Материалы Четвертой конференции «Математическое моделирование в экологии» ЭкоМатМод-2015, г. Пущино, Россия

ОЦЕНКА СКОРОСТИ ТРАНСФОРМАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА РАСТЕНИЙ-ТОРФОООБРАЗОВАТЕЛЕЙ В ОЛИГОТРОФНОМ БОЛОТЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Головацкая Е.А.

Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск, Россия golovatskaya@imces.ru

Аннотация: На основании экспериментальных данных получены количественные оценки скорости трансформации растительных остатков в олиготрофных торфяных залежах южнотаежной подзоны Западной Сибири, показано снижение интенсивности процесса трансформации для всех исследуемых видов в течение 4 лет и выполнен прогноз интенсивности процесса трансформации растений–торфообразователей.

Изучение процессов трансформации органического вещества приобретает большое значение в связи с изменением климата и возрастанием уровня антропогенного воздействия на природные экосистемы. Знание закономерностей процессов трансформации растенийторфообразователей и их количественных оценок для болотных экосистем необходимо для изучения механизмов их устойчивости и продуктивности болот, обоснования прогноза их эволюции в связи с изменением экологической обстановки. Определяющим факторам, влияющим на скорость разложения, является химический состав исследуемых видов растений, также существенное влияние оказывают микробиологическая активность и гидротермические условия торфяной залежи. Цель работы заключалась в оценке скорости трансформации растений-торфообразователей в торфяной залежи олиготрофного болота южно-таежной подзоны Западной Сибири.

Объекты и методы

Объектами исследований послужили основные растения-торфообразователи сосново- кустарничково-сфагнового фитоценоза (низкого ряма) и осоково-сфагновой топи олиготрофного болота «Бакчарское» (Бакчарский район Томская область). В эксперименте участвовало 9 видов растений произрастающих на исследуемых фитоценозах. Для определения скорости разложения растений-торфообразователей применялся метод закладки растительности в торф (Козловская и др., 1978). Дополнительно, с целью получения количественных характеристик потерь макроэлементов, была определена зольность, содержание общего азота и общего углерода в исходных образцах растительного вещества и после эксперимента по соответствующим методикам (Агрохимические методы, 1975; Пономарева, Плотникова, 1975). Опыт закладывался в конце вегетационного периода 2008 года, повторность – 3-х кратная. Образцы с растительным материалом были извлечены через 1, 2, 3 и 4 года после начала эксперимента. Для каждого вида растений был рассчитан коэффициент трансформации (k) по следующей формуле:

k=-ln(mt/m0)/t, (1)

где m0 исходная масса опада растений (г), mt –масса опада (г) через время t (год).

Результаты исследования

В течение всего первого года эксперимента по оценке скорости трансформации растительных остатков наименьший коэффициент трансформации получен для сфагновых мхов (0,06-0,19), максимальный для травянистых растений (0,41-0,54). Через 4 года скорость разложения снижается, о чем свидетельствует и снижение величины коэффициента трансформации для мхов он достигает значений 0,02-0,12, для трав 0,23-0,37. Процесс трансформации растительных остатков протекает нелинейно (рис. 1) и для некоторых видов, например сфагновых мхов, практически прекращается через 15-50 лет (сфагнум фускум и

43

Материалы Четвертой конференции «Математическое моделирование в экологии» ЭкоМатМод-2015, г. Пущино, Россия

сфагнум ангустифолиум). Трансформация растительных остатков трав протекает быстрее и уже через 15-20 лет все исследуемые остатки трав разлагаются практически полностью. Разложение листьев кустарничков занимает больше времени – процесс трансформации прекращается только через 20-60 лет в зависимости от вида кустарничков при этом оставшиеся в виде хорошо разложившего торфа растительные остатки листьев составляют менее 5% от исходного количества.

Рисунок 1 – Изменение коэффициентов трансформации растительных остатков растений-торфообразователей в торфяных залежах: А – низкого ряма, Б – осоково-сфагновой топи, линиями показан прогноз изменения коэффициента трансформации со временем.

Данные ботанического состава торфяной залежи и датирования верхних горизонтов торфа подтверждают выводы о существенном снижении скорости трансформации растительных остатков сфагновых мхов со временем. Так например, верхняя часть (0-60 см) торфяной залежи низкого ряма сложена фускум-торфом со степенью разложения 5 % при возрасте на глубине 50-60 см 230 лет. В торфяной залежи осоково-сфагновой топи сложенной ангустифолиум-торфом (глубинна 50-60 см, степень разложения 10 %, возраст 240 лет). Растительные остатки трав в этих слоях торфа практически отсутствуют, содержание растительных остатков кустарничков составляют менее 5 %.

Литература

Козловская Л.С., Медведева В.М., Пьявченко Н.И. Динамика органического вещества в процессе торфообразования. - Л.: Наука ЛО, 1978. 172 с.

Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. 656 с.

Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Методические указания по определению содержания состава гумуса в почвах (минеральных и торфяных). - Л.: Наука, 1975. 105 с.

44

Материалы Четвертой конференции «Математическое моделирование в экологии» ЭкоМатМод-2015, г. Пущино, Россия

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СОСНЫ НА ТЕРСКОМ ПОБЕРЕЖЬЕ БЕЛОГО МОРЯ.

Голубева Е.И.1, Глухова Е.В.2

1,2 Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия, egolubeva@gmail.com, evglukhova@gmail.com

Аннотация: Изучение деградации земель, разработка методов борьбы с деградационными процессами, а также организация мониторинга функционирования экосистем в условиях Крайнего Севера имеет особое значение, поскольку экосистемы легко уязвимы. В связи с этим, целью работы являлся анализ особенностей структуры и динамики формирующихся сосновых лесов при фитомелиорации на песках Терского побережья Белого моря.

Одной из актуальных задач современной геоэкологии является сохранение и рациональное использование земельных ресурсов морских побережий, в том числе, разработка методов их восстановления в результате деградации. Примером такого района с протекающими деградационными процессами на побережьях может служить побережье Белого моря (южная часть Кольского полуострова).

Песчаные массивы на этой территории образовались в результате действия комплекса неблагоприятных природных факторов, таких как легкий механический состав грунтов, сильные ветра, низкие температуры, нерациональное использование земель – вырубка леса, пожары, перевыпас скота и т.п. Площадь деградированных земель в устье р. Варзуга составляет более 2,2 тыс. га (Казаков, 2000). На Терском берегу Белого моря для закрепления песчаных массивов проводятся фитомелиоративные работы.

Цель наших исследований – изучение особенностей структуры и динамики формирующихся сосновых лесов при фитомелиорации на песках Терского робережья Белого моря как показателей эффективности рекультивации.

В связи с поставленной целью решались следующие задачи:

а)изучить особенности микроклимата, характер рельефа и содержание элементов минерального питания в почве разновозрастных насаждениях; б)описать структуру и флористическое разнообразие сформировавшихся разновозрастных сообществ из сосны Pinus sylvestris L.; в)исследовать изменения в видовом составе сообществ; д)исследовать изменения в фотосинтетическом аппарате сосны и в содержании элементов минерального питания в хвое в зависимости от возраста и структуры насаждений; е)проследить изменения морфометрических параметров роста сосны за 20-ти летний период; ж)выявить наиболее информативные показатели эффективности фитомелиорации и стадии восстановления сосновых лесов.

Основной лесообразующей культурой при фитомелиорации был выбран вид местной флоры - сосна обыкновенная лапландская, степень приживаемости которой оказалась самой высокой по сравнению с другими видами – фитомелиорантами (Ипатов, 1974).

Проведенный анализ показал, что в районе исследований преобладает бугристый характер рельефа, влияющий на формирование определенной структуры сосновых сообществ. Так, на хорошо прогреваемых буграх в условиях высокой воздухопроницаемости формируются насаждения с высокой степенью сомкнутости (Ведрова, 1980).

В распределении питательных веществ в компонентах экосистем (растения, почва) играет роль не только возраст фитомелиорантов, но и характер их распределения. Содержание элементов питания в почве практически одинаково во всех изученных сообществах, что говорит об одинаковых условиях произрастания. Наблюдается разница в содержании элементов питания в хвое сосны между деревьями, растущими в группе и отдельно стоящими. У деревьев, растущих в группе значения концентрации элементов питания выше, чем у отдельно стоящих.

45

Материалы Четвертой конференции «Математическое моделирование в экологии» ЭкоМатМод-2015, г. Пущино, Россия

Исследования показали, что наблюдается определенная зависимость в содержании пигментов, соотношении пигментов, количестве суммарных хлорофиллов а и в от возраста и структуры насаждений. Значения проанализированных показателей увеличиваются с возрастом сосновых посадок, при этом, максимальные значения зафиксированы у 15-летних сосен. При этом у деревьев, растущих в группе значения всех изученных показателей выше, чем у отдельно стоящих. Количество пигментов в сосновых насаждениях 20-летнего возраста соответствует их количеству в естественных сосновых лесах.

Анализ морфометрических характеристик (возраст, ежегодный прирост, диаметр ствола на высоте 1,3 м, диаметр корневой шейки, возраст хвои) сосны показал, что происходит увеличение всех значений этих параметров с возрастом, особенно у деревьев, растущих в группе. Продолжительность жизни хвои сосны варьирует от 1 года (в молодых насаждениях) до 4 лет (в 20-летних насаждениях).

В процессе формирования сообществ происходят изменения в их видовом составе и структуре. Количество видов меняется от 4 до 11.

Анализ рассмотренных показателей состояния формирующихся сосновых лесов при фитомелиорации позволил выбрать наиболее информативные на основе которых можно проводить оценку состояния насаждений и моделирование мониторинга процесса фитомелиорациии: морфометрические (высота деревьев, диаметр ствола на высоте 1,3 м., ежегодный прирост), фитоценотические (экобиоморфный состав и флористическое разнообразие), биохимические ( соотношение пигментов).

Изменения показателей, характеризующих состояние и развитие растительных сообществ при фитомелиорации позволяет выделить 3 стадии формирования сосновых лесов.

Первая стадия – приживание сосновых насаждений (до 5 лет). Вторая стадия – усиленного роста и формирования сообществ (до 10-15 лет). Третья стадия - формирования сообществ, близких к естественным (15-20 лет).

Литература

Ведрова Э.Ф. Влияние сосновых насаждений на свойства почвы. Новосибирск: Наука, 1980.

Ипатов Л.Ф. Строение и рост культур сосны на Европейском Севере. Архангельск: Северо-западное книж. изд-

во, 1974.

Казаков Л.А. Кузоменские пески. 2000.

46