Структура биомассы растений верховых болот на урбанизированной территории

Значительные антропогенные воздействия на экосистемы привели к ухудшению общего экологического состояния биосферы, нарушению естественного круговорота и баланса углерода. Происходит смена растительности [4].

Среди полезных ископаемых, которыми богата наша страна, значительная роль принадлежит торфяным месторождениям, распространенным практически на всей территории РФ. Заболоченными землями занято около 25 % общей площади. Площадь земель под болотами продолжает возрастать. Так по сравнению с 2000 годом их площадь уже увеличилась на 6,7 млн. га. Торфяные ресурсы - это энергетический, промышленный и агрохимический ресурс, необходимый как в становлении энергетики и промышленности, так и в повышении продуктивности сельского хозяйства. С развитием науки он стал надежным источником в биотехнологии, здравоохранении и т.д. Например, использование торфяных ресурсов и сопутствующих образований (сапропель, вивианиты, гажа, мергель) в сельском хозяйстве обладает большими преимуществами:

- повсеместная распространенность, что позволяет их использование в пределах каждого региона России;

- широкие возможности торфа как технологического сырья для получения высокоэффективных продуктов и материалов для нужд сельского хозяйства;

- состав органического вещества торфов биосферно совместим с составом органического вещества почв, их внесение стабилизирует плодородие;

- глубокая переработка сырья (микробиологическая, термическая и др.) позволяет значительно расширить ассортимент торфяной продукции;

- при рациональном использовании торфяных ресурсов и других болотных образований это практически неисчерпаемый и воспроизводимый ресурс;

- торфяная продукция востребуема в странах ближнего и дальнего зарубежья, что предопределяет возможность создания широкой индустрии такого производства

Анализ взаимосвязи между высотой и размерами более 300 выпуклых болот показывает, что существует ограничение их высоты над краями, которое не превышается даже у крупнейших массивов болот. Верховые болота в разных климатических условиях имеют профили выпуклой формы, причем степень выпуклости поверхности и ландшафтная структура болотного массива зависит от скорости торфонакопления, возраста болота и гидрологического режима. Примечательно, что у тропических олиготрофных болот, например в Индонезии, также сформированы поверхности выпуклой формы [2].

Степень выпуклости болот, повидимому, может характеризовать их «зрелость» и зависит от скорости торфонакопления (возраста) и гидрологического режима. Определение гидрологических характеристик, степени выпуклости поверхности и ландшафтной структуры болотных массивов в работах [3, 4] предложено проводить при сравнении с нормальным стационарным равновесным профилем, рассчитываемым по модели на основе уравнения Дарси. Поскольку гидрологические процессы являются важнейшими, то гидрологические циклы (ежегодные, многолетние) обводненности должны найти отражение как в динамике, так и в форме поверхности верховых болот. Определение этих характеристик развития болота очень важно для прогнозирования роста болот при зарастании торфоразработок, пожарной и послепожарной динамики ландшафтов, рационального природопользования.

Комплексное исследование биопродуктивности растений верховых болот, физиологических и биохимических особенностей позволит глубже понять механизмы, лежащие в основе реализации разных типов адаптивных стратегий, прогнозировать поведение растительности в условиях изменяющегося климата, антропогенной нагрузки, осуществлять мероприятия направленные на охрану болотных экосистем, сохранение генофонда живых организмов.

До недавнего времени многие исследователи рассматривали развитие болотных экосистем как процесс эволюции их растительности, находящийся под влиянием климатических факторов. Однако современные исследования в области микробиологии болот говорят о высокой структурно-функциональной взаимосвязи между растениями и микроорганизмами и позволяют характеризовать болото как сложную растительно-микробную систему, в которой каждый компонент играет специфическую роль [1].

Объект исследования – экпериментальный часток, эко-парк «Югра» (вблизи г. Нижневартовск) - контрольный участок.

Предмет исследования – процессы формирования биомассы болот и уровень антропогенного воздействия на болота.

Задачи исследования:

- провести анализ литературных источников по вопросам характеристики верховых болот и их биомассы;

- провести исследование участка болота.

Значимость         исследования заключается в том, что  Результаты работы могут расширить представления о механизмах лежащих в основе реализации разных типов адаптивных стратегий растений верховых болот, что позволит прогнозировать поведение растительности в условиях изменяющегося климата. Изучение эколого-физиологических особенностей растений верховых болот представляет не только научный интерес, но и имеет большое практическое значение для решения задач мониторинга болотных экосистем.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Характеристика верховых болот

Заболачивание суходольных территорий про исходит при  на личии за стойного пер еувлажнения верхних горизонтов по чвогрунтов, кот орое об ычно характер но для по ниженных элемент ов рельефа.

В результате слабой про точности цен тральных час тей очагов за болачивания про цесс торфонакопления на  них идет бол ее инт енсивно, чем на  пер иферии, и по верхность бол ота вначале во гнутая (евтрофная фаза раз вития), по степенно вы полаживается, при нимая плоскую форм у (мезотрофная фаза раз вития), а со  врем енем и вы пуклую форм у (олиготрофная фаза раз вития). Если в на чальной (евтрофной) фазе раз вития бол отного масс ива во дно-мин еральное питание его складывается из  по верхностных и грунтовых во д, а так же атмосферных осадков, то в за вершающей олиготрофной фазе - по чти ис ключительно из  атмосферных осадков. Изменения в рельефе по верхности бол отного масс ива, про исходящие в про цессе его раз вития, при водят к из менению усл овий сто ка бол отных во д, что вед ет к из менению гидрологического режима в целом (уровней бол отных во д, на правлений и инт енсивности сто ка).

 В результате во зникают нов ые усл овия сред ы об итания рас тений, при водящие к из менениям в со ставе рас тительного по крова, кот орые, в сво ю очередь, об условливают из менения инт енсивности про цесса торфонакопления, а, след овательно, и пре образования рельефа бол отного масс ива. Постоянство этих взаимообусловливающих про цессов и со ставляет биофизическую сущность раз вития торфяных бол отных масс ивов.

Торфяное бол ото мож но рас сматривать как живой орган изм, кот орый однажды рождается на  суше (суходоле) или во де (озере), рас тет (вверх и вширь) и «умирает», пре кращая сво й рос т.

В от личие от  друг их при родных об разований торфяное бол ото сам о за  счет про израстающей на  не м рас тительности со здает сво е «тело» (торфяную за лежь) и в усл овиях зоны из быточного увлажнения пре вращается в сам орегулирующуюся сис тему, за висящую в основ ном от  вне шних факт оров: по ступающего тепла (со лнечная радиация) и вла ги (атмосферные осадки). Закисленные во ды, стекающие с вы пуклой по верхности верхового бол ота к при легающему суходолу, способ ствуют его за болачиванию. Образовавшиеся в от дельных очагах за болачивания бол отные масс ивы по степенно раз растаются и со  врем енем сливаются, об разуя огр омные сис темы, за нимающие об ширные во дораздельные про странства. Процесс за болачивания территории, на чавшийся в голоцене, про должается в пре делах лесной зоны до  сих по р, на  что указ ывают целый ряд авто ров [7].

Следует от метить, что на ряду с раз растанием вширь бол ото в результате торфонакопления рас тет и вверх. Если пре делы раз растания бол отных масс ивов в план е об ычно очевидны, т. к. пре дставляют со бой крутые суходольные склоны, во дотоки, во доемы и канавы, то пре делы их рос та вверх со всем не  ясны.

Возникли верховые бол ота при мерно 10–12 тыс. лет на зад. По площади и за пасам торфа сред и бол от в России пре обладают верховые бол ота. Хотя лучше все го они раз виты в тайге, но встречаются и южнее ее границ, вплоть до  степи.

Почему же эти бол ота на звали верховыми? Это связано с особ енностью их форм ы. Все верховые бол ота – вы пуклые, как горы, тол ько в мин иатюре. Они им еют вершину, склон и окраину. Когда сто ишь на  бол оте, мож но и не  за метить, что его вершина во звышается на д окраиной от  2–3 до  8 м, но если про извести съемку бол ота с по мощью теодолита или нивелира и по  результатам на рисовать его по верхность, структур а бол ота ста новится от четливо вид на. По тому, где рас положена вершина, раз личают резковыпуклые и по логовыпуклые верховые бол ота.

Верховое бол ото - бол ото с бедным мин еральным питанием (зольность верхнего слоя со ставляет менее 4%). Верховое бол ото форм ируется в усл овиях за стаивания по верхностных во д на  плоских по нижениях во доразделов, по дстилаемых во донепроницаемыми по родами. Обычно верховое бол ото не  связано с грунтовыми во дами и существ ует за  счет по ступления вла ги из  атмосферных осадков.

Характерная рас тительность верховых бол от - мох сфагнум, пушица, клюква, багульник, на  севере - карликовая береза. Верховые бол ота час то им еют вы пуклую форм у, так  как мох бы стрее на растает в сред ней час ти бол ота. Моховые бол ота труд но про ходимы или со вершенно не проходимы. Пушицевые и кустарничковые бол ота про ходимы.

На многих верховых бол отах, особ енно круп ных, об разуется сво еобразный микрорельеф – по вышения вы сотой 20–30 см и по нижения. Повышения им еют вид  не регулярно раз бросанных сред и по нижений кочек от  не больших (10ґ30 см) до  бол ее круп ных (1ґ3(5) м). Другую форм у им еют гряды. Они об ычно сил ьно вы тянуты в длину, час то из вилистые, шириной от  0,5 до  2,3 м и длиной ино гда бол ее 10 м. Между грядами рас полагаются по нижения. Понижения, за нятые рас тительными со обществами с пре обладанием сфагновых мхов, на зываются мочажинами. Нередко в по нижениях сто ит во да, в кот орой ино гда кое-где плавают кувшинки, – это уже озерки. Закономерное чередование по вышений и по нижений на  бол отах на зывают комп лексом.

Различают кочковато-мочажинные, грядово-мочажинные и грядово-озерковые комп лексы. Существуют определен ные за кономерности рас пределения комп лексов по  по верхности бол ота, их связь с раз личной рас тительностью, об условленность движением во ды.

Специфика структур ы и строения верховых бол от об условлена господством сфагновых мхов. Из-за  по стоянного на растания сфагновых мхов вверх и об разования мощных слоев рыхлого сфагнового торфа, а так же по дкисления сред ы и многих особ енностей во дного и физического режимов верхового бол ота мало вид ов рас тений способ ны существ овать в сто ль сво еобразной сред е. Кроме вы сокой кислотности сред ы живые существ а до лжны при способиться к низ ким тем пературам, не достатку кислорода, бедности мин ерального питания и многому друг ому.

Считается, что про цесс при способления вид ов рас тений и животных к со обитанию со  сфагновыми мхами еще не  за кончился. Виды, на иболее при способившиеся, на зывают сфагнофилами. К ним от носят, на пример, клюкву мелкоплодную или рос янку круглолистную. Чтобы справиться с не достаточностью азота, рос янка до бавляет в сво й рацион раз нообразных на секомых. Некоторые рас тения сво им по ведением по казывают, что они когда-то бы ли рас пространены южнее. Пока не  ясно, что вы нудило их связать сво ю жизнь с верховым бол отом, но со вершенно очевидно, что они еще не  по лностью при способились к здешним усл овиям. Например, очень вкусная ягода морошка. Ее урожаи труд но пре дсказать, т.к. в то врем я, когда она цветет, на  бол отах час то бы вают за морозки, от  кот орых цветы по гибают. Это гов орит о том, что ритм жизни этого рас тения складывался южнее – там, где морозов во  врем я цветения не  бы вало.

1. Богданова, О.Ю. Жизнеспособность бактерий в торфяниках / О.Ю. Богданова, А.В. Головченко, Л.В. Лысак, Т.В. Глухова, Д.Г. Звягинцев // Почвоведение. - 2014. - № 4. - С. 462-472.
2. Головченко, А.В. Особенности пространственного распределения и структуры микробных комплексов болотно-лесных экосистем / А.В. Головченко, Л.М. Полянская, Т.Г. Добровольская и др. // Почвоведение. - 2017. - № 10. - С. 78-89.
3. Головченко, А.В. Сапротрофный бактериальный комплекс верховых торфяников Западной Сибири / А.В. Головченко, Ю.В. Санникова, Т.Г. Добровольская, Д.Г. Звягинцев // Микробиология. - 2015. - Т. 74. - № 4. - С. 545-551.
4. Головченко, А.В., Добровольская Т.Г., Звягинцев Д.Г. Микробиологические основы оценки торфяника как профильного почвенного тела / А.В. Головченко, Т.Г. Добровольская // Вестник Томского государственного педагогического университета. - 2018. – Вып. 4 (78). Серия: Биологические науки. - С. 46-53.
5. Дедыш С.Н. Ацидофильные метанотрофные бактерии/ Дисс. …. доктора биол. наук. / С.Н. Дедыш.- М.: МАКС Пресс, 2015. - 235 с.
6. Добровольская, Т.Г. Антагонистические взаимоотношения бактерий и грибов в торфяниках / Т.Г. Добровольская, А.В. Кураков, А.В. Головченко, Н.С. Павлова // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. Почвоведение. - 2019. - № 4. - С. 32-35.
7. Добровольская, Т.Г. Структура бактериальных сообществ почв / Т.Г. Добровольская. М.: ИКЦ «Академкнига», 2020. - 282 с.
8. Добровольская, Т.Г. Функционирование микробных комплексов верховых торфяников – анализ причин медленной деструкции торфа / Т.Г. Добровольская, А.В. Головченко, Д.Г. Звягинцев, Л.И. Инишева и др. - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2019. - 128 с.
9. Иванова Н.А., Э.Р. Юмагуловой « Эколого-физиологические механизмы адаптации и типы стратегии сосудистых растений верховых болот».
10. Куличевская, И.С. Выявление представителей Planctomycetes в сфагновых болотах с использованием 37 молекулярных и культуральных подходов / И.С. Куличевская, Т.А. Панкратов, С.Н. Дедыш // Микробиология. - 2016. - Т. 75. - № 3. - С. 389-396.
11. Лысак, Л.В. Численность, жизнеспособность и разнообразие фильтрующихся форм прокариот в сфагновом верховом торфянике / Л.В. Лысак, Е.В. Лапыгина, И.А. Конова, М.С. Кадулин // Известия Российской академии наук. Серия биологическая. - 2014. - № 3. - С. 241-235.
12. Потапова Т. М., Новиков С. М. Оценка антропогенных изменений химического состава болотных вод и стока растворенных веществ с территории естественных и мелиорированных верховых болот // Вестн. С.-Петербургского ун-та. 2016. Вып. 2. С. 85–96.
13. Чернов, В.М. Адаптация микоплазм к биогенным и абиогенным стрессорам: нанотрансформация и мини-тела Acholeplasma laidkawii / В.М. Чернов, Ю.В. Гоголев, Н.Е. Мухаметшина, Ф.А. Абдрахимов, О.А. Чернова // Доклады Академии наук. - 2017. - Т. 396. - № 3. - С. 417-420.
14. Щербаков, А.В. Эндофитные бактерии сфагновых мхов как перспективные объекты сельскохозяйственной микробиологии / А.В. Щербаков, А.В. Брагина, В.Ю. Кузьмина, К. Берг и др. // Микробиология. - 2018. - Т. 82. - №3. - С. 312-322.
15. Прокопьев Е.П. Экология растений: учебник для биол. факультетов вузов. Томск: Изд-во Томского гос. ун-та, 2001. 340 с.
16. Новиков С.М. Изменение условий обитания растений на болотах северных районов Западной Сибири при хозяйственном освоении территории. Устойчивость растительности к антропогенным факторам и биорекультивация в условиях севера. Сыктывкар: Коми фил. АН СССР, 1984. 127 с.
17. Учебная ГИС «Предуралье» / С.В. Пьянков, И.В. Шавровский // Экологические основы стабильного развития Прикамья: материалы науч.-практ.конф. – Пермь, 2000 – С. 279-280.