Мониторинг устойчивого развития лесных экосистем в меняющемся климате

Российская академия наук
Пущинский научный центр
Институт фундаментальных проблем биологии
Э.Г. КОЛОМЫЦ
МОНИТОРИНГ  
УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ 
ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ 
В МЕНЯЮЩЕМСЯ КЛИМАТЕ
МОНОГРАФИЯ
Под научной редакцией доктора географических наук,  
профессора Б.И. Кочурова
Москва
ИНФРА-М
2024

УДК 574.4(075.4)
ББК 28.080.63
 
К61
Р е ц е н з е н т ы:
Семенов Ю.М., доктор географических наук, профессор, главный 
научный сотрудник Института географии имени В.Б. Сочавы Сибирского отделения Российской академии наук; 
Хорошев А.В., доктор географических наук, доцент, профессор 
Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
Коломыц Э.Г.
К61  
Мониторинг устойчивого развития лесных экосистем в меняющемся 
климате : монография / Э.Г. Коломыц ; предисл. Б.И. Кочурова ; под 
науч. ред. д-ра геогр. наук, проф. Б.И. Кочурова. — Москва : ИНФРА-М, 
2024. — 547 с. — (Научная мысль). — DOI 10.12737/2056726.
ISBN 978-5-16-018778-5 (print)
ISBN 978-5-16-111678-4 (online)
В монографии изложена рабочая концепция теории и методов наземного геосистемного мониторинга лесов. Впервые рассмотрена полная триада 
мониторинга в ее классическом определении: «наблюдение (оценка состояния) – контроль (прогнозирование) – управление (адаптация, обратная 
связь, регуляция)». Описаны закономерности локального и регионального 
отклика лесов на глобальные изменения климата. Весь массив научно-методических разработок  систематизирован таким образом, чтобы раскрыть 
содержание  геоэкологического мониторинга с помощью многомерного системного анализа, обогащенного эмпирико-статистическими моделями  базовых и прогнозируемых состояний, гео(эко)систем как целостных динамичных образований. Даются прогнозы изменений биологического круговорота, 
в том числе продуктивности лесов. Представлены аналитические и картографические модели функциональной устойчивости лесных экосистем. Приводятся количественные прогнозные оценки локальной и региональной регуляции лесными экосистемами углеродного цикла в условиях современного 
глобального потепления.
 Для студентов, аспирантов и молодых ученых, изучающих ландшафтную экологию, экологическое моделирование и прогнозирование.
УДК 574.4(075.4)
ББК 28.080.63
ISBN 978-5-16-018778-5 (print)
ISBN 978-5-16-111678-4 (online)
© Коломыц Э.Г., 2024
© Кочуров Б.И., предисловие, 2024

Существует только один бог — знания,
и только один дьявол — невежество.
Сократ
Успех науки — дело времени и смелости ума.
Франсуа-Мари Аруэ (Вольтер)
Предисловие редактора
Вся совокупность научной аргументации, в том числе в географии и геоэкологии, свидетельствует о том, что контроль 
за состоянием природной среды под воздействием внутренних 
и внешних факторов должен присутствовать постоянно. Аргументы 
в пользу экологического мониторинга настолько стали фундаментальными, что дают в руки современных ученых и специалистов 
своеобразное руководство на тему о том, как работать с природной 
средой и ее территориальными образованиями — ландшафтами.
История науки свидетельствует о том, что научные достижения 
и прорывы в науке не усложняют, а образно говоря, «расставляют 
по полочкам» наши представления о мире. Вот и настоящая книга 
Э. Коломыца — это пример серьезного осмысления на основе полученных многочисленных экспериментальных данных состояния 
лесных гео(эко)систем, играющих важную средо- и ресурсоформирующую роль в биосфере.
Монография  является существенно переработанным и дополненным (в целом на 47%) вариантом прежней книги автора «Локальные механизмы глобальных изменений природных экосистем» 
(М.: Наука, 2008). В ней  более целенаправленно представлен реальный опыт локального и регионального геоэкологического мониторинга лесов. Исследование проведено на примере Волжского бассейна, входящего в социально-экономическое «ядро» нашей страны.
Сохранение и воспроизводство лесных ресурсов — прежде 
всего, на юге бореального пояса и на севере пояса суббореального, 
т.е. в критических условиях зональных переходов, представляет 
от леса к степи важную проблему. Особенно актуальной данная 
проблема становится в условиях возрастающего антропогенного 
давления на природу, приобретающего в настоящее время общепланетарные масштабы. К таким феноменам современного этапа 
взаимодействия природы и общества относится уже практически 
начавшееся глобальное антропогенное изменение климата (глобальное потепление) с его весьма разнообразными и подчас трудно 
3

предсказуемыми экологическими последствиями, которые могут 
отрицательно сказаться (и уже сказываются) на устойчивом социально-экономическом развитии регионов. В числе наиболее 
опасных последствий глобального потепления и общей климатической аридизации может оказаться необратимое ухудшение лесорастительных условий на обширных территориях южных маргинальных лесов умеренного пояса. Планировочная организация 
лесодефицитных территорий, учитывающая средозащитную и рекреационную роль лесов, особенно на территориях крупных промышленных узлов, требует разработки научно-методических основ 
ведения лесного хозяйства на ландшафтно-экологической основе 
в условиях меняющегося климата. Представленный в настоящей 
монографии геоэкологический мониторинг лесов как сопряженный 
ландшафтно-экологический анализ их прошлого, настоящего и будущего так или иначе направлен на решение этой актуальной задачи.
Впервые рассмотрена полная триада мониторинга в ее классическом определении И.П. Герасимова и Ю.А. Израэля: «наблюдение 
(оценка состояния) — контроль (прогнозирование) — управление 
(адаптация, обратная связь, регуляция)». Разработана еще слабо 
освещенная в российской и зарубежной литературе проблема локального и регионального отклика на глобальные антропогенные 
изменения климата. Весь массив научно-методических разработок 
систематизирован таким образом, чтобы раскрыть содержание 
гео 
экологического мониторинга с помощью многомерного системного анализа, обогащенного эмпирико-статистическими моделями базовых и прогнозируемых состояний гео(эко)систем как 
целостных динамичных образований. Описаны созданные автором 
за последние 40 с лишним лет эмпирико-статистические модели 
и разработанные на их основе ландшафтно-экологические концепции. Они описывают механизмы (в том числе процессы) формирования ландшафтно-экологических систем как локального, 
так и регионального уровня, их естественную и антропогенную 
 
динамику.
Представленные результаты поисковых исследований автора 
направлены на решение новой прогнозной ландшафтно-экологической проблемы — «Глобальные изменения на локальном уровне», 
разработка которой должна привести к созданию научно-методических основ обоих ветвей геоэкологического мониторинга — биоэкологического и геосистемного. Автором дается подробное обоснование путей и методов установления таких параметров структурно-функциональной организации лесных экосистем, которые 
наиболее чувствительны к климатическим изменениям и которые, 
следовательно, могут быть использованы для разработки регио4

нальных и локальных биогеографических прогнозов. Исследования 
направлены на выявление механизмов функционирования лесных 
экосистем с целью поддержания их устойчивости в меняющемся 
глобальном климате.
В этом отношении данная работа имеет несомненное научнометодическое и практическое значение. Она вносит определенный 
вклад в развитие наименее разработанного направления мониторинга лесов в условиях глобальных изменений природной среды. 
Речь идет об установлении механизмов реакции лесных сообществ 
умеренного пояса, находящихся у южных границ своего распространения, на неблагоприятные для них воздействия процессов современного глобального потепления. Такие механизмы познаются 
наиболее глубоко на локальном уровне экосистемной иерархии, 
что подтверждено опытом многолетних режимных биогеоценологических исследований на комплексных стационарах, в том числе 
в заповедниках и национальных природных парках, как в России, 
так и за рубежом. Однако подобные работы весьма трудоемки 
и длительны, поэтому они обычно ограничиваются изучением выборочных таксонов во времени — динамики, метаморфозы и эволюции незначительного числа «эталонных» экосистем. Вне поля 
зрения исследователей остаются таксоны в пространстве — сами 
функциональные географические поля, обусловленные гео- и биоразнообразием местных природных условий. Между тем именно 
пестрота (топография) этих полей, создающая определенный 
спектр локальных реакций на одно и то же фоновое воздействие, 
обеспечивает устойчивость зонально-региональных типов биогеосистем путем изменчивости и взаимной трансформации слагающих 
их систем локального уровня.
Известные методы биоэкологического и геосистемного мониторинга, основанные чаще всего на сравнительном анализе аэрокосмических материалов, не оперируют прямыми параметрами биологического круговорота в гео- и экосистемах, поэтому они лишь 
в неявном виде могут оценить глубинные функциональные связи 
между биотой и средой, а также спрогнозировать изменение этих 
связей. Соответственно, остается нерешенной проблема методологии и технологии управления функциями природных, аграрных 
и урбанизированных экосистем в условиях изменчивой абиотической среды, что имеет прямое отношение к глобальному потеплению и его экологическим последствиям.
Автор монографии как раз и ставил своей основной задачей 
разработку научно-методических основ пространственного функционального мониторинга лесов на основе эмпирически устанавливаемых локальных и региональных ландшафтно-экологических 
связей, которые рассматриваются в качестве механизмов метаболи5

ческой реакции лесных экосистем на те или иные климатические 
тренды. В таком аспекте проблема мониторинга еще не разрабатывалась, поскольку, во-первых, отсутствовала необходимая фактологическая база, а во-вторых, не была разработана достаточно 
строгая методика самого локального ландшафтно-экологического 
прогнозирования. Автору удалось в определенной степени решить 
обе эти проблемы. На примере крупного региона Восточной Европы — основного водосбора Волжского бассейна, по существу, 
впервые представлен рабочий вариант локальной прогнозно-экологической концепции для зональных типов лесных экосистем, 
которые находятся в современных климатических нишах, близких 
к критическим, и поэтому должны быть наиболее чувствительными 
к глобальному антропогенному потеплению.
Для решения поставленной задачи Э.Г. Коломыц использовал 
уникальный и достаточно обширный эмпирический материал, полученный им и его коллегами в результате многолетних крупномасштабных ландшафтно-экологических съемок, проведенных на экспериментальных полигонах по специально разработанной им же 
методике. Автором создана также подробно описанная в книге процедура локального ландшафтно-экологического прогнозирования, 
основанная на дискретном эмпирико-статистическом моделировании гео(эко)систем, для чего широко использованы известные 
и зарекомендовавшие себя в географии и экологии методы теории 
информации и теории дескриптивных («размытых») множеств. 
Разработка же самих прогнозных ландшафтно-экологических сценариев на период до 2100–2150 гг. основана на трех известных глобальных прогнозно-климатических моделях: GISS-1993, HadCM32000 и E GISS-2007, которые предсказывают весьма неодинаковую 
степень глобального и регионального потепления (а также похолодания) и тем самым позволяют получать различные вероятностные 
варианты экологических прогнозов.
В свете изложенного вполне очевидны научно-методическая 
новизна и оригинальность данного исследования. Оно поднимает 
важную исследовательскую проблему в области прогнозного эмпирического моделирования природных экосистем локального и регионального уровней как рабочий инструмент их мониторинга.
Следует отметить еще один аспект научного поиска, рассмотренный в данной монографии и тесно связанный с основным ее 
содержанием. Как известно, бореальные леса Северного полушария 
вносят огромный вклад в глобальный цикл углерода и тем самым 
в существенной мере определяют устойчивость современного 
климата Земли как планеты. В этой связи проблема сохранения 
и устойчивого воспроизводства лесного покрова умеренного пояса 
в условиях резкого (по существу, катастрофического для юга бо6

реального пояса) воздействия ожидаемых изменений климата приобретает в настоящее время международное социально-экономическое значение.
Рассматривая на уровне элементарных экосистем (биогеоценозов) реальную картину возможного нарушения состояния бореальных и неморальных лесов и их последующей деградации при 
неблагоприятных изменениях климата, автор показал, в каком направлении может измениться биотическая регуляция лесным покровом содержания углерода в атмосфере в различных зональнорегиональных условиях. Установлен также дифференцированный 
вклад отдельных элементарных биохорологических единиц биосферы (по терминологии Н.В. Тимофеева-Ресовского) в реализацию или, наоборот, в нарушение известного принципа Ле Шателье, который характеризует условия устойчивости природной 
среды через изменение парникового эффекта атмосферы. Важно 
подчеркнуть, что все эти оценки основаны на количественном анализе климатогенной динамики основных параметров биологического круговорота в гео(эко)системах топологической размерности 
с выходом обобщающих результатов на зонально-регио 
нальный 
уровень. Тем самым убедительно показано, насколько экологически 
опасным может быть продолжающееся в глобальном масштабе 
техногенное изменение химического состава земной атмосферы. 
До сих пор подобные прогнозные оценки носили самый общий 
(мелкомасштабный и в основном качественный) характер и не рассматривали конкретное, эмпирически обоснованное многообразие 
ответной реакции лесных экосистем на глобальное потепление. 
Проблема биотической регуляции углеродного цикла на локальном 
уровне организации гео(эко)систем оставляет еще весьма широкое 
поле деятельности для дальнейшего поиска.
Оперирование в многофакторном статистическом анализе дискретными параметрами метаболизма — прежде всего, величиной 
продуктивности лесов, позволило автору создать функциональноструктурный прогноз с пространственно распределенными характеристиками и оценить локальное, а затем и региональное разнообразие наиболее вероятных экологических ситуаций. При этом 
несомненное научно-практическое значение имеет описание прогнозируемых изменений самой продуктивности бореальных и неморальных лесов Средней полосы Европейской России как ведущего критерия оценок состояния лесных, а с ними водных и рекреационных ресурсов в данном обширном регионе.
Сильной методической стороной монографии является органичное сочетание в ней, с одной стороны, достаточно строгого, формализованного (эмпирико-статистического) подхода к решению 
задач на каждом этапе мониторинга, а с другой, вполне доступной 
7

для широкого круга ученых и практиков излагаемой процедуры 
сбора, обработки и анализа эмпирического материала. Именно этим 
объясняется приверженность автора методам дискретной математики: теории информации и теории «размытых» множеств, которые 
до сих пор остаются наиболее эффективным инструментом познания 
пространственно-временной организации весьма сложных, многокомпонентных ландшафтных систем как целостных образований. 
Известно, что ни один из «новых» методов моделирования, например 
имитационного, не позволяет более адекватно описать поведение 
ландшафтно-экологических систем как природно-территориальных 
единств с множеством пространственно распределенных параметров, 
а также зарегулированных прямых и обратных связей.
При интерпретации и обобщении своего эмпирического материала 
автор широко использует достижения научной мысли прошлого — 
работы корифеев отечественного естествознания В.В. Докучаева, 
Г.И. Танфильева, Г.Ф. Морозова, Г.Н. Высоцкого, Л.Г. Раменского, 
Б.Б. Полынова, В.Н. Сукачева, Л.С. Берга и др., что существенно повышает фундаментальность проведенного им исследования.
Автор достаточно подробно освещает проблему устойчивости 
ландшафта как сложной геосистемы и ее стабильное развитие. Очень 
важным является то, что критерием устойчивости геосистемы выбрано сохранение репродуктивной способности лесных ландшафтов.
Само содержание книги отличается логичным построением глав, 
четкой постановкой задач и конкретным видением ожидаемых результатов. Отдельно хочется отметить стиль изложения автора. Наряду с замысловатыми и, порой, сложными оборотами понятийнотерминологического аппарата используются красочные метафоры, 
сравнения, эпитеты, совокупность которых образует интересный 
для прочтения и легкий для понимания текст.
Автор оперирует такими понятиями, как географическая экология, экология ландшафта, ландшафтно-экологическая система, ландшафтная геоэкология, что вполне соответствует трансдисциплинарной 
направленности работы. Список основных понятий и терминов, прилагаемый в конце книги, позволяет неосведомленному читателю приобрести навыки в использовании профессиональной терминологии.
Думаю, что опыт проведения подобного исследования может 
найти широкое применение в разработке научно-методических 
основ ведения лесного хозяйства (прежде всего, лесоразведения) 
на экологической основе, а также в программах работ научных коллективов заповедников и национальных природных парков. Монография может служить также своего рода курсом теории и методов 
геоэкологического мониторинга — как учебным и справочным 
пособием для студентов, аспирантов и вообще молодых ученых 
географического профиля. Книга содержит богатый фактический 
8

материал, с многочисленными примерами его разностороннего анализа, которые могут быть использованы в учебном процессе и научном поиске. Как справедливо заметил великий Исаак Ньютон, 
«при изучении наук примеры полезнее правил».
Книга будет интересна всем, кого интересуют идеи гармонизации природы и общества и сбалансированное, экологически безопасное и устойчивое развитие окружающей среды. Она подводит 
определенный итог многолетних научных поисков Э.Г. Коломыца, 
о чем свидетельствует также целый ряд его предыдущих монографий. Их весомый вклад в развитие географической экологии 
можно оценить словами известной писательницы Татьяны Даниловой:
«Если действительно 
“смерть превращает жизнь в судьбу” (Андре Моруа), 
то забвение, как правило, отступает перед яркими судьбами».
Доктор географических наук, профессор
Б.И. Кочуров
9

Кто проявляет себя в деятельности ума и почитает 
ум, видимо, устроен наилучшим образом и более всех 
любезен богам.
Аристотель
IV век до н.э.
Ныне краткое мое и по возможности сил сочиненное мнение и больше усердием к отечеству, нежели 
знанием, наполненное ожидает снисходительного принятия.
Михайло Ломоносов
Марта дня 1764 года
Введение
Большинство экологических проблем современности так или 
иначе связано с вопросами экологически устойчивого развития 
системы «природа — общество» (СПО). Понятие «устойчивое 
развитие» (УР) не имеет четкого определения, однако оно уже 
прошло путь осмысления в многочисленных дискуссиях среди 
специалистов разного профиля и в научной литературе широко используется (Урсул, 1998; Kондратьев и др., 2003 a). Концепция УР 
сегодня дублируется понятием «равновесия». Последнее «…определяется как такое состояние общества, при котором удовлетворение 
сегодняшних потребностей не уменьшает шансы будущих поколений на достойную жизнь» (Турков, Кочуров, 2011, c. 148). В основе концепции УР лежит одно из положений теории ноосферы 
В.И. Вернадского — «…связь законов природы с законами мышления и социально-экономическими законами развития общества» 
(Турков, Кочуров, 2011, c. 146).
В нашем исследовании рассматривается первая часть СПО — 
«биосфероцентрический» аспект УР, т.е. состояние природной 
среды с анализом, однако, системообразующего влияния не только 
естественных, но и антропогенных факторов. Речь будет идти, 
таким образом, об «экологически устойчивом развитии» в трактовке К.С. Лосева (2001), и мы будем придерживаться данного 
определения.
В общем, философском, смысле «…переход на путь УР — это 
начальный этап трансформаций, направленных на становление 
ноо 
сферы. …Ноосфера выступает как бы той целевой ориентацией, по которой устремляется переходный процесс по магистрали УР» (Урсул, 1998, c. 273–274). При этом необходимо иметь 
10