Макроэлементный состав торфа выпуклых верховых болот средней тайги Западной Сибири(на примере болотного комплекса «Мухрино») | Вестн. Том. гос. ун-та. 2011. № 352.

Макроэлементный состав торфа выпуклых верховых болот средней тайги Западной Сибири(на примере болотного комплекса «Мухрино»)

Приведены данные по химическому составу торфа пяти экосистем болотного комплекса, расположенного в долине Нижнего Иртыша на низкой террасе в пределах Кондинского геохимического округа. Мощность торфяной залежи колеблется от 1,3 до 3,5 м. Распределение макроэлементов в торфяном профиле во всех экосистемах одинаково - содержание макроэлементов увеличивается в верхней и нижней частях профиля. В верхней части они накапливаются вследствие биогенной аккумуляции, в нижней части - под влиянием нижележащих минеральных горизонтов. Миграционные процессы выравнивают генетические различия во внутрипрофильном распределении содержания макроэлементов. Обнаружено резкое различие содержания калия в живой фитомассе экосистем и торфяном слое 0-30 см. Коэффициент биологического поглощения калия изменяется от 1,5 (гряда) до 11 (топь), что говорит о его быстром вымывании болотными водами из отмерших частей мхов, трав и кустарничков при деструкции и поглощении живыми корнями растений.

Macroelements composition of raised bogs peat in the middle taiga of Western Siberia(the bogs complex Mukhrino).pdf Переувлажненные ландшафты играют роль свое-образных «легких» для урбанизированных террито-рий, насыщенных транспортом и промышленнымипредприятиями. Этому способствует явление термо-фореза, когда атмосферные потоки с частицами аэро-зольной пыли и микрофлорой движутся в направле-нии зон пониженной температуры, повышеннойвлажности и осаждаются там [1]. В среднем болотаспособны ассимилировать 300 кг/га пыли, частичноосуществляя минеральное питание растений при од-новременном очищении атмосферы [2]. Химическиеэлементы N, Р, К, Са, Mg, S, находящиеся в пыли, ис-пользуются растениями для создания органическоговещества. Тяжелые металлы, выпадающие с пылью,аккумулируются болотами и исключаются из биоло-гического круговорота [3].При слабых процессах разложения в болотных эко-системах регистрируется механический вынос эле-ментов вследствие избыточного увлажнения и боль-шей интенсивности стока. Поэтому сток с выпуклыхцентральных участков болот к окраинам обеспечиваетсамоочищение в центре верховых болот и аккумуля-цию загрязняющих веществ на их периферии [4]. От-мечая эту способность болот, представляющих собойестественные фильтры и препятствующих распро-странению загрязняющих веществ, М.А. Глазовская[3] относит их к восстановительным ландшафтно-геохимическим барьерам.Цель данной работы - выявить особенности распре-деления макроэлементов в торфяной толще, сформиро-ванной под различными экосистемами олиготрофногоболотного комплекса в пределах геохимически связан-ных элементарных ландшафтов.Материалы и методы исследованияПо болотному районированию Западно-Сибирскойравнины объект исследования входит в среднетаежнуюпровинцию Западно-Сибирских олиготрофных грядо-во-мочажинных и сосново-кустарничково-сфагновыхболот. Средняя заторфованность провинции составляет50%. Некоторые исследователи выделяют их в особуюболотную зону олиготрофных выпуклых верховыхсфагновых болот [5] или в группу типов болотных мас-сивов (выпуклых олиготрофных комплексных) в зонеизбыточного увлажнения [6].Нами был изучен элементный химический составторфов пяти элементарных ландшафтов болотного мас-сива, расположенного в долине Нижнего Иртыша нанизкой террасе в пределах Кондинского геохимическо-го округа [7]. Координаты болотного стационара «Мух-рино», где проводились исследовательские работы, -60.53'41" с.ш. и 68.41'45" в.д. Трансект проложен черезэлементарные ландшафты: рослый рям, низкий рям,грядово-мочажинный комплекс (гряда и мочажина) иолиготрофную топь.Рослый рям представлен сосново-кустарничково-сфагновым растительным сообществом. В верхнем дре-весном ярусе встречаются сосна и кедр, которые со-ставляют около 5% ПП, высотой до 10 м, диаметром4 см. Плотность деревьев составляет около 2 000 шт./га.Подрост из кедра, сосны с примесью березы составляетоколо 5%, высота его не превышает 1 м. Микрорельефкочковатый, преобладают кочки. Соотношение кочек имежкочек составляет 70:30. Высота кочек не превыша-ет 40 см.Низкий рям представлен сосново-кустарничково-сфагновым растительным сообществом. В верхнемдревесном ярусе встречаются сосна и кедр, которыесоставляют около 15% ПП, высотой до 3-4 м, диамет-ром 6 см. Подрост из кедра, сосны с примесью березысоставляет около 5%, высота его не превышает 1 м.Рельеф волнистый. Соотношение кочек и межкочексоставляет 90:10. Высота кочек не превышает 40 см.Мощность торфяной залежи 340 см.Мочажина у озера представлена осоково-пушицево-сфагновым растительным сообществом. Мощностьторфяной залежи 330 см.В грядово-мочажинном комплексе преобладают гря-ды с сосново-кустарничково-сфагновым растительнымсообществом высотой до 60 см, довольно обрывистые срезким переходом к мочажинам с андромедово-шейхцериево-сфагновыми растительными сообщества-ми. Соотношение гряд и мочажин составляет 3:1. Грядыслабо ориентированы. В мочажинах обводненность не-значительна, УБВ не превышает 10 см от поверхностимхов. В верхнем древесном ярусе гряд встречаются не-высокие деревья (1,5-2 м) сосны и кедра, которые со-ставляют около 20% ПП, с диаметром 4 см. Подрост изкедра, сосны составляет около 5%, высотой 0,3-0,4 м.Микрорельеф кочковатый. Мощность торфяной залежина гряде 370 см, в мочажине - 350 см.При исследования элементного химического соста-ва торфа в каждой экосистеме с помощью торфоразве-дочного бура производилось бурение скважин с после-довательным послойным отбором образцов (с интерва-лом в 10 см) на всю мощность торфяной залежи. В ка-меральных условиях в образцах торфа определялись С,Н, N (на элементном анализаторе СНNS на PE 2400 -II) и Ca, Mg, Na, K, P, Fe (методом масс-спектрометриис индуктивно связанной плазмой ICP MS). Всего про-анализировано около 160 образцов.Результаты исследования и обсуждениеТорфообразование изучаемого болотного массивапроисходило на сложенной древнеаллювиальнымипесчаными отложениями низкой террасе [8]. Мощностьторфяной залежи колеблется от 1,3 до 3,5 м. Исходя изданных О.Л. Лисс с соавторами [5] о средней скороститорфонакопления за периоды голоцена, было рассчита-но, что торфяные отложения имеют Позднеатлантиче-ский возраст. Образование болотного массива началось5 600-5 300 лет назад.По морфологическим признакам, данным зольностии кислотности торфяная толща была дифференцирова-на по типам торфа (рис. 1).м272829333032310 0,5 1 1,5 2 2,5 3 кмРослыйрямНизкийрям Гряда МочажинаТопьТв ТвТвТвТвТвТвТв Торф верховой Торф переходный Торф низинныйРис. 1. Схема профиля болотного массива: по вертикали - высота над ур. м., м; по горизонтали - расстояние, кмВ торфяной толще экосистемы рослый рям выделя-ются 3 части. Верхний слой мощностью 10 см образо-ван верховым торфом с зольностю 2,6% и рН 3,3. Нижеследует сорокасантиметровый слой переходного торфас зольностью около 6,0% и рН 3,4. Нижний слой 80 смобразован низинным торфом с большим разбросом по-казателей зольности - от 2,4 до 27,2 и рН 3,7.Торфяная толща низкого ряма разбивается на 4 час-ти чередующихся слоев верхового и переходного тор-фов. Верхний слой представлен верховым торфоммощностью 150 см с зольностью 1,1-6,3. Ниже распо-лагается небольшая прослойка (10 см) переходноготорфа с более высокой зольностью 10,9%. С глубины160 см лежит шестидесятисантиметровый слой верхо-вого торфа с низкой зольностью 1,7%. Самый нижнийслой переходного торфа, контактирующий с минераль-ным субстратом, имеет высоту 110 см. Вследствие это-го фиксируется широкий разброс значения зольности -от 1,2 до 14,5%. Величина рН, незначительно колеб-лясь, увеличивается сверху вниз и составляет в нижнейчасти 3,0-3,7.В торфяной толще гряды, так же как и в экосистеменизкого ряма, чередуются слои верхового и переходно-го торфов. Слои имеют различную толщину и характе-ризуются более низкими количествами золы и менеекислы по сравнению со значениями низкого ряма.В первом слое верхового торфа мощностью 70 смзольность колеблется в пределах 1,8-4,7. Ниже следу-ет слой переходного торфа на глубине 70-100 см. Онимеет зольность 4,3-5,0%. Следующий мощный слой100-330 см верхового торфа имеет зольность от 1,2 до4,0%. Исключение составляет последний слой пере-ходного торфа 330-350 см, он имеет широкий разбросзначения зольности от 6,0 до 49,2%. Максимальноезначение зольности связано с обогащением его мине-ральными частицами из нижележащего минеральногогоризонта. Кислотность колеблется в пределахрН 3,6-4,0 по всей толще.Торфяная толща мочажины представлена чередова-нием верхового и переходного торфов. Верхний слоймощностью 20 см представлен верховым торфом с золь-ностью 1,5-2,6, рН водный 3,3-3,5. Ниже располагаетсяслой переходного торфа 20-80 см с зольностью, проценткоторой колеблется в пределах 3,4-22,8%. Далее следуетслой верхового торфа на глубине 80-250 см, в нем про-цент золы падает до 4,0%. Следующий слой 250-330 смпереходного торфа имеет широкий разброс значениязольности - от 2,0 до 25,4% и рН 3,7-4,0.В торфяной толще олиготрофной топи также выде-ляются 4 части. Верхний слой верхового торфа мощно-стью 30 см имеет низкий разброс показателей зольно-сти 0,9-1,1 и рН 3,1. Ниже следует семидесятисанти-метровый слой переходного торфа. В нем разброс зна-чений зольности значительно возрастает - от 3,6 до9,6% и рН равен 3,2. Следующий мощный слой 180 смверхового торфа имеет низкую зольность - от 1,2 до3,6% и рН около 3,0. Самый нижний двадцатисанти-метровый слой переходного торфа имеет, так же как ипервый слой переходного торфа, большой разброс зна-чений зольности 3,0-11,2% и рН, равный 3,5.Слои верхового, переходного и низинного торфа вторфяной залежи изучаемых элементных ландшафтов поколичественным характеристикам зольности сходны. Не-смотря на генетическую неоднородность торфной залежиизучаемых экосистем величины рН имеют близкие значе-ния вследствие внутрипрофильного нивелирования реак-ции среды в торфяной толще под водно-миграционнымипроцессами и восстановительным режимом [8], свойст-венные олиготрофной стадии развития.Содержание углерода в пределах торфяного профи-ля всех экосистем незначительно колеблется от 49 до58%. Резкое его уменьшение регистрируется при кон-такте с подстилающим минеральным горизонтом.Содержание водорода также стабильно из-за вырав-нивания реакции среды вследствие водно-миграционныхпроцессов и восстановительной обстановки: изменяетсяпо профилю в пределах 6,3-6,9%. В нижнем горизонтеего содержание уменьшается до 3,3-6,0%.Содержание азота в торфяных горизонтах изменяет-ся, возрастая с увеличением трофности. На рослом рямепределы колебания в торфяной залежи от 0,9 до 1,4%.В экосистеме низкий рям содержание азота увеличива-ется от 0,4 до 1,5. В грядово-мочажинном комплексе: нагряде - 0,7-1,1, в мочажине - 0,8-2,1. В топи пределыизменения содержания азота составляют 0,6-2,2.Зольные элементы (K, Na, Ca, Mg, Fe) и Р были изу-чены для трех экосистем: низкого ряма, гряды и олиго-трофной топи. Генетические различия в формированииторфяных толщ различных экосистем нашли отраже-ние в их вещественном составе (табл. 1). Однако общиемиграционные процессы также участвуют в распреде-лении макроэлементов в пределах торфяной толщи.Т а б л и ц а 1Средние значения содержания макроэлементов в торфяном профиле (сухое вещество, мг/кг)Экосистема Тип торфа,глубина, см K Na Ca Mg P FeТв 0-150 227 137 1 365 220 178 791Тп 150-160 72 42 1 670 253 109 1 114Тв 160-200 61 39 2 030 309 98 1 387Низкий рямТп 200-310 87 55 2 758 362 155 2 221Тв 0-70 341 292 1 268 274 216 948Тп 70-100 683 418 970 215 283 610Тв 100-330 128 70 2 738 331 153 1 331ГрядаТп 330-350 4 290 2 458 5 553 1 024 267 5 822Тв 0-30 262 217 1 329 337 235 791Тп 30-110 353 277 1 088 153 349 807Тв 110-290 107 86 2 330 284 263 1 261Олиготрофная топьТп 290-300 548 365 5 707 419 307 4 840Примечание. Тв - верховой торф, Тп - переходный торф.Во внутрипрофильном распределении накопление вверхней его части элементов (P и Mg) связано с био-генной аккумуляцией. Распределение содержания био-генных элементов в торфах связано с особенностямиботанического состава торфа [9].Накопление Fe, Na, Ca, K в нижней части торфяногопрофиля связано с наличием здесь комплексного глее-вого и сорбционного барьера, а также с влиянием гли-нистых отложений, имеющих повышенные концентра-ции большинства химических элементов.Распределение К и Na в торфяной толще гряды иолиготрофной топи одинаково. Более низкое содержа-ние их в слоях верхового торфа, выше в переходном изначительно увеличивающемся нижнем слое переход-ного торфа. На низком ряме наблюдается небольшоеповышение в верхнем горизонте верхового торфа, за-тем равномерное распределение внутри профиля с уве-личением в нижнем горизонте (см. табл. 1).Распределение фосфора в экосистемах гряды и оли-готрофной топи и низкого ряма подчинено такой жезакономерности, но содержание Р в переходном слоеторфа нижних горизонтов данных экосистем имеетблизкие значения с переходными торфами, располо-женными в середине профиля.Содержание Са и Fe на гряде и олиготрофной то-пи в верхнем горизонте, сложенном верховым тор-фом, немного выше, чем в нижележащем переходном,затем содержание этих элементов начинает резко воз-растать и максимально увеличивается в нижнем слоепереходного торфа. В экосистеме низкий рям содер-жание Са и Fe постепенно увеличивается сверхувниз. Различия, обусловленные ботаническим соста-вом верхового и переходного торфов, отсутствуют.Содержание Mg в торфяной толще экосистемы низ-кий рям имеет распределение, схожее с Са и Fe. Рас-пределение содержания Mg в экосистемах гряды и оли-готрофной топи следующее: одинаковое содержание вслоях верхового торфа, ниже в переходном торфе со-держание Mg уменьшается. Так же как и у других эле-ментов, его содержание увеличивается в нижнем гори-зонте переходного торфа, более значительно - на гряде,менее выражено - в топи. При пересчете содержаниямакроэлементов в сухом веществе на содержание их взоле были получены следующие результаты (табл. 2).Т а б л и ц а 2Содержание макроэлементов в золе торфа, г/кгЭкосистема Тип торфа K Na Ca Mg P FeНизкий рям ТТпв 61 04,7 13050 155 27 6268Гряда ТТпв 1150 98 12000 145 39 1575Топь ТТпв 165 153 14280 243 158 4608Среднее ТТпв 171 58 13047 148 131 2683Данные Е.Г. Нечаевой, Тв - - 74 28 15 561991 [8] Тп - - 63 15 10 35Исследования Е.Г. Нечаевой [10] проводились нанизкой террасе также в долине Нижнего Иртыша. Присопоставлении наших данных с данными Е.Г. Нечаевой[10] повышенное содержание имеют только Са и Fe взоле верхового торфа. Содержание Mg и Р в нем ниже.В золе переходного торфа содержание Са, Mg, P, Fe зна-чительно ниже, особенно Mg - в 3,5 раза, P - в 3 раза.Содержание макроэлементов в торфах в пределахболотного массива также изменяется. По профилюнизкий рям - гряда - топь в верховом торфе все макро-элементы (за исключением Fe) увеличивают свое со-держание в золе. Изменение находится в следующихинтервалах: К - 6-15, Na - 4-13, Ca - 100-120, Mg -15-23, P - 7-18 и Fe - 55-68 г/кг. В переходном торфесодержание макроэлементов в золе сильно варьирует:К - 1-15, Na - 0,7-9, Ca - 20-48 и Fe - 17-40 г/кг. Не-значительно изменяются в пределах профиля Mg - 4-5и P - 2-5 г/кг.По всем изученным химическим элементам резкихразличий в их содержании в живой фитомассе и тор-фяном слое 0-30 см обнаружено не было, за исключе-нием калия.Отмечается высокое содержание К в живой фито-массе по сравнению с торфом: на гряде - 840, на низ-ком ряме - 2 184 и в олиготрофной топи - 2 914 мг/кг.Возможно, это обусловлено его вымыванием из расти-тельных остатков вследствие его высокой подвижностив кислой среде [11].ВыводыУстановлено, что миграционные процессы, проис-ходящие в торфяной толще различных болотных эко-систем, нивелируют различия во внутрипрофильномраспределении содержания макроэлементов, обуслов-ленных генетически. По профилю низкий рям - гряда -топь в верховом торфе все макроэлементы увеличиваютсвое содержание в золе. Усредненные колебания попрофилю регистрируются в следующих интервалах: К -6-15, Na - 4-13, Ca - 100-120, Mg - 15-23, P - 7-18 иFe - 55-68 г/кг. Значения содержание макроэлементовв золе переходного торфа сильно варьируют: К - 1-15,Na - 0,7-9, Ca - 20-48 и Fe - 17-40 г/кг.Распределение макроэлементов в пределах торфя-ного профиля независимо от экосистемы имеет общиечерты: увеличение содержания макроэлементов в верх-ней части профиля, связанное с их биогенной аккуму-ляцией, и увеличение содержания большинства эле-ментов в нижней части профиля вследствие влияниянижележащих минеральных горизонтов.

Ключевые слова

макроэлементы, торф, торфяной профиль, миграция элементов, живое вещество, биогенная аккумуляция, фитомасса, геохимический округ, деструкция, закрепление, macroelements, peat, peat soil profile, migration of elements, living substances, biogenic accumulation, phytomass, geochemical region, decomposition, fixation

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Степанова Вера АндреевнаИнститут почвоведения и агрохимии СО РАН (г. Новосибирск)аспирант лаборатории биогеоценологииverastep1985@rambler.ru
Покровский Олег СергеевичЦентр национальных научных исследований окружающей среды (г. Тулуза, Франция)старший научный сотрудникoleg@lmtg.obs-mip.fr
Всего: 2

Ссылки

Грегори М. Микробиология атмосферы. М. : Мир, 1964. 371 с.
Пьявченко Н.И., Сибирева З.А. О роли атмосферной пыли в питании болот // Доклады АН СССР. 1959. Т. 124, № 2. С. 414-417.
Глазовская М.А. Способность окружающей среды к самоочищению // Природа. 1979. № 3. С. 71-79.
Лисс О.Л., Трофимов В.Т., Кашперюк В.И., Кудряшов В.Г. Тенденция развития болотообразовательного процесса // Прогноз изменений природных условий Западной Сибири. М. : Изд-во Моск. ун-та, 1988. С. 5-20.
Лисс О.Л., Абрамова Л.И., Аветов Н.А., Березина Н.А. и др. Болотные системы Западной Сибири и их природоохранное значение. Тула : Гриф и К., 2001. 584 с.
Кац Н.Я. Болота Земного шара. М. : Наука, 1971. 294 с.
Романова Е.А. Типы болотных массивов и закономерное распределение их на территории Западной Сибири // Типы болот СССР и принципы их классификации. Л. : Наука, 1974. С. 167-174.
Львов Ю.А. Торфяное болото как система болотных фаций // Биологические науки. 1977. № 9. С. 97-103.
Ефремова Т.Т., Ефремов С.П., Куценогий К.П., Онучин А.А. и др. Биогеохимия Fe, Mn, Cr, Ni, Co, Ti, V, Mo, Ta, W, U в низинном торфянике на междуречье Оби и Томи // Почвоведение. 2003. № 5. С. 557-567.
Шевченко В.П. Влияние аэрозолей на среду и морское осадконакопление в Арктике / отв. ред. А.П. Лисицын ; Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН. М. : Наука, 2006. 226 с.
Нечаева Е.Г. Ландшафтно-геохимическое районирование Западно-Сибирской равнины // География и природные ресурсы. 1990. № 4. С. 77-84.
 Макроэлементный состав торфа выпуклых верховых болот средней тайги Западной Сибири(на примере болотного комплекса «Мухрино») | Вестн. Том. гос. ун-та. 2011. № 352.

Макроэлементный состав торфа выпуклых верховых болот средней тайги Западной Сибири(на примере болотного комплекса «Мухрино») | Вестн. Том. гос. ун-та. 2011. № 352.

Полнотекстовая версия