Transformation of the surface and vegetation cover of drained bogs in Tomsk region
Currently, drained wetlands are not used and there exist a danger of occurrence of unfavorable ecological situations. Despite the low efficiency and significant environmental damage, raised bogs were drained on the territory of Western Siberia in 1970-1980. In particular, areas for hydromelioration are about 150 km2 in the Eastern parts of the Vasyugan Swamp. Of special concern is the lack of data about their current state and dynamics. Thus, the aim of this study was to evaluate the condition and processes of restoration of drained bogs with different degrees of anthropogenic load based on analyzing the characteristics of the surface microrelief, structure and species composition of plant communities. The objects of the study were 7 key sites located within three bog massifs: Bakchar bog, Iksa bog and Ust-Bakchar bog (57°N 82°E) (See Table 1). Drainage for forest melioration was carried out within Bakchar bog and Iksa bog, and for peat extraction it was within Ust-Bakchar in 1970-1980. Drainage of peat deposits at all sites was carried out through the network of open channels. The process of self-restoration of drained bogs developed due to the lack of repair of the drainage network. Methods for assessing the condition and recovery of drained bogs based on the study of the microrelief structure and species composition of vegetation included identification of the degree of differences of parameters of the drained sites from the parameters identified for natural bogs. We conducted a field research during the growing season 2016 at key sites within the drainage network at an equal distance from the drainage channels (drained areas) and outside the drainage network (conditionally natural areas). The field study included geobotanical descriptions and levelling survey of the bog surface. Statistical analysis of the results of geobotanical descriptions included a comparison of the occurrence of bryophytes and lichens, pine heights, projective cover of grass and shrub species between drained and natural areas using the Mann-Whitney test and the Kruskal-Wallis test. A comparison of the distribution of the heights of the microrelief of natural and drained sites was carried out using the Mann-Whitney test (U-test). When analyzing the obtained data for the frequency of species occurrence in the moss layer, significant differences were revealed for the types of sphagnum mosses (Sphagnum fuscum, S. angustifolium and S. magellanicum), and three types of green mosses (Pleurozium schreberi, Dicranum polysetum, Polytrichum strictum). The proportion of sphagnum mosses reduced, while the proportion of green mosses increased at drained sites (See Fig. 4). The analysis of the projective cover of the grass-shrub layer showed a decline in the share of Andromeda polifolia, but the proportion of Vaccinium uliginosum and V. vitis-idaea increased at the drained sites (See Fig. 5). A comparison of Pinus sylvestris height showed that there were significantly more trees with a height of 3 and 4 m in natural areas; drained sites are characterized by an increase in the number of trees above 5 m. The characteristic parameters of the microrelief for natural and drained pine-shrub-sphagnum bogs are shown (See Table 2). A 1.2-fold increase in the parameters of the microrelief fragmentation from natural to drained for the purpose of forest hydromelioration was noted. This is, probably, associated with an increase in the productivity of vegetation at elevations and some lowering of the bog surface in depressions in the period after draining. The draining of bogs with the aim of peat extraction led to the leveling of the surface as a result of activating the processes of decomposition and lowering of the upper layers of peat deposits. Differences in the distribution of heights relative to the average surface between drained and natural sites are shown. Natural areas are characterized by a proportional distribution of positive and negative forms (coefficient of asymmetry 0.1); for drained ones, the predominance of negative forms of the microrelief (asymmetry coefficient 0.3-0.54) is inherent. The proportion of heights at the average surface decreases from natural areas to drained ones from 43% to 29%. Ust-Bakchar bog is characterized by the greatest differences between natural and drained sites in the fragmentation of the microrelief and the distribution of elevation relative to the average and minimum surface height; Bakchar bog is characterized by the smallest ones (See Fig. 1-3). Thus, as a result of the study, we detected plant species (S. magellanicum and A. polifolia) and the surface microrelief characteristics (fragmentation and fraction of heights near the average surface), indicating the restoration of disturbed bogs. The processes of natural restoration of drained pine-shrub-sphagnum bogs were observed within the areas of forest melioration at Bakchar bog and, to a lesser extent, at Iksa bog. At Ust-Bakchar bog, the restoration of the drained site was not identified, which may be due to a more significant decrease in the bog water level and recurring surface and vegetation cover damage caused by fires. The paper contains 5 Figures, 3 Tables and 42 References.
Keywords
восстановление болот,
мелиорация болот,
расчлененность поверхности,
Васюганское болото,
сфагновые мхи,
осушительные каналы,
restoration of wetlands,
forest hydromelioration,
fragmentation of bog surface,
The Great Vasyugan Mire,
sphagnum mosses,
drainage channelAuthors
Sinyutkina Anna A. | Siberian Research Institute of Agriculture and Peat, Branch of Siberian Federal Scientific Centre of Agro-Biotechnologies | ankalaeva@yandex.ru |
Gashkova Lyudmila P. | Siberian Research Institute of Agriculture and Peat, Branch of Siberian Federal Scientific Centre of Agro-Biotechnologies; Tomsk State University | gashkova-lp@rambler.ru |
Maloletko Anton A. | Siberian Research Institute of Agriculture and Peat, Branch of Siberian Federal Scientific Centre of Agro-Biotechnologies | maloletko.anton@yandex.ru |
Magur Maria G. | Siberian Research Institute of Agriculture and Peat, Branch of Siberian Federal Scientific Centre of Agro-Biotechnologies | rubzova@rambler.ru |
Kharanzhevskaya Yulia A. | Siberian Research Institute of Agriculture and Peat, Branch of Siberian Federal Scientific Centre of Agro-Biotechnologies; Tomsk State University | kharan@yandex.ru |
Всего: 5
References
Перспективное использование выработанных торфяных болот / под общ. ред. В.В. Панова. Тверь : Триада, 2013. 280 с.
Laine J., Vasander H., Laiho R. Long-Term Effects of Water Level Drawdown on the Vegetation of Drained Pine Mires in Southern Finland // Journal of Applied Ecology. 1995. Vol. 32, № 4. PP. 785-802. doi: 10.2307/2404818
Bacon K.L., Baird A.J., Blundell A., Bourgault M.-A., Chapman P. J., Dargie G., Dooling G.P., Gee C., Holden J., Kelly T., McKendrick-Smith K.A., Morris P.J., Noble A., Palmer S.M., Quillet A., Swindles G.T., Watson E.J., Young D.M. Questioning ten common assumptions about peatlands // Mires and Peat. 2017. Vol. 19 (12). PP. 1-23. doi: 10.19189/MaP.2016. OMB.253
Пахучий В.В., Пахучая Л.М. Лесоводство на заболоченных землях. СПб. : СПбГЛТУ, 2017. 232 с.
Williamson J., Rowe E., Reed D., Ruffino L., Jones P., Dolan R., Buckingham H., Norris D., Astbury S., Evans C.D. Historical peat loss explains limited short-term response of drained blanket bogs to rewetting // Journal of Environmental Management. 2017. № 188. PP. 278286. doi.org/10.1016/jjenvman.2016.12.018
Anderson R., Peace A. Ten-year results of a comparison of methods for restoring afforested blanket bog // Mires and Peat. 2017. Vol. 19 (6). PP. 1-23. doi: 10.19189/MaP.2015. OMB.214
Stivrins N., Ozola I., Galka M., Kuske E., Alliksaar T., Andersen T.J., Lamentowicz M., Wulf S., Reitalu T. Drivers of peat accumulation rate in a raised bog: impact of drainage, climate, and local vegetation composition // Mires and Peat. 2017. Vol. 19(8). PP. 1-19. doi: 10.19189/MaP.2016.OMB.262
Minayeva T.Yu., Bragg O.M., Sirin A.A. Towards ecosystem-based restoration of peatland biodiversity // Mires and Peat. 2017. Vol. 19 (1). PP. 1-36. doi: 10.19189/MaP.2013. OMB.150
Ефремов С.П., Ефремова Т.Т. Опыт анализа антропогенных сукцессий в лесоболотных экосистемах // Биогеоценология и ландшафтная экология: итоги и перспективы: материалы IV Международной конференции, посвященной памяти Ю.А. Львова, г. Томск, 2012 г. Томск : Томский государственный университет, 2012. С. 63-68.
Ефремова Т.Т., Аврова А.Ф. Оценка местообитаний болотных сосняков южной тайги Западной Сибири в целях гидролесомелиорации // Лесоведение. 2014. № 3. С. 31-38.
Vasander H. Plant biomass and production in virgin, drained and fertilized sites in a raised bog in southern Finland // Annales Botanici Fennici. 1982. № 19. PP. 103-125.
Бамбалов Н.Н., Ракович В.А. Геоэкологическое обоснование восстановления природных и хозяйственных функций нарушенных болот // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2007. № 1. С. 28-38.
Сирин А.А., Минаева Т.Ю., Возбранная А.Е., Барталев С.А. Как избежать торфяных пожаров // Наука в России. 2011. № 2. С. 13-21.
Каменнова И.Е., Минаева ТЮ. О проекте «Восстановление торфяных болот в России в целях предотвращения пожаров и смягчения изменений климата» // Материалы конференции «IX Галкинские чтения» / под ред. Т.К. Юрковской, СПб. : СПбГЭТУ, 2018. С. 89-92.
Груммо Д.Г., Зеленкевич Н.А., Созинов О.В., Мойсейчик Е.В. Оценка и прогноз пожароопасной ситуации при оптимизации гидрологического режима верхового болота «Ельня» (Беларусь) // Социально-экологические технологии. 2016. № 4. С. 7-19.
Holden J., Burt T.P. Hydraulic conductivity in upland blanket peat: measurement and variability // Hydrol. Process. 2003. № 17. PP. 1227-1237.
Cooper M.D.A., Evans C.D., Zielinski P., Levy P.E., Gray A., Peacock M., Norris D., Fenner N., Freeman C. Infilled ditches are hotspots of landscape methane flux following peatland re-wetting // Ecosystems. 2014. № 17. PP. 1227-1241.
Гашкова Л.П., Синюткина А.А. Оценка трансформации осушенного верхового болота (на примере участка Бакчарского болотного массива) // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2015. № 1(29). С. 164-179. doi: 10.17223/19988591/29/11
Большое Васюганское болото. Современное состояние и процессы развития / под общ. ред. М.В. Кабанова. Томск : Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2002. 230 с.
Сирин А.А., Суворов Г.Г., Чистотин М.В., Глаголев М.В. О значении эмиссии метана из осушительных каналов // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. 2012. Т. 3, № 2(6). EDССrar0005
Синюткина А.А., Бурнашова Е.Н., Беленко А.А., Гашкова Л.П., Малолетко А.А. Оценка потенциальной пожароопасности осушенных болот Томской области // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. Т. 326, № 12. С. 45-53.
Kharanzhevskaya Yu.A. The effects of long-term drainage and restoration on water table level and water chemistry in the Vasyugan mire (Western Siberia) // 17th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM. 2017. Vol. 17, is. 31. PP. 663-668. doi: 10.5593/sgem2017/31/S12.083
Наставления гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 8: Гидрометеорологические наблюдения на болотах. Л. : Гидрометеоиздат, 1990. 360 с.
Ипатов В.С., Мирин Д.М. Описание фитоценоза : методические рекомендации : учеб.-метод. пособие. СПб. : СПбГУ, 2008. 71 с.
Василевич В.И. Статистические методы в геоботанике. Л. : Наука, 1969. 232 с.
Дюкарев Е.А., Кураков С.А., Харанжевская Ю.А. Дифференциальные измерители уровня болотных вод // Проблемы изучения и использования торфяных ресурсов Сибири : материалы Третьей Международной научно-практической конференции. Екатеринбург, 2015. С. 72-75.
Розенберг Г.С. Поль Жаккар и сходство экологических объектов // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2012. Бюл. № 1, т. 21. С. 190-202.
Ценофонд лесов Европейской России: характеристика экологических шкал. URL: http://mfd.cepl.rssi.ru/flora/ecoscale.htm (дата обращения: 01.03.2018).
Бабешина Л.Г., Рогова Н.С., Рыжакова Н.К., Зверев А.А., Меркулов В.Г. Корреляционная зависимость между содержанием химических элементов в сфагновых мхах и их экологическими оптимумами по трофности и увлажнению // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 122131.
Прокопьев Е.П. Экология растений (особи, виды, экогруппы, жизненные формы): учеб. Томск : Том. гос. ун-т, 2001. 340 с.
Синюткина А.А. Особенности микрорельефа болот таежной зоны Западной Сибири // География, история и геоэкология на службе науки и инновационного образования : материалы Всероссийской научно-практической конференции. Красноярск, 2012. С. 63-65.
Taminskas J., Linkeviciene R., Simanauskiene R., Jukna L., Kibirkstis G., Tamkeviciut M. Climate change and water table fluctuation: implications for raised bog surface variability // Geomorphology. 2017. doi: 10.1016/j.geomorph.2017.12.026
Пахучий В.В. Факторы продуктивности осушенных насаждений Европейского северо-востока. Сыктывкар : Изд-во Коми научный центр УрО АН СССР, 1991. 104 с.
Горышина Т. К. Экология растений : учеб. пособие. М. : Высш. школа, 1979. 368 с.
Демаков Ю.П., Сафин М.Г., Богданов Г.А. Лесорастительные условия верховых болот Марийского Полесья // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2010. № 3. С. 27-37.
Kellner E. Surface energy fluxes and control of evapotranspiration from a Swedish Sphagnum mire // Agricultural and Forest Meteorology. 2001. № 110. PP. 101-123. doi:10.1016/S0168-1923(01)00283-0
Wessel D.A., Rouse W.R. Modelling evaporation from wetland tundra. Boundary Layer Meteorol. 1994. № 68. PP. 109-130.
Kellner E., Halldin S. Water budget and surface-layer water storage in a Sphagnum bog in central Sweden // Hydrol. Processes. 2002. № 1. PP. 87-103. doi: 10.1002/hyp.286
Kværner J., Snilsberg P. The Romeriksporten railway tunnel - Drainage effects on peatlands in the lake Northern Puttjern area // Engineering Geology. 2008. № 101. PP. 75-88. doi: 10.1016/j.enggeo.2008.04.002
Laine J., Minkkinen K., Puhalainen A., Jauhiainen S. Effect of forest drainage on the carbon balance of peatland ecosystems. The Finnish Research Programme on Climate Change // Second Progress Report. Helsinki : Publications of the Academy of Finland, 1994. PP. 303308. doi:10.1080/02827589609382940
Грабовик С.И., Кузнецов О.Л. Постмелиоративная динамика растительности кочковато-топяных комплексов травяно-сфагновых болот Карелии // Стационарные исследования лесных и болотных биогеоценозов: экология, продукционный процесс, динамика : тзисы докладов Всероссийской научной конференции с международным участием, г. Сыктывкар, 2016 г. Сыктывкар, 2016. С. 8-9.
Панов В.В. Функциональная неоднородность деятельного слоя сфагновых болот // Вестник ТГПУ. 2008. Вып. 4 (78). С. 21-25.