Распределение питательных элементов на болотах с учетом их пространственной структуры

УДК 574.4

Н.П. Косых, Е.К. Вишнякова

Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, Новосибирск

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА БОЛОТАХ С УЧЕТОМ ИХ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ

В статье рассмотрено распределение питательных элементов с учетом пространственной структуры болотного массива. Определен вклад питательных элементов продукционно-деструкционных процессов всей заболоченной территории.

N.P. Kosykh, E.K. Vishnyakova

Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS

Novosibirsk, Russian Federation

DISTRIBUTION OF NUTRIENTS IN WETLANDS WITH THEIR SPATIAL STRUCTURE

Describes the distribution of nutrients, taking into account the spatial structure of peatlands. Defined contribution nutrients production-decomposition processes throughout wetland of territory.

Западно-Сибирская равнина занимает площадь около 2,6 млн. км2. Из-за сильной выравненности рельефа в сочетании с ограниченной инфильтрационной способностью и слабой проницаемостью подстилающих пород, процесс торфонакопления охватил большую часть равнины. Наибольшая заторфованность территории наблюдается в средней тайге, где заболоченность достигает максимальной величины - 34 %, а в отдельных ее областях до 70 %. Огромные площади болот имеют огромное влияние на изменение климата и играют большую роль в процессах происходящих в глобальных циклах макроэлементов. Исследование процессов и их компонентов, происходящих на заболоченных территориях недостаточно. Основная цель данной работы заключается в оценке основных компонентов баланса питательных элементов на заболоченной территории ключевого участка с учетом площадей различных типов болотных комплексов для подзоны средней тайги Западной Сибири.

В подзоне средней тайги Западной Сибири заложен ключевой участок «Самотлор», репрезентативный для территории средней тайги. Соотношение площадей основных типов ландшафтных единиц ключевого участка Самотлор (Васильев и др., 2002) и ключевого участка «Ханты-Мансийск» близки (Лапшина, Филлипов, 2007). Для ключевого участка «Самотлор» по материалам космической съемки созданы электронные карты, позволяющие оценить соотношение площадей основных типов экосистем для выбранной территории, на которые в дальнейшем можно наложить экспериментальные данные биологической продуктивности. Подробная характеристика пробных площадей и экосистем олиготрофного болота и методы определения продуктивности даны в статье (Kosykh еt all, 2008). Эксперименты по определению скорости разложения растительных остатков доминантных видов в торфяном слое

олиготрофных болотных комплексов в средней тайге велись в течение 3 лет (Паршина, 2009).

Результаты и обсуждение

Расчетные сочетания экосистем в пределах комплексных ландшафтов, полученные с помощью дистанционного метода, позволяют распространить экспериментальные данные продукционно-деструкционных процессов, на всю территорию болотного массива и, в дальнейшем, на всю территорию подзоны (табл. 1). Для составления электронной ландшафтной карты был выбран участок олиготрофного болотного массива Самотлор в окрестностях г. Нижневартовск. Использовались цветные, не трансформированные космические снимки масштаба 1 : 60 000 (разрешение 600 т/дюйм).

Таблица 1 Площади основных типов ландшафтов на ключевом участке (по:

Васильев и др., 2002)

Типы ландшафтов Площадь на ключевом участке, га %, от общей площади территории %, площади болот

Дренированные территории (автоморфные леса) 149,1 5

Пойменные и долинные леса 2,7 0,3

Заболоченные леса и лесоболотные комплексы 18,3 0,7 1

Сосново-кустарничково-сфагновые болота (рямы) 403,0 15 18

Олиготрофные болотные комплексы 1 793,7 64 76

Мезотрофные болота и болотные комплексы 108,8 3 5

Озера 216,7 7

Другие земли 100,5 5

В том числе болот и заболоченных лесов 2 323,8 83

Общая площадь 2 792,8 100

Для анализа болотных массивов с неоднородной ландшафтной структурой -олиготрофных болотных комплексов, с использованием имеющихся исходных материалов высокого разрешения, дополнительно были составлены

крупномасштабные карты на основе метода «вложенных ключей». В результате выявлено 8 типов микроландшафтов, составляющих олиготрофные болотные комплексы. Для каждого из них рассчитано площадное соотношение экосистем гряд, мочажин и озерков.

Анализ величины и структуры общего запаса, прироста, текущего изменения и отпада фитомассы, а также потребления, закрепления и возврата элементов почвенного питания в экосистемах болотного массива в целом позволяет отметить ряд особенностей их формирования. Количество мортмассы на территории 2 522 га формирует до 83 047 тС и живой фитомассы 17 816 тС, каждый год 42 % от этого количества вносится с чистой первичной продукцией (табл. 2). Половина от поступившего каждый год в процессе разложения

покидает территорию массива. Количество фитомассы сосново-кустарничково-сфагновых сообществ рямов и гряд чуть больше по сравнению с запасами в олиготрофных мочажинах. Несмотря на улучшение экологических условий в экосистемах мезотрофных мочажин и ускорения процесса развития травостоя запасы фитомассы в 10 раз меньше, чем в олиготрофныхмочажинах из-за их большего распространения. Запасы фитомассы территории изменяются от 990 до 4 400 тС и мортмассы от 3 543 до 4 800 тС в зависимости от типа экосистемы болотного массива.

Таблица 2 Площади болотных экосистем ^) и компонентов углеродного баланса (М - мортмасса, LB - живая биомасса, ЫРР - чистая первичная продукция, Dес. - разложение растительных остатков) территории болотного

массива

Экосистемы S, га М, тС LB,тС №Р, тС в год Dес., тС в год

Сосново-кустарничково-сфагновые болота (рямы) 403 17274 4433 1815 500,7

Сосново-кустарничково-сфагновые сообщества (гряды) 478,5 20431 4334 1767 481,3

Олиготрофные мочажины (с преобладанием атмосферного питания) 1021 41800 8062 3318 512

Мезотрофные болота (с преобладанием атмосферного питания) 108,8 3543 987,2 612,2 162,3

Озера и озерки 511,2

всего 2522 83047 17816 7512 1656

Для фитомассы гряд и рямов, так же как и мочажин характерно высокое содержание азота. Запасы азота его в экосистемах гряд (67 т), немного ниже содержание его в рямовых экосистемах (61 т), максимальное количество в бедных мочажинах - 73 г/м2 в мезотрофной топи уменьшается до 14 т. Во всех фракциях фитомассы азота больше, чем любого другого элемента. Приведенные данные характеризуют общие черты распределения и миграции масс в растительности болот зоны средней тайги. В период функционирования экосистем в сосново-кустарничково-сфагновых сообществах рямов и гряд накопление в живой фитомассе достигает около 137-156 т элементов питания, в том числе азота 61-67 т, кальция около 30 т, калия 33-41т, магния 11-14 и фосфора 4-5 т (рис. 1 -а). В мезотрофной топи эти показатели составляют соответственно 14, 12, 6, 2 и 1.0 т. В олиготрофных мочажинах емкость круговорота элементов питания во много раз больше. Общая емкость биологического круговорота веществ в экосистемах олиготрофных мочажин в

1,5 раза больше по сравнению с повышенными участками болота (рямы и гряды) и 9 раз больше, чем в экосистемах мезотрофных мочажин.

Продукция экосистем болотного массива составляет 612-3 320 тС в год в зависимости типа экосистемы. С приростом вовлекается в биологический круговорот запасы элементов питания от 24 т в экосистемах мезотрофных мочажин, в сообществах рямов и гряд 51-63, и максимума достигает в олиготрофных мочажинах - 71 т в год. В том числе азота в грядах и рямах 2528 т, кальция 8-10 т, калия 12-17 т, магния 3-5 и фосфора около 2 т (рис. 1-б). В мезотрофной топи эти показатели составляют соответственно 9.5, 8, 4.0, 1.2 и 0.8 т. В олиготрофной мочажине потребление с приростом элементов питания намного больше и составляют соответственно 29 К, 9 Са, 23 К, 6 М^, 3.2 Р т в год.

Рис. 1. Распределение запасов химических элементов в живой фитомассы (а), потребление химических элементов с чистой первичной продукцией (б), потери химических элементов при разложении (в), возвращение химических элементов в процессе ресинтеза (г) в экосистемах болотного массива (ом - олиготрофная

мочажина, мм - мезотрофная мочажина)

Скорость разложения составляет от 160 до 513 тС в год со всей площади болота. При разложение потери элементов составляют около 10 т азота, 14,8-6,6 т Са, 6-10 К, 2-3.4 М§, 0,8-1,1 Р т в год в экосистемах повышенных элементов рельефа (гряды и рямы), 4.4 азота, 7.5 Са, 2.3 К, 0.9 М§, 0.4 Р т в год в экосистемах мезотрофных топей (рис. 1 -в). Максимальные потери при

разложенииинаблюдаются в олиготрофных мочажинах 7.5 азота, 6.5 кальция, 10.2 калия, 3.8 магния, 0.6 т в год фосфора.

В процессе ресинтеза из зеленых листьев трав, кустарничков и мхов, возвращение питательных элементов (N, Р, К) в болотном массиве составляет от

1.6 т до 12,3 т или 10-33 % от потребления возвращается в экосистему (рис. 1-г). На повышенных элементах рельефа (гряды и рямы) ресинтез N максимален.

Выполненная работа показывает, что особенностью биологического круговорота в болотных экосистемах является продолжительное задерживание поглощенных химических элементов в растительном веществе. По этой причине общая масса растительного вещества в деятельном слое в болотных фитоценозов в 6-14 раза больше массы прироста. Замедленность движения масс элементов в системе биологического круговорота в болотных экосистемах усиливается тем, что основная часть биомассы (около 80-90 %) находится в торфе, и отмирающие части сфагновых мхов задерживаются в толще, образуя обильную сфагновую подстилку.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Kosykh, N.P. Net primary production in peatlands of middle taiga region in western Siberia /Kosykh N.P., Mironycheva-Tokareva N.P., Peregon A.M., and E.K. Parshina // Russian Journal of Ecology. - 2008. - vol. 39. - № 7. - p. 466-474.

2. Паршина, Е.К. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.б.н. «Деструкция растительного вещества в болотных экосистемах таежной и лесотундровой зон Западной Сибири. - Томск, 2009.

3. Васильев, С.В. Пространственная структура и продуктивность мохового покрова верховых болот средней тайги Западной Сибири. /Васильев С.В., Косых Н.П., Перегон А.М., Вологжина О.В. - Вестник ТГУ, 2002.

4. Lapshina, E.D. Classification of mire landscapes for estimation of carbon cycling of peatlands of northern West Siberia / Lapshina E.D., Fillipov I.V., Bleuten W. //Торфяники Западной Сибири и цикл углерода: прошлое и настоящее: Тез.докл.Междунар.полевого симпозиума18-22 августа 2001 г. - Ноябрьск, 2001. - c. 16-17.

© Н.П. Косых, Е.К. Вишнякова, 2010