Введение
Болота являются неотъемлемой частью природы, рассматриваются как особые географические ландшафты и представляют собой одно из важнейших звеньев в цепи взаимосвязанных компонентов биосферы, выполняют важные средообразующие и биосферные функции, а также имеют огромное научное и экономическое значение.
Они играют большую роль в формировании гидрологического режима территории, влияют на микроклимат, препятствуют развитию эрозионных процессов, способны аккумулировать большой спектр загрязняющих веществ из атмосферы, изымают и накапливают углерод в виде торфяных отложений. Болота играют определенную роль и в формировании газового состава атмосферы, обогащают ее кислородом и метаном, а также являются местами обитания редких и исчезающих видов животных и растений.
В процессе антропогенеза на болотах меняются гидрологический и химический режимы, перестает накапливаться торфяная залежь и происходит ее разрушение, видоизменяется структура растительного покрова, идет смена фитоценозов и образуется вторичный растительный покров.
В работах, посвященных исследуемому району, большое внимание уделялось болотной флоре, растительным сообществам, торфу, почвам, развитию болот и составлению классификаций, а в меньшей степени были рассмотрены проблемы динамики растительного покрова болотных массивов, осушенных и выработанных участков. В связи с этим возникает необходимость в изучении вторичных растительных сообществ, подверженных антропогенным воздействиям.
Цель исследования: проследить временную динамику растительного покрова осушенных болот и выработанных торфяных месторож-
дений как наиболее измененных антропогенезом ландшафтов Подмосковной Мещеры и дать прогноз дальнейшего развития образовавшихся вторичных растительных сообществ.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
1. Дать общую геоботаническую характеристику современных и осушенных болотных массивов, а также выработанных фрезерным и гидравлическим способами участков исследуемых торфяных месторождений.
2. Провести тщательный анализ факторов болотообразования и особенностей торфонакопления в голоцене на территории Подмосковной Мещеры.
3. Определить основные формы антропогенного воздействия на исследуемые заболоченные земли.
4. Выявить основные временные экологические ряды растительных сообществ и зависимость этих рядов от первоначальных условий на участках осушительной мелиорации и выработанных торфяных месторождений.
5. На основе собранного полевого материала и фондовых отчетов составить схемы динамики зарастания мелиорированных территорий и выработанных торфяников Подмосковной Мещеры.
6. Разработать рекомендации по проведению мер охраны болотного и выработанного торфяного фонда Подмосковной Мещеры.
Объектом диссертационного исследования являются измененные антропогенной деятельностью болота Подмосковной Мещеры и особенно их растительный покров на участках осушительной мелиорации и торфяных месторождений «Петровское», «Шатурское» и в окрестностях п. Горенки.
Предметом изучения выступают природно-антропогенные изменения исследуемых участков и разработка рекомендаций мер их охраны.
Изучение вторичных растительных сообществ болот имеет большой научный и практический интерес.
Научная новизна заключается в выявлении и исследовании тенденций динамических процессов в растительном покрове вторичных сообществ болот, участков осушительной мелиорации и выработанных торфяных месторождений.
На основании анализа собранного фактического материала и данных многолетних научных наблюдений дан общий прогноз развития вторичных растительных сообществ осушенных болот, фрезерных полей и гидравлических карьеров Подмосковной Мещеры.
По материалам исследования составлены геоботанические профили и картосхемы растительности.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
Собраны и проанализированы данные полевых исследований о современном состоянии фитоценозов на болотных массивах, участках осушительной мелиорации и торфяных месторождениях. Выявлены стадии зарастания вторичных растительных сообществ. Эти данные необходимы для получения сведений о формировании, устойчивости и изменчивости типов растительных сообществ, роли различных экологических факторов, характера и степени изменения среды сообществом в результате его жизнедеятельности. Установление временных экологических рядов и выявление относительно устойчивых сообществ необходимо при получении данных о базовой динамике при мониторинге ненарушенных и антропогенно измененных болот, при выяснении состояния окружающей среды по состоянию и динамике растительного покрова, при прогнозировании состояния исследуемых
районов на ближайшие годы, при разработке классификационных построений и картографировании.
Разработаны рекомендации по мерам охраны ненарушенных и антропогенно измененных болотных массивов.
Результаты исследования могут использоваться различными сельскохозяйственными, промышленными, экологическими организациями для предупреждения негативных последствий антропогенеза и для рационального использования болотных, осушенных и выработанных земель. Научные наработки также могут быть использованы для других территорий Московской области и Центральной России.
Используемые материалы и методы: основным методом исследования является сравнительно-географический, заключающийся в сопряженном изучении болот и факторов болотообразования. Также использовались методы геоботанического и флористического описаний, проведены картирование и профилирование, стратиграфические исследования залежей торфа, палинологические анализы.
Для проведения геоботанических исследований использовался метод пробных площадей, которые закладывались на характерных для Подмосковной Мещеры болотных массивах, участках осушительной мелиорации и выработанных торфяниках. Были заложены 30 пробных площадей на 6 участках, а на типовых бланках выполнены геоботанические описания и отобраны пробы торфа.
Методы геоботанического профилирования и геоботанического картирования использовались для выявления закономерностей распространения растительных сообществ в зависимости от условий местообитания.
Выделение стадий зарастания вторичных растительных сообществ происходило в соответствии с правилом Пачоского по разработанной методике С.Н. Тюремнова: растительность в своем развитии
проходит начальную, среднюю и относительно устойчивую стадии, которые слагаются из ряда закономерно следующих друг за другом сообществ, составляющих временные экологические ряды.
Для исследования физических свойств торфа отбирались пробы с помощью бура по методике Ф.Р. Зайдельмана. Визуальный анализ проводился непосредственно в пазе бура, определялась степень разложения торфа методом П.Д. Варлыгина с использованием определительных таблиц Н.И. Пьявченко и А.В. Пичугина. В лабораторных условиях применялся микроскопический метод определения вида торфа и степени его разложения, по зафиксированному ботаническому составу, пользуясь «Ключами для определения торфов» установлены соответствующие названия видов торфа.
Для выявления факторов болотообразования и тенденций динамики болот были использованы материалы геологических, геоморфологических, гидрологических, климатических, почвенных и биологических исследований различных организаций.
Объем работы: диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов и приложения, состоящего из бланков геоботанических описаний пробных площадей и анализа проб торфа. Список литературы включает 122 наименования, работа иллюстрируется рисунками (37) и таблицами (12).
Глава 1. Методы исследования и история изучения болот Подмосковной Мещеры
1.1. Основные понятия
Болото, или болотный массив — это экологическая система, возникающая и развивающаяся в условиях постоянного или периодического изобилия влаги и дефицита кислорода, характеризующаяся пониженным обменом веществ и, как правило, накоплением торфа (Пьявченко, 1985). На основе данного определения можно выделить специфические черты, присущие почти любому болотному массиву, в том числе и мещерскому: избыточное увлажнение, слабая аэрация почвы, замедленный процесс минерализации отмирающей растительности и как следствие накопление толщи мертвого органического вещества - торфа.
Экологическая система - это совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом и образующих систему взаимообусловленных биотических и абиотических явлений и процессов (Биология. Большой энциклопедический словарь, 1998). Болотная экосистема включает в себя следующие компоненты: гигро-, гидро- и псих-рофильные растения, сопутствующие им животные, микроорганизмы, связанные между собой и с формируемыми ими торфяными отложениями, а также литогенный, геоморфологический и почвенный компоненты, гидро- и атмосфера.
Важнейшим компонентом болотной экосистемы является растительность, как наиболее динамичный фактор и в то же время - индикатор современных условий болотной среды. Торфяные отложения,
10
образующиеся в анаэробных условиях вследствие переувлажнения, отражают историю формирования и развития болота.
Все наземные экосистемы называются биогеоценозами. По В.Н. Сукачеву (1964), биогеоценозы - это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействия этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии.
М.С. Боч и В.В. Мазинг(1979) отмечали, что изучение болота в географическом аспекте можно вести на уровне болотной фации (однородного комплекса, состоящего из гряд, мочажин и других форм микрорельефа), на уровне болотного массива (т.е. как единое целое, как форма мезорельефа) или на уровне болотной системы (как слияния отдельных массивов в единое целое).
В соответствии с последними научными представлениями, термины «растительное сообщество» и «фитоценоз» используются как синонимы, т.к. эти понятия представляют собой систему определенного уровня организации живой материи. Фитоценоз или растительное сообщество - это совокупность популяции видов растений на относительно однородном участке земной поверхности, для которого характерны определенный видовой состав и структура, сформировавшиеся в результате отбора видов, способных существовать совместно друг с другом и с иными организмами в определенных условиях (Биология. Большой энциклопедический словарь, 1998). Главнейшими особенностями фитоценоза являются: взаимодействие между образующими его растениями, а также взаимодействие между растениями
11
и окружающей средой. Фитоценоз определяется как открытая динамичная система, подверженная изменениям.
Понятие растительный покров представляет собой сложную совокупность многих растительных сообществ, каждое из которых развивается в определенных климатических и почвенных условиях и является отражением этих условий (Работнов, 1983).
Многолетние направленные смены фитоценозов называются сукцессиямщ которые представляют собой необратимые изменения фитоценозов во времени, имеющие определенную направленность (Работнов, 1983). Они бывают первичные (фитоценоз формируется на территории, где никогда не было растений) и вторичные (фитоценоз формируется на территории, где был уничтожен естественный растительный покров).
Исходя из вышесказанного, можно отметить, что фитоценоз является важной структурной и функциональной частью биогеоценоза.
Современный растительный покров болот, осушенных участков и торфяных месторождений Подмосковной Мещеры подвергается эндогенным и экзогенным сменам. При эндогенных сменах изменение фитоценозов происходит при одновременном постоянном влиянии растений друг на друга, и, прежде всего из-за конкурентных взаимоотношений.
В результате экзогенных смен изменения фитоценозов происходят под воздействием внешних по отношению к ним условий. Они бывают природными (литогенные, климатогенные, эдафогенные и зоогенные) и антропогенными (осушение, пожар, вырубка, выпас скота, рекреация и т.п.). В данной работе акцент сделан на изучении растительного покрова Подмосковной Мещеры, подверженного антропогенным сукцессиям.
12
1.2. Методы исследования болот
Основным методом исследования болот является сравнительно-географический, заключающийся в сопряженном изучении болот и факторов болотообразования. Исследование факторов болотообразо-вания должно быть комплексным и одновременным. При этом подробно изучаются и сами болота, а именно визуальные признаки растительного покрова, торфяной залежи, водных болотных объектов. Также уделяется большое внимание физическим и химическим свойствам торфа и болотных вод.
В настоящей работе при исследовании болот широко применялись следующие методы: геоботанического и флористического описаний, стратиграфическое исследование залежей торфа, палинологические анализы, картографирование. Это позволило установить определенную зависимость между изменениями внешнего облика растительного покрова болота и изменениями факторов болотообразования.
Проводились стационарные наблюдения, которые заключались в систематическом наблюдении за растительным покровом болот, торфяной залежью и другими компонентами и процессами, протекающими в болотной системе.
Для проведения геоботанических исследований использовался метод пробных площадей, т.е. специально выделенных участков изучаемых растительных сообществ. Этот метод позволяет выявить основные признаки фитоценоза и его местообитания: изучается не только состав и структура сообществ, но и влияющие на них окружающие условия.
Пробные площади закладывались на наиболее характерных для Подмосковной Мещеры болотных массивах, участках осушительной мелиорации и выработанных торфяных карьерах. Вторичные расти-
13
тельные сообщества выработанных и осушенных торфяных массивов выбирались на основании нахождения их в различных стадиях зарастания или вторичного заболачивания.
Стадии зарастания определялись в соответствии с правилом Па-чоского (Сукачев, 1928), из которого следует, что растительность в своем естественном развитии проходит: начальную, среднюю и относительно устойчивую стадии, которые в свою очередь, слагаются из ряда закономерно следующих друг за другом сообществ, составляющих экологические ряды. Следуя разработанной методике С.Н. Тю-ремнова (1968): в начальной стадии наблюдается внедрение новых видов, между которыми существуют слабые фитоценотические связи; в средней стадии однолетние и двулетние виды заменяются многолетними, а в сообщество начинают внедряться кустарники и деревья; в относительно устойчивой стадии начинают преобладать многолетние виды, наилучшим образом отвечающие условиям совместного обитания и условиям окружающей среды. Выделение этих стадий основано на доминирующих видах, биологические особенности которых соответствуют данным условиям местообитания.
Пробная площадь имеет форму квадрата со сторонами 10 м и закладывается по определенно выбранному направлению (например, пересекает болотный массив) через каждые 100 м или чаще, в зависимости от размера изучаемого растительного сообщества. Для описания использовались типовые бланки для лесных, травянистых и болотных сообществ (Алехин, 1938; Ярошенко, 1969; Старостенкова, Курнишкова, 1988; Неронов, 2002).
Для выявления закономерностей размещения растительных сообществ на исследуемой территории в зависимости от условий местообитания использовался метод геоботанического профилирования. Геоботанический профиль отражает распределение растительных
14
сообществ по элементам рельефа и их приуроченность к определенным условиям увлажнения, почвам, горным породам и т.п. Методика построения геоботанического профиля взята из работ В.В. Алехина (1938), М.М. Старостенковой, Т.В. Курнишковой (1988), В.В. Нероно-ва(2002).
Закономерности распространения растительных сообществ на исследуемой территории выявлялись с помощью картографического метода — составлении картосхем растительности. На них отражено размещение растительных сообществ на местности в зависимости от окружающих условий. На основании методики картирования растительности (Алехин, 1938; Лазукова, 1969; Старостенкова, Курнишко-ва, 1988), на картосхеме указываются границы распространения отдельных типов фитоценозов, линии геоботанических профилей и заложенные пробные площади.
Параллельно с заложением пробных площадей изучались физические свойства торфа. Для исследования отбирались пробы торфа с помощью пробоотборочного бура по методике Ф.Р. Зайдельмана (1981). Визуальный анализ торфа проводился непосредственно в пазе бура.
Для каждого образца определялась степень разложения торфа методом П.Д. Варлыгина - процентным макроскопическим, который основан на зрительно воспринимаемых внешних признаках торфа. По методике П.Д. Варлыгина (Минкина, Варлыгин, 1939), степень разложения торфа выражается в процентах, основываясь на устанавливаемом на глаз процентном содержании гумуса в торфе. Этот метод применялся в полевых условиях, с использованием следующих определительных таблиц: «Определение степени разложения торфа по внешним признакам» (Пьявченко, 1963. С. 189), «Макроскопические признаки торфов низинного типа для полевого глазомерного определения
15
степени разложения» (Пичугин, 1967. С. 95), «Макроскопические признаки торфов верхового типа для полевого глазомерного определения степени его разложения» (Пичугин, 1967. С. 91 - 93).
Далее образец торфа извлекался с помощью лопатки, упаковывался, нумеровался и сразу же регистрировался в полевом дневнике.
Для контроля в лабораторных условиях использовался микроскопический метод определения степени разложения и вида торфа по П.Д. Варлыгину (Минкина, Варлыгин, 1939; Пичугин, 1967): часть образца отмывалась на сите с отверстиями 0,25 мм и просматривалась в микроскопах (ОГ МЭ - ПЗ, Carl Zeiss Jena) при увеличении 60х, 80х, ЮОх. Все полученные результаты анализа заносились в специальный журнал с указанием всех видов растений, составляющих образец торфа и отметкой их процентного соотношения.
По зафиксированному ботаническому составу, пользуясь «Ключом для определения под микроскопом растительных остатков, слагающих торф» (Пичугин, 1967. С. 267 - 269) и «Ключом для определения торфов» (Пичугин, 1967. С. 269 — 272) установлены соответствующие названия видов торфа, которые являются результатом определения.
Изучение физических свойств торфа и его ботанического состава позволили уточнить генезис, особенности формирования и развития торфяной залежи исследуемого района.
Многолетние стационарные и полустационарные методы необходимы для исследования динамики растительного покрова, гидрологического режима болот и развития процессов заболачивания. В.П. Денисенков (2000) назвал эти методы мониторингом болотных массивов. Из-за трудоемкости работ, необходимых материальных затрат и малой окупаемости, данные работы в нашей стране систематически не проводятся.
16
На территории изучаемых районов Подмосковной Мещеры были выполнены полустационарные исследования, которые основывались на заложенных в 1968 г. С.Н. Тюремновым и другими исследователями ключевых участках торфяных месторождений «Петровское» и «Шатурское». Наблюдения за динамикой растительного покрова выработанных болотных массивов проводились с перерывом в 30 лет путем повтора по единой методике, разработанной С.Н. Тюремновым, Л.И. Абрамовой, О.Л. Лисе, СВ. Страшновой (1968) с небольшими изменениями.
В диссертации использовалась типология зарастания выработанных гидравлических карьеров и фрезерных полей, созданная этими учеными. Выработанные фрезерные поля по степени обводненности делятся на: дренированные (оставшийся слой торфа сухой, рыхлый), слабо обводненные (торф влажный, плотный) и сильно обводненные (вода стоит на поверхности). Гидравлические карьеры по степени зарастания бывают: незаросшие карьеры с открытой водной поверхностью; карьеры, заполненные водой и частично заросшие; карьеры полностью заросшие.
В процессе исследований выявились определенные тенденции развития вторичного растительного покрова, что позволило сделать прогноз его состояния на ближайшие годы и дало возможность в дальнейшем проследить изменения окружающей среды по состоянию и динамике растительного покрова.
Для определения видов сосудистых растений использовались следующие источники: «Определитель растений Московской области» В.Н. Ворошилова, А.К. Скворцова и В.Н. Тихомирова (1965), «Растительность Европейской части СССР» (1980). По ним приводятся латинские названия растений с незначительными изменениями согласно С.К. Черепанову (1995). Лишайники определялись по еле-
17
дующим работам: «Определитель лишайников СССР» (1974 — 1978), «Определитель лишайников России» (1996). При определении моховидных был использован «Определитель листостебельных мхов СССР» Л.И. Савич-Любицкой и З.Н. Смирновой (1970).
В результате анализ фондовых, картографических материалов, литературных источников в сочетании с собственными данными позволили воссоздать облик первичного растительного покрова болот Подмосковной Мещеры до осушения и торфоразработок, рассмотреть их современное состояние и будущее развитие, а также впервые выявить и описать современные вторичные растительные сообщества.
1.3. История изучения и этапы освоения болот Подмосковной
Мещеры
Территория Мещерской низменности сравнительно хорошо изучена. «Мещерская сторона», под которой подразумевались владения Рязанского княжества, лежащие севернее р. Оки, впервые упоминаются в летописях XI в.
Изучение болот Подмосковной Мещеры в XVIII и начале XIX вв. имело исключительно флористическое направление. В более позднее время, при развитии ботанико-географических, а затем и геоботанических исследований, описание флоры не потеряло своей актуальности. Эти данные являлись общей базой для всех последующих научных изысканий.
В XVIII и ХГХ веках шло накопление фактического материала (гербарии и литературные описания) для дальнейшего освещения растительных сообществ, произрастающих на территории Московской области. При этом материал о болотных массивах Подмосковной Мещеры был скуден и разрознен. Развернутые описания крупных |
