WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     |
|

На правах рукописи

Паршина Евгения Константиновна ДЕСТРУКЦИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ВЕЩЕСТВА В БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ ТАЕЖНОЙ И ЛЕСОТУНДРОВОЙ ЗОН ЗАПАДНОЙ СИБИРИ 03.00.05 – ботаника 03.00.27 – почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Томск 2009

Работа выполнена в лаборатории биогеоценологии Института почвоведения и агрохимии СО РАН

Научный консультант: кандидат биологических наук Миронычева-Токарева Нина Петровна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Прокопьев Евгений Павлович кандидат биологических наук Пологова Нина Николаевна

Ведущая организация: Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН

Защита диссертации состоится 24 декабря 2009 года в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.267.09 при ГОУ ВПО «Томский государственный университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36.

Факс: (3822) 529601

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета

Автореферат разослан « » ноября 2009 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук В.П. Середина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Исходя из положения о том, что основной функцией растительных сообществ и вообще природы является не продуктивность, а стремление создать стабильные системы (Шварц, 1976), можно полагать, что накопление органического вещества имеет определяющее значение для роста и развития растительных сообществ болот. Роль растительности в почвообразовании чрезвычайно разнообразна, однако наиболее существенной функцией ее является синтез органического вещества и накопление энергии. Глубокие сопряженные исследования всех форм деструкции растительного вещества являются основой правильного понимания закономерности трансформации растительности в процессе эволюции. Познание этих закономерностей откроет реальную возможность предвидеть перспективу развития растительного и почвенного покрова отдельных регионов. Величина накопления или потерь органического вещества в болотных почвах конкретной болотной экосистемы является главным признаком ее современного функционального состояния. Органическое вещество обладает способностью, поглощать и удерживать в больших количествах воду и эта особенность явилась предпосылкой использования создаваемых запасов мертвых растительных остатков в качестве субстрата (почвы) для устойчивого функционирования растительных сообществ. Органогенные почвы служат не только накопителем влаги, но и источником азота и зольных элементов, количество и пропорции которых соответствуют составу произраставшей на них растительности (Титлянова, 1977).

Количественные оценки продуцирования и потерь растительного вещества требуют динамических наблюдений в различных типах болотных экосистем, определяющих режим их функционирования. Вопросы, связанные с определением ведущего источника биогенных элементов для болотной растительности, до сих пор не имеют однозначного решения, хотя изменяющиеся на протяжении жизни болот условия минерального питания фитоценоза – один из главных движущих факторов развития болотной экосистемы и ее компонента – почвы.

В основу изучения различных аспектов процесса деструкции растительного вещества положен биогеохимический подход, который позволил определить роль болотной растительности в формирования минерального состава верхних горизонтов болотных почв.

Цель и задачи исследования. Целью данной работы явилось выявление закономерностей трансформации минерального состава корнеобитаемого горизонта болотных почв, обусловленных спецификой растительного покрова и динамикой разложения растительного вещества в болотных экосистемах южной, средней тайги и лесотундры. Для выполнения цели были поставлены следующие задачи:

- изучить скорости разложения отдельных фракций доминантных видов растений в корнеобитаемом почвенном слое олиготрофных, мезотрофных и эвтрофных болотных экосистем;

- проследить динамику потерь растительного вещества верхним горизонтом болотных почв в лесотундровой и таежной зонах;

- определить содержание основных макроэлементов в доминантных растениях торфяных экосистем;

- проследить динамику потерь основных макроэлементов при разложении растительного вещества в болотных почвах лесотундровой и таежной зон Западной Сибири;

- рассчитать бюджет основных макроэлементов для корнеобитаемого слоя почвы в болотных экосистемах средней тайги.

Защищаемые положения.

1. При разложении одних и тех же видов доминантных растений в направлении с севера на юг на территории Западно-Сибирской равнине потери массы увеличиваются.

2. Содержание макроэлементов в растительном веществе экосистем снижается в ряду: С > N > Ca > K > Mg > P. Фракция очеса сфагновых мхов в болотных экосистемах играет роль хранилища элементов питания.

3. Бюджет макроэлементов для четырех болотных экосистем в средней тайге показал наличие стока углерода и повышенное накопление элементов-биофилов в корнеобитаемом слое торфяных почв, что свидетельствует о роли последнего в регуляции обмена углекислого газа в системе растение – почва при современном состоянии уровня накопления углекислого газа в атмосфере.

Научная новизна. Впервые выявлены закономерности динамики потерь растительной массы и макроэлементов в процессе деструкции растительного вещества в болотных экосистемах таежной и лесотундровой зон Западной Сибири.

Показано, что скорость деструкции растительного вещества зависит от содержания элементов-биофилов в его фракциях. Выявлена роль очеса сфагновых мхов как хранилища элементов-биофилов в болотных экосистемах. Обоснованы оценки потерь в процессе деструкции корневой массы доминантов растительного покрова болот. Впервые рассчитан бюджет макроэлементов для четырех болотных экосистем в средней тайге, показывающий, что происходит накопление углерода и элементов питания в корнеобитаемом слое торфяных почв, который может выполнять роль регулятора устойчивости болотных экосистем.

Практическая значимость работы. Исследования вносят вклад в теорию биологического круговорота, а также развивают представления о деструкционных процессах в болотных экосистемах северных регионов. Разработана и заполняется компьютерная база данных по запасам и потерям химических элементов в растительных сообществах болотных экосистем. Полученные результаты и выводы по определению потерь при разложении растительного вещества в болотных экосистемах могут быть использованы как основа при организации регионального экологического мониторинга окружающей среды при техногенном загрязнении.

Полученные материалы и результаты исследования могут использоваться для подготовки лекционных и практических занятий по экологии и болотоведению в ВУЗах соответствующего профиля.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на Международном полевом симпозиуме «Торфяники Западной Сибири и цикл углерода: прошлое и настоящее» (Ноябрьск, 2001); на Всероссийской научной конференции «Человек и почва в ХХI веке» (Санкт-Петербург, 2004); на Международной научной конференции «Проблемы изучения растительного покрова Сибири» (Томск, 2005); на втором Международном полевом симпозиуме «Торфяники Западной Сибири и цикл углерода: прошлое и настоящее» (ХантыМансийск, 2007); на Российской научной конференции «Почвы Сибири: генезис, география, экология и рациональное использование» (Новосибирск, 2007); на Российско-Французском форуме «Актуальные проблемы экологии и природопользования Сибири в глобальном контексте» (Томск, 2007); на Всероссийском съезде почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 5 публикаций в журналах из перечня ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 213 страницах, содержит 34 таблицы и 70 рисунков. Список литературы включает 270 источников, в том числе 65 на иностранных языках. В приложениях приведены схемы опытов на ключевых участках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Проблема изучения процессов деструкции растительного вещества в болотных экосистемах Функционирование биосферы осуществляется сложной системой процессов, различных по своей пространствено-временной структуре. Теоретические представления о сложной системе взаимодействия всех компонентов в биосфере и экосистеме были заложены работами В.В. Докучаева (1954), В.И. Вернадского (1965), Ю. Одума (1986) и др. «…Ни в одном природном биогеоценозе растительность не выступает в роли ведущего почвообразователя так зримо, как в болотном. Здесь свойства субстрата и растительности теснейшим образом взаимосвязаны...» (Бахнов, 1986, стр. 43). На каждом историческом этапе состав и свойства почвы соответствовали уровню развития растительности и условиям окружающей среды. Развитие почвообразовательного процесса, так же как и эволюция растительности и природы в целом, следовали от простого к более сложному (Герасимов, 1976). Вопросы, связанные с определением ведущего источника биогенных элементов для болотной растительности, до сих пор не имеют однозначного решения, хотя изменяющиеся на протяжении жизни болот условия минерального питания фитоценоза – один из главных движущих факторов развития болотной экосистемы и ее компонента – почвы.

Глава 2. Характеристика болотных почв В процессе общей эволюции формы почвообразования продолжают существовать и развиваться: изменяются количественный, и качественный составы органического и минерального компонентов. Объектом наших исследований являются болотные почвы, относящиеся к атмоземной форме почвообразования (Бахнов, 1986). Исследования взаимосвязи современной растительности с почвами и торфяными отложениями дают противоречивые результаты. Отмечено, что взаимосвязь между почвой и растительностью выражена на болотах гораздо сильнее, чем на суходольных землях, вследствие более сильного непосредственного воздействия на растительность условий питания. Запас биогенных элементов в органогенном профиле болотных почв, сформированных на выровненных водораздельных пространствах, создается, главным образом, биологическим путем, а ведущим источником их служит почва (минеральный субстрат), подвергшаяся заболачиванию.

Глава 3. Природные условия таежной и лесотундровой зон Западной Сибири Исследуемая территория распространяется на следующие природные зоны:

лесотундру и таежную зону. Таежную зону подразделяют на подзоны северной, средней и южной тайги (Шумилова, 1962; Ермаков, 2003). Средняя заболоченность лесотундры и таежной зоны около 40% (Иванов, Новиков, 1967).

Глава 4. Объекты и методы исследования Объектами наших исследований являлись болотные комплексы лесотундры (водораздел рек Надым и Ныда) и таежной зоны Западной Сибири (междуречья рек Обь и Иртыш, Бакчар и Икса) (табл. 1). Болота представлены кустарничковосфагновыми, кустарничково-пушицевыми, осоково-сфагновыми, осоковогипновыми и другими растительными сообществами.

Плоскобугристое болото Пангоды расположено в пределах водораздела рек Надым и Ныда. Ключевой участок в зоне лесотундры включает две экосистемы – плоские мерзлые бугры и талые мочажины. Глубина талого слоя на буграх в летнее время колеблется от 30 до 50 см ниже поверхности мхов и лишайников. Торфяной слой, начинающийся от отмерших частей мхов и лишайников обладает плотным сложением и высокой степенью разложения. Мочажины за вегетационный период оттаивают на глубину более 1 м. Уровень залегания болотных вод варьирует от 0 до 15 см ниже поверхности мохового покрова. Растительность представлена на буграх кустарничково-лишайниковыми и кустарничково-моховыми сообществами (Ledum decumbens Lodd. ex Steud., Cladonia stellaris (Opiz) Brodo, Sphagnum fuscum (Schimp.) Таблица 1. Расположение ключевых участков Зона и Тип болота Координаты Название экосистем подзона плоскобугристое плоский бугор, мочажина 65°52 с.ш.

лесотундра болото Пангоды 74°58 в.д.

верховое болото рям, гряда и мочажина ГМК, 60°58 с.ш.

Кукушкино осоково-сфагновая топь средняя 70°10 в.д.

тайга верховое болото рям, гряда и мочажина ГМК 61°03 с.ш.

Чистое 69°28 в.д.

рям, гряда и мочажина ГМК, верховое болото 56°50 с.ш.

кустарничк.-пушиц.-сфагновое Бакчарское 82°51 в.д.

с-во, осоково-сфагновая топь южная тайга пойменное болото осоково-гипновая топь 56°30 с.ш.

Обское 84°01 в.д.

Klinggr.), в мочажинах – осоково- и пушицево-сфагновыми сообществами (Carex rotundata Wahlenb., Eriophorum russeolum Fries., Sphagnum balticum Russ. ex C.Jens.).

В подзоне средней тайги для исследования выбраны два олиготрофных комплекса, находящиеся на территории водораздела рек Оби и Иртыша. На них заложены трансекты, охватывающие следующие экосистемы: рям, грядовомочажинный комплекс и осоково-сфагновую топь. Почвы болотных комплексов представлены торфяно-болотными на средних и глубоких торфах.

В подзоне южной тайги в качестве ключевых участков выбраны водораздельный олиготрофный комплекс, представляющий собой северо-восточный отрог Большого Васюганского Болота в междуречье рек Бакчар и Икса и осоковогипновое пойменное болото. Почвы болотного комплекса представлены торфяноболотными почвами на средних и глубоких торфах.

Растительность олиготрофных комплексов южной и средней тайги сходна. В рямах и грядах с Pinus sylvestris L. кочковатый микрорельеф. Кочки покрыты кустарничками (Chamaedaphne calyculata (L.) Moench, Ledum palustre L., Andromeda polifolia L., Oxycoccus palustris Pers.). Около 20% проективного покрытия приходится на травы – Rubus chamaemorus L. и Eriophorum vaginatum L. В моховом покрове доминирует Sphagnum fuscum (60% проективного покрытия). В мочажинах преобладающим сообществом является шейхцериево-сфагновое. Общее проективное покрытие трав и кустарничков около 10%. Моховой покров в основном сложен Sphagnum balticum и S. papillosum Lindb.

Pages:     |
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.