CC BY
51
ДЕСТРУКЦИЯ ТОРФА В БОЛОТАХ РАЗНЫХ ЗОН И ПОДЗОН ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Наталья Геннадьевна Коронатова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт почвоведения и агрохимии Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Лаврентьева, 8/2, кандидат биологических наук, научный сотрудник, тел. (383) 363 90 18, e-mail: coronat@mail.ru
Елена Владимировна Миляева
Сибирская Государственная Геодезическая Академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант, тел. (383) 361 08 86, e-mail: milek123@mail.ru
Данная работа представляет исследование деструкции торфа в болотных экосистемах различных климатических поясов Западной Сибири - от лесостепи до лесотундры. Полевой эксперимент закладывался в повышенных и пониженных болотных экосистемах верхового типа выше и ниже уровня болотных вод. Показано, что в верхнем слое повышенных экосистем скорость потери массы торфа была максимальна и уменьшалась от лесостепи до лесотундры. В пониженных экосистемах потери были низки во всех зонах и подзонах.
Ключевые слова: торф, деструкция, верховое болото, Западная Сибирь.
PEAT DECOMPOSITION IN MIRES IN DIFFERENT ZONES AND SUBZONES OF WESTERN SIBERIA
Natalia G. Koronatova
Institute of Soil Science and Agrochemistry, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 630090, Russia, Novosibirsk, Ac.Lavrentyev st., 8/2, PhD, research associate, tel. (383) 363 90 18, e-mail: coronat@mail.ru
Elena V. Milyaeva
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., post graduate, tel. (383) 361 08 86, e-mail: milek123@mail.ru
The paper presents the investigation of peat decomposition in mire ecosystems in different climatic zones of Western Siberia - from forest-steppe to forest-tundra. The field experiment was perform in heightened and lowered ombrotrophic mire ecosystems above and below the water table. It is shown that in the upper peat layer in heightened ecosystems the rate of peat mass loss was the maximal and decreased from forest-steppe to forest-tundra. In lowered ecosystems the mass loss was low in all zones/subzones.
Key words: peat, decomposition, ombrotrophic bog, Western Siberia.
Данная работа представляет результаты исследования деструкции торфа в болотных экосистемах различных климатических поясов Западной Сибири - от лесостепи до лесотундры, - и продолжает серию работ, посвященных изучению естественных экосистем этого региона [Коронатова, Миляева, 2011; Коронатова, Миронычева-Токарева, 2012]. Актуальность работы обусловлена необходимостью исследовать цикл углерода в болотах наиболее заболоченного региона
северного полушария и недостаточной изученностью его деструкционной составляющей.
Эксперимент был заложен в повышенных и пониженных болотных экосистемах. К повышенным были отнесены рямы и гряды грядово -мочажинных комплексов в лесостепной, южнотаёжной и среднетаёжной поясах, а также мёрзлые бугры в лесотундре. Пониженными экосистемами являлись мочажины и топи в перечисленных климатических зонах и подзонах. Пониженные и повышенные болотные экосистемы различались по гидрологическим условиям и составу фитоценозов.
В повышенных экосистемах элементами нанорельефа были кочки и меж-кочья. На таёжных рямах и грядах уровень болотных вод (УБВ) находился на глубине нескольких десятков сантиметров, повышаясь в отдельные наиболее влажные годы до уровня поверхности межкочий, при этом кочки всегда оставались не обводнены. На плоскобугристом болоте в лесотундре уровень мёрзлого слоя (УМС) на буграх находился также на глубине нескольких десятков сантиметров. Незамёрзшие болотные воды либо отсутствовали, либо встречались в виде узкой прослойки над УМС, главным образом, в межкочьях. Основными доминантами в растительном покрове повышенных экосистем были Sphagnum fuscum (Schimp.) Klinggr. среди мхов, и кустарнички Ledum palustre L. и Chamaedaphne calyculata (L.) Moench, также часто присутствовали другие кустарнички (Oxycoccus palustris Pers., O. microcarpus Turcz. ex Rupr., Betula nana L., Vaccinium vitis-idaea L., V. uliginosum L., V. myrtillus L., Andromeda polifolia L. ). На рямах и грядах обязательным компонентом фитоценоза была болотная форма сосны Pinus sylvestris L. Травы были редки.
В пониженных экосистемах - топях и мочажинах - УБВ обычно находился на глубине нескольких сантиметров (максимально до 30 см), в отдельные годы затопляя живой сфагновый покров. В лесотундре мочажины протаивали за летний период, УМС понижался на несколько десятков сантиметров, вплоть до метра, а УБВ находился близко к поверхности. В этих экосистемах доминировали мочажинные мхи (Sphagnum balticum (Russ.) Russ. ex C.Jens., S. fallax (Klinggr.) Klinggr., S. papillosum Lindb. и др.), а также травы (Carex limosa L., C. rostrata Stokes, Scheuchzeria palustris L., Eriophorum vaginatum L. и др.). Кустарнички отсутствовали, и только по периферии мочажин встречался вид Andromeda polifolia. Поверхность данных экосистем была, как правило, выровнена, элементы нанорельефа не выделялись.
Таблица
Характеристика использованных в эксперименте торфов
Экосистема Зольность, % Степень разложения, % Ботанический состав, %
Топь (краевая часть) 1,4 10-15 S. fallax, 95,2 ± 0,5 Живые корни Eriophorum vaginatum, 4,8 ± 0,5
Рям 2,4 5-10 S. fuscum, 98,9 ± 0,1 Живые корни кустарничков, 1,1 ± 0,1
Методика эксперимента была следующей. В двух микроландшафтах Бак-чарского болота (южная тайга) - ряме и топи - изымался торф с глубины 40-60
см. Характеристика торфа приведена в таблице. Торф был верховой, характеризовался низкой степенью разложения и зольностью. В лаборатории торф высушивался при 60°С и помещался в синтетические мешочки по 2 г. Затем мешочки помещались на глубину 5-10 и 25-30 см в болотах лесостепи, южной, средней тайги и лесотундры. Таким образом, мешочки были заложены над и под УБВ, т.е. в аэробной и анаэробной зонах. При этом торф, взятый в ряме, помещался в таких же повышенных микроландшафтах, а из топи - в соответствующих пониженных экосистемах. В повышенных микроландшафтах закладка в аэробной зоне осуществлялась на кочках, а в анаэробной зоне - в межкочьях. Исключение составило болото Пангоды в лесотундре, где пробы были заложены на обе глубины на кочке. Здесь наличие мерзлоты не позволило поместить пробы в анаэробный слой, так что на обеих глубинах деструкция проходила в аэробных условиях. Эксперимент был начат в разные годы: в южной тайге (Бакчарское болото, стационар «Плотниковой) в 2007 г, в лесостепи (Николаевский рям) - в 2010 г, в средней тайге (стационар «Мухрино» Югорского государственного университета) и лесотундре (болото Пангоды) - в 2009 г. Мешочки с торфом изымались через определенные промежутки времени в повторности 6 штук и высушивались. Длительность эксперименты составила 3 года, за исключением лесостепного ряма, где мешочки инкубировались 1 год в аэробном слое и 2 года - в анаэробном слое. Подробное описание методики эксперимента есть в работе [Коронатова, 2010].
Повышенные экосистемы, слой 5-10 см
15 -
10 -5 0
Повышенные экосистемы, слой 25-30 см
•••о--- лесостепь —в— южная тайга —средняя тайга —х- - лесотундра
Длительность эксперимента
3 мес. 1 г 2 г 3 г
Длительность эксперимента
Рис. 1. Потери массы торфа из двух слоёв торфяной залежи в повышенных болотных экосистемах, расположенных в различных зонах
и подзонах Западной Сибири
Динамика изменения массы торфа (в %) в ходе эксперимента приведена на рис. 1. Наибольшие потери наблюдались в верхнем слое торфяной залежи в повышенных микроландшафтах. Максимальная скорость потери массы наблюдалась в лесостепном ряме, где через год инкубации масса снизилась на 45% от
исходной массы. В южной тайге скорость потери массы торфа была меньше, эта же величина потери была достигнута за два года эксперимента. В средней тайге и лесотундре значения потерь были сходны - на уровне 12-14%, а через три года несколько возросли в среднетаёжной подзоне - до 19%. Таким образом, потери массы торфа за наблюдаемый период в средней тайге и лесотундре были в несколько раз ниже, чем в южной тайге и лесостепи, что, по-видимому, обусловлено климатическими условиями подзон.
Потери массы торфа из нижнего слоя в этих же экосистемах не превысили 10% во всех географо-климатических поясах, за исключением лесотундры, где составили 10-13% (см. рис. 1). Это объясняется тем, что здесь образцы инкубировались в аэробных условиях, о чём было сказано выше.
Пониженные экосистемы, слой 5-10 см
Пониженные экосистемы, слой 25-30 см
& н о С
—в— южная тайга -д— средняя тайга -*■ - лесотундра
Длительность эксперимента
Длительность эксперимента
Рис. 2. Потери массы торфа из двух слоёв торфяной залежи в пониженных болотных экосистемах, расположенных в различных зонах
и подзонах Западной Сибири
Потери массы торфа в пониженных болотных экосистемах заметно отличались от наблюдаемых изменений в повышенных экосистемах (рис. 2). Здесь высокое стояние болотных вод обусловило частично анаэробные условия на обеих глубинах и способствовало получению сходных значений потери массы торфа за три года в двух разных слоях - 4-12% в верхнем слое и 2-12% в нижнем в разных зонах (подзонах). Интересно, что для наиболее южной точки -южной тайги - были получены наименьшие значения потерь. Очевидно, это связано с прорастающими в мешочки живыми корнями трав, которые после отмирания увеличивали массу торфа в образцах [ Когоиа1;оуа, БЫЬагеуа, 2010]. В целом, потери в пониженных микроландшафтах были сходны с потерями в слое 25-30 см в повышенных микроландшафтах. Складывается впечатление, что в условиях обводнённости потери массы торфа зависят от конкретных экологических условий - анаэробности, - а климат региона мало влияет на получаемые результаты. Напротив, в аэробных условиях скорость деструкции торфа зависит от климата региона и возрастает от севера к югу.
Потери массы торфа в ходе деструкции сопровождались морфологическими изменениями исходного материала. В верхнем слое повышенных болотных
экосистем они начинали наблюдаться через три месяца инкубации в лесостепи и южной тайге, через два года - в средней тайге и не наблюдались за период наблюдений в лесотундре. Морфологические изменения начинались с появления тёмных пятен на поверхности отдельных проб, которые постепенно покрывались сетью мелких живых корней растений. С течением времени тёмные пятна разрастались по поверхности образцов и проникали вглубь. Такие разложившиеся участки характеризовались тёмно-коричневым цветом, были мажущие, а части мхов становились в них плохо различимы. Степень деструкции разных образцов в повторностях была обычно неодинакова. В обводнённых слоях торфа - в слое 25-30 см в повышенных экосистемах и в обоих слоях в пониженных экосистемах морфологических изменений не наблюдалось.
Таким образом, можно заключить следующее. Деструкция торфа зависит не от конкретной глубины инкубирования образцов, а от обеспеченности кислородом. В аэробном слое (5-10 см в повышенных экосистемах) скорость деструкции и время появления видимых морфологических изменений контролируется климатом географической зоны (подзоны), поскольку температура влияет на развитие и функционирование сообщества микроорганизмов -деструкторов.
В анаэробном слое (25-30 см в повышенных экосистемах и оба слоя в пониженных экосистемах) потери массы торфа обусловлены, вероятно, не функционированием сообщества микроорганизмов, а физическими и физико-химическими факторами, вызывающими выщелачивание из торфа некоторых наиболее подвижных соединений. Поэтому ведущим фактором становится не климат региона, а конкретные условия биотопа, которые сходны в обводнённых болотных экосистемах разных зон и подзон.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Коронатова Н.Г., Миляева Е.В. Продуктивность болотных сосняков южной тайги Западной Сибири // ГЕО-Сибирь-2010.Т.4. Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология. Сб.матер. VII Между-нар.научн.конгресса «ГЕ0-Сибирь-2010», 19-29 апреля 2011 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2011. - С. 259-262.
2. Коронатова Н.Г., Миронычева-Токарева Н.П. Восстановление растительного покрова на рекультивированном песчаном карьере в северной тайге // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгресс (10-20 апреля 2012, Новосибирск): Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология»: Сб. матер. в 2х т. Т.2. - Новосибирск: СГГА, 2012. - С. 28-33.
3. Коронатова Н.Г. Исследование разложения торфа в болотах методом инкубации сухих и влажных образцов // Динамика окружающей среды и глобальное изменение климата. -2010. - №1. - С. 65-71.
4. Koronatova N.G., Shibareva S.V. Change of peat mass during decomposition in mires of Poland and West Siberia // Contemporary problems of ecology. - 2010. - V.3, № 3/ - P. 312-317. DOI 10.1134/S1995425510030094
© Н.Г. Коронатова, Е.В. Миляева, 2013
