CC BY
7
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
УДК 911.2 + 581.55 : 551.794 (470.11)
К.Н. Дьяконов, Т.А. Абрамова, И.П. Серегина, А.П. Безделова
ЗАБОЛАЧИВАНИЕ СРЕДНЕТАЕЖНОГО МОРЕННО-ЛЕДНИКОВОГО ЛАНДШАФТА В ГОЛОЦЕНЕ (юг Архангельской области)1
Постановка проблемы и актуальность задачи.
Изучение структуры, функционирования и эволюции ландшафтов и их взаимообусловленности ориентировано на познание сущности пространственно-временной организации геосистем. В этой триаде длительное время эволюционная составляющая была "слабым звеном". Эволюционно-динамическая тенденция изучения природно-территориальных комплексов (ПТК) в сочетании с морфоструктурным подходом к исследованию нашла конкретное выражение в работах сотрудников кафедры физической географии и ландшафтоведения, начатых в середине 90-х гг. прошлого века.
Установление региональных и локальных закономерностей эволюции ландшафтов в голоцене имеет важное значение не только для развития теории ландшафтоведения, но и для разработки методических и региональных вопросов физико-географического прогноза устойчивости ландшафтов к возможным изменениям глобального климата в XXI в. При этом одним из основных выступает метод акту-ализма или географических аналогий. Палеогеографическая информация в этом отношении конструктивна для построения прогнозных моделей.
Цели и задачи палеоландшафтных исследований моренных и водно-ледниковых зандровых ландшафтов лесной зоны были определены ранее [1, 2]. Голоценовая эволюция ландшафтов зоны тайги во многом связана с интегральным физико-географическим процессом заболачивания, причем этот процесс характеризуется в пространстве избирательной способностью. Он, как правило, приурочен к субдоминантным, а в ряде случаев и к доминантным или редким урочищам.
Задачи исследования:
— построение региональной и локальной моделей эволюции изучаемого ландшафта и сложного урочища в голоцене;
— расчет горизонтальной и вертикальной скорости процесса заболачивания;
— установление роли форм микро- и мезопалео-рельефа (исходной минеральной поверхности) в скорости заболачивания и трансформации исходной морфологической структуры ландшафта;
— прогноз развития и саморазвития заболачивания ландшафтов.
Характеристика района объекта исследования.
При проведении подобных работ принципиально важно установить специфические черты региона, вносящие индивидуальность в функционирование и эволюцию ландшафтов. Своеобразие исследуемого среднетаежного ландшафта структурно-эрозионной моренной равнины на юге Архангельской области заключается в следующем. Во-первых, территория сложена двухчленными наносами ледникового и озерно-ледникового генезиса — моренными валунными суглинками московского возраста, как правило карбонатными, сверху перекрытыми песчано-супесчаным плащом озерных отложений мощностью 0,3—0,7 м при неглубоком залегании верхнепермских мергелей. Почвы формируются на двухчленных наносах в условиях резкой дифференциации почвенного профиля [5], что отличает их от аналогов на однородных породах. Близкое залегание карбонатных пород обусловливает значительную пространственно-временную контрастность щелочно-кислотных условий: рН колеблется от 4,0 до 7,5 [5].
Во-вторых, особенности региона определяются современным климатом. Годовая сумма осадков составляет 680—720 мм, а сумма испарения, рассчитанная по методу М.И. Будыко, равна 390—400 мм; по методу водного баланса — 407—430 мм/год [4]. При радиационном балансе 1256 МДж/м2 • год (с учетом залесенности) максимальное испарение достигает 500 мм/год. Поэтому в условиях ослабленного дренажа (плоские и слабовогнутые водораздельные поверхности), когда годовая норма осадков не обеспечена энергетическими ресурсами для их испарения, можно предполагать их частичную консервацию в ландшафте.
В-третьих, региону присуща малая амплитуда высот водораздельных поверхностей, в частности в пределах опорного профиля на протяжении 2,5 км амплитуда высот составляет не более 3 м, отсюда небольшое варьирование глубины залегания почвенных вод и континуальность границ фаций.
В качестве модельного объекта исследования было выбрано лесное переходное болото, расположенное в 9 км на юго-юго-восток от д. Нагорской (Устьянская учебно-научная станция географического факультета МГУ), координаты 60° 41' с.ш. и 43° 20' в.д., на левобережном макросклоне р. Заячьей. Болото приурочено к пологой ложбине стока, протягиваю-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 05-05-64706).
щеися на восток-северо-восток, площадь около 1,2 га. В настоящее время имеет слабовыпуклую поверхность с двумя центрами с превышением до 55 см над периферийными частями (рис. 1). Стадии эволюционной зрелости болото не достигло. Борта ложбины стока не превышают 2 м над ее днищем. Днище сложено сверху опесчаненны-ми моренными суглинками с включением отдельных зерен слабоокатанного гравия. Верхний слой (до 10 см) более легкий по механическому составу. Ранг ПТК — сложное урочище.
Растительность в центральной части болота на участке с
мощностью торфа более 0,3 м можно охарактеризовать как пушицево-осоково-сфагновое редколесье из сосны и березы. Максимальная мощность органогенного горизонта (торф разной степени разложения и перегнойный горизонт) составляет 0,73 м и зафиксирована у северо-восточной окраины массива. Преобладают торфяно-перегнойные и торфяно-глеевые почвы. Способность сфагнов подкислять среду и образовывать фульвокислоты при разложении определяет кислую реакцию почв. Повсеместно до глубины 45— 50 см торфяно-перегнойные горизонты имеют рН
4.0—4,5. С глубиной происходит увеличение рН до
6.1—6,5, в ряде точек до 7,2.
На модельный объект составлена крупномасштабная карта растительности (рис. 2), которая позволяет в значительной степени судить и о ландшафтной структуре заболоченного леса.
Методы исследования. Использован метод профилирования. Заболоченный массив разбит на 19 продольных и 15—19 поперечных профилей с шагом опробования 6,25 м. Все точки (всего 261) зафиксированы на местности, после чего осуществлялась нивелировка дневной поверхности. Затем в каждой точке торфяным щупом измерялась мощность органогенного горизонта, что позволило воссоздать исходный ("минеральный") рельеф дна болота с проведением горизонталей через 5 см (рис. 3 ).
В месте максимальной мощности торфяно-пере-гнойного горизонта послойно, через каждые 5 см, отбирали образцы на спорово-пыльцевой анализ. Из
метры
Рис. 1. Рельеф современной поверхности участка заболоченного леса (Архангельская обл.,
Устьинский район), И в см
опорного разреза было взято 4 образца торфа на определение абсолютного возраста по радиоуглеродному методу. Кроме того, для определения начала заболачивания и горизонтальной скорости этого процесса в голоцене по генеральному направлению простирания днища ложбины стока отобрано 4 образца органогенного горизонта из контактной зоны минеральная поверхность—подошва органогенного горизонта.
Для выявления зависимости мощности органогенного горизонта от формы микро- и мезорельефа исходной поверхности (для нахождения уравнений связи между этими характеристиками) использованы методы математической статистики.
Голоценовая история региона была раскрыта ранее на основе спорово-пыльцевого анализа разрезов 5 различных типов болот [1, 4]. Разрез А—06—20, относящийся к рассматриваемому болоту, позволяет судить о событиях голоцена за последние 4260 лет (радиоуглеродное датирование, ГИН-13775). Это дата начала процесса заболачивания сложного урочища и возраст нижнего слоя органогенного горизонта, в котором присутствует максимальное по разрезу количество спор сфагнумов (до 58%).
Анализ спорово-пыльцевых спектров болотных, лесных и аллювиальных поверхностных проб малых рек Струганицы и Заячьей, соотнесенных с современной структурой растительного покрова региона, показал высокую степень адекватности его отображения субфоссильными образцами поверхностных проб. Следовательно, состав спектров фоссильных образцов может служить основанием для реконструкции
Рис. 2. Ландшафтная структура участка заболоченного леса (Архангельская обл., Устьянский район): 1 — бсрсзово-слово-сосновый бруснично-долгомошный лес; 2 — бсрсзово-сосновый бруснично-осоково-дол-гомошный (Carexglobalaris) лес с осоково-сфагновыми микрогруппировками (С. nigra) (20%); 3 — березо-во-сосновый ивовый (Salix aurita) бруснично-осоково-долгомошно-сфагновый (С. globalaris) лес с осоко-во-сфагновы:м:и микрогруппировками (7—10%); 4 — сосново-бсрсзовый лес с бруснично-зсленомошными и осоково-сфагновыми приствольными повышениями (С. lasiocarpa), (40%) в сочетании с осоково-сфагно-выми западинами (60%); 4а — бсрсзово-сосновый лес осоково-хвощевый сфагновый (С. nigra) с бруснич-но-зеленомошными приствольными повышениями (30%) и осоково-сфагновыми западинами (15%); 5 — бсрсзово-сосновый ивовый лес (Salix aurita) пушицево-осоково-сфагновый (С. lasiocarpa) лес; 5а — березо-во-сосновый ивовый лес багульниково-пушицево-осоково-сфагновый (С. nigra)-, 56 — бсрсзово-сосновый ивовый морошково-пушицево-сфагновый лес; 6 — бсрсзово-сосновый осоково-сфагновый (С. globalaris, С. nigra) лес с ивой (S. aurita) и пушицей; 7 — бсрсзово-сосновый клюквенно-осоково-пушицево-сфагно-вый (С. globularis, С. nigra, С. canescens) лес; 8 — бсрсзово-сосновый багульниково-сфагновый лес с пушицей и морошкой; 8а — бсрсзово-сосновый кустарничково-сфагновый
(голубика, багульник) лес с морошкой
растительности и ландшафтов района в прошлом и, в частности, в голоцене.
Спорово-пыльцевая диаграмма разреза А—06—20 довольно монотонна (рис. 4). Контрастность смен и подвижек растительного покрова выражена нерезко. Во всем разрезе доминирует пыльца древесных пород и кустарников, которая составляет от 80 до 94% от общего количества подсчитанных микрофоссилий. В группе древесных пород преобладает пыльца ели (максимально до 57%), обильна пыльца сосны (максимально до 45%) и древовидной березы. По разрезу отмечается присутствие кустарничковой карликовой березы (от 1 до 19%) и ольховника (до 5%), а также ольхи древовидной (2—18%), ивы (2—5%), пихты (до 7% в верхней части разреза), лиственницы (единично). Характерно присутствие единичных зерен (до 1%) пыльцы термофильных широколиственных денд-роформ: дуба и липы на глубине 56—65 см и 26—43 см,
что относится к среднему суббореалу (5В-2), когда температура воздуха и атмосферные осадки были выше, чем в настоящее время, и, вероятно, к поздней субатлантике (5А-3) соответственно. Пыльца травянистых и кустар-ничковых растений немногочисленна (3— 17%), так же как и споры (2—13%).
Таким образом, преобладали сосново-еловые леса чернич-но-зеленомошно-дол-гомошные, характерные и для современного растительного покрова. По сравнению с палинологическим анализом разрезов четырех современных верховых болот, относящихся к правобережью р. Заячьей, где для среднего и позднего голоцена выявлен общий тренд уменьшения количества пыльцы ели и увеличения количества пыльцы сосны при слабой вариации пыльцы березы, в описываемом разрезе доминирующей древесной породой была
ель. Это его интенсивная особенность. Причину подобного положения мы склонны объяснять различиями в структуре растительности правобережья и левобережья р. Заячьей. В первом случае наряду с елово-сосновыми лесами развиты обширные сосновые багульниково-сфагно-вые редколесья, площадь отдельных массивов которых достигает 4—6 км2.
На левобережье преобладают сосново-еловые, еловые и заболоченные березово-сосновые леса по пологим ложбинам стока.
Говорить о сильной инситной заболоченности модельного сложного урочища нет весомых палинологических оснований: немногочисленна сама группа спор, сфагнумы среди них играют умеренную роль, уступая зеленым мхам и папоротникам, выходя в со-доминанты лишь на глубине 51—73 см, что соответствует началу суббореального периода голоцена (5В-1).
Обилие среди травянистых растений пыльцы злаков и осоковых и 87 5 значительное количество пыльцы вересковых, а также количественно небольшой, но флористически раз- 75 -нообразный набор пыльцы разнотравья позволяют предполагать 62 5 -участие заболоченных лугов в рас- ' Д тительном покрове.
Но в целом во всем регионе, 50 как свидетельствуют наши данные по шести опорным разрезам, все же господствовали среднетаежные ландшафты с локальными неморальными сообществами, а не 25 хвойно-широколиственные леса [2]. Аналогичные природные условия были около 1000 лет назад, что 12,5 соответствует малому климатическому оптимуму голоцена.
Интервал 46—60 см, где отмечен максимум пыльцы карликовой березы и единично пыльцевые зерна ольховника, характеризует "холодный" и влажный этап (относительное обилие пыльцы сфагнумов). Этот этап приурочен к концу суббореала (5В-3) — началу субатлантики (5А-1), т.е. 2670 лет назад по 14С (МГУ), когда подзональный ландшафт был переходным от среднетаежного к северотаежному.
Результаты анализа спорово-пыльцевой диаграммы тестового объекта позволили сделать вывод о сравнительно небольшой контрастности смены и подвижки растительного покрова в среднем и позднем голоцене на юге Архангельской области и значительной инерционности среднетаежных ландшафтов.
Тестовый объект и специфика его заболачивания. Для определения роли исходной минеральной поверхности в заболачивании, его значения в трансформации исходной морфологической структуры ПТК ранга сложного урочища и для расчета вертикальной и горизонтальной скорости заболачивания, как отмечалось выше, была заложена сеть продольных и поперечных профилей. Азимут продольных профилей 30°. Современная дневная поверхность, исходный рельеф (выпуклости и вогнутости) и мощность органогенного горизонта представлены на рис. 1, 3, 5.
Анализ связи рельефа дневной поверхности с исходным рельефом для всего тестового объекта позволяет заключить, что между этими переменными наблюдается линейная зависимость (рис. 6). Уравнение линейной регрессии имеет вид: Яс = 0,4 Ят + 21,38, где Яс — современная поверхность, Ят — исходная (минеральная) поверхность. Коэффициент корреляции (г) составляет 0,66. Найдена зависимость мощности органогенного горизонта от исходной поверхности: И = 0,6 Ят +21,38, где Н — мощность органогенного горизонта (рис. 7). Коэффициент корреляции двух характеристик составляет —0,8.
Рис. 3. Рельеф исходной (минеральной) поверхности участка заболоченного леса (Архангельская обл., Устьинский район), к в см
Развитие болота трансформирует структуру сложного урочища, упрощая ее. Об этом говорит снижение среднего квадратичного отклонения (о) современной поверхности (о= 12,62) от исходного рельефа (о = 20,77). Важно отметить, что полученные ранее результаты в Мещерской низменности (данные К.Н. Дьяконова) [3] и в Центральнолесном заповеднике (данные Ю.Г. Пузаченко) [4] также свидетельствуют, что в результате процесса заболачивания происходит упрощение морфологической структуры ПТК ранга сложных урочищ.
Абсолютное датирование опорного разреза на четырех глубинах (точка С, рис. 3) — 71—73, 55—60, 46—50 и 24—26 см — позволяет судить о средней скорости заболачивания и о различиях в интенсивности этого процесса во времени (таблица). Значения скорости заболачивания в периоды 5В и 5А оказались примерно одинаковы — 0,11—0,17 мм/год, а большая мощность органогенного горизонта в малый ледниковый период во многом объясняется слабой степенью разложения торфа и его небольшим объемным
Значения вертикальной скорости роста органогенного горизонта на модельном залесенном болоте
Глубина, см Период (начало) Возраст, лет Скорость, мм/год
Опорный разрез в целом, 4—73 БВ-1 4260 0,16
4-25 млп около 400 0,65
26-50 вв-з 2670 0,11
51-73 ев 4260 0,14
Точка А, 4—36 в А-2 1880 0,17
Точка В, 4-48 БА-З 1320 0,34
Точка Б, 4- 48 вв-з 2670 0,17
Рис. 4. Спорово-пыльцевая диаграмма разреза торфяника из Устьянского района, юг Архангельской области (разрез А—06—20)
весом (0,19—0,24) по сравнению с нижележащими горизонтами.
Скорость заболачивания следует признать низкой, что характерно и для других заболоченных ложбин стока водораздельной, местами суффозионной поверхности междуречья рек Заячья и Кокшеньга, где рН на глубине 65—90 см составляет от 6,1 до 7,2 [5]. Обычно современная мощность органогенного горизонта, который начал формироваться 4800—4100 лет назад, не превышает 90 см.
Судить о горизонтальной скорости заболачивания по трем направлениям можно на основании определения абсолютного возраста радиоуглеродным методом четырех образцов из нижних органогенных горизонтов — точки А, В, С и О на рис. 3. Выявлено как минимум два очага заболачивания в пределах тестового участка. Один из них — место опорного разреза (точка С). В направлении на запад-юго-запад к точке В (возраст 1320 лет, ГИН-13771) заболачивание в отрезке голоцена БВ-!—БА-2 шло со скоростью 2,20 м/100 лет. Это низкая скорость заболачивания, что определяется исключительно локальными факторами. В направлении ВС крутизна склона составляет 5,5°. Ранее на основании анализа скорости заболачивания простых и средних урочищ, имеющих различную мезофор-му рельефа, мы пришли к выводу, что болотообразователь-ный процесс вне зависимости от будущих климатических флуктуаций не захватит склоны с крутизной более 5° [4 ]. Второй фактор — высокие значения рН (6,1—7,2). Этот вывод имеет и прогнозное значение.
Западная часть днища исследуемого болота между точками А и Б имеет крутизну около 4°, а современные значения рН на глубине 33—36 см составляют 4,5—4,8. Здесь заболачивание началось 1880 лет назад (ГИН-13772), скорость его распространения к точке У-6 составила 9,29 м/100 лет (отрезок голоцена 5А-2). Таким образом, в пределах одного сложного урочища значения скорости заболачивания разнятся в 4,2 раза.
Третий вектор — линия СО — характеризуется минимальной линейной скоростью заболачивания — 1,8 м/100 лет (отрезок голоцена 5В-1—5В-3). Как и в случае направления ВС, в качестве факторов, обусловливающих очень малую скорость заболачивания, выступают высокие значения рН и крутизна склона около 5°.
Наконец, приведем значения средних квадратичных отклонений исходного минерального рельефа и современной дневной поверхности по двум направле-
ниям — АВ и ВС. В условиях позднего начала процесса заболачивания (АВ) значение о исходной минеральной поверхности с 11,63 снизилось у современной всего до 9,4. Коэффициент упрощения составил 0,81. По направлению ВС значение о исходной поверхности составляло 9,74, а у современной было равно всего 3,6. Коэффициент упрощения —0,37. Безусловно, эти микролокальные различия обусловлены более длительным процессом заболачивания в северо-восточной и восточной частях полигона.
Заключение. В течение среднего и позднего голоцена контрастность смен и подвижек растительного покрова как на модельном объекте, так и по региону в целом была небольшой. В сред-нетаежном ландшафте первостепенную роль играют процессы саморазвития, обусловленные автохтонным заболачиванием, скорость которого на локальном уровне корректируется климатическими флуктуа-циями, щелочно-кислот-ными условиями и формами микро- и мезорельефа. Низкие значения вертикальной скорости накопления органогенного горизонта (0,11 — 0,17 мм/год) типичны для местности плоской и пологой водораздельной поверхности левобережья р. Заячьей. Эти оценки существенно меньше, чем выявленные для высоких гипсометрических уровней правобережья р. Заячьей, зования органогенного
87,5
62,5
I
37,5
12,5
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
112,5 м
Рис. 5. Мощность органогенного горизонта на участке заболоченного леса (Архангельская обл.,
Устьянский район), А в см
Рис. 6. Линейная регрессия (зависимость) современной поверхности от исходной (минеральной) поверхности
где средняя скорость обра-горизонта составляет 0,33 мм/год. Горизонтальная скорость заболачивания чрезвычайно контрастна даже на локальном уровне:
от 2,2 м /100 лет до 10 м/100 лет и контролируется углами наклона рельефа и щелочно-кислотными условиями. Развитие болот трансформирует структуру сложного урочища, упрощая ее. Однако этот вывод
Рис. 7. Линейная регрессия (зависимость) мощности органогенного горизонта от исходной (минеральной) поверхности
следует считать предварительным, так как он основан прежде всего на факте выполаживания современного биогенного рельефа по сравнению с исходным минеральным.
Полученные результаты показывают, что крупномасштабный подход к исследованию эволюции внутриландшафтных геосистем ранга урочищ и поду-рочищ позволяет раскрыть детали и особенности, которые не выявляются при стандартных мелко- и средне мае штабных палеогеографических построениях. Безусловно, необходима дальнейшая разработка методических подходов в палеоландшафт-ном направлении. Вероятно, это сможет внести определенные коррективы как в мелкомасштабные палеогеографические исследования, так и детализировать региональные и локальные прогнозы изменения ландшафтов в условиях глобального изменения климата.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамова Т. А. Трансформация растительного покрова и ландшафтов юга Архангельской области в среднем и позднем голоцене (по палинологическим данным) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2002. № 1. С. 70-75.
2. Дьяконов К.Н. Взаимодействие структурного, эволюционного и функционального направлений в ландшафтных исследованиях //Там же. 2002. № 1. С. 13—21.
3. Дьяконов К.Н., Абрамова Т.А. Итоги палеоландшафт-ных исследований в Центральной Мещере // Изв. РГО. 1998. Т. 130, вып. 4. С. 10-21.
4. Дьяконов К.Н., Пузаченко Ю.Г. Факторы эволюции и строение среднетаежного структурно-эрозионно-леднико-вого ландшафта // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2000. № 1. С. 37-44.
5. Хорошев A.B., Прозоров A.A. Динамика щелочно-кислотных условий в почвах среднетаежных ландшафтов // Там же. 2000. № 1. С. 50-55.
Кафедра физической географии и ландшафтоведения
Поступила в редакцию 30.08.2007
K.N. Diakonov, T.A. Abramova, I.P. Seregjna, A.P. Bezdelova
BOGGING IN THE MIDDLE-TAIGA MORAINE-GLACIAL LANDSCAPE
DURING THE HOLOCENE (SOUTHERN PART OF THE ARKHANGELSK OBLAST)
The Holocene history of a test site (middle-taiga landscape of waterlogged fluvial depression within a structural-erosion moraine plain in the southern part of the Arkhangelsk oblast) was studied using the pollen analysis. Low-contrast changes of vegetation have been revealed. A network of profiles within the bog with an interval of 6.5 m (261 sample points), leveling of the surface and measuring of the depth of organogenic horizon made it possible to reconstruct the initial relief and reveal the dependence of bogging intensity on the initial surface and acid-alkaline condition at the micro-local level. It was found that the horizontal structure of landscape becomes simpler under the bogging processes.
