CC BY
179УДК 630.182
Б. Д. Лапшина, Н. Н. Пологова, Б. Я. Мульдияров
Болота водораздельных равнин юга лесной зоны Западной Сибири
На основе изучения растительности и строения торфяной залежи Бакчарского болота выявлены основные этапы развития водораздельных болот Восточного Васюганья. Приведены данные радиоуглеродного возраста и описана пространственно-временная динамика болотных ландшафтов с учетом механизмов прошлого и современного заболачивания прилегающих территорий.
Введение
В связи с глобальными изменениями климата и прогнозированием последствий парникового эффекта в последние годы резко возрос интерес к изучению экосистем торфяных болот и связанных с их функционированием всех составляющих углеродного баланса. Имеются разрозненные данные по биологической продуктивности, динамике прироста торфа, общих запасах углерода. В последние годы развернуты инструментальные исследования эмиссии углекислого газа и метана с поверхности болот.
В Западной Сибири такие исследования проводятся на болотном стационаре «Плотникове», расположенном в подзоне южной тайги на территории Томской области. Непрерывные измерения газовых потоков с использованием современной аппаратуры ведутся здесь в двух точках верхового водораздельного болота Бакчарское, типичного для данного региона. Интерпретация этих данных и обоснованная экстраполяция результатов на всю территорию ключевого участка и региона в целом невозможна без ясного представления о ландшафтной структуре и строении торфяных залежей болот, поскольку накопление углерода и выделение углекислого газа в процессе торфонакопле-ния находятся в тесной зависимости с характером растительности и экологическими условиями (температура, гидрологический режим и качество вод) болотных местообитаний. В свою очередь, эмиссия метана непосредственно связана с деятельностью метанообразующих бактерий, участвующих в процессе вторичного диагенеза торфа в условиях анаэробной среды. Поэтому сущест-
вует определенная связь интенсивности ме-танообразования с ботаническим составом и стратиграфическим строением торфяной залежи в пределах болотных ландшафтов. Отсюда становятся понятными необходимость и актуальность всестороннего изучения болотных массивов, на которых проводятся режимные наблюдения за потоками углерода.
Район работ.
Объекты и методы исследования
Район исследования, известный в литературе под названием «Восточное Васюганье» (Храмов, Валуцкий, 1977), располагается в юго-восточной части Обь-Иртышского междуречья, в пределах Васюганской наклонной равнины (Мещеряков, 1962). Абсолютные высоты равнины снижаются в северном и северо-восточном направлении от 160 до 100 м. Поверхность междуречных пространств плоская, осложнена множеством неглубоких понижений термокарстового и суффозионного происхождения. Г лубина вертикального расчленения небольшая, лишь вблизи рек Шегарка, Икса, Бакчар выражены эрозионные долины мелких водотоков. Почвообразующими породами являются субаэральные лессовидные отложения. Они мощной и однородной толщей от 5-10 до 40 м покрывают озерные глины и суглинки, образованные на более ранних стадиях формирования территории. Лессовидные суглинки повсеместно содержат карбонаты, глубина залегания которых обусловлена интенсивностью проявления почвообразования. В почвенном покрове значительную долю занимают гидроморфные типы почв с
различной степенью выраженности реликтового гумусового горизонта, сформировавшегося в луговых карбонатных почвах в период голоценового оптимума.
Основные площади междуречных пространств занимают северные отроги Большого Васюганского болота, представленные верховыми олиготрофными комплексами. Дренированные приречные пространства покрыты темнохвойными и вторичными березовыми и березово-осиновыми лесами. В долинах рек развиты низинные лесные и гипновые болота.
Первые сведения о болотах восточной части Обь-Иртышского междуречья содержатся в работе Н. И. Кузнецова (1915). Специальные исследования болот бассейна р. Васюган и всей системы Большого Васюганского болота, заходящего широкими языками по всем локальным водоразделам, впервые были проведены в 1925-1930 гг. экспедицией Государственного лугового института под руководством А. Я. Бронзова. Ею были собраны исключительно ценные сведения о растительности, строении торфяных залежей и эволюции водораздельных болот региона, до сих пор не утратившие своей актуальности (Ильин, 1930; Бронзов, 1930, 1936).
Важное значение для изучения болот лесостепной и таежной зон Западной Сибири имели работы Западно-Сибирской торфоразведочной экспедиции под руководством П. Е. Логинова. За сравнительно небольшой период с 1951 по 1956 г. на обширной территории юга Западной Сибири с помощью аэрометодов и наземных исследований были инвентаризованы все крупные болотные массивы, собраны массовые сведения о стратиграфии торфяных залежей, оценены общие запасы торфа. Лишь незначительная часть этих данных впоследствии была обобщена и опубликована (Торфяные месторождения ..., 1957; Логинов, Хорошев, 1972).
Первое научное описание одного из водораздельных болот в районе Плотниково выполнено Ю. А. Львовым (1974). В 70-х годах в районе стационара проведены фундаментальные исследования структуры и биологической продуктивности лесных и болотных фитоценозов, результаты которых обобщены в монографии (Храмов, Валуц-кий, 1977).
В настоящем сообщении обобщены результаты полевых исследований о строении и основных этапах развития водораздельных болот Восточного Васюганья на примере болота «Бакчарское», протянувшегося широкой полосой (10-25 км) почти на 200 км по водоразделу рек Икса и Бакчар к северо-востоку от основной площади Большого Васюганского болота. В связи с этим были поставлены следующие задачи:
- на основе детального изучения строения торфяной залежи выявить важнейшие этапы развития водораздельных болот;
- описать пространственно-временную динамику болотных ландшафтов с учетом механизмов современного заболачивания прилегающих территорий.
Для решения этих задач были проведены детальные маршрутные исследования водораздельных массивов, выполнено более 250 описаний растительности и отобраны образцы торфа на всю глубину торфяной залежи из 30 точек бурения, исследовано 4 почвенно-геохимические катены в полосах заболачивания. Анализ ботанического состава торфа проведен послойно с интервалом 10 см. Радиоуглеродные датировки придонных образцов торфяной залежи выполнены в Институте географии РАН (Москва).
Исследования проводятся в рамках международного сотрудничества с университетами Утрехт (Нидерланды) и Шеффилд (Великобритания) при финансовой поддержке Netherlands Organization for Scientific Research (NWO) и английского фонда «Darwin Initiative»
Обсуждение результатов
Исходя из опубликованных данных абсолютного возраста наиболее древних органогенных отложений Западной Сибири, возраст водораздельного болота “Бакчарское” в его наиболее глубоких точках оценивался ранее в 9000-8000 лет (Нейштадт, 1977). На основании этого была рассчитана скорость горизонтального роста (площади) болота с момента его зарождения до настоящего времени.
Согласно нашим данным, абсолютный возраст водораздельных болот Восточного Васюганья, в частности Бакчарского болота, фактически в два раза меньше, чем предполагалось ранее. Торфонакопление началось
здесь в конце атлантического- в начале суб-бореального периода (4800-2500 лет назад). Возраст наиболее древних очагов заболачивания с мощностью торфяной залежи 3,6-3,8 (4) м оценивается нами в 5200-5500 лет, в то время как возраст отложений на большей части площади при мощности торфяного слоя 2,5-3 м не превышает 3000-3500 лет.
По данным спорово-пыльцевого анализа за весь период существования болот глобальных изменений в составе лесов не происходило, лишь несколько менялось соотношение темнохвойных и лиственных пород (Левина, 1980; Бляхарчук, 1989), отражающее восстановительную динамику лесов в ходе пирогенных (послепожарных) сукцессий. В то же время растительность болот и внешний облик болотных ландшафтов за этот период неоднократно изменялись коренным образом.
Значительные площади на плоских междуречных пространствах до начала болото-образования занимали осоково-разнотравные луга и редкостойные леса с влажнолуговой растительностью в условиях постоянного грунтового и периодически возникающего поверхностного увлажнения. В настоящее время они распространены вдоль границы лесной и лесостепной зон Западной Сибири (Dyukarev et al., 1995; Lvov, Shemyakina, 1995). Первичными центрами заболачивания явились многочисленные мелкие депрессии, растительный покров которых был представлен папоротниковыми, осоково-папоротниковыми, осоково-тростниковыми открытыми и слабо залесенными березой и ивами, реже хвощевыми сообществами. Соответственно в нижней части торфяной залежи отлагались одноименные травяные виды торфа, в которых содержание древесных остатков, как правило, не превышает 5-15% (рис. 1, А, В).
После заполнения торфом многочисленных первичных депрессий болотообразовательный процесс быстро охватил плоские водораздельные плато, где на полугидро-морфных высокогумусированных луговых почвах начинают откладываться различные варианты осоково-травяных видов торфа (рис. 1, С). Разрозненные очаги заболачивания при этом сливаются в единый болотный массив. Процесс шел столь быстро, чго почвы не успевали претерпеть сколько-нибудь существенных изменений и уходили под торф в том виде и с тем запасом питатель-
ных веществ, который был накоплен в их профиле до начала заболачивания (Любимова, Симакова, 1977; Львов, 1991). В результате повсеместно под торфяной залежью вскрываются гумусированные пластичные глины. Богатство грунтов элементами минерального питания обеспечило развитие единообразных осоковых, болотнотравных, осоково-тростниковых сообществ на всей площади водораздельных болот.
Переломный момент в развитии водораздельных болот наступил при достижении болотными массивами краев водораздельного плато и выходе их на склоны междуречных пространств. К этому времени мощность низинной торфяной залежи составляла в среднем 1-1,2 м, а в генетических центрах первичных депрессий 1,5-1,8 м. Обеднение водно-минерального питания растений по мере накопления торфяной залежи и заметного увеличения роли атмосферных осадков в питании болот привело к резкой смене болотной растительности. В центральной части массива широкое распространение получили шейхцериево-осоковые, шейхцериево-осоково-сфагновые и осоково-пушицево-сфагновые сообщества (Carex limosa, Scheuchzeria palustris, Eriophorum vaginatum, Sphagnum fallax, S. flexuosum), отложившие пласт мезотрофных видов торфа мощностью 0,4-0,6 м (рис. 1, А: 2,2-2,7; В: 2,0-2,5 ш).
С момента выхода болотного массива за пределы водораздельного плато значительно возрастает интенсивность заболачивания территории и меняются его механизмы (Львов, 1991). Относительно свободный сток слабоминерализованных болотных вод по склону способствует развитию мезотроф-ного заболачивания темнохвойных и смешанных лесов. В результате по периферии широкое распространение получают мезо-трофные древесно-кустарничково-осоковые и древесно-болотнотравно-сфагновые сообщества, отложившие придонные слои торфа в верхних частях склонов водоразделов (рис.1, D; 2,5-2,8 т).
На рубеже суббореального и субатланти-ческого периодов, около 2000-2200 (2500) лет назад, водораздельные болота Восточного Васюганья перешли в олиготрофную (ом-бротрофную) стадию развития. Начало этой стадии знаменуется распространением на большей части массивов обводненных сфаг новых и пушицево-сфагновых топей {Sphagnum magellanicum, S. papillosum,
А ВС DE
О 50 100 0 50 100 0 50 100 0 50 100 0 50 100
0-
50
•vJA’
v|a,
vj/v
v|a>
Чл. J
1590+701
150
'у4л,
Ґ-JJ
't' I |-s-
3
'P-
11880+40 ll
50 100
50-1
100
11120+1201;
j 1 1 ПГГП j 1 "Ч м 1 и 1 — 1 1 4S4 1 LiJ
13 14 15 '/// 16 К/1 17 V- 18 19 % 20 Fül 21 Ы
10
22
11
12
7773
I//V-
23 24
І І І 1 І590+76І
Рис. 1. Стратиграфическое строение торфяных отложений болота “Бакчарское”: ось Y - глубина, ось X - содержание растительных остатков, %.
Остатки растений: 1 - Sphagnum fuscum, 2- S. angustifolium, 3-5. magellamcum, 4 - S. papillosum, 5-5. balticum, 6—5. majus, 7 — S.jensenii, 8 — 5. flexuosum, 9 — 5. fallax, 10 — 5. obtusum, 11 — мезотрофные виды сфагновых мхов, 12 - гипновые мхи, 13 - пушица (Eriophorum vaginatum), 14 - шейхцерия {Scheuchzeria palustris), 15 - мелкие корневищные осоки (Carex limosa), 16 - крупные корневищные осоки (Carex lasio-carpa, C.rostrata, 17 - кочкарные осоки (Cares cespitosa, C.juncella), 18 - тростник (Phragmites australis), 19- вахта (Menyanthes trifoliata), 20 - папоротник (Thelypteris palustris), 21 - хвощ1 (Equisetum fluviatile), 22 - кустарнички (ericaceous shrabs, Betula nana), 23 - древесина, 24 - возраст по С14
S. balticum), в то время как на периферии широкое развитие получили олиготрофные сосново-сфагновые сообщества (Pirnts sylvestris, Sphagnum angustifolium, S. magel-lanicum) (рис. 1, D; 1,7-2,5 m). Соотношение площадей основных типов болотных ландшафтов на протяжении суббореального периода не оставалось постоянным. В сухие периоды, когда обводненность водораздельных болот уменьшалась, сосново-сфагновые сообщества с периферии далеко заходили к центру массивов, отлагая пушицево-сфагновый торф (рис. 1, В; 1,2-2,0 ш).
Около 1500-1000 лет назад в центральной части болотных массивов стали формироваться грядово-топяные, грядово-озерково-топяные и грядово-мочажинные комплексы современного облика. Гряды в них образованы фрагментами низкорослых сосново-кустарничково-сфагновых сообществ (Pinus sylvestris f. litwinowii, Ledum palustre, Cha-maedaphne calyculata, Sphagnum fuscum), известных в Сибири под названием рям. Растительный покров в обводненных топях образован мозаикой олиготрофных пушицево-сфагновых, осоково-шейхцериево-сфагно-вых и очеретниково-осоково-сфагновых растительных сообществ (Carex limosa, Scheuchzeria palustris, Rhynchospora alba, Sphagnum balticum, S .majus, S. jensenii, S. papillosum). Олиготрофные растительные сообщества отлагают комплексный сфагновый торф. Общая мощность олиготрофных сфагновых торфов, перекрывающих пласт переходного торфа, достигает 1,5-2,0 м.
В последние 500-1000 лет рямы начинают играть более заметную роль в ландшафтной структуре болотных комплексов, развиваясь преимущественно на склонах и в виде отдельных островов по краю водораздельного плато. Они отлагают однородный слабораз-ложенный сфагновый торф из остатков Sphagnum fuscum (рис. 1, С; 0-1,2 т).
В субатлантическом периоде окончательно формируется внутриболотная гидрографическая сеть путем развития обращенного рельефа поверхности заторфованных водоразделов; оформляется дренажная сеть склонов водораздельных пространств. По мере роста торфяной залежи и поднятия уровня болотных вод происходит подтопление наиболее высоких минеральных грив, дольше других сохранявшихся среди болот островами леса. На их месте со временем образуются застойные и транзитные мелко-
залежные топи, известные в Сибири под названием «галья». По таким топям происходит сброс болотных вод по болотным массивам в речную сеть. Именно к ним примыкают истоки ручьев локальных водосборов. Растительный покров таких топей представлен мезотрофными и мезоолиготрофными осоково-сфагновыми, реже хвощево-
осоково-сфагновыми сообществами (Сагех rostrata, С. lasiocarpa, С. limosa, Equisetum fluviatile, Sphagnum fallax, S. majus,
S. obtusum). Местами встречаются заросли рогоза (Typha latifolia), приуроченные к горизонтам воды внутри торфяной залежи. Торфяная залежь, как правило, не превышает 1-1,5 м и имеет простое стратиграфическое сложение (рис. 1, F). Здесь отлагаются сфагновые и осоково-сфагновые топяные виды торфа, сложенные остатками Сагех rostrata, С. limosa, Sphagnum fallax, S. obtusum, реже.Equisetum fluviatile, Coma-rum palustre и др.
Современное заболачивание протекает различным образом на разных участках краевой полосы в соответствии с рельефом поверхности склонов междуречных пространств, который предопределяет механизм заболачивания и в конечном итоге выражается в характере растительности и строении торфяной залежи. На контакте с низким минеральным берегом при растекании болотных вод по поверхности происходит эв-трофное заболачивание темнохвойных лесов и развитие лесных болот, отлагающих низинный древесный торф высокой степени разложения. Подтопление повышенных участков минерального берега происходит оли-готрофными болотными водами, определяя развитие болотного процесса сразу по верховому типу. При этом на месте темнохвойных или смешанных лесов непосредственно развиваются олиготрофные сосново-кустар-ничково-сфагновые сообщества, отлагающие верховой пушицево-сфагновый торф (рис. 1, F). В результате периферийная полоса с мощностью торфа 1-2 м и зона современного заболачивания водораздельных болот отличаются высокой пространственной неоднородностью типов торфяной залежи при их сравнительно простом стратиграфическом строении.
Заключение
На юге лесной зоны Западной Сибири в области широкого распространения карбо-
натных покровных суглинков развитие болот шло путем эвтрофного суходольного заболачивания, предполагающего продолжительное развитие травянистых разнотравноосоковых ландшафтов влажно-лугового типа. Возраст водораздельных болот, по данным радиоуглеродного датирования, оказался значительно меньше, чем предполагалось ранее. Первичные очаги торфонакопления, играющие заметную роль в ландшафте водоразделов, появились лишь в конце атлантического - начале суббореального периода 5200-4800 лет назад. До конца суббореала ландшафтная структура болотных массивов
была слабо дифференцирована. С момента выхода водораздельных болот на склоны междуречных пространств происходит деление их на открытую центральную часть и залесенную периферию. В полосе заболачивания идет формирование разных типов торфяных залежей и болотных сообществ в соответствии с рельефом поверхности и различием условий водно-минерального питания. По мере роста торфяной залежи и увеличения площади болот наблюдается закономерное смещение границ ландшафтных выделов к окраинам.
ЛИТЕРАТУРА
Бляхарчук Т.А. 1989. История растительности юго-востока Западной Сибири в голоцене (по данным ботанического и спорово-пыльцевого анализов торфа: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Томск. 19 с.
Бронзов А.Я. 1930. Верховые болота Нарымско-го края (бассейн р. Васюган) // Тр. Научно-иссл. торфяного ин-та. № 3. С. 1-100.
Бронзов А.Я. 1936. Гипновые болота на южной окраине Западно-Сибирской равнинной тайги //Почвоведение. № 2. С. 224-245.
Dvukarev A.G., Pologova N.N., Mouldiyarov E.Ya. 1991. Meadow soils of Western Siberia and conditions of the their development // Phytocoenosis. Vol. 3 (N.S.). Archivum
Geobotanicum 2. - Warszawa-Bialowieza (print 1995). P. 99-102.
Ильин P.C. 1930. Природа Нарымского края H Материалы по изучению Сибири. Томск. Т. 2. 344 с.
Кузнецов Н.И. 1915. О болотах Нарымского края Томской губернии // Болотоведение. № 1. С. 1-24.
Левина Т.П. 1980. Развитие растительности в низовьях Енисея и средней Оби в голоцене // Палеопалинология в Сибири. М. С. 128-141.
Логинов П.Е., Хорошев П.И. 1972. Торфяные ресурсы Западно-Сибирской равнины. М.: Гео-лторфразведка (ротапринт). 147 с.
Львов Ю.А. 1991. Болотные ресурсы // Природные ресурсы Томской области. Новосибирск: Наука. С. 67-83.
Львов Ю.А. 1959. К характеристике Иксинского водораздельного болота // Изв. Томск, отд. ВБО. Т. 5. Томск: Изд-во ТГУ. С. 59-62.
Львов Ю.А. 1974. Методические материалы к типологии и классификации болот Томской области // Типы болот СССР и принципы их классификации. Л.: Наука. С. 188-194.
Lvov Yu.A., Shemyakina T.V. 1991. Annual fluctuations of the composition of bog-grass communitis in the Pichtovka area // Phytocoenosis. Vol. 3 (N.S.). Archivum
Geobotanicum 2. - Warszawa-Bialowieza (print 1995). P. 103-105.
Любимова Е.Л., Симакова Л.А. 1977. Современное заболачивание лесов // Научные предпосылки освоения болот Западной Сибири. М.: Наука. С. 137-148.
Мещеряков Ю.А. 1962. Морфоструктура Западно-Сибирской равнины // Изв. АН СССР. Сер. географ. № 3. С. 3-15.
Нейштадт М.И. 1977. Возникновение и скорость развития процесса заболачивания // Научные предпосылки освоения болот Западной Сибири. М.: Наука. С. 39-47.
Торфяные месторождения Западной Сибири 1957. М. 149 с.
Храмов А.А., Валуцкий В.И. 1977. Лесные и болотные фитоценозы Восточного Васюганья. Новосибирск: Наука. 220 с.
Получено 25.03.2000 г.
Лапшина Елена Дмитриевна
Томский государственный университет, кафедра ботаники
634050, г. Томск, пр. Ленина, 36. Тел.: (3822) 410690, e-mail: ed(cp,flora.tsu.ru
Пологова Нина Николаевна
Филиал института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН
634055, г. Томск, пр. Академический, 2. Тел.: (3822) 259670, e-mail:[email protected]
