Деструкционная динамика растительных остатков в болотах Западной Сибири

УДК 504:553

Е.К. Паршина, Е.В. Миляева СГГА, Новосибирск

Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, Новосибирск

ДЕСТРУКЦИОННАЯ ДИНАМИКА РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ В БОЛОТАХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Ye.K. Parshina, Ye.V. Milyayeva SSGA, Novosibirsk

The Institute of Soils Science and Agrochemistry of the Siberian Division of Russian Academy of Sciences

DESTRUCTION DYNAMICS OF GROWTH REMNANTS IN WEST SIBERIAN BOGS

The paper deals with the dynamics of dominant peat-formers decomposition in different genesis bog complexes. Decomposition of growth remnants in bogs takes place in warm seasons when the level of bog waters goes down, with oxygen freely penetrating into the upper peat level. Vascular plants decompose slower than peat- and true mosses. The bogbean (both roots and leaves) is the quickest to decay - about 70 % a year. About 40-50 % of grasses and shrubs leaves and roots decompose a year. The Baltic bog moss (sphagnum balticum) is the slowest (about 2 % a year).Biochemical characteristics of peat dust and hypnum account for their low decay rate.

До недавнего времени болота привлекали внимание ученых и практиков главным образом лишь с точки зрения запасов торфа и качества торфяного сырья, как ценного природного ресурса. В последние годы на первое место выходит биосферная роль болот. Одной из наиболее важных биосферных функций которых является связывание углерода в результате фотосинтеза, депонирование его в торфяной залежи и выделение в виде углекислого газа. Несмотря на широкое распространение в Западной Сибири торфяных болот фактические данные о скорости накопления углерода в торфяных залежах весьма ограничены, что препятствует установлению их истинной роли в глобальном цикле углерода, в формировании и поддержании биологического разнообразия региона.

В торфяных отложениях современных болот сосредоточено больше

углерода, чем во всех лесах земного шара. Запасы углерода в торфяниках

12

планеты оцениваются в412х10 т, что сопоставимо с запасами углерода во всей биомассе растительных организмов и в атмосфере планеты. Процесс торфообразования имеет биохимическую природу и происходит в верхнем торфогенном горизонте. Торф образуется в результате неполного разложения растительных остатков. Количество углерода, закрепленного в торфе, равно разнице между чистой первичной продукцией и деструкцией - разложением растительных остатков. В последнее время значительная часть торфяных болот Западной Сибири испытывает всё более возрастающее антропогенное влияние. На юге региона - это осушение болотных массивов с целью добычи торфа и лесомелиорации. На севере территории большое значение имеет загрязнение

поверхности болот вследствие развития инфраструктуры нефтегазового комплекса. Изучение продукции и деструкции в болотных биогеоценозах имеет большое теоретическое значение. Эти процессы являются основными в функционировании болотных экосистем.

Целью нашей работы являлось определение скорости продукционных и деструкционных процессов, которые проводились расчётными и экспериментальными методами. Для определения характера и скорости разложения отдельных торфообразователей применялся метод закладки растительности в торф Скорость разложения изучалась у четырех видов кустарничков, трех видов трав, пяти видов сфагновых мхов и двух видов гипновых на болотах различной трофности.

Объектами наших исследований являются экосистемы пяти болот на территории Западной Сибири, расположенные в зоне лесотундры и в подзонах средней и южной тайги (табл. 1).

Таблица 1. Расположение ключевых участков

Зона и подзона Название болота Координаты Название экосистем

лесотундра плоскобугристое болото «Пангоды» 65°52' с.ш. 74°58' в.д. плоский бугор, мочажина

средняя тайга выпуклое олиготрофное болото «Кукушкино» 60о58' с.ш. 70° 10' в.д. рям, гряда и мочажина ГМК, осоково-сфагновая топь

выпуклое олиготрофное болото «Чистое» 61о03' с.ш. 69°28' в.д. рям, гряда и мочажина ГМК

южная тайга выпуклое олиготрофное болото «Бакчарское» 56о50' с.ш. 82°51' в.д. рям, кустарничково-пушицево-сфагновое с-во, осоково-сфагновая топь, гряда и мочажина ГМК

пойменное болото «Обское» 56°30' с.ш. 84°01' в.д. осоково-гипновая топь

Экспериментальные площадки закладывались в типичных грядово-мочажинных комплексах, представленных кустарничково-сфагновыми ассоциациями на грядах и кустарничково-травяно-сфагновыми в мочажинах. Структурный состав фотосинтезирующей фитомассы годичного прироста на грядах и в мочажинах различен - сфагновые мхи являются абсолютными доминантами (96 %) в мочажинах,а на грядах они становятся содоминантами с кустарничками (57 % и 42 %). Величина ежегодного прироста изменчива и связана с климатическими условиями текущего года. Основной вклад в величину нефотосинтезирующей части первичной продукции вносят корни трав и кустарничков, которые составляют 60 % от общей первичной продукции (№Р). Прирост мхов составляет21 % от №Р - на грядах и 67 % в мочажинах.

Разложение растительных остатков на болотах происходит в теплое время года, когда уровень болотных вод снижается и кислород свободно проникает в верхнюю часть торфяного горизонта.

В болотных комплексах Южной тайги быстрее разлагаются сосудистые растения, медленнее сфагновые и зеленые мхи. Фракция листьев трав и кустарничков, которая составляет около 10 % от общей продукции, почти полностью разрушается в течение первого вегетационного сезона. Скорость разложения листьев доминанта кочек, Chamaedaphne calyculata, составляет 40 %, а межкочий - Carex rostrata - 57 %, Eriophorum vaginatum - 50 %. Также быстро происходит деструкция корней трав и кустарничков, вклад которых достигает 70 % от общей продукции. Скорость разложения корней Chamaedaphne calyculata составляет 35-40 % в год. Для корней Carex rostrata скорость разложения составила 45 %, а для Eriophorum vaginatum - 62 %.

Фракция мхов, составляющая 20 % от общей продукции, наименее подвержена деструкции и большая часть ее переходит в торф. Всего 10 % от первоначального веса разрушается в процессе деструкции. Скорость разложения в межкочьях значительно ниже, чем на кочках, в связи с их

Л

переувлажнением. Доминант межкочий - Sph.balticum образовал 58 гС/м ,

Л

разложилось - 1,6 гС/м (2 %). За год разложение всех фракций живого растительного вещества достигает 60 %, что составляет 442,2 гС/м2.

Процесс разложения в группах трав, кустарничков и мхов зеленых и сфагновых происходит неравномерно как в течении сезона вегетации, так и в течении года.

В группе трав хвощ (Equisetum fluviatele ) за 180 дней теряет 2/3 исходного веса при разложении на гипновом болоте и половину в мочажине олиготрофного болота. Коэффициент разложения, представляющий собой логарифмическое отношение количества разложившегося растительного вещества X к исходному X0 (К = ln x/x0), показывает, что разложение наиболее интенсивно проходит в двадцатисантиметровом слое как надземной так и подземной его части. Листья и корни вахты трехлистной разлагаются наиболее интенсивно в слое 20-30 см на гипновом болоте. Скорость разложения осок увеличивается по трансекту от гряды к мочажине, наибольшее количество разложившегося органического вещества отмечается так же в экосистеме гипнового болота.

У кустарничков наибольшей скоростью разложения обладают листья хамедафны, наименьшей - листья андромеды. Корни и листья имеют однонаправленный тренд от олиготрофной гряды в сторону евтрофной мочажины.

Гипновые мхи имеют низкую скорость деструкции, но она выше, чем у сфагновых мхов.

В грядово-мочажинном комплексе Средней тайги листья верескового кустарничка Chamaedaphne calyculata потеряли за первый год разложения в ряме и на грядах 15 % массы, в топи чуть больше - 18 %. За второй год разложения на повышенных элементах рельефа их масса снизилась ещё на 27 %, а на пониженных только на 7 %. Листья Ledum palustre разлагаются несколько медленнее - за год потери в ряме и на гряде составили 10 %, в течение второго года разложения потери почти в два раза больше - 18 %. Корни кустарничков за первый год и на повышениях и на понижениях имели сходные

потери - 25 %. В течение второго года проведения эксперимента масса корней снизилась ещё на 10 %. Медленнее, чем другие части кустарничков, разлагались стволики. Снижение их массы за год в ряме и на гряде составило 15 %, и чуть меньше в топи - 12. В течение второго года наблюдений масса стволиков понизилась на повышениях - на 9 %, в понижениях только на 3 %.

Сравнивая скорость разложения кустарничка Chamaedaphne calyculata в разных экосистемах, можно сказать, что хамедафне разлагалась быстрее на повышенных элементах рельефа, рям и гряда, и медленнее в понижениях, топь и мочажина.

Ветошь пушицы разложилась за год на повышенных элементах рельефа на четверть массы, корневища и узлы кущения на 15 %, корни на 20 %. Потеря массы ветоши пушицы в течение второго года разложения не определялась, а подземные органы пушицы потеряли в течение второго года еще по 5 %. Значительное снижение массы наблюдалось для ветоши морошки - 30 % за первый год опыта и еще 50 % за второй год.

В экосистеме осоково-сфагновой топи ветошь осок теряла по одной четвертой части массы ежегодно в течение двух лет наблюдений. Корни и корневища осок за первый год разложения потеряли третью часть массы, потери второго года не превысили 5 %. Ветошь и корневища Sheuchzeria palustris разлагались примерно одинаково. Они потеряли треть массы за первый год, в течение второго года опыта их потери составили не более 3 %.

Рекордсменом по скорости разложения является вахта трехлистная. В течение первого года ветошь потеряла половину исходного веса, в течение второго года - ещё 30 %. Быстрому разложению подверглись также корневища вахты: в первый же год они потеряли три четвертых части массы, на второй год снижение незначительное - 4 %. Корни вахты разлагались не так быстро, как другие части растения, значительная потеря массы наблюдалась в первый год (чуть меньше половины исходной массы), в течение второго года корни вахты потеряли ещё 9%.

Сфагновые мхи сильнее разлагались на повышенных элементах рельефа -в ряме и на грядах, и медленнее на пониженных - в топи и мочажинах. Наибольшая потеря массы среди сфагновых мхов отмечена для Sphagnum angustifolium - 32 % за первый год в ряме. В течение второго года потери этого мха составили 10 %. Этот же вид сфагнума в топяном сообществе разлагался медленнее примерно в два раза. Доминант мохового покрова в ряме и на грядах, Sphagnum fuscum, за год разложился на четверть, на следующий год эксперимента он потерял еще по 10 %. Общая потеря массы очеса Sphagnum fuscum за два года разложения составляет 35 % от исходного веса. Наименьшей скоростью разложения обладают доминанты мохового яруса мочажины и топи -Sphagnum balticum, S. papillosum и S. lindbergii - 10-14 % потерь за первый год и 5-10 % в течение второго года опыта.

По разложению лишайников получены предварительные данные. Потеря массы их образцов составила в среднем 30 % за первый год наблюдений в экосистеме гряды.

В лесотундре листья кустарничков Chamaedaphne calyculata и Ledum decumbens разложились на буграх в среднем на 15 %, что является похожим результатом с разложением листьев кустарничков в средней тайге. Корни кустарничков потеряли почти 20 %, что на 10 % меньше, чем в средней тайге.

Масса образцов ветоши и корневищ морошки снизилась на четверть, что лишь немного меньше, чем в средней тайге. Ветошь Carex globularis разложилась на буграх на 15 %. Ветошь Carex limosa закладывали в мочажине, снижение массы составило 20 %, что меньше на 3-5 %, чем разложение осок в средней тайге.

Sphagnum fuscum разлагался в лесотундре на буграх в три раза медленнее, чем в средней тайге в ряме и на грядах. Снижение массы его образцов составило 8 % (в средней тайге 25 %). В то же время по разложению мочажинного мха Sphagnum balticum и в лесотундре, и в средней тайге получились почти одинаковые результаты - 10 % потери массы за год.

Снижение массы образцов лишайников при разложении в лесотундре равно 15 %, что в два раза меньше чем в средней тайге.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основными торфообразователями на болотах верхового типа являются сфагновые мхи. В средней тайге по истечению двух лет после отмирания сфагновый очес в ряме и на грядах потерял от 20 до 40 % исходной массы, в топяных и мочажинных экосистемах по истечению двух лет после отмирания очеса мхов потери веса составили 20 %.

Легче других растений подвергались разложению ветошь и корневища вахты трехлистной (Menyanthes trifoliata) и морошки (Rubus chamaemorus). Через два года после отмирания опад этих растений разложился на 80 %.

По скорости разложения фракции растительного вещества можно разделить на 3 группы:

- Быстро разлагающиеся (потери за два года от 50 % и больше). Группа включает ветошь, корни, корневища вахты и морошки;

- Средне разлагающиеся (потери за два года от 30 до 50 %). В группу входят листья и корни кустарничков, ветошь, корни, корневища осок и шейхцерии, сфагновые мхи, доминирующие в моховом покрове в рямах и на грядах (Sphagnum fusciim, S.angustifolium, S.magellanicum);

- Медленно разлагающиеся (потери за два года не больше 30 %). В эту группу входят стволики кустарничков, узлы кущения, корневища и корни пушицы, сфагновые мхи, доминирующие в топяных и мочажинных сообществах (S.balticum, S.papillosum, S. lindbergii);

Порядок разложения определяется типом экосистемы, видом растения и фракцией растительного вещества.

© Е.К. Паршина, Е.В. Миляева, 2009