Сложность организации горных стран связана с проявлением вертикальной зональности и близким соседством ландшафтов с разными режимами функционирования и типами БИКа.
Это сопровождается увеличением пространственной вариабельности биогеохимических параметров в соответствии со структурой высотной поясности, ее редукцией, асимметрией или интерференцией поясов. Изучение продуктивности горных ландшафтов включает два аспекта:
- выявление связей биогенеза с изменениями климата с высотой и характеристика биогеохимической организованности горных стран;
- сопоставление параметров БИКа в однотипных ландшафтах разных регионов и установление их провинциальной специфики.
Изменения автотрофного биогенеза на разных высотных ярусах можно проследить на примере Большого Кавказа, отличающегося наиболее полным спектром зон и поясов. Для выявления ординации высотнозональных ландшафтов по методу О. С. Гребенщикова (1974) составлены их климатические ареалы, отражающие соотношение сумм активных температур и атмосферных осадков в разных типах и подтипах, различающихся, по данным Н. И. Базилевич (1993), по продуктивности. Сближение границ дискретных ареалов выявляет их континуальную связь, возникающую при непрерывном направленном изменении значений климатических показателей. Горизонтальная растянутость контуров свидетельствует о эвриплювиальности некоторых формаций (в частности субальпийских лугов).
Высокой продукцией (10-15 т/га в год) отличаются ландшафты вблизи высотного гидротермического рубежа, где коэффициент увлажнения (Ку) близок к единице. Это области достаточной теплообеспеченности и достаточного увлажнения, к которым относится большая часть горно-лесной зоны, а также луговые степи и нижняя часть субальпийского пояса. Выше этого рубежа при уменьшении теплообеспеченности, сохранении высокого увлажнения и увеличении Ку до 2,5-4,5 наблюдается последовательное снижение продукции при переходе от субальпийских ландшафтов к альпийским и субнивальным (до 0,3-3,0 т/га в год). Ниже гидротермического рубежа при увеличении теплообеспеченности изменение продукции контролируется увлажнением. Она падает (до 5-10 т/га в год и менее) в семиаридных условиях типичных и сухих степей (Ку от 0,2 до 0,5), а также в субсредиземноморских ландшафтах можжевеловых редколесий; растет до максимальных величин (24,5 т/га в год) — в субтропических влажных колхидских ландшафтах, где тепло и влага не лимитируют БИК (Ку более 2).
Для характеристики интенсивности автотрофного биогенеза и емкости фитобарьера на основании наших многолетних исследований рассчитаны запасы минеральных веществ, ежегодно вовлекаемых в БИК. Минимальные запасы зольных элементов и их невысокая вариабельность в надземной травянистой фитомассе (0,4-1,0 ц/га), а соответственно и пониженная емкость БИКа отмечены в высотных поясах, где проявляется лимитирующее действие гидротермических факторов: при дефиците увлажнения в сухих степях семиаридных межгорных котловин и при дефиците тепла в субнивальных и альпийских ландшафтах с органогеннощебнистыми и горно-луговыми альпийскими дерново-торфянистыми, иногда фрагментарно развитыми почвами и несомкнутым травяным покровом из альпийского мелкотравья, отличающимся простой вертикальной структурой и незначительной мощностью. В высокогорьях с ростом теплообеспеченности в гумидных условиях наблюдается последовательное увеличение запасов зольных элементов от альпийских лугов к субальпийским.
Разнотипные ландшафты различаются по интенсивности внутреннего оборота органического вещества. Невысокая скорость оборота в горно-лесных ландшафтах (0,02-0,07) свидетельствует о высокой емкости фитобарьера и многолетней задержке элементов, главным образом в связи с их аккумуляцией в стволах и ветвях деревьев (запас зольных элементов до 1,5 т/га). Динамизм БИКа увеличивается в горно-луговых и особенно в горностепных ландшафтах, где скорость оборота возрастает до 1,0-1,2.
Высокой информативностью отличаются данные о биологической продуктивности, приводимые Н. И. Базилевич (1993) для горных ландшафтов Северной Евразии. Их сопоставление показывает, что на фоне общих закономерностей изменения продукционного процесса в разных высотных поясах проявляются региональные отличия у однотипных ландшафтов в зависимости от зонально-секторного положения горных территорий.
В пределах арктического и субарктического поясов наблюдается увеличение продуктивности при переходе от арктических пустынь к горным тундрам, однако их региональные различия незначительны. Это проявляется в близких значениях продукции (1,0-2,5 т/га в год) и фитомассы (11-16 т/га) в пятнистых кустарниково-кустарничковых мохово-лишайниковых тундрах горных регионов Восточно-Европейского и Сибирского секторов. Снижение продуктивности зафиксировано только на севере Дальнего Востока, особенно в тундрах Корякского нагорья.
Гораздо контрастнее региональные различия параметров БИКа в горах умеренного пояса, что хорошо выявляется при сравнении продуктивности горно-таежных ландшафтов разных секторов, которые различаются по гидротермическим условиям в связи с изменением степени континентальности климата. Для темнохвойных лесов умеренно континентального Восточно-Европейского сектора увеличение продуктивности согласуется с ростом теплообеспеченности. Так, продукция и фитомасса этих лесов достигают максимальных значений в южной части суббореального пояса (Кавказ) и снижаются на севере в условиях бореального климата (Хибины). В континентальных и резко континентальных условиях гор Южной Сибири к числу факторов, лимитирующих продуктивность темнохвойных лесов, добавляется увлажнение. Это приводит к ее снижению до минимальных значений в Байкальском регионе при нарастании аридности климата и суровости зим. Муссонный климат юга Дальнего Востока благоприятствует активизации продукционного процесса — именно здесь находится второй в России горный регион с высокой продуктивностью темнохвойной тайги.
В целом тенденция к снижению продуктивности при переходе от Алтае-Саянского региона к Байкальскому и последующее увеличение ее на юге Дальнего Востока прослеживается и для светлохвойной лиственничной тайги. На севере Сибири и Дальнего Востока ее снижение усиливается охлаждающим влиянием многолетней мерзлоты.
Продуктивность горно-степных ландшафтов отличается высоким варьированием и снижается в ряду луговые-настоящие-сухие-опустыненные степи, что характерно для всех горных регионов. Высокой продуктивностью отличаются луговые степи Большого Кавказа, расположенные вблизи гидротермического рубежа, где хорошая теплообеспеченность сочетается с достаточной увлажненностью. Региональные различия настоящих степей проявляются в снижении их фитомассы на Большом Кавказе в связи с интенсивной механической миграцией на склонах, усиливающейся в условиях многовекового выпаса и пастбищной дигрессии.
Характерной особенностью Алтае-Саянского региона является значительная вариабельность параметров биологического круговорота горно-степных ландшафтов в связи с изменением гидротермических условий в более увлажненных внешних и более засушливых внутренних районах горных стран. Снижение продуктивности хорошо выявляется при сравнении фитомассы степей «внешних» и «внутренних» межгорных котловин, которые являются важным орографическим элементов структуры этого региона. В ряде случаев (Чуйская степь), наряду с аридизацией климата, лимитирующим фактором биопродукционного процесса выступает криоаридогенез, что требует учета мерзлотных процессов при оценке биоресурсного потенциала горно-степных ландшафтов Сибирского сектора.
Таким образом, продуктивность горных ландшафтов, как и равнинных, контролируется комплексом зональных и азональных факторов, различные сочетания которых в разных провинциях определяют огромное биогеохимическое разнообразие геосистем регионального уровня.