Plant communities of the Yuzhno-Sakhalinsk mud volcano.pdf Введение Явление грязевого вулканизма в какой-то мере является аналогом вулканизма магматического, однако в отличие от магматических грязевые вулканы извергают на дневную поверхность не раскаленные лавы, а в разной степени разжиженные осадочные породы - сопочные брекчии [1]. Всего в мире насчитывается 44 района развития грязевого вулканизма [2], в которых Tomsk State University Journal of Biology. 2014. № 1 (25). Р. 56-65 сосредоточено в общей сложности 926 надводных грязевых вулканов площадью 2 880 км2 и 300 подводных [3], по другим оценкам, число грязевых вулканов может составлять около 1700 [4]. В России грязевые вулканы находятся только на Таманском полуострове и острове Сахалин. Помимо ЮжноСахалинского грязевого вулкана на Сахалине действует группа Пугачевских грязевых вулканов, центральным из которых является вулкан Магунтан, и Дагинские грязевые вулканы вблизи одноименных термоминеральных источников. Проявивший активность в 1986 г. Лесновский грязевой вулкан [5] к настоящему моменту прекратил функционировать. Все грязевые вулканы Сахалина имеют статус региональных памятников природы [6]. южно-Сахалинский грязевой вулкан расположен в южной части Западно-Сахалинских гор, в 20 км к северо-западу от областного центра и в 500 м к северу от ныне не действующей ветки железной дороги Южно-Сахалинск - Холмск. Центру нынешней активности вулкана отвечает северная пологая вершина сдвоенного холма, вытянутого в субмеридиональном направлении, ограниченного с запада и востока небольшими долинами [7, 8]. Вулканическая постройка сложена сравнительно однородной глинистой массой серого цвета, одинаковой консистенции, с обломками разных пород и минералов - продуктами наложившихся друг на друга и наращивающих постройку грязевых выбросов вулкана. Абсолютная отметка высоты вулкана достигает 300 м, окружающих его вершин - от 350 до 550 м [8]. Географические координаты центра вулкана: N 47° 04' 53" E 142° 34' 43". Достоверно известно о трех сильных извержениях вулкана - в 1959, 1979 и 2001 гг. Слабые извержения происходят с периодичностью раз в несколько лет. Периоды активности чередуются с продолжительными периодами покоя, когда активность проявляется лишь в слабом истечении разжиженной глинистой массы из грязевых конусов - грифонов. Конфигурация и размеры грязевых полей вулкана сильно менялись от извержения к извержению, постоянно наращивая лишь привершинную часть холма-вулкана. Размеры грязевого поля, образовавшегося в ходе извержения 1959 г., покрыли площадь около 60 тыс. м2, объем выбросов составил 150-200 тыс. м3 [9]. Извержение 1979 г. было менее сильным, продукты извержения не вышли за пределы поля, образовавшегося в 1959 г., покрыли площадь 50 тыс. м2, объем выбросов составил 40-50 тыс. м3. В ходе извержения 2001 г. выброшенная на дневную поверхность водо-грязевая масса в значительной мере перекрыла грязевые поля былых извержений. При образовании нового грязевого поля возникли два сильных потока, более сильный северо-западный сполз вниз по склону холма, внедрился в окружающий вулкан лес и остановился, достигнув русла реки. Объем выброшенного материала во время эрупции 2001 г. вполне сопоставим с извержением 1959 г. [8]. Постоянная активность Южно-Сахалинского вулкана, вызывающая механическое уничтожение растений, засоленность субстрата и насыщенность его редкими элементами и веществами, а также постоянную эмиссию газов, обусловливает формирование своеобразных экотопов. Температура грязевых выбросов не превышает 16°С и повышается до 28-32°С лишь в краткие периоды бурных извержений [10]. Соленость свежего водо-грязевого субстрата достигает 27 г/л, из катионов преобладают натрий и калий (8,36 г/л), из анионов - гидрокарбонаты (9,96 г/л) и хлориды (5,0 г/л). Значение pH превышает 8 [10, 5]. Воды грязевого вулкана насыщены борной кислотой [11]. Газовые выбросы грязевого вулкана состоят из метана (его доля варьирует от 12 до 54,4% в зависимости от фазы активности вулкана), углекислого газа (25,9-86%), кислорода и аргона (0,1-7,4%), азота (1,2-5,2%) и незначительного количества углеводородных газов [12]. В научной литературе особенностям растительных сообществ грязевых вулканов уделено недостаточно внимания. Вместе с тем Южно-Сахалинский грязевой вулкан является уникальным объектом природы, а сообщества, сформировавшиеся на его грязевых полях, могут быть определены как редкие по экотопическому критерию [13]. Изучение флоры и растительности грязевого вулкана важно с точки зрения охраны природы и резервирования биоразнообразия. Возникшие в ходе извержений разных годов грязевые поля дают возможность наблюдения за динамикой растительного покрова, являются хорошей площадкой для изучения закономерностей сукцессион-ных процессов. Целью работы стало установление особенностей состава, структуры и динамики растительного покрова Южно-Сахалинского грязевого вулкана. материалы и методики исследования Полевой этап исследования состоялся в летне-осенний период 2012 и 2013 гг. Учет геоботанических показателей проводили на пробных площадях размерами 1^1, 5^5 и 10x10 м. Всего заложили 105 площадок. Дополнительно организовали 3 постоянные пробные площади размерами 10x10 м в сообществах разных сукцессионных стадий для оценки долговременных изменений их состава и структуры. На пробных площадях устанавливали видовой состав и участие видов по 7-балльной шкале проективного покрытия. Для каждого вида в пределах грязевых полей разных генераций определяли константность, долю описаний, в которых этот вид присутствует: I - 0-20%; II - 21-40%; III - 41-60%; IV - 61-80%; V -81-100%. Местоположение всех площадок привязывали к географическим координатам с помощью GPS-навигатора «Garmin eTrex30». Участки растительного покрова, на которых проводили описание, соотносили с космическими снимками вулкана в программе GoogleEarth и картой-схемой грязевых полей вулкана, выполненной О.А. Мельниковым [8]. Возраст деревьев определяли по годичным отметкам на кернах, взятых у модельных деревьев с помощью возрастного бурава «Haglof». Результаты исследования и обсуждение Привязка описаний с учетных площадок позволила составить таблицу частоты встречаемости видов в сообществах, приуроченных к грязевым полям, образовавшимся в ходе сильных извержений (таблица). константность видов на грязевых полях разных генераций Вид Год генерации грязевого поля (номер сообщества) 1959 (4) | 1979 (3)|2001 (2) 2009-2013 (1) Число описаний (1/25/100 м2) 30/10/1 22/10/2 18/10/2 - Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud. V V III Picris japonica Thunb. IV II Triglochin palustre L. I V I Aster glehnii F. Schmidt IV III I Taraxacum sp. IV III I Hieracium aurantiacum L. III II I Salix caprea L. III (j, im, v) II (j, im) Senecio cannabifolius Less. III II Betula platyphylla Sukaczev III (j, im, v) I (j, im) Calamagrostis extremiorientalis (Tzvelev) Prob. II I Filipendula camtschatica (Pall.) Maxim. II Sonchus arvensis L. II Cuscuta japonica Choisy I I Tussilago farfara L. I I I Artemisia montana (Nakai) Pamp. I I I Elymus woroschilowii Prob. I I Equisetum arvense L. I I Plantago major L. I I Общее проективное покрытие, % 90 70 20 < 0,01 С константностью I в сообществе N° 4 найдены виды: Salix udensis Trautv. & C.A. Mey. (j, im, v), Anaphalis margaritacea (L.) A. Gray, Carex cespitosa L., Cirsium kamtschaticum Ledeb. ex DC., Picea ajanensis (Lindl. & Gordon) Fisch. & Carr. (j, im, v), Spiraea salicifolia L., Chamaenerion angustifolium (L.) Scop., Rosa acicularis Lindl., Dactylorhiza aristata (Fisch. ex Lindl.) Soo, Sorbus com-mixta Hedl (j, im, v), Agrostis scabra Willd., Angelica ursina (Rupr.) Maxim., Heracleum lanatum Michx., Alnus hirsuta (Spach) Turcz. ex Rupr. (j, im, v), Pet-asites amplus Kitam. А.А. Таран указывает для периферии грязевых полей еще один вид: Neottianthe cucullata (L.) Schlechter [14], мы обнаружили его только на окружающих вулкан сопках. Недавно извергнутый грязевой субстрат, располагающийся в центральной части вулкана, почти полностью лишен покрова из растений, имеет трещиновато-бугристый облик. Из жерл грифонов постоянно истекает относительно жидкая грязевая масса, но не распространяется от них дальше, чем на несколько метров. В этой зоне (№ 1) лишь изредка, с незначительным общим проективным покрытием, произрастают угнетенные растения Triglo-chin palustre. Центральную зону свежих выбросов окружает сообщество, в котором доминирует Triglochin palustre, а на отдельных площадях встречаются группы Phragmites australis, редко растения других видов. Снятый с помощью GPS-навигатора контур сообщества Triglochin palustre - Phragmites australis (№2) совпадает с границами распространения продуктов извержения 2001 г. Грязевое поле 2001 г. испещрено следами водной эрозии, а на северо-западном грязевом шлейфе возникли овраги глубиной до 2,5 м, на их дне видны поваленные и погребенные в ходе извержения стволы деревьев. Вне грязевых отложений 2001 г. растения Triglochin palustre почти не встречаются, а доминирующим видом становится Phragmites australis. Визуально отличной зоне растительного покрова с доминированием Phragmites australis соответствуют два сообщества Phragmites australis -Aster glehnii (№3) - на грязевом поле извержения 1979 г. и Phragmites australis - Salix caprea (№4) - на отложениях, возникших в ходе извержения 1959 г. В сообществе Phragmites australis - Aster glehnii виды деревьев представлены исключительно ювенильными и имматурными особями, в то время как в составе сообщества Phragmites australis - Salix caprea наряду с всходами присутствуют и молодые деревца высотой до 6-7 м, преимущественно ближе к краю грязевого поля у границы с окружающим вулкан лесом. Рис. 1. Зоны растительного покрова Южно-Сахалинского вулкана в 2013 г. Черная линия - граница распространения грязевых потоков извержения 1959 г. [8]. Цифрами обозначены номера сообществ. Снимок Google Earth Вместе с увеличением богатства видового состава по мере «старения» грязевых полей происходит и увеличение флористической насыщенности. Для сообщества Triglochin palustre - Phragmites australis она составляет 1,81 вида на 1 м2; Phragmites australis - Aster glehnii - 3,89; Phragmites australis - Salix caprea - 6,92. По мере развития сукцессии из состава сообществ выпадает пионерный вид Triglochin palustre, что говорит о его фитоценоти-ческом оптимуме в растительном покрове вулкана в условиях наивысшего экотопического стресса. Согласно нашим наблюдениям, два доминанта растительного покрова - Triglochin palustre и Phragmites australis - местами доминируют и в растительных сообществах группы Пугачевских грязевых вулканов, другого центра развития грязевого вулканизма на Сахалине. По мнению геологов [8], темнохвойный лес к юго-западу от нынешней вулканической постройки сформировался на выбросах древнего эруптивного центра. Его центр находился в 200 м к юго-западу от нынешних границ вулкана, на южной вершине нынешнего сдвоенного холма-вулкана (на рис. 1 направление показано стрелкой). Затухающую активность единственного грифона на вершине холма отмечал еще М. Уэда в 30-х гг. прошлого столетия, а позднее О.А. Мельников [8, 15]. В 2013 г. былая активность угадывалась лишь по наличию слегка газирующей небольшой грязевой лужи-сальзы, почти скрытой под слоем опада. На расстоянии 2-3 м от сальзы обильно встречаются Phrag-mites australis, Aster glehnii и Senecio cannabifolius - характерное сочетание видов для грязевых полей вулкана, но не характерное для окружающих вулкан сообществ. Площади последнего грязевого поля, почти правильной округлой формы диаметром около 35 м, соответствует монодоминантный древостой из Alnus hirsuta высотой 8-10 м, диаметром 16-18 см и возрастом 30-35 лет, с массовым развитием Filipendula camtschatica под пологом. Принимая во внимание скорость сукцессии на субстрате вулкана и возраст деревьев, можно заключить, что с момента возникновения последнего грязевого поля должно было пройти не менее 80 лет. О.А. Мельников придерживался мнения, что последнее грязевое поле возникло в интервале между 1930 и 1940 гг. [15]. Склоны этого «затухшего» холма-вулкана занимает темнохвойный лес с доминированием Abies sachalinensis F. Schmidt. Возраст пихт на границе с контуром последнего грязевого поля составляет 45 лет, диаметр 18 см, высота 12 м. Вниз по склону возраст деревьев увеличивается. Это лесное темнохвойное сообщество флористически менее разнообразно, чем те, что расположены в окрестностях грязевого вулкана, но находятся вне зоны его средообразующего воздействия. Отличия от коренных лесов заключаются в обедненном видовом составе и слабо развитой вертикальной структуре. Заключение Обогащение флористического состава сообществ и спектра жизненных форм, рост проективного покрытия растений свидетельствуют о снижении суровости условий произрастания и снятии экотопического стресса вместе с увеличением возраста субстрата. Рассмотренные сообщества являются этапами сукцессии растительного покрова Южно-Сахалинского грязевого вулкана. В отличие от первичных автогенетических сукцессий, подобных тем, которые происходят на застывших лавах магматических вулканов, на первых стадиях сукцессии доминируют не мхи и лишайники, а сосудистые растения. Участие бессосудистых растений в сообществах грязевого вулкана незначительно. Сукцессия на грязевых полях проходит не только за счет преобразования биотопа в ходе жизнедеятельности организмов. Ведущим фактором динамики растительного покрова является изменение химизма субстрата за счет вымывания солей и других токсичных веществ дождевыми и талыми водами. Развитие растительного покрова, биотическая трансформация местообитаний, формирование почвы на грязевых полях протекают на фоне экзогенных процессов выветривания, геохимической трансформации субстрата [16]. В случае если участки растительного покрова на длительное время выходят из зоны средообразующего влияния грязевого вулкана, после смены ряда сериальных сообществ формируются участки квази-климаксовых зональных темнохвойных лесов с доминированием Abies sachalinensis. За ценные советы и критические замечания, позволившие сделать статью лучше, благодарю профессора кафедры геоботаники МГУ В.Н. Павлова. За помощь в определении видов злаков выражаю признательность сотруднику Гербария Московского университета С.В. Дудову.

Скачать электронную версию публикации