CC BY
5Исследования экосистем
УДК (91(091)
Е. А. Токпанов1, Б. Ш. Абдиманапов2, Е. С. Андасбаев3, А. М. Сергеева4
^.геогр.н., доцент кафедры естествознания (Жетысуский университет им. И. Жансугурова, Талдыкорган, Казахстан) 2Д.геогр.н., профессор кафедры географии, экологии и туризма (Казахский национальный педагогический университет им. Абая, Алматы, Казахстан)
3Д.т.н., профессор
(Жетысуский университет им. И. Жансугурова, Талдыкорган, Казахстан) 4К.геогр.н., доцент кафедры географии и туризма (Актюбинский региональный университет им. А. Жубанова, Актобе, Казахстан)
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЛИКТОВЫХ ТОРФЯНЫХ БОЛОТ В ПОЙМЕ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ ЛЕПСЫ И ПРОБЛЕМЫ ИХ ОХРАНЫ
Аннотация. Представлены результаты исследований формирования реликтовых торфяных болот в пойме среднего течения реки Лепсы, изменения приречной экосистемы в результате хозяйственной деятельности, а также рассмотрены мероприятия по сохранению экосистемы и биологического разнообразия. Научные изыскания проведены с 2013 по 2019 г. на основе полевых работ, гербарных материалов кафедры естествознания Жетысуского университета им. И. Жансугурова, а также исследований ученых-почвоведов. Анализ показал, что наблюдается реальная опасность исчезновения реликтовых болот в пойме среднего течения реки Лепсы.
Ключевые слова: реликтовое торфяное болото, речная пойма, почвообразование, охрана природы.
Введение. Актуальность исследовании заключается в изучении словий формирования и развития приречных реликтовых торфяных болот в пустынной зоне и оценке геоэкологических проблем, возникших под влянием хозяйственной деятельности.
Болотные экосистемы являются важными компонентами природных ландшафтов, местами обитания уникальных видов растений и животных, районами формирования уникальных экологических сообществ, что позволяет рассматривать их как элементы сохранения ландшафтного и биологического разнообразия. Болота играют особую роль в функционировании биосферы, поскольку участвуют в процессе депонирования углерода, регуляции гидрологического режима и др. [1]. Торфяные отложения болот являются своеобразными природными «архивами», позволяющими изучать и реконструировать состояние ландшафтов прошлого, а также служат индикаторами современного экологического состояния окружающих территорий.
Болота характеризуются сложной, многоуровневой организацией, что определяет необходимость комплексного подхода к изучению их структуры, свойств и функционирования. Существуют многочисленные определения понятия «болото» [2-4].
Авторы под болотом понимают своеобразный биогеоценоз, который характеризуется продолжительным во времени увлажнением, специфической растительностью и процессами торфообра-зования. Сложная организация болот позволяет выделять структурные единицы разной размерности: болотные микро-, мезо- и макроландшафты, синонимами которых являются болотные участки (фации), болотные массивы и болотные системы. Для изучения особенностей каждого из уровней организации болот используются отдельные методы.
По мнению зарубежных ученых торфяные почвы являются уникальным природным образованием по физическим и физико-химическим свойствам. Рациональное освоение торфяных почв в целях их дальнейшего использования во многом определяется результатами научных исследований
в области торфа, в том числе и биологических. Все биологические процессы, связанные с превращением веществ и энергии в почве, осуществляются с помощью ферментов, играющих важную роль в мобилизации элементов питания растений, а также обусловливающих интенсивность и направленность наиболее важных биохимических процессов.
Научное обоснование использования торфяных болот как природоохранных объектов сформировалось только в последние десятилетия благодаря работам М. С. Боч [5], В. В. Панова [6] и др. Исходя из поставленной цели пространственно-временная совместимость болотообразовательных и техногенных процессов в геобиогенном поле болот позволяет рассматривать их промышленное освоение как один из эволюционных этапов развития этого поля, на которое также можно распространить правило хроноорганизации географических явлений, при котором время является функцией количества состояний объекта или его поля. Это понятие близко понятию вещественного поля.
К наиболее изученному болоту в Центральном Казахстане можно отнести Каркаралинское реликтовое сфагновое болото, которое является памятником природы [7].
В результате исследований П. Л. Горчаковского [8] был значительно пополнен список бо-реальных реликтов, охарактеризованы их местонахождения и условия произрастания, а также выявлены некоторые факторы и механизмы, обеспечивающие возможность существования малых изолированных популяций бореальных растений в условиях аридного климата с ярко выраженной вековой и внутривековой цикличностью гидротермического режима.
Цель исследования: описание особенностей формирования реликтовых приречных торфяных болот, выявление причин самовозгорания биомассы, проблемы охраны болотной экосистемы.
Объект исследования: реликтовые торфяные болота в среднем течении реки Лепсы.
Исходные материалы и методы исследования. Работа выполнена по результатам экспедиционных исследований авторов в 2013-2019 гг. на основе гербарных материалов кафедры естествознания Жетысуского университета им. И. Жансугурова, а также исследований ученых-почвоведов. Полевые исследования проводились маршрутно-экспедиционным методом. При составлении маршрутов использовались тематические карты крупного масштаба. Маршруты прокладывались так, чтобы они охватывали места распространения реликтовых болот в пойме среднего течения долины реки Лепсы. Аналитическая работа проводилась в региональной лаборатории юго-восточного филиала научно-методического центра агрохимической службы Республики Казахстан, расположенной в селе Отенай Алматинской области.
Результаты исследования. Редким и весьма уникальным объектом природы, требующим особой охраны, является реликтовое торфяное болото в пойме среднего течения реки Лепсы.
Этот участок расположен в пойме среднего течения реки Лепсы (географические координаты: 45°48'с.ш., 80о20'в.д). Его площадь - 25-30 га, абсолютная высота местности - 507-520 м над ур. м. Территория участка имеет незначительный уклон с юга на север. Расположен в 15 км севернее села Карабогет Сарканского района Алматинской области.
Растительное сообшество представлено влаголюбивыми мезофитами: пырей ползучий [Agro-pyrum repens (L.) P.B.], костер безостый (Bromus inermis Leyss.), осока черноколосая (Carex melano-stachia M.B.), вейник наземный [Calamagrostis epigeios (L.) Roth.], кровохлебка лекарственная (Sanguisorba officinalis L.), девясил британский (Inula вritannica L.), лапчатка гусиная (Potentilla anserina L.) и др. Высота зарослей из камыша и отдельных растений достигает более 2 м [9, 10].
Болотистая местность отличается изобилием представителей местной фауны. Нередки среди них кабан, косуля, дрофа, фазан и представители водно-болотной экосистемы (ондатра, полевики, утки, змеи). Благодоря изобилию на терртории представителей животного и растительного мира долину среднего течения реки Лепсы местные жители называют малым заповедником.
Поверхность реликтового болота сложена аллювиальными приречными и пойменными отложениями, которые состоят из обломочного материала разного состава и крупности - от илистых и песчаных до гравийно-галечниковых. На западе и северо-западе реликтовое болото постепенно переходит к волнистым холмистым равнинам, состоящих из речных и озерных аллювиальных отложений.
По результам обработки собранных материалов в ходе экспедиционных исследований выявлено, что, несмотря на аридный климат территории, в формировании реликтовых болот первосте-
География жэне геоэкология Macenenepi / Вопросы географии и геоэкологии / Issues of Geography and Geoecology
пенную роль сыграл литологический состав слагающих четвертичных отложений (аллювиальные, частично пролювиальные) и неглубокое залегание грунтовых вод, которые постепенно выклиниваются на поверхность в долине реки Лепсы.
Насышенные минеральными веществами грунтовые воды создают благоприятные уловия для произрастания влаголюбивых растений, которые явлются местом обитания болотных животных [11].
Под постоянным воздействием влаги вымершая растительная масса не успевает полностью перегнивать и дает основу для формирования чёрно-коричневых почв (таблица 1).
Таблица 1 - Почва и растительный покров реликтового болота поймы среднего течения реки Лепсы
Почва Горизонты и толщина слоя почвы, см Растительность
А Ai С Название Высота, см Диаметр, см
абсолютная средняя
Осока 200-250 200 0,5-1
Торфяной Камыш 250-300 250 1-1,5
черно- 12-15 35-45 18-20 Девясил 120-200 150 0,5-1
коричневый Вейник 80-150 100 0,3-0,4
наземный
Натурные полевые исследования показали, что толщина черно-коричневого слоя колеблется от 10 до 15 см, который затем постепенно переходит в слой черного цвета. Лабораторный анализ дал возможность сделать вывод, что почвы реликтового болота состоят из неполностью перегнивших растительных остатков (см. таблицу 1). Это значит, что процесс формирования почвогрунтов происходит на протяжении нескольких десятилетий и состоит в медленном накоплении остатков растительности в болотах. Также установлено, что рассматриваемый тип водно-болотных угодий развивается на плохо дренированных почвах и небольших склонах в увлажненных условиях.
Родники, начинающиеся от первой надпойменной терассы долины реки, дополнительно насыщают влагой пойму и дают возможность для формирования болота и произрастания мезофитных растительных сообществ речной экосистемы. Ряд ученых утверждает, что медленное горизонтальное течение грунтовых вод повышает вертикальное капиллярное течение и почти на 100% насыщает влагой почву. Неуспевшие прогнить растительные остатки создают благопрятные условия для формирования торфяных болот в поймах рек [11].
Выводы, полученые в лабораторных условиях, были подтверждены анализами проб почв реликтового болота в региональной лаборатории юго-восточного филиала научно-методического центра Агрохимический службы Республики Казахстан (таблица 2).
Таблица 2 - Результаты анализа почвы
Площадь, га Номер пробы Тип почвы Агрохимические показатели пробы
N, мг/кг Р5О3, мг/кг К2О, мг/кг Гумс, % рн
1,00 1 Торфяной лугово-болотный 583 89,9 444,5 30 7,6
По данным экспедиционных исследований доказано, что главными предпосылками в формировании реликтового болота в пойме реки Лепсы являются неглубокое залегание водонепроницаемых пород и грунтовых вод и черезмерное насыщение влагой рыхлых пород под воздейстием вертикального капиллярного течения воды.
По мнению В. Н. Кирюшкина [12], слои торфа бывают крупно- и мелкопористыми. Мелкие поры не пропускают воду, а крупные наоборот. На начальном этапе во влажной среде прогнившие остатки растений перемешиваются и формируют болотные почвы. При этом на первоначальном этапе за счет жизнедеятельности и последующего отмирания болотных растений формируется болотная почва с образованием почвенных горизонтов, находящихся в генетической взаимосвязи с материнской породой.
После того как полностью сформировывается верхний торфяной горизонт мощностью в 2070 см, почвообразовательный процесс прекращается и болото самостоятельно вступает в геологическую стадию болотного седиментогенеза. Формируется залежный слой болота, состав которого определяют торфяные отложения как осадочная горная порода [13].
Генетические слои рыхлых и связанных осадочных минеральных, органоминеральных и органогенных отложений в условиях относительной неподвижности и в стадии покоя среды представляют собой специфические наслоения, которые по строению близки к горизонтальным плоскостям. Их чередование - проявление неоднородности в толще залежи и указывает на изменение природных условий отложения осадка.
Главное значение в образовании слоистости имеют количество и размеры поступающего и аккумулирующегося в осадок материала. Для этих условий наиболее характерной является полосо-видная, прерывистая и ленточная параллельная микрослоистость [11].
В ходе экспедиционного исследования обнаружены микробугорки, диаметр которых составляет 40-50 см, высота - 60-80 см. Расстояние между бугорками - 1-20 м. Это связано с тем, что в нижнем твердом слое, состоящем из неполностью разгнивших растительных остатков, не пропускающих воду, появляется пустое пространство. Именно в этих пустотах собирается торфяной газ. Под давлением он поднимает торфяной слой и образует микробугры (см. рисунок, а).
Микробугры в реликтовом торфяном болоте (а) и следы пожара от самовозгорания реликтового торфяного болота (б)
в пойме среднего течения реки Лепсы
В настоящее время русло реки Лепсы сдвинулось к северу примерно на 300-400 м от старого русла. Наряду с изменением гидрологических условий в южной части реликтового болота постепенно образуются высокотравные пойменные луга. По мнению местных жителей, на их развитие повлияли вырытые дренажные каналы в 80-е годы ХХ века в целях осушения и заготовки сена для молочно-товарной фермы совхоза «Карабогет» Сарканского района Алматинской области.
За последние 30-40 лет под воздействием хояйственной деятельности отмечается постепенное изменение приречной экосистемы, гидрологического и химического режима в пойме среднего течения реки Лепсы. Наблюдается и изменение видового состава животных и растений уникального объекта природы.
Начиная с 80-х годов ХХ века на территории реликтового болота в летнее время участилось самовозгорание сухостоя и болота. Предполагают, что под плотным слоем неперегнивших остатков растений собирается болотный газ, который в условиях жаркого аридного климата самовозгорается.
Изменение гидрологических условий вызвало необратимые процессы в болотной экосистеме. Проведенные исследования говорят о масштабных пожарах 1972, 1973, 1979, 1985, 1997, 2000 годов, основной причиной которых также является самовозгорание реликтовых болот из-за чрезмерного самонагревания торфяного слоя (см. рисунок, б).
Выводы. Результаты исследования подтверждают, что имеется реальная опасность исчезновения реликтовых болот в пойме среднего течения реки Лепсы. В связи с этим охрана реликтовых
География жэне геоэкология мэceлeлepi / Вопросы географии и геоэкологии / Issues of Geography and Geoecology
водно-болотных экосистем требует принятия неотлагательных и серьезных мероприятий по охране окружающей среды реки Лепсы на всем ее протяжении. Для сохранения уникальных свойств водно-болотных экосистем и реликтовых торфяных болот в пустынной зоне Казахстана требуются дальнейшие научные изыскания и полевые работы.
Реликтовое болото в среднем течении реки Лепсы является не только источниками пресной воды и торфа, средой обитания многих животных и птиц, но и в первую очередь естественным очистителем среды от многих загрязнителей.
Для сохранения уникального реликтового болота необходимо дать ему статус памятника природы и включить в состав Жетысу-Алатауского государственного национального парка природы. Следует ограничить все виды хозяйственной деятельности.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Волкова Е.М. Болота Среднерусской возвышенности: генезис, структурно-функциональные особенности и природоохранное значение. Автореф. дис. ... д. б. н. - Санкт-Петербург, 2018. - 46 с.
[2] Аболин Р.И. Опыт эпигенологической классификации болот. - Минск: Губ. тип., 1914. - 55 с.
[3] Дубах А.Д. Очерки по гидрологии болот. - Л.: Изд-во «ЦУЕГМС», 1936. - 63 с.
[4] Пьявченко Н.И. Торфяные болота, их природное и хозяйственное значение. - М.: Наука, 1985. - 152 с.
[5] Боч М.С., Мазинг В.В. Экосистемы болот СССР. - Л.: Наука, 1979. - 188 с.
[6] Панов В.В. Геоэкологические основы регенерации торфяных болот: Автореф. дис. ... д. геогр. н. - М., 2003. - 48 с.
[7] Горчаковский П.Л. Экология бореальных реликтов в лесных оазисах Центрального Казахстана // Экология. -1987. - № 2.
[8] Горчаковский П.Л., Лалаян Н.Т. Сосновые леса и аридно--петрофильные редколесья Центрального Казахстана, их особенности и антропогенная динамика // Экология. - 1982. - № 2. - С. 6-18.
[9] Денисова Л.В. Сфагновое болото в Каркаралинских горах // Сборник ботанического журнала. - 1962. - Т. 47, № 9. - С. 1354-1358.
[10] Байтенов М.С. Флора Казахстана. В 2 т. - Алматы: Еылым, 2001. - 208 с.
[11] Гуленкова М.А., Сергеева М.Н. Растения болот. Серия: Атлас родной природы. - М.: Эгмонт, 2001. - 64 с.
[12] Кирюшкин В.Н. Формирование и развитие болотных систем. - Л.: Наука, 1980. - 88 с.
[13] Почвоведение с основами геологии / Под ред. А. И. Горбылевой. - Минск: Новое знание, 2002. 480 с.
REFERENCES
[1] Volkova Уе.М. Bogs of the Central Russian Upland: Genesis, Structural and Functional Features, and Environmental Significance: Abstract of the dissertation for the degree of Doctor of Biological Sciences. Saint-Petersburg, 2018. 46 p. (in Russ.).
[2] АЬз1ш R.I. Experience in the epigenological classification of swamps. МгшЬ Gov. type., 1914. 55 p. (in Russ.).
[3] Dubakh АП Essays on Swamp Hydrology. Publishing: L.: CAUUNS, 1936. 63 p. (in Russ.).
[4] Piyavchenko N.I. Peat bogs, their natural and economic value. М.: Science, 1985. 152 p. (in Russ.).
[5] Boch М^., V.V.Swamp ecosystems of USSR. L.: Science, 1979. 188 p. (in Russ.).
[6] Panov V.V. Geoecological bases of peat bog regeneration: Abstract of the dissertation for the degree of Doctor of Geographical Sciences. M., 2003 (in Russ.).
[7] Gorchakovsky P.L. Ecology of boreal relics in forest oases of Central Kazakhstan // Ecology. 1987. No. 2 (in Russ.).
[8] Gorchakovsky P.L., Lalayan N.T. Pine forests and arid-petrofil light forests of Central Kazakhstan, their features and anthropogenic dynamics // Ecology. 1982. No. 2. P. 6-18 (in Russ.).
[9] Denisova L.V. Sphagnum swamp in the Karkaraly mountains // Collected Botanical Journal. 1962. Vol. 47, No. 9. P. 1354-1358 (in Russ.).
[10] Baytenov М^. Flora of Kazakhstan. In 2 volumes. Аlmaty: Science, 2001. 208 p. (in Russ.).
[11] Dulenkova М.А., Sergeyeva М.№ Swamp plants. Series: Atlas of Native Nature. М.: Egmont, 2001. 64 p. (in Russ.).
[12] Kirushkin V.N. Formation and development of wetland systems. L.: Science, 1980. 88 p. (in Russ.).
[13] Soil Science with basics of Geology / Edited by A. I. Gorbyleva. Winsk: New knowledge, 2002. 480 p. (in Russ.).
Е. А. Токпанов1, Б. Ш. Абдиманапов2, Е. С. Андасбаев3 А. М. Сергеева3
1 География гылымдарынын кандидаты, жаратылыстану кафедрасынын доцент (И. Жансугуров атындагы Жетысу университет^ Талдыкорган, Казахстан)
2География гылымдарынын докторы, география, экология жэне туризм кафедрасынын профессоры (Абай атындагы ^лттык педгогикалык университетi, Алматы, Казакстан)
3Техника гылымдарынын докторы, профессор (И. Жансугуров атындагы Жетысу университет^ Талдыкорган, Казахстан) 4География гылымдарынын кандидаты, география жэне туризм кафедрасынын доценп (А. Жубанов атындагы Актобе аймактык университетi, Актобе, Казакстан)
ЛЕПС1 6ЗЕНШЩ ОРТА АГЫСЫНЬЩ ЖАЙЫЛМАСЫНДАГЫ ШЫМТЕЗЕКТ1 БАТПАЦТЬЩ ЦАЛЫПТАСУ ЕРЕКШЕЛЭКТЕР1 МЕН ОНЫ ЦОРГАУ МЭСЕЛЕЛЕР1
Аннотация. Макалада Лепсi взенiнiн орта агысынын жайылмасындагы реликтi шымтезек батпагынын пайда болуын зерттеу нэтижелерi, шаруашылык кызмет нэтижеанде взен жайылмасынын экожYЙесiндегi вз-герктер, сондай-ак аумактын экожYЙесi мен биологиялык алуантYрлiлiгiн сактау шаралары карастырылган. Зерттеулер 2013-2019 жылдары I. ЖансYгiров атындагы Жепсу университетiнiн жаратылыстану кафедрасынын гербарийлык материалдары, сондай-ак топырактанушы галымдардын зерттеулерi негiзiнде жYргiзiлдi. Нэтижелердi талдау Лепсi взенiнiн орта бвлiгiндегi алкапта реликтi батпактардын жогалуынын накты кауш-тiлiгiн кврсеттi.
ТYЙiн свздерк реликл шымтезектi батпак, взен жайлмасы, топырактын тYзiлуi, табигатты коргау.
Ye. A. Tokpanov1, B. Sh. Abdimanapov2, Ye. S. Andasbaev3, А. M. Sergeyeva4
1Candidate of Geographical Sciences, senior lecturer at the Department of natural sciences (Zhetysu university named after I. Zhansugurov, Taldykorgan, Kazakhstan) 2Doctor of Geographical Sciences, professor of the Department of geography, ecology and tourism (Kazakh national pedagogical university named after Abay, Almaty, Kazakhstan) 3Doctor of Technical Sciences, professor (Zhetysu university named after I. Zhansugurov, Taldykorgan, Kazakhstan) 4Candidate of Geographical Sciences, associate professor of the Department of geography and tourism (Aktobe regional university named after A. Zhubanov, Aktobe, Kazakhstan)
FEATURES OF THE FORMATION OF RELICT PEAT BOGS IN THE FLOODPLAIN OF THE MIDDLE FLOW OF THE LEPSY RIVER AND PROBLEMS OF ITS PROTECTION
Abstract. The article presents the results of studies of the formation of relict peat bogs in the floodplain of the middle flow of the Lepsyriver, changes in the riverine ecosystem as a result of economic activities, and also considers measures to preserve the ecosystem and biological diversity. The studies were carried out in 2013-2019. On the basis of herbarium materials of the Department of Natural Sciences of Zhetysu University named after I. Zhan-sugurov, as well as studies of soil scientists. Analysis of the results showed a real danger of disappearance of relict bogs in the floodplain of the middle part of the Lepsy river.
Keywords: relict peat bog, river floodplain, soil formation, nature protection.
