CC BY
85
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2011 БИОЛОГИЯ Вып. 3-4
УДК 57.036
О ДИНАМИКЕ ПРОЦЕССОВ ЗАБОЛАЧИВАНИЯ НА ПОДТОПЛЕННЫХ БЕРЕГАХ КАМСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
Т. Г. Филькин
Естественнонаучный институт Пермского государственного национального исследовательского университета, 614990, Пермь, ул. Генкеля, 4; [email protected]; (342)2396412
Исследованы трансформации почв, подтопленных Камским водохранилищем, происходящие под действием болотного процесса. Результаты исследования показали, что скорость преобразования заболачивающихся почв во многом определяется скоростью изменений верхних горизонтов почв и скоростью нарастания/отмирания мохового слоя. Приведен пример формирования торфяных олиготрофных почв на исходных дерново-подзолистых. Дана оценка скорости торфонакопления на подтопленных территориях при заболачивании по верховому типу.
Ключевые слова: заболачивание; подтопление; торфонакопление; торфообразование; оглеение; Камское водохранилище.
Введение
Одним из отрицательных последствий строительства крупных равнинных водохранилищ в лесной зоне является заболачивание, развивающееся на их низких пологих берегах. Изучение процессов заболачивания под влиянием подтопления водохранилищами важно потому, что заболачивающиеся земли либо выпадают из использования в сельском и лесном хозяйстве, либо требуют проведения трудоёмких и дорогостоящих мелиорационных работ. С научной же точки зрения изучение заболачивающихся земель может быть интересно для выяснения скоростей отдельных почвообразовательных процессов и познания динамики переформирования экосистем в целом; экспериментальных данных по этим проблемам пока недостаточно.
Объектом настоящего исследования стали заболоченные земли зоны подтопления Камским водохранилищем (создано в 1954-1956 гг., площадь акватории при нормальном подпорном уровне (НПУ), равном 108.5 м - 1777 км2). Главная цель исследований - установление скоростей распространения процессов заболачивания в долине р. Камы в связи с созданием Камского водохранилища. В рамках данной работы ставились задачи оценить скорость торфонакопления на подтопленных территориях и выяснить особенности преобразования почв под действием антропогенно индуцированного болотного процесса.
Объекты и методы исследований
Полевые работы по изучению заболоченных территорий проводились на нескольких ключевых участках в зоне подтопления Камским водохранилищем. В данной работе приводятся результаты изучения почв и растительности на Березниковском ключевом участке, расположенном в 3.5 км к юго-западу от г. Березники (на запад от микрорайона «Адамова гора», или «Чкаловский»); растительность его представлена сосново-берёзовыми кус-тарничково-сфагновыми, сфагново-пушицевыми и осоково-сфагновыми верховыми болотами с массивами неподтопленных сосняков. На нём проводились маршрутные наблюдения, в ходе которых описывались почвенно-растительные условия территории, степень и особенности её увлажнения; маршрутные наблюдения дополнены почвенно-геоботаническим профилированием.
В среде геоинформационной системы (ГИС) на основании ряда картографических материалов (Карта Молотовской области, 1954; Eastern Europe..., 1954; Карта Пермской области, 1986) и данных космической съёмки был также проведён анализ распространения заболоченных земель в долине р. Камы до и после создания водохранилища.
Состояние изученности вопроса
Известно, что для болотообразования и формирования болотных почв характерны два сопряжённых процесса - торфообразование (в верхней части профиля) и оглеение (в нижней). Процессы ог-
© Филькин Т. Г., 2011
леения получают развитие во всех подтопленных Камским водохранилищем почвах; при этом могут происходить глубокие трансформации почвенного профиля, изменяющие её таксономическое положение на высоких иерархических уровнях - от подтипа до ствола включительно (согласно «Классификации и диагностики почв России» (2004)). Почвенный профиль может меняться за счёт трансформации отдельных горизонтов (появление глееватости), за счёт появления новых горизонтов (появление глеевых горизонтов у серогумусовых почв), за счёт перестройки всей системы генетических горизонтов (формирование аллювиальных почв). Отмечены сложные случаи формирования одной почвы на другой (например, аллювиальных серогумусовых глеевых почв на элювозёмах) (Филькин, Ерёмченко, 2011). Ещё более глубокие перестройки происходят, когда процесс оглеения дополняется процессами торфообразования и тор-фонакопления.
Эволюция почв в подзоне заболачивания под влиянием подтопления описана в ряде работ (Емельянов, 1965; Ретеюм, 1968; Яковлева, 1969; Одноралов, 1986). Исследователи отмечают, что при смене грунтово-таёжного режима грунтовоболотным ухудшается аэрация почвы и снижается скорость разложения веществ, что ведёт к увеличению органического вещества в почве; дернина приобретает характер торфянистой массы, состоящей из плохо разложившихся органических остатков (в т.ч. мхов), а горизонт А1 превращается в торфянистый слой. Накопление органического вещества повышает влагоёмкость почв, что способствует их дальнейшему заболачиванию (Авакян, 1986). Один из важных механизмов заболачивания, связанный с влиянием мохового покрова, описывает Л.В. Яковлева: «Моховой покров играет роль газового фильтра, задерживающего приток кислорода в почву, особенно в периоды наиболее высокого насыщения мохового покрова влагой -после весеннего снеготаяния и во время осенних дождей. Поселяющиеся мхи обладают очень большой влагоёмкостью; они поглощают дождевые воды и способствуют увлажнению почвы и её оглеению с поверхности вглубь... Отмирающие мхи создают на поверхности оторфяненность, которая ведёт к ещё более повышенной увлажнённости с поверхности» (Яковлева, 1969).
Пик исследований почвенно-растительного покрова в зонах подтопления водохранилищами пришёлся на первые 10-20-30 лет с момента их создания. По этой причине относительно скорости торфонакопления на территориях, подтопленных водохранилищами, в литературе существуют лишь отрывочные сведения.
Г.А. Одноралов указывает, что за 10-12 лет с момента создания Воронежского водохранилища в зоне заболачивания растительные остатки, накопившиеся на поверхности почвы, приобрели характер торфянистой массы, достигшей мощности
10-15 см; таким образом, на месте светло-серых лесных почв сформировались торфянисто-глеевые (Одноралов, 1986).
По данным А.Ю. Ретеюма, изучавшего подтопленные леса на левобережье Камского водохранилища несколько южнее Косьвинского залива, за 10 лет существования водоёма на исследованном участке на месте исходных дерново-подзолистых почв успели сформироваться торфянисто-подзолисто-глееватые и торфянисто-подзолисто-глеевые с мощностью торфянистого горизонта до 10-15 см (Ретеюм, 1968).
Ю.М. Матарзиным описаны процессы заболачивания почв на территории Лодейного стационара Камского водохранилища (середина участка Чёрмоз - Слудка по правому берегу водоёма). За 8-10 лет здесь сформировался слой торфа мощностью от 5 до 18 см. Болотообразование отмечено автором и в нижних частях склонов многих островов: на месте сосновых и пихтово-еловых лесов на маломощных песчаных подзолах было зафиксировано интенсивное развитие мохового покрова из кукушкина льна, а также появление в микропонижениях гидрофитов типа водолюба болотного (Матарзин, 1970).
Результаты и их обсуждение
Заболачивание почв при подтоплении может развиваться по верховому, переходному или низинному типу. Анализ картографических материалов показал, что в результате создания Камского водохранилища первоначально не заболоченные территории в зоне подтопления подверглись заболачиванию преимущественно по низовому типу; это явление наблюдается на относительно небольшой (до 13 км2) площади и связано в основном с начальными отрезками заливов по крупным притокам р. Камы -Обвы, Иньвы, Косьвы, Чёрмоза и др. На изначально заболоченных землях (площадь которых в зоне подтопления составляет не менее 204 км2) процессы заболачивания усилились и в настоящее время развиваются в основном по верховому типу. В этом случае интенсивность развития болотного процесса во многом обусловливается скоростью прироста сфагновых мхов. По данным А.А. Г енкеля, для условий Пермского Предуралья она составляет порядка 0.52.5 см/год (Генкель, Лебедева, 1940). Примерно такие же скорости (от 0.5 до 2.2 см/год) отмечены и в трёх вышеуказанных источниках.
В полевых условиях скорость торфонакопления можно оценить по мощности мохового покрова выше корневой шейки усохших на корню возрастных деревьев сосны, предварительно определив возраст дерева или зная время начала заболачивания (Назаров, 2008). Среди обширных заболоченных пространств второй (а иногда и первой) камской террасы М.М. Даниловой описаны подобные «модельные объекты» - незаболоченные песчаные всхолмления с сосновыми борами («шапки), кото-
рые постепенно поглощаются окружающими болотами (Данилова, 1948). Эти всхолмления (на других территориях это могут быть песчаные гривы или косы) позволяют также оценивать скорость распространения верховых болот - регистрируется скорость «съедания» пологонаклонных песчаных участков (Назаров, 2008).
Вышеописанные «шапки» характерны и для изученного Березниковского ключевого участка; относительное превышение их над НПУ водохранилища составляет до 3.5 м (абс. отм. до 112 м). На самых высоких отметках таких участков (от уровня +2.0 м над НПУ и выше) под сосняками-черничниками 35-45-летнего возраста залегают подзолистые и дерново-подзолистые почвы (мощность горизонта А - до 4-5 см, горизонта Лі - от 2-3 до 5 см, горизонта Л2 - до 9-12 см); в подстилочном и гумусовом горизонтах встречаются угольки - признаки периодически случающихся низовых пожаров. Переувлажнение проявляется лишь в нижних слоях материнской породы на глубине более 1.5-2.0 м - оно определяется по сизоватым оттенкам в окраске почвы и резкому увеличению влажности.
Начальная точка профиля расположена на наиболее возвышенном участке песчаного всхолмления (описаны подзолистые и дерново-подзолистые почвы под сосняком-черничником березняковым). При понижении территории на запад (к водохранилищу) происходит смена растительности - сосняк-черничник березняковый сменяется березняком-брусничником (уровень +1.5(2.0) м над НПУ) и далее - осинником березняковым разнотравным (уровень +0.5 м над НПУ), периодически заливаемым во время форсирования уровня водохранилища. Под осинником залегает дерново-подзолистая глеевая почва с тонким, хорошо разложившимся слоем лесной подстилки и выраженным глеевым горизонтом. Признаков торфообразования в профиле почвы не обнаружено.
При понижении территории на восток (к водоразделу) до отметок, близких к НПУ (108.5-109.0 м), сосняк-черничник сменяется заболоченным (сфаг-ново-кустарничково-морошковым) сосняком с примесью березы. Возраст древостоя - от 25 до 40 лет; деревья невысокие (до 7-10 м), древостой разреженный (сомкнутость крон падает с 0.4 до 0.1). Микрорельеф сильно кочковатый (кочки высотой до 0.4 м); на кочках преобладают мох кукушкин лён, морошка и пушица влагалищная, микропонижения заняты в основном сфагнумом. Из кустарничков преобладает багульник болотный; также отмечены мирт болотный, клюква болотная, черника и брусника; осок мало. В целом описанное сообщество во многом аналогично сфагново-кустарничковой ассоциации, выделенной М.М. Даниловой для сфагновых болот камских террас; автор указывает, что эта ассоциация является второй по распространенности (из шести выделенных) и приурочена в основном к периферии болот, обле-
сенных мелкоствольной сосной (Данилова, 1948).
Далее при незначительном понижении уровня совершается переход к сфагново-пушициевому болоту с очень разреженным сосново-берёзовым кри-волесьем высотой до 5-8 м. Зелёные мхи практически исчезают, остальные виды заметно снижают своё обилие (встречаются морошка, брусника и черника, а также подбел многолистный и жимолость субарктическая), а сфагнум начинает доминировать не только в понижениях, но и на кочках. Микрорельеф становится более выровненным. Это сообщество примерно соответствует сфагново-морошково-пушициевой ассоциации, описанной М.М. Даниловой (1948), которая отмечает, что эта ассоциация является четвёртой по распространённости и встречается небольшими участками.
Под слоем сфагнового очёса мощностью 10-15 см залегает светло-коричневая торфянистая масса мощностью от 45 до 55 см, сформированная плохо разложившимися остатками отмершего мха; степень их разложения медленно нарастает книзу. Глубже залегают стволы поваленных деревьев (сосен) диаметром не менее 20 см. Под ними обнаружен темноокрашенный переувлажнённый мажущийся гумусовый горизонт погребённой почвы, содержащий мелкие угольки (как и эталонные почвы неподтапливаемых повышений). Таким образом, почвы можно определить как торфяные олиготроф-ные на погребённой дерново-подзолистой, эволюционирующие в направлении торфяно-глеезёмов (диагностическими признаками которых является сочетание верхнего торфяного горизонта Т мощностью до 50 см и нижнего глеевого горизонта G мощностью от 5-10 см).
Представляется, что в прошлом на этом участке произрастали сосновые леса, которые в результате создания водохранилища вымокли, были повалены и впоследствии погребены под мощной моховой толщей. Более молодые аналоги этих лесов сохранились на отдельных неподтапливаемых повышениях. Развитие болот на данном участке вполне укладывается в схему распределения и эволюции болот на камских надпойменных террасах, описанную М.М. Даниловой (1948).
Это предположение подтверждается наличием отдельно стоящих среди болота засохших возрастных (свыше 45-50 лет) экземпляров сосны, сохранившихся, по-видимому, еще до создания Камского водохранилища. Мощность торфяной толщи в основании этих деревьев также может дать представление о скорости торфонакопления на данном участке. По результатам изучения заложенных полу-разрезов (45-55 см торфянистой массы за 55-57 лет существования водохранилища) она определена в
0.8-1.0 см/год, что хорошо согласуется с приведёнными ранее оценками.
Остается не вполне ясным вопрос о том, какие природные условия при подтоплении определяют развитие болота (существовавшего или нового) по верховому, переходному или же низинному типу.
Так, например, рассмотренный нами Березниковский почвенно-геоботанический профиль имеет две ветви - западную и восточную, одна из которых (западная) оканчивается сильно оглеенными периодически заливаемыми почвами практически без признаков торфообразования и торфонакопления, а вторая (восточная) представляет собой постепенный переход от «автоморфных» экотопов к болотным. Представляется, что одним из существенных факторов является состав и свойства почвообразующих пород и почвогрунтов в целом. В случае аккумулятивных почв подтопленных пойм притоков р. Камы, средних и тяжёлых по механическому составу, а также относительно богатых питательными элементами, болотообразование идёт по низинному типу. На бедных песчаных почвах и в областях распространения лёгких водно-ледниковых и древнеаллювиальных отложений (характерных для северной части прибрежной зоны Камского водохранилища, где и сосредоточены основные болотные массивы) при подтоплении складываются олиготрофные растительные группировки, ведущую роль в которых играют сфагновые мхи, и болотный процесс направляется по верховому или (реже) переходному типу.
Необходимо продолжать исследование процессов антропогенно индуцированного заболачивания, так как при всей почвенной и геоморфологической значимости этого явления обобщающих работ по данной проблеме практически нет (Назаров, 2008).
Выводы
1. В ходе полевых исследований установлено усиление гидроморфизма и развитие процессов торфонакопления в профилях подтопленных почв (проявления - формирование торфяных горизонтов и появление признаков оглеения).
2. Скорость трансформаций заболачивающихся почв во многом определяется скоростью преобразований верхних горизонтов почв (оторфовывания лесной подстилки или дернины, а также гумусового горизонта) и скоростью нарастания/отмирания мохового слоя (в случае заболачивания по верховому типу), которая может достигать 1 см/год и более.
3. На высотах до +1(1.5) м над НПУ на бывших дерново-подзолистых почвах вновь заболоченных территорий отмечено формирование торфяных оли-готрофных почв под сфагново-пушицевыми болотами, эволюционирующих в направлении торфяно-глееземов.
Работа выполнена на базе научноисследовательской лаборатории ботаники и экологии почв Естественнонаучного института Пермского государственного национального исследовательского университета (ЕНИ ПГНИУ) в 20102011 гг. в рамках ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» по теме «Природно-антропогенная эво-
люция почвенного покрова (на примере Западного
Урала)» (2010-2012 гг.).
Библиографический список
Авакян А.Б. Водохранилища и их воздействие на окружающую среду. М.: Наука, 1986. 368 с.
Генкель А.А., Лебедева А.П. О возрасте торфяных обнажений в аллювиях р. Камы // Учён. зап. Молотов. ун-та. 1940. Т. 4, вып. 1. С. 153-165.
Данилова М.М. Болота долины р. Камы // Изв. ЕНИ при Молотов. ун-те. 1948. Т. 12, вып. 6. С. 253-268.
Емельянов А.Г. Процесс заболачивания берегов Московского моря под влиянием подтопления: дис. ... канд. геогр. наук. М., 1965. 390 с.
Карта Молотовской области. М 1:500 000. М.: ГУГК МВД СССР, 1954.
Карта Пермской области. М 1:200 000. М., 1986.
Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
Матарзин Ю.М. Проблемы комплексных геогра-фо-гидрологических исследований формирования крупных водохранилищ и их влияния на природу и хозяйство: дис. . д-ра биол. наук. Пермь, 1970. 597 с.
Назаров Н.Н. Экзогенный морфолитогенез. Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 2008. 186 с.
Одноралов Г.А. Влияние Воронежского водохранилища на почвенный покров и фитоценозы его левобережья: дис. . канд. биол. наук. Воронеж, 1986. 352 с.
Ретеюм А.Ю. Динамика природных комплексов в сфере влияния водохранилищ: дис. . канд. геогр. наук. М., 1968. 256 с.
Филькин Т.Г., Ерёмченко О.З. Трансформация морфогенетических признаков почв в зоне подтопления Камским водохранилищем // Вестн. Удм. ун-та. Сер. 6: Биология. Науки о Земле. 2011. Вып. 2. С. 20-30.
Яковлева Л.В. Влияние Рыбинского водохранилища на почвы прибрежной полосы: дис. . канд. геогр. наук. М., 1969. Т. 1, 2.
Eastern Europe. 1:250 000. Series N501. Sheets NO 40-2, 40-4, 40-5,40-8 (Molotovskaya oblast). Edition 1-AMS (First Printing, 6-58). Prepared by the Army Map Service (AMS&H), Corps of Engineers, U.S. Army, Washington, 1954.
Поступила в редакцию 20.09.2011
Dynamics of swamping on Kama Reservoir’s banks, affected by underflooding T. G. Filkin, associate scientist
Natural Sciences Institute of Perm State University, 4, Genkel str., Perm, Russia, 614990; [email protected]; (342)2396412
Transformations of soils, affected by boggy pedogenesis in the underflooding zone of Kama Reservoir, are examined. It is shown, that speed of swampy soils’ transformation mainly depends on 1) speed of changes in the upper soil horizons and 2) speed of moss layer’s development/dying-off. An example of peaty oligotrophic soils, that were formed over underlying buried sod-podzolic soils, is presented. An estimate of peat accumulation’s speed in high moor soils of underflooding territories is given.
Key words: swamping; underflooding; peat accumulation; peat formation; gleyzation; Kama Reservoir. Филькин Тимофей Геннадьевич, младший научный сотрудник
Естественнонаучный институт Пермского государственного национального исследовательского университета
