Genesis features of the Nikolaevka ryam in the forest-steppe of Western Siberia.pdf Введение Представления об эволюции экосистем необходимы для понимания современного состояния природной среды и прогнозирования ее изменений под воздействием естественных и антропогенных факторов. На текущее состояние природных комплексов большое влияние оказали климатические изменения в голоцене [1-5]. Многочисленные исследования подтверждают, что на современном историческом этапе активное антропогенное воздействие оказывает решающее влияние на функционирование всех природных экосистем, часто вызывая существенные их изменения [6-8]. Мониторинг таких изменений и динамическая оценка последствий антропогенного воздействия являются важным ключом к сохранению природных экосистем. Систематическое и углубленное исследование верховых сфагновых болот (рямов) в лесостепной зоне сильно тормозится ограниченностью сведений об эволюции и текущем состоянии выпуклых торфяников, находящихся на границе ареала их распространения. Экосистемы лесостепной зоны наиболее чувствительны к климатическим изменениям, которые могут быть хорошо идентифицированы [9-15]. Именно поэтому природные экосистемы лесостепной зоны являются перспективными и «легко откликающимися» объектами палеоклиматических и палеоэкологических реконструкций, включая расположенные здесь болота. Несмотря на то, что верховые сфагновые болота распространены в разных ботанико-географических зонах Западной Сибири, наиболее уязвимыми к воздействию внешних климатических факторов они оказываются именно в лесостепной зоне [16]. Недостаточная осведомленность о функционировании верховых сфагновых болот лесостепи в прошлом и настоящем определяет необходимость проведения комплексного их исследования, без чего невозможны прогнозы развития в условиях воздействия на них естественных и антропогенных факторов. Известно, что заболоченность Барабинской низменности Западной Сибири достигает 25% [16]. Основную часть этой области составляют низинные травяные болота. Верховые сфагновые болотные сообщества здесь весьма немногочисленны: сосново-кустарничково-сфагновые сообщества в рассматриваемом районе занимают не более 4-6% общей площади болот. В настоящее время такие «островки» представляют собой редкие реликтовые комплексы, находящиеся на границе ареала своего распространения [17]. Каждый подобный объект, с одной стороны, является реликтом, а с другой - на современном этапе своего развития характеризуется активным торфонакоплением [16]. На таких болотах обычно изменен характер растительности, вплоть до выпадения прежних и внедрения новых видов, не характерных для данных сообществ [18]. Считается, что их формирование на территории Барабинской низменности происходило преимущественно в более влажных и более холодных климатических условиях по сравнению с современными. Сейчас островные рямы лесостепи развиваются в климатических условиях, характерных для зоны неустойчивого увлажнения [19-21]. В рамках данного климатического тренда и характерных для него условий экологическое состояние сфагновых болот лесостепной зоны будет напрямую зависеть от изменений видового состава растительных сообществ и их торфяного профиля [18]. Поэтому изучение пространственно-временной динамики таких экосистем является обязательным условием для успешного прогнозирования их дальнейшего развития и сохранения. Важным вспомогательным обстоятельством является то, что торфяная залежь скрывает в себе историю заболачивания и формирования растительного покрова региона на протяжении последних тысячелетий, становясь для исследователей уникальным объектом, который несет в себе информацию об условиях среды на протяжении всего времени существования этого объекта [22]. Основные характерные этапы формирования торфяника отражаются в специфическом напластовании слоев торфа разного ботанического состава. Стратиграфия торфяных отложений является неотъемлемым элементом описания и характеристики развития болот, так как позволяет выявлять региональные и подзональные особенности генезиса и эволюции болотных массивов. На основании детального изучения ботанических и некоторых геохимических характеристик торфяной залежи лесостепных сфагновых болот могут быть выявлены временные этапы их развития, проведена реконструкция растительных сообществ, произраставших на тот момент, определены особенности водного режима и торфонакопления как отклик на климатические изменения в голоцене [23-24]. Целью данной работы является изучение особенностей формирования торфяной залежи Николаевского ряма - представителя верховых болот лесостепи Западной Сибири. Для этого необходимо исследовать особенности строения торфяной залежи ряма, определить возможные этапы развития данного болота и описать изменения некоторых геохимических индикаторов торфонакопления, которые напрямую связаны с известными изменениями климатических условий, произошедших в голоцене. Для решения поставленных задач следует получить экспериментальные результаты по ботаническому составу, степени разложения, физико-химических свойствам и возрасту торфов. Материалы и методики исследования Работы проведены в Барабинской лесостепи на болотном массиве возле поселка Николаевка 2-я (Убинский район Новосибирской области). Основные исследования выполнены в августе и сентябре 2008 и 2010 гг. Объект изучения - сосново-кустарничково-сфагновое болото, известное как Николаевский рям (N 55°09', E 79°02'). Это верховое болото, территориально приуроченное к Западно-Сибирской провинции тростниковых и крупноосоковых болот [16, 25] и находящееся в непосредственном контакте с сообществами «займищного» типа [16, 18, 26]. Согласно результатам более ранних наблюдений [18, 27-29] экологическое состояние этого объекта является наиболее благополучным по сравнению с большинством других верховых болот лесостепи. Несмотря на частые пожары, случающиеся на ряме, а также частичное вытаптывание, здесь полностью сохранился моховой покров, в котором преобладают сфагновые мхи. Площадь болотного массива составляет приблизительно 200 га. Для исследования ботанического состава выбрана торфяная колонка глубиной 430 см, отбуренная с помощью торфяного бура в предполагаемом генетическом центре болотного массива, в его центральной части. Отбор образцов для определения ботанического состава торфа производился последовательно послойно каждые 10 см до минерального горизонта. Рядом с колонкой для определения ботанического состава отобраны образцы торфа из нескольких колонок для исследования физико-химических свойств и элементного состава торфа глубиной 400 см. Отбор образцов торфа производился послойно каждые 25 см до минерального горизонта. Аналитические работы по определению физико-химических свойств (рН, зольность, объемный вес), степени разложения и ботанического состава торфа выполнялись стандартными методами [30-32]. Определение концентраций отдельных химических микроэлементов (B, Ga, Ce, Y) после предварительного кислотного разложения сухого размолотого торфа проводили методом масс-спектрометрии (ICP-MS) с индуктивно связанной аргоновой плазмой на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500ce (США) согласно известной методике [33]. На основании этих экспериментальных данных рассчитаны геохимические индикаторы условий осадконакопле-ния B/Ga и Ce/Y, предложенные ранее А.И. Сысо [34-35], и найдено их соответствие климатическим условиям формирования торфа [4, 36]. Содержание бора и отношение B/Ga являются индикаторами термических характеристик климата, а отношение Ce/Y характеризует его влажность. Возраст торфяной толщи исследуемого болота был оценен исходя из мощности торфяника и средней скорости торфонакопления, установленной ранее на примере других лесостепных рямов [16]. Результаты исследования и обсуждение Растительный покров Николаевского ряма представлен сосново-кустар-ничково-сфагновыми сообществами. Разреженный древесный ярус состоит из сосны Pinus sylvestris L. высотой до 10 м с примесью березы Betula pubescens Ehrh. Микрорельеф ряма хорошо выражен: до 50% его площади занимают кочки, высота которых достигает 30-40 см, а диаметр - до 1,5 м. Среди кустарничковых видов массово представлены Ledum palustre L. (с проективным покрытием 40%), Chamaedaphne calyculata (L.) Moench. (до 40%) и Oxycoccus microcarpus Turcz. ex Rupr. (5%). В травяном ярусе преобладает Rubus chamaemorus L., изредка встречается Eriophorum vaginatum L. Доминантами мохового покрова являются сфагновые мхи Sphagnum fuscum (Schimp.) H. Klinggr. и Sphagnum capillifolium (Ehrh) Hedw. (80% проективного покрытия). На периферии сосново-кустарничково-сфагновая рямовая растительность граничит с тростниковыми и осоково-тростниковыми сообществами. Уровень болотных вод большую часть вегетационного периода колеблется в пределах 30-60 см ниже поверхности мохового покрова. По растительности Николаевский рям представляется довольно типичным для исследуемой территории лесостепной зоны Западной Сибири. Однако при сравнении растительности Николаевского ряма с другими известными рямами этой климатической зоны [18] нельзя не заметить, что на последних заметно увеличена доля зеленых мхов. Это явное различие отражает характерные регрессивные процессы, происходящие на других рямах и связанные в основном с деятельностью человека. Таким образом, для специалистов-исследователей Николаевский рям выгодно отличается от других территориально близких объектов, поскольку не затронут в заметной степени негативными антропогенными процессами. Почвы исследуемого болотного массива представлены торфяными олиго-трофными [37] или болотными верховыми на средних (1-2 м) и глубоких торфах (> 2 м) [38]. Максимальная мощность торфяной колонки составляет 430 см. Объемный вес торфа по глубине залежи изменяется слабо - от 0,04 до 0,08 г/см3. Средняя зольность торфов небольшая и составляет около 3,9% (n = 15) при высокой кислотности (рН - около 3) (рис. 1). По совокупности полученных нами физико-химических показателей торфяную залежь следует отнести к верховому типу [39]. Установлено, что торфяные отложения слабо обогащены минеральными включениями, попадающими на болото с атмосферными осадками. При этом основные минеральные частицы, обнаруженные в торфяной залежи, - это угли (обугленные растительные остатки и частицы сажи), образовавшиеся в результате пожаров естественного или антропогенного происхождения. Микроскопическое изучение ботанического состава торфа показывает, что верхняя часть торфяной залежи Николаевского ряма (около 70% мощности всей залежи) сформирована в основном фускум-торфом низкой степени разложения (от 5 до 20%) (рис. 2). Здесь же в небольшом количестве присутствуют другие верховые торфы - ангустифолиум-торф, сфагновый и пушицево-сфагновый (около 12% мощности залежи), каждый со степенью разложения 10-20%. Интересно, что количественная составляющая толщи, приходящаяся на переходный и низинный торфы, довольно мала - около 19%. Из них на долю переходных торфов приходится 5%, представленных сфагновым торфом средней степени разложения (30-35%), а на долю низинных торфов - около 14%. Основание залежи сложено напластованием сфагнового (скваррозум торф), травяно-сфагнового, пушицево-сфагнового и древесно-травяного торфов, степень разложения которых изменяется от 25% в скваррозум-торфе до 55% в древесно-травяном торфе. Следовательно, торфяную залежь Николаевского ряма следует классифицировать как фускум-залежь, поскольку более 50% залежи сложено фускум-торфом [39]. Согласно полученным результатам при формировании залежи вклад торфов «эвтрофный-мезотрофный-олиготрофный» может быть определен в соотношении 3:1:18. Рис. 1. Распределение зольности, кислотности и геохимических индикаторов осадконакопления в торфяной залежи Николаевского ряма. По горизонтали: А - зольность, %; В - концентрация бора, мг/кг сухого веса торфа; по вертикали: мощность торфяной залежи, см [Fig. 1. Distribution of ash content, acidity and some geochemical indicators of sedimentation conditions in the Nikolaevka ryam peat deposits. The X-axis: A - Ash content, %; B - Boron concentration, mg/kg of dry peat; the Y-axis - The depth of peat deposits, cm] Преобладающий в залежи фускум-торф характеризуются высоким содержанием в нем остатков Sphagnum fuscum (от 40 до 70%, иногда до 100%), могут присутствовать остатки S. magellanicum, S. angustifolium (до 10-15%). В травянистых остатках встречается пушица, в древесных - остатки коры сосны и вересковых кустарничков. Ангустифолиум-торф характеризуется преобладанием остатков S. angustifolium (до 50-95%), наличием S. fuscum и S. magellanicum, из трав - пушица, из древесных - остатки сосны и вересковых кустарничков. Сфагновый торф представляет собой сборный вид, в растительном волокне которого приблизительно в равных соотношениях присутствуют S. fuscum, S. magellanicum и S. angustifolium с примесью пушицы и кустарничков. Пушицево-сфагновый торф сложен остатками пушицы и сфагновых мхов (S. angustifolium) с примесью кустарничков, сосны, осок. Сфагновый переходный торф формируют остатки олиготрофных (S. angustifolium) и эвтрофных (S. squarrosum) мхов (от 45 до 90%). Присутствуют остатки осок и пушицы. Сфагновый низинный торф состоит из остатков эвтрофных сфагновых мхов (в нашем исследовании - S. squarrosum, от 70 до 100%). В травянистых остатках отмечены осоки, вейник, вахта, в древесных - кустарнички. Травяно-сфагновый торф сложен остатками трав в различном их сочетании и сфагновых мхов с примесью гипновых мхов, среди древесных - остатки березы. Пушицево-сфагновый торф состоит из остатков пушицы (до 40%) *wV2 ****vrrvrv -tf ж ii f? > ш 1 fell ооооооооооооооос CM tOCOOtN-^tOCOOtN Tf 10 CO С i О 1 tM 1 M о о (О C5 CO о о 00 о О ч» о CM Tf и эвтрофных сфагновых мхов (S. squarrosum, 40-50%) с примесью осок. Древесно-травяной торф характеризуется содержанием древесных остатков сосны, березы и др. (от 15 до 35%) и большим количеством травянистых остатков - осок, вахты, вейника с примесью пушицы, хвоща, тростника, сабельника. Ни один из травянистых остатков количественно не преобладает. В торфе встречаются остатки сфагновых и гипновых мхов. Наши данные по ботаническому составу хорошо согласуются с литературными, касающимися болот лесостепи на территориях Новосибирской и Челябинской областей, где отмечается наличие мощных залежей верхового торфа (до 80-90%) в указанных болотных массивах (таблица). Ботаническая характеристика торфяной залежи лесостепных рямов [Botanical characteristics of peat deposits from forest-steppe ryams] Название объекта [Object] Местоположение [Location] Типы торфа, % в торфяной колонке [Types of peat, % in peat column] Мощность залежи, м [Depth of deposits, m] верховой [oligotrophic] в том числе фускум [including fuscum peat] переходный [meso-trophic] низинный [eutro -phic] Убинский рям1 [Ubinskiy ryam1] Новосибирская обл. [Novosibirsk oblast] 57 57 7 36 3,5 Гуськов-ский рям1 [Gus'kovskiy ryam1] Новосибирская обл. [Novosibirsk oblast] 92 92 3 5 9,3 Убинский рям2 [Ubinskiy ryam2] Новосибирская обл. [Novosibirsk oblast] 85 85 6 9 4,7 Беглян-ский рям2 [Beglyans-kiy ryam2] Новосибирская обл. [Novosibirsk oblast] 83 50 0 16 3,6 Рям в окрестностях с. Саломатово3 [Salomatovo ryam3] Челябинская обл. [Chelyabinsk oblast] 79 21 14 7 3,5 Николаевский рям [Nikolae-vka ryam] Новосибирская обл. [Novosibirsk oblast] 81 70 5 14 4,3 [Note. 1 - [16]; 2 - [20]; 3 - [40]]. На низинный торф в них приходится от 5 до 36%; доля переходного торфа при этом изменяется от 0 до 7%. Исключением является рям в окрестностях с. Саломатово Челябинской области, для которого, как известно, несколько дольше длилась мезотрофная стадия торфообразования. Поэтому здесь наблюдается повышенное содержание переходного торфа (14%). Одновременно для этого ряма исследователи отмечают пониженную мощность фускум-торфа (до 21%) и доминирование магелланикум-торфа (до 50%). Для рямов Новосибирской области характерным обстоятельством является то, что во время олиготрофной стадии их развития был отложен в основном фускум-торф с небольшой примесью других торфов - ангусти-фолиум-торфа, сфагнового, пушицево-сфагнового (Николаевский и Беглян-ский рямы). Во время мезотрофной стадии развития лесостепных верховых болот отлагался преимущественно сфагновый переходный торф. Эвтрофная стадия развития этих болот характеризуется накоплением осокового, осоко-во-тростникового, тростниково-сфагнового, сфагнового и гипнового видов торфа. Николаевский рям является некоторым исключением, поскольку его начальное торфонакопление характеризуется древесно-травяным и пушице-во-сфагновым видами торфа. Представленные данные указывают на общую характерную особенность лесостепных верховых болот и изученного Николаевского ряма. Согласно стратиграфии их торфяной залежи, лесостепные рямы характеризуются преобладающей толщей верхового торфа (преимущественно фускум) и небольшими слоями переходного и низинного торфов, что, по-видимому, является прямым следствием определенной однородности климатических условий и в первую очередь экологических условий, в которых они формировались. При сравнении рямов лесостепной и таежной зон Западной Сибири последние отличаются многообразием стратиграфии, которая различается в зависимости от региональной и геоморфологической приуроченности, обусловливающей специфику их развития. Рямы таежной зоны, располагающиеся в центральных частях болотных массивов, характеризуются фускум-либо комплексной торфяной залежью, реже - шейхцериево-сфагновой, ангустифолиум, магелланикум, шейхцериевой, пушицевой, переходной или смешанной топяной залежью с преобладанием характерных торфов [5, 16, 24, 26]. Рямы Барабинской лесостепи характеризуются только фускум-за-лежью. В рямах таежной зоны может отсутствовать эвтрофная стадия, а торфонакопление начинается с мезотрофной и даже олиготрофной стадии, что зависит от условий водно-минерального питания растений и геоморфологических условий развития болота. Болотообразование в лесостепи начинается в условиях богатого минерального питания вследствие засоленности подстилающих грунтов и высокой минерализации грунтовых вод, поэтому начинается с эвтрофной стадии [16, 41]. Отличительная особенность торфяной залежи исследуемого болота от других лесостепных рямов выявлена для эвтрофной стадии торфонако-пления на начальном этапе развития болота (см. рис. 2). Основание залежи сложено напластованием скваррозум-торфа, травяно-сфагнового, пуши-цево-сфагнового и древесно-травяного торфов, тогда как для других лесостепных рямов эвтрофная стадия характеризуется накоплением осокового, осоково-тростникового, тростниково-сфагнового, сфагнового и гипнового видов торфа. Для исследуемого ряма характерно преобладание в нижних горизонтах торфа пушицы (E. vaginatum), вейника (Calamagrostis neglecta), несолевыносливого вида мхов (Sphagnum squarrosum Crome). Вероятный процесс болотообразования происходил следующим образом. В березовом колке, со временем подвергшемся заболачиванию, благодаря прогрессирующему опреснению поселяются влаголюбивые виды трав (вахта, вейник) и гипновых мхов. Они способствуют отложению древесно-травяного торфа в основание залежи. Вследствие сложившегося водного режима происходит вытеснение древесного яруса с одновременным увеличением доли травяного и мохового ярусов. В этот период развития накапливаются пушицево-сфагновый, травяно-сфагновый и сфагновый (Sphagnum squarrosum Crome) низинный торфы, а также создаются условия для перехода эвтрофной стадии развития болота в следующую - мезотрофную, и далее в олиготрофную. В других лесостепных рямах, исследованных и описанных ранее, начало болотообразовательного процесса характеризовалось не поселением Sphagnum squarrosum, а появлением и расселением другого доминирующего вида торфа - Sphagnum teres (Schimp) Angstr. - как более солевыносливого [16, 41]. Согласно литературным данным, на эвтрофной стадии болотообразования лесостепных рямов преобладали тростниковые сообщества, сообщества корневищных и кочкарных осок [16, 20, 40], тогда как для Николаевского ряма характерны березово-разнотравные и пушице-во-сфагновые сообщества. Эти данные означают, что исследуемый рям не вписывается в полной мере в ставшую классической схему развития болот лесостепи, предложенную О.Л. Лисс и др. [16]. Для Николаевского ряма вклад осок слабо отражен в торфяной залежи, зато здесь преобладает пушица. Это отличие в ботаническом составе торфа может быть связано с некоторыми особенностями локальных условий среды и климата, при которых формировалось исследуемое болото. Возможная схема развития Николаевского ряма приведена на рис. 3. Полученные нами расчетные датировки в сочетании с данными стратиграфии позволили детально реконструировать динамику растительности центральной части болота. Согласно нашим данным, ее формирование на этом участке началось на месте переувлажненного березового колка с эв-трофной стадии не позднее 2,6 тыс. лет назад и связано с существованием березово-разнотравного сообщества (I). Через 100 лет происходит выпадение древесного яруса и образование болота с пушицево-сфагновым (II), тра-вяно-сфагновым (III) и сфагновым (IV) со S. squarrosum, а затем - сфагновым (V) со S. squarrosum + S. angustifolium сообществами, которые существовали и развивались далее на протяжении следующих 500 лет. Затем начинается переход от мочажинного растительного покрова к ряму, произошедший около 2,1 тыс. лет назад через стадию пущицево-сфагновых сообществ (VI) с S. angustifolium (VI) и S. angustifolium + S. fuscum (VII) к сосново-кустарнич-ково-пушицево-сфагновому (VIII) и сосново-кустарничково-сфагновому (IX) со S. fuscum, существующему и в настоящее время. По нашим оценкам, переход к растительному сообществу, характеризующему современный этап развития болота, произошел около 1,6 тыс. лет назад. Сосново-кустарничково-сфагновая [pine-dwarf shrub-Sphagnum] (рям [ryam]) ♦ Сосново-кустарничково-пушицево-сфагновая [pine-dwarf shrub-cotton grass-Sphagnum] * Пушицево-сфагновая [cotton grass-Sphagnum] МЕЗОТРОФНАЯ [MESOTROPHIC] Сфагновая ^Sphagnum] Сфагновая [Sphagnum] if e о Травяно-сфагновая [grass-Sphagnum] Пушицево-сфагновая [cotton grass-Sphagnum] Березово-разнотравная [birch-grass] Колочная [birch-willow-grass] Западина [depression] Рис. 3. Схема развития Николаевского ряма [Fig. 3. The scheme of the Nikolaevka ryam evolution] Таким образом, Николаевский рям оказывается значительно моложе (около 2,6 тыс. лет) многих других описанных сосново-кустарничково-сфагно-вых болот лесостепи Барабинской низменности [16, 26]. Например, возраст Убинского ряма оценивается исследователями как 4,4 тыс. лет, Гуськовского ряма - 3,6 тыс. лет. В целом же следует отметить, что все перечисленные лесостепные рямы являются намного более молодыми образованиями, чем со-сново-кустарничково-сфагновые болота таежной зоны Западно-Сибирской равнины. Климатические изменения, происходившие в голоцене на территории лесостепной зоны Барабинской низменности, не могли не найти своего отражения в развитии исследуемого торфяника. Для того чтобы выявить и проследить такое влияние, специалистами применяются разные подходы и методики. Например, можно провести детальный анализ геохимических индикаторов условий осадконакопления - количественных соотношений микроэлементов бор/галлий (B/Ga) и церий/иттрий (Ce/Y) [34, 35], характеризующих изменение воздушных потоков, приносящих аэрозоли разного химического состава на поверхность болотного массива. Проведенный нами анализ распределения по торфяной залежи значений этих геохимических индикаторов (см. рис. 1) показал существенное немонотонное варьирование значений индикаторов по всей торфяной толще с наличием выраженных минимумов и максимумов. Это означает, что на протяжении всего процесса формирования исследуемой залежи происходили многократные долговременные изменения направлений доминирующих воздушных потоков, что неизбежно влекло смену климата. Согласно оценкам возраста торфяных отложений, рассчитанных нами на основании известной величины средней скорости торфообразования (1,64 мм/год), образование изучаемого болотного массива происходило преимущественно во времена более холодного и более влажного периода - около 2,6 тыс. лет назад, т.е. в конце суббореаль-ного периода [4, 36]. 11 2S ёё И о° Чтобы перепроверить эту оценку возраста и убедиться в ее адекватности, мы попытались выявить взаимосвязь указанных выше геохимических индикаторов осадконакопления с климатическими условиями торфообразования, характерными для указанного временного периода. Так, известное повышение температуры климата, наблюдаемое в Барабе около 2,0 тыс. лет назад, совпадает по временной шкале с увеличением содержания бора до 11,7 мг/ кг и ростом количественного соотношения B/Ga до значения 25,6 в торфяной залежи Николаевского ряма на глубине 330 см, т.е. соответствующее изменение климата было отражено в торфе и может быть легко идентифицировано. Происходившее одновременно с повышением температуры снижение общего количества осадков нашло отражение в уменьшении соотношения Ce/Y в торфе до 2,6 на глубине 350 см. Более позднее похолодание климата на территории Западной Сибири и Барабы, случившееся примерно 1,4-1,2 тыс. лет назад, коррелирует с понижением содержания бора (до 4,4 мг/кг) и соотношения B/Ga (до 8,5) в торфе на глубине 200-230 см, а увеличение количества осадков - c возрастанием соотношения Ce/Y (до 3,7) на глубине 230 см. Период малого климатического оптимума (1,3-0,6 тыс. лет назад), характеризуемый повышением температуры климата и уменьшением общего количества осадков, нашел отражение в той части торфяной залежи Николаевского ряма, возраст которой нами определен как 1,0-0,8 тыс. лет (на глубине 100-150 см): здесь наблюдаются увеличение содержания бора (до 10,8 мг/кг), увеличение соотношения B/Ga до максимальной величины 32,8, а также минимизация соотношения Ce/Y (2,8). Аридизация и увеличение температуры климата Западной Сибири, которые длятся последние 500 лет до настоящего времени [36], прослеживаются по изменению геохимических индикаторов в верхней части торфяного профиля исследуемого болота на глубине 0-30 см (см. рис. 1). Это означает, что полученные нами оценки возраста торфа хорошо согласуются с климатическими изменениями, произошедшими на территории юга Западной Сибири и конкретно в Барабе [9, 10, 12, 14, 15]. Подтверждается, что время возникновения исследуемого болота приходится на холодный и влажный период, который для Барабы определяется как «холодный период» 3,4-2,3 тыс. лет назад [10] и 3,0-2,5 тыс. лет назад [14] или «холодный и влажный» период 5,0-2,0 тыс. лет назад [15]. Аналогичный «холодный и влажный» период для Кулунды датируется 3,8-2,0 тыс. лет назад [12]. Далее происходили повышение температуры и снижение количества осадков, отмеченные нами около 2 тыс. лет назад, и этот временной интервал соответствует описанным в литературе «сухому» периоду в Барабе 2,8-1,7 тыс. лет назад [10], «теплому и сухому» периоду на этой же территории 2,0-0,8 тыс. лет назад [15] или в Кулунде - 2,0-1,9 тыс. лет назад [12], а также просто «теплому и сухому» периоду 1,9-0,6 тыс. лет назад [14]. Более поздние похолодание и увеличение количества осадков, оцененные нами по возрасту 1,4-1,2 тыс. лет назад, находят литературные подтверждения в изменении климата на «более холодный и влажный» в Барабе 1,8-0,6 тыс. лет назад [10], «более холодный» в интервале 1,9-0,6 тыс. лет назад [14] и «более влажный» в Кулунде в период 1,9-0,2 тыс. лет назад [12]. Период 1,0-0,8 тыс. лет назад, охарактеризованный нами как период малого климатического оптимума, согласуется с данными по Барабе об увеличении температуры, длящемся с 1,5 тыс. лет назад по настоящее время [15]. Ари-дизация климата, происходящая последние 500 лет, была отмечена рядом исследователей [9, 10, 12, 14]. Таким образом, наблюдается хорошее соответствие между описанными ранее региональными климатическими изменениями во времени и динамикой значений геохимических индикаторов осадконакопления, выявленных для послойных отложений торфяной толщи. Незначительные отклонения в оценках могут быть связаны с особенностями методов, использованных разными исследователями, разной точностью и чувствительностью к исследуемым объектам. Могут оказывать влияние какие-то локальные экологические условия и устойчивость (или восприимчивость) конкретной экосистемы к внешним воздействиям. Применительно к нашему объекту следует сделать необходимое уточнение. Мы не допускаем, что в торфонакоплении наблюдался перерыв. При этом большая часть торфяной залежи образована верховым торфом, сформированным в условиях атмосферного питания растительности. При таких условиях геохимический метод оказался более чувствительным к изменению климатических характеристик в голоцене. Ботанический состав торфа, характеризующий развитие болота во времени, напротив, демонстрирует гомеостаз экосистемы под влиянием факторов окружающей среды. Полученные результаты показывают, что исследованная торфяная залежь оказалась очень чувствительной к наблюдавшимся в голоцене изменениям климата. Но эта чувствительность проявилась не столько в изменениях ботанического состава торфа (который оказался достаточно «консервативным»), сколько в динамике накопления и депонирования некоторых микроэлементов. Имея количественные изменения содержание в торфе этих микроэлементов, можно рассчитать некоторые геохимические индикаторы, которые позволяют очень точно реконструировать изменяющиеся климатические условия в голоцене. В конечном итоге исследование торфяной залежи способствует выявлению и изучению региональных и локальных изменений окружающей среды на протяжении тысячелетий - в течение всего периода активного торфообразования исследуемого болота. Заключение По результатам исследования можно констатировать, что Николаевский рям обладает рядом сходных черт с другими описанными рямами, расположенными на территории лесостепи Западной Сибири. Прежде всего необходимо указать на их мощный слой верхового торфа, небольшой слой низинного и совсем малую прослойку переходного торфа. К тому же исследуемое болото характеризуется довольно большой мощностью торфяной залежи (около 4 м), хотя и является более молодым по возрасту (около 2,6 тыс. лет) по сравнению с аналогичными болотами лесостепи Барабинской низменности. Полученные результаты хорошо дополняют ранее опубликованные научные данные об образовании и развитии верховых болот лесостепи Западной Сибири и подчеркивают некую уникальность, единообразие в их формировании. Наличие мощного слоя верхового торфа, ботанический состав которого мало изменяется по всей глубине колонки, несмотря на существенные колебания климатических условий и других внешних воздействий, указывает на значительную устойчивость (невосприимчивость) экосистемы, находящейся на олиготрофной стадии развития. Вместе с тем торфяная залежь Николаевского ряма отличается от других лесостепных рямов эвтрофной стадией торфонакопления, для которой характерно напластование древесно-травяного, пушицево-сфагнового, тра-вяно-сфагнового и сфагнового (скваррозум) торфов, в формировании которых значительную роль играли такие виды, как Eriophorum vaginatum, Calamagrostis neglecta и Sphagnum squarrosum Crome, что может свидетельствовать о преобладании березово-разнотравных и пушицево-сфагновых сообществ на ранних этапах развития исследуемого болота. Динамика изменения геохимических индикаторов (количественных соотношений микроэлементов B/Ga и Ce/Y в торфе), которые отражают условия осадконакопления на всем периоде формирования торфяной залежи, хорошо соответствует известным изменениям климатических условий на территории современной лесостепи Западной Сибири в голоцене. Таким образом, лесостепные рямы Западной Сибири являются не просто «хрупкими и неустойчивыми реликтовыми ландшафтами», нуждающимися в бережной охране, а уникальными летописями событий прошлого, несущими в себе ценную информацию об изменчивости внешних климатических и других условий в голоцене на территории лесостепи. Авторы благодарят сотрудников лабораторий биогеоценологии и биогеохимии Института почвоведения и агрохимии СО РАН (г. Новосибирск): канд. биол. наук H.П. Миронычеву-Токареву, Н.П. Косых, канд. биол. наук Н.Г. Коронатову, канд. биол. наук Е.К. Вишнякову, канд. биол. наук Ю.В. Ермолова и канд. биол. наук С.А. Худяева за помощь в проведении исследований. Авторы выражают благодарность канд. биол. наук Н.А. Черновой (лаборатория мониторинга лесных экосистем Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, г. Томск) за помощь в определении ботанического состава и степени разложения образцов торфа. Авторы также признательны канд. геол.-минерал. наук О.С. Покровскому (University of Toulouse, GET CNRS, Франция) за предоставленную возможность выполнения аналитических масс-спектрометрических исследований.

Скачать электронную версию публикации