Наземные и морские экосистемы

Академик Г.Г. Матишов[1], профессор А.А. Тишков[2]

Организация и предварительные результаты исследований морских и наземных экосистем в рамках научной программы Международного полярного года 2007/08 (вместо предисловия)

Статьи настоящего тома открывают цикл публикаций российских полярных исследователей из ведущих научных учреждений Российской Федерации, участвующих в изучении наземных и морских экосистем Арктики – Мурманского морского биологического института КНЦ РАН, Института географии РАН, Арктического и антарктического НИИ Росгидромета, Зоологического института РАН, Института океанологии РАН, Полярно-альпийского ботанического сада-института КНЦ РАН, Всероссийского научно-исследовательского института охраны природы, Института экологии растений и животных УрО РАН, Научно-исследовательского института сельского хозяйства Крайнего Севера и ряда других. В нем представлены предварительные результаты реализации некоторых проектов МПГ, входящих в международную и российскую национальную программы, а также многолетних исследований наземных и морских экосистем.

Согласно принятой Конгрессом МВО резолюции о проведении в 2007–2008 гг. 3-го Международного полярного года, основные усилия по кооперации в реализации его задач предполагалось направить на определение текущих и оценку будущих изменений климата и состояния окружающей среды полярных областей. Впервые в практике МПГ речь шла о более широкой тематике полярных исследований и включении в научную программу МПГ проектов, касающихся изучения, оценки и мониторинга состояния полярной морской и наземной биоты и экосистем, а также природных и антропогенных факторов, влияющих на них.

Учитывая это, еще в 2005 г. рамках Программ фундаментальных исследований Президиума РАН и Отделения наук о Земле РАН были сформированы направления, посвященные разносторонним комплексным исследованиям Арктики и Антарктики. Среди них нашлось место и исследованиям морских и наземных экосистем. Проведенные в 2005 и 2006 гг. специальные совещания по подготовке к МПГ показали высокий потенциал научных учреждений РАН и Росгидромета и их готовность к исследованиям в этом направлении.

В 2006 г. был создан Межведомственный научно-координационный комитет МПГ по участию Российской Федерации в подготовке и проведении мероприятий в рамках Международного полярного года (МНКК) под руководством И.Е. Фролова, куда вошли представители ведущих учреждений Российской Федерации, проводящих полярные исследователи. Прошедшие заседания МНКК определили круг вопросов этого органа, наметили пути координации исследований в Арктике и Антарктике и экспертизы предложений в национальную научную программу МПГ. По направлению «Наземные и морские экосистемы Арктики и Антарктики» (соруководители Г.Г. Матишов и А.А. Тишков) Национальной научной программы МПГ основной массив предложений, прошедших длительное согласование и утверждение, соответствовал целям, задачам и современным приоритетам исследований полярной биоты и экосистем – морских и сухопутных. Все отобранные проекты (более 50) представляли мировой уровень, были конкурентоспособны на «научном рынке» полярных исследований, имели реальные перспективы выполнения и способны обеспечить яркий результат по итогам МПГ в России.

Еще при формировании национальной программы МПГ возникал острый вопрос об отсутствии предложений в национальную программу от некоторых профильных учреждений, ведущих многолетние, известные в мире работы в Арктике – Ботанического института РАН, Института проблем экологии и эволюции РАН, Всероссийского института охраны природы, институтов и научных центров Архангельска, Новосибирска, Красноярская, Иркутска, Магадана, Якутска и Владивостока, в том числе от региональных центров исследований в Арктике. В значительной степени это определялось тем фактом, что целевого финансирования проектов национальной программы МПГ по данной тематике не планировалось, а имевшиеся международные контакты ученых этих организаций позволяли находить иные формы участия в исследованиях по МПГ. Представленные в данном томе материалы также получены по проектам, которые выполнялись в рамках национальной программы, но не получали дополнительного финансирования, а финансировались в пределах исследований конкретных учреждений. Случаи, когда работы имели дополнительное финансирование от международного или национального источника (проекта МПГ) оговорены в специальных ссылках.

Перед тем, как подробно представить работы авторов, обратим внимание читателей на удивительный факт, отмечаемый многими полярными исследователями на совещаниях по МПГ – по количеству, объему и масштабам исследований в этой глобальной международной кооперации преобладают биогеографические и экологические проекты по изучению полярных морских и наземных экосистем.

Действительно, предварительный анализ результатов выполнения международной и национальной программы 3-го МПГ, проведенный одним из авторов в рамках подготовки заседания рабочей группы по Международным научным исследованиям в Российской Арктике Научного комитета Арктического Совета (ISIRA), показал, что, несмотря на традиции МПГ в отношении ориентации на метеорологические и геофизические исследования, в его тематике преобладали биогеографические и экологические проекты, направленные на анализ современной динамики биоты и экосистем или на палеоэкологические реконструкции этапов эволюции природы полярных областей в плейстоцене и голоцене (табл. 1).

Таблица 1. Доля проектов по изучению биоты и экосистем в научных национальных программах МПГ стран, активно участвующих в изучении полярных областей Земли

Анализ касается проектов (всего около 1270 из почти 60 стран), представленных на сайте HYPERLINK «http://www.ipy.org» www.ipy.org, а также составляющих основу национальных программ МПГ. Собственно кластерные проекты международной программы МПГ (166 научных и 52 образовательных), отобранные Объединенным комитетом в составе экспертов в области наук о Земле, а также представителей международных организаций – ВМО, МСНС, Межправительственной океанографической комиссии, Международного арктического научного комитета и Научного комитета по антарктическим исследованиям, имеют четкую ориентацию на «классические» направления исследований МПГ – метеорологию, геофизику, гляциологию, океанологию, геологию. Но в их числе проекты «Морская жизнь в Антарктике», «Биоразнообразие Арктического бассейна», «Эволюция и биоразнообразие в Антарктике» и целый ряд других. Кроме того, значительная часть проектов по социальной и образовательной тематике также была посвящена проблемам «живой природы» Арктики и Антарктики, а часть крупных международных экспедиций МПГ включала биологические и экологические направления исследований. Парадокс заключается в том, что данная ситуация, на наш взгляд, отражает определенный сдвиг приоритетов в полярных исследованиях и показывает важную индикаторную роль полярной биоты в оценках современных природных и антропогенных изменений климата и окружающей среды.

Наиболее частыми объектами биогеографических исследований в рамках проектов международной и национальных программ МПГ становились представители морской биоты, которая испытывает воздействие меняющегося климата и расширения хозяйственной деятельности в полярных регионах.

Здесь необходимо особо подчеркнуть, что исследования арктической морской биоты, ее разнообразия и реакции на внешние воздействия требуют значительной полевой и аналитической работы. В этой связи следует отметить большой вклад в полярные исследования в рамках МПГ специалистов Мурманского морского биологического института КНЦ РАН, которые широко охватили западную часть Арктики – наиболее подверженную современным глобальным изменениям.

Известно, что непосредственно в международной научной программе МПГ число собственно российских инициативных проектов оказалось незначительным. Так называемые «кластеры», объединяющие исследователей из разных стран и организаций, касающиеся морских и сухопутных экосистем и биоты, где лидером выступала бы Россия, практически отсутствуют. Здесь преобладают проекты учреждений Росгидромета, в первую очередь ААНИИ, Института географии РАН по исследованиям ледников, морского льда, атмосферы и океана. Среди международных «кластеров» МПГ близки проблемам изучения арктических экосистем и биоразнообразия проекты: 2 – Зоологического института РАН, 1 – Института океанологии РАН, 2 – Института географии РАН (Т.К. Власовой по созданию циркумполярной системы мониторинга коренных народов и С.В. Горячкина по исследованиям почв полярных широт – криосолей). О биологических проектах МПГ сравнительно полную информацию можно получить на сайте Зоологического института РАН: http://www.zin.ru/projects/RCBD_ZIN/bio_proj.html.

Тем не менее, Россия оказалась исключительно широко представленной именно в международной программе МПГ. Прежде всего, около 400 российских ученых приглашены в кластерные проекты МПГ, в т. ч. около половины из институтов РАН и Росгидромета. Российские специалисты участвуют во всех проектах, касающихся исследования реакции циркумполярной наземной биоты и экосистем на изменения климата в Арктике, динамики численности и состава населения морских, околоводных и водоплавающих птиц, дикого северного оленя, белого медведя, ластоногих и китообразных, панарктической флоры и растительности, функционирования экосистем в условиях потепления и пр. Для примера мы приводим названия нескольких крупных международных «кластеров» МПГ, посвященных изучению наземной и морской биоты, в которых участвуют и российские специалисты (табл. 2).

Таблица 2. Некоторые крупные проекты международной программы МПГ 2007–2008 гг.

Интернет-адреса позволят всеми желающим самостоятельно ознакомится с предварительными результатами данных проектов. Кроме того, в некоторых проектах по социальной тематике сравнительно широко представлена и «биологическая составляющая». Например, материалы по наземной и морской биоте имеются в «кластерах» международной программы МПГ: # 21 Environmental change of the Beringian Arctic; # 46 Traditional land use in the Nenets a.o. (MODIL – NAO); # 151 Network of the social monitoring (PPS Arctic); # 162 Circum-arctic reindeer monitoring (CARMA); # 183 Community resilience and diversity; # 247 Bering sea sub-network (BSSN); # 310 Gas, arctic people and security (GAPS); # 335 Land rights and resources; # 408 Reindeer herders vulnerability (EALAT) и др. Предварительные результаты некоторых «социальных» проектов МПГ представлены в специальном выпуске журнала «Экологическое планирование и управление» (№№ 3–4, 2008). Среди авторов настоящего тома есть и участники данных проектов.

Том открывается обзорными статьями, в которых освещены результаты исследований институтов, участвующих в программах МПГ, и актуальные проблемы исследований арктических экосистем. В статье Г.Г. Матишова и Д.Г. Ишкулова (Мурманский морской биологический институт) показана многоплановая научно-экспедиционная деятельность института, включающая комплексный мониторинг морских экосистем Западной Арктики с научно-исследовательских судов, проведение океанологических и гидробиологических наблюдений на атомных ледоколах по трассе Севморпути, береговые экспедиции и стационарные наблюдения. Работы Зоологического института (Б.И. Сиренко, С.Ю. Гагаев) включали исследования донной фауны Чукотского моря и вод, омывающих Антарктиду.

Современные представления о биоресурсном потенциале и чувствительности морской биоты к антропогенным воздействиям основываются на теории больших морских экосистем (БМЭ). Принципы анализа БМЭ Арктики и сводные данные об их современном состоянии представлены в статье Г.Г. Матишова с соавторами.

И.А. Мельниковым и Р.М. Гогоревым (Институт океанологии РАН, Ботанический институт РАН) рассматриваются современные процессы в экосистеме морского льда центральной части Арктического бассейна и оцениваются возможности ее перехода к условиям сезонного развития. В статье А.В. Долгова с соавторами представлены результаты исследований Полярного института морского рыбного хозяйства и океанографии по изучению ихтиофауны Карского моря.

Особое место среди источников антропогенного воздействия как на морские, так и наземные экосистемы Арктики занимают дальние переносы загрязняющих веществ в атмосфере и речных водах. Исследованиям воздействия крупных промышленных регионов России на окружающую среду Арктики и Сибири посвящена статья А.А. Виноградовой (Институт физики атмосферы РАН).

П.Р. Макаревич и Д.Г. Ишкулов (ММБИ) рассматривают воздействие региональных климатических факторов на внутригодовую, межгодовую и многолетнюю изменчивость сообществ зоопланктона, морских рыб и бентоса Баренцева моря. Сезонное развитие фитопланктона в водах желоба Франц-Виктория и на прилегающей акватории архипелага Земля Франца-Иосифа описано в статье А.А. Олейника (ММБИ). Группа специалистов того же института (Е.А. Фролова, О.С. Любина и др.) выполнила исследования донных сообществ у берегов Шпицбергена, Земли Франца-Иосифа и Новой Земли с представлением большого объема первичных данных.

Две статьи признанного лидера исследований арктических млекопитающих С.Е. Беликова (ВНИИ охраны природы, Московская область) посвящены результатам изучения изменения численности и среды обитания белого медведя и морских млекопитающих российской Арктики под воздействием антропогенных и природных факторов. Важным методическим новшеством в изучении арктической фауны стал круглогодичный мониторинг популяций, выполняемый экспедиционными группами с борта ледоколов, работающих на трассе Севморпути. Методы и результаты исследований белого медведя, выполненных в экспедициях ММБИ последних лет, представлены в статье Г.Г. Матишова, А.А. Кондакова и Н.Н. Кавцевича.

Почти 40 лет исследует уникальную самую крупную в мире таймырскую популяцию дикого северного оленя на полуострове Таймыр Л.А. Колпащиков (НИИСХ Крайнего Севера, Норильск). В своей совместной с В.В. Михайловым (НИИ автоматики и информатизации, Санкт-Петербург) статье он описывает современное состояние популяции, ее пространственное размещение, особенности динамики численности и характер миграций, существенно изменившиеся за последние десятилетия в связи с усилением хозяйственной деятельности на полуострове и изменениями климата.

Известно, что один из самых длинных многолетних рядов изучения динамики численности норвежского лемминга имеется на Кольском полуострове в Лапландском заповеднике. Его сотрудник – Катаев Г.Е. продолжил исследования динамики численности норвежского лемминга, начатые здесь в 1930-х гг. А.А. Насимовичем, Г.А. Новиковым, О.И. Семеновым-Тян-Шанским, Т.В. Кошкиной и др., а затем и обобщил их. Статья представляет большой интерес для прогнозирования динамики этого вида грызунов и выявления трендов в условиях меняющегося климата.

Как это обычно бывает в биогеографических и зоологических сборниках по исследованиям Российской Арктике, в настоящем сборнике широко представлены статьи по орнитологии. Статья Ю.В. Краснова (Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН) обобщает предварительные результаты орнитологических наблюдений 2007 г. на западном побережье о-ва Вайгач. М.В. Гаврило (Антарктический и арктический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург) представляет результаты проекта МПГ, посвященного изучению фауны и населения птиц некоторых высокоширотных островов Западной Арктики. В статье А.Е. Дмитриева (Институт географыии РАН) и В.С. Жукова (Институт систематики и экологии животных СО РАН, Новосибирск) приведены новые данные об орнитофауне севера Гыданского полуострова. М.Г. Головатин (Институт экологии растений и животных УРО РАН, Екатеринбург) публикует предварительные результаты анализа многолетней динамики орнитофауны севера Западной Сибири. В фундаментальной работе П.С. Томковича (Зоологический музей МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва), Е.Г. Лаппо (Институт географии РАН) и Е.Е. Сыроечковского-мл. (Институт проблем экологии и эволюции РАН) представлены современные данные по динамике ареалов, численности и видового разнообразия арктических куликов.

Статья В.К. Жирова и О.Б. Гонтарь (Полярно-альпийский ботанический сад-институт, Кировск, Мурманской области) посвящена адаптации растений к условиям высоких широт. В ней представлены оригинальные принципы классификации растений интродуцентов, что важно для понимания процессов влияния климатических изменений на состав флоры и растительность Арктики. Группа ученых под руководством Д.А. Гиличинского из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Института географии РАН и Института биологии внутренних вод РАН провела обобщение первых результатов исследований микробных сообществ и протистофауны мерзлотных почв России.

Можно надеяться, что в ближайшее время появятся новые монографического плана публикации по результатам исследований наземных и морских экосистем в рамках проектов 3-го МПГ. Эта книга – только начало. Редколлегия благодарит Ю.И. Ивакину, И.С. Янтарову и А.В. Дьяконову (ММБИ) за большую помощь в подготовке материалов к печати.

Articles of this volume open a series of publications of Russian polar researchers from leading resewarch institutions of the Russian Federation who participate in the study of terrestrial and marine ecosystems of the Arctic – the Murmansk Marine Biological Institute KSC RAS, the Institute of Geography RAS, the Zoological Institute RAS, the Institute of Oceanology RAS, the Polar-Alpine Botanical Garden-Institute (PABGI) KSC RAS, the all-Russian Research Institute for Environmental protection, the Institute of Plant and Animal Ecology of the Ural Branch of RAS, the Extreme North Agricultural Research Institute and some others. There are preliminary complementation results of some IPY projects which are included in the international and Russian national programs as well as in long-term studies of terrestrial and marine ecosystems.

According to the resolution on the 3rd International Polar Year 2007–2008 running which was adopted by the WMO Congress the main effort for cooperation within the implementation of its tasks was anticipated for the current definition and assessment of future changes in climate and environment of polar areas. For the first time in the IPY practice wider directions of polar research and the inclusion in the IPY scientific program of projects related to research, assessment and monitoring of polar marine and terrestrial biota and ecosystems, and natural and anthropogenic factors affecting them were considered.

Taking this into account in 2005 within the framework of the Programme for Fundamental Research of RAS Presidium and the Department of Earth Sciences RAS directions of various integrated research of the Arctic and the Antarctic were formulated. The research of marine and terrestrial ecosystems was touched upon as well. Special meetings devoted to IPY preparation which were conducted in 2005 and 2006 have shown a high potential of RAS scientific institutions and Federal Service of Russia on Hydrometeorology and Monitoring of the Environment (Roshydromet) and their willingness to conduct researches in this direction.

In 2006 the IPY Interagency Research Coordination Committee was created for participation of the Russian Federation in the preparation and conducting of activities of the International Polar Year (IRRC) under the leadership of I.E. Frolov. The Commitee included representatives of leading institutions of the Russian Federation, conducting polar researches. Last meetings of IRRC determined the range of issues of this body, figured out ways to coordinate researches in the Arctic and Antarctic and expertise of proposals to the IPY national scientific program. The core array of proposals into the direction «Terrestrial and marine ecosystems of the Arctic and the Antarctic» (co-leaders G.G. Matishov and A.A. Tishkov) of the IPY National scientific program, which have passed a long coordination and approval, was consistent with goals, objectives and priorities of current polar researches of biota and marine and terrestrial ecosystems. All selected projects (over 50) represented the world level, were competitive in the «scientific market» of the polar research, had a real chance to perform works and to get a striking result at the end of the IPY in Russia.

Even during the formation of the IPY national program there was a critical issue of the absence of proposals for a national program from some specialized institutions leading long-term world-known works in the Arctic like the Botanical Institute RAS, the Institute of Ecology and Evolution RAS, the all-Russian Research Institute for Environmental protection, institutes and research centers in Arkhangelsk, Novosibirsk, Krasnoyarsk, Irkutsk, Magadan, Yakutsk and Vladivostok, including regional research centers in the Arctic. This is largely determined by the fact that the trust funding of projects of the national IPY program on this direction was not planned, and available international contacts of scientists from these organizations allowed to find other forms of participation in IPY researches. Materials presented in this volume were also obtained during projects, which were carried out under the national program. Those projects did not receive additional funding and got one from funds of certain institutions. Additional financing of works from international or national sources (IPY project) is stipulated in special references.

Before the detailed presentation of works of authors, we want to draw attention of readers to the astonishing fact which is noticed by many polar researches at IPY meetings: in this global international cooperation biogeographical and environmental projects on the study of polar marine and terrestrial ecosystems dominate in number, size and scope.

Indeed, one of the authors during the work group arrangement of the Science Committee of the Arctic Council (ISIRA) on the international research of the Russian Arctic made the analysis of implementation results of the international and the national program for the third IPY. The preliminary analysis showed that despite the IPY tradition to focus on meteorological and geophysical research biogeographical and ecological projects aimed at the analysis of contemporary dynamics of biota and ecosystems, or at the paleoecological reconstruction of stages of the evolution of the nature of polar regions during the Pleistocene and Holocene (Table 1) were dominant in its category.

Table 1. The share of projects on the biota and ecosystems research in IPY national research programs of countries actively participating in the study of polar regions of the Earth

The analysis concerns projects (about 1270 from nearly 60 countries) which are presented on the web site HYPERLINK «http://www.ipy.org». These projects make the basis of IPY national programs. Actually cluster projects of the IPY International Programme (166 scientific and 52 educational ones) which were selected by the Joint Committee consisting of experts in the field of earth sciences, as well as representatives of international organizations like WMO, ICSU, the Intergovernmental Oceanographic Commission, the International Arctic Science Committee and the Scientific Committee on Antarctic research, have a clear focus on «classical» directions of the IPY research – meteorology, geophysics, glaciology, oceanography, geology. Such projects as the «Marine life in Antarctica», «Biodiversity of the Arctic basin», «Evolution and biodiversity in the Antarctic» and others are among them. Moreover, a significant number of projects on social and educational topics were also devoted to problems of a «wildlife» in the Arctic and the Antarctic, and some large international IPY expeditions included biological and ecological directions of investigations. Paradoxically this situation, in our opinion, reflects a change in priorities of polar research and shows an important indicatory role of the polar biota during the estimation of the current natural and anthropogenic climate and environmental fluctuations.