CC BY
79
УДК 574.4
Н.П. Косых
ИПА СО РАН, Новосибирск
630099 Новосибирск ул. Советская, 18, факс (838)2227652, e-mail: [email protected]
МОНИТОРИНГ ПРОДУКТИВНОСТИ БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМ
Прослежена динамика продуктивности болотный экосистем в наиболее заболоченной части Западной Сибири в подзоне средней тайги на грядово-мочажинном болотном массиве.
N.P. Kosykh
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS (ISSA SB RAS)
Novosibirsk, Russian Federation
MONITORING PRODUCTIVITY BOG ECOSYSTEMS
Traced trends productivity in bog ecosystems in the peatlands of Western Siberia in subzone Middle Taiga at ridge-hollow complex.
Мониторинг болотной экосистемы предполагает длительное наблюдение за изменением различных параметров. Мониторинг продуктивности определяется измерением таких параметров, как запасы фитомассы, мортмассы, общей биомассы и чистой первичной продукции в разных типах болотных экосистем в течение длительного промежутка времени. Исследования проводились в болотных экосистемах средней тайги Западной Сибири на ключевом участке, репрезентативном для данной территории, и продолжались в течение 3 лет. Ключевой участок представлен грядово-мочажинныем олиготрофным выпуклым болотным массивом, где наибольшего распространения достигают экосистемы гряд и рямов (повышенные элементы рельефа), граничащие с экосистемами олиготрофных мочажин с Carex limosa. В местах стока болотных вод развиваются наиболее богатые экосистемы - мезотрофные мочажин, с наибольшим разнообразием видов, с более мощными осоками Carex rostrata, C. aquatilis, с хвощом и вахтой, но по площади занимающие не более 5% территории массива. Наблюдение за динамикой растительного вещества в течение ряда лет, показывает биологические процессы, происходящие в природе. Растительное вещество в болотных экосистемах состоит из запасов живой фитомассы и мортмассы, которая преобразуется в процессе разложения в торф. Болотные экосистемы занимают 24 % территории Западной Сибири, а в отдельных районах до 80%. Исследование динамики запасов растительного вещества в болотных экосистемах Западной Сибири позволит с большим пониманием отнестись к северным природным биологическим объектам -
болотам, которые являются очень уязвимыми в связи с грядущим возможным глобальным потеплением. Были исследованы основные фракции живого растительного вещества (зеленая фитомасса листьев кустарничков, вечнозеленых кустарничков, однолетняя фитомасса побегов кустарничков, зеленая фитомасса трав, подземные органы трав и кустарничков и зеленая фитомасса мхов и лишайников), которые отражают сезонную и многолетнюю динамику фракций растений-доминантов, которые вносят основной вклад в общий запас растительного вещества.
Динамика запасов растительного вещества на болотах зависит от видов доминантов и от погодных условий конкретного года. Наиболее интенсивно динамические изменения выражены в верхнем, так называемом «активном слое» до глубины 30 см от поверхности мха. Условия в мочажинах, где в отдельные годы в середине лета бывает недостаток воды, в связи с чем, рост растений приостанавливается. Если сухой период затягивается, то надземные органы растений отмирают, в то время как подземые органы остаются живыми, и как только проходит серия дождей, зеленая фитомасса вновь отрастает.
Сезонная динамика в экосистемах повышенных элементах рельефа (гряды, рямы), где доминируют кустарнички, отличается от запасов фитомассы в мочажинах, где доминантами выступают травы, осоки и пушицы. Представление о сезонной динамике запасов зеленой фитомассы можно составить по наблюдениям развития вечнозеленых, листопадных кустарничков на грядах и рямах (рис. 1). Сезонная динамика запасов зеленой фитомассы вечнозеленных кустарничков сильно отличается от динамики листопадных кустарников. Часто максимум общей зеленой фитомассы, состоящий из генерации листьев вечнозеленых кустарничков прошлого года и весенней генерации текущего года, приходится на начало вегетационного сезона. Генерация запасов листьев текущего года может составлять 50 -67 % от общих запасов. Часто в середине вегетации запасы зеленой фитомассы уменьшаются. Последовательное цветение Andromeda polifolia, затем Chamaedaphne calyculata, Ledum palustre и других вечнозеленых кустарничков совпадает с массовым опадом прошлогодней листвы (Андреяшкина, Горчаковский, 1972). В зависимости от срока отбора, стадии индивидуального развития вида, погодных условий запасы общей зеленой фитомассы могут меняться. Такой характер динамики запасов листьев вечнозеленых кустарничков на грядах озерково-грядово-мочажинного комплекса среднетаежных болот наблюдался в течение нескольких лет. Величина их запасов на протяжении этого периода изменялась
Л
от 10 до 130 г/м . К концу осени запасы, как правило, минимальны (менее 20
Л
г/м ). Сезонная динамика запасов зеленой фитомассы листопадных кустарников, таких как Betula nana является одним из доминантов в экосистемах повышенных элементов рельефа и содоминантом в мезотрофных и евтрофных мочажин, в олиготрофных мочажинах он очень редок. Сезонная динамика запасов его зеленой массы практически не отличается от динамики трав.
Максимальный запас зеленых листьев кустарника достигается в середине вегетационного сезона, к концу сезона листья на ветках могут сохраняться, но
уже пожелтевшие, перешедшие во фракцию ветоши. На грядах запасы листьев березки в середине сезона максимальны.
Рис. 1. Динамика запасов фитомассы в болотных экосистемах
Сезонная динамика запасов фитомассы трав на повышенных элементах рельефа - морошки ^иЬш ^атаетогш) и осок, пушиц - в мочажинах.
Морошка всегда встречается в растительном покрове гряд и рямов, но максимального развития достигает на севере зоны, особенно на буграх плоскобугристых болот. Ее максимальный запас приходится на середину сезона, осенью зеленая фитомасса отмирает, переходя в ветошь. В отдельные годы морошка находится в вегетирующем состоянии весь сезон, и в эти годы листья не отмирают, а продолжает вегетировать до заморозков.
Сезонная динамика запасов зеленой фитомассы осок и пушиц (Carex limosa, C.rostrata, C. globularis, C.chordorrhiza, Eriophorum polystachyon, E. russeolum), которые наибольшего распространения достигают в мочажинах. Максимальные их запасы в олиготрофных мочажинах составляют 27 г/м2, что в 3-5 раз меньше, чем в мезотрофных. В течение сезона запасы листьев этих видов могут изменяться в 9 раз, а различие между сезонными максимальными запасами составляет в среднем 10%. Максимальное их развитие приходится на середину вегетационного сезона. К осени остается часть зеленой фитомассы, которая уходит под снег и, пережив зиму, весной начинает фотосинтезировать и дает новую генерацию листьев. Такая динамика характерна для экосистем пониженных элементов рельефа. В отдельные годы происходит запаздывание развитие осок и пушиц и максимум их запасов приходится на конец сезона.
Сезонная динамика запасов мхов в мочажинах (Sphagnum balticum, S.fallax, S. lindbergii, S. majus, S.teres и др.) очень разнообразна и для них наиболее характерны изменения фитомассы в течение сезона. В мезотрофных мочажинах северной тайги их запасы изменяются в зависимости от того, сколько фитомассы мхов осталось от предыдущего года. Если эти запасы в начале лета
л
выше 170 г/м , то уже в середине сезона синузия мхов набирает максимум (300
2 2 г/м ). В течение зимы запас мхов может несколько снизиться (248 г/м ), но уже к
Л
середине сезона их запас вновь достигает максимальной массы - 284 г/м . Иначе происходит продукционный процесс после суровой зимы, в течение
Л
которой моховой покров разрушается и его запасы снижаются до 46 г/м . Как правило до середины лета, запасы фитомассы не в состоянии восстановиться, и
Л
только в конце сезона запасы достигают максимальных значений (300 г/м ). Моховой покров при этом равномерны и заполняет все открытые пространства между осоками. В следующем году разрушение мохового покрова повторяется, в начале вегетационного сезона запас составляет всего 29 г/м2, восстановление происходит в течение всего сезона масса мха и достигает 227 г/м2.
Таким образом на севере в мезотрофных мочажинах, пространство между осокой и пушицей летом заполнено мхом, зимой мох легко разрушается и от него остаются лишь апикальные верхушки. В течение лета происходит быстрое развитие растений, и мох вновь успевает заполнить оставшееся пустое пространство. Взрывная динамика сильно подрывает потенциал моховой синузии, максимальные запасы мха в ряду холодных лет становятся все ниже от года к году. В другой мезотрофной мочажине северной тайги, более мягкий микроклимат вблизи речки помогает мху сохранится зимой, и таких сильных перепадов запасов фитомассы здесь нет, хотя снижение фитомассы и наблюдается в период летней засухи, после окончания которой запасы обычно повышаются.
Виды мхов (5'. ЬаШсит, S.lindbergii и др.), формирующие олиготрофные мочажины северной тайги приспособлены к суровым зимам и такие экосистемы наиболее стабильны в условиях севера. В этих бедных мочажинах мхи растут плотно, их наклонный рост позволяет стеблю и веточкам сохранять способность к фотосинтезу в течение нескольких лет. Вероятно, доминанты олиготрофных мочажин севера адаптированы к условиям бедного питания и сохраняют несколько лет питательные элементы в своих зеленых частях.
Динамика запасов зеленой фитомассы в олиготрофных мочажинах на севере не выражена. Рост идет очень плавно с одновременным отмиранием и переходом нижних частей мха в ветошь. Динамика запасов зеленой фитомассы мхов южной тайги имеет выровненный характер во всех типах мочажин, как олиготрофных, так и мезотрофных. Иногда, в зависимости от конкретных погодных условий года и с небольшим максимумом или минимумом в середине вегетационного сезона.
Сезонная динамика запасов подземных органов в экосистемах гряд и рямов ярко выражена. На всех элементах микрорельефа таежной зоны максимальные запасы подземных органов приходятся на середину вегетационного сезона.
л
Общие запасы корней в течение теплых лет увеличивались с 450 г/м до 1340
2 2 г/м на грядах и с 500 до 1000 г/м на буграх. Общие запасы на буграх северной
тайги в среднем на 30% ниже, чем на грядах средней тайги.
Сезонная динамика запасов подземной фитомассы в мочажинах, которая включает живую массу корней, корневищ и узлов кущения, имеет
л
максимальные запасы в середине вегетационного сезона (1450 г/м ) с постепенным снижением к концу вегетации. Запасы подземных органов в олиготрофных мочажинах составляют 112-140 г/м2, что в 2-7 раз ниже, чем в мезотрофных.
В целом динамика запасов фракций фитомассы в экосистемах болот определяется жизненной формой видов-доминантов и условиями произрастания. Характер динамики запасов фракций фитомассы определяется скоростью их формирования в конкретных экосистемах болот. Все фракции растительного вещества имеют максимум фитомассы в середине или в конце вегетационного сезона.
© Н.П. Косых, 2011
