IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Болотные комплексы не являются характерными ландшафтами для Южного Урала. Однако в Челябинской области, особенно в северной лесостепи с семигумидным климатом, имеет место локальное развитие болот. Они не только усложняют структуру почвенного покрова земледельческого района, но и выполняют ряд важных функций: аккумулирующую, водорегулирующую, противоэрозионную, биостабилизационную, торфоресурсную и охотничье-промысловую, они также играют роль биофильтров и геохимических барьеров для различных загрязнителей. Особенно важны эти геосистемы как экологические резерваты природы, ландшафтов для стока углерода [1].

Поэтому серьезное внимание сегодня уделяется болотам, их реакции на изменение климата, биосферной роли. Болота – это единственные экосистемы биосферы, обеспечивающие сток в них атмосферного углерода, который навсегда удаляется из круговорота, накапливается в форме отложений торфа. Но есть болота и с отрицательным балансом углерода, что еще недостаточно изучено.

В Челябинской области на болота приходится 2500 кв. км, расположены они локально. Верховые болота распространены в северной и северо-западной районах области, у восточных склонов Уральских гор. Низинные болота развиты в лесостепной и степной зонах.

Структура и современная экологическая ситуация в болотных системах, особенно в зоне воздействия промышленных отходов мегаполисов, таких как Челябинск, мало изучены. Наиболее существенным пробелом научно-информационного обеспечения при освоении болот и улучшении экологической обстановки является отсутствие знаний о механизмах функционирования различных болот в геотехнических системах.

В связи с этим актуально изучение особенностей почвенно-экологических условий верховых и низинных болот и их приболотных поясов.

Исследования проводились в 2016 г. В соответствии с договором о сотрудничестве ФГБОУ ВО «Уральский ГАУ» с учреждением дополнительного образования детей от 15.09.2015 г.

Объектами исследований послужили почвы верхового болота и прилегающего к нему приболотного пояса Васильевского бора, который относится к особо охраняемым территориям и находится на территории Красноармейского района Челябинской области. Исследованные почвы сравнивались с почвами низинного болота и их приболотного пояса в Верхнеуральском районе, изученных ранее [2; 3]. Эти болотные почвы интразонального ряда расположены в пределах одной почвенной подзоны – выщелоченных черноземов.

Василевский бор, площадью 30 га имеет округлую форму, располагается на болоте верхового типа, поросшем сосной обыкновенной, что плохо диагностируется его внешним видом. В центре бора находится небольшое озеро. Подходы к бору с березово-осиновым лесом, сильно заболочены.

Растительность - важнейший фактор почвообразования и поэтому является индикатором почвенного покрова. Растительность болот не является зональной.

^{Для центральной части Васильевского бора характерно сплетение мхов, образующих пружинящую лесную подстилку.}

^{На такой подстилке поселились папоротник, багульник, морошка, клюква и др.}

^{Таким образом, первой особенностью Васильевского бора является его эндемическая растительность Восточной Сибири и тундры в условиях лесостепной зоны.}

Основу растительного покрова этого бора составляет сосна обыкновенная, она экологически пластична и является зональной растительностью таежно-лесной зоны, индикатором подзолистых почв, в том числе заболоченных. Она также образует реликтовые лесные массивы на продуктах разрушения плотных горных пород – гранитов. [3; 4].

Обилие торфа Sphagnum создает в почве бора кислую среду, и такое болото называется верховым. Внешний признак таких болот – отсутствие древесной растительности. В этом состоит парадоксальная вторая особенность растительности Васильевского бора.

Здесь на весьма большой мощности рыхлом торфянике из слаборазложившегося мха Sphagnum произрастает сосна, не имеющая каких-либо признаков деформации или недостаточного питательного режима, свидетельствующих о неблагоприятных условиях обитания.

По периферии бора развит пояс низинного болота, растительность которого представлена осоками, пушицей, тростником, рогозом высокостебельным разнотравьем. Граница между центральной и периферийной частями бора резкая (5-15 м). Это третья особенность Васильевского бора.

Формирование и развитие болотных почв Васильевского бора неразрывно связано с указанным растительным покровом и избыточным увлажнением, вызванным в большей мере поверхностными водами.

Экологические особенности формирования Васильевского бора, повлияли на почвенный покров. Морфологические признаки Васильевского бора под сосновым лесом выявлены при описании ее профиля (рисунок 1).

А - болотная верховая Б - лугово-болотная почва

торфяная почва

Рисунок 1. Профили почв Васильевского бора

Накопление на поверхности почвы полуразложившихся растительных остатков в результате замедленной их гумификации и минерализации в условиях избыточного увлажнения способствует торфообразованию [5].

Профиль болотной верховой торфяной почвы сложен рыхлым мокрым слаборазложившимся мхом Sphagnum, в составе которого отчетливо видны его неразложившиеся стебли. Важная особенность – большая мощность органогенного горизонта, отсутствие карбонатов кальция в профиле почвы.

Таким образом, болото под Васильевским бором относится к болотам верхового типа, на что указывает состав наземного биоценоза и морфологические признаки профиля почвы. Произрастание сосны обыкновенной с высокими показателями бонитета на столь рыхлой, с поверхности пропитанной влагой до полной влагоемкости органогенной почве остается пока необъяснимым явлением, так как на верховых болотах древесная растительность угнетается.

Лугово-болотные почвы периферийной части болота имеют слабо выраженную переходную зону (5-15 метров), у них практически отсутствует органогенный оторфованный горизонт. Карбонаты кальция в этой почве, граничащей с малой переходной границей с кислой торфяной верховой почвой, находятся близко к поверхности (30-40 см) и по всему профилю почвы. Это четвертая особенность Васильевского бора.

Торф верхового болота или болотной верховой торфяной почвы легко диагностируется визуально в полевых условиях (таблица 1).

Таблица 1. Характеристика торфа болотной верховой торфяной почвы

Цвет и изменение его на воздухе	Сложение	Внешний вид видимых растительных остатков	Вид торфа
От соломенно-желтого до красновато-бурого. Медленно темнеет	Рыхло-губчатое или соломистое	Тончайшие, различной формы листообразные пластинки длиной 0,8-3,0 мм и различной толщины, но не более 1,5мм, шнуровидные, бурого и палевого цвета стебельки сфагновых мхов	Сфагновый

Он однороден и представлен мхом Sphagnum, среди которого обнаруживаются свежие и неразложившиеся остатки неспецифической растительности и корни сосны.

Избыточное увлажнение сказывается на темпах и характере разложения остатков растительности (таблица 2).

Таблица 2. Признаки степени разложения верхового торфа

Степень разложения, %)	Цвет торфа	Растительные остатки	Вода	Упругие свойства
До 10	Светло-коричневый иногда желтый	Отчетливо видны стебельки мха с веточками и листьями	Прозрачная, светло-желтая, отжимается, как из губки	Сжатый торф пружинит, возвращается к первоначальному объему

Слабое разложение мха Sphagnum в условиях высокого увлажнения и анаэробиса, составляющее всего около 10 % является причиной сильного пружинящего эффекта при ходьбе по нему.

В минеральной лугово-болотной почве в верхних горизонтах также встречается только в виде включений слаборазложившийся сфагновый мох.

Таким образом, в глубокой депрессии бора, в низком ряму, сформированы болотные торфяные почвы, а рядом, по периферии, в высоком ряму, – лугово-болотные почвы, имеющие абсолютно антагонистические по буферности относительно к кислотам горизонты почв.

Экологические особенности формирования болотных почв хорошо просматриваются в их свойствах (таблица 3).

Болотная верховая торфяная почва Васильевского бора имеет высокую гидролитическую кислотность, низкие показатели рН и доступных элементов питания – азота и фосфора. Вследствие гидроморфизма биологическая активность низкая, и разложение мхов слабое, на что указывают также низкие показатели зольности. Сохранность растительного опада в условиях анаэробиоза увеличивает влагоемкость до 1100 %.

Таблица 3. Свойства болотной верховой торфяной почвы

Горизонт	Глубина, см	Подвижные формы, мг/100 г		рНв	Гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г	Зольность, %	Влагоемкость, %
		N-NO3	Р2О5
Т1	0-9	2,0	7,2	3,87	145	4,0	1100
Т2	9-42	2,88	5,2	3,87	145	2,0	1050
Т3	42 и>	2,69	4,0	3,92	127	1,0	1080

Эти свойства противоположны свойствам болотной низинной торфяной почвы, изученной в Верхне-Уральском районе Челябинской области (таблица 4).

Таблица 4. Свойства болотной низиной торфяной почвы

Горизонт	Глубина, см	Подвижные формы мг/100 г		рНв	Гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г	Зольность, %	Влагоемкость, %
		N-NO3	Р2О5
Т1	0-42	10,23	22,4	7,76	Следы	47,0	670
Т2	42-77	8,51	71,2	7,82	Следы	49,0	230
Т3	77 и>	4,17	84,2	7,64	Следы	49,0	90

Лугово-болотные почвы периферии Васильевского бора характеризуются низкой гидролитической кислотностью, в нижних горизонтах она отсутствует совсем. На это указывает также и показатель активной реакции среды рН (таблица 5).

Таблица 5. Свойства лугово-болотных почв периферии верхового болота

Горизонт	Глубина, см	рНв	Гидролитическая кислотность, мг-экв./100 г	Гумус, %	Подвижные формы, мг/кг
					Р2О5	N-NO3	K2O5
А	8-16	6,58	2,35	4,04	25	2,1	352
В1	16-39	6,55	4,23	3,00	50	2,8	82
В2	39-64	6,53	2,35	2,8	52	3,0	104
ВС	64-82	7,26	0,93	0,70	78	5,5	71
С	82 и>	8,09	0,45	-	7	2,6	71

Падение содержания гумуса по профилю постепенное, характерное для этих почв. Если содержание подвижного фосфора несколько выше, чем в торфяной почве, то нитратных форм азота все-таки немного для летнего периода, что, вероятно, связано с повышенной влажностью приболотного пояса и ослабленной при этом микробиологической активностью. Увеличение его количества в средней части профиля до 3, 0 -5,0 мг/100 г почвы свидетельствует о его выщелачивании из верхних горизонтов в условиях высокого увлажнения. Низкое содержание подвижных форм фосфора и калия в почвообразующей породе - признак бедности этими элементами осадочных пород, на которых сформированы почвы Васильевского бора.

Сочетание кислых торфянистых почв, образованных из мха Sphagnum под сосновым бором и нейтральных лугово-болотных почв на карбонатных почвообразующих породах с резкой переходной границей на небольшой территории в 30 га, является аномальным явлением что обусловлено, возможно, геохимическими особенностями Южного Урала и относительно устойчивой эндемической растительностью Восточной Сибири и тундры.

Таким образом, по своим свойствам рядом расположенные болотные верховые торфяные и лугово-болотные почвы являются антагонистами. Эта антагонистическая роль, несомненно, влияет на продуцирование углекислого газа. Возможно, изучаемое нами болото как раз и имеет отрицательный баланс углекислого газа, выделяемого в процессе эволюции этих почв. Другими словами, биоценозы этого болота могут не только поглощать при фотосинтезе углекислый газ, выделяемый промышленностью и за счет парникового эффекта, навсегда закреплять его в виде торфа, углей, но и при разрастании болота выделять его при нейтрализации углекислых солей лугово-болотных почв кислыми продуктами жизнедеятельности и распада составляющих биоценозы растений и микрофлоры верхового болота. В условиях Южного Урала этот эффект в больших масштабах был бы особенно неблагоприятен. Известно, что верховые болота в лесостепной зоне играют положительную экологическую роль, поэтому решение вопроса мелиорации этого болота должен решаться после серьезных исследований баланса углекислого газа при его поглощении и возврате. В то же время Васильевский бор – памятник природы, не подлежащий каким-либо воздействиям.

Таким образом, природа образования болота, на котором расположен Васильевский бор, противоречива имеющимся научным.

Выводы

1. Васильевский бор расположен на болоте неясного генезиса с представителями арктической и тундровой флоры.

2. Почвенный покров Васильевского бора специфичен и представлен болотными верховыми торфяными почвами с резкой переходной границей к лугово-болотным почвам на карбонатных элювиально-делювиальных суглинках.

3. Морфологические признаки и свойства почв верхового болота и приболотного пояса антагонистичны.

4. Вследствие высокой экологической роли болот в поглощении полютантов, статуса особоохраняемой территории, болотные почвы Васильевского бора, находящегося в зоне влияния промышленного мегаполиса, не следует осушать. Для выяснения естественной и антропогенной эволюции растительного и почвенного покрова, их особого генезиса и, следовательно, влияния на экологическое состояние зональных агроландшафтов необходимо продолжить исследования.

Библиографический список

1. Телицын,ВЛ. Болота Восточного Зауралья: Геоэкологические основы оптимизации природопользования. Новосибирск, 2002. - 196 с.

2. Сенькова Л.А. Эколого-почвенная характеристика Челябинской области Челябинск, 2007.-270 с.

3. Сенькова Л.А., Гусев А.С. Биоресурсные особенности чернозема выщелоченного периферии Карагайского бора: сб. « Устойчивое развитие особо охраняемых природных территорий /Сб. ст. II Всерос. Науч.-практич. конф. – Сочи, 2015. С. 276-281.

4. Сенькова Л.А. Состояние почв агроландшафтов Южного Урала и пути их рационального использования: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. докт. биол. наук. Тюмень, 2009. – 32 с.

5. ИнишеваЛ.И., Дементьева Т.В, Скорость минерализации органического вещества торфов // Почвоведение, 2000, № 2. С. 196-203.

Код для цитирования: Скопировать