Болота водораздельных равнин юга лесной зоны Западной Сибири Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 630.182

Б. Д. Лапшина, Н. Н. Пологова, Б. Я. Мульдияров

Болота водораздельных равнин юга лесной зоны Западной Сибири

На основе изучения растительности и строения торфяной залежи Бакчарского болота выявлены основные этапы развития водораздельных болот Восточного Васюганья. Приведены данные радиоуглеродного возраста и описана пространственно-временная динамика болотных ландшафтов с учетом механизмов прошлого и современного заболачивания прилегающих территорий.

Введение

В связи с глобальными изменениями климата и прогнозированием последствий парникового эффекта в последние годы резко возрос интерес к изучению экосистем торфяных болот и связанных с их функционированием всех составляющих углеродного баланса. Имеются разрозненные данные по биологической продуктивности, динамике прироста торфа, общих запасах углерода. В последние годы развернуты инструментальные исследования эмиссии углекислого газа и метана с поверхности болот.

В Западной Сибири такие исследования проводятся на болотном стационаре «Плотникове», расположенном в подзоне южной тайги на территории Томской области. Непрерывные измерения газовых потоков с использованием современной аппаратуры ведутся здесь в двух точках верхового водораздельного болота Бакчарское, типичного для данного региона. Интерпретация этих данных и обоснованная экстраполяция результатов на всю территорию ключевого участка и региона в целом невозможна без ясного представления о ландшафтной структуре и строении торфяных залежей болот, поскольку накопление углерода и выделение углекислого газа в процессе торфонакопле-ния находятся в тесной зависимости с характером растительности и экологическими условиями (температура, гидрологический режим и качество вод) болотных местообитаний. В свою очередь, эмиссия метана непосредственно связана с деятельностью метанообразующих бактерий, участвующих в процессе вторичного диагенеза торфа в условиях анаэробной среды. Поэтому сущест-

вует определенная связь интенсивности ме-танообразования с ботаническим составом и стратиграфическим строением торфяной залежи в пределах болотных ландшафтов. Отсюда становятся понятными необходимость и актуальность всестороннего изучения болотных массивов, на которых проводятся режимные наблюдения за потоками углерода.

Район работ.

Объекты и методы исследования

Район исследования, известный в литературе под названием «Восточное Васюганье» (Храмов, Валуцкий, 1977), располагается в юго-восточной части Обь-Иртышского междуречья, в пределах Васюганской наклонной равнины (Мещеряков, 1962). Абсолютные высоты равнины снижаются в северном и северо-восточном направлении от 160 до 100 м. Поверхность междуречных пространств плоская, осложнена множеством неглубоких понижений термокарстового и суффозионного происхождения. Г лубина вертикального расчленения небольшая, лишь вблизи рек Шегарка, Икса, Бакчар выражены эрозионные долины мелких водотоков. Почвообразующими породами являются субаэральные лессовидные отложения. Они мощной и однородной толщей от 5-10 до 40 м покрывают озерные глины и суглинки, образованные на более ранних стадиях формирования территории. Лессовидные суглинки повсеместно содержат карбонаты, глубина залегания которых обусловлена интенсивностью проявления почвообразования. В почвенном покрове значительную долю занимают гидроморфные типы почв с

различной степенью выраженности реликтового гумусового горизонта, сформировавшегося в луговых карбонатных почвах в период голоценового оптимума.

Основные площади междуречных пространств занимают северные отроги Большого Васюганского болота, представленные верховыми олиготрофными комплексами. Дренированные приречные пространства покрыты темнохвойными и вторичными березовыми и березово-осиновыми лесами. В долинах рек развиты низинные лесные и гипновые болота.

Первые сведения о болотах восточной части Обь-Иртышского междуречья содержатся в работе Н. И. Кузнецова (1915). Специальные исследования болот бассейна р. Васюган и всей системы Большого Васюганского болота, заходящего широкими языками по всем локальным водоразделам, впервые были проведены в 1925-1930 гг. экспедицией Государственного лугового института под руководством А. Я. Бронзова. Ею были собраны исключительно ценные сведения о растительности, строении торфяных залежей и эволюции водораздельных болот региона, до сих пор не утратившие своей актуальности (Ильин, 1930; Бронзов, 1930, 1936).

Важное значение для изучения болот лесостепной и таежной зон Западной Сибири имели работы Западно-Сибирской торфоразведочной экспедиции под руководством П. Е. Логинова. За сравнительно небольшой период с 1951 по 1956 г. на обширной территории юга Западной Сибири с помощью аэрометодов и наземных исследований были инвентаризованы все крупные болотные массивы, собраны массовые сведения о стратиграфии торфяных залежей, оценены общие запасы торфа. Лишь незначительная часть этих данных впоследствии была обобщена и опубликована (Торфяные месторождения ..., 1957; Логинов, Хорошев, 1972).

Первое научное описание одного из водораздельных болот в районе Плотниково выполнено Ю. А. Львовым (1974). В 70-х годах в районе стационара проведены фундаментальные исследования структуры и биологической продуктивности лесных и болотных фитоценозов, результаты которых обобщены в монографии (Храмов, Валуц-кий, 1977).

В настоящем сообщении обобщены результаты полевых исследований о строении и основных этапах развития водораздельных болот Восточного Васюганья на примере болота «Бакчарское», протянувшегося широкой полосой (10-25 км) почти на 200 км по водоразделу рек Икса и Бакчар к северо-востоку от основной площади Большого Васюганского болота. В связи с этим были поставлены следующие задачи:

- на основе детального изучения строения торфяной залежи выявить важнейшие этапы развития водораздельных болот;

- описать пространственно-временную динамику болотных ландшафтов с учетом механизмов современного заболачивания прилегающих территорий.

Для решения этих задач были проведены детальные маршрутные исследования водораздельных массивов, выполнено более 250 описаний растительности и отобраны образцы торфа на всю глубину торфяной залежи из 30 точек бурения, исследовано 4 почвенно-геохимические катены в полосах заболачивания. Анализ ботанического состава торфа проведен послойно с интервалом 10 см. Радиоуглеродные датировки придонных образцов торфяной залежи выполнены в Институте географии РАН (Москва).

Исследования проводятся в рамках международного сотрудничества с университетами Утрехт (Нидерланды) и Шеффилд (Великобритания) при финансовой поддержке Netherlands Organization for Scientific Research (NWO) и английского фонда «Darwin Initiative»

Обсуждение результатов

Исходя из опубликованных данных абсолютного возраста наиболее древних органогенных отложений Западной Сибири, возраст водораздельного болота “Бакчарское” в его наиболее глубоких точках оценивался ранее в 9000-8000 лет (Нейштадт, 1977). На основании этого была рассчитана скорость горизонтального роста (площади) болота с момента его зарождения до настоящего времени.

Согласно нашим данным, абсолютный возраст водораздельных болот Восточного Васюганья, в частности Бакчарского болота, фактически в два раза меньше, чем предполагалось ранее. Торфонакопление началось

здесь в конце атлантического- в начале суб-бореального периода (4800-2500 лет назад). Возраст наиболее древних очагов заболачивания с мощностью торфяной залежи 3,6-3,8 (4) м оценивается нами в 5200-5500 лет, в то время как возраст отложений на большей части площади при мощности торфяного слоя 2,5-3 м не превышает 3000-3500 лет.

По данным спорово-пыльцевого анализа за весь период существования болот глобальных изменений в составе лесов не происходило, лишь несколько менялось соотношение темнохвойных и лиственных пород (Левина, 1980; Бляхарчук, 1989), отражающее восстановительную динамику лесов в ходе пирогенных (послепожарных) сукцессий. В то же время растительность болот и внешний облик болотных ландшафтов за этот период неоднократно изменялись коренным образом.

Значительные площади на плоских междуречных пространствах до начала болото-образования занимали осоково-разнотравные луга и редкостойные леса с влажнолуговой растительностью в условиях постоянного грунтового и периодически возникающего поверхностного увлажнения. В настоящее время они распространены вдоль границы лесной и лесостепной зон Западной Сибири (Dyukarev et al., 1995; Lvov, Shemyakina, 1995). Первичными центрами заболачивания явились многочисленные мелкие депрессии, растительный покров которых был представлен папоротниковыми, осоково-папоротниковыми, осоково-тростниковыми открытыми и слабо залесенными березой и ивами, реже хвощевыми сообществами. Соответственно в нижней части торфяной залежи отлагались одноименные травяные виды торфа, в которых содержание древесных остатков, как правило, не превышает 5-15% (рис. 1, А, В).

После заполнения торфом многочисленных первичных депрессий болотообразовательный процесс быстро охватил плоские водораздельные плато, где на полугидро-морфных высокогумусированных луговых почвах начинают откладываться различные варианты осоково-травяных видов торфа (рис. 1, С). Разрозненные очаги заболачивания при этом сливаются в единый болотный массив. Процесс шел столь быстро, чго почвы не успевали претерпеть сколько-нибудь существенных изменений и уходили под торф в том виде и с тем запасом питатель-

ных веществ, который был накоплен в их профиле до начала заболачивания (Любимова, Симакова, 1977; Львов, 1991). В результате повсеместно под торфяной залежью вскрываются гумусированные пластичные глины. Богатство грунтов элементами минерального питания обеспечило развитие единообразных осоковых, болотнотравных, осоково-тростниковых сообществ на всей площади водораздельных болот.

Переломный момент в развитии водораздельных болот наступил при достижении болотными массивами краев водораздельного плато и выходе их на склоны междуречных пространств. К этому времени мощность низинной торфяной залежи составляла в среднем 1-1,2 м, а в генетических центрах первичных депрессий 1,5-1,8 м. Обеднение водно-минерального питания растений по мере накопления торфяной залежи и заметного увеличения роли атмосферных осадков в питании болот привело к резкой смене болотной растительности. В центральной части массива широкое распространение получили шейхцериево-осоковые, шейхцериево-осоково-сфагновые и осоково-пушицево-сфагновые сообщества (Carex limosa, Scheuchzeria palustris, Eriophorum vaginatum, Sphagnum fallax, S. flexuosum), отложившие пласт мезотрофных видов торфа мощностью 0,4-0,6 м (рис. 1, А: 2,2-2,7; В: 2,0-2,5 ш).

С момента выхода болотного массива за пределы водораздельного плато значительно возрастает интенсивность заболачивания территории и меняются его механизмы (Львов, 1991). Относительно свободный сток слабоминерализованных болотных вод по склону способствует развитию мезотроф-ного заболачивания темнохвойных и смешанных лесов. В результате по периферии широкое распространение получают мезо-трофные древесно-кустарничково-осоковые и древесно-болотнотравно-сфагновые сообщества, отложившие придонные слои торфа в верхних частях склонов водоразделов (рис.1, D; 2,5-2,8 т).

На рубеже суббореального и субатланти-ческого периодов, около 2000-2200 (2500) лет назад, водораздельные болота Восточного Васюганья перешли в олиготрофную (ом-бротрофную) стадию развития. Начало этой стадии знаменуется распространением на большей части массивов обводненных сфаг новых и пушицево-сфагновых топей {Sphagnum magellanicum, S. papillosum,

А ВС DE

О 50 100 0 50 100 0 50 100 0 50 100 0 50 100

0-

50

•vJA’

v|a,

vj/v

v|a>

Чл. J

1590+701

150

'у4л,

Ґ-JJ

't' I |-s-

3

'P-

11880+40 ll

50 100

50-1

100

11120+1201;

j 1 1 ПГГП j 1 "Ч м 1 и 1 — 1 1 4S4 1 LiJ

13 14 15 '/// 16 К/1 17 V- 18 19 % 20 Fül 21 Ы

10

22

11

12

7773

I//V-

23 24

І І І 1 І590+76І

Рис. 1. Стратиграфическое строение торфяных отложений болота “Бакчарское”: ось Y - глубина, ось X - содержание растительных остатков, %.

Остатки растений: 1 - Sphagnum fuscum, 2- S. angustifolium, 3-5. magellamcum, 4 - S. papillosum, 5-5. balticum, 6—5. majus, 7 — S.jensenii, 8 — 5. flexuosum, 9 — 5. fallax, 10 — 5. obtusum, 11 — мезотрофные виды сфагновых мхов, 12 - гипновые мхи, 13 - пушица (Eriophorum vaginatum), 14 - шейхцерия {Scheuchzeria palustris), 15 - мелкие корневищные осоки (Carex limosa), 16 - крупные корневищные осоки (Carex lasio-carpa, C.rostrata, 17 - кочкарные осоки (Cares cespitosa, C.juncella), 18 - тростник (Phragmites australis), 19- вахта (Menyanthes trifoliata), 20 - папоротник (Thelypteris palustris), 21 - хвощ1 (Equisetum fluviatile), 22 - кустарнички (ericaceous shrabs, Betula nana), 23 - древесина, 24 - возраст по С14

S. balticum), в то время как на периферии широкое развитие получили олиготрофные сосново-сфагновые сообщества (Pirnts sylvestris, Sphagnum angustifolium, S. magel-lanicum) (рис. 1, D; 1,7-2,5 m). Соотношение площадей основных типов болотных ландшафтов на протяжении суббореального периода не оставалось постоянным. В сухие периоды, когда обводненность водораздельных болот уменьшалась, сосново-сфагновые сообщества с периферии далеко заходили к центру массивов, отлагая пушицево-сфагновый торф (рис. 1, В; 1,2-2,0 ш).

Около 1500-1000 лет назад в центральной части болотных массивов стали формироваться грядово-топяные, грядово-озерково-топяные и грядово-мочажинные комплексы современного облика. Гряды в них образованы фрагментами низкорослых сосново-кустарничково-сфагновых сообществ (Pinus sylvestris f. litwinowii, Ledum palustre, Cha-maedaphne calyculata, Sphagnum fuscum), известных в Сибири под названием рям. Растительный покров в обводненных топях образован мозаикой олиготрофных пушицево-сфагновых, осоково-шейхцериево-сфагно-вых и очеретниково-осоково-сфагновых растительных сообществ (Carex limosa, Scheuchzeria palustris, Rhynchospora alba, Sphagnum balticum, S .majus, S. jensenii, S. papillosum). Олиготрофные растительные сообщества отлагают комплексный сфагновый торф. Общая мощность олиготрофных сфагновых торфов, перекрывающих пласт переходного торфа, достигает 1,5-2,0 м.

В последние 500-1000 лет рямы начинают играть более заметную роль в ландшафтной структуре болотных комплексов, развиваясь преимущественно на склонах и в виде отдельных островов по краю водораздельного плато. Они отлагают однородный слабораз-ложенный сфагновый торф из остатков Sphagnum fuscum (рис. 1, С; 0-1,2 т).

В субатлантическом периоде окончательно формируется внутриболотная гидрографическая сеть путем развития обращенного рельефа поверхности заторфованных водоразделов; оформляется дренажная сеть склонов водораздельных пространств. По мере роста торфяной залежи и поднятия уровня болотных вод происходит подтопление наиболее высоких минеральных грив, дольше других сохранявшихся среди болот островами леса. На их месте со временем образуются застойные и транзитные мелко-

залежные топи, известные в Сибири под названием «галья». По таким топям происходит сброс болотных вод по болотным массивам в речную сеть. Именно к ним примыкают истоки ручьев локальных водосборов. Растительный покров таких топей представлен мезотрофными и мезоолиготрофными осоково-сфагновыми, реже хвощево-

осоково-сфагновыми сообществами (Сагех rostrata, С. lasiocarpa, С. limosa, Equisetum fluviatile, Sphagnum fallax, S. majus,

S. obtusum). Местами встречаются заросли рогоза (Typha latifolia), приуроченные к горизонтам воды внутри торфяной залежи. Торфяная залежь, как правило, не превышает 1-1,5 м и имеет простое стратиграфическое сложение (рис. 1, F). Здесь отлагаются сфагновые и осоково-сфагновые топяные виды торфа, сложенные остатками Сагех rostrata, С. limosa, Sphagnum fallax, S. obtusum, реже.Equisetum fluviatile, Coma-rum palustre и др.

Современное заболачивание протекает различным образом на разных участках краевой полосы в соответствии с рельефом поверхности склонов междуречных пространств, который предопределяет механизм заболачивания и в конечном итоге выражается в характере растительности и строении торфяной залежи. На контакте с низким минеральным берегом при растекании болотных вод по поверхности происходит эв-трофное заболачивание темнохвойных лесов и развитие лесных болот, отлагающих низинный древесный торф высокой степени разложения. Подтопление повышенных участков минерального берега происходит оли-готрофными болотными водами, определяя развитие болотного процесса сразу по верховому типу. При этом на месте темнохвойных или смешанных лесов непосредственно развиваются олиготрофные сосново-кустар-ничково-сфагновые сообщества, отлагающие верховой пушицево-сфагновый торф (рис. 1, F). В результате периферийная полоса с мощностью торфа 1-2 м и зона современного заболачивания водораздельных болот отличаются высокой пространственной неоднородностью типов торфяной залежи при их сравнительно простом стратиграфическом строении.

Заключение

На юге лесной зоны Западной Сибири в области широкого распространения карбо-

натных покровных суглинков развитие болот шло путем эвтрофного суходольного заболачивания, предполагающего продолжительное развитие травянистых разнотравноосоковых ландшафтов влажно-лугового типа. Возраст водораздельных болот, по данным радиоуглеродного датирования, оказался значительно меньше, чем предполагалось ранее. Первичные очаги торфонакопления, играющие заметную роль в ландшафте водоразделов, появились лишь в конце атлантического - начале суббореального периода 5200-4800 лет назад. До конца суббореала ландшафтная структура болотных массивов

была слабо дифференцирована. С момента выхода водораздельных болот на склоны междуречных пространств происходит деление их на открытую центральную часть и залесенную периферию. В полосе заболачивания идет формирование разных типов торфяных залежей и болотных сообществ в соответствии с рельефом поверхности и различием условий водно-минерального питания. По мере роста торфяной залежи и увеличения площади болот наблюдается закономерное смещение границ ландшафтных выделов к окраинам.

ЛИТЕРАТУРА

Бляхарчук Т.А. 1989. История растительности юго-востока Западной Сибири в голоцене (по данным ботанического и спорово-пыльцевого анализов торфа: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Томск. 19 с.

Бронзов А.Я. 1930. Верховые болота Нарымско-го края (бассейн р. Васюган) // Тр. Научно-иссл. торфяного ин-та. № 3. С. 1-100.

Бронзов А.Я. 1936. Гипновые болота на южной окраине Западно-Сибирской равнинной тайги //Почвоведение. № 2. С. 224-245.

Dvukarev A.G., Pologova N.N., Mouldiyarov E.Ya. 1991. Meadow soils of Western Siberia and conditions of the their development // Phytocoenosis. Vol. 3 (N.S.). Archivum

Geobotanicum 2. - Warszawa-Bialowieza (print 1995). P. 99-102.

Ильин P.C. 1930. Природа Нарымского края H Материалы по изучению Сибири. Томск. Т. 2. 344 с.

Кузнецов Н.И. 1915. О болотах Нарымского края Томской губернии // Болотоведение. № 1. С. 1-24.

Левина Т.П. 1980. Развитие растительности в низовьях Енисея и средней Оби в голоцене // Палеопалинология в Сибири. М. С. 128-141.

Логинов П.Е., Хорошев П.И. 1972. Торфяные ресурсы Западно-Сибирской равнины. М.: Гео-лторфразведка (ротапринт). 147 с.

Львов Ю.А. 1991. Болотные ресурсы // Природные ресурсы Томской области. Новосибирск: Наука. С. 67-83.

Львов Ю.А. 1959. К характеристике Иксинского водораздельного болота // Изв. Томск, отд. ВБО. Т. 5. Томск: Изд-во ТГУ. С. 59-62.

Львов Ю.А. 1974. Методические материалы к типологии и классификации болот Томской области // Типы болот СССР и принципы их классификации. Л.: Наука. С. 188-194.

Lvov Yu.A., Shemyakina T.V. 1991. Annual fluctuations of the composition of bog-grass communitis in the Pichtovka area // Phytocoenosis. Vol. 3 (N.S.). Archivum

Geobotanicum 2. - Warszawa-Bialowieza (print 1995). P. 103-105.

Любимова Е.Л., Симакова Л.А. 1977. Современное заболачивание лесов // Научные предпосылки освоения болот Западной Сибири. М.: Наука. С. 137-148.

Мещеряков Ю.А. 1962. Морфоструктура Западно-Сибирской равнины // Изв. АН СССР. Сер. географ. № 3. С. 3-15.

Нейштадт М.И. 1977. Возникновение и скорость развития процесса заболачивания // Научные предпосылки освоения болот Западной Сибири. М.: Наука. С. 39-47.

Торфяные месторождения Западной Сибири 1957. М. 149 с.

Храмов А.А., Валуцкий В.И. 1977. Лесные и болотные фитоценозы Восточного Васюганья. Новосибирск: Наука. 220 с.

Получено 25.03.2000 г.

Лапшина Елена Дмитриевна

Томский государственный университет, кафедра ботаники

634050, г. Томск, пр. Ленина, 36. Тел.: (3822) 410690, e-mail: ed(cp,flora.tsu.ru

Пологова Нина Николаевна

Филиал института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН

634055, г. Томск, пр. Академический, 2. Тел.: (3822) 259670, e-mail:polog@forest.tsu.ru