CC BY
15
УДК 911.9
РАДИЛОВСКИЙ БОЛОТНЫЙ МАССИВ: СОСТОЯНИЕ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ*
© 2015 г М.И. Крыжевич, П.С. Зубкова, Г.В. Шипкова
Крыжевич Мария Ивановна - кандидат географических наук, доцент, старший научный сотрудник, Крыловский государственный научный центр, Московское шоссе, 44, г. Санкт-Петербург, 196158, e-mail: [email protected]
Зубкова Полина Сергеевна - младший научный сотрудник, Институт наук о Земле Санкт-Петербургского государственного университета, 10-я линия В.О., 33-35, г. Санкт-Петербург, 199178, e-mail: [email protected]
Шипкова Галина Владимировна - магистр, биолого-почвенный факультет, Южный федеральный университет, пр. Стачки, 219б, г. Ростов-на-Дону, 344090, e-mail: [email protected]
Kryzhevich Mariya Ivanovna - Candidate of Geographical Science, Associate Professor, Senior Researcher, Krylov State Research Centre, Moskovskoe Highway, 44, St. Petersburg, 196158, Russia, e-mail: [email protected]
Zubkova Polina Sergeevna - Junior Researcher, Institute of Earth Sciences of the Saint Petersburg State University, 10 liniya V.O., 33-35, St. Petersburg, 199178, Russia, e-mail: sandra-arven@mail. ru
Shipkova Galina Vladimirovna - Master, Biology and Soil Department, Southern State University, Stachki Ave., 219b, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: ga-
lina_shipkova@mail. ru
Радиловский болотный массив расположен в Хиловской низине и относится к бассейну р. Шелонь Ладожско-Ильменско-Западнодвинской провинции широколиственно-хвойных лесов и выпуклых грядово-мочажинных комплексов. Заложенные в 2012-2013 гг. физико-географические профили характеризуются быстрой и резкой сменой природных комплексов, что особенно характерно для восточных и окраинных частей болотного массива, что отмечается на ключевых участках. В пределах пробных площадок рассчитаны ресурсные показатели клюквы - запас и коэффициент урожайности зеленой массы. Анализ содержания микроэлементов в растениях проводился с помощью метода атомно-абсорбционной спектроскопии на спектрометре марки NOVAA 300.
Ключевые слова: болотный массив, ключевые участки, клюква, тяжелые металлы, метан.
Radilov raised bog is located in the Hilov lowland of Shelon basin. This area is devoted to Ladoga-Ilmen-Zapadnodvina province of broadleaved and coniferous forests and hummock-ridge bogs. Geographical profiles are characterized by quick and sharp change of ecosystems. This is particularly evident for the key areas of eastern and marginal parts bog. Within the test plots were calculated resource cranberry indicators: reserve and coefficient of productivity of green mass. Analysis of plants trace elements was carried out by atomic absorption spectroscopy with a spectrometer brand NOVAA 300.
Keywords: bog massive, key areas, cranberry, heavy metals, methane.
Радиловский болотный массив (Порховский район Псковской области) расположен в Хиловской низине и имеет обилие моренных гряд и холмов в основном песчаного и супесчаного состава. Речная сеть относится к бассейну р. Шелони, впадающей в оз. Ильмень.
Окрестности оз. Радилово с типичным верховым болотным массивом - это территория, где отроги Лужской возвышенности сочетаются с ландшафтами Хиловской низины, с преобладающими высотами 0100 м (рисунок). В геоморфологическом отношении район относится к моренным и озерно-ледниковым равнинам. Территория сложена пермскими отложениями - известняками, доломитами, мергелями, песчаниками, повсюду распространены озерно-ледниковые отложения. Район исследований расположен в пределах Ладожско-Ильменско-Западно-двинской провинции широколиственно-хвойных лесов и выпуклых грядово-мочажинных комплексов
рия относится к Стругокрасненскому сосново-еловому песчано-суглинистому району холмисто -котловинных камовых комплексов [2]. По М.С. Боч (1999), Радиловский болотный массив относится к Восточноприбалтийской провинции зоны выпуклых грядово-мочажинных болот [3].
Для территории характерно значимое количество осадков (до 700 мм), несколько большее, чем для окрестностей. Оз. Радиловское со средней глубиной 1,5 м (максимальная - 2,5 м [4]) - проточное, из него вытекает р. Удоха (бассейн р. Шелони). Это район с преобладанием подзолистых, торфяных и подзолисто-глеевых почв. Для болот территории характерно доминирование западных видов (Andromeda, Myrica gale), частая встречаемость видов с юго-западным акцентом распределения (Sphagnum tenellum, Sphagnum cuspidatum), многие восточные виды теряют свое значение или
* Экспедиционные работы по определению потоков метана выполнялись при финансовой поддержке гранта Президента РФ НШ-5548.2014.5. (ГМК) [1]. По лесорастительным условиям террито-
выпадают (Sphagnum balticum, Cassandra), наблюдается «инверсия» экологии некоторых видов [1].
Была заложена система физико-географических профилей через разные типы природных комплексов (ПК) на восточном и северо-восточном берегах озера. Часто такие профили характеризуются быстрой и радикальной сменой природных комплексов на коротких расстояниях, что характерно для окраинных частей болотного массива, где и природные, и антропогенные процессы идут с большей скоростью, формируя наиболее изменчивые и интересные сообщества. Отмечается антропогенное воздействие на территорию, особенно на юго-восточном побережье, где сужение и проходимость болота делают доступным хозяйственное использование озера местным населением (рыбная ловля, сбор ягод, грибов). В последние годы в летний период отмечаются заморы рыбы, связанные с перегреванием озера и развитием процессов эвтрофикации водоема. В рамках нашего исследования на ключевых участках ландшафтных профилей фиксировались состояние и динамика природных комплексов, лесотаксационные характеристики, а также антропогенные нарушения. Проводилось изучение содержания микроэлементов в растениях (Ledum
palustre L.), а также определение потоков метана в атмосферу. Содержание и потоки метана исследовали по методике, описанной в работе [5].
Приведем в качестве примера фрагмент физико-географического профиля № 2, проложенного к северо-западу от д. Радилово, захватывает лесоболотные, лесные и водно-болотные ПК. Местность относится к антропогенно-преобразованным широколиственно-хвойным лесам и выпуклым грядово-мочажинным болотам на дерново-подзолистых, болотно-подзолистых, торфяно-глеевых и торфяно-болотных почвах, на донной морене, образованной валунным суглинком, местами оглеенным. Профиль начинается с заболоченного сосняка на берегу оз. Радиловское, который сменяется шейхцериевой - сфагновой топью, далее - чередование травяного сосняка (на повышениях мезорельефа) и мохово-кустарничковых, осоко-во-тростниковых сообществ (на понижениях). На окраине минерального острова болотные комплексы сменяет заболоченный березняк, который при поднятии на коренной берег переходит в сфагновый сосняк, постепенно появляется примесь из березы и ели, затем сообщество переходит в ельник-черничник (рисунок).
Фрагмент физико-географического профиля № 2, 0,8 км к северо-западу от д. Радилово (Псковская область), сентябрь 2012 г. Морфометрические характеристики и жизненное состояние древостоя на КУ 2, 3, 4
На участках в понижениях воды выходят на поверхность, в мочажинах - уровень стояния болотных вод 10-15 см, присутствуют пятна деградированной растительности. Древостой на КУ 2, 3, 4 в основном представлен разными формами сосны обыкновенной (рисунок), на КУ 1 древостой отсутствует. Состояние деревьев сильно ослабленное (Ьб = 2,9, рисунок). Состояние древостоя ухудшается из-за постепенного под-
топления территории. Брусничник при понижении уступает место багульниковому сосняку с деревьями старших возрастов (присутствует сухостой, ветровал), в составе которого далее по трансекте появляется ель.
Морфометрические показатели деревьев сильно различаются от участка к участку и зависят от природных условий и степени антропогенной трансформации. Класс жизненного состояния древостоя выше
при приближении к озеру, несмотря на сложные лесо-растительные условия, что связано прежде всего с молодостью древостоя и слабой антропогенной трансформацией территории.
В пределах ключевых участков закладывались пробные площадки (ПП = 1 м2) для определения ресурсных показателей клюквы (запаса зеленой массы, коэффициента урожайности зеленой массы). Определялись проективное покрытие (%), морфометрические показатели растения [6]. Рассчитывались показатели, учитывающие урожайность зеленой массы при данном проективном покрытии. Полезный запас зелёной массы (Y) - по формуле Y = Зпроективного покрытия (m ± 2 %m), где m - масса; 2 %m - ошибка среднего арифметического; S - площадь исследуемой территории. Коэффициент урожайности зелёной массы (К) клюквы -по формуле К = Sпроективного покрытия
(Qq>10 , где Q -
плотность побегов; q - среднее количество листьев; S - площадь исследуемой территории.
По базовым морфометрическим показателям были вычислены запас зеленой массы (г/м3), коэффициент урожайности зеленой массы. Самые значимые запасы -на участках Р16 (до 1,10 кг/м2), Б6 (до 0,73), минимальные - на Б4 (от 0,19) и Р11 (от 0,20 кг/м2), среднее значение - 0,57 кг/м2. Наибольший коэффициент урожайности зеленой массы характерен для участков Р16 (6,14), Р19 (7,24), это глубинные части массива, часто с выходами метана и высоким проективным покрытием,
минимален показатель К на Р11 (1,06), значения Р18 (3,2) близки к средним (3,84) для исследованных ПК.
Кроме того, запас зеленой массы клюквы (до 1,10 кг/м2) становится более значимым при высоком уровне стояния болотных вод. Однако по сравнению с другими территориями (например, Полистово-Ловатским болотным массивом, запасы зеленой массы в пушицево-сфагновых и кустарничко-сфагновых сообществах [6]) ресурсные запасы клюквы в пределах средних значений. Интересны колебания зеленой массы клюквы по годам (учитывая главным образом режим увлажнения и заморозки в период цветения), за исследуемый период они невелики и имеют тенденцию к уменьшению.
Анализ содержания микроэлементов в растениях проводился с помощью метода атомно-абсорбцион-ной спектроскопии, подготовленные пробы анализировались на содержание микроэлементов на атомно-абсорбционном спектрометре марки NOVAA 300 [7]. Багульник болотный (Ledum palustre L.) выбран как специфическое и типичное растение верховых болот семейства вересковые (Ericacae). В результате проведенных измерений концентрации микроэлементов (табл. 1) не превышают средних значений содержания рассеянных элементов в ежегодном приросте растительности Мировой суши [8]. При разложении органического вещества в болоте железо, тяжелые металлы накапливаются в слабопроточных водах, и их концентрация в растениях увеличивается, что прослеживается на участках в зависимости от морфологии.
Таблица 1
Концентрация Fe, Ni, Cr, Mn, Cu, Zn, Co, Pb, Cd в растениях Ledum palustre L., мг/кг, 2012-2013 гг.
№ станции Fe (III) Mn Zn Cu Ni Co Cr Pb Cd
1. (3) 11,5 62,3 8,9 1,15 0,394 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05
2. (4) 17,1 41,8 11,6 1,30 0,331 0,125 <0,05 <0,05 <0,05
3. (5) 9,2 109,2 6,4 1,63 0,257 0,054 <0,05 <0,05 <0,05
4. (6) 10,5 80,8 10,2 1,86 0,292 0,170 <0,05 <0,05 <0,05
5. (V) 17,5 70,9 12,1 2,36 0,498 0,154 <0,05 <0,05 <0,05
6. (8) 22,2 63,1 12,8 1,95 0,553 0,089 <0,05 <0,05 <0,05
V. (9) 27,7 50,5 7,4 1,38 0,503 0,098 <0,05 <0,05 <0,05
- концентрация Fe, Ni, Cr, Mn, Cu, Zn, Co, Pb, Cd в фрагменте профиля № 2.
Измерение содержания и потоков метана в исследуемых ПК мы проводили по методике, описанной в работах [5, 9]. Наибольшие показатели для ПК Ради-ловского болотного массива (так же, как и крупной в Европе Полистово-Ловатской системы верховых болот) характерны для топей и областей, где существуют физико-химические или механические барьеры (пограничная зона болото-озеро). Именно в теплое время года благоприятные условия для активизации деятельности метанобразующих микроорганизмов способствуют увеличению содержания метана в воде и почвах и его эмиссии в атмосферу. С точки зрения исследования содержания и эмиссии метана особенно интересны черные (юнгерманиевые) мочажины, с поверхности которых в жаркую погоду выделяется газ в виде крупных пузырей.
Среди исследованных типов ПК максимальное содержание метана наблюдалось как в воде, так и в торфах под переходными (соответственно до 13003132 мкл/л и 1,9-5,4 мкг/г вл.о.) и сфагновыми топями (227 мкл/л и до 1,84-13,6 мкг/г вл.о., табл. 2). Минимальные содержания метана обнаружены в почвах под сфагновыми лесами легкого супесчаного состава, что, вероятно, связано с аэрированием верхних почвенных слоев. Содержание метана в воде рек Коломенка и Цевла [5] имеет сходные значения, а донные отложения содержат в два раза меньше метана. Вероятно, меньшие значения обусловлены пониженным количеством илистых частиц. Поток метана с поверхности переходных (максимальный) и сфагновых топей входят в диапазон значений, характерных для ПЛБС [5].
Наибольшие потоки газа наблюдались с поверхности топей (особенно переходных). Эти ПК харак-
теризовались высокой обводненностью, местами угнетенным состоянием сфагновых мхов [10, 11] и, вероятно, высокой активностью микроорганизмов. Высоким содержанием метана в воде и его потоками характеризуется участок переходного болота, заня-
тый травяным березняком и сопряженный с прибрежной зоной оз. Радиловского, где наряду с аккумуляцией органики идет осаждение терригенного минерального материала.
Таблица 2
Результаты экспериментальных определении эмиссии метана и его содержания в воде, торфе и донных отложениях ландшафтов верховых болот, 2012 [10]
№ станции Координаты, с.ш./ в.д. Содержание СН4 Поток СН4,мг/м2ч
Микроландшафт вода, мкл/л торф (почва), мкг/г вл.о. донные отл., мкг/г вл.о.
Водные и водно-болотные комплексы:
3 58°01'9,20''/ 29°16'27,1'' Вахтово-шейхцериевая, ковер 227 1,8-13,6 — 6,23
8 58°01'42,4''/ 29°18'59,4'' Топь переходная, осоковая, сильно обводненная 1300 - - 52,12
1 58°00'58,0''/ 29°16'19,9'' Березняк осоковый, заболоченный 3132 1,9-5,4 — 76,77
2 58°00'57,9''/ 29°16'20,2'' оз. Радиловское, прибрежная зона 119 - — 24,78
9 58°00'22,7''/ 29°23'40,8'' р. Коломенка, прибрежная зона Лесоболотные комплексы: 142,5 8,31—23,2
7 58°01'42,4"/ 29°18'59,4'' Сосняк брусничник сфагновый 185,8 0,2-2,1 — 7,46
6 58°01'37,1"/ 29°19'2,51" Сосняк-черничник сфагновый - 0,024-0,13 — 6,94
Грядово-мочажинные комплексы расположены на близком гипсометрическом уровне с чередующимися с ними сфагновыми топями, так как измерение потоков на них не проводилось, то, проведя аналогию с ПЛБС, можно предположить, что значения для мочажин ГМК примерно 12,8-13,6 для гряд 0,7 мг/м2-ч и менее, в воде мочажин содержится 227-424 мкл/л метана. Мочажины грядово-мочажинных комплексов (с поверхности которых в жаркую погоду мы наблюдали выделение газа в виде пузырьков) - один из главных источников поступления метана в атмосферу с поверхности верховых болот.
Таким образом, для Радиловского болотного массива характерны следующие особенности:
1. Массив типичен для верховых болот Северо-Запада России и расположен в пределах Ладожско-Ильменско-Западнодвинской провинции широколиственно-хвойных лесов и выпуклых грядово-мочажинных комплексов.
2. Болота района исследований слабо изменены человеком. Наибольшее воздействие наблюдается в юго-восточной части болотного массива, где побережье озера наиболее доступно местному населению (рыбная ловля, сбор ягод, грибов).
3. В летний период на Радиловском озере отмечаются заморы рыбы, связанные с перегреванием озера и интенсивным развитием процессов эвтрофикации водоема.
4. В работе приведен пример фрагмента ландшафтного профиля (и ключевые участки) со значительной сменой природных комплексов от уреза воды
оз. Радиловского к минеральному острову и далее вглубь массива.
5. Запасы зеленой массы клюквы значительны у дренажных канав юго-восточной части болота, в центре они характеризуются средними значениями, типичными для болот Северо-Запада России.
6. Концентрация микроэлементов в растениях не превышает средних значений содержания рассеянных элементов в ежегодном приросте и зависит от морфологии участков.
7. Максимальное содержание и эмиссия метана наблюдается на топях и мочажинах ГМК.
Литература
1. Кац Н.Я. Болота земного шара. М., 1971. 296 с.
2. Григорьева С.О. Леса таежной части Псковской обл.:
автореф. дис. ... канд. биол. наук. Л., 1980. 21 с.
3. Водно-болотные угодья России. Т. 2: Ценные болота
/ под ред. М.С. Боч. М., 1999. 85 с.
4. ЛесненкоВ.К. Псковские озера. Л., 1988. 112 с.
5. Федоров Ю.А., Гарькуша Д.Н., Шипкова Г.В. Эмиссия
метана торфяными залежами верховых болот Псковской области // География и природные ресурсы. 2015. № 1. С. 88-97.
6. Мартынова М.И., Шипкова Г.В. Изучение
продуктивности клюквенников Полистово-Ловатского болотного массива // Эколого-географические проблемы регионов России: материалы III Всерос. заоч. науч.-практ. конф. Самара, 2012. С. 63-65.
7. Крыжевич М.И., Зубкова П.С., Шипкова Г.В. Исследо-
вания юго-западной части Полистово-Ловатского бо-
лотного массива // Болота и биосфера: материалы VIII Всерос. с междунар. участием науч. школы молодых ученых. Томск, 2012.
8. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М., 2003. 400 с.
9. Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Гарькуша Д.Н., Хорошев-
ская В.О. Метан в водных экосистемах. Ростов н/Д, 2007. 330 с.
10. Шипкова Г.В., Мартынова М.И., Федоров Ю.А., Ябло-
ков М.С., Фурман К.И. Экспедиционные исследования в Полистово-Ловатской болотной системе - 2011 // Актуальные проблемы науки и образования. 2012. № 3. URL: http://www.science-education.ru/103-6288 (дата обращения: 25.01.2015).
11. Мартынова М.И., Яблоков М.С., Шипкова Г.В.,
Михайлова Е.А. Современные природные комплексы окраинных лесов Полистово-Ловатского болотного массива // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2010. № 2. С. 127-130.
References
1. Kats N.Ya. Bolota zemnogo shara [Marshes of the globe].
Moscow, 1971, 296 p.
2. Grigor'eva S.O. Lesa taezhnoi chasti Pskovskoi obl. :
avtoref. dis. ... kand. biol. nauk [Boreal forests of the Pskov region]. Leningrad, 1980, 21 p.
3. Vodno-bolotnye ugod'ya Rossii. T. 2: Tsennye bolota [Wet-
lands of Russia. Vol. 2: Securities swamp]. Ed. M.S. Boch. Moscow, 1999, 85 p.
4. Lesnenko V.K. Pskovskie ozera [Pskov region lakes]. Len-
ingrad, 1988, 112 p.
5. Fedorov Yu.A., Gar'kusha D.N., Shipkova G.V. Emissiya
metana torfyanymi zalezhami verkhovykh bolot Pskovskoi
Поступила в редакцию
oblasti [Methane emissions from the Pskov region peat lands]. Geografiya iprirodnye resursy, 2015, no 1, pp. 88-97.
6. Martynova M.I., Shipkova G.V. [Productivity research of
cranberry the Polisto-Lovat bog massive]. Ekologo-geograficheskie problemy regionov Rossii. Materialy III Vserossiiskoi zaochnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Ecological and geographical problems of the regions of Russia. Materials 3 All-Russia correspondence scientific-practical conference]. Samara, 2012, pp. 63-65.
7. Kryzhevich M.I., Zubkova P.S., Shipkova G.V. [Studies of
the south-west of the Polisto-Lovat bog massive]. Bolota i biosfera. Materialy VIII Vseros. s mezhdunar. uchastiem nauch. shkoly molodykh uchenykh [Bogs and biosphere. Proceedings of 8 All-Russia with international participation scientific school of young scientists]. Tomsk, 2012.
8. Dobrovol'skii V.V. Osnovy biogeokhimii [Principles of bio-
geochemistry]. Moscow, 2003, 400 p.
9. Fedorov Yu.A., Tambieva N.S., Gar'kusha D.N.,
Khoroshevskaya V.O. Metan v vodnykh ekosistemakh [Methane in aquatic ecosystems]. Rostov-on-Don, 2007, 330 p.
10. Shipkova G.V., Martynova M.I., Fedorov Yu.A., Yablokov
M.S., Furman K.I. Ekspeditsionnye issledovaniya v Polistovo-Lovatskoi bolotnoi sisteme - 2011 [Field studies in the Polisto-Lovat bog system - 2011]. Aktual'nye problemy nauki i obrazovaniya, 2012, no 3. Available at: http://www.science-education.ru/103-6288 (accessed 25.01.2015).
11. Martynova M.I., Yablokov M.S., Shipkova G.V.,
Mikhailova E.A. Sovremennye prirodnye kompleksy okrainnykh lesov Polistovo-Lovatskogo bolotnogo massiva [Present natural complexes of the Polisto-Lovat bog massive marginal forest]. Izvestiya vuzov. Severo-Kavkazskii region. Estestvennye nauki, 2010, no 2, pp. 127-130.
3 февраля 2015 г.
