустарничков с участием филлодоце, лаузелерии лежачей, а также дриады. Из древесных к карликовой берёзке местами присоединяются кустарниковые ивы, реже встречаются заросли можжевельника, обычно в низкорослой форме (не выше 20 – 40 см). На участках скопления мелкозёма развиты злаково-разнотравные лужайки. Современные мерзлотные образования, развитые в этом поясе, проявляются в образовании оплывных террасок с задернованным бордюром. В местах скопления снега наблюдается смена кустарничковой тундры злаково-разнотравной. В пределах пояса кустарничковых тундр наблюдаются старые стволы деревьев и реликтовые подзолистые почвы, свидетельствующие о недавнем более высоком положении верхней границы леса.

Почвы этого пояса торфянистые гумусово-иллювиальные или перегнойно-щебенчатые и торфянисто-щебенчатые гумусово-иллювиальные. Под моховым покровом наблюдается большая оторфованность в верхнем слое и более чёткая окраска в гумусовом горизонте по сравнению с почвами, развитыми под лишайниковым покровом.

Так же выделяют пояс мохово-лишайниковых горных тундр, лежащий на высотах о 700 до 850 – 900 метров, занимающий верхние части склонов, сниженные плато, днища цирков и каров, иногда – верховья долин. Для этого пояса решающее значение имеют последовательно сменяющие друг друга ягельные (с преобладанием Cladonia alpestris, C. rangiferina, C. silvatica и др.), цетрариевые (с преобладанием Cetraria nivalis, C. cucullata) и алекториево-цетрариевые лишайниковые тундры. Кустистые лишайники наибольшего развития достигают в условиях достаточного снежного покрова, а также постоянной повышенной влажности воздуха. Кустарнички в этом поясе весьма обычны, но представлены стелющимися или низкорослыми формами. Значительные площади пояса заняты каменными россыпями, выходами коренных пород, участками развития каменных многоугольников и полос. Поверхность каменных обломков покрыта накипными или листоватыми лишайниками, которые чаще селятся с южной стороны, например, географикус. Накипные, или корковые, лишайники (рода Pertusaria, Ochrodelia tartarea и др.) являются также и пионерами заселения участков с нарушенным растительным покровом. На выходах коренных пород широко селятся лишайники рода Rhizocarpon и др.

Почвы пояса сильно-каменистые горно-тундровые со слабой дифференциацией на горизонты и светлой окраской. Но это – целый комплекс разностей, различающихся морфологическим строением. Часто эти почвы имеют моховую дернину (до 10 см), под которой лежит слабогумусированный бурый горизонт (до 25 см); ниже – щебень и коренные породы. Большое значение для формирования почвенно-растительного покрова в тундровом поясе имеет снежный покров. Пестрота ландшафтов горной тундры в значительной степени определяется неравномерным распределением снежного покрова. В верхних частях склонов, с которых снег сдувается ветром, развиты процессы вымораживания, течения грунта, и растительность там практически отсутствует. В пониженных частях рельефа под прикрытием снега развивается кустарничковая и разнотравно-злаковая растительность, а на более высоких участках рельефа – лишайники. Там, где снег скапливается в большом количестве, растительность отсутствует, т.к. снег на этих высотах стаивает лишь во второй половине лета.

Ещё выше (более 900 метров) на плато горных массивов снежно-ледяные образования и процессы мерзлотной переработки элювия являются господствующими, что определяет облик этого пояса и позволяет охарактеризовать его как субнивальный, т.е. переходный от тундрового к поясу вечных снегов и льдов, который в Хибинах не представлен. По существу, это – «каменная пустыня», где растительность составляет не более 1% площади, а основная часть покрыта крупнообломочными каменными россыпями, чередующимися с участками дресвяно-щебнистых россыпей, структурных грунтов и выходов коренных пород. На окраинах плато, хорошо увлажнённых за счёт подпора грунтовых вод с центральных каменистых частей, располагаются отдельные растительные группировки с преобладанием осоки, ожики изогнутой, ситника трёхраздельного и с участием селены, ивы, кассиопеи. Центральные каменистые участки плато заняты разреженными куртинами арктоальпийской растительности. Здесь обычны филлодоце, кассиопея, плаун, селена, осока, камнеломка, ожика, ситник трёхраздельный, сердечник маргаритковый. Но и они приурочены к западинам и расщелинам между камней, в ветровой тени, где используют накопившиеся отдельные участки мелкозёма.

Почвы плато сильнокаменистые, горно-тундровые со слабой дифференциацией на горизонты. В основном они формируются непосредственно на продуктах выветривания коренных пород. Среди каменистых россыпей и на выходах коренных пород происходит аккумуляция мелкозёма и органического вещества из отмерших пионеров растительности. Почвенные профили, развитые под моховым покровом, более гумусные, под лишайниковым – более железистые.