CC BY
18
УДК 631.62 (571.16)
ВЛИЯНИЕ АГРОЛЕСОМЕЛИОРАЦИИ НА РЕЖИМЫ ОЛИГОТРОФНОГО БОЛОТА
Л.И. Инишева1, М.А. Сергеева1, В.А. Дырин1, Н.Г. Инишев2, Е.В. Порохина1
1Томский государственный педагогический университет, Томск, E-mail: [email protected] 2НИУ Томский государственный университет, Томск, E-mail: [email protected]
На примере участка Васюганского болота рассмотрено влияние лесомелиорации на режимы олиготрофного болота. Проведение лесомелиорации определило понижение уровня болотных вод еще на 20 см по сравнению с естественным участком болота и до 50 см в его торфяной залежи преобладали переменно окислительновосстановительные условия, что генетически зафиксировалось в динамике биологических и газовых процессов мелиорируемого участка.
Ключевые слова: лесомелиорация, естественное болото, осушаемое болото, режим влажности, температурный режим, гидротермический режим, биологический режим, окислительно-восстановительный потенциал, эмиссия CO2, эмиссия CH4.
DOI: 10.24411/2410-1192-2019-15307 Дата поступления 31.05.2019
По данным государственного земельного учета земельный фонд России оценен в 1709,8 млн. г. Из них болотами занято 140,8 млн. га, что составляет более 8 % территории страны. Согласно С.Э. Вомперскому [1] в России имеется 139 млн. га болот (слой торфа более 30 см). Площадь заболоченных земель (со слоем торфа до 30 см) - 230 млн. га. Вместе болотные и заболоченные отор-фованные земли составляют 369,1 млн. га, или 21 % территории страны. Продуктивное использование болот возможно только на основе осушения. Земледелие на осушаемых торфяных почвах во всех странах является важным направлением. Начавшаяся мелиорация болот с 1950-х гг. привела к расширению площадей осушенных болот. Например, мелиорированные земли в Нечерноземной зоне, занимая 10 % от площади всех сельскохозяйственных угодий, обеспечивали получение в среднем за год 14-15 % валовой продукции растениеводства. Постепенно мелиоративное направление в сельскохозяйственном производстве и лесном хозяйстве перестало быть востребованным, дорогостоящие осушительно-увлажни-
тельные системы были разрушены, произошло ухудшение качественного состояния осушаемых болот вследствие отсутствия мелиоративного обслуживания осушительной сети и своевременного ремонта. Ученым оставалось изучать почти катастрофические последствия для болотных экосистем. Целью этой работы было поставлено изучение влияния агролесомелиорации на режимы олиготрофного болота.
Участок 5 Васюганского болота расположен на водораздельном плато в междуречье рек Бакчар и Икса и представляет собой северо-восточные отроги торфяного месторождения «Васюган-ское». Общая площадь участка составляет 18000 га. В целом рельеф поверхности ровный, с незначительным уклоном на север. Подстилающими породами служат глины с наличием карбонатов. Торфяная залежь представлена верховыми моховым, смешанным и переходным топяными видами. В 1973-1979 гг. в северной части объекта было проведено осушение под лесомелиорацию на площади 4000 га. На мелиорируемой территории расстояние между каналами - 150 м, проектная норма осушения - 0,6 м.
На участке были выбраны пункты наблюдений за режимами болота на естественной территории (п. 7), которая не была затронута осушением, и на территории под лесомелиорацией (п. 6). Торфяная залежь естественного участка достигает мощности 2,7 м (рис. 1). До глубины 1,75 м следует верховой фу-скум- и ангустифолиум-торф, ниже -переходный пушицево-сфагновый торф. Фитоценоз осушаемого участка представлен сосново-кустарничково-сфагно-вой растительностью и характеризуется как низкий рям. Мощность торфяной залежи - 2,5 м. Она практически однородна до 2 м и сложена верховым фу-скум- и магелланикум-торфом. Ниже профиль слагает переходный торф моховой и травяной групп. При сравнении растительности и строения торфяной залежи на естественном и осушенном участках можно сделать вывод об одинаковых экологических условиях развития болотной экосистемы в обоих пунктах до осушения.
Исследования проводились с 2000 по 2013 гг. Исходные данные по метеоусловиям взяты за 2008-2012 гг. [2-3]. Ботанический состав и степень разложения определяли по [4], зольность по [5]. Для изучения водного режима отбирались пробы торфа до глубины уровни болотных вод еженедельно в пяти повторностях. Влажность определяли весовым методом [6]. Наблюдения за уровнями болотных вод проводили в специально оборудованных колодцах в каждом пункте стационаров в соответствии с [7], периодичность наблюдений - раз в неделю. В качестве нулевой взята условная отметка средней поверхности болотного ландшафта (средняя поверхность болота, определяемая методом линейной таксации или микронивелировки микрорельефа поверхности болота). За среднюю поверхность болота принимается поверхность, соответствующая отметки средней высоты элементов микрорельефа [8], положение уров-
ня определялось как разность отметок репера и зеркала болотных вод.
Стационарные наблюдения за температурным режимом торфяной залежи проводились с помощью автономного болотного измерителя. Температура в автоматическом режиме измерялась через каждые 20 минут на глубинах торфяной залежи (0, 2, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 60, 80, 120, 160, 240 см) одновременно с температурой воздуха на высоте 2 м [9]. Полученные результаты приводились к стандартным срокам в соответствии с метеопараметрами.
Рис. 1. Стратиграфические профили пунктов исследования на участке 5 Васюганского болота
Наблюдение за окислительно-восстановительным режимом проводили по слоям через 10 см на всю глубину торфяной залежи с помощью стационарно установленных датчиков еженедельно с использованием платинированных электродов, изготовленных согласно методикам В.А. Рабиновича и С.В. Куров-ской [10], Т.П. Поповой и В.С. Рослякова [11] с нашими изменениями [12], измерения проводили прибором ИПП-1. Для определения численности целлюлозоразрушающих микроорганизмов (аэробы, анаэробы) использовали метод посева [13]. Учет выделяющегося СО2 проводили абсорбционным методом по В.И. Штатнову в модификации Б.Н. Макарова [14], для измерения эмиссии СО2 и СН4 использовался также камерный метод [15], газовый состав анализировали на хроматографе «Кристалл-5000.1» [16] с периодичностью пять раз за теплый период. Анализы (химические и биологические) проводились в аккредитованной лаборатории Томского государственного педагогического университета (№ РОСС RU.0001.516054).
Как отмечалось ранее С.Э. Вомпер-ским [17], который объяснил этот факт значительной инертностью крупных болотных экосистем в Западной Сибири, на участке также не наблюдалось резких фитоценотических особенностей, вызванных осушением. Периодом наблюдений были охвачены: один сухой год (гидротермический коэффициент, или ГТК - 0,4), относительно сухие (ГТК -0,8), среднемноголетние (ГТК - 1,4 и 1,3) и относительно влажные (ГТК - 1,6 и 1,8). Изменения уровней болотных вод за этот период характеризовалось весенним максимумом - 8 и 6 см и осенним минимумом - 19,5 и 13,2 см, соответственно для мелиорируемого и естественного участков.
В этих условиях влажность поверхностного слоя 0-10 см на обоих участках изменялась в пределах 83-95 %, в слое 10-20 влажность уже была близка к полной влагоемкости, в нижних слоях -чаще всего находилось зеркало болотных вод. Выделялся теплый период 2003 г., когда ГТК был равен 0,8 и
уровни болотных вод опустились ниже обычного - до 40-60 см, соответственно в пунктах 7 и 6.
Таким образом, полученные за период исследований результаты режима влажности в олиготрофном болоте свидетельствуют о том, что если даже процесс заболачивания на исследуемой территории не прогрессирует, то он находится в стабильном состоянии. Это также подтверждается и погодными условиями: за 15-летний период исследований только один год был сухим (ГТК - 0,3). В этой связи представляет интерес обратить внимание как один из вариантов на выдвигаемую К.Е. Ивановым общую закономерность, определяющую процесс заболачивания междуречных пространств [18]. Территории, на которых грунтовые воды выходят на поверхность (т.е. избыток влаги не может быть отведен только фильтрационным грунтовым потоком), возникает длительное переувлажнение верхних слоев, что ведет к интенсивному заболачиванию. Математическое обоснование этого процесса дано в монографии К.Е. Иванова. Также установлено, что заболачивание возможно на грунтах слабой и высокой водопроницаемости, а также на выпуклых участках рельефа при условии, что реальный рельеф ниже критического профиля дренирования. Основываясь на проведенных исследованиях гидрологического режима болота, можно предположить, что процесс заболачивания на данной территории прогрессирует.
Поскольку динамика температурного режима определяется внешними (метеорологическими) и внутренними (теплофизические свойства торфяной залежи, ее влажность) факторами, то рассмотрим влияние мелиоративного воздействия на температурный режим на примере средних значений температуры по слоям торфяной залежи (табл. 1). В слое 30-100 см обоих участков температурный режим в средних значениях за теплый период показывает одинаковые значения. По отдельным месяцам теплее было в торфяной залежи
мелиорируемого участка (май, июнь), в другие месяцы, наоборот - на естественном участке. Но эта разница небольшая, максимум она достигает 2°С.
Так как температурный режим болота в значительной степени определяется режимом влажности, важно отметить роль микрорельефа в его формировании. На болотных ландшафтах характеристики горизонтальных изменений влажности определяются водными свойствами их микрорельефа. Общее количество воды в торфяной залежи складывается из влаги, содержащейся в органике, капиллярной влаги и воды крупных некапиллярных полостей. Связанная влага с глубиной торфяной залежи быстрее увеличивается в повышенных элементах микрорельефа. Немаловажную роль имеет и ботанический состав торфа под разными элементами микрорельефа. Такие исследования были еще в 1968 г. проведены М.Н. Жуковым и И.Ф. Ларгиным [19]. Ими было определено, например, что под грядами комплексных залежей (фускум, магел-ланикум) отлагается комплексный, или фускум залежь. Понижения же микрорельефа, например, грядово-мочажин-ного комплекса, подстилаются сфагно-во-мочажинным торфом (шейхцерия и др.). Водные свойства этих растений-торфообразователей разные. Торфяные залежи пунктов 7 и 6, представляя один тип залежи, по строению отличаются (рис. 1), т.е. условия увлажнения (микрорельеф) являются очень важным фактором для болотных растений. Эти исследования и многие другие в этом
направлении [20-22] свидетельствуют о том, что небольшая разница в гидротермическом режиме естественной и мелиорируемой болотной экосистемы предопределена микрорельефом территории, разным сочетанием растений-торфообразователей в торфяной залежи и УБВ. Как считает С.А. Чечкин, горизонтальные изменения влажности в торфяной залежи - это результат, в основном, разной глубины залегания уровней болотных вод и неодинаковых форм микрорельефа [23].
Таким образом, при одинаковых условиях торфообразования на этих пунктах, влияние лесомелиорации на динамику температурного режима не прослеживается, несмотря на отмечаемые выше разности в уровнях болотных вод. Отсюда следует еще один вывод с позиций экологической роли болот в биосфере, что наименьшее воздействие на стабильное функционирование болот оказывает лесомелиорация.
Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) служит мерой напряженности окислительно-восстановительных (ОВ) условий, протекающих в торфяной залежи, а его уровень отражает преобладание определенных процессов. Выше отмечалось, что в естественном и мелиорируемом пункте влажность практически не снижалась за предел 80 % ПВ в слое 0-20 см, еще реже - в слое 0-50 см. Поэтому следует остановиться на сравнительном анализе ОВП естественного и мелиорируемого пунктов по средним значениям в слое 0-50 см за шестилетний период (рис. 2).
Таблица 1
Динамика температуры в торфяной залежи на участке 5, среднее за 2000-2013 гг.
Слой Май Июнь Июль Август Сентябрь Среднее
Мелиорируемый участок (п. 6)
0-30 7,7±0,2 14,4±0,2 15,7±0,8 16±0,7 10±0,4 12,8
30-100 1,9±0,1 6,9±0,3 9,4±0,4 10,2±0,6 9,1±0,1 7,5
100-200 1,8±0,1 3,3±0,1 5,5±0,4 6,9±0,4 6,9±0,3 4,9
200-300 2,2±0,1 2,9±0,2 3,3±0,2 4,3±0,1 4,3±0,3 3,4
Естественный участок (п. 7)
0-30 3,8±0,1 11,6±0,9 14±1,1 14,3±1,1 9,5±0,9 10,6
30-100 1,4±0,1 6,7±0,4 9,8±0,9 10,5±0,9 9,7±0,8 7,6
100-200 1,5±0,1 3,0±0,1 5,3±0,2 6,6±0,4 6,6±0,2 4,6
200-300 2,4±0,3 3,0±0,1 3,3±0,2 4,1±0,1 4,3±0,2 3,4
На естественном участке во все годы, кроме сентября 2004 г., динамика ОВП изменялась в пределах от -100 до -600 мВ. На мелиорируемом пункте изменение ОВП по отдельным месяцам и годам не было столь равномерными, как это отмечалось в случае с естественным вариантом. Пределы изменения имели широкий интервал от 100 до 700 мВ. Наиболее высокие значения были зафиксированы в 2003 г. (ГТК -0,8), но в мае (ГТК - 0,5) и июне (ГТК -0,5), а особенно в июне значения были ниже, чем в другие годы. Судя по ГТК и уровням болотных вод, которые указывают на прогнозное снижение влажности в торфяной залежи, но в ее слое
0-50 см в это время отмечались скорее аэробно-анаэробные условия.
В 2002 г. (ГТК - 1,4) в торфяной залежи в целом были низкие показатели ОВП, которые не превышали за майавгуст (в сентябре измерений не было) значения 350 мВ. Остальные три года характеризовались пределами ОВП 250550 мВ, но динамика ОВП в разные месяцы была неодинаковой. Если в 2000 и 2001 гг. небольшое повышение ОВП отмечалоь от мая к августу и также незначительное понижение к сентябрю, то в 2004-2005 гг. в динамике ОВП происходили его пульсирующие изменения.
а
б
Рис. 2. Динамика окислительно-восстановительного потенциала за теплый период на п. 7 (средние значения в слое 0-50 см, в сентябре 2002 г. - не определяли), мВ:
а - естественная залежь; б - мелиорируемая залежь.
Следовательно, по средним значениям ОВП в слое 0-50 см за многолетний период можно предположить, что на мелиорируемом пункте преобладали более низкие значения максимальных величин ОВП, окислительно-восстановительное состояние в торфяной залежи в большей степени было анаэробным, а динамика характеризовалась пульсирующим характером в зависимости от внешних условий.
В качестве интегральных показателей состояния окислительно-восстановительных условий рассмотрим экстремальные значения ОВП в разных слоях торфяной залежи (табл. 2). Так, в тор-
фяной залежи естественного участка в слое 0-50 см их значения в отдельные годы имеют широкий интервал от -29 до 985 мВ. В разные погодные условия значения ОВП существенно варьируют по значениям. Так, во влажный 2005 г. (ГТК за теплый период - 1,8), когда отмечались высокие уровни болотных вод, ОВП в п. 7 (естественный участок) в слое 0-50 имел значения от 18 до 728 мВ. В этом же слое торфяной залежи мелиорируемого участка (п. 6) пределы ОВП измерялись величинами 199882 мВ. На глубине 50-100 см, соответственно, 16-170 мВ и 25-200 мВ.
Таблица 2
Экстремальные значения окислительно-восстановительного потенциала в торфяных залежах олиготрофного болота, участок 5, мВ
Год ГТК Глубина, см Май Июнь Июль Август Сентябрь
2000 0,8 0-50 180-615 -20-598 -47-862 47-817 16-832
- -74-884 50-883 88-843 109-825
50-100 176-319 -217-462 -121-394 -108-18 -84-22
- -176-311 -95-160 -97-123 -94-50
2001 1,3 0-50 59-778 -2-739 -13-642 -14-280 -12-546
65-895 137-861 28-726 250-582 231-795
50-100 -97-178 9-100 -12-44 -23-36 -42-5
47-183 38-123 -12-92 -42-162 -43-70
2002 1,4 0-50 -29-560 -3-469 -14-496 11-501
284-840 205-837 217-822 206-805
50-100 -62-92 -79-60 -78-50 -31-62
-86-79 -72-85 -90-82 -95-84
2003 0,8 0-50 9-807 -23-867 166-880 455-869 302-985
205-935 144-808 345-850 350-868 382-835
50-100 -11-44 -44-67 19-69 53-97 41-350
-51-152 -67-185 49-189 93-195 12-350
100-200 4-44 -33-16 53-172 -40-115 89-176
50-160 -3-107 32-108 105-196 89-176
200-275 -3-243 -34-180 103-229 10-160 12-73
75-119 10-164 12-98 27-98 12-73
2004 1,6 0-50 206-734 70-891 184-861 35-888 377-640
281-867 287-859 307-832 288-865 198-452
50-100 14-121 -2-107 5-64 -1-98 -56-277
61-196 63-194 65-170 32-100 48-117
100-200 -73-108/ -23-65 -46-51 -30-60 -34-46
33-64 22-144 28-52 28-57 159-212
2005 1,8 0-50 70-728 107-675 190-696 18-617 39-679
313-863 315-805 199-757 235-829 254-882
50-100 54-170 25-129 25-96 16-103 23-72
25-198 105-200 125-199 102-228 85-111
100-200 -57-27 15-100 -83-90/ -110-181 -80-140
-15-121 -70-146 19-70 -49-153 -35-238
Примечание: числитель — п. 7, знаменатель — п. 6.; «—» — не определяли.
Значения примерно одинаковые. Ниже 100 см ОВП всегда имел отрицательные или близкие к нулю значения ОВП, указывающие на резко восстановительные условия, соответственно, от -110 до -181 и от -70 до -238 мВ.
Анализировался сухой год с ГТК 0,8 (2000). Заметим, что предыдущий год также был сухой. В торфяной залежи естественного пункта в слое 0-50 см значения ОВП были от -47 до 862 мВ, в торфяной залежи мелиорируемого пункта от -74 до 884 мВ; в слое 50100 см, соответственно, от -217 до 462 мВ и от -176 до 311 мВ.
Подводя итог полученным результатам, можно сказать об особенном окислительно-восстановительном режиме болот, имеющих высокие положительные показатели ОВП в верхних слоях торфяной залежи и резко восстановительные - ниже слоя 0-50 см, который во все годы находился ниже уровня болотных вод. Следует отметить, что в отдельные годы на мелиорируемом пункте ОВП имеют показатели ОВП даже ниже, чем на естественном участке.
Микроорганизмы являются самой реактивной частью природных биоценозов. Разнообразие биохимических функций и исключительно высокая физиологическая активность микроорганизмов обусловливают направленность процессов, происходящих в природе. Поэтому, несмотря на констатирование отсут-
ствия резких фитоценотических особенностей между естественным и осушаемым пунктами, о котором говорилось выше, биологическое состояние как контролирующий индикатор будет различаться по пунктам. Исследования биологического режима на участках были проведены с 2001 по 2003 гг.: 2001 и 2002 гг. характеризовались как среднемноголетние, 2003 г. - сухой. В качестве примера рассмотрим динамику целлюлозоразрушающих микроорганизмов, которые в круговороте веществ биосферы являются инициаторами расщепления очень стойкого органического соединения - целлюлозы, содержащей более половины всего органического углерода биосферы.
При общей невысокой численности целлюлозников-аэробов - до 17,0-103 КОЕ/г с.т., в июле 2002 г. на осушаемом варианте их содержание достигало значений (в среднем по глубине торфяной залежи - 485,2-103 КОЕ/г с.т., на естественном - 144,5-103 КОЕ/г с.т., рис. 3). В сухом 2003 г. динамика численности аэробов на рассматриваемых участках -противоположная: в мае (ГТК - 0,5) отмечалось их высокое содержание (до 220,9-103КОЕ/г с.т.) в среднем по торфяной залежи на естественном участке, в июле-сентябре - на осушаемом (соответственно, в 6,4 и 9,0 раз выше). Гидротермический коэффициент этих двух месяцев равен 1,2 и 1,4.
Рис. 3. Динамика численности целлюлозоразрушающих микроорганизмов (аэробы)
по годам, в среднем по торфяной залежи:
а - естественная; б - осушаемая.
На осушаемом участке происходит более активная деструкция целлюлозы, но проявляется она при благоприятных внешних условиях. Рассмотрим активность анаэробных деструкторов целлюлозы (рис. 4). Численность целлюлозоразрушающих анаэробов в среднем по торфяной залежи характеризуется противоположной динамикой. В 2001 г. отмечалась высокая численность анаэробов, а в сентябре их наибольшие значения составили: П,4-103 КОЕ/г с.т. - на естественном участке и 6,0-103 КОЕ/г с.т. - на осушаемом. Во влажном 2002 г. анаэробы проявились своей активностью только в сентябре, причем на осушаемом участке их было в 2 раза больше. В мае сухого 2003 г. на осушаемом участке их численность была в 2,5 раза выше, чем на естественном, но в последующие месяцы снизилось до значений на естественном участке.
Мелиоративное воздействие оказало влияние на изменение условий в поверхностном слое торфяной залежи. Несмотря на слабое его проявление, что зафиксировала динамика целлюлозоразрушающих микроорганизмов. Можно констатировать, что в условиях лесомелиорации степень активности биологического режима приближается в современных условиях к первоначальному состоянию, которое отмечается в торфяной залежи естественного пункта.
Результирующим показателем
внешних факторов (климат, уровень
болотных вод) и внутренних (физикохимические свойства торфяной залежи, биологические и энзимологические процессы) служит газовый режим болота. Как пример, приведем динамику диоксида углерода за 4 года на естественном и мелиорируемом пунктах наблюдения (табл. 3): 1 год условно влажный (2005), 2 года среднемноголетних по ГТК (2001 и 2004 гг.) и 1 год - относительно сухой (2003). Суммарный поток углерода за теплый период выделился в одинаковых количествах (разница в пределах 0,0112,0 %) из торфяных залежей обоих пунктов наблюдений. Исключением был 2005 г., когда суммарный поток углерода на мелиорируемом пункте был самым высоким (98,8 г С/(м2-год) за май-сентябрь) за весь период исследований и выше по сравнению с естественным пунктом наблюдений на 26 % (табл. 3). Если провести сравнение суммарного потока углерода с результатами аналогичных торфяных залежей на ландшафтном профиле, то экстремальные пределы характеризовались большим интервалом - от 20 до 120 г С/(м2-год). Важно отметить, что суммарный поток углерода показывает одинаковую динамику по годам на естественном и мелиорируемом пунктах, но его величина в экстремальные годы (2003 и 2005 гг.) выше на мелиорируемом п. 6 - 89,7 и 98,8 г С/(м2-год).
Рис. 4. Динамика численности целлюлозоразрушающих микроорганизмов (анаэробы) по годам, в среднем по торфяной залежи (в мае-сентябре 2002 г. - не обнаружены):
а - естественная; б - осушаемая.
В торфяной залежи мелиорируемого участка во влажном 2005 г. по величине эмиссии диоксида углерода особенно выделяются май и июнь, соответственно, 145,2 и 154,0 мг СО2/(м2час)
(табл. 4-5). Следует также отметить, что если в мае 2005 г. эти показатели на обоих пунктах схожи, то в июне эмиссия СО2 на мелиорируемом участке она была выше в 4,6 раза. Средние же значения эмиссии за теплый период из торфяных залежей естественного и мелиорируемого участков примерно одинаковы, но в 2005 г. эмиссия СО2 на мелиорируемом участке СО2 была выше. Доверительный интервал также показал довольно близкие значения повторностей, т.е. залпового выброса СО2 явно не наблюдалось.
Более подробно динамику эмиссии СО2 рассмотрим на примере трех лет, разных по тепловлагообеспеченности: ГТК - 1,3 (2001), ГТК - 0,8 (2003) и ГТК - 1,6 (2004). Прежде всего надо отметить, что динамика эмиссии СО2, из торфяной залежи естественного и мелиорируемого участков в среднемноголетний и относительно сухой годы показали близкие результаты (рис. 5). Но в условиях влажного года результаты показывают
противоположную динамику эмиссии в пунктах 7 и 6, в то время как условия, например, УБВ в торфяных залежах были практически одинаковыми.
Полученные результаты также показывают, что тепловлагообеспеченность погодных условий - не единственная причина разной динамики эмиссии как по годам, так и при мелиоративном воздействии. Но надо отметить, что значимость погодных условий при эмиссии газов подчеркивается многими исследователями. Так, отмечается, что недостаточное количество осадков в летний период может приводить даже к отрицательному балансу углерода [24-25].
Таблица 3
Суммарный поток углерода за теплый период, г С/м2
Год ГТК Суммарный поток углерода
п. 6 п. 7
2001 1,3 73,4 77,6
2003 0,8 89,7 79,2
2004 1,6 62,6 69,4
2005 1,8 98,8 78,2
Примечание: п. 6 - мелиорируемый; п. 7 - естественный участок.
Таблица 4
2
Динамика эмиссии СО2 из торфяной залежи естественного участка, мг СО2/(м час)
Год ГТК Май Июнь Июль Август Сентябрь Среднее Суммарный поток, г С/(м2 за)
2001 1,3 22,0±2,3 75,9±19,5 66,0±10,2 195,2±12,8 34,1±1,8 78,6 77,6
2003 0,8 173,2±21,1 113,6±27,9 82,5±18,8 100,5±17,3 36,6±2,4 101,3 79,2
2004 1,6 112,2±8,9 33,0±9,1 48,4±9,6 66,0±12,2 88,0±7,8 69,5 69,4
2005 1,8 161,7±14,4 33,0±8,4 51,7±7,9 104,5±21,1 44,3±4,3 79,0 78,2
Таблица 5
Динамика эмиссии СО2 из торфяной залежи мелиорируемого участка, мг СО2/(м2 час)
Год ГТК Май Июнь Июль Август Сентябрь Среднее Суммарный поток, г С/(м2 год)
2001 1,3 29,3±4,6 25,3±5,9 62,7±8,9 216,7±21,6 36,8±9,0 74,2 73,4
2003 0,8 137,5±25,5 90,4±12,6 84,3±4,8 86,1±13,3 57,4±7,6 91,1 89,7
2004 1,6 41,2±8,4 68,2±8,7 84,7±12,5 71,5±11,8 55,0±8,4 64,1 62,6
2005 1,8 145,2±18,9 154,0±31,1 64,9±11,2 93,5±11,2 45,0±6,9 100,5 98,8
а
б
Рис. 5. Динамика эмиссии СО2 на естественном (а) и мелиорируемом (б) участках
За период исследований значения потоков углерода из торфяной залежи в пунктах 6 и 7 близки по величине, но по отдельным годам показания существенно различались. И в этом случае результаты не позволили сделать однозначных выводов о влиянии лесомелиорации на динамику выделения СО2. Однако если только представить, что в торфяной залежи складываются условия использования СО2 для внутренних биохимических процессов, а также возможного накопления в виде растворения СО2 в болотной воде, то определяемая эмиссия из торфяной залежи представляет собой конечный результат при благоприятном сочетании внутренних и внешних условий в торфяной залежи. Существуют и другие процессы, в которых участвует СО2.
Например, образование метана обязано «самостоятельному микробному процессу» [26]. Биополимеры торфа (в
первую очередь клетчатка) разлагаются анаэробной микрофлорой до простых углеводов, органических кислот, аминокислот. Если процесс идет по типу маслянокислого или смешанного брожения, то это приводит к образованию водорода и углекислоты, которая распадается на СО2 и Н2О. Другой путь - это разложение органических кислот, которое приводит к накоплению уксусной кислоты, которая в свою очередь, разлагаясь бактериями группы Methano-sarcina, выделяет метан [27-29]. Таким образом, основными источниками метана являются СО2 и ацетат. Ацетокла-стические реакции позволяют провести дальнейшее расщепление ацетата, чтобы произвести метан и СО2; водород и двуокись углерода можно разъединить, чтобы образовать метан при снижении СО2 или снова образовать ацетат при ацетогенезе [30-32]. При этих выше перечисленных допущениях прихода и
расхода СО2 влияние лесомелиорации на газовый режим в болоте даже в поверхностных слоях отследить не представляется возможным. Таким образом, активность образования СО2 и зоны ее проявления определяются скорее комплексом условий на каждый период времени. К подобным же выводам пришел ранее, например, [33], изучая болота Западной Сибири.
Выводы
Проведение лесомелиорации на олиготрофном болоте (участок 5 Ва-сюганского болота) на настоящее время свидетельствует о незначительном влиянии на гидрологический режим, который близок к состоянию на естественной территории, что свидетельствует о прогрессирующем заболачивании мелиорируемой территории в условиях отсутствия эксплуатации осушительной системы.
Проведение лесомелиорации определило большую глубину опускания уровня болотных вод (на 20 см по сравнению с естественным пунктом наблюдений) и до 50 см переменно окислительно-восстановительные условия в торфяной залежи. Длительное антропогенное воздействие в виде лесомелиорации генетически зафиксировалось в динамике биологических процессов поверхностного слоя торфяной залежи мелиорируемого пункта (в частности по аэробным и анаэробным амилолити-кам). Эмиссия выделения СО2 была одинаковой на естественном и мелиорируемом пунктах, но максимальная величина эмиссия СО2 в среднем за теплый период с осушаемой торфяной залежи была выше (до 208 мгС/ м ч). Поток СО2 за теплый период составил 6289 гС/м соответственно на естественном и мелиорируемом пунктах исследований.
1. Вомперский, С. Э., Иванов А. И., Цыганова О. П. Заболоченные органогенные почвы и болота России и запас углерода в их торфах // Почвоведение. - 1994. - № 12. -С. 17-25.
2. http://meteocenter.net.
3. http://aisori-m.meteo.ru/.
4. ГОСТ 28245.2-89. Методы определения ботанического состава и степени разложения. - М.: Изд-во стандартов, 1989.
5. ГОСТ 11306-83. Методы определения зольности. - М.: Изд-во стандартов, 1984.
6. ГОСТ 11305-83. Торф. Методы определения влаги. - М.: Изд-во стандартов, 1983.
7. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. - Л.: Гидрометеоиз-дат, 1990. - Вып. 8. - 360 с.
8. Методические указания по расчетам стока с неосушенных и осушенных болот // М-во природ. Ресурсов и экологии РФ, Федер. Служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. - СПб, 2011. - 150 с.
9. Кураков С.А., Крутиков В.А., Ушаков В.Г., Галкин В.И., Трофимов Ю.С. Разработка автономной информационно-измерительной системы мониторинга климатических характеристик состояния окружающей среды // Восьмое сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу: матер. российской конф. - Томск, 2009. - С. 370.
10. Рабинович В.А., Куровская О.В. Применение платинированных стеклянных электродов для полевых определений окислительно-восстановительного потенциала почвы // Почвоведение. - 1953. - № 4. - С. 78-90.
11. Попова Т.П., Рослякова В.С. Измерение окислительно-восстановительного потенциала подземных вод: бюлл. ОНТИ МНиОН СССР - М., 1963. - № 1(45). - С. 14-24.
12. Инишева Л.И. К методике определения окислительно-восстановительного потенциала // Почвоведение. - 1978. - № 11. - С. 158.
13. Методы почвенной микробиологии. - М.: Изд-во МГУ, 1980. - 223 с.
14. Макаров Б.Н. Методы изучения газового режима почв // Методы стационарного изучения почв. - М.: Наука, 1977. - С. 55-87.
15. Глагольев М.В., Сабреков А.Ф., Казанцев В.С. Физико-химия и биология торфа. Измерение газообмена на границе почва-атмосфера. - Томск: ТГПУ, 2010. - 96 с.
16. ГОСТ 23781-87 Газы горючие природные. Хроматографический метод определения компонентного состава. - М.: ИПК изд-во стандартов. 1987. 7 с.
17. Вомперский С.Э. Биологические основы эффективности лесоосушения. - М.: Наука, 1968. - 312 с.
18. Иванов К.Е. Водообмен в болотных ландшафтах. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975. -280 с.
19. Жуков М.Н., Ларгин И.Ф. Исследование прочности растений торфообразовате-лей верхового типа на разрыв // Тр. Калининского политехн. ин-та, вып. II (XV), 1966. -С. 34-38.
20. Лиштван И.И., Король И.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. - Минск: Наука и техника, 1975. - 320 с.
21. Лиштван И.И., Базин Е.Т., Гамаюнов Н.И., Терентьев А.А. Физика и химия торфа. - М.: Недра, 1989. - 304 с.
22. Маслов Б.С. Гидрология торфяных болот. - М.: Россельхозакадемия, 2009. -266 с.
23.Чечкин С.А. Водно-тепловой режим неосушенных болот и его расчет. - Л.: Гид-рометеоиздат, 1970. - 205 с.
24. Arneth A., Kolle O., Lloyd J., Schulze E.-D., Kurbatova J., Vygodskaya N.N., Schi-bistova O.B. Comparative ecosystem - atmosphere exchange of energy and mass in a European Russia and central Siberia bog II. Interseasonal and interannual variability of CO2 fluxes // Tellus B. - 2002. - V. 54. - № 5. - P. 514-530.
25. Наумов А.В., Косых Н.П., Миронычева-Токарева Н.П., Паршина Е.К. Углеродный баланс в болотных экосистемах Западной Сибири // Сиб. экол. журн. - 2007. -Т. 14. - № 5. - С. 771-779.
26.Омелянский В.Л. О метановом брожении клетчатки // Избр. тр. - 1953. - Т. 1. -№ 55. - С. 44-65.
27. Barker H.A. Bacterial fermentation. - N.-Y., 1956. - 236 p.
28.Заварзин Г.А. Литотрофные микроорганизмы. - М.: Наука, 1972. - 322 с.
29. Gottschalk G. Bacterial metabolism. - N.-Y., 1986. - 281 p.
30. Ferry J.G. Methanogenesis. - N-Y., London, 1993. - 536 p.
31. Wahlen M. The global methane cycle. // Ann. Rev. Earth and Planet. Sci. - 1993. -V. 1. - P. 407-426.
2
32. Айлрих Б., Бернс С.Ж., Штайнман Ф. Происхождение и циркуляция СН4 и СО в торфянике // Вторая Междунар. конф. Сокращение эмиссии метана. - Новосибирск, 2000. - C. 233-239.
33. Borren Wiebe. Carbon exchange in Western Siberian watershed mires and implication for the greenhouse effect // Ned. Geogr. Stud. - 2007. - № 355. - P. 3-125.
References
1. Vompersky, S. E., Ivanov A. I., Tsyganova O. P. Zabolochennye organogennye pochvy i bolota Rossii i zapas ugleroda v ikh torfakh // Pochvovedeniye. - 1994. - № 12. - S. 17-25.
2. http://meteocenter.net.
3. http://aisori-m.meteo.ru/.
4. GOST 28245.2-89. Metody opredeleniya botanicheskogo sostava i stepeni razlozheniya. - M.: Izd-vo standartov, 1989.
5. GOST 11306-83. Metody opredeleniya zolnosti. - M.: Izd-vo standartov, 1984.
6. GOST 11305-83. Torf. Metody opredeleniya vlagi. - M.: Izd-vo standartov, 1983.
7. Nastavleniye gidrometeorologicheskim stantsiyam i postam. - L.: Gidrometeoizdat, 1990. - Vyp. 8. - 360 s.
8. Metodicheskiye ukazaniya po raschetam stoka s neosushennykh i osushennykh bolot // M-vo prirod. Resursov i ekologii RF, Feder. Sluzhba po gidrometeorologii i monitoringu okruzhayushchey sredy. - SPb, 2011. - 150 s.
9. Kurakov S.A., Krutikov VA., Ushakov VG., Galkin VI., Trofimov Yu.S. Razrabotka avtonomnoy informatsionno-izmeritelnoy sistemy monitoringa klimaticheskikh kharakteristik sostoyaniya okruzhayushchey sredy // Vosmoye sibirskoye soveshchaniye po klimato-ekologicheskomu monitoringu: mater, rossyskoy konf. - Tomsk, 2009. - S. 370.
10. Rabinovich V.A., Kurovskaya O.V. Primeneniye platinirovannykh steklyannykh elektrodov dlya polevykh opredeleny okislitelno-vosstanovitelnogo potentsiala pochvy // Pochvovedeniye. - 1953. - № 4. - S. 78-90.
11. Popova T.P., Roslyakova V.S. Izmereniye okislitelno-vosstanovitelnogo potentsiala podzemnykh vod: byull. ONTI MNiON SSSR. - M., 1963. - № 1(45). - S. 14-24.
12.Inisheva L.I. K metodike opredeleniya okislitelno-vosstanovitelnogo potentsiala // Pochvovedeniye. - 1978. - № 11. - S. 158.
13. Metody pochvennoy mikrobiologii. - M.: Izd-vo MGU, 1980. - 223 s.
14. Makarov B.N. Metody izucheniya gazovogo rezhima pochv // Metody statsionarnogo izucheniya pochv. - M.: Nauka, 1977. - S. 55-87.
15. Glagolyev M.V., Sabrekov A.F., Kazantsev V.S. Fiziko-khimiya i biologiya torfa. Izmereniye gazoobmena na granitse pochva-atmosfera. - Tomsk: TGPU, 2010. - 96 s.
16. GOST 23781-87 Gazy goryuchiye prirodnye. Khromatografichesky metod opredeleniya komponentnogo sostava. - M.: IPK izd-vo standartov. 1987. 7 s.
17. Vompersky S.E. Biologicheskiye osnovy effektivnosti lesoosusheniya. - M.: Nauka, 1968. - 312 s.
18. Ivanov K.E. Vodoobmen v bolotnykh landshaftakh. - L.: Gidrometeoizdat, 1975. - 280 s.
19. Zhukov M.N., Largin I.F. Issledovaniye prochnosti rasteny torfoobrazovateley verkhovogo tipa na razryv // Tr. Kalininskogo politekhn. in-ta, vyp. II (KhV), 1966. - S. 34-38.
20. Lishtvan I.I., Korol I.T. Osnovnye svoystva torfa i metody ikh opredeleniya. - Minsk: Nauka i tekhnika, 1975. - 320 s.
21. Lishtvan I.I., Bazin Ye.T., Gamayunov N.I., Terentyev A.A. Fizika i khimiya torfa. -M.: Nedra, 1989. - 304 s.
22. Maslov B.S. Gidrologiya torfyanykh bolot. - M.: Rosselkhozakademiya, 2009. -266 s.
23. Chechkin S.A. Vodno-teplovoy rezhim neosushennykh bolot i ego raschet. - L.: Gidrometeoizdat, 1970. - 205 s.
24. Arneth A., Kolle O., Lloyd J., Schulze E.-D., Kurbatova J., Vygodskaya N.N., Schibistova O.B. Comparative ecosystem - atmosphere exchange of energy and mass in a European Russia and central Siberia bog II. Interseasonal and interannual variability of CO2 fluxes // Tellus B. - 2002. - V. 54. - № 5. - P. 514-530.
25. Naumov A.V., Kosykh N.P., Mironycheva-Tokareva N.P., Parshina Ye.K. Uglerodny balans v bolotnykh ekosistemakh Zapadnoy Sibiri // Sib. ekol. zhurn. - 2007. - T. 14. - № 5.
- S. 771-779.
26.Omelyansky V.L. O metanovom brozhenii kletchatki // Izbr. tr. - 1953. - T. 1. - № 55.
- S. 44-65.
27. Barker H.A. Bacterial fermentation. - N.-Y, 1956. - 236 p.
28. Zavarzin G.A. Litotrofnye mikroorganizmy. - M.: Nauka, 1972. - 322 s.
29. Gottschalk G. Bacterial metabolism. - N.-Y., 1986. - 281 p.
30. Ferry J.G. Methanogenesis. - N-Y., London, 1993. - 536 p.
31. Wahlen M. The global methane cycle. // Ann. Rev. Earth and Planet. Sci. - 1993. -V. 1. - P. 407-426.
32. Aylrikh B., Berns S.Zh., Shtaynman F. Proiskhozhdeniye i tsirkulyatsiya SN4 i SO2 v torfyanike // Vtoraya Mezhdunar. konf. Sokrashcheniye emissii metana. - Novosibirsk, 2000. - C. 233-239.
33. Borren Wiebe. Carbon exchange in Western Siberian watershed mires and implication for the greenhouse effect // Ned. Geogr. Stud. - 2007. - № 355. - P. 3-125.
THE INFLUENCE OF AGROFORESTRY RECLAMATION ON THE REGIMES OF OLIGOTROPHIC SWAMPS L.I. Inisheva1, M.A. Sergeeva1, VA. Dirin1, N.G. Inishev2, E.V. Porohina1
1Tomsk state pedagogical University, Tomsk, E-mail: [email protected] 2National research Tomsk state University, Tomsk, E-mail: [email protected]
On example, the Vasyugan mire area are given the influence of forest reclamation on the regimes of the oligotrophic mire. Forest reclamation determined a decrease in the level of swamp water by another 20 cm compared to the natural site of the swamp water. The forest reclamation are given the influence on oxidation-Reduction regim in peat deposit this swamp. The Oxidation-Reduction regim was dominated by variable redox conditions, which was genetically recorded in the dynamics of biological and gas processes of the reclaimed area.
Key words: forest reclamation, natural swamp, drained swamp, humidity regime, temperature regime, hydrothermal regime, biological regime, oxidation-reduction potential, CO2 emission, CH4 emission.
Received May 31, 2019
