CC BY
93
УДК 551.481.2+571.51+571.512 Л.В. Карпенко
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ БОЛОТ В БАССЕЙНЕ р. НИЖНЕЙ ТУНГУСКИ*
Впервые выполнены исследования крупного бугристого болота, расположенного в долине среднего течения р. Нижней Тунгуски, в зоне вечной мерзлоты. Дано описание болотной растительности по элементам микрорельефа, определен ботанический состав торфа и мощность его деятельного слоя. Установлено, что виды торфа, слагающие залежь, значительно отличаются от своих западно-сибирских аналогов, причиной чего являются экологические факторы болотообразования на Средне-Сибирском плоскогорье.
Ключевые слова: болото, растительность, торф, стратиграфия, вечная мерзлота.
L.V. Karpenko BOG REGIONAL PECULIARITIES IN THE LOWER TUNGUSKA RIVER BASIN
The research of big hilly bog located in the Valley of Middle Lower Tunguska River, in the zone of permafrost are conducted for the first time. The bog vegetation description on the microrelief elements is given; peat botanical structure and its active layer capacity is determined. It is revealed, that the kinds of peat composing a deposit, considerably differ from the western-siberian analogues, the reason of that are bog formation ecological factors on Mid-Siberian plateau.
Key words: bog, vegetation, peat, stratigraphy, permafrost.
Введение
При освоении территории Эвенкийского национального округа, особенно в связи с проектированием строительства гидроэлектростанции на р. Нижней Тунгуске, большое значение приобретают сведения о болотах этого региона, которые практически не изучены. Поэтому проведенные нами исследования талого олиго-мезотрофного болота площадью около 10 га, расположенного в среднем течении р. Нижней Тунгуски, представляют существенный научный интерес.
Целью работы являлось описание современного растительного покрова болота, изучение закономерностей образования и накопления торфа, классификация торфяных залежей и видов торфа, определение деятельного слоя болота, находящегося в зоне вечной мерзлоты.
Объекты и методы исследований
Исследованный болотный массив расположен на первой надпойменной террасе р. Нижней Тунгуски в 35 км выше по течению от пос. Тура (64о10' с.ш., 100о31' в.д.). Поверхность болота имеет слабый уклон в сторону реки.
Болото смешанного типа питания. Оно осуществляется атмосферными осадками и талыми водами, стекающими с вышележащих элементов рельефа. В центральной части вода находится ниже поверхности. Периферийная же часть болота на границе с суходольным редкостойным лиственничником характеризуется довольно сильным обводнением.
Микрорельеф образуют плоские моховые бугры высотой от 40 до 100 см и диаметром 100-250 см и моховые (как гипновые, так и сфагновые) кочки высотой 20-30 см, которые занимают около 80% площади его поверхности. На долю небольших по площади сухих и талых мочажин приходится 15%, а на межбугро-вые понижения (узкие ложбины между плоскими буграми) - 5% площади поверхности.
Мощность слоя оттаявшего торфа под буграми и кочками варьирует от 20 до 50 см. Ниже располагается мерзлота. Мочажины и межбугровые понижения оттаивают на 70-100 см, но торф в них отсутствует.
* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 09-04-01380 и Программы Президиума РАН «Биологическое разнообразие» (проект СО РАН № 26.2)
Для изучения растительного покрова болота проводилось геоботаническое описание доминирующих растительных группировок (в нашем случае их было шесть) с учетом обилия растительности по шкале Друде и сбор гербарных образцов трав, сфагновых и гипновых мхов для их видового определения. Латинские названия сосудистых растений даны по [1], листостебельных и сфагновых мхов - по [2, 3].
В каждой растительной группировке производился разрез мохового бугра и от дневной поверхности до подстилающей мерзлоты с интервалом 5 см послойно отбирались образцы торфа для изучения стратиграфии залежи и определения степени его разложения. Всего было отобрано 30 образцов. Ботанический анализ торфа проводили при помощи микроскопа "Leitz Wetzlar" с увеличением 40x, степень разложения торфа определяли по [4]. Для идентификации растительных остатков в волокне торфа использовались атласы [5, 6]. Классификация видов торфа и видов строения торфяных залежей дана по [7].
Результаты и обсуждения
Геоботаническая характеристика болотного массива. Отличительной чертой болотной растительности является ее мозаичность и комплексность, что связано со значительным различием экологических условий (особенно увлажнения и уровня мерзлоты) произрастания растений на разных формах микрорельефа.
На болотном массиве нами сделано 6 геоботанических описаний доминирующих растительных группировок. Так, в центральной, наиболее дренированной части болота выделены кустарничково-зеленомошная, кустарничково-травяно-зеленомошно-лишайниковая, кустарничково-травяно-сфагновая и кустарничково-сфагновая группировки растительности. Растительный покров талых мочажин представлен кустарничково-разнотравно-пушицевой группировкой. И на сильно обводненной окраине болота на приствольных буграх доминирует травяно-сфагновая группировка растительности. Далее приводится детальное геоботаническое описание выделенных растительных группировок.
Кустарничково-зеленомошная группировка растительности развита на моховых (образованных гип-новыми мхами) сухих буграх высотой 40-60 см и имеет трехъярусную структуру. Первый ярус образуют обильно произрастающие B. nana и Ledum palustre. Здесь же изредка встречается Vaccinium uliginosum. Во втором ярусе высотой 5-8 см рассеянно растут Rubus chamaemorus и Vaccinium vitis idaea. В нижнем ярусе единично встречается Oxycoccus microcarpus.
Моховой ковер бугров образуют зеленые мхи Polytrichum commune и P. strictum с примесью Pleurozium schreberi Mott., степень покрытия ими 100%. Эти мхи у основания бугров и между буграми и кочками, где поверхность более влажная, сильно переплетены печеночником Cephalozia connivens (Dicks.) Spruce и C. flui-tans (Nees) Spruce. Наиболее высокую, дренированную часть бугров занимают кустистые лишайники родов Cladina и Cetraria, проективное покрытие которыми достигает 20%.
На более сухих и плотных моховых буграх высотой около 90-100 см развита кустарничково-травяно-зеленомошно-лишайниковая группировка растительности. Абсолютным доминантом первого яруса высотой 100-150 см здесь является B. nana, которая образует мощные заросли. Второй ярус высотой 50-60 см слагают Ledum palustre, который образует фон, и единично растущий Calamagrostis sp. В третьем ярусе преобладает Rubus chamaemorus, которая встречается куртинами, и редко растущие Vaccinium vitis idaea и Oxy-coccus microcarpus.
Моховый покров бугров образуют Polytrichum commune с вкраплениями Sphagnum warnstorfii, S. imbrica-tum Russ., S. angustifolium (Russ.) C. Jens., S. lenense H. Lindb. Сухая поверхность бугров занята лишайниками Cladina stellaris, C. rangiferina, C. arbuscula, Cetraria islandica, степень покрытия которыми достигает 40-50%.
На плоских сфагновых буграх и невысоких кочках, высота которых не превышает 40-50 см, развита кустарничково-травяно-сфагновая группировка растительности, в первом ярусе которой с высотой 30 см господствуют B. nana и Ledum palustre. Здесь же изредка встречается Chamaedaphe calyculata. Второй ярус высотой 5-7 см образуют обильно произрастающие Rubus chamaemorus и Vaccinium vitis idaea.
Моховый покров бугров слагают мезо-олиготрофные сфагновые мхи Sphagnum warnstorfii, S. angustifolium, S. fuscum, покрытие которыми составляет 90%. Остальные 10% приходятся на вкрапления Sphagnum russowii, Polytrichum commune, P. strictum, Aulacomnium turgidum. Лишайниковый ярус на буграх отсутствует и встречается в основном в межбугровых понижениях, где степень их покрытия не превышает 5%. Они представлены Cladina stellaris, C. rangiferina, Cetraria islandica.
Кустарничково-сфагновая группировка растительности развита на крупных сфагновых буграх высотой 90-100 см. Поверхность бугров слабо выпуклая, сфагновые подушки очень плотные и довольно сухие. Травяно-кустарничковый покров в видовом отношении довольно беден. В первом ярусе абсолютно господствует B. nana, образующая высокие густые заросли. Содоминантами этого яруса являются сильно угнетенные
Ledum palustre и Chamaedaphe calyculata, высота которых не превышает 30-40 см. Нижний ярус высотой 5 см представлен обильно произрастающей Rubus chamaemorus, изредка встречается Vaccinium vitis idaea.
Моховый покров бугров на 100% образован Sphagnum fuscum и S. angustifolium, изредка в нем встречаются вкрапления S. compactum D.C. Более низкие кочки, окружающие сфагновые бугры, образованы Sphagnum fuscum, Pleurozium schreberi, Polytrichum commune. Их моховые подушки густо переплетены печеночником Cephalozia fluitans.
Между сфагновыми буграми расположены узкие (не более 20-30 см) влажные канавоподобные ложбины, глубина которых варьирует от 50 до 70 см. Растительный покров их не отличается видовым разнообразием. На поверхности и вогнутых краях ложбин рассеянно произрастают Rubus chamaemorus и Vaccinium vitis idaea, а дно выстлано Aulacomnium turgidum и Dicranum bergeri Bland., густо переплетенных печеночниками.
Растительный покров талых мочажин представлен кустарничково-разнотравно-пушицевой группировкой. Вода в мочажинах находится на поверхности, глубина их сезонного протаивания около 1,0 м. Первый ярус высотой 50-60 см образуют обильно произрастающие B. nana, Calamagrostis langsdorffii (Link.) Trin., Carex aq-uatilis Wahl. Во втором ярусе высотой 45 см доминируют пушицы - Eriophorum vaginatum L., E. russeolum Fries., содоминантами являются Comarum palustre L. и Equisetum fluviatile L. На границе мочажин и окружающих ее моховых бугров растет низкорослый багульник. В самой мочажине моховой покров отсутствует.
Бурение в мочажине показало, что торфообразование здесь не развито, а в ее основании залегает песок коричневого цвета, подстилаемый мерзлотой.
Как отмечалось выше, травяно-сфагновая ассоциация растительности выявлена нами на приствольных буграх отмерших лиственниц, которые встречаются преимущественно на сильно обводненной окрайке болотного массива. Здесь травяно-кустарничковый ярус более богат в видовом отношении, чем в центральной части болота, но обилие растений незначительно. В первом ярусе высотой более 60 см редко растут B. nana, Carex lasiocarpa Ehrh., C. wiluica Meinsh., C. irrigua Wahl., Calamagrostis langsdorffii. У основания подушек в воде встречаются C. aquatilis и Eriophorum scheuchzeri Hoppe. В нижнем ярусе высотой 30 см доминирует Ledum palustre, рассеянно произрастают Chamaedaphe calyculata, Equisetum palustre L., Rubus cha-maemorus.
Моховый покров на 90% образован сфагновыми мхами Sphagnum compactum, S. palustre L. с вкраплениями зеленых мхов Pleurosium schreberi, Polytrichum commune.
Особенности стратиграфии торфяной залежи. В результате ботанического анализа торфа установлено, что стратиграфия торфяной залежи в долине р. Нижней Тунгуски имеет свои региональные особенности. Во-первых, залежь маломощна (30-50 см), так как процесс аккумуляции торфа в криолитозоне замедлен, ниже залегает мерзлый торф, песок или оглеенный суглинок; во-вторых, залежь довольно однородна по своему составу и образована преимущественно гипновыми, осоковыми и травяными фитоценозами.
В соответствии с принципами классификации, принятыми в болотоведении [7], нами было выделено 8 видов торфа. Наибольшим разнообразием характеризуются торфа переходного типа - их 5 видов низинных выделено 3 (табл.).
Классификация торфяной залежи исследованного болота
Тип Подтип Группа Вид
Переходный Лесной Древесная Древесно-кустарничковый
Лесо-топяной Древесно-травяная Древесно-травяной
Топяной Травяной Пушицевый
Травяно-моховый Травяно-гипновый
Моховый Сфагновый
Низинный Лесо-топяной Древесно-травяная Древесно-травяной Древесно-осоковый
Древесно-моховая Древесно-гипновый
Кроме того, в переходном типе нами описаны два новых вида торфа - древесно-кустарничковый и травяно-гипновый, которых нет в классификации.
Все выделенные виды торфа также имеют свои особенности, что связано с экологическими условиями их образования. Так, например, если в волокне древесно-травяного переходного торфа [7] травяные остатки образованы пушицей влагалищной с примесью значительного количества шейхцерии, хвоща, вахты, а древесные остатки образуют сосна и береза, то в залежи исследованного болота основную массу волокна (50%) этого вида торфа образуют только остатки пушиц влагалищной и рыжеватой, а древесные остатки волокна представлены корой ивы и ольхи. В волокне этого торфа присутствуют также остатки болотных кустарничков и сфагновых мхов Sphagnum fuscum, S. angustifolium. Другим примером может служить переходный сфагновый торф, основными торфообразователями которого в Западной Сибири являются сфагновые мхи Sphagnum fuscum, S. angustifolium, S. magellanicum. Выделенный нами одноименный вид торфа, наряду с вышеназванными сфагновыми мхами, в больших количествах (до 60-80%) содержит остатки S. com-pactum, S. papillosum Lindb., S. warnstorfii. К сфагновым мхам в небольшом количестве (до 10-20%) примешиваются зеленые мхи Pleurosium schreberi, Polytrichum commune, P. strictum и др. Переходим к описанию выделенных видов торфа.
Переходный тип торфа представлен лесным, лесо-топяным и топяным подтипами, древесной, древесно-травяной, травяной, травяно-моховой и моховой группами. К древесной группе относится один вид торфа - древесно-кустарниковый. Он не имеет широкого распространения в залежах исследованного болота и слагает преимущественно верхние ее слои под кустарничково-зеленомошной группировкой растительности. В волокне этого торфа преобладают болотные кустарнички - багульник, голубика, черника, брусника, мирт болотный, на долю которых приходится 40% их растительных остатков. Древесные остатки - преимущественно в виде коры ивы, ольхи, кустарниковой березы, составляют 30% волокна торфа. В состав волокна в количестве 20-25% входят также Polytrichum commune, P. strictum, Pleurozium schreberi. Остатки травянистых растений - осок, хвоща присутствуют в небольшом количестве в виде примеси. Степень разложения торфа небольшая - 15-20%.
Древесно-травяная группа представлена древесно-травяным видом торфа, основную массу (50%) волокна которого образуют остатки пушиц влагалищной и рыжеватой. На долю древесных остатков - коры ивы и ольхи приходится около 30% волокна торфа. Незначительную примесь составляют остатки болотных кустарничков (10%) и сфагновых мхов Sphagnum fuscum, S. angustifolium. Степень разложения варьирует от 30 до 35%.
К травяной группе относится один вид торфа - пушицевый. Этот торф в залежах встречается редко и образует ее придонные слои. Основная масса волокна торфа образована пушицами влагалищной и рыжеватой (90%). Осоки - нитевидная, топяная, вилюйская и др. присутствуют в небольшом количестве. В торфе встречается мелкая окатанная галька и песок. Степень разложения торфа довольно высокая и равна 35-40%.
В травяно-моховую группу входит один вид переходного торфа - травяно-гипновый. Он описан нами как новый вид. Моховую часть волокна этого торфа образуют главным образом Polytrichum commune с примесью Sphagnum warnstorfii, S. angustifolium, S. lenense. Среди травяных остатков встречаются корешки осок нитевидной и дернистой (до 20%), пушиц (до 20%), вейника sp. (10%). Древесные остатки, представленные корой ольхи и кустарниковой березы, в волокне торфа встречаются как примесь. Степень разложения торфа - 20-30%.
Наиболее распространенным видом торфа в залежах болота является сфагновый переходный торф. В волокне этого торфа, наряду со Sphagnum fuscum и S. angustifolium, в больших количествах (до 60-80%) обнаружены остатки S. compactum, S. papillosum, S. warnstorfii. К сфагновым мхам в незначительном количестве (до 10-20%) примешиваются зеленые мхи Pleurosium schreberi, Polytrichum commune, P. strictum. В волокне торфа встречаются также остатки осок, пушиц, корешки кустарничков, кора ивы, ольхи и кустарниковой березы, но они играют небольшую роль в торфообразовании. Степень разложения торфа колеблется в широких пределах: в поверхностных пластах залежи - 5-10%, к низу залежи она увеличивается до 20-40%.
Низинный тип торфа не имеет значительного распространения в залежах исследованного болота и представлен лесо-топяным подтипом, образованным двумя группами: древесно-травяной и древесно-моховой.
К древесно-травяной группе относятся два вида торфа: древесно-травяной и древесно-осоковый. Эти торфы слагают преимущественно средние слои торфяной залежи. Так, в волокне древесно-травяного торфа 40% растительных остатков приходится на кору и древесину ивы, ольхи и кустарниковой березы. Травяные остатки осоки нитевидной составляют 20%, остатки пушиц влагалищной и рыжеватой - 15%, вейника -10%. Для волокна этого вида торфа характерна примесь корешков болотных кустарничков и сфагновых мхов - S. warnstorfii и S. teres (Schimp.) Aoengstr. Степень разложения торфа - 35%.
Основная масса волокна древесно-осокового торфа образована осоками - топяной, дернистой, кругловатой и др. остатки которых составляют около 50%. Древесные остатки образованы корой и древесиной
ольхи и ивы (до 30%). Постоянно присутствуют Polytrichum commune, P. strictum в количестве до 20%. Отмечается также небольшая примесь пушицы. Степень разложения торфа довольно высока и составляет 40%.
Древесно-моховая группа представлена всего одним видом торфа - древесно-гипновым. Он образует преимущественно нижние слои залежи болота на границе с мерзлотой. Моховая часть волокна этого торфа на 40% образована остатками Polytrichum commune, P. strictum, Aulacomnium turgidum. На долю древесных остатков (коры ольхи и ивы) приходится 20% волокна торфа. Среди травяных остатков в количестве 2030% доминируют осоки. В небольшом количестве (5%) в волокне торфа встречаются сабельник и S. com-pactum. В торфе в довольно большом количестве присутствуют минеральные примеси - окатанная мелкая галька и песок. Для этого вида торфа характерна высокая степень разложения, которая составляет 40-45%.
Мощность деятельного слоя торфа. Известно, что мерзлота индуцирует развитие сообществ с мощным моховым покровом, а влажные моховые фитоценозы способствуют, в свою очередь, сохранению мерзлоты [8]. Деятельный слой болот, находящихся в зоне многолетней мерзлоты, представляет собой слой сезонного оттаивания торфяной залежи. На исследованном болоте толщина этого слоя варьирует от 25 до 50 см и зависит от растительного покрова микрокомплексов, видового состава мохового очеса и плотности его сложения. Например, на поверхности гипновых подушек температура варьирует от 30 до 27,4оС, а вниз по профилю она резко убывает и уже на глубине 10 см она составляет только 5оС. Варьирование температуры в разрезах сфагновых подушек другое. Здесь на поверхности подушки температура составляет 27,00С, на глубине 10 см - 21,4 и только на глубине 50 см она падает до 1оС.
Такое явление можно объяснить различным морфологическим строением моховых бугров. Бугры, образованные гипновыми мхами, имеют очень плотную упаковку дерновинок, что не позволяет температуре воздуха проникать глубоко вниз по профилю. Что касается бугров, образованных сфагновыми мхами, то их самый верхний слой от поверхности головок мха до глубины 3-8 см и средний слой, образованный сфагновым очесом, имеют пористое строение [9]. И только нижний слой мохового очеса имеет более плотную упаковку и меньшее количество пор. Такое строение сфагнового бугра позволяет температуре воздуха глубже проникать в торфяную залежь, понижать уровень залегания мерзлоты и увеличивать мощность деятельного слоя торфа.
Выводы
1. Растительный покров исследованного болота преимущественно сложен мезо- и олиготрофными растительными группировками, что является свидетельством низкой степени минерализации вод в зоне вечной мерзлоты.
2. Торфяная залежь маломощна, имеет довольно однородное строение и представлена переходными и низинными торфами моховой и травяно-моховой групп.
3. Глубина оттаивания торфа варьирует от 25 до 50 см и зависит от вида мхов (сфагновых или гипновых), слагающих моховую подушку.
Литература
1. Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств. - СПб.: Мир и семья-95, 1995. - 990 с.
2. Савич-ЛюбицкаяЛ.И., Смирнова З.Н. Определитель сфагновых мхов СССР. - Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1968. - 112 с.
3. Савич-Любицкая Л.И., Смирнова З.Н. Определитель листостебельных мхов СССР. Верхоплодные мхи. - Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1970. - 824 с.
4. Пьявченко Н.И. Степень разложения торфа и методы ее определения. - Красноярск, 1963. - 55 с.
5. Кац Н.Я., Кац С.В., Скобеева Е.И. Атлас растительных остатков в торфах. - М.: Недра, 1977. - 376 с.
6. Домбровская Ф.В., Коренева М.М., Тюремнов С.Н. Атлас растительных остатков, встречаемых в тор-
фе. - М.-Л.: Гос. энергет. изд-во, 1959. - 90 с.
7. Торфяный фонд РСФСР. Сибирь. Дальний Восток. - М., 1965. - 297 с.
8. Бакалин В.А., Ветрова В.П. Взаимосвязь растительности и мерзлоты в зоне спорадического распространения многолетней мерзлоты на Камчатке // Экология. - 2008. - № 5. - С. 338-346.
9. Болота Западной Сибири, их строение и гидрологический режим. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 447 с.
--------♦'-----------
