Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Болота и биосфера

БОЛОТООБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС В ЛЕСНОЙ ЗОНЕ

 

 

Содержание:

 

1.     Торфонакопление и заторфованность территорий

2.     Тип болотообразования

3.     Начало болотообразования в бореальном периоде голоцена

4.     Площадь болот

5.     Осушение болот лесной зоны

 

 Смотрите также:

 

Болотоведение

 

болото

 

Жизнь болот

 

Мхи

 

мхи

 

Биосфера

 

Н. И. ПЬЯВЧЕНКО

 

Торфонакопление и заторфованность территорий

 

Лесная зона СССР занимает первое место среди других зон по степени заторфованности территории. Она почти полностью входит в выделяемый М. Н. Никоновым (1949, 1955) пояс интенсивного торфонакопления, в пределах которого сосредоточено около 85% всех торфяных запасов страны. Сильная заторфован- ность названной зоны, особенно ее средней и северной подзон, связана в основном с оптимальными для бадотообразования климатическими условиями: умеренно теплым вегетационным периодом, обеспечивающим значительный прирост растительно?* массы, и существенным превышением количества выпадающих осадков над испарением, вызывающим постоянное или длительное переувлажнение грунта. Под влиянием этих факторов продолжается рост торфяников и «наползание» их на прилегающие лесные земли.

 

Но наряду с влиянием климата сильно сказываются и геоморфологические условия. Например, по данным Никонова (1955), заторфованность территорий с моренно-холмистым рельефом составляет 1—3%, моренных равнин в границах последнего оледенения с ледниковым аккумулятивным рельефом —3— 10%, Древних аллювиальных равнин — до 30—40%. К последним обычно приурочены и выходы подземных грунтовых вод, что обусловливает концентрацию болот на таких равнинах, как, например, Белорусское и Украинское Полесье, Западно-Сибирская низменность и др. Следует отметить, что исследования П. П. За- литиса (1976) показали достоверную связь размещения заболоченных и избыточно увлажненных лесов в Латвийской ССР с зонами разгрузки подземных вод: около 80% таких лесов оказалось расположено в местах, где гипсометрические уровни подземных грунтовых вод достигают земной поверхности или превышают ее.

 

В основе заболачивания суши лежит нарушение связей и взаимодействия между компонентами, или факторами, суходольного — обычно лесного — биогеоценоза под влиянием усиления функции компонента влаги. Заполняя поры почвы, вода препятствует проникновению в них атмосферного кислорода, что нарушает газовый режим, вызывает развитие восстановительных процессов и образование закисных соединений. Известно, что эти изменения отрицательно влияют на почвенный микробоценоз, подавляя жизнедеятельность аэробных бактерий и почвенных беспозвоночных и обусловливая тем самым накопление мало- разложившихся растительных остатков и содержащихся в них химических элементов, в частности азота, в малодоступной растениям форме. Угнетение дыхательной и сосущей функции корней мезофильных растений в переувлажненной анаэробной среде и ежегодные вымочки значительной части мелких корней (Згу- ровская, 1963; Веретенников, 1968) осложняют и сокращают поступление питательных веществ в растения, вследствие чего сильно падает и продуктивность фотосинтеза (Потаевич и др., 1977). Таким образом, нарушение нормального обмена веществ и энергии в почве, между почвой и фитоценозом, между ними и атмосферой приводит к смене мезофильного биогеоценоза гигро* фильным, т. е. болотным, биогеоценозом.

 

Тип болотообразования

 

Тип болотообразования определяется условиями водно-минерального питания. Степень увлажнения, или обводненности, почвы регулирует интенсивность болотного процесса, определяет господство тех или иных биоморф в растительном покрове. В случае постоянного переувлажнения почвы господствуют n«i- новые и сфагновые мхи, болотные травы или смешанные травя- но-моховые сообщества гигрогидрофитов. В случае переменного увлажнения, когда уровень воды в торфяной почве понижается летом до 20—30 см и более, поселяются древесные растения — сосна, ель, береза, гигромезофильные травы и психрофильные кустарнички.

 

Степень минерализации, или жесткость, воды обусловливает трофность растительности и образующегося торфа, а следовательно, и биологическую продуктивность болотного биогеоценоза. Содержание бикарбонатов кальция и магния в воде и образующемся торфе регулирует его кислотность, возможность развития определенных видов растений и интенсивность деятельности гетеротрофных почвенных организмов, разлагающих отмершие части растений. Поэтому при достаточном содержании Са и Mg образуются торфяные почвы и залежи более высокой степени разложения, при недостаточном — малой. Иными словами, генезис болот и торфяных залежей, смены растительности и типов болотообразования тесно связаны с влиянием названных элементов. В связи с этим показателем типа торфа и торфяной почвы может служить степень насыщенности их поглощенными основаниями (катионами Са и Mg), а также коррелирующая с ней величина рН (Пьявченко, Корнилова, 1978).

 

Давно установлено, что в процессе эндоэкогенетического развития торфяников первоначальное грунтовое питание впоследствии часто сменяется атмосферным, в связи с чем возрастает кислотность, уменьшается степень насыщенности торфа поглощенными Са и Mg и содержание в нем золы. Соответственно этому евтрофная стадия развития торфяника сменяется мезо- трофной, а последняя — олиготрофной. Заметим, что на территории нашей страны в настоящее время относится к евтрофному типу только 37% всей площади торфяников, к мезотрофному — 17% и к олиготрофному—46%.

 

Насколько велико различие в годичном потреблении питательных веществ из почвы фитоценозами евтрофного и олиго- трофного лесных болот, а также возврат их в почву с ежегодным опадом, видно из графиков (см. рисунок), составленных по материалам наших исследований (Пьявченко, Сибирева, 1962). Количество извлекаемых из почвы и возвращаемых в нее с опадом химических веществ в евтрофных болотных лесах в 2—3 раза больше, чем в олиготрофных. Это согласуется с количеством годичного опада древесного, травяно-кустарничкового и мохового ярусов, составляющего в среднем в лесах евтрофного типа 58 ц/га и олиготрофного только 35 ц/га. Тем не менее по количеству опада или всей отмирающей фитомассы еще нельзя судить о скорости (или продуктивности) торфонакопления вследствие того, что в евтрофных условиях биохимические процессы гумификации и минерализации органического вещества протекают интенсивнее, чем в олиготрофных. По нашим данным (Пьявченко, 1978), в образующемся торфе консервируется в среднем 16,5% исходного количества отмирающей органической массы. Остальная же, сильно преобладающая часть ее минерализуется и отчасти выносится поверхностным и внутрипочвенным стоком в виде водных растворов и взвесей.

 

Начало болотообразования в бореальном периоде голоцена

 

Начало болотообразования в нынешней лесной зоне СССР относится к бореальному периоду голоцена (8—8,5 тыс. лет назад), но массовое развитие болот и заболачивание лесов началось позднее — в атлантический период (5 — 7,5 тыс. лет назад). Климатические условия этого периода благоприятствовали не только заболачиванию, но и распространению в нынешней сред- нетаежной подзоне Европейской части СССР широколиственных пород — вяза, липы, дуба, составляющих заметную примесь в березово-сосновых лесах того времени. В последующие суббо- реальный и субатлантический периоды болотообразовательный- процесс продолжал развиваться главным образом за счет разрастания возникших ранее болот, но наряду с этим образовывались и новые болота под влиянием зарастания водоемов, депрессий, возникших под влиянием отрицательных неотектонических движений земной коры, карстовых и суффозионных просадок грунта и других причин, способствовавших скоплению влаги и появлению болотной растительности.

 

И в настоящее время на севере лесной зоны — в Архангельской, Мурманской областях, Карельской и Коми АССР, Тюменской, Томской областях и Красноярском крае, гд? накоплению торфа благоприятствуют климатические ь гидрологические условия,— болотооб- разование прогрессирует. торфяные болота растут вверх и расширяют свою площадь, надвигаясь на прилегающие леса, подтопляя их и погребая отмирающие деревья под нарастающим торфом. Характеризуя колоссальные масштабы болотного процесса на Западно-Сибирской низменности, М. И. Нейштадт (1971, с. 26) считает, «что если оставить таежную зону Западно- Сибирской низменности в нынешних условиях и не предпринимать мер для борьбы с заболачиванием, то примерно через несколько тысяч лет она будет полностью заболочена и заторфо- вана, за исключением, быть может, самых узких приречных и наиболее повышенных участков».

 

Согласно другой работе названного автора (Нейштадт, 1977), ежегодное заболачивание в Западной Сибири составляет от 5777 до 12 694 га, а в среднем за период 8 тыс. лет составил 9687 га. По нашим данным, средняя скорость заболачивания территории в Карельской АССР за период 7 тыс. лет достигала 700 га в год. Аэровизуальные наблюдения, проведенные нами летом 1978 г. в Калевальском и Кемском районах Карельской АССР, показали весьма интенсивное местами наступление сфагновых болот на прилегающие леса, в результате чего незаболоченная лесная площадь составляла не более 20—30%. Наземные исследования дали ясную картину внедрения сфагново-кустарничкового покрова болот на десятки метров в смежные леса, несмотря на то что поверхность почвы в них превышает уровень окраек болот на 50—60 см.

 

Процесс болотообразования заключается не только в переувлажнении грунта, появлении болотной растительности и аккумуляции неразложившихся ее остатков. Важное значение в этом процессе имеет связывание торфом огромного количества пресной воды вследствие высокой влагоемкости остатков растений- торфообразователей, особенно сфагновых мхов, у которых она достигает 1500—2000% по отношению к сухому весу. Влагу аккумулируют и удерживают как глубокие торфяники, нередко достигающие 4—6 м и более, так и заболоченные, или слабо отор- фованные, земли с мощностью органического слоя 30—50 см. Согласно нашим расчетам, торфяники и торфянистые почвы заболоченных лесных земель Союза связывают около 1100 км3 пресной воды. По данным Государственного гидрологического института (Болота Западной Сибири, 1976), объем воды в торфяниках западносибирских болот составляет около 994 км3, причем 218 км3 в несвязанном с торфом состоянии. С ежегодным приростом торфа постепенно увеличивается и объем связанно:* торфяниками воды.

 

Площадь болот

 

В настоящее время площадь болот, заболоченных и избыточно увлажняемых земель лесного фонда Союза составляет около 240 млн. га. Сюда, естественно, не входят болота и заболоченные земли лесотундры и тундры, площадь которых весьма велика. Однако все это не дает еще основания делать далеко идущие выводы о неминуемом заболачивании всех лесов таежной зоны и смены их сфагновыми болотами. Этот вопрос подробно был рассмотрен нами ранее (Пьявченко, 1957, 1960, 1963), причем было показано, что взаимоотношение леса и болота представляет собой сложный, внутренне противоречивый процесс, развивающийся под влиянием двух противоположных тенденций — усиления и ослабления заболачивания.

 

Примером его служит обратимое заболачивание вырубок, когда бо- лотообразовательный процесс, возникший вследствие нарушения баланса влаги в почве в результате вырубки древесной растительности, продолжается в течение 2—3 десятилетий, а после восстановления молодого леса и усиления транспирационного расхода влаги из почвы приостанавливается или вовсе прекращается (Кощеев, 1955). Временно заболачиваются не только лесосеки и лесные гари, но и леса на землях с близким к поверхности уровнем грунтовых вод. Во влажные климатические периоды почвенно-грунтовая вода подтопляет корнеобитаемый горизонт почвы и вызывает заболачивание и гибель леса. В сухие периоды уровень воды понижается и заболоченная территория вновь зарастает лесом. Следует отметить, что из 240 млн. га площади болот 2/3 относятся к мелкооторфованным, заболоченным и временно переувлажненным лесным землям, подавляющая часть которых никогда не превратится в торфяники.

 

И все же в районах Севера и Северо-Запада, где климатические, гидрологические и геоморфологические условия способствуют развитию современного заболачивания суши, этот процесс отрицательно сказывается на освоении территории названных районов, изучении и рациональном использовании их природных богатств. Поэтому проведение осушительных мелиораций в сильно заболоченных местностях необходимо и с хозяйственной точки зрения, и в интересах преобразования природы, улучшения состояния биосферы.

 

Мелиорация земель на севере для сельскохозяйственного использования дает весьма положительные результаты. Поэтому освоение осушенных болот и заболоченных земель низинного и переходного типа нередко предпочитается освоению за- валуненных и залесенных минеральных земель. За годы 9-й пятилетки на Европейском Севере — в Карельской и Коми АССР, в Архангельской и Вологодской областях — осушено для сельского хозяйства 207 тыс. га болот и заболоченных земель.

 

При высоком уровне агротехники и регулярном внесении удобрений в передовых хозяйствах Карелии и на экспериментальных базах Института биологии Карельского филиала АН СССР урожаи на мелиорированных землях уже достигают: сена многолетних трав—60 ц/га и более, однолетних — 200—300, капусты и кормовой моркови —500—600, зерновых (овса, ржи)—30—33 ц/га (Нестеренко, Пьявченко, 1974). За тот же пятилетний период осушено в целях повышения продуктивности лесов 437 тыс. га. Установлено, что под влиянием лесоосушительной мелиорации дополнительный прирост древесины в осушенных лесах возрастает на 2—5 м3/га в год, а запасы древесины — в 3—5 раз по сравнению с древостоями на неосушенных болотных почвах. При этом торфяные залежи над лесным покровом не подвергаются эрозии и не минерализуются, и, таким образом, их можно рационально использовать в будущем.

 

В связи с развитием в СССР осушительной мелиорации вполне закономерно приобрел остроту вопрос о влиянии этого мероприятия на водный режим осушаемых земель и прилегающих территорий, уменьшение стока и обмеление рек, загрязнение их минеральным и торфяным материалом, выносимым осушительными системами, состояние озерного и речного рыбного хозяйства.

 

Подобные вопросы возникали и раньше. Разноречивые высказывания по ним принадлежат таким ученым, как В. В. Докучаев (1880), Г. И. Танфильев (1895) и др. В наше время вопрос о роли болот в питании рек, о влиянии осушительных мелиораций на водный режим прилегающих территорий также обсуждается в специальной литературе (Ивицкий, 1949; Шебеко, 1970; Булавко, 1971; Иванов и др., 1973; Клюева, 1973; Новиков и др., 1976; и др.). Большинство специалистов (гидрологов и мелиораторов) приходит к выводу о том, что правильное проведение осушительных мелиораций, не вызывающее снижения уровня подземных грунтовых вод, не влияет отрицательно на режим рек и мелиоративные мероприятия должны проектироваться с учетом фактора природной зональности, геоморфологического положения осушаемых болотных массивов и особенностей их водного питания.

 

Наряду с этим нередки высказывания о большой роли болот в питании рек, о водорегулирующем значении их для определенных территорий. В связи с подобными высказываниями, порождаемыми скорее всего недостаточной осведомленностью их авторов об условиях образования болот и водных свойствах залегающего в них торфа, постараемся внести ясность в существо данного вопроса. Действительно, в истоках многих наших рек находятся низинные болота или озера, окруженные болотами. Это и создает впечатление, что реки питаются болотными водами. В сущности же и реки, и болота, возникающие в истоках рек, питаются грунтовыми водами, выходящими из подземных водоносных горизонтов, а также атмосферными осадками, выпадающими на водосборную площадь.

 

Что касается болот верхового и переходного типов, не связанных непосредственно с речными долинами, то они отдают рекам только ту часть питающей их атмосферной и нередко мягкой грунтовой воды, которая уже не может быть поглощена переувлажненным сфагновым покровом и залегающим под ним торфом, а также израсходована на эвапотранспирацию. В условиях южной Карелии это составляет 27% от годового количества осадков (Чесноков, 1977).

 

Разумеется, в случае очень крупных болотных массивов, достигающих десятков и даже сотен тысяч гектаров, и такой объем стока обеспечивает образование ручьев и речек. Тем не менее и в данном случае торфяники не служат генераторами влаги, а лишь осуществляют транзитную функцию перераспределения поступающей в них воды между поглощением торфяным слоем, испарением в атмосферу и стоком.

 

Как показывают исследования некоторых названных авторов, осушение болот обычно не приводит к уменьшению стока, а наоборот, увеличивает его. Положительное влияние осушения болот на сток в условиях Карелии подтверждается исследованиями И. М. Нестеренко в северной Карелии, на Корзин- ском стационаре и В. А. Чеснокова на Киндасовском стационаре (см. статью в настоящем сборнике).

 

С выводами советских авторов согласуются и результаты исследований финских ученых (Paavilainen, 1976; Heikurai- nen, 1976), согласно которым осушение лесных земель приводит к увеличению стока с открытых мест и стабилизирует его годичную величину.

 

Что касается загрязнения рек и его отрицательных последствий, вызываемых осушительной мелиорацией, то финский: исследователь Павилайнен (Paavilainen, 1976) отмечает некоторое увеличение содержания минеральных веществ и гумуса в речных водах, что приводит иногда к вредным локальным эффектам, если в воде снижается содержание кислорода. По> сообщению Л. Рамберга (Ramberg, 1976), осушение лесов и болот в одном из регионов Финляндии на 40% площади вызвало снижение запасов воды в почве на 68 мм, но одновременно привело к увеличению стока реки на 73 мм. С понижением уровня почвенно-грунтовых вод усилилась минерализация органического вещества торфяной почвы и выщелачивание из нее аммонийных и других солей, особенно после внесения удобрений. О сильном загрязнении речных вод стоками с осушаемых болот в южной Карелии сообщается и в статье В. А. Чеснокова (см. настоящий сборник). Однако следует заметить, что степень и продолжительность загрязнения сильно зависят от соблюдения давно уже установленных условий и норм проектирования и строительства осушительной сети^ предусматривающих исключение или уменьшение названного отрицательного влияния гидромелиораций.

 

Выводы

 

Сильная заболоченность лесной зоны Европейской России и Западной Сибири обусловлена спецификой ее физико- географических особенностей: существенным превышением выпадающих осадков над испарением, благоприятными для скопления и застоя влаги геоморфологическими условиями и нередко близким к поверхности стоянием уровня грунтовых вод.

 

В основе развития болотообразовательного процесса и смены лесных биогеоценозов болотными лежит нарушение нормального для леса обмена веществ и энергии под влиянием гипертрофии влажности среды, подавляющей процессы минерализации растительных остатков, которые накапливаются в виде торфа.

 

Болота не генераторы влаги, а служат лишь ее аккумуляторами. Накапливая воду до полной влагоемкости торфа и мохового слоя, они расходуют на сток только протекающий через них транзитом непоглощенный остаток грунтовой или атмосферной воды.

Сильная заболоченность земель таежной зоны и продолжающаяся на севере в настоящее время агрессия болотообра- зования позволяет считать осушительную мелиорацию необходимым народнохозяйственным мероприятием и эффективным средством преобразования природы Севера.

 

Осушение болот лесной зоны не приводит к уменьшению, речного стока, а часто несколько увеличивает его, улучшая одновременно водный режим мелиорируемых территорий.

 

Для предотвращения или резкого уменьшения размеров возможного загрязнения водоприемников сточными водами мелиорируемых и осваиваемых в сельском хозяйстве болот безусловно необходимо как использование уже известных в мелиоративном строительстве способов, так и разработка новых, более эффективных.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

Болота Западной Сибири. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 448 с. Булавко А. Г. Водный баланс речных водосборов. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 304 с.

Веретенников А. В. Физиологические основы устойчивости растений к временному избытку влаги. М.: Наука, 1968. 216 с. Докучаев В. В. Осушительные работы в Полесье и Рязанской губернии. СПб, 1880.

Залитис П. П. Закономерности территориального распределения переувлажненных лесов в Латвийской ССР.—Лесоведение, 1976, № 2, с. 9—17.

Згуровская Л. Я. Строение и рост корневых систем древесных растений на различных типах болот.— В кн.: Заболоченные леса и болота Сибири. М.: Изд-во АН СССР, 1963, с. 12.—146. Иванов К. Е., Новиков С. М., Романов В. В. Некоторые основные положения методики исследований влияния осушительных мелиораций на водные ресурсы и водный режим территорий.—Труды ГГИ, 1973, вып. 208, с. 153—160.

Ивицкий А. И. Влияние осушения болот на режим рек.— В кн.: К вопросу освоения и развития производительных сил Полесья. Минск: Изд-во АН БССР, 1949, т. 27, с. 192—200. Клюева К. А. Влияние осушительных мелиораций на гидрологический режим

ряда рек Белоруссии —Труды ГГИ, 1973, вып. 208, с. 187—212. Кощеев A. Л. Заболачивание вырубок и меры борьбы с ним. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 167 с. ' Нейштадт М. И. Мировой природный феномен — заболоченность Западно- f Сибирской равнины.—Изв. АН СССР. Сер. геогр., 1971, № 1, с. 21—34. Нейштадт М. И. Возникновение и скорость развития процесса заболачивания.— В кн.: Научные предпосылки освоения болот Западной Сибири. М.: Наука, 1977, с. 39—47. Нестеренко И. М., Пьявченко Я. И. Перспективы осушения и особенности регулирования водного режима почв Европейского Севера СССР.— В кн.: Водные мелиорации в СССР. М.: Наука, 1974, с. 16—45. Никонов М. Я. О некоторых особенностях размещения торфяных залежей.— Труды Юбилейной сессии, посвященной 100-летию со дня рождения В. В. Докучаева. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1949, с. 602—607. и Никонов М. Я. Районирование торфяных болот в связи с использованием их в народном хозяйстве.— Труды Ин-та леса и древесины АН СССР, 1955, т. 31, с. 49—63.

Новиков С. М., Клюева К. А., Бавина Л. Г., Сорочан О. ГХарченко К. И. Влияние осушения на водный режим и составляющие водного баланса мелиорируемых земель.— В кн.: Труды IV Всесоюз. гидрол. съезда, 1976, т. 4, с. 433—443.

Нотаевич Е. В., Кучко Л. А., Яковлева В. И. К физиологии березы пушистой на осушенном и неосушенном болоте.— В кн.: Стационарное изучение болот и заболоченных лесов в связи с мелиорацией. Петрозаводск, 1977, с. 33—55.

Пьявченко Н. И. Типы заболачивания лесов в бассейне Северной Двины.— Труды Ин-та леса и древесины АН СССР, 1957, т. 36, с. 5—55.

Пьявченко Н. И. Лесное болотоведение и осушение лесных земель в СССР.— В кн.: Вопросы Лесоведения и лесоводства: (Докл. на V Всемирном лесном конгр.). М.: Изд-во АН СССР, 1960, с. 288—299.

Пьявченко Н. И. Лесное болотоведение. М.: Изд-во АН СССР, 1963, 192 с.

Пьявченко Н. И. Торфонакопление и его продуктивность.— В кн.: Динамика органического вещества в процессе торфообразования. Л.: Наука, 1978, с. 141—155.

Пьявченко Н. И., Корнилова JI. И. О диагностических показателях типов торфа—Почвоведение, 1978, № 10, с. 146—153.

Пьявченко Н. И., Сибирева 3. А. Некоторые результаты стационарного изучения взаимовлияний леса и болота в подзоне средней тайги.— Труды Ин-та леса и древесины АН СССР, 1962, т. 53, с. 174—203.

Чесноков В. А. Влияние осушения на изменение метеорологического и гидро* логического режимов болот и заболоченных лесов в связи с мелиорацией. Петрозаводск, 1977, с. 19—33.

Шебеко В. Ф. Гидрологический режим осушаемых территорий. Минск: Урожай, 1970, 299 с.

Heikuraitien L. Comparison between runoff conditions on a virgin peatland and a forest drainage area.— Proceedings of the 5th International Peat Congress. Vol. I. Poznan, 1976, p. 76—86.

Paavilainen E. Typpilannoitus ohutturpeisilla piensararameilla. Helsinki, 1976a, 16 c.

Paavilainen E. Effect of drainage and fertilization of peatlands on the environment.— Ecol. bull., 19766, No 21, p. 137—141.

Ramberg L. Effects of forestry operation on aquatic ecosystems.— Ecol. bull., 1976, No 21, p. 143—149.

 

 

К содержанию книги: Значение болот в биосфере

 

Последние добавления:

 

Почвенные организмы как компоненты биогеоценоза

 

Агрохимик и биохимик Д.Н. Прянишников       Костычев. ПОЧВОВЕДЕНИЕ

 

Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы     Почвоведение - биология почвы

 

Происхождение и эволюция растений     Биографии биологов, агрономов