CC BY
120
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ БОЛОТОВЕДЕНИЯ И ТОРФОВЕДЕНИЯ
УДК 631.481
С.П. Ефремов, Т. Т. Ефремова
О НЕКОТОРЫХ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИСТОКАХ ОТЕЧЕСТВЕННОГО БОЛОТОВЕДЕНИЯ
Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, г. Красноярск
В настоящее время основные теоретические концепции, объясняющие механизмы развития болото- и торфообразовательного процессов, фокусируются на признании неоспоримого постулата, что болота, будучи интразональными (квазикоренными) природно-ландшафтными образованиями, в сильнейшей степени испытывают контролирующее воздействие климата, следствием чего является зональный, а в горных условиях - высотно-по-ясный принцип географического распространения и системной структурно-типологической организации. Большинство болот и заболоченных лесов являются экологически гетерогенными системами по тепло-, влагообеспеченности и уровням актуального плодородия почв. Функционально это проявляется через сложную иерархию взаимосвязей и взаимоотношений между компонентами фито-, педо-, гидросферы, которые морфологически реализуются в виде широкого диапазона экосистемного разнообразия лесоболотных комплексов, состава, структуры и продуктивности фитоценозов.
Еще в начале XVIII в., когда только нарабатывались методологические и информационные предпосылки для обособления болотоведения как «синтетического» направления, постепенно объединявшего в себя базовые основы многих классических наук - ботаники, почвоведения, гидрологии, лесоведения и др., уже тогда стало очевидно, что к познанию природы болот и их роли в глобальном перераспределении органического вещества и депонированной энергии Солнца нельзя подходить с узкопрофилированными требованиями какой-либо одной научной дисциплины. Впервые на это обратил внимание М.В. Ломоносов в своем капитальном труде «Первые основания металлургии или рудных дел», изданном в 1763 г. Во втором прибавлении к нему, названном «О слоях земных», он с особым пристрастием обсудил происхождение торфа как органогенной геологической породы, впер-
вые в мировой практике применив микроскоп для анализа ее вещественной структуры.
Первым, кто пришел к убеждению о необходимости комплексных биогеоценологических методов исследования болот, был Владимир Николаевич Сукачев. Он прекрасно понимал значение «архивных» свойств торфяных залежей для реконструкции былых биогеоценотических полей, прогноза ожидаемых сукцессий и участия болот в глобальных процессах энергомассообмена.
Следует особо подчеркнуть, что В.Н. Сукачев еще в начале своей творческой деятельности сразу, всерьез и, как оказалось, на всю жизнь был захвачен «болотной» проблематикой, его всегда и глубоко интересовали болота как объект многообразных научных исследований.
В 1914 г. в специальном сборнике были опубликованы лекции о болотах, их образовании, развитии и свойствах, прочитанные В.Н. Сукачевым на третьих дополнительных курсах для лесничих в Императорском лесном институте (впоследствии Лесотехническая академия, г. Санкт-Петербург) [1].
Критически обобщив существовавшие к тому времени представления о факторах болотообразо-вания и торфонакопления, В.Н. Сукачев дал свое определение болота, которое получило авторитетное признание и с небольшими вариациями используется исследователями до сих пор [2, с. 99]: болото есть «... определенный тип земной поверхности, где факторы литосферы, педосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы в своем взаимодействии создают одно целое, один определенный ландшафт.». Примерно в таком же смысловом ключе выдержано определение болота, данное профессором Николаем Ивановичем Пьявченко, близким другом, последователем и соратником В.Н. Сукачева по «болотному и биогеоценологическому цеху» [3, с. 14]: «Болото есть географический ландшафт, закономерно возникающий и развивающийся под
влиянием взаимодействия факторов среды и растительности, которое определяется постоянной или периодической избыточной влажностью и проявляется в гидрофильности напочвенного растительного покрова, болотном типе почвообразовательного процесса и накоплении торфа».
В.Н. Сукачев многое сделал для развития методов диагностики взаимоотношений леса и болота во времени и пространстве, в том числе на территории Западной Сибири как наиболее заболоченном и заторфованном регионе России. Он впервые обратил внимание на наличие в торфяниках так называемого «пограничного горизонта» - сильно разложившегося торфа с большим количеством остатков древесины, залегающего между менее разложившимися слоями с другими ботаническими составами и спорово-пыльцевыми спектрами: это явление было интерпретировано как результат климатогенных воздействий в суббореальный период голоцена, когда произошло существенное потепление и снизилось общее увлажнение. В этот период на болотах был стимулирован лесообразовательный процесс, сопровождавшийся более глубокой трансформацией ранее накопленного и вновь образующегося торфа. Владимир Николаевич неоднократно отмечал, что в голоцене подобные масштабные смены педо-, фитоценотических комплексов происходили неоднократно как в гидроморф-ных, так и в автоморфных ландшафтах. Их «пусковыми» механизмами являлись климатогенные факторы. Но наилучшим образом следы их воздействия фиксировались в торфяных залежах. Поэтому не случайно глубокие, всесторонние исследования эволюции стратиграфических профилей торфяных болот, предпринятые В. Н. Сукачевым и его последователями, в сильнейшей степени стимулировали развитие палеоботаники и палеогеографии, в том числе на основе методов возрастного датирования разноглубинных образцов торфа, диагностики группового и фракционного состава органического вещества. Впоследствии подтвердилась правота Владимира Николаевича в споре с В.Р. Вильямсом относительно того, что якобы всякий луг непременно должен переходить в болото: существуют природные и нередко антропогенные факторы, которые не только не предполагают, но и вовсе исключают подобное развитие событий.
Он одним из первых болотоведов на примере сосны обыкновенной начал заниматься вопросами экологической пластичности (реактивной способности) видов древесных растений в условиях почвенного гидроморфизма, кислородной гипоксии и дефицита азотно-минерального питания. По совету Владимира Николаевича экологическими формами болотной сосны интенсивно занимались многие лесоведы и болотоведы, например Н.Н. Кобранов и
Р.И. Аболин, причем первый организовал двухлетние экспериментальные работы с посевом семян болотных экотипов этой лесообразующей породы. Было доказано, что «... болотная сосна есть физиологическая разновидность обыкновенной сосны» [4, с. 140]. В то же время Н.Н. Кобранов констатировал, что, несмотря на почвоулучшительные мероприятия, которые, казалось бы, должны стимулировать в гидроморфных местообитаниях ростовые процессы в древостоях, реального эффекта не дают: «. существует наличность таких условий, при которых возврат сосны к первоначальному габитусу невозможен» [4, с. 81].
Данное заключение вполне разделял и В.Н. Сукачев, поскольку считал, что на болотах бореаль-ной зоны виды древесных растений, являясь типичными мезофитами, рано, особенно в олигот-рофных условиях, вступают в стадию «биологического старения» в силу переувлажнения и плохой прогреваемости корнеобитаемых слоев торфяных почв, подавляющих ростовые процессы в наиболее ответственные сроки вегетационного периода.
В.В. Мазинг [5], базируясь на биогеоценотичес-кой концепции В.Н. Сукачева [6], предложил три направления в трактовке понятия «структура ценоза».
Во-первых, структура как синоним состава (качественная и количественная характеристика видового состава, видовых популяций, эколого-ценоти-ческих ассоциативных объединений, ценотипов, биоморф и т.п.). Поскольку в этом направлении оценивается только одна сторона структуры - состав в широком смысле, В.В. Мазинг считает нецелесообразным заменять термин «состав» на термин «структура». Во-вторых, структура как синоним строения. Болотоведы-геоботаники, исходя из су-качевского понимания экологической гетерогенности и пространственной расчлененности растительного и почвенного покровов болот, достаточно продуктивно используют аналогизацию этих двух терминов при описании, диагностике и изучении мозаичной сетки болотных ценозов, территориально распределенных, как правило, в соответствии с элементами малых форм почвенной поверхности. Наконец, в-третьих, структура рассматривается как система связей, в основе которых хотя и лежат цепи и циклы питания, но они дополняются другими, не менее значимыми векторами прямых и опосредованных взаимоотношений компонентов биогеоценоза. Иными словами, кроме трофических взаимодействий имеют значение топические и другие связи физического, биохимического, физиологического порядков.
Естественно, что различные подходы к пониманию структуры ценоза реализуются при достижении конкретной цели исследования не только морфологических, но и функциональных свойств си-
стемы в целом и ее структурных элементов. В.В. Мазинг [5] выделяет четыре основополагающих принципа расчленения пространственной и шесть - для расшифровки функциональной структуры биогеоценотического покрова. Для территориального уровня расчленения целесообразно использовать, во-первых, диагностируемые воздействия топогенных и ценогенных факторов; во-вторых, соотношение горизонтальной и вертикальной протяженности выделяемых биогеоценозов; в-третьих, на основе взаимного расположения и конфигурации элементов можно выделить типы мор-фоструктуры - радиальную (центростремительную и центробежную), полосчатую, ячеистую, древовидную, островковую и т.д., а также комплексную как отражение сложного сочетания различных типов узора; в-четвертых, характер размещения системных элементов в растительности (ассимилирующих органов, подземных частей, распределение фитогенных полей).
С расшифровкой функциональной структуры систем дело обстоит гораздо запутаннее. Биогеоценоз - это сложный клубок взаимоотношений, «разматывание» которого может быть произведено различными способами, подходы к которым В.В. Мазинг [5] делит на шесть исследовательских позиций: 1) взаимоотношения между организмами и средой; 2) взаимоотношения между особями одного вида; 3) взаимоотношения между особями разных, но экологически близких видов;
4) взаимоотношения между разными видами;
5) взаимоотношения между разными биоморфами; 6) взаимоотношения между разными трофическими уровнями.
Краткий анализ показывает, что в методологическом отношении проблема структурной организации болотных экосистем не может решаться в одновариантном исполнении. Существуют различные подходы к ее анализу, но в любом случае полнота охвата предмета (объекта) будет относительной в силу естественной сложности взаимосвязей между элементами системы, как, впрочем, множественных количественных и качественных свойств самих элементов. Тем не менее в болотоведении накоплен значительный классификационный потенциал, позволяющий в той или иной мере реализовать системный подход к анализу структуры и типологического спектра болотных экосистем [7, 8 и др.].
Как считает Н.И. Пьявченко [9], в отечественном болотоведении приоритет в попытке разработать классификацию болотных биогеоценозов принадлежит Р.И. Аболину - одному из ярких соратников В.Н. Сукачева. Им опубликованы три теоретически значимые работы, которые не потеряли своей актуальности до сих пор ни по фундаментальности, ни по оригинальности идей, сыгравших заметную
роль в развитии классического болотоведения [10,
11, 12].
Работам Р.И. Аболина по типизации условий возникновения, развития, морфологической диагностики и дифференциации болот и заболоченных лесов большое значение придавала Е.А. Галкина [13, 14, 15], предложившая так называемую ландшафтную классификацию избыточно-увлажненных территорий, ставшую классической в болотоведении. Элементарной ландшафтной частью болота является микроландшафт - однородный участок болота и торфяной залежи, равнозначный по объему эпиморфе Р.И. Аболина и биогеоценозу
В.Н. Сукачева, а эпиформации Р.И. Аболина - фации В. Д. Лопатина [16, 17]. Болотные микроландшафты Е.А. Галкиной, которые в дальнейшем получили у нее статус фаций, могут иметь простое, мозаичное, пятнистое и комплексное строение; каждому варианту соответствует своя структурная организация по комплексу признаков.
Вторая, более крупная единица в классификации Е.А. Галкиной - мезоландшафт (или позднее -урочище), в рамках которого выделяются 4 группы мезоландшафтов соответственно фазам их развития - евтрофный, мезотрофный, олиготрофный и миксотрофный. В свою очередь, фазы складываются из стадий, индицирующих более узкие колебания признаков мезоландшафтов. Тип болотного мезоландшафта она рассматривает как одну из длительных стадий его развития.
Третья, наиболее крупная единица классификации - болотный макроландшафт (или система урочищ). Он представляет собой слившиеся мезоланд-шафты (урочища), которые испытывают взаимное влияние, прежде всего, в контактных полосах. Предложенная Е.А. Галкиной ландшафтная классификация болот, будучи классической и по форме, и по содержанию, все же имеет свои недостатки, на которые обратила внимание И.Д. Богдановская-Гиенэф [18, 19] и подробно их разобрала.
Кратко остановимся на анализе классификации лесных болот (заболоченных и болотных лесов)
Н.И. Пьявченко [3, 9].
В обобщенном виде классификация лесных болот Н.И. Пьявченко выглядит следующим образом. В биогеоценотической оболочке биосферы обособляется болотная биогеохора, которая распадается на простые и сложные болотные биогеосистемы. В пределах последних выделяются четыре типа болотных массивов: А - евтрофный (низинный), Б -мезотрофный (переходный), В - олиготрофный (верховой), Г - гетеротрофный (разнотипный). Каждый из типов болотных массивов имеет геоморфологические варианты: А - замкнутых котловин, проточных логов, старичный, пойменный; Б -замкнутых котловин, сточных котловин, пологих
склонов, приозерный; В - замкнутых котловин, сточных котловин, пологих склонов, равнинный; Г - сточных котловин, приозерный, подножных склонов, пологих склонов. Для типов болотных массивов в целом и их геоморфологических вариантов свойственны следующие группы типов биогеоценозов (фаций): 1) геоморфологические варианты в системе А - а) топяная, б) топяно-лесная, в) лесная; 2) геоморфологические варианты системы Б -
а) топяная, б) топяно-лесная, в) лесная; 3) геоморфологические варианты системы В - а) топяная,
б) топяно-лесная, в) лесная; 4) геоморфологические варианты системы Г - а) топяная, б) топяно-кустар-ничковая, в) кустарничково-лишайниковая.
Далее в классификации подразделяются типы биогеоценозов (болотных фаций), последовательность которых для краткости изобразим по сочетаемости цифровых индексов, указанных выше.
Типы биогеоценозов (фации): Аа - гипновая, хвощевая, тростниковая; Аб - осоково-березовая, тростниково-ольховая; Ав - еловая, березовая; Ба -осоково-сфагновая, шейхцериево-сфагновая; Бб -сфагново-березовая, сфагново-еловая; Бв - сосново-березовая, елово-сосновая; Ва - шейхцериевая, пушицевая; Вб - сосново-сфагновая; Вв - кустарниково-сосновая; Га - аапа; Гб - аапа-бугристая, полигональная; Гв - плоскобугристая, крупнобугристая.
Отметим, что в Сибири типы лесоболотных биогеоценозов (на уровне фаций) во многих случа-
ях имеют замещающие или дополняющие варианты, не вошедшие в классификацию Н.И. Пьявчен-ко, которая в большей степени адаптирована по низшим единицам к европейской части России. Например, в Западной Сибири вместо тростниково-ольховой лесоболотной фации могут быть включены тростниково-ивняковая и тростниковоберезовая; в дополнение к сфагново-еловой и елово-сосновой фациям целесообразно указать еловокедровую, сосново-кедровую, кедрово-пихтовую фации и т.д. Важно, что региональные уточнения достаточно логично вписываются в теоретическую концепцию и практические цели биогеоценологи-ческой классификации Н.И. Пьявченко.
В заключение отметим, что оценка структурной организации лесоболотных экосистем в связи с проблемой их типизации и оценкой биосферных функций отнюдь не ограничивается рассмотрением перечисленных подходов [20, 21]. Мы предприняли настоящий экскурс для того, чтобы еще раз обратиться к фундаментальным истокам современного болотоведения и увидеть в них блеск малоизвестных или нереализованных идей, не потерявших своего научного значения по сию пору. Будучи переосмысленными и дополненными новейшими материалами, они оказываются вновь востребованными на многие годы вперед, может быть, с иным содержательным наполнением и для более ориентированных целей.
Поступила в редакцию 24.03.2008
Литература
1. Сукачев В.Н. О пограничном горизонте торфяников в связи с вопросом о колебании климата в послеледниковое время // Почвоведение. 1914. Т. 16. № 1-2. С. 47-74.
2. Сукачев В.Н. Болота и их образование, развитие и свойства. В кн.: Избранные труды. Л., 1972. Т. 2. С. 97-188.
3. Пьявченко Н.И. Лесное болотоведение. М., 1963. 191 с.
4. Кобранов Н.Н. К вопросу о происхождении болотной сосны // Известия Лесного ин-та. СПб. 1912. Вып. 23 (отдел неофиц.). С. 79-156.
5. Мазинг В.В. Что такое структура биогеоценоза. В кн.: Проблемы биогеоценологии. М., 1973. С. 148-157.
6. Сукачев В.Н. Основные понятия лесной биогеоценологии. В кн.: Основы лесной биогеоценологии. М., 1964. С. 5-49.
7. Боч М.С., Мазинг В.В. Экосистемы болот СССР. Л., 1979. 188 с.
8. Васильев С.В. Лесные и болотные ландшафты Западной Сибири. Томск, 2007. 275 с.
9. Пьявченко Н.И. О принципах биогеоценологической классификации болот. В кн.: Проблемы биогеоценологии. М., 1973. С. 174-189.
10. Аболин Р.И. Опыт эпигенологической классификации болот // Болотоведение. 1914. Вып. 3. С. 1-55.
11. Аболин Р.И. К вопросу о классификации болот Северо-Западной области. В кн.: Материалы по опытному мелиоративному делу. М.,
1928. С. 3-55.
12. Аболин Р.И. Геоботаническое и почвенное описание Лено-Вилюйской равнины. Труды Комиссии АН по изучению Якутской АССР, 1929. Вып. 10. С. 1-372.
13. Галкина Е.А. Болотные ландшафты и принципы их классификации. В кн.: Сборник работ БИН АН СССР, выполненных в Ленинграде за 3 года Великой Отечественной войны (1941-1943). М.-Л., 1946. С. 139-156.
14. Галкина Е.А. Болотные ландшафты Карелии и принципы их классификации. В кн.: Торфяные болота Карелии. Петрозаводск, 1959.
С. 3-48.
15. Галкина Е.А. Методы использования аэрофотоснимков для типизации и картирования болотных массивов. В кн.: Болота и заболоченные земли Карелии. Петрозаводск, 1964. С. 5-24.
16. Лопатин В.Д. Очерк растительности Гладкого болота (Тосненский район Ленинградской области). Учен. зап. ЛГУ (сер. геогр. наук), 1949. № 5. С. 152-174.
В.К. Бахнов. Почвообразование - один из ведущих биосферных механизмов
17. Лопатин В.Д. Гладкое болото (торфяная залежь и болотные фации). Учен. зап. ЛГУ (сер. геогр. наук). 1954. № 9. С. 95-181.
18. Богдановская-Гиенэф И.Д. О классификации болотных массивов // Вестн. ЛГУ. 1949. № 7. С. 55-61.
19. Богдановская-Гиенэф И.Д. Закономерности формирования сфагновых болот верхового типа (на примере Полистово-Ловатской болотной системы). Л., 1969. 185 с.
20. Ефремов С.П. Экологическая обусловленность морфогенеза сосны обыкновенной. В кн.: Проблемы лесной биогеоценологии. Новосибирск, 1980. С.140-155.
21. Ефремов С.П., Ефремова Т.Т. Типологические спектры и углеродный пул лесоболотных экосистем Западной Сибири // Лесоведение. 2007. № 6. С.80-92.
УДК 631.434:574
В.К. Бахнов
ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ - ОДИН ИЗ ВЕДУЩИХ БИОСФЕРНЫХ МЕХАНИЗМОВ
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, г. Новосибирск
Биосфера - это оболочка земного шара, в которой развилась жизнь в форме обильного разнообразия организмов, населяющих гидросферу, нижние слои атмосферы и верхнюю часть литосферы суши. В своей основе биосфера есть продукт взаимодействия живой и неживой материи. Благодаря деятельности растений биосфера является аккумулятором энергии, поступающей от Солнца на Землю.
Создание целостного учения о биосфере принадлежит В.И. Вернадскому. Центральное звено в его концепции о биосфере - представление о живом веществе, которое он считал наиболее мощным геохимическим и энергетическим фактором, ведущей силой планетарного развития. «Жизнь, живое вещество, - писал Вернадский [1], - как бы само создает себе область жизни. Это характерная организованность нашей планеты» (с. 242). Высказывание В.И. Вернадского о роли живого вещества составляет основу наших представлений об истории становления биосферы Земли и одного из ведущих биосферных механизмов - почвообразования [2, 3].
Эволюция почвообразовательного процесса тесно связана с основными вехами развития биосферы, которые были направлены на последовательное освоение организмами, прежде всего зелеными растениями, всех сфер земной оболочки. Этот магистральный путь был взят за основу деления истории биосферы на три периода: гидроземный, ат-моземный и литоземный. Каждому периоду соответствовало появление на Земле определенной формы почвообразования: гидроземному - подводной, атмоземному - болотной, литоземному - сухопутной.
Глубокое знание основ докучаевского почвоведения позволило В.И. Вернадскому первому обнаружить сходство между такими биокосными системами, как почвы суши и донные отложения водных систем. В 1936 г. он писал: «Ил ... является природным телом, у которого существует глубокая
аналогия с почвой. Это подводные почвы, где гидросфера занимает место атмосферы» [4, с.11]. Позднее сходство отложений водоемов с почвами суши отмечали многие известные ученые [5, 6, 7, 8, и др.]. По мнению В.В. Плотникова [9], донный субстрат древних водных экосистем можно считать прообразом первой почвы на Земле, природной моделью почвы в современном ее понимании.
Основу решения почвенно-эволюционной проблемы составляет центральная идея учения В.И. Вернадского о том, что живое вещество - это химически чрезвычайно активная «действующая масса», определяющая и подчиняющая себе многие планетарные процессы. Жизнь создает в окружающей среде условия, благоприятные для своего существования. Эта идея нашла отражение в публикациях некоторых последующих исследователей. В процессе эволюции, отмечал С.С. Шварц [10], происходили вовлечение в круговорот биосферы новых потенциальных сред жизни, повышение стабильности биогеоценотического покрова Земли и создание предпосылок для возникновения новых экологических ниш. Появление новых экологических ниш достигалось и путем создания самими организмами субстрата - почвы, которая становилась их же средой обитания [11].
На развитие биоты почвообразование влияло не только непосредственно через почву как среду обитания организмов, но и путем изменения внешней среды, которое совершалось при участии почвообразования. Создать кислородсодержащую атмосферу Земли было бы невозможно без участия почвообразования в данном процессе.
Количество кислорода в атмосфере стехиомет-рически соответствует количеству углерода, выведенному из круговорота на длительное время [12,
13, 14]. Следовательно, для накопления кислорода в атмосфере необходимы не только его образование, но и утилизация части органического углеро-
