Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


Сравнительная характеристика состава и свойств торфяных олиготрофных почв естественных и осушенных болот южной тайги Западной Сибири

Работа №186183

Тип работы

Дипломные работы, ВКР

Предмет

экология и природопользование

Объем работы41
Год сдачи2025
Стоимость4410 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
12
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ВВЕДЕНИЕ 3
1. Влияние антропогенного фактора на трансформацию почв 4
2. Факторы почвообразования 8
2.1 Геологическое строение, рельеф и почвообразующие породы 8
2.2 Климат 14
2.3 Растительность 17
3. Район, объекты и методы исследования 22
3.1 Район и объекты исследования 22
3.2 Методы и методики исследования 31
4. Химические и физико-химический состав и свойства 33
4.1 Зольность 33
4.2 Кислотность 36
4.3 Содержание валового азота и углерода 40
ВЫВОДАХ 46
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 48


Западная Сибирь отличается высокой заболоченностью, где торфяные почвы занимают до 70-80% территории. Они выполняют важные экосистемные функции и являются значимым компонентом углеродного цикла. Проблема трансформации торфяных почв под антропогенным воздействием, в том числе пирогенной трансформацией и осушением заболоченных территорий актуальна для большой территории Западной Сибири.
В 1970-х годах значительные площади болот подверглись осушению в связи с сельскохозяйственным и лесохозяйственным использованием, что привело к трансформации их почвенного покрова. Осушение в свою очередь значительно повышает риск возникновения торфяных пожаров.
Пожары и осушение вызывают глубокие и зачастую необратимые изменения в торфяных почвах южной тайги Западной Сибири. Основными последствиями являются потеря органического вещества, изменение в направленности биогеохимических процессов и гидротермическом режиме, что, в свою очередь, может негативно сказаться на экосистемы в целом. Поэтому, изучение последствий антропогенного воздействия на торфяные почвы имеет важное значение для сохранения природных ресурсов и устойчивого развития региона.
Целью работы явилось изучение влияния осушения и пирогенного фактора на изменение физико-химического состава и свойств торфяных олиготрофных почв южной тайги Западной Сибири.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Рассмотреть условия формирования торфяных олиготрофных почв и их трансформацию под влиянием антропогенных факторов.
2. Выявить особенности морфологического строения почвенного профиля фоновой и нарушенных торфяных почв.
3. Изучить основные химические и физико-химические свойства объектов исследования.
4. Охарактеризовать влияние пирогенного воздействия и осушения на изменение состава и свойств торфяных почв
Исследование проведено в рамках государственного задания ЛМУБНЭС ИМКЭС СО РАН «Потоки и баланс углерода в лесных и болотных экосистемах юга таёжной зоны Западной Сибири: комплексный мониторинг, анализ и прогноз» (FWRG--2025--0002, № 1024100800092-1).
1. Влияние антропогенного фактора на трансформацию почв
Болота - это особый тип аккумулирующих систем биосферы, которые характеризуются заторможенным обменом веществ и преобладанием накопления органической массы над её распадом (Пьявченко, Козловская, 1974). Болота являются интразонально-зональным типом биогеоценозов, он сочетаться и взаимодействует с другими типами биогеоценозов. Болота в равной степени с другими биогеоценозами определяют то экологическое равновесие в биосфере, которое необходимо для существования всех её компонентов.
Болотные экосистемы сосредоточены преимущественно в северном полушарии, включая территории России, США, Канады и стран Северной Европы, что обусловлено преобладанием здесь холодных и влажных климатических условий (Вомперский и др., 2005). Глобальная площадь болотных массивов оценивается в 420 млн га, что составляет около 3% поверхности суши. В России на болота приходится приблизительно 8% земельного фонда страны (Дубровина, 2023).
Болотные экосистемы функционируют как эффективные поглотители углерода благодаря уникальным условиям, которые существенно замедляют разложение органического вещества, обеспечивая его накопление в виде торфа. Ключевым фактором является избыточное увлажнение, создающее бескислородную (анаэробную) среду, что резко ограничивает активность аэробных микроорганизмов, ответственных за разложение. Дополнительным барьером для редуцентов служит кислая среда (низкий pH), характерная для болотных вод, которая подавляет большинство бактерий и грибов. Кроме того, многие болотные растения, особенно сфагновые мхи, выделяют фенольные соединения, обладающие антимикробным действием и блокирующие работу ферментов, участвующих в деструкции органики. В северных регионах важную роль играют низкие температуры, замедляющие метаболизм микроорганизмов и дополнительно снижающие скорость разложения. В совокупности эти условия - анаэробиоз, кислотность, фенолы и холод - создают природный "консервирующий" эффект, благодаря которому углерод, аккумулированный в торфе, может сохраняться тысячелетиями, делая болота одними из важнейших долговременных хранилищ углерода на планете.
Согласно научным оценкам, в болотах за тысячелетия накопилось от 120 до 460 млрд тонн углерода. Примечательно, что торфяные экосистемы содержат около трети глобального почвенного пула углерода, что сопоставимо с общим количеством углерода в атмосфере или со всем углеродом наземной биомассы (Дубровина, 2023).
В Западной Сибири, которая представляет собой крупнейший болотный регион не только России, но и всего мира, уровень заболоченности достигает рекордных значений -
от 70 до 80% в отдельных районах. На данной территории на плоских, слабодренированных территориях преобладают торфяные олиготрофные почвы, формирующиеся в условиях избыточного увлажнения и низких температур. Эти почвы представляют собой уникальный экосистемный ресурс (Инишева, 2009).
При анализе воздействия внешних факторов на болота важно учитывать, что олиготрофные болота представляют собой саморегулирующиеся системы. Как и любая устойчивая экосистема, они обладают гомеостазом — способностью компенсировать изменения в своих компонентах за счет механизмов отрицательной обратной связи. В болотах этот гомеостатический механизм реализуется через фитоценотическую регуляцию: сдвиги в водном режиме вызывают изменения в растительном покрове, который, в свою очередь, адаптируется к новым условиям.
Любая система имеет пороговые нагрузки, выход за пределы которых ведет к нарушению гомеостаза или даже необратимым изменениям. Разные типы болот, особенно олиготрофные, способны выдерживать значительные колебания отдельных факторов, сохраняя свою структуру. Однако для каждого болота существуют критические границы устойчивости, и их превышение приводит к деградации экосистемы.
При исследовании болотных биогеоценозов необходимо учитывать, что застойное увлажнение и специфический химический состав вод являются естественными и обязательными условиями для существования болотных растений-эдификаторов и фитоценозов в целом. Исходя из этих принципов, можно анализировать, например, реакцию олиготрофных болот на антропогенные или климатические воздействия.
Гидролесомелиорация на переувлажненных почвах является ключевым способом увеличения продуктивности лесных территорий. Первые эксперименты по осушению лесных земель, основанные на исследованиях М.В. Ломоносова, А.Т. Болотова, М.И. Афонина и других учёных, проводились ещё в XVIII веке. Развитие современной гидролесомелиорации в России связано с именем А.Д. Дубаха. Вместе со своими учениками и последователями он определил эффективность осушения для разных категорий лесных земель, а также разработал практические рекомендации по их рациональному использованию после проведения мелиоративных мероприятий (Великанов и др., 2014).
Крупномасштабное осушение болот, осуществлённое в СССР, стало беспрецедентным экспериментом по антропогенному преобразованию болотных экосистем, последствия которого носят сложный и неоднозначный характер, требующий всестороннего научного осмысления. Особенно показателен опыт осушения верховых болот, которое не принесло ожидаемого экономического эффекта в виде существенного прироста древесной биомассы 5
из-за крайне бедного минерального питания этих экосистем. Именно поэтому современные исследователи пришли к однозначному выводу о нецелесообразности гидролесомелиорации на верховых болотах. При этом осушение повлекло за собой целый комплекс негативных экологических последствий: резко возросла пожароопасность торфяников, нарушились естественные биогеохимические циклы, произошло загрязнение всех компонентов окружающей среды - почв, водных ресурсов и атмосферы, усилились выбросы парниковых газов, а также существенно изменился видовой состав флоры и фауны. В этой ситуации особую актуальность приобретают работы по восстановлению нарушенных болотных экосистем, способные нивелировать негативные последствия мелиорации, а также организация постоянного мониторинга таких территорий. Примечательно, что среди различных типов болот именно верховые демонстрируют наибольшую устойчивость к осушению, что делает их особо ценными объектами для изучения механизмов адаптации болотных экосистем к антропогенным воздействиям (Гашкова, Синюткина, 2015).
Пожары на болотах - один из ведущих факторов антропогенного воздействия. При резких изменениях климата, гидрологических и гидрогеологических условий могут возникать естественные пожары. Причиной возникновения массовых торфяных пожаров явилось разрушение системы хозяйственного использования осушенных болот и постепенное сокращение объемов добычи торфа в области. Массовые торфяные и лесные пожары наблюдались в Томском районе, на междуречье рек Шегарка, Икса и Бакчар в Бакчарском и Шегарском районах в конце 90-х гг.
Пожары оказывают значительное влияние на гирдротермический режим почв. В частности, могут являться причиной заболачивания гарей и формирования гидрофильной растительности. В результате многолетних полевых исследований установлено, что после пожаров на осушаемых болотах возникают пирогенноизмененные торфяные почвы и различные виды пирогенных образований. Торфяные почвы, измененные в процессе пожара, обычно сохраняют маломощные органогенные горизонты. Пирогенная деградация поверхностных горизонтов торфяных почв оказывает существенное воздействие на их физические свойства. При этом происходит изменение плотности почв и её твёрдой фазы, общей пористости, влагоемкости и воздухоемкости.
Так, в случае слабого термического воздействия отмечается повышенная концентрация минеральных форм фосфора при одновременном снижении доли органно-минеральных соединений, также наблюдается увеличение содержания окисных форм железа с параллельным уменьшением его закисных форм. Важным следствием пожарного воздействия является снижение подвижности железа в почвенном профиле (Романов, 2007).
При этом, независимо от интенсивности пожара в почвах с глубиной наблюдается чёткое последовательное уменьшение содержания углерода. Процесс сопровождается увеличением зольности и активной кислотности, а также в той или иной мере возрастанием объёмной массы и влажности торфа. Эти закономерности, можно объяснить тем, что горение (обычно тление) протекает значительно интенсивнее в нижних слоях торфяной залежи. Сюда в большей мере поступает тяжёлый (холодный) атмосферный воздух, который активно реагирует с горящим торфом. В верхнюю толщу возгоняются продукты пиролиза, а также углекислый и угарный газы, препятствуя доступу кислорода и уменьшая силу огневого воздействия.
Таким образом, осушение и пирогенное воздействие затрагивает физические и химические свойства торфяных почв, изменяя их плотность, пористость, влагоемкость и воздухоемкость, содержание углерода, кислотность и др. В целом, последствия осушения и пожаров значительно сказываются на болотные экосистемы и их почвенные ресурсы.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!


1. Торфяные почвы являются интразональным типом почв, на развитие и распределение которых на территории Западно-Сибирская равнины оказывает влияние геолого-литологический, климатический и биотический факторы. Ключевыми условиями выступают бедные минеральные субстраты, плоский рельеф, преобладание лесовидных суглинков в почвообразующих породах, избыточное увлажнение и слабая дренированность территории и, следовательно застойным гидрологическим режимом. Эти факторы, в сочетании с развитием специфической олиготрофной растительности, не только определяют развитие торфяных почв, но и формируют устойчивую взаимосвязь между ботанико-географической зональностью, условиями почвообразования и особенностями растительных сообществ. При этом, особое значение приобретает антропогенный фактор. Так, в процессе пирогенного воздействия и осушения изменяются условия формирования торфяных олиготрофных почв, а именно трансформируется растительный покров, уменьшается уровень болотных вод, что влияет на процесс почвообразования в сторону деградации торфяных почв.
2. Морфологическими особенностями естественных торфяных олиготрофных почв, являются наличие мощной слаборазложившейся торфяной залежи (более 50 см), преимущественно сфагнового состава и её более светлая окраска по сравнению с нарушенными почвами. При воздействии пожаров и осушения происходит изменение морфологического строения почвенного профиля. Вследствие горения изменяется мощность торфяных почвенных горизонтов, появляются признаки пирогенеза. Деградация осушенных торфяных почв также проявляется в уменьшении мощности торфяных горизонтов, их влажности в результате увеличения степени разложения торфа, его минерализации и последующей усадки.
3. Рассматриваемые почвы различаются по физико-химическому составу и свойствам. Средние значения pH увеличиваются в ряду Р1(3,1)<Р2(3,9)<Р4(4,3)<Р3(4,5), а также с глубиной. Для естественных торфяных олиготрофных почв характерна низкая зольность (0,3-3,7%), в нарушенных она увеличивается. Так, для разреза Р2 до 1,8-10,1% в торфяных и до 25,3-68,8% в минеральном горизонтах; для разреза Р3 до 3,4-11,1% в органогенном и до 25,0% в минеральном горизонтах; для разреза Р4 до 2,2-8,2%. Почвы отличаются высоким содержанием общего углерода, уменьшающегося в минеральных горизонтах и варьирующего: в фоновой почве от 45,2-55,6% в торфяном и 30,8% в минеральном горизонтах; в осушенной до 46,8-53,9% в торфяном и, до 17,6-30,9% в минеральном горизонте; и до 43,5-53,7% в пирогенной. Валовые формы азота коррелирует с распределением общего углерода и в среднем варьируют от 0,6% до 2,9%.
4. Осушение и процессы пирогенеза приводят к изменению торфяных почв в сторону их деградации. Происходит изменение водно-воздушного, термического режимов торфяных почв и вследствие этого изменяется их состав и свойства. Уменьшается кислотность почв и увеличивается зольность, ускоряются процессы разложения органического вещества и минерализации, изменяются физические свойства почв.



1. Анапольская Л.Е., Мезенцев М.А., Тюктик В.В. Климат // Атлас Тюменской области. -М.; Тюмень, 1971. -Вып. 1. - Лист 13.
2. Архипов В.С., Маслов С.Г. Состав и свойства типичных видов торфа центральной части Западной Сибири // Химия растительного сырья. - 1998. - № 4. - С. 9-16.
3. Ахметьева Н.П., Михайлова А.В., Кричевец Г.Н., Беляев А.Ю. Трансформация антропогенно нарушенных торфяных болот в новый тип ландшафта в центральных районах европейской части России // Труды Инсторфа. - 2019. - № 20. - С. 73.
4. Базанов В.А. Структура болот Кетско-Чулымского междуречья: дис. ... канд. биол. наук. - Томск, 1988. - 213 с.
5. Базанов В.А., Егоров Б.А., Льготин В.А., Скугарев А.А. Современная пространственная динамика Большого Васюганского болота (на примере междуречья рек Икса - Шегарка) // Большое Васюганское болото. Современное состояние и процессы развития. - Томск, 2002. - С. 190-195.
6. Базилевич Н.И., Титлянова А.А. Биотический круговорот на пяти континентах: азот и зольные элементы в природных наземных экосистемах / отв. ред. А.А. Тишков. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. - 381 с.
7. Богоявленская О.В., Пучков В.И., Федоров М.В. Геология СССР. - М.: Недра, 1991. - 240 с.
8. Боровиков Л.И., Герман Е.В., Кузин И.Л. и др. *Объяснительная записка к Геологической карте Западно-Сибирской равнины и прилегающих территорий (без покрова четвертичных отложений) масштаба 1:1 500 000*. - Картлитография ВНИГРИ, 1984.
9. Васюганское болото (природные условия, структура и функционирование) / под ред. Л.И. Инишевой. - 2-е изд. - Томск: ЦНТИ, 2003. - 212 с.
10. Великанов Г.Б., Константинов В.К., Кудряшев А.В. Гидролесомелиорация - осушение и лесохозяйственное освоение переувлажненных земель лесного фонда (к истории исследований в СПБНИИЛХ) // Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. - 2014. - № 2. - С. 80-93.
11. Вомперский С.Э., Сирин А.А., Цыганова О.П., Валяева Н.А., Майков Д.А. Болота и заболоченные земли России: попытка анализа пространственного распределения и разнообразия // Известия РАН. Серия географическая. - 2005. - № 5. - С. 39-50.
12. Вомперский С.Э., Глухова Т.В., Смагина М.В., Ковалев А.Г. Условия и последствия пожаров в сосняках на осушенных болотах // Лесоведение. - 2007. - № 6. - С. 35-44.
13. Синюткина А.А., Оленникова А.В., Сун-зу-ли Л.Ю., Гашкова Л.П. Трансформация торфяной залежи и накопление углерода на постпирогенных верховых болотах таёжной зоны Западной Сибири // Почвы и окружающая среда. - 2024. - Т. 7. - № 1.
14. 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.
15. Головацкая Е.А., Никонова Л.Г. Разложение растительных остатков в торфяных почвах олиготрофных болот // Вестник Томского государственного университета. Биология. - 2013. - № 3 (23). - С. 137-151... 55


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ