Учёные из Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН (ИПЭЭ РАН) и Института географии РАН исследовали, как многолетняя фрагментация лесов влияет на структуру и функциональный состав растительных сообществ в центре Русской равнины. Анализ 1694 геоботанических описаний из Московской области показал, что фрагментация не снижает видовое богатство лесов, но кардинально меняет их функциональный состав: в крупных лесных массивах доминируют бореальные виды с развитым моховым покровом, тогда как в мелких изолированных участках преобладают неморальные и адвентивные (заносные) виды.
Фрагментация лесов — разделение сплошных лесных массивов на отдельные изолированные участки — представляет серьёзную угрозу для биоразнообразия и экосистемных функций. Московская область служит классическим примером фрагментированного ландшафта умеренной зоны: за последние 500 лет интенсивные рубки, расширение поселений и сельскохозяйственных земель привели к разделению лесов на сотни небольших участков. Однако связь между метриками фрагментации и характеристиками растительности часто остаётся слабовыраженной и трудно интерпретируемой, особенно в условиях множественных природных и антропогенных стрессоров.
Целью исследования стало выявление чувствительности характеристик лесных сообществ к метрикам фрагментации ландшафта с использованием методов, эффективных при низких коэффициентах корреляции. Исследователи рассчитали семь некоррелирующих метрик фрагментации — площадь лесного участка (AREA), плотность границ (ED), контрастность границ (ECON), нормализованный индекс формы (NLSI), число участков (NP), расстояние до ближайшего участка (ENN) и индекс близости (PROX) — и оценили их связь с 20 характеристиками растительных сообществ.
Ключевой результат исследования: видовое богатство и индекс Шеннона древесного и травяного ярусов не показали связи с фрагментацией, однако состав эколого-ценотических групп продемонстрировал максимальную чувствительность. Доля бореальных и олиготрофных (предпочитающих бедные почвы) видов, а также обилие мохового яруса увеличивались с ростом размера лесного участка. Напротив, неморальные (широколиственные) и адвентивные виды доминировали в мелких контрастных участках с высокой плотностью границ.
«Наше исследование показывает, что фрагментация влияет не столько на количество и разнообразие видов, а на видовой состав. Сообщества бореального комплекса с развитым моховым покровом сохраняются только в крупных связанных лесных массивах. Моховой ярус служит одним из основных основным аккумуляторов углерода в почвах бореальных лесов и индикатором их долговременной устойчивости. Увеличение доли неморальных, нитрофильных и адвентивных видов указывает на трансформацию сообществ, связанную с фрагментацией и антропогенным воздействием», — комментирует кандидат биологических наук Иван Котлов, старший научный сотрудник лаборатории биогеоценологии ИПЭЭ РАН, ведущий автор исследования.
Важным результатом стало обнаружение нелинейных (квадратичных) зависимостей между метриками фрагментации и составом растительности. Например, доля бореальных видов сначала резко снижается при увеличении плотности границ, а затем стабилизируется при высоких уровнях фрагментации. Это указывает на пороговый характер реакции экосистем.
Полученные низкие коэффициенты корреляции (|r| < 0,30) при высокой статистической значимости (р<0.005) отражают многофакторность воздействия на лесные экосистемы. Фрагментация приводит к асинхронным ответам компонентов экосистемы, снижая корреляции между структурой и функционированием. Однако комплексный подход — ранговая корреляция, анализ различий между классами и проверка нелинейных взаимодействий — позволил выявить значимые экологические закономерности даже при высокой сложности воздействий.
Результаты исследования имеют важное практическое значение для лесоуправления и природоохранной политики. Сохранение крупных связанных лесных массивов критически важно для поддержания бореально-олиготрофного комплекса и является приоритетной задачей климатической адаптации. Бореальные леса хранят треть всего углерода наземных биомов, и фрагментация приводит к утрате этого потенциала накопления углерода.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 24-17-00120 (полевые исследования, аналитическая работа, статистический анализ данных). Методические исследования поддержаны государственным заданием (тема № 1022033100172-2-1.6.19) ИПЭЭ РАН.