Стадии развития болот

Характерной чертой развития болот является определенная закономерность в смене растительности, обусловленная количеством и качеством водно-минерального питания.

Ранним стадиям развития болот, когда толщина торфяных отложений мала, а болотные воды богаты минеральными солями (с содержанием от 60 до 400 мг/л растворенных минеральных солей), свойственна евтрофная (эутрофная) или низинная болотная растительность, которая характеризуется значительным разнообразием слагающих ее сообществ. К евтрофным видам растений относятся осоки, вахта трехлистная, тростник, хвощи, папоротники, пушицы, вейник, рогоз, камыш, сабельник болотный, гипновые мхи, низинные сфагновые мхи. Кустарниковый ярус представлен березой приземистой (Betula humilis Schrank.), березой карликовой (B.nana L.), ивами. Древесный ярус образуют береза пушистая (Betula pubescens Ehrh.), ольха клейкая (Alnus glutinosa (L.) Gaertn.), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) и ель (Picea obovata Ledeb.) (Тюремнов, 1976).

Переходная или мезотрофная стадия развития болот – стадия, во время которой в формировании водно-минерального режима участвуют и атмосферные, и поверхностно-сточные, и частично грунтовые воды, а иногда только грунтовые воды, но мягкие, обедненные минеральными веществами. Содержание растворенных минеральных солей находится в пределах 40-80 мг/л. Во всех ярусах растительных сообществ произрастают и эвтрофные и олиготрофные виды растений в сочетании с мезотрофными (Carex dolichocarpa C. A. Mey. ex V. Krecz., C.rotundata Wahlenb., C.middendorfii Fr. Schmidt., Sphagnum papillosum Lindb., S. nemoreum Scop., S. wulfianum Girg., S. riparium Aongstr.).

По мере утолщения торфяной залежи и возвышения болота над окружающей поверхностью приток грунтовых и поверхностно-сточных вод на территорию болота уменьшается. Роль грунтового питания сокращается, участие атмосферного питания в водном балансе болота увеличивается, что приводит к обеднению субстрата и к смене евтрофной и мезотрофной растительности на олиготрофную, болото переходит в олиготрофную (верховую) стадию (Иванов, 1953).

Для олиготрофной стадии характерны болотные биогеоценозы, формирующиеся в условиях умеренного увлажнения и бедного водно-минерального питания, которое осуществляется за счет атмосферных осадков (содержание растворенных минеральных солей менее 50 мг/л).

К олиготрофной растительности относятся виды, нетребовательные к зольным элементам, в основном это сфагновые мхи (Sphagnum fuscum (Schimp.) Klinggr., S. magellanicum Brid., S. angustifolium (Russ.), зеленый мох Polytrichum strictum Brid., кустарнички: багульник (Ledum palustre L.), болотный мирт (Chamaedaphne calyculata (L.) Moench.), водяника (Empetrum nigrum L.), клюква, голубика (Vaccinium uliginosum L.); из травянистых: пушица влагалищная (Eriophorum vaginatum L.), шейхцерия болотная, росянка (Drosera rotundifolia L. D.anglica Huds.)

Растительные сообщества олиготрофного типа характеризуются малым количеством образующих видов, основными доминантами являются сфагновые мхи. Верховые болота характеризуются широким развитием комплексных типов растительности – грядово-мочажинных* и грядово-озерково-мочажинных в сочетании с участками рямов. Грядово-мочажинные комплексы – чередование полос повышений рельефа (гряд), покрытых сосняком сфагново-кустарничковым, и полос понижений (мочажин) со сфагново-пушицевым или сфагново-шейхцериевым фитоценозом.

Общее прекращение роста болота и переход массива в регрессивную или деструктивную фазу в разных физико-географических условиях происходит под воздействием различных механизмов. Возможны внутренние, эндогенные причины: крайняя обедненность субстрата – дистрофность, самоосушение, разрушение процессами эрозии, размыв озеркового комплекса и возникновение на его месте обширных мелких озер, а также внешние факторы: изменение климата, неотектонические движения, обусловливающие усиление стока и эрозию.

Торфообразование является результатом ежегодного прироста и отмирания растений, неполный распад которых приводит к накоплению отмершей органической массы в виде торфа.

Торф – органическая горная порода, образующаяся в результате отмирания и неполного распада болотных растений в условиях повышенного увлажнения при недостатке кислорода (ГОСТ 21123-85).

От почвенных образований торфа принято отличать по содержанию в нём органического вещества (не менее 50% по отношению к абсолютно сухой массе) (Тюремнов, 1949), которое состоит из растительных остатков, претерпевших различную степень разложения.

В Московском торфяном институте под руководством С.Н. Тюремнова была разработана «Классификация видов торфа в зависимости от ботанического состава». В соответствии с составом исходного растительного материала торф относят к одному из трех типов: верховому, переходному и низинному.

Каждый тип по содержанию в торфе древесных остатков подразделяется на три подтипа: лесной, лесотопяной и топяной.

Подтип торфа, в свою очередь, подразделяется на группы: древесную, древесно-травяную, древесно-моховую, травяную, травяно-моховую и моховую. Группы торфа включают виды. Вид торфа – это первичная таксономическая единица классификации торфов, которая отражает исходную растительную группировку и первичные условия образования торфа, характеризуется определенным сочетанием доминирующих остатков отдельных видов растений.

Естественное напластование отдельных видов торфа от поверхности до минерального дна торфяного месторождения образует торфяную залежь. Торфяные залежи вследствие разнообразного хода смен условий за время торфонакопления в различных регионах имеют своеобразное строение.

К числу основных вопросов гидрологии болот относятся исследования водного баланса болот, условий формирования стока на болотных массивах, фильтрационного движения болотных вод, процессов испарения, промерзания и взаимодействия болотных вод с растительностью, торфом и минеральной частью болотных массивов.

Водный баланс болота складывается из приходной части: атмосферные осадки (х), приток поверхностных вод (у₁), приток грунтовых вод (w₁), и расходной части: испарение (z), поверхностный отток (у₂), подземный отток (w₂). За интервал времени Δt в болоте может произойти накопление воды или ее сработка ± Δu

У верховых и низинных болот соотношения этих источников питания различное: верховые питаются атмосферными осадками, низинные – поверхностными и грунтовыми водами. Главная статья расхода – испарения с поверхности болота, включая транспирацию растительностью. Величина испарения зависит от климатических условий, и увеличивается в южном направлении.

Уравнение водного баланса низинного и переходного болота имеет вид: х+ у₁ +w₁= z +у₂ +w₂ ± Δu

Для верхового болота: х = z ± Δu

Соотношение составляющих водного баланса изменяется во времени, что приводит к колебаниям уровня грунтовых вод, которые реагируют на изменения водного баланса.

Для торфяных болот умеренного климата. В весеннее время запас влаги (талые воды), максимальный уровень апрель-май. Летом расход на испарение, сток. Минимальный уровень июль-сентябрь. Осень пополнение запаса (дожди). Зимой испарения и стока практически нет, верхний слой промерзает, покрыт снегом, уровень грунтовых вод минимален (основной минимум гр.вод – февраль- начало марта). Замерзание болот наступает через 15-17 дней после устойчивого перехода температуры воздуха через 0ºС. К концу зимы мощность мерзлого слоя достигает 0,5-0,65 м.

Болота оказывают большое влияние на многие биосферные процессы, и выполняют биосферные функции: аккумулятивную, биологическую, межкруговоротную, ландшафтную, газорегуляторную, геохимическую, гидробиологическую и климатическую.

Болота вместе с аккумуляцией торфа накапливают большое количество энергии и биогенных химических элементов – C, O, H, N, S, P, Ca, Mn, Fe, а также многие другие микроэлементы, поступающие на болота с атмосферными осадками, пылью, паводками и подземными водами (торфяные залежи являются мощным геохимическим барьером на путях миграции элементов с природными водами).

Благодаря высокой водоудерживающей емкости торфа болота аккумулируют в себе большое количество воды.

Ежегодно продуцируемое органическое вещество полностью не разлагается, а накапливается, что обеспечивает переход органогенных элементов (C, N и др.) из малого биогенного круговорота в великий геологический круговорот веществ на Земле.

Болотная растительность в процессе фотосинтеза выводит углекислый газ из атмосферы, связывая его в органическое вещество, которое при наличии благоприятных геологических условий превращается в торф, затем в бурый и каменный уголь.

Ресурсно-сырьевая функция болот проявляется в предоставлении человеческому обществу таких важных ресурсов, как торф для топлива, удобрения, химической переработки и использования во многих других направлениях. Не менее ценными ресурсами болот являются древесина, лекарственные растения и лечебные торфяные грязи.

В настоящее время торф как ценное сырьё используется в различных отраслях народного хозяйства. В промышленности он является основой для получения топлива, гуминовых препаратов различного назначения, например, гуминовых красителей, активных сорбентов; в строительстве торф используется для изготовления гидрофобизированных строительных смесей, пустотелых заполнителей для легких бетонов, тепло- и звукоизоляционных материалов.

В сельском хозяйстве используют как удобрения, фунгициды, стимуляторы для растений и животных, препараты для повышения устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды, кормовые добавки, подстилка для скота и др. В медицине для изготовления лечебных препаратов. В связи с этим уделяется большое внимание вещественному составу торфа, которым и определяются направления его использования (Маслов, Архипов, 2005). Болота выполняют большое количество биосферных функций, и участвуют в поддержании экологического равновесия на Земле.

Ландшафтная функция болот заключается в том, что болота образуют неповторимые болотные ландшафты, являются местообитаниями специфичной флоры и фауны, которые не могут существовать в других местообитаниях; местами активного отдыха людей – сбора ягод, грибов, лекарственных растений, охоты, а также объектами туризма и экологического образования.

Климатическая функция болот выражается в их мощном влиянии на формирование теплового и водного балансов территории. Болота способны смягчать колебания температуры и влажности воздуха как на самих болотах, так и на прилегающих территориях. Болота участвуют в поддержании водного режима на прилегающих к ним территориях, озерах и реках.

Кроме того, торфяные залежи хранят в себе информацию об истории развития растительного покрова и динамики климата в прошлые эпохи. Носителями такой информации о региональных изменениях растительности и климата является пыльца и споры растений, привносимые на болота с окружающих территорий. По неразложившимся остаткам растений-торфообразователей реконструируют динамику растительности и условий увлажнения локальных сообществ болот.

В последнее время в связи с возникшей проблемой оценки воздействия на биосферу потепления климата широкое развитие получило научно-исследовательское направление, изучающее роль торфяных болот в круговороте органического углерода. Болота рассматриваются как «экосистемы, обеспечивающие постоянный сток в них атмосферного углерода, который практически навсегда выключается из дальнейшего круговорота, накапливаясь в торфяных отложениях». «Болота – это один из основных углеродных пулов биосферы» и «уникальные природные образования, которые являются генераторами и резервуарами стока углекислого газа». Исследования в этом направлении включают вопросы, связанные с оценкой массы углерода в болотах, расчетом скорости аккумуляции углерода в болотах разных типов и продуктивностью растительных сообществ.

На развитие болот существенное влияние кроме естественных факторов оказывают и антропогенные преобразования – это, прежде всего, осушение.

В 80-е годы прошлого века, активные осушительные работы, и торфодобыча. Сооружались мелиоративные системы, отводился излишек вод. После торфодобычи восстанавливающих мероприятий не проводилось. Из-за уменьшения уровня вод происходит смена растительных ассоциаций - развитие получают более ксерофитные виды.

Осушенная часть профиля торфяных почв при мелиорации возвращается из геологического круговорота в биогенный, так как здесь начинают развиваться аэробные биологические процессы в результате жизнедеятельности микроорганизмов, происходит окисление органического вещества (Ракович, Бамбалов, 2004).

На осушенных, выработанных торфяниках часты пожары, после которых образуются пирогенно измененные торфяные почвы, поверхность этих почв полностью лишена растительности.

Заселение пожарищ растительностью происходит не сразу, через 2 года могут произрастать ксерофитные виды, в основном полынь, что обусловлено химическим составом почвенного субстрата (золы), спустя 7 лет после пожара поверхностный горизонт приобретает новые свойства, что позволяет развиваться растительным сообществам с высокой трофностью и значительно более высокой гидрофильностью.

Дестабилизирующее влияние на болота оказывает и распашка окружающих территорий, химическое загрязнение поверхностными стоками с полей, ежегодный сбор населением ягод и лекарственных растений (при массовом сборе вытаптывают тропы).

Согласно «Концепции рационального использования торфяных ресурсов России» (2003) в основу рационального природопользования торфяных ресурсов должен быть положен системный подход, позволяющий объективно оценить динамику современных природных процессов в торфяно-болотных экосистемах в естественном состоянии и при антропогенном воздействии, и разработать сценарии оптимизации комплексного использования торфяных ресурсов с приоритетом экологической значимости. Обязательным условием при разработке торфяных месторождений должно быть возобновление болотообразовательного процесса по завершению торфодобывающих работ с целью восстановления всех биосферных функций болота, существовавших ранее (Ракович, 2005).

 

Литература:

1) Lappalainen E. Global peat resources // International peat Society. Jyska, Finland, 1996. 368p.

2) Вомперский, С. Э. Болота территории России как фактор накопления углерода // Глобальные изменения окружающей среды и климата. М., 1999. С.124-144.

3) Денисенков В.П. Основы болотоведения: учеб. пособие. СПб.: С.-Петерб. ун-т, 2000. 224с.

4) Зайдельман Ф.Р. Деградация торфяных почв при пожарах и рекультивация пирогенных образований // Мелиорация и водное хозяйство. 2003. №3.

5) Иванов К.Е. Основы гидрологии болот лесной зоны и расчеты водного режима болотных массивов. Л.: Гидрометеоиздат, 1957. 500 с.

6) Кац Н.Я. Типы болот СССР и Западной Европы и их географическое распространение / Кац Н.Я.. – М.: Гос. изд-во географической литературы, 1948. – 320 с.

7) Концепция рационального использования торфяных ресурсов России: проект. Томск: ЦНТИ, 2003. 60 с.

8) Лисс О.Л. Болота Западной Сибири / Лисс О.Л., Березина Н.А. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981. – 204 с.

9) Лисс О.Л. Болотные системы Западной Сибири и их природоохранное значение / Лисс О.Л., Абрамова Л.И., Аветов Н.А., Березина Н.А., Инишева Л.И., Курнишкова Т.В., Слука Э.А., Толпышева Т.Ю., Шведчикова Н.К. / Под. ред. д.б.н. профессора В.Б. Куваева. – Тула: Гриф и К^о, 2001. – 584 с.

10) Маслов С.Г., Архипов В.С. Химический состав торфа и направления его использования // Болота и биосфера: Сб. материалов Четвертой Научной Школы (12-15 сентября 2005 г.). – Томск: Изд-во ЦНТИ, 2005. – С. 83-89.

11) Панов В.В. Восстановление – регенерация выработанных торфяных болот // Болота и биосфера: сб. мат. Четвертой Научной Школы (12-15 сентября 2005 г.). Томск: Изд-во ЦНТИ, 2005. С.98-106.

12) Платонов Г.М. Болота лесостепи Средней Сибири. М., 1964. 115 с.

13) Пьявченко Н.И. К изучению болот Красноярского края // Заболоченные леса и болота Сибири. М: АН СССР, 1963. С. 5-32.

14) Ракович В.А. Реабилитация нарушенных торфяных болот Беларуси // Болота и биосфера: Сб. материалов Четвертой Научной Школы (12-15 сентября 2005 г.). – Томск: Изд-во ЦНТИ, 2005. – С.256-259.

15) Ракович В.А., Бамбалов Н.Н. Влияние болот на формирование парниковых газов (на примере Беларуси) // Болота и биосфера: Сб. материалов Третьей Научной Школы (13-16 сентября 2004 г.). – Томск: Изд-во ЦНТИ, 2004. – С.137-146.

16) Тюремнов С.Н. Торфяные месторождения / Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Недра, 1976. 488 с.

17) Уланов А.Н. Основные направления рекультивации и комплексного использования нарушенных болотных экосистем // Болота и биосфера: cб. мат. Четвертой Научной Школы (12-15 сентября 2005 г.). Томск: Изд-во ЦНТИ, 2005. С.112-117.

 

Практическая работа №10