КОМПЛЕКСНОЕ ЛАНДШАФТНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ БОЛОТА ИШТАН (ШЕГАРСКИЙ РАЙОН ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ)
|
Введение 3
1 Теоретико-методологические аспекты исследования болота Иштан 7
1.1 История исследования болот Западной Сибири и Томской области 7
1.2. Методы исследования 10
2 Физико-географические условия исследуемой территории 15
3 Флора и растительность болота Иштан 22
3.1 Флора болота Иштан 22
3.2 Анализ растительности болота Иштан 31
4 Структура и свойства торфяной залежи 35
5 Экосистемные услуги болота Иштан 52
Заключение 64
Список использованных источников и литературы 68
Приложение А 78
Приложение Б 83
Приложение В 90
1 Теоретико-методологические аспекты исследования болота Иштан 7
1.1 История исследования болот Западной Сибири и Томской области 7
1.2. Методы исследования 10
2 Физико-географические условия исследуемой территории 15
3 Флора и растительность болота Иштан 22
3.1 Флора болота Иштан 22
3.2 Анализ растительности болота Иштан 31
4 Структура и свойства торфяной залежи 35
5 Экосистемные услуги болота Иштан 52
Заключение 64
Список использованных источников и литературы 68
Приложение А 78
Приложение Б 83
Приложение В 90
Болота играют важнейшую роль в жизни биосферы. Они связывают углекислый газ, поддерживают стабильный водный баланс на сопряженных территориях, являются источниками биоразнообразия. Помимо этого, болота хранят в себе огромные объемы ценных природных ресурсов: торф, лекарственное и пищевое растительное сырье, являются местообитаниями промысловых видов животных и т.д.
Все это обязывает разрабатывать и соблюдать меры, рекомендации, стратегии сохранения болотных систем для поддержания равновесия в биосфере, в том числе их биоразнообразия, ресурсов, динамики, функционирования. Оценка условий болотообразования совместно с изучением болотной флоры, растительности и свойств торфа дает необходимую информацию и создает научную базу для принятия необходимых мер охраны и рационального использования болот.
Таким образом, исследование болот должно осуществляться с использованием интегративного подхода, вбирающего в себя изучение отдельных, но взаимосвязанных структурных элементов, слагающих единую комплексную характеристику болотного массива.
Объектом исследования в данной работе является болото Иштан, располагающееся в левобережной пойме р. Обь, в непосредственной близости от с. Иштан и с. Подоба (расположенных на первой надпойменной террасе, к северо-западу и западу от болотного массива соответственно), в южной части Кривошеинского и северной части Шегарского районов Томской области. Болотный массив вытянутой формы имеет длину 32 км с севера на юг при максимальной ширине 8 км. Болото относится к типу низинных пойменных (притеррасных) болот. Его площадь, по предварительным оценкам - 124 км2. Средняя высота поверхности над уровнем моря ~70 м. Координаты: 57.086139, 84.240828.
Формально болото Иштан является отдельным болотным массивом и в составе системы Обского болота, расположенного южнее, в публикациях и отраслевых фондовых материалах не рассматривается. Степень его изученности невысока, отдельных специальных публикаций по болоту Иштан найти не удалось.
Предметом исследования настоящей работы является состав, структура, свойства и характеристики отдельных элементов болотного массива Иштан и их взаимовлияние и взаимодействие в ходе образования, развития и функционирования болота.
Целью работы являлось комплексное исследование болотного массива Иштан, расположенного в пойме р. Обь на юге Томской области.
Основные задачи работы складываются из необходимости описания физико-географических, ландшафтно-экологических, геологических, гидрологических, геоморфологических, почвенных, ботанических, торфяных, рекреационных ресурсов, свойств и условий исследуемой территории.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- выявить и охарактеризовать флору высших сосудистых растений и мохообразных болота Иштан с помощью таксономического, эколого-географического, хорологического и экологического анализов;
- выявить особенности состава и структуры растительности исследуемого болотного массива;
- провести изучение ботанического состава, степени разложения и степени минерализации торфяных отложений болотного массива Иштан с последующим восстановлением хода автогенной сукцессии растительности и анализа динамики ее развития;
- дать комплексную ландшафтно-экологическую характеристику болотного массива;
- оценить рекреационный и природоохранный потенциал болота Иштан.
Научная новизна объясняется тем, что для исследуемой территории впервые:
- выполнено комплексное экологическое и геоботаническое исследование данного массива;
- определена видовая насыщенность и свойства торфов;
- на основе результатов исследования торфяной залежи составлены сукцессионные ряды и восстановлена динамика развития растительности территории;
- рассмотрены перспективные виды туризма на территории болотного массива;
- приведены обоснованные рекомендации по созданию на территории исследуемого объекта регионального ООПТ комплексного профиля;
- найдены новые местообитания редких видов растений, внесенных в региональную Красную книгу.
Научная и практическая значимость доказывается приведенной комплексной ландшафтно-экологической и геоботанической характеристикой болотного массива, являющейся, с учетом региональных особенностей, методологически универсальной, имеющей возможность стать основой будущих научноисследовательских работ и описанию болот на основе и комплексного научно- рекреационно-природоохранного подхода. Организация подобных исследований на сопредельных территориях, анализ и сопоставление результатов позволит выявить локальные, региональные и глобальные тенденции и закономерности развития болотных массивов, оценить биоразнообразие и привлечь внимание к вопросам охраны и рационального использования ресурсов болот.
С практической точки зрения, данные и приводимые методы могут использоваться при хозяйственном, научном, рекреационном использовании болот. Полученные сведения о состоянии отдельных элементов болота, торфяной залежи, растительного покрова и др.) могут быть использованы в докладах о состоянии окружающей среды, ведомственных отчетах, учебных пособиях по географии, биологии, экологии Томской области как образец материалов комплексной оценки болота. Данные по флоре, растительности и стратиграфии торфяных отложений болота Иштан вносят вклад в сохранение и развитие 5
отечественного болотоведения как науки и способствуют решению вопросов рационального использования и охраны болотных экосистем.
В рамках данной работы нами предложено научно обоснованное решение о создании в границах исследуемого объекта новой ООПТ.
Результаты исследования изложены на всероссийских и международных конференциях в г. Санкт-Петербурге [78], Томске [79] и неоднократно обсуждались на заседаниях кафедры ботаники НИ ТГУ.
Сердечно благодарим Е.Л. Талбонен за помощь в проведении лабораторных исследований ботанического состава торфа, И.В. Волкова за помощь в проведении геоботанических исследований, С.А. Кутенкова за возможность работы с программой Korpi. Особую благодарность хочу выразить моему научному наставнику И.И. Волковой.
Все это обязывает разрабатывать и соблюдать меры, рекомендации, стратегии сохранения болотных систем для поддержания равновесия в биосфере, в том числе их биоразнообразия, ресурсов, динамики, функционирования. Оценка условий болотообразования совместно с изучением болотной флоры, растительности и свойств торфа дает необходимую информацию и создает научную базу для принятия необходимых мер охраны и рационального использования болот.
Таким образом, исследование болот должно осуществляться с использованием интегративного подхода, вбирающего в себя изучение отдельных, но взаимосвязанных структурных элементов, слагающих единую комплексную характеристику болотного массива.
Объектом исследования в данной работе является болото Иштан, располагающееся в левобережной пойме р. Обь, в непосредственной близости от с. Иштан и с. Подоба (расположенных на первой надпойменной террасе, к северо-западу и западу от болотного массива соответственно), в южной части Кривошеинского и северной части Шегарского районов Томской области. Болотный массив вытянутой формы имеет длину 32 км с севера на юг при максимальной ширине 8 км. Болото относится к типу низинных пойменных (притеррасных) болот. Его площадь, по предварительным оценкам - 124 км2. Средняя высота поверхности над уровнем моря ~70 м. Координаты: 57.086139, 84.240828.
Формально болото Иштан является отдельным болотным массивом и в составе системы Обского болота, расположенного южнее, в публикациях и отраслевых фондовых материалах не рассматривается. Степень его изученности невысока, отдельных специальных публикаций по болоту Иштан найти не удалось.
Предметом исследования настоящей работы является состав, структура, свойства и характеристики отдельных элементов болотного массива Иштан и их взаимовлияние и взаимодействие в ходе образования, развития и функционирования болота.
Целью работы являлось комплексное исследование болотного массива Иштан, расположенного в пойме р. Обь на юге Томской области.
Основные задачи работы складываются из необходимости описания физико-географических, ландшафтно-экологических, геологических, гидрологических, геоморфологических, почвенных, ботанических, торфяных, рекреационных ресурсов, свойств и условий исследуемой территории.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- выявить и охарактеризовать флору высших сосудистых растений и мохообразных болота Иштан с помощью таксономического, эколого-географического, хорологического и экологического анализов;
- выявить особенности состава и структуры растительности исследуемого болотного массива;
- провести изучение ботанического состава, степени разложения и степени минерализации торфяных отложений болотного массива Иштан с последующим восстановлением хода автогенной сукцессии растительности и анализа динамики ее развития;
- дать комплексную ландшафтно-экологическую характеристику болотного массива;
- оценить рекреационный и природоохранный потенциал болота Иштан.
Научная новизна объясняется тем, что для исследуемой территории впервые:
- выполнено комплексное экологическое и геоботаническое исследование данного массива;
- определена видовая насыщенность и свойства торфов;
- на основе результатов исследования торфяной залежи составлены сукцессионные ряды и восстановлена динамика развития растительности территории;
- рассмотрены перспективные виды туризма на территории болотного массива;
- приведены обоснованные рекомендации по созданию на территории исследуемого объекта регионального ООПТ комплексного профиля;
- найдены новые местообитания редких видов растений, внесенных в региональную Красную книгу.
Научная и практическая значимость доказывается приведенной комплексной ландшафтно-экологической и геоботанической характеристикой болотного массива, являющейся, с учетом региональных особенностей, методологически универсальной, имеющей возможность стать основой будущих научноисследовательских работ и описанию болот на основе и комплексного научно- рекреационно-природоохранного подхода. Организация подобных исследований на сопредельных территориях, анализ и сопоставление результатов позволит выявить локальные, региональные и глобальные тенденции и закономерности развития болотных массивов, оценить биоразнообразие и привлечь внимание к вопросам охраны и рационального использования ресурсов болот.
С практической точки зрения, данные и приводимые методы могут использоваться при хозяйственном, научном, рекреационном использовании болот. Полученные сведения о состоянии отдельных элементов болота, торфяной залежи, растительного покрова и др.) могут быть использованы в докладах о состоянии окружающей среды, ведомственных отчетах, учебных пособиях по географии, биологии, экологии Томской области как образец материалов комплексной оценки болота. Данные по флоре, растительности и стратиграфии торфяных отложений болота Иштан вносят вклад в сохранение и развитие 5
отечественного болотоведения как науки и способствуют решению вопросов рационального использования и охраны болотных экосистем.
В рамках данной работы нами предложено научно обоснованное решение о создании в границах исследуемого объекта новой ООПТ.
Результаты исследования изложены на всероссийских и международных конференциях в г. Санкт-Петербурге [78], Томске [79] и неоднократно обсуждались на заседаниях кафедры ботаники НИ ТГУ.
Сердечно благодарим Е.Л. Талбонен за помощь в проведении лабораторных исследований ботанического состава торфа, И.В. Волкова за помощь в проведении геоботанических исследований, С.А. Кутенкова за возможность работы с программой Korpi. Особую благодарность хочу выразить моему научному наставнику И.И. Волковой.
При общей хорошей изученности болот региона, до настоящего момента болоту Иштан как самому северному сегменту системы Обского болота посвящено не было. Настоящая работа вносит вклад в формирование широкой базы данных о формировании, динамике и структуре пойменных болотных экосистем территории.
Представленный во второй главе анализ большого массива данных ландшафтных, почвенных, гидрологических, климатических ресурсов территории показал благоприятность условий болотообразования и торфонакопления.
Всего на болоте нами зарегистрировано 67 видов растений. Из них: сосудистых - 49 (73,13%), мохообразных - 18 (26,87%). Большинство видов встречается в согре. Растения относятся к 34 семействам, 53 родам. Наиболее представлены семейства Rosaceae и Salicaceae (оба - по 6 видов), Betulaceae, Ericaceae и Amblystegiaceae (по 5), Cyperaceae (4), Pinaceae и Calliergonaceae (3). Вышеуказанные шесть семейств вместе объединяют 37 видов или 55,22% флоры.
Фитогеографическая структура. Согласно долготным группам ареалов преобладают голарктические (28), евразиатские (9), мультирегиональные биполярные (6), евросибирские (5) виды. Среди широтных геоэлементов преобладают бореальные (27), гемибореальные (15), плюризональные (13) и гипо- арктические (7) элементы. Число верных видов (ядро болотной флоры Иштан) составляет 49 вида (80,33% от общего числа).
Фитоценотическая и экологическая структура. Основу ценотического спектра флоры составляют следующие виды: болотные - 29, лесо-болотные и лесные - по 12, пойменно-лесные (5). Сумма неболотных видов - лесных, пойменно-лесных, луговых и других суходольных местообитаний составляет менее трети (20). Такое распределение соответствует разнообразию растительных сообществ, выявленных на территории болота Иштан.
Анализ экологической структуры флоры болота Иштан по фактору увлажнения показал, что на объекте произрастают преимущественно влаголюбивые растения: гидромезофиты - 21, субгидрофиты - 15, мезофиты - 14, аэрогидрофиты - 13. Таким образом, во флоре болота представлен весь спектр экологических групп растений сырых и влажных местообитаний, от гидрофитов до мезофитов.
По отношению к фактору активного богатства (плодородия) почв виды распределились следующим образом: мезотрофы (38), мезоэвтрофы (9), ме- зоолиготрофы (5), олиготрофы (4), эв-мезотрофы (4), олигомезотрофы (2). Такой богатый набор экологических групп растений по фактору трофности подтверждает наши наблюдения о разнообразии местообитаний и ландшафтных условий в разных частях поперечного (по отношению к речному руслу) геоботанического профиля, приведшем к появлению сложного сочетания видов и сообществ как с высокими, так и с относительно низкими требованиями в плане минерального питания.
На основе доминантного подхода в классификации растительности выделена 21 ассоциация. Преобладают ассоциации эвтрофного класса древесно-травяной группы - 12 вариантов и травяно-моховая группа ассоциаций (5). Наиболее распространены полидоминантные сообщества, вариантов монодоминант- ных сообществ немного. Биогеоценотическая классификация болот позволяет характеризовать объект как сложную биогеосистему, относящуюся к низинному типу массивов. Это пойменный геоморфологический вариант со множеством групп топяных, топяно-лесных и лесных фаций. Эколого-флористический принцип группировки показал наличие в разной пропорции классы Scheuchzerio-Caricetea nigrae и Alnetea glutinosae.
Дальнейшие ботанические исследования территории должны включать в себя изучение лихенофлоры, микофлоры и флоры печеночников, а также флоры гипновых и мниевых мхов. Подробному изучению подлежит и флора открытых водоемов болота.
Торфяная залежь принадлежит к низинному типу. Многообразие растительных компонентов в торфе позволяет отнести его к комплексным многослойным торфам лесного (14 образцов, 11,67%), лесо-топяного (63 образца, 52,5%) и топяного подтипа (43 образца, 35,83%), где на различных глубинах отмечается преобладание осоковых, вахтовых, древесных, гипновых торфов и их комбинаций. Наиболее представлены следующие группы: травяно-древесная (26 образцов), древесная (23), травяная (22), древесно-травяная (21). Данные 4 группы составляют выше 76% всех представленных групп торфов.
Всего нами выделено 27 видов торфа. Самый часто встречаемый вид - древесный (хвойный) (Pinus sylvestris + Picea obovata) (27 образцов/22,5%). Далее по распространению: вахтово-древесный (14/11,67%), осоковый (11/9,17%), вахтово-осоковый (8/6,67%), осоково-гипновый низинный (7/5,83%). Единично встречаются комплексные низинные торфа с 3 торфооб- разователями: древесно-вахтово-осоковый, древесно-хвощево-вахтовый, вах- тово-осоково-гипновый, древесно-пушициево-гипновый и др.
Среднее число видов-торфообразователей - 7,71/на образец. Наибольшее среднее значение определено для вахтово-осоково-гипнового вида торфа (14). Наименьшее число видов-торфообразователей (3) отмечается в древесных торфах хвойного, соснового, вахтово-древесного, древесно-вахтово-осокового вида. Торфяная залежь болота Иштан сложена не менее 48 видами растений.
Средняя степень разложения торфов болота Иштан - 40,47%. Наибольшие средние значения (50%) определены для древесно-вахтово-осокового, древесно-хвощево-вахтового, хвощево-вахтового и вахтово-осокового торфа, а наименьшие средние (25%) - для древесно-осоково-гипнового вида.
Во всех профилях можно выделить слои и горизонты, сходные по ботаническому составу, что говорит о едином формировании торфяного массива. Тотальное доминирование древесных остатков в слоях, граничащих с минеральным грунтом, позволяет сделать вывод о том, что болотообразовательный процесс начался с заболачивания пойменного леса.
Всего нами отмечено 61 направление переходов видов торфа, из которых лишь 6 повторилось два и более раза. Более половины переходов (31) отмечено для притеррасной части, скважины «И1». Можно заключить, что изменения экологических условий крупных пойменных болот, (увлажнение, обводненность, трофность) наиболее показательно проявляются именно в притеррасных частях. Еще один важный вывод - «генетический центр» болота находится в притеррасной части, отсюда, в доступных по параметрам мезорельефа направлениях идет активное наступление болота на сушу.
Рассмотренная в пятой главе концепция экосистемных услуг, предоставляемых болотами, требует дальнейшего изучения и комплексного рассмотрения в рамках экономического, географического и биологического направления. Болото Иштан предоставляет большой спектр экосистемных услуг. Для поддержания объема, качества, спектра данных услуг предложено создание в границах массива региональной ООПТ комплексного профиля и проведение дальнейших специализированных биологических и геоэкологических исследований.
Представленный во второй главе анализ большого массива данных ландшафтных, почвенных, гидрологических, климатических ресурсов территории показал благоприятность условий болотообразования и торфонакопления.
Всего на болоте нами зарегистрировано 67 видов растений. Из них: сосудистых - 49 (73,13%), мохообразных - 18 (26,87%). Большинство видов встречается в согре. Растения относятся к 34 семействам, 53 родам. Наиболее представлены семейства Rosaceae и Salicaceae (оба - по 6 видов), Betulaceae, Ericaceae и Amblystegiaceae (по 5), Cyperaceae (4), Pinaceae и Calliergonaceae (3). Вышеуказанные шесть семейств вместе объединяют 37 видов или 55,22% флоры.
Фитогеографическая структура. Согласно долготным группам ареалов преобладают голарктические (28), евразиатские (9), мультирегиональные биполярные (6), евросибирские (5) виды. Среди широтных геоэлементов преобладают бореальные (27), гемибореальные (15), плюризональные (13) и гипо- арктические (7) элементы. Число верных видов (ядро болотной флоры Иштан) составляет 49 вида (80,33% от общего числа).
Фитоценотическая и экологическая структура. Основу ценотического спектра флоры составляют следующие виды: болотные - 29, лесо-болотные и лесные - по 12, пойменно-лесные (5). Сумма неболотных видов - лесных, пойменно-лесных, луговых и других суходольных местообитаний составляет менее трети (20). Такое распределение соответствует разнообразию растительных сообществ, выявленных на территории болота Иштан.
Анализ экологической структуры флоры болота Иштан по фактору увлажнения показал, что на объекте произрастают преимущественно влаголюбивые растения: гидромезофиты - 21, субгидрофиты - 15, мезофиты - 14, аэрогидрофиты - 13. Таким образом, во флоре болота представлен весь спектр экологических групп растений сырых и влажных местообитаний, от гидрофитов до мезофитов.
По отношению к фактору активного богатства (плодородия) почв виды распределились следующим образом: мезотрофы (38), мезоэвтрофы (9), ме- зоолиготрофы (5), олиготрофы (4), эв-мезотрофы (4), олигомезотрофы (2). Такой богатый набор экологических групп растений по фактору трофности подтверждает наши наблюдения о разнообразии местообитаний и ландшафтных условий в разных частях поперечного (по отношению к речному руслу) геоботанического профиля, приведшем к появлению сложного сочетания видов и сообществ как с высокими, так и с относительно низкими требованиями в плане минерального питания.
На основе доминантного подхода в классификации растительности выделена 21 ассоциация. Преобладают ассоциации эвтрофного класса древесно-травяной группы - 12 вариантов и травяно-моховая группа ассоциаций (5). Наиболее распространены полидоминантные сообщества, вариантов монодоминант- ных сообществ немного. Биогеоценотическая классификация болот позволяет характеризовать объект как сложную биогеосистему, относящуюся к низинному типу массивов. Это пойменный геоморфологический вариант со множеством групп топяных, топяно-лесных и лесных фаций. Эколого-флористический принцип группировки показал наличие в разной пропорции классы Scheuchzerio-Caricetea nigrae и Alnetea glutinosae.
Дальнейшие ботанические исследования территории должны включать в себя изучение лихенофлоры, микофлоры и флоры печеночников, а также флоры гипновых и мниевых мхов. Подробному изучению подлежит и флора открытых водоемов болота.
Торфяная залежь принадлежит к низинному типу. Многообразие растительных компонентов в торфе позволяет отнести его к комплексным многослойным торфам лесного (14 образцов, 11,67%), лесо-топяного (63 образца, 52,5%) и топяного подтипа (43 образца, 35,83%), где на различных глубинах отмечается преобладание осоковых, вахтовых, древесных, гипновых торфов и их комбинаций. Наиболее представлены следующие группы: травяно-древесная (26 образцов), древесная (23), травяная (22), древесно-травяная (21). Данные 4 группы составляют выше 76% всех представленных групп торфов.
Всего нами выделено 27 видов торфа. Самый часто встречаемый вид - древесный (хвойный) (Pinus sylvestris + Picea obovata) (27 образцов/22,5%). Далее по распространению: вахтово-древесный (14/11,67%), осоковый (11/9,17%), вахтово-осоковый (8/6,67%), осоково-гипновый низинный (7/5,83%). Единично встречаются комплексные низинные торфа с 3 торфооб- разователями: древесно-вахтово-осоковый, древесно-хвощево-вахтовый, вах- тово-осоково-гипновый, древесно-пушициево-гипновый и др.
Среднее число видов-торфообразователей - 7,71/на образец. Наибольшее среднее значение определено для вахтово-осоково-гипнового вида торфа (14). Наименьшее число видов-торфообразователей (3) отмечается в древесных торфах хвойного, соснового, вахтово-древесного, древесно-вахтово-осокового вида. Торфяная залежь болота Иштан сложена не менее 48 видами растений.
Средняя степень разложения торфов болота Иштан - 40,47%. Наибольшие средние значения (50%) определены для древесно-вахтово-осокового, древесно-хвощево-вахтового, хвощево-вахтового и вахтово-осокового торфа, а наименьшие средние (25%) - для древесно-осоково-гипнового вида.
Во всех профилях можно выделить слои и горизонты, сходные по ботаническому составу, что говорит о едином формировании торфяного массива. Тотальное доминирование древесных остатков в слоях, граничащих с минеральным грунтом, позволяет сделать вывод о том, что болотообразовательный процесс начался с заболачивания пойменного леса.
Всего нами отмечено 61 направление переходов видов торфа, из которых лишь 6 повторилось два и более раза. Более половины переходов (31) отмечено для притеррасной части, скважины «И1». Можно заключить, что изменения экологических условий крупных пойменных болот, (увлажнение, обводненность, трофность) наиболее показательно проявляются именно в притеррасных частях. Еще один важный вывод - «генетический центр» болота находится в притеррасной части, отсюда, в доступных по параметрам мезорельефа направлениях идет активное наступление болота на сушу.
Рассмотренная в пятой главе концепция экосистемных услуг, предоставляемых болотами, требует дальнейшего изучения и комплексного рассмотрения в рамках экономического, географического и биологического направления. Болото Иштан предоставляет большой спектр экосистемных услуг. Для поддержания объема, качества, спектра данных услуг предложено создание в границах массива региональной ООПТ комплексного профиля и проведение дальнейших специализированных биологических и геоэкологических исследований.
