WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении наук

и Институт лесоведения Российской академии наук

На правах рукописи

Научный консультант: доктор биологических наук Сирин Андрей Артурович

Официальные оппоненты: Кожаринов Александр Владимирович доктор биологических наук, г.н.с.

лаборатории биогеоценологии и исторической экологии им. В.Н. Сукачева, Институт проблем экологии ГЛУШКОВ Игорь Вячеславович и эволюции им. А.Н. Северцова РАН СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ИСТОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ Маслов Александр Анатольевич ВОДОРАЗДЕЛЬНЫХ ЛЕСНЫХ БОЛОТ И ЗАБОЛОЧЕННЫХ ЛЕСОВ доктор биологических наук, зав. лаб.

Центрально-Лесного заповедника лесной геоботаники и лесного почвоведения, Институт лесоведения РАН 03.02.08 – экология

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт биологии Карельского научного центра РАН

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

Защита диссертации состоится 12 апреля 2012 г. в 10 часов на заседании кандидата биологических наук диссертационного совета Д.002.054.01 при Институте лесоведения РАН по адресу: 143030 Московская обл., Одинцовский р-н, с. Успенское, ул.

Советская, д. 21.

Факс: (495)6345257, e-mail: root@ilan.ras.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУН Институт лесоведения Российской академии наук по адресу: 143030, Московская обл., Одинцовский р-н, с. Успенское, ул. Советская, д. 21.

Автореферат разослан «30» декабря 2011 г.

Москва – 20

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук И.А. Уткина нивелировать, так и усиливать климатический эффект, что формирует

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

различную реакцию водораздельных лесных болот на климатические



Актуальность темы. Торфяные болота занимают более 8%, а вместе с изменения. На протяжении всей истории формирования и в настоящее время мелкооторфованными заболоченными землями (мощность торфа <30 см) более климатический фактор определяет общий вектор заболачивания, а 1/5 территории страны (Вомперский и др. 1994, 1999, 2005). Древесная гидрологические особенности участка – разнообразие сценариев развития и растительность присутствует на 38% площади болот и 47% заболоченных устойчивость лесоболотных экосистем к изменениям среды.

земель, из которых, соответственно, 17% и 23% – лесные. В лесной зоне Научная новизна. На примере Центрально-Лесного заповедника выявлены сомкнутые насаждения занимают большую часть верховых, переходных и основные факторы, определяющие водный режим, структуру и состав низинных болот – 28, 28 и 44%, соответственно, и 32% мелкооторфованых растительности лесных болот и заболоченных лесов. Получены новые земель (Вомперский и др. 2011). Наличие лесной растительности индицирует данные о времени заболачивания лесов изучаемой территории, значительно лучшее дренирование таких местообитаний при сохранении общего тренда увеличивающие оценку возраста лесоболотных биогеоценозов. На основе болотообразовательного процесса. Изменение условий среды легко нарушает эколого-флористического подхода показано, что формирование лесных болот этот хрупкий баланс, особенно при незначительной мощности торфяной происходило в несколько стадий, отличающихся климатическими и залежи. При этом лесные болота выполняют важные средообразующие эдафическими условиями, а особенности заболачивания конкретных функции, вносят существенный вклад в биоразнообразие, нередко являясь участков определялись комплексом геоморфологических и локальных перспективным объектом ведения лесного хозяйства, источником различных гидрологических условий. Получены новые данные о положении ресурсов. Находясь на стыке «леса» и «болота», они оказались вне пристального заболоченных лесов в ряду лесных и болотных биогеоценозов с точки зрения внимания исследователей, поэтому изучение их экологических особенностей, запасов и накопления почвенного углерода.

анализ их возможной реакции на изменение условий среды и особенно климата Практическая значимость. Понимание связи биогеоценотических имеют важное научное и практическое значение.

характеристик и функциональных свойств лесных болот и заболоченных Цель работы. Расширить представления о процессах формирования лесов с факторами среды как в современном состоянии, так и в процессе заболоченных и болотных лесов и показать механизмы, связывающие формирования и развития, позволяет более обоснованно и эффективно современную структурную организацию экосистем с условиями и динамикой решать вопросы их рационального использования и сохранения в условиях заболачивания.

изменения климата.

Задачи исследования Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены На примере лесных болот и заболоченных лесов территории Центральнона следующих конференциях, симпозиумах и совещаниях: "Климатические Лесного Государственного Заповедника (ЦЛГБЗ), Тверская область:

изменения и лесные экосистемы" (Climate change and forest ecosystems), Оценить распространение лесных болот и описать структуру и состав Kaunas 2008; "Человек и окружающая среда в бореальной зоне: прошлое, растительности, строение торфяной залежи в связи с особенностями настоящее и будущее (Man and environment in boreal forest zone: past, present гидрологического режима основных их типов.

and future), ЦЛГЗ 2008; "Ботаника и ботаническое образование: традиции и Изучить историю формирования: время и особенности образования лесных перспективы", МГУ, 2004 г.; 15 международный торфяной конгресс (12th болот, состав палеосообществ и условия заболачивания, с выделением их International Peat Congress), Tampere 2004; и ряде других.

основных стадий и анализом особенностей. Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 работ, в том Исследовать динамику заболачивания при палеоклиматических числе 1 в журнале из списка ВАК, 4 тезисов.

изменениях Голоцена и выявить факторы, определяющие локальную Личный вклад автора. Автором сделаны ландшафтные профили, специфику этих процессов. геоботанические описания на пробных площадях, проведен отбор образцов, Защищаемые положения их обработка. Выполнен анализ ботанического состава торфа (3/4 образцов), определены физико-химические характеристики (объемный вес, степень Для водораздельных лесных болот и заболоченных лесов, относящихся к разложения и др.). Часть полевого материала собрана в рамках плановой сходным типам леса, характерно высокое разнообразие микроландшафтов, работы совместно с сотрудниками ЦЛГЗ: измерение уровня воды, таксация что приводит к формированию участков с различным водным режимом, древостоя вдоль профиля одного из объектов. Интерпретация, статистическая отличающихся как особенностями строения и состава растительного покрова, обработка, анализ и представление материалов принадлежат автору.

так и различной реакцией на климатические изменения.

Структура и объём диссертационной работы. Работа состоит из Введения, Формирование водораздельных лесных болот и заболоченных лесов имеет 6 глав, основных выводов, списка литературы. Она изложена на 1длительную историю, сравнимую со временем образования крупных верховых страницах, включая 133 страниц машинописного текста. Содержит болот, и проходит несколько стадий, отличающихся климатическими и рисунка и 6 таблиц. Список литературы включает 140 источников, в т.ч. 35 на эдафическими условиями. Гидрологические особенности участка могут как 1 иностранных языках. формы (рис. 1 и 2), вытянутый в направлении ЮЗ-СВ, площадью 35 га. Массив Благодарности. Автор выражает признательность научному руководителю включает сложный комплекс котловин и ложбин стока на склоне А.А. Сирину, глубоко благодарен с.н.с. Т.Ю. Минаевой (ЦЛГЗ) за водораздела. Мощность торфа от 0,4 до 1,7 м. Почвенный покров на всех многолетнюю поддержку, руководство в проведении полевых исследований объектах представляет собой сложную комбинацию из маломощных и обработке материалов, сотрудникам ЦЛГЗ за помощь в сборе полевых торфяников, торфяно-глеевых и торфянисто-глеево-подзолистых почв материалов, Н.В. Стойкиной (Институт водных проблем Севера КарНЦ РАН) (Минаева и др. 2008).

и О.Н. Успенской (ГНУ ВНИИО РАСХН) за обучение основам В работе использовались результаты полевых и камеральных ботанического анализа торфа и помощь в определении, д.б.н. О.В. исследований автора с 1999 по 2005 г., проведенных в тесном сотрудничестве Смирновой (ЦЭПЛ РАН) за ценные замечания. с Т.Ю. Минаевой и сотрудниками заповедника; рассматриваемые в работе болотные экосистемы являются объектами комплексных экологических СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

исследований (Минаева и др. 2001; Шапошников и др. 1988).

Введение. Дано описание целей и задач работы, актуальности исследования, практической значимости и научной новизны. Приведены сведения об апробации работы, количестве публикаций, описана структура и объем работы.

Глава 1. Объекты и методы исследований. Описаны физикогеографические условия района исследований, дана характеристика климата, геологического строения и состава почв в связи с условиями развития процессов заболачивания.

Объекты исследования. Исследования проводились на территории ЦентральноЛесного Государственного Заповедника (ЦЛГЗ) (5626` – 5631` с. ш. и 3229` – 3329` в. д.), где доминирующее положение в структуре растительного покрова занимают еловые леса (47%), представленные относительно ненарушенным массивом.

Олиготрофные болота занимают около 4%, участки заболоченных сосняков и ельников встречаются в небольших депрессиях на водораздельных участках (Шапошников Рис. 1. Распространение лесо1988). Объекты исследований расположены болотных экосистем ЦЛГЗ на водоразделе Волги и Западной Двины, (темный цвет – открытые где берут начало их притоки: рр. Квашенка, болота, серый – лесные болота Жукопа и Тюдьма (бассейн Волги), и Межа и заболоченные леса) и (бассейн Западной Двины).

положение объектов Объект № 1 (урочище “Еловое”) исследований: 1 – "Еловое"; находится на вершине водораздела (рис. 1 и "Профиль"; 3 – "Сопки".

Рис. 2. Взаимное расположение объектов в ландшафте (сверху справа) и 2) и представляет собой небольшой (10 га) положение разрезов в пределах катен на ключевых участках. Номерами контур заболоченных ельников, располагающихся в небольшой котловине с обозначены пробные площади и места отбора стратиграфических колонок, уклоном на юго-восток. Мощность торфа варьирует от 0,3 до 1 м.

по оси у – превышение поверхности, м, по оси х – протяженность катены, Объект № 2 (урочище “Профиль”) представляет собой заболоченный м, – колодцы для измерения УПГВ, 7530±120 и др. – калиброванные лесной массив, вытянутый в западном направлении и расположенный в значения радиоуглеродного возраста придонных слоев торфа, с указанием котловине сложной формы на вершине водораздела (рис. 1 и 2) площадью 15 га.

погрешности измерения, лет.

Объект № 3 (урочище “Сопки”) находится в переходной зоне от вершины к склону водораздела и представляет собой заболоченный лесной массив сложной 3 Картирование заболоченных лесов проводилось для всего ядра информации; Sintaxon 1.2 – для выделения синтаксонов и экологозаповедника. Использовались материалы лесоустройства 1991 г. – планы фитоценотического анализа. Структуризация данных ботанического состава лесоустройства масштаба 1:25000, переведенные в векторный формат, и торфа, графическое представление диаграмм были выполнены с связанные с ними базы таксационных данных. Границы болот уточнялись по использованием программы R 2.12.1.

топографическим картам и космическим снимкам Landsat 7 ETM+. Для анализа Глава 2. Современное распространение, характеристика и изменений распространения заболоченных экосистем были использованы особенности формирования лесных болот и заболоченных лесов доступные материалы таксации 1939, 1984 и 1991 гг.

(литературный обзор). Описаны современные представления о Для анализа биогеоценотической структуры древесного яруса и распространении и функциональных особенностях заболоченных и болотных напочвенного покрова объектов были заложены постоянные и временные лесов. Рассмотрены основные механизмы и факторы заболачивания лесных пробные площади размером 400 м2, на которых были сделаны описания экосистем в различных климатических и ландшафтных условиях, динамика растительного покрова по стандартной методике (Лавренко, Корчагин 1976).

лесных болот и заболоченных лесов в Голоцене. Приводятся современные Схема размещения пробных площадей, колодцев и скважин показана на рис.2.

представления о роли заболоченных и болотных лесов в цикле углерода.

Вдоль ландшафтных профилей были установлены пластиковые Основная движущая сила болотообразования – наличие избыточного перфорированные по всей длине трубки из PVC для измерения уровней увлажнения, которое создается и поддерживается многими факторами, почвенно-грунтовых вод (УПГВ), которые проводились с 2001 по 2004 г., такими как: климат, рельеф, состав почв и гидрогеологическое строение еженедельно от момента оттаивания до замерзания почвы. Гидрохимические местности (Глебов 1988; Пьявченко 1963). Лесные болота и связанные с ними измерения проводились: электропроводность – кондуктометром LFH92; рН – заболоченные леса имеют атмосферно-грунтовый тип питания, напорный или рН/mV/oC – метром HI 8314; содержание кислорода – оксиметром HI 9145.

намывной, за исключением сосновых лесов на верховых болотах. При Глубина залежи и механический состав подстилающих минеральных плакорном расположении более вероятно участие намывных вод, однако на грунтов определялись зондировочным буром через каждые двадцать метров.

ранних стадиях развития возможно влияние и напорных (Сирин 1999).

Пробы торфа отбирались при глубине залежи менее 50 см ножом из шурфа, Исследования процессов заболачивания имеют более чем 100-летнюю при большей глубине – торфяным буром ТБГ-1. Объемный вес определялся историю. Определены основные пути начала болотоообразования: а) стандартным весовым методом (Аннушкин 1976). Анализ ботанического заторфовывание водоемов и б) заболачивание суши (Сукачев 1926). К состава торфа и степени разложения проводился автором по стандартной настоящему времени сложились представления об условиях заболачивания методике (Базин и др. 1992).

лесов, о факторах этого процесса, временных границах, проведены Содержание углерода в образцах торфа определялось сухим сжиганием в региональные исследования (Аболин 1914; Пьявченко 1954, 1963; Tolonen токе кислорода на экспресс анализаторе АН-7529 на ф-те почвоведения МГУ 1979; Глебов 1988; Коломыцев 1993; Вомперский, Иванов 1999; и др.).

(рук. С.Я. Трофимов). Определение возраста по 14С проводилось в ГИН РАН Большинство современных болот в бореальной зоне образовалось после (рук. В.Я. Сулержицкий). Калибровка производилась с использованием последнего оледенения, закончившегося приблизительно 12000 лет. Возраст программы Calib ver 5.1 (Stuiver, Reimer 1986).

наиболее старых болот на территории бывшего СССР – порядка 11500 л. н.

Выявление синтаксономической структуры современных и (Хотинский 1977). Большинством исследователей признается ведущая роль палеосообществ осуществлялось по методу Браун-Бланке (Braun-Blanquet климата в процессе образования болот (Сукачев 1926; Пьявченко 1955;

1964; Миркин, Наумова 1998). Палеосообщества назывались по доминантам, Хотинский 1977; Елина и др. 1984; Clymo 1984 и др.). Показано, что на как принято в ряде работ (Бразовская 1995; Кузнецов и др. 1998; Svensson разных стадиях заболачивания болота имеют различную устойчивость к 1988). Для описания палео-гидрологических условий использовали индекс внешним воздействиям (Глебов 1963; Сирин 1999; Parish et al. 2008; и др.).





увлажнения, полученный на основании эколого-фитоценотического анализа Наиболее чувствительны к изменению климата болота атмосферного флористического состава палеосообществ (Кузнецов и др. 1998). Индекс питания. Лесные болота атмосферно-грунтового питания в большей степени подсчитан на основе таблиц Ландольта (Landolt 1977) и представляет собой устойчивы к климатическим, но в меньшей степени к локальным изменениям средневзвешенное, по обилию, значение увлажнения и богатства почвы для условий водообмена, что отражено в исследованиях истории образования каждого образца. Остатки деревьев не учитывались для исключения лесных болот различного питания (Сирин 1999; Parish et al. 2008).

автокорреляции при оценке влияния увлажнения на древесную компоненту палеосообщества.

Глава 3. Современное распространение и биогеоценотическая Обработка, анализ, графическое представление данных и подготовка структура растительного покрова лесных болот и заболоченных лесов текста были выполнены с использованием Microsoft Office 2003 и ЦЛГЗ.

дополнительно: PC-Ord 4, R 2.12.1 – статистическая обработка данных; Распространение и основные ландшафтные характеристики. Была ArcView GIS 3.3 – ArcView Spatial Analyst – анализ пространственной создана карта распространения болотных экосистем на территории 5 заповедного ядра ЦЛГЗ (рис. 1). Площадь территории, занятой Часто индицируют следы воздействий пожаров, ветровалов. Основная заболоченными землями, включая крупные массивы открытых сфагновых ассоциация – сфагново-черничная. Видовой состав травяно-кустарничково и болот с мощностью торфа больше 50 см, лесных болот и заболоченных лесов мохового ярусов аналогичен исходному типу леса.

с мощностью торфа больше 30 см, составляет 6,1 тыс. га или 25% территории Сосновые леса: 1) группа асс. – сфагново-черничная. Древостой заповедника (без охранной зоны). Площадь заболоченных лесов и лесных условно разновозрастный (возраст 110–160 л.), первый ярус разреженный, болот составляет 2,4 тыс га или 40% всех заболоченных земель. сформирован сосной (средняя высота 20–22 м), средний диаметр 25–30 (до Лесные болота и заболоченные леса можно разделить по расположению см), в 1 ярусе участвуют ель и береза. Второй ярус представлен еловыми на три основные категории: 1) Находящиеся на периферии и примыкающие к древостоями (табл. 1). Подрост представлен елью и березой, подрост сосны крупным открытым болотам – черноольшаники и ельники по окрайкам, в встречается единично. Для данного типа характерно меньшее обилие в зоне максимального стока болотных вод, ельники и сосняки по периферии и описаниях пушицы и других типично болотных видов, что в сочетании с между отдельными кластерами открытых болот. 2) Заболоченные пойменные наличием развитого второго яруса из ели и большого количества елового участки, занятые преимущественно черноольшаниками – поймы рек Жукопы, подроста позволяет предположить, что данный тип является сукцессионной Межи и Тюдьмы и их притоков. 3) Заболоченные участки в мезопонижениях стадией формирования елового древостоя. Мощность торфа варьирует в на верхних склонах водоразделов второго порядка – ельники и сосняки диапазоне 50-70 см, но в отдельных случаях достигает 90 см (табл. 1).

сфагновой группы. Наиболее крупные массивы заболоченных и болотных 2) группа асс. – пушицево-осоково-сфагновая. Древостой лесов, не связанных с крупными открытыми болотами, располагаются на одновозрастный и условно разновозрастный, разреженный (сомкнутость 0,4– водоразделе рек Межа, Жукопа и Тюдьма. 0,5). Средняя высота 9–11 м, диаметр 15–18 см. В формировании первого Биогеоценотическая структура растительного покрова лесных болот яруса участвует береза (до 2 единиц). В отдельных случаях присутствует, и заболоченных лесов. Полнота елового (Picea abies) древостоя 0,7-0,8, в слабо выраженный второй ярус, представленный елью и березой. Подрост наибольшей степени распространены древостои, имеющие простое также преимущественно еловый, единично встречается подрост сосны и одноярусное строение, средняя высота 20-25 м и средний диаметр редко порослевой березы. Средняя высота 80–120 см, общее проективное покрытие превышает 30 см. Возрастная структура условно разновозрастная. Сосна (Pinus до 30%. В травяно-кустарничковом ярусе доминирует Eriophorum vaginatum, sylvestris) присутствует в двух экологических формах. В более мезотрофных Andromeda polyfolia, Vaccinium myrtillus. В моховом ярусе доминирует условиях и при мощности торфяного слоя менее 1 м отдельные деревья могут Sphagnum angustifolium, S. fallax, S. magellanicum. Мощность торфа варьирует достигать 30 м высоты и 80 см в диаметре. В более олиготрофных в диапазоне 60–100 см (табл. 1).

местообитаниях сосна редко превышает 20 м высоты и 20 см в диаметре. Еловые леса: 1) группа асс. – сфагново-черничная. Древостой условно Кустарниковый ярус отсутствует, однако по окраинам массива могут разновозрастный, характеризуется сомкнутым пологом (0,7–0,8) и также присутствовать отдельные группы Salix cinerea, маркирующие участки с участием березы и сосны в составе 1 яруса. Доминирует подрост ели и березы, высокой проточностью. Подрост ели располагается группами и приурочен к подрост сосны встречается единично. Подлесок на большей части отсутствует, дренированным микроместообитаниям (приствольные повышения, крупный преимущественно по окрайкам изредка встречаются участки занятые Salix валеж, ветровальные бугры). Кустарнички, осоки, лесное и болотное cinerea. В травяно-кустарничковом ярусе доминируют: Vaccinium myrtillus, разнотравье формируют травяно-кустарничковый ярус. Присутствие и обилие Vaccinium vitis-idaea, Carex globularis, встречается Eriophorum vaginatum, а в пушицы (Eriophorum vaginatum) индицирует степень развития процессов моховом доминирует Sphagnum. аngustifolium, S. flexuosum, S. girgensohnii.

заболачивания. Мощность торфа варьирует в диапазоне 30–170 см и слабо индицируется Микрорельеф в заболоченных местообитаниях в значительной мере растительностью (табл. 1).

определяет видовой состав мхов. Крупный валеж покрыт зелеными мхами, 2) группа асс. – кислично-сфагново-черничная. Структура древостоя микроповышения занимают Sphagnum russowii, S. magellanicum, S. отличается от предыдущей ассоциации крайне редким присутствием сосны в wulfianum; S. girgensohnii, S. angustifolium, занимают выровненные составе 1-го яруса и характеризуется большими значениями средней высоты и микроместобитания; понижения – S. fallax и S. flexuosum. диаметра, что свидетельствует о лучших условиях для произрастания ели в Нами было проведено исследование синтаксономической (Миркин, данном типе. Об этом свидетельствует также наличие в травяноНаумова 1998) структуры растительности заболоченных и болотных лесов. кустарничковом ярусе видов автоморфных местообитаний: Oxalis acetoszella, Всего выделено четыре основные группы синтаксонов. Названия приведены в Thrienthalis europaea, Carex globularis, Majanthemum bifolium. В моховом ярусе соответствии с общепринятой системой типологической классификации лесов. доминируют S. girgensohnii и S. wulfianum. Мощность торфа варьирует в Березовые леса: 1) группа асс. – сфагновые. Производные сообщества диапазоне 30–50 см (табл. 1).

на месте сосняков и ельников. В урочище "Сопки" занимают окрайки в месте резкого перехода от заболоченных к суходольным местообитаниям.

7 Глава 4. Локальные условия гидрологического режима – фактор, различия водного режима между близко расположенными участками в определяющий различия в современной биогеоценотической структуре пределах одного заболоченного массива. Влияние данных параметров болотных экосистем. Многими исследованиями (Пьявченко 1963; Глебов наиболее выражено на объекте урочище "Профиль", где увеличение участия 1988; Ivanov 1981; Wassen, Joosten 1996; Glaser et al. 1997 и др.) показано, что атмосферных осадков приводит к снижению общей электропроводности и растительность болот находится в тесной связи с характеристиками водного увеличению количества растворенного кислорода (табл. 1), однако данная режима и торфяной залежи. Различия в строении и залегании торфяной залежи закономерность наблюдается только на одном объекте.

формируют неоднородность водного режима, главным образом влияя на Влияние пространственной и временной неоднородности условий соотношение атмосферного и почвенного стока, что приводит к изменению гидрологического режима на структуру биогеоценозов. Неоднородность в сезонной и многолетней динамики уровня почвенно-грунтовых вод. строении торфяной залежи отражается в изменении средних значений УПГВ Влияние особенностей строения и залегания торфяной залежи на и гидрохимии, что в свою очередь влияет на состав, структуру и в конечном условия гидрологического режима. Различия по геоморфологическим итоге, на продуктивность древостоев (табл. 1). Степень влияния определяется параметрам определяют характер перераспределения влаги (Вомперский и наличием экстремальных для роста деревьев условий или их сочетанием.

др. 1999), что подтверждается сравнением значений геоморфологических Положение в рельефе объекта № 1 (урочище "Еловое") предполагает параметров и характеристик водного режима. Неоднородность расположения наличие более интенсивного, по сравнению с другими объектами, и формы залежи влияет на разнообразие условий водного режима, как между естественного дренажа, благодаря расположению на границе достаточно отдельными заболоченными массивами, так и крутого склона водораздела. По сравнению с другими объектами здесь в пределах одного объекта. отмечаются стабильно высокие уклоны поверхности (0,006), простая Были получены геоморфологические структура залежи (Рис. 2) и наименьшая ее средняя мощность, самые низкие характеристики: положение в рельефе (рис. сезонные УПГВ (табл. 1). Низкий УПГВ в сочетании с небольшой сезонной 2), уклон поверхности, форма минерального амплитудой колебаний уровня снижают интенсивность заболачивания:

ложа и мощность торфяного слоя. Средний процессы разложения доминируют над аккумуляцией органического уклон поверхности водораздельных лесных вещества (Молчанов 1996). Формируются более продуктивные еловые болот располагается в диапазоне 0,003– древостои (табл. 1).

0,006, однако для отдельных участков на Объект №2 ("Профиль") расположен на близких высотных отметках (265– уровне микроландшафтов диапазон крайних 266 м н. ур. м), однако геоморфологические параметры – уклоны поверхности и значений может быть существенно больше форма торфяной залежи – существенно отличаются от объекта №1. Урочище (табл. 1). Форма и расположение торфяной характеризуется меньшим значением уклона поверхности в целом (Рис. 2), хотя залежи демонстрирует неоднородность в пределах болотного массива на уровне микроландшафтов наблюдается Рис.3. Регрессионная геоморфологических условий как на уровне сильное (0,001–0,0143) его варьирование (табл. 1).

зависимость между значениями микроландшафтов, так и заболоченных Плакорное расположение в сочетании со слабовыпуклой формой залежи уклона поверхности и УПГВ массивов в целом (рис. 2). Основным в восточной части профиля (рис. 2) предполагают большее, по сравнению с (Линией показано регрессионное фактором перераспределения влаги для предыдущим объектом, участие осадков в водном питании. За вегетационный уравнение, p – уровень лесных болот является расположение и период УПГВ меняется в пределах от 1–33 см от поверхности, в зависимости значимости) форма торфяной залежи. Зависимости от расположения участка. В наиболее заболоченной части (пп 2.2 и 2.1) между значениями уклона поверхности и средним УПГВ показаны на рис. 3. УПГВ меняется в пределах 13–24 см и характеризуется крайне малой Средние значения УПГВ за сезон изменяются в широком диапазоне от сезонной амплитудой изменений и низкой продуктивностью древостоев.

1–40 см от поверхности и также демонстрируют высокую степень Наиболее интересная ситуация наблюдается на пп 2.3, где происходит варьирования как между отдельными заболоченными массивами, так и аккумуляция стока с восточной и западной части массива и формируется сильно между микроландшафтами на одном объекте (табл. 1). Местообитания со обводненный участок на месте заболоченного елового леса. Средний УПГВ за сходными значениями среднего УПГВ могут иметь разный дренаж и влияние сезон меняется в пределах от 1–18 см в разные годы и при этом грунтового стока, которые определяются по концентрации растворенного О2 характеризуется высокой амплитудой сезонных изменений (40–45 см), (от 10 до 50 мг O2л-1), кислотности, минерализации, геоморфологическим позволяя существовать на данном участке еловым древостоям, однако резко различиям внутри каждого участка, влияющими на УПГВ. Водораздельные снижая их продуктивность (табл. 1).

лесные болота часто имеют атмосферно-грунтовое (намывное) питание и В западной части профиля (пп 2.4) форма торфяной залежи и параметры характеризуются наличием нескольких путей перераспределения влаги и водного режима аналогичны объекту № 1 и в большей степени близки к выраженным горизонтальным водообменом (Сирин 1999), что объясняет 9 заболоченным лесам, чем к лесным болотам. Данный участок (пп 2.2). Максимум осадков приходился на конец 1980х и конец 1990х годов характеризуется максимальной продуктивностью древостоев (табл. 1). (Абражко 1992). До этого наблюдался тренд в сторону увеличения влажности (Минаева и др. 2001).

Табл.1. Основные характеристики древесного яруса и экологические параметры основных ассоциаций заболоченных лесов и лесных болот ЦЛГЗ УПГВ, см Рис. 4. Влияние ПП Яр. Состав Тип ТУМ Б М А tga Мт Му Тп Год УПГВ рH ЭП О0 пространственной и "Еловое" временной динамики УПГВ 1.1 1 8E2M+Б СФЧ B4 4 220 130 0,006 90 - тс 2001 38 3,6 80 -2004 20 4 (сверху) на структуру 1.2 1 10E+Б КСФЧ B4 3 310 180 0,005 47 - лс 2001 37 3 50 -древостоев. Показано 2004 23 4,1 Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь "Профиль" распределение деревьев по 2.1 1 7Б2С1Е ОСФ B5 4 100 120 0,0054 73 - cc 2001 21 4,1 80 50 2.1 2.2 2.3 2.породам и ступеням 2004 23 4,2 10 толщины, по оси х – пп 2.2.2 1 9С1Б ОСФ B5 5 8 110 0,0038 2001 13 3,6 89 35 пп 2.5 2 10Е 20 70 95 - тс 2004 24 4 57 ступени толщины, по оси у 2.3 1 10Б СФЧ B4 3 200 - 0,0117 38 - лс 2001 1 3,4 94 – количество стволов, --2 5Б5Е - 65 2004 18 3,9 -1 2 3 -отрицательные значения – 2.4 1 10E+Б СФЧ B4 3 370 160 0,014 34 - лс 2001 31 3,6 109 2004 33 5,9 125 10 количество свежего пп 2.10 пп 2."Сопки" валежа. Условные 3.1 1 6E3Б1С СФЧ B4 4 250 150 0,0045 165 40 тс 2001 15 3,3 71 16 м 0 обозначения: 2.4 и др. – 165 2004 10 4,4 81 -2 6 10 14 18 22 26 30 34 --3.2 1 5С3E2Б СФЧ B4 3 200 110 0,0001 57 40 сс 2001 17 2,7 73 -10 номер пробной площади, 1– 2 10Е+С 60 2004 16 3,9 ель; 2 – береза; 3– сосна.

3.3 1 9С1Б ОСФ B5 4 180 110 0,0004 95 40 тс 2001 8 3,4 74 2 6Е4Б Прямые наблюдения выявили непосредственную связь между периодом 3.4 1 6С3Б1E ОСФ B5 4 150 100 0,0013 67 тс 2001 10 3,2 104 максимального уровня осадков и воды (1972–1991 гг.) и распадом елового 2 7E3Б Условные обозначения: ПП – пробная площадь; Яр. – ярус; Состав – формула древостоя (Смирнова, Шапошников 1999) с последующими изменениями в древостоя; Тип – ассоциация согласно лесоустройству; ТУМ – тип условий нижних ярусах. Мы предполагаем наличие процесса современного местопроизрастания; Б – бонитет; М – запас древесины на гектар; А – заболачивания, который, впрочем, не имеет массового распространения (на возраст согласно лесоустройству; tg a. – уклон поверхности; Мт, см – сред- других близко расположенных объектах подобных изменений не няя мощность торфа; Му, см – глубина залегания углей; Тп – механический зафиксировано) и по-видимому, связан с неустойчивой динамикой состав подстилающей породы (ТС – тяжелый суглинок, СС –средний, ЛС – заболоченных лесов (Davis et al. 2000; Глебов 1988; Пьявченко 1963).

легкий); год – год измерения; УПГВ, см – средний за сезон уровень почвенно- Урочище "Сопки" (объект №3) располагается на склоне водораздела грунтовых вод (от поверхности); pH – кислотность; ЭП, mS – общая электро- (262–264 м н. ур. м) и практически примыкает к объекту №2, отделенный от проводность; O2, мг/л – среднее содержание растворенного кислорода. него небольшим "суходольным" участком. Здесь наблюдается (табл. 1) максимальное среднее значение глубины залежи, значительная На рис. 4 показано влияние пространственной и временной (сезонной) неоднородность значений уклонов поверхности микроландшафтов (диапазон изменчивости УПГВ на структуру древесного яруса. Количество отпада и групп 0,001–0,005). Форма и положение залежи предполагают смешанный различного диаметра зависит как от среднего УПГВ за сезон, так и от амплитуды атмосферно-грунтовый характер водного питания (рис. 2).

колебаний значений УПГВ.

УПГВ меняется в пределах 8–17 см от поверхности и имеет Минимальное количество отпада и близкое к нормальному распределение промежуточное значение среди объектов. Здесь наблюдается неоднозначная деревьев по ступеням толщины наблюдается в ельнике сфагново-черничном.

картина отношений между характеристиками рельефа, водного режима и Наиболее высокий средний УПГВ в сочетании с высокой амплитудой (ельник продуктивности древостоев, что может быть вызвано изменением водного сфагново-черничный) сезонных колебаний смещают распределение деревьев в режима данного массива, которое не привело на данный момент к сторону групп меньшего диаметра, а количество отпада возрастает для всех изменениям в древесном ярусе. Как было показано выше, подобные быстрые групп. Сосняки характеризуются гораздо меньшей амплитудой сезонных (несколько лет) изменения являются характерными для водораздельных колебаний и высоким средним УПГВ, и количество отпада возрастает при лесных болот. В то же время на объекте наблюдается также увеличение уменьшении амплитуды сезонных колебаний УПГВ (рис. 4).

продуктивности древостоев при росте значений уклона поверхности (табл. 1), За последние несколько десятков лет процесс распада елового древостоя, однако, в меньшей степени.

связанный с увеличением количества осадков, наблюдался на данном объекте 11 Глава 5. Реконструкция истории формирования заболоченных лесов Д(1-4) – сосновые и еловые сфагновые леса. Группа сфагновых лесои лесных болот. Представлены результаты реконструкции состава болотных сообществ, включая современные, в залежи представлены палеорастительности лесных болот и история заболачивания, выделены сфагновыми торфами. Д(1) – Sphagnum fallax+S. russowii Д(2) – Eriophorum основные стадии и локальные особенности формирования отдельных участков. vaginatum+Sphagnum. angustifolium Д(3) – Polytrichum commune+Sphagnum Синтаксономическая структура палеорастительности. Для angustifolium. Д(4) – Oxalis acetosella+ Sphagnum girgensohnii.

реконструкции стадий формирования водораздельных лесных болот была Табл. 2. Синтаксономическая структура "палеосообществ" и современных проведена интегральная оценка ботанического состава современных и заболоченных лесов и лесных болот (римскими цифрами – классы палеосообществ, на ее основе выделены синтаксоны, различающиеся по постоянства). Сообщества: А – водно-болотные; Б (1–2) – травяные составу и встречаемости видов. Результаты обработки данных ботанического лесоболотные; В – ольхово-березово травяные лесоболотные; Г (1–4) – анализа представлены в табл. 2 в виде парциальной синтетической таблицы сосновые осоковые и осоково-сфагновые лесоболотные; Д (1–4) – сосновые и (Миркин и др. 2001). Сообщества выделяются по критериям постоянства еловые леса сфагновые, включая современные сообщества (см. текст).

индикаторных видов. Для этого рассчитывается постоянство видов в A Б В Г Д выделенных группах описаний в процентах, затем абсолютные оценки a1 б1 б2 в1 г1 г2 г3 г4 д1 д2 д3 дзаменяются баллами, отражающими классы постоянства: I – меньше 20%, II – Виды \ кол-во описаний 2 25 30 3 35 20 25 20 70 50 56 21-40%, III – 41-60%, IV – 61-80%, V – 81-100%. Разница более чем в 2 класса Betula pubescens Ehrh. - V V V V V V - V IV IV IV постоянства считается достаточной для выделения данных описаний в Picea abies (L.) H. Karst. 3.3465 - I I I I I I I I I IV V отдельный синтаксон. Всего было выделено пять групп синтаксонов. За Pinus sylvestris L. - V V V V V V V IV V III II Sphagnum angustifolium (Russ.) C. Jens. - - - V V V V V IV V V III исключением одного, все они относятся к группе древесных и древесноPotamogeton spec. V - - - - - - - - - - сфагновых торфов, что отражено в таблице в виде объединяющих их Sagittaria sagittifolia L. V - - I - - - - - - - индикаторных видов – ель, сосна и береза (в верхней части табл. 2).

Nymphaea sp. III - - - - - - - - - - А – группа эвтрофных водно-болотных сообществ, в торфяной залежи Drepanocladus aduncus (Hedw.) Warnst. V - - - - - - - - - - Phragmites communis Trin. III V I - - - - - - - - представлена гипновым и сапропелевым торфом. Drepanocladus aduncus+ Menyanthes trifoliata L. V V V - I - - - I - I Sagittaria sagittifolia – результат зарастания гипновыми мхами небольшого Carex diandra Schrank III III II - - - - - - - - водоема, о чем свидетельствуют остатки Potamogeton sp. и Nymphaea sp.

Equisetum palustre L. - III II - IV - - - - - - I Присутствует только в придонных слоях разрезов 1.1 и 3.1 (рис. 2), возраст Sphagnum teres (Schimp.) Еngstr. - II - - - - - - - - - Sphagnum centrale C.Jens. - IV I - - - - - - - - (7530 л. н.).

Eriophorum spec. - V I - - - - - - - - Б(1-2) – группа эвтрофных травяно-лесо-болотных сообществ, в залежи Alnus glutinosa (L.) Gaertn. - V IV IV II - - - - - - представлена травяными и древесно-травяными и древесными видами торфа.

Herbaceae - V V V V - - - - - - Характеризуется значительным видовым разнообразием сохранившихся Carex rostrata Stokes - IV V IV V V IV II I - - Sphagnum magellanicum Brid. - I - - II V V V III III I остатков. Б (1) – Pinus sylvestris+Phragmites communis+Sphagnum teres; Б(2) – Eriophorum vaginatum L. - - - - I III V V III V II Pinus sylvestris+Alnus glutinosa+Menyanthes trifoliatа.

Pleurozium schreberi (Hedw.) Mitt. - I - - - - IV IV I II III III В(1) – ольхово-березово травяные лесо-болотные сообщества, группа Sphagnum fallax (Klinggr.) Klinggr. p. p. - - - - - - - - V V I I мезо-эвтрофных травяно-лесо-болотных сообществ, Betula pubescens+ Sphagnum russowii Warnst. - - - - - II - - V I - Sphagnum girgensohnii Russ. - - - - - - - - - - V V Herbaceae, в залежи представлена древесно-травяными и древесно-осоковыми Polytrichum commune Hedw. - - - - V - II - IV - III I торфами. Значительное участие (до 50%) в составе торфа принимают Sphagnum wulfianum Girg. - - - - - - - - - - - III растительные остатки травянистых растений, слабо идентифицируемые по Equisetum silvaticum L. - - - - - - - - - - - III видовому составу.

Dryopteris dilatata (Hoffm.) A. Gray - - - - - - - - - - - III Г(1-4) – сосновые осоковые и осоково-сфагновые лесо-болотные Linnea borealis L. - - - - - - - - - - - IV Oxalis acetozella L. - - - - - - - - - - - IV сообщества. Группа характеризуется значительным участием остатков древесных пород (45-85%) в торфе, представлена древесно-осоковыми, Группы синтаксонов (А-Д) по существу представляют собой стадии древесными и древесно-сфагновыми торфами. Представлены следующие заболачивания, которые характеризуются разными климатическими и ассоциации: Г(1) – Pinus sylvestris+Carex rostrata+Equisetum sp; Г(2) – Pinus эдафическими условиями, при этом варианты отдельных синтаксонов (Б1, Б2, sylvestris+Carex rostrata+Sphagnum magellanicum; Г(3) – Pinus sylvestris+ Г1-4 и т.д.) отражают особенности состава палеоценозов в отдельных частях Sphagnum magellanicum; Г(4) – Pinus sylvestris+Sphagnum magellanicum+ заболоченных участков и между объектами, т.е. локальные особенности Eriophorum vaginatum.

заболачивания.

13 Реконструкция истории заболачивания: изменения зональной Циклическая динамика климатических изменений субатлантического растительности в Голоцене и стадии заболачивания. Получены новые периода (SA), 2650 л. н. до настоящего времени характеризуется усилением данные о времени образования заболоченных лесов и лесных болот и амплитуды и частоты изменений климатических параметров. Для периода SA реконструирован ход заболачивания на модельных объектах. Показаны (рис. 5) характерно наличие климатических колебаний с интервалом около 200 л.

результаты радиоуглеродного датирования придонных слоев торфа. (Клименко и др. 2000). В начале периода отмечено похолодание с Рассмотрим процесс формирования лесных болот на фоне климатических максимумом 2400 л. н. Отмечены крупные потепления около 2000 л. н. и изменений Голоцена. 1100 л. н. (малый климатический оптимум – МКО) и похолодание около 800Во второй половине бореального 600 л. н. (малый ледниковый период – МЛП), а также потепление последних возраст, лет периода (В) отмечается начало десятилетий (Климанов 1997).

8000 6000 4000 2000 заболачивания в крупных депрессиях Начало периода (SA) характеризуется усилением процессов (сейчас это крупные болотные массивы заболачивания на водоразделах (рис. 5). Начинается заболачивание еловых «Катин Мох» и «Старосельский Мох»), лесов на объекте № 2 (урочище "Профиль"). Усиливается заболачивание на 80 где происходит заторфовывание объекте № 3, где отмечено усиление горизонтального роста. Происходит водоемов и образование эвтрофных заболачивание положительных форм мезо- и микрорельефа, что не отмечалось 1топей с высокой долей березы и ольхи ранее (рис. 2). Наблюдается постепенное замещение эв- и мезотрофных осок 1в составе торфов, отмечены и первые остатками пушицы и сфагновых мхов, резкое снижение доли березы в составе следы образования пойменных болот палеосообществ, полное исчезновение остатков ольхи за исключением объекта Рис. 5. Данные радиоуглеродного (Носова и др. 2007). В середине AT "Еловое", где они отмечены выше на 20 см слоя с датировкой 1700 л. н.

датирования придонных слоев наблюдается снижение доли Полученные данные о сходных чертах изменения растительности торфа (объединенные для всех широколиственных в споро-пыльцевых позволяют выделить следующие основные стадии заболачивания:

заболоченных массивов) спектрах как следствие более – 1 стадия относится ко времени отложения сапропеля в наиболее глубоких холодного интервала, однако к концу периода отмечено восстановление депрессиях мезорельефа. Присутствие водных растений свидетельствует о исходного соотношения древесных пород (Носова 2007). наличии небольших водоемов. В менее глубоких и более дренированных К середине AT, 7500 л. н., относятся и первые отмеченные следы депрессиях происходило заболачивание березово-ольховых лесов по заболачивания на водоразделах (урочища "Еловое" и "Сопки"), где низинному типу. Представлена синтаксонами А и Б (1). Время существования происходит заторфовывание водоемов (небольшое количество сапропелевого 7500–5000 л. н.

торфа отмечено на объекте № 3 и следы водных растений на объекте № 1), и – 2 стадия относится ко времени отложения древесно-травяных и травяных формирование эвтрофного березово-черноольхового травяного сообщества групп торфа. Происходит формирование залежи заболоченных и болотных (рис. 2). Таким образом, первые процессы формирования лесных болот на лесов. Для этой фазы характерны разреженные смешанные леса (доминирует водоразделах отмечены позже, чем в верховых и пойменных болотах (Носова сосна и возможно ель, но с участием или доминированием березы и ольхи) и и др. 2007), однако при этом имеют возраст сравнимый с большинством обилием видов болотного разнотравья в нижних ярусах. Представлена крупных болотных массивов. Отмечается (Хотинский 1971; Климанов, Сирин синтаксонами Б(2) и В(1). Время существования 5000–2500 л. н.

1997), что именно в этот период (середина АТ) наблюдалось массовое – 3 стадия относится ко времени отложения древесных групп торфа, для нее образование и развитие очагов заболачивания для всей территории России характерно преобладание в торфах остатков сосны (иногда в ели, которая, Суббореальный период (SB), 4600-2700 л. н., характеризуется несколькими однако, довольно быстро сменяется сосной): по-видимому, сообщества на похолоданиями и потеплениями. Начало периода характеризуется данном этапе представляли собой группу мезо- и эвтрофных сосняков с похолоданием (Кожаринов и др. 2003). В это время наблюдается увеличение примесью березы и ели и доминированием осок и сфагновых мхов в нижних доли березы в составе плакорной растительности и колебания доли ели в ярусах. Синтаксоны Г(1-4). Время существования 2500–1000 л. н.

спорово-пыльцевых диаграммах (Носова 2007). – 4 стадия относится к времени отложения слаборазложенного древесноНа водораздельных участках лесных болот наблюдается увеличение сфагнового торфа и образования сфагнового и пушицево-сфагнового очеса, доли древесных пород в составе торфяной залежи при постепенном покрывающего залежь, формирования современного облика заболоченных снижении доли березы. На отдельных объектах наблюдаются елово-сосновых лесов. Синтаксоны Д(1-4). Время существования около 10короткопериодные колебания соотношения древесных и недревесных л. н. – настоящее время.

остатков. Приблизительная оценка времени смены периодов колебаний дает величину от 300-1000 л.

15 глубина, см Глава 6. Влияние локальных палеогидрологических условий на Зафиксирован только один случай достоверного значительного изменения ИУ, процессы формирования лесных болот и заболоченных лесов. отмеченного на всех разрезах: минимум (3,5) увлажнения, который приходится Рассмотрены особенности формирования лесных болот на отдельных на вторую половину SA – около 1500–1000 л. н. (рис. 6). Это приблизительная объектах, влияние локальных гидрологических условий на динамику оценка на основании экстраполяции имеющихся датировок. Интересно, что древесной растительности и физико-химические параметры торфа. Показаны она приходится на период МКО (1700–1300 л. н.), отмеченного при сопряженные изменения состава палеосообществ и физико-химических палеоклиматических реконструкциях региона (Клименко и др. 2000). На этот параметров торфа. период приходится максимум (95 %) присутствия в торфе древесных остатков, Значения индекса увлажнения (ИУ), полученные для каждого образца, в дальнейшем отмечен резкий рост ИУ и снижение остатков древесных пород.

косвенно отражают условия водного питания в процессе формирования Динамика физико-химических параметров торфа также демонстрирует лесных болот. Диапазон изменений ИУ меняется в пределах от 3.5 до 5.5 отсутствие значительных изменений в процессе заболачивания. Средние баллов. Амплитуда колебаний менее 0.5 балла находится в рамках значения степени разложения торфа (CР) и объемного веса (ОВ) 48±10% и статистической погрешности (рис. 6–8). 0,1±0,05 г/см3 соответственно. СР характеризуется плавным уменьшением в Урочище «Еловое». Генетический центр заболачивания находится в верхних слоях залежи при переходе к активному горизонту. ОВ также восточной части профиля – разрез 1.1 (рис. 2). Особенностями данного снижается в верхних слоях, но при этом на разрезе 1.1. наблюдается пик, участка является доминирование в придонных слоях остатков березы (до вызванный резким изменением условий водного режима. В целом физико90%). Древесные остатки доминируют в торфе, начиная со времени химические параметры свидетельствуют о преобладании процессов разложения образования. Береза доминирует до первой половины SB. Ольха и хорошем дренаже данного участка, при этом следует отметить слабую реакцию присутствует в торфе с начала заболачивания и примерно до первой состава торфяной залежи на климатические изменения в Голоцене.

половины SA. Наблюдается относительно плавное снижение остатков березы Урочище «Сопки». Заболачивание началось с зарастания небольшого и ольхи и постепенное увеличение доли сосны (до 95%) в процессе водоема (разрез 3.1). Толщина сапропелевого торфа 2 см, гипнового заболачивания (рис. 6). В верхних горизонтах (0–10 см от поверхности) (Drepanocladus aduncus) – 8 см. Датирование относит начало заболачивания к появляется ель, что свидетельствует об относительно недавнем середине AT (7530±120 л. н.), что близко объекту «Еловое». Около 6000 л. н.

формировании еловых сообществ на данном участке. Соотношение данных возрастает доля болотного разнотравья Menyanthes trifoliata, Caltha palustris и пород и видовой состав торфа указывают на значительное участие грунтовых эвтрофных осок: Carex diandra, C. lasiocarpa. Следует отметить появление вод в водном питании на начальном этапе формирования и постепенное остатков Phragmites communis – индикатора грунтового водного питания.

снижение данного влияния в дальнейшем. Древесные остатки начинают преобладать с конца АТ (5000 л. н.) и доминируют уже в начале SB. Участие ольхи, березы и сосны примерно Рис. 6. Стратиграфические одинаково. Их соотношение меняется неравномерно, остатки ольхи и березы разрезы объекта "Еловое":

присутствуют в торфе до второй половины SВ и начала SA. Суммарное а) Калиброванный 14C содержание древесных пород варьирует в отдельные периоды от 10 до 95%. В возраст; б) объемный вес;

начале SA наблюдается смена эвтрофных видов болотного разнотравья в) степень разложения;

мезотрофными видами осок (Carex rostrata, С. globularis), растет доля сосны распределение макро(до 85%) и уменьшается березы, выпадает ольха. Около 1000 л. н. происходит остатков древесных резкое увеличение доли сфагновых мхов, пушицы (Eriophorum vaginatum), пород: г) Ольхи клейкой;

уменьшение осок. Состав торфа верхних горизонтов (<210 л. н.) отвечает д) Березы пушистой;

современному состоянию экосистем (рис. 7).

ж) Ели; з) Сосны;

По мере развития лесного болота происходило заболачивание соседних и) индекс увлажнения. По котловин (разрезы 3.3 и 3.4) и переходных участков (разрез № 3.2). Основной оси у – глубина, см период горизонтального роста массива приходится на конец SB и начало SA пп 1.1 и др. – номер (2500–2300 л. н.), что подтверждает выводы Н.И. Пьявченко (1955) о разреза, расположение массовом развитии лесного заболачивания в этот период. Всего обнаружено показано на Рис.5 слоев углей на глубинах 30–32 см и 40–42 см, отдельные – на 48–50 и 98– 100 см, а также слой в минеральном грунте на глубине 165 см разреза 3.4.

Амплитуда колебаний ИУ меняется в довольно узком (3,8-4,2) диапазоне, В отличие от объекта "Еловое", ИУ меняется в широком диапазоне от и большинство изменений находятся в пределах статистической погрешности, 5,6 в придонных слоях до 3,8 в верхних. Периоды уменьшения чередуются с что свидетельствует об отсутствии существенных изменений водного режима.

периодами роста значений ИУ, демонстрируя неравномерную циклическую 17 динамику на временных интервалах от нескольких сотен до нескольких Различные части болотного массива характеризуются как общими тысяч лет. В АТ наблюдается снижение ИУ с минимумом около 5500–5700 л. чертами динамики ИУ и древесной компоненты палеосообществ (минимум н. В SB наблюдается несколько периодов изменения значений ИУ: 3 крупных увлажнения около 1300 л. н. отмечен на всех разрезах), так и существенными экстремума, максимальный из которых характеризуется увеличением отличиями. Разрезы 3.1 и 3.2 характеризуются сходными изменениями ИУ и обводненности и имеет возраст 3500–3200 л. н. Максимальное изменение соотношения видов на соответствующем временном интервале, в то время наблюдается во второй половине SB около 3200–3000 л. н. как разрезы 3.3 и 3.4 отличаются как динамикой ИУ, так и соотношением и В SA несколько периодов изменения ИУ: максимумы приходятся на количеством древесных остатков (рис. 7). В процессе заболачивания физиконачало и первую половину периода, между 2700–2500 л. н. Минимальные химические параметры торфа демонстрируют наличие элементов циклической значения ИУ наблюдаются во второй половине периода около 1200 л. н. динамики, однако сопряженный с ИУ, характер этих изменений менее выражен.

Значения ИУ и количества древесных остатков изменяются Средние значения степени разложения торфа (CР) и объемного веса (ОВ) – взаимосвязано. При увеличении ИУ снижается количество древесных остатков 34±15% и 0.08±0.03 г/см3 соответственно.

в торфе. Процесс носит неравномерно циклический характер, когда на фоне Сравнивая динамику данных параметров и ИУ, можно сделать вывод о долговременных трендов изменения ИУ накладываются резкие флюктуации, том, что существует тенденция к снижению значений ОВ и СР во "влажные" маркирующие кратковременные изменения водного режима (рис. 7). периоды, однако эта зависимость наблюдается только в периоды наиболее Присутствие ольхи и березы вплоть до начала SA свидетельствует об участии значительных изменений условий водного режима.

минерализованных грунтовых вод в процессе формирования лесного болота. Наблюдается увеличение значений ОВ в тех горизонтах, где выше доля Горизонты углей приурочены к периодам с минимальными значениями ИУ ольхи и березы (рис. 7), и в нижних горизонтах, что также связано с более и к максимумам участия древесных остатков. Это также свидетельствует о том, высокой долей грунтовых вод в водном питании на начальных этапах что в отличие от урочища "Еловое", здесь имели место периоды резкого заболачивания (Parish et al. 2008).

уменьшения обводненности. Соотношение углерода и азота (С/N) наряду со степенью разложения является индикатором процессов разложения органического вещества (Climo Рис. 7. 1984). Значения C/N меняются в пределах 30–50%, среднее 38.1±8%.

Стратиграфические Динамика C/N в наибольшей степени совпадает с динамикой степени разрезы объекта разложения. В отличие от объекта №1, изменение физико-химических "ур. Сопки": свойств торфа урочища "Сопки" отражает периоды увеличения и а) Калиброванный уменьшения интенсивности заболачивания (Минаева и др. 2004).

C возраст; б) Урочище «Профиль». Данные радиоуглеродного датирования (рис. 8) содержание мине- придонного слоя разреза 2.3 (1969±200 л. н.) относят начало заболачивания к ральных солей, первой половине SA. Данный объект отличается от остальных как временем в) степень разложе- образования, так и характером болотообразовательного процесса. В данном ния, г) объемный вес, случае наблюдается заболачивание еловых лесов под воздействием изменения д) C/N; водного режима, скорее всего связанное с подъемом грунтовых вод. В нижних макроостатки: горизонтах наблюдается значительное количество остатков ели и березы.

ж) Ольхи клейкой; Позднее происходит усиление позиций сосны за счет других пород и з) Березы пушистой; постепенное замещение осок остатками пушицы и сфагновых мхов. С ростом и) Ели; к) Сосны; болотного массива происходило заболачивание окружающих еловых лесов.

л) индекс Возраст придонного слоя торфа разреза 2.4 – около 600 л. н., разреза 2.3 – увлажнения. около 190 л. н.

По оси у – глубина, Объект «Профиль» в целом демонстрирует отсутствие резких колебаний см ИУ за период заболачивания, тем не менее в нижних слоях залежи разреза 2.ПП 3.1. и др. – можно отметить несколько периодов резких изменений значений ИУ. Значения номер разреза, индекса меняются в пределах 3–4.2 балла, при этом наблюдается несколько расположение периодов устойчивого увеличения и уменьшения значений. Так периоды показано на Рис.2 минимальной влажности приходятся на первую половину SA – 2000–1800 л. н., 1500–1300 л. н. и 300–200 л. н., а максимальной – на период 2000–1900 л. н. и 1000 л. н. (рис. 8). В разрезе 2.2 первую половину SA доминирует сосна. Ее 19 участие варьирует от 30 до 60%, а позднее происходит уменьшение и почти практически постоянным значением С/N. В разрезе 2.3, где в настоящий время полное замещение древесных торфов сфагновыми и пушицево-сфагновыми, в отмечается самый высокий УПГВ (0–1 см) и распад елового древостоя, то время как в разрезе 2.1 до границы активного горизонта все три породы наблюдается небольшой рост значений С/N в верхних горизонтах. На разрезе 2.присутствуют одновременно. с такой же мощностью торфа (35 см), но другим уровнем УПГВ (30-40 см), На примере разрезов подобного не наблюдается (рис. 8).

2.3 и 2.4 можно увидеть Были оценены запасы и средняя скорость накопления почвенного процессы современного углерода в лесных болотах и заболоченных лесах, которые составили на заболачивания еловых ле- исследованных участках 21–72 кг С м-2 и 9.6–324 г С м-2 год-1 соответственно.

сов, которые сопровож- Для заболоченных местообитаний (слой торфа <50 см – урочище "Профиль") даются циклической сме- полученные расчетные значения средней скорости накопления углерода ной еловых и березовых составляют для торфяно-глеевых почв от 60 до 160 г С м-2 год-1 (пп 2.4), а для лесов сфагновыми сосня- торфянисто подзолисто-глеевой – более 300 г С м-2 год-1 (пп 2.3). Для ками. Максимум древес- центральных частей лесных болот с торфом более 50 см (урочища "Сопки" и ных остатков разреза 2.2 "Профиль") средняя скорость накопления углерода составляет от 9.6 (пп 3.1) приходится примерно на до 26 С м-2 год-1 (пп 2.1).

середину SA (около Сравнение запасов и скорости накопления почвенного углерода с 1300–1500 л. н.), т.е. на верховыми и низинными болотами, а также с суходольными период МКО, как и на местообитаниями (описание участков см. Minaeva et al. 2008) показывает. что других объектах (рис. 8). водораздельные лесные болота и заболоченные леса занимают Минимум ИУ – на промежуточное положение, а максимальные запасы углерода наблюдаются в период около 300–200 л. центральных частях верховых массивов (100–120 кг С м-2), минимальные – в н., когда наблюдается автоморфных почвах (2–6 кг С м-2). При этом для заболоченных увеличение остатков в местообитаний (<50 см торфа) полученные расчетные значения средней разрезе 2.2 и максимум скорости накопления углерода оказались максимальными среди всего ряда сосны в разрезе 2.1. Для лесоболотных экосистем (от автоморфных лесов до верховых болот). Хотя остальных разрезов также для центральных частей лесных болот (>50 см торфа) средняя скорость отмечается увеличение накопления углерода значительно ниже и сравнима с накоплением углерода в количества древесных центральных частях верховых болот.

остатков в периоды Выводы устойчивого уменьшения 1. Для водораздельных лесных болот и заболоченных лесов, значений ИУ, однако на относящихся к сходным типам леса, характерно высокое разнообразие других временных микроландшафтов. В зависимости от положения и формы торфяной залежи, интервалах (рис. 8).

Рис. 8. Стратиграфические разрезы объекта выраженной через уклон поверхности (0,001–0,01) и мощность торфа (30–1Изменения физико"Профиль": а) Калиброванный 14C возраст; б) см), формируются участки с различным водным режимом. Участки с химических параметров объемный вес; в) C/N; г) содержание минеральных минимальными уклонами (0,001–0,003) характеризуются, в целом, меньшей торфа демонстрируют солей распределение макроостатков древесных амплитудой сезонных колебаний УПГВ, а участки с уклонами 0,005–0,01 – различия в торфонакоппород: д) Ольхи клейкой; ж) Березы пушистой; з) более низким средним УПГВ за сезон, за исключением случаев подтопления лении между разными Ели; и) Сосны; к) индекс увлажнения; пп 2.1 и др.

окраек стоком с центральных частей лесных болот. Структура и частями заболоченного – номер разреза, расположение показано на Рис.продуктивность древостоев, состав травяно-кустарничкового и мохового массива (рис. 8). Среднее ярусов, а также реакция на климатические изменения формируются под значение ОВ в наиболее заболоченной части (разрез 2.2) – 0,07±0,03 г/см3, что воздействием неоднородности локальных условий водного питания.

меньше, чем на объектах "Сопки" и "Еловое". В других частях массива Увеличение количества отпада и свежего валежа, наличие ряда (особенно разрезы 2.3 и 2.4), среднее значение ОВ гораздо выше – 0,22±0,индикаторных видов в травяно-кустарничковом и моховом ярусах г/см3. Во всех разрезах наблюдается уменьшение значений ОВ к верхним свидетельствуют об усилении заболачивания. Однако данный процесс носит горизонтам, а также сокращение процентного содержания минеральных солей сугубо локальный характер и определяется различиями в распределении со слабовыраженными и неравномерными периодами уменьшения значений и атмосферных осадков и грунтового стока между отдельными 21 микроландшафтами. Публикации по теме диссертации.

2. Формирование водораздельных лесных болот и заболоченных лесов 1. Минаева Т.Ю., Трофимов С.Я., Чичагова О.А., Дорофеева Е.И., Сирин имеет длительную историю, сравнимую с возрастом крупных болотных А.А., Глушков И.В., Михайлов Н.Д., Кромер Б. Накопление углерода в массивов. Общая схема смен палеорастительности включает несколько почвах лесных и болотных экосистем Южного Валдая в Голоцене // Известия стадий, которые отражают общие закономерности развития лесных болот. Для РАН Сер. Биологич. 2008. № 5. С.607-616. (издание из перечня ВАК) начальной стадии (середина АТ, 7550 л. н.) отмечено первое отложение 2. Glushkov I., T. Minaeva, A.Sirin. The shallow peat forests: some aspects of сапропеля и низинных торфов в наиболее глубоких (1–1,5 м) депрессиях ecosystem dynamics under climate change // Climate change and forest ecosystems мезорельефа. Во второй (последняя половина АТ, SB и начало SA, 5000–2000 (Eds. Ozolincius R., Stakenas V., Buozyte R.). 2008. Proc./Abstr. of Intern. Sci.

л.н.), происходило формирование эвтрофных и мезотрофных лесных болот. Conf., Vilnius, Lithuania, 22-23 Oct. 2008. Kaunas. P. 63-68.

Третья (первая половина SA, около 2000–1000 л. н.) характеризуется 3. Minaeva T., S. Trofimov, O. Chichagova, E. Dorofeeva, A.Sirin, I. Glushkov, автономным заболачиванием еловых лесов. Четвертая (1000 л. н. до н. в.) – D. Mikhailov, B.Kromer. Carbon accumulation in the soils of forest and mire время формирования современного облика лесных болот, усиления их ecosystems in southern Valday During Holocene // Intern. Conference “Man and горизонтального роста. Отличия состава палеорастительности между environment in boreal forest xone: past,present and future”. Jule 24-29 2008, объектами отражают локальные особенности заболачивания в зависимости от Centr. forest state Natural Biosphere Reserve, Fedorovskoe, Russia. P. 63.

условий минерального и водного питания. 4. Минаева Т.Ю., Глушков И.В., Носова М.Б., Стародубцева О.А., Кураева 3. Начало образования заболоченных лесов приурочено к теплым и Е.Н., Волкова Е.М. Очерк болот Центрально-Лесного заповедника // Труды влажным периодам Голоцена. Для начальных стадий характерны наличие Центрально-Лесного заповедника. Вып. 4: Сборник статей. Тула: Гриф и Ко, небольших водоемов и образование сапропеля, крайне низкая скорость роста 2007. С.267-296.

торфяной залежи, высокая доля грунтовых вод в водном питании, 5. Минаева Т.Ю., Глушков И.В., Сулержитский Л.Д., Успенская О.Н., Сирин неравномерное присутствие древесных остатков и высокое флористическое А.А. Временные аспекты интенсивности торфонакопления в заболоченных разнообразие. Три основных пика максимального присутствия в торфе лесах Русской равнины // Почвы. Национальное достояние России.

макроостатков древесных пород приходятся последовательно на конец AT – Новосибирск: Наука-Центр, 2004. С.398.

начало SB (около 5000 л н), на конец SB (около 3000 л. н) и на вторую 6. Минаева Т.Ю., Глушков И.В., Кураева Е.Н. Индикация экологических половину SA, включая малый климатический оптимум, который отмечен на условий по видовому составу мохообразных // Фундаментальные проблемы всех объектах. Активный рост залежи и заболачивание окружающих лесов, ботаники и ботанического образования: традиции и перспективы. Тез.докл.

напротив, приурочено к холодным периодам. Для последних стадий характерно конференции, посвященной 200-летию кафедры высших растений МГУ снижение доли древесных остатков при росте участия сфагновых мхов. (Москва, 26-30 янв., 2004 г.). М.: КМК, 2004. С.109-110.

4. Модельные объекты, на уровне отдельных микроландшафтов, 7. Minayeva, T., Glushkov, I., Sulerzhicky, L., Uspenskaya, O., Sirin, A. 2004 On демонстрируют три различных варианта развития: 1) крайне медленный рост temporal aspects of shallow peat accumulation in boreal paludified forests: data торфяной залежи с постоянством ее состава, плавным уменьшением доли from case studies in Central European Russia // Wise use of peatlands: Proceedings грунтового питания, отсутствием реакции на климатические изменения; 2) of the 12th International Peat Congress. V. 1. P.150-155.

больший вертикальный прирост залежи, активное заболачивание 8. Minayeva, T., Glushkov, I. Ground water regime in paludified forests in Central окружающих пространств и поступательное уменьшение грунтовых вод в European Russia: application to ecosystem development and dynamics // водном питании; 3) неравномерно циклическую динамику заболачивания с Ecohydrological processes in Northern Wetlands. Selected papers. Tartu, 2003. P.

выраженной зависимостью от изменения условий увлажнения; с усилением 166-171.

обводненности увеличивается интенсивность заболачивания, что отражается 9. Minayeva T., Glushkov I. The shallow peat forested lands: some aspects of в уменьшении доли древесных пород в составе биогеоценозов. ecosystem functions indication // Proc. of the Intern. Field Symp. “West Siberian 5. Различная реакция водораздельных лесных болот на климатические Peatlands and Carbon Cycle: past and present”. Novosibirsk, 2001. P.175-178.

изменения отмечена на всем протяжении их развития как в прошлом, так и в настоящем времени. Климатический фактор определяет общий вектор заболачивания, а гидрологические особенности участка – разнообразие сценариев развития и устойчивость лесоболотных экосистем к изменениям среды. В связи с этим прогноз дальнейших изменений биогеоценотических характеристик и функциональных свойств лесных болот и заболоченных лесов невозможен без учета параметров, определяющих локальные условия водного режима, и оценки истории развития конкретного участка.

23






© 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.