В горах необходимо различить по меньшей мере две линии, связанные с верхним пределом распространения древесных растений:
а) верхнюю границу одиночных — прямоствольных или стланиковых — деревьев; б) верхнюю границу лесов — мелколесий. Верхний предел лесов имеет значение более важного ботанико-географического рубежа; с ним совпадает граница между подгольцовым и горнотундровым поясами.
Положение верхней границы леса в той или иной горной местности зависит, прежде всего, от климатических условий. В северном полушарии мы наблюдаем в горах по мере движения с севера на юг постепенное повышение линии верхнего предела лесов (в соответствии с увеличением тепла).
Однако даже отдельные вершины одной горной системы, находящиеся на одной и той же линии географической широты, характеризуются обычно своими различиями в положении верхней границы леса. Эти различия во многих случаях также вызываются климатическими причинами, но местного порядка, связанными с неравномерностью распределения осадков в пределах горной системы и т. п. Кроме того, положение верхней границы леса зависит от характера горных пород и наличия мелкоземистого почвенного слоя на горных склонах.
Конечно, вскрывая общую географическую закономерность, какой является изменение линии лесного предела в зависимости от широты местности, приходится отвлекаться от частных, малосущественных деталей. Для сравнения нужно выбирать более крупные горы с хорошо выраженными высокогорными поясами растительности и исключать из рассмотрения небольшие горы, незначительно выходящие за линию лесного предела, на которых безлесие вершин определяется явно эдафическими условиями.
Изменение верхнего предела лесов в горах Урала в зависимости от географической широты местности было отмечено впервые М. Ковальским и Э. К. Гофманом и нашло отражение в составленном первым из названных участников Североуральской экспедиции Русского географического общества продольном профиле Уральского хребта. Однако в более широком географическом плане закономерное повышение верхней границы леса в горах по мере движения на юг было установлено известным сибирским географом, ботаником и путешественником В. В. Сапожниковым, проследившим на основе преимущественно личных наблюдений изменение линии верхнего предела леса, начиная от зональных тундр севера Западной Сибири, относимых почти к уровню моря, через Алтай и Джунгарский Ала-Тау до центрального Тянь-Шаня.
Сопоставляя повышение верхней линии леса в связи с географической широтой местности, В. В. Сапожников установил, что уменьшению широты на 1° соответствует повышение линии леса на 100 м.
Интересно проследить, насколько приложима к условиям Урала закономерность, подмеченная В. В. Сапожниковым. Для этого прежде всего следует проанализировать уже упомянутый профиль северной части Уральского хребта, составленный Североуральской экспедицией Русского географического общества. На основе данных геодезической съемки, на этом профиле нанесена линия верхнего предела лесов. Здесь совершенно ясно выступает повышение границы леса в горах по мере движения к югу, однако величина этого повышения не одинакова на разных участках исследованной части хребта (очень незначительно, например, повышение между 66° и 64° с. ш.). Для того, чтобы представить общую картину, сопоставим данные, приводимые для самых крайних пунктов, вошедших в район работ экспедиции. Так, под 67°30′ с. ш. граница леса располагается на высоте 91 м, а под 61° с. ш.— на высоте 762 м. Таким образом, на этом участке граница леса повышается на 671 м, что составляет повышение в 103 м на 1° широты. Как видно, полученные данные очень близки к данным В. В. Сапожникова.
В северной части Уральского хребта специальные наблюдения над изменением верхнего предела лесов в зависимости от широты местности производил В. Б. Сочава. На исследованном им участке повышение линии верхнего предела лесов на 1° широты составляет 150 м.
Можно сопоставить также данные Б. Н. Городкова, полученные в верховьях р. Соби, с нашими материалами исследований в районе Денежкина Камня. Верхний предел более или менее сплошных лесов в верховьях р. Соби расположен на высоте 210 м, а на Денежкином Камне — на высоте 900 м. Линия верхнего предела леса на этом участке хребта повышается на 690 м, что составляет на каждый 1° широты местности 105 м повышения. Однако, если мы сопоставим верхний предел лесов на Северном и Южном Урале (по нашим наблюдениям), то столь резкого повышения верхней границы леса не обнаружим. Так, на участке от Денежкина Камня до горы Яман-Тау линия лесов поднимается с 900 до 1250 м, что дает повышение около 57 м на каждый 1° широты.
Таким образом, верхняя линия лесов в северной части Урала повышается сравнительно быстро по мере движения на юг. Но, начиная с южной части Северного Урала (район Денежкина Камня и Тылайско-Конжаковско-Серебрянского горного массива), это повышение замедляется, а местами совсем приостанавливается, так как многие вершины гор далее не достигают линии возможного климатически обусловленного предела лесов.
Менее отчетливо проявляется зависимость верхнего предела лесов от экспозиции склонов. В северной части Уральского хребта, по наблюдениям В. Б. Сочавы и Б. Н. Городкова, лес обычно выше поднимается на южных и восточных склонах, чем на северных и западных, причем разница достигает 80—100 м.
В южной части Северного Урала граница леса относительно снижена на западных более увлажненных склонах, сильнее подверженных к тому же воздействию ветров. Так, в горах бассейна р. Вишеры, в западной части хребта, верхний предел лесов проходит на высоте 550—650 м, в то время как на Денежкином Камне, расположенном к востоку от водораздельной линии, леса поднимаются в горы до 900 м.
Но очень часто отмеченные закономерности расположения верхнего предела лесов в зависимости от климатических причин нарушаются в связи с местными почвенно-грунтовыми условиями. Особенно сильно понижают верхнюю границу леса обнажения скал на крутых склонах и каменные россыпи.
Верхняя граница леса не всегда определяется только климатическими причинами. Во многих случаях безлесье горных вершин связано с отсутствием почвы на гольцах, покрытых грубыми каменными россыпями. Поэтому можно, следуя В. Б. Сочаве и другим авторам, различать верхние границы леса, достигшие климатического предела, и лесные границы, не достигшие климатического предела, обусловленные почвенно-грунтовыми причинами.
На Полярном и Приполярном Урале лес достигает климатического предела на пологих склонах, обогащенных ледниковыми наносами. На Северном Урале местами в глубоких долинах на крупных горных вершинах (например, долина р. Сухого Шарпа на Денежкином Камне) и на пологих склонах седловин лес почти достигает своего климатического предела. Здесь почвенно-грунтовые условия с подъемом сменяются не резко, и выше границы леса имеется мелкоземистый почвенный слой, который может служить, субстратом для произрастания древесных пород. В таких случаях мы можем; рассматривать отсутствие леса выше его современного предела как следствие неблагоприятных климатических (а не почвенных) условий, то есть говорить о границе леса, в основном обусловленной климатическими причинами.
Нередко сразу же за верхним пределом леса, как, например, на восточном склоне хр. Сабля, субстрат становится каменистым, почти лишенным мелкоземистых частиц. Здесь наблюдается в основном эдафически обусловленная верхняя граница леса.
Два приведенных выше примера характеризуют крайние случаи, когда в той или иной степени удается проследить в отдельности влияние взаимна переплетающихся климатических и эдафических факторов, определяющих верхнюю границу леса в горах. Нужно иметь в виду, что эти факторы действуют на древесные растения совместно, и очень часто их бывает трудно разграничить, выделив из них решающий в конкретных условиях.
В природе нет чисто климатических и чисто эдафических границ леса. Подразделение это условно, и можно говорить только о той или иной степени приближения границы леса к ее климатическому и эдафическому пределу.
В последнее время некоторые авторы выделяют большее количество типов; границ леса в зависимости от ведущих факторов, их лимитирующих. Так, по В. Г. Колищуку, в Карпатах встречаются верхние границы леса следующих типов: 1) климатическая — а) термическая, б) ветровая; 2) эдафическая; 3) антропогенная. К. В. Станюкович насчитывает семь типов границ: температурная, ветровая, эдафическая, снеговая и ледниковая лавинная, фитоценотическая и антропогенная. Сходное подразделение: приводит и С. Г. Шиятов для Полярного Урала, где он выделяет типы границ леса: термическую, ветровую, курумную, снеговую и лавинную. Эти подразделения в принципе не вызывают возражений, однако нужна иметь в виду, что они довольно условны и практическое разграничение в природе отдельных типов групп леса (например, термической от ветровой) во многих случаях сопряжено со значительными затруднениями.
Состав древесных пород, выходящих на верхний предел леса, на Урале довольно разнообразен и изменяется при движении на юг вдоль осевой линии хребта.
На Полярном и Приполярном Урале основными видами деревьев-лесообразователей являются лиственница Сукачева и лиственница сибирская, образующие здесь гамму переходных форм, а также береза извилистая и береза Кузьмищева.
На Северном Урале из состава подгольцовых мелколесий выпадает лиственница сибирская, в то время как лиственница Сукачева и береза извилистая в подгольцовом поясе более высоких и массивных гор сохраняют значение основных доминантов, но на одиночных и не столь высоких горах местами они уступают господство другим видам — кедру сибирскому, пихте сибирской и ели сибирской.
Отдельные стланиковые экземпляры всех этих пород заходят и в горные тундры.
В подгольцовом поясе Среднего Урала господствует ель сибирская; как примесь встречаются отдельные деревья кедра сибирского и березы извилистой.
На Южном Урале из состава подгольцовых лесов выпадает кедр сибирский. На более высоких горах господство в подгольцовых лесах принадлежит ели сибирской, обычно с примесью пихты сибирской; здесь же встречаются различные виды берез, местами образующие криволесья.
Выше границы леса произрастают одиночные низкорослые, нередко стланиковые экземпляры ели сибирской, иногда пихты сибирской и в исключительно редких случаях (на горе Иремель) — сосны обыкновенной. Лиственница Сукачева вблизи верхнего предела леса на Южном Урале единично отмечена лишь на горе Иремель. В западной увалисто-холмистой полосе на верхний предел леса местами выходит дуб обыкновенный.
На Полярном, Приполярном и Северном Урале березовые криволесья обычно тяготеют к западному макросклону, характеризующемуся более мягким климатом, а лиственничные редколесья — к восточному, климат которого более континентален.
Начиная с южной части Северного Урала, где многие вершины уже не достигают возможного по климатическим условиям уровня лесной границы, березовые криволесья и лиственничные редколесья уступают место мелколесьям с господством темнохвойных пород — ели сибирской, пихты сибирской и кедра сибирского. В осевой части Южного Урала пихтово-еловые мелколесья уже явно господствуют в подгольцовом поясе. Климатические условия здесь благоприятствуют произрастанию темнохвойных пород, где эти деревья, являющиеся мощными конкурентами лиственницы, давно вытеснили лиственницу из подгольцового пояса.
При движении с севера на юг меняется и состав кустарников, образующих заросли близ верхней границы леса. На Полярном и Приполярном Урале такие заросли обычно образует ольха кустарниковая, а на Северном и Южном — можжевельник сибирский.