Лесоведение, 2023, № 1, стр. 52-65

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА

Исследования проводили в северо-восточной части Васюганского болота, располагающейся на территории южнотаежной зоны Западной Сибири (рис. 1). Наблюдения велись на 2-х участках: на естественном болоте в пределах малого заболоченного водосбора реки Ключ с олиготрофным типом торфяной залежи (ТЗ) (координаты пункта наблюдения 56°58′23.02″ с.ш., 82°36′43.78″ в.д.) и олиготрофном болоте – “5 участок Васюганского болота”, расположенном южнее естественного болота и частично освоенном под лесомелиорацию (координаты пункта наблюдения 56°50′49.33″ с.ш., 82°53′41.91″ в.д.).

Рис. 1.

Расположение объектов исследования.

Климат южнотаежной зоны Западной Сибири характеризуется холодной зимой, со значительным снежным покровом и довольно влажным, коротким, но теплым, а иногда и жарким летом (Коженкова, Рутковская, 1974). Среднемесячная температура воздуха января и июля служат показателем общих термических ресурсов территории, которая отличается сравнительно низким уровнем теплообеспеченности. По сравнению с аналогичной широтой европейской части России ресурсы тепла в Западной Сибири на 10–12% ниже. За теплый период выпадает более половины годовых осадков (329–412 мм). Для зимнего периода характерна холодная продолжительная зима. По нашим данным (Инишева, 2020), промерзание ТЗ на исследуемой территории зависит от микрорельефа. Так, на повышенных элементах глубина промерзания на верховом болоте может достигать 50 см, на пониженных – 35 см.

Растительность олиготрофного болота, располагающегося на заболоченном водосборе реки Ключ, относится к кустарничково-травяно-сфагновой ассоциации. Угнетенный древесный ярус представлен сосной обыкновенной (Pinus silvestris L. f. Litwinowii). Кустарничковый ярус развит обильно на микроповышениях и сложен багульником болотным (Ledum palustre L.), хамедафне прицветничковой (Chamaedaphne calyculata L.), подбелом обыкновенным (Andromeda polifolia L.) и голубикой обыкновенной (Vaccinium uliginosum L.). На вершинах кочек растет клюква мелкоплодная (Oxycoccus microcarpus). Травяной ярус представлен куртинками пушицы влагалищной (Eriophorum vaginatum L.), морошки (Rubus chamaemorus L.) и росянки круглолистной (Drosera rotundifolia L.). В моховом покрове на повышениях доминирует сфагнум бурый (Sphagnum fuscum Klinggr. (95%)), на межкочковых понижениях встречаются сфагнум узколистный (Sph. Angustifolium) и сфагнум божественный (Sph. Magellanicum). Торфяная залежь достигает мощности 3 м и с поверхности представлена фускум- и медиум-торфом мощностью 1.5 м. Далее идет слой сосново-пушицевого торфа переходного типа 0.4 м, который сменяется осоковым низинным торфом высокой степени разложения (50%) и мощностью 30 см (табл. 1). Возраст ТЗ на этой территории равен 5200 ± 180 14C лет BP (СО РАН 8041).

Объект “5 участок Васюганского болота” занимает площадь 18 000 га. На территории в 4 тыс. га построена осушительная сеть под лесомелиорацию. Расстояние между каналами – 150 м, проектная норма осушения – 0.6 м. Фитоценоз аналогичен болоту на водосборе реки Ключ. Торфяная залежь мощностью 3.0 м представлена фускум-торфом до глубины 150 см. Далее следует сосново-пушицевый переходный слой торфа, который сменяется древесно-пушицевым и травяным низинным торфом. До глубины 1.0 м степень разложения постоянная – в пределах 5%, а далее она увеличивается до 50% на глубине 2.5 м. Возраст ТЗ – 5465 ± 140 14C лет (СО РАН–7646). Подстилающие породы на обоих объектах – глины с содержанием раковин пресноводных моллюсков, реакция среды от сильно кислой – в верховой залежи, до слабо кислой – в низинной.

На исследуемых объектах проводили наблюдения за стоком на оборудованном гидрометрическом посту, изучали уровни болотных вод (УБВ) каждую декаду месяца (Наставления …, 1978). За нулевую отметку принимали условную отметку средней поверхности болотного ландшафта, за среднюю поверхность болота – поверхность, соответствующую отметке средней высоты элементов микрорельефа (Методические указания …, 2011), положение уровня определяли как разность отметок репера и зеркала болотных вод. Для изучения водного режима отбирали пробы торфа до глубины УБВ еженедельно. Влажность, ботанический состав, степень разложения и рН солевой вытяжки анализировали по книге “Технический анализ торфа” (1992). Датирование ТЗ выполнено на радиоуглеродной установке QUANTULUS-1220 (бензольно-сцинтилляционный вариант) в лаборатории геологии и палеоклиматологии кайнозоя Института геологии и минералогии СО РАН. Метеоусловия рассчитывали по данным, опубликованным на сайтах, – http://meteocenter.net/ (2008–2012 гг.) и http://aisori–m.meteo.ru/ (2013–2015 гг.).

Полевые исследования проводились 1–2 раза в месяц с мая по сентябрь. Концентрацию парниковых газов в ТЗ изучали “peepers”-методом. Прибор для определения концентрации диоксида углерода и метана в ТЗ был предоставлен Институтом геологии университета Невшателя (Steinmann, Shotyk, 1996). В качестве пробоотборников использовали камеры из оргстекла размером 30 × 40 мм, объемом 30 мл. Мембранный сульфоновый фильтр накладывали на боковую стенку камеры и фиксировали винтами. Камеру заполняли дистиллированной водой и закрывали мембранным сульфоновым фильтром со второй стороны. Соединенные между собой полыми пластиковыми трубками камеры опускали на всю глубину ТЗ с учетом ее стратиграфии. После 30 дней, необходимых для уравновешивания газовой фазы ТЗ и камеры, их вынимали из ТЗ и из каждой камеры шприцом на 10 мл через полисульфоновый мембранный фильтр производили забор жидкости, которую переносили в равном объеме (5 мл) в 3 вакутейнера. В них же для прекращения микробиологической активности добавляли 2–3 капли HgCl, вакутейнеры помещали в коробку пробками вниз и доставляли в лабораторию. После дегазации отобранный из пробирок газ анализировали на газовом хроматографе “Кристалл 5000.1”.

Для измерения удельных потоков СО₂ и СН₄ первоначально использовали метод И.Н. Шаркова (Шарков, 2005), а в последующем – метод статических замкнутых камер. Экспозиционную камеру из оргстекла объемом 60.8 литра на время измерения устанавливали на стальное нержавеющее основание размером 37 × 37 см, которое предварительно заглубляли в торф на 10 см. Герметизация системы достигалась с помощью гидрозатвора. Циркуляцию воздуха в камере осуществляли с помощью встроенного вентилятора (Naumov, Smolentseva, 2013). Вентилятор был постоянно подключен к аккумулятору. Во время экспозиции камеры накрывали теплоизоляцией с ламинированной отражающей фольгой. После проветривания камеры приступали к измерению. Сразу же после установки камер отбирали первую пробу в шприц, вставленный в трубку пробоотборника – газообразные трубки длиной 0.5 м (предварительно шприцем прокачивали воздух 3–5 раз за 6–10 с). Отбор газовых проб производили шприцем (объем 20 мл). Время экспозиции составляет 30–60 мин с отбором контрольных проб через 10–15 мин. Через 30 мин последовательно отбирали пробы во второй и третий вакутейнеры. Пробы анализировали в лаборатории на газовом хроматографе “Кристалл-5000.1”. Потоки углерода рассчитывали за теплый период с мая по сентябрь. Все лабораторные исследования проводили в аккредитованной лаборатории Томского государственного педагогического университета (РОСС RU.0001.516054) и в ЦКП ТГУ “Аналитический центр геохимии природных систем”. Данные анализировали при помощи пакета программ Miсrosoft Excel.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Болото на малом заболоченном водосборе реки Ключ. Исследования на олиготрофном болоте малого водосбора выполняли в летние периоды 2004–2013 гг. При характеристике погодных условий использовали комплексный показатель – гидротермический коэффициент (ГТК) по Г.Т. Селянинову, представляющий отношение суммы осадков за период с температурой выше 10°С к испаряемости, выраженной суммой температур за этот же период, уменьшенной в 10 раз. Репрезентативность этого показателя хорошо обоснована в работах М.И. Будыко (1974). За восьмилетний период исследований 2 года относились к средним годам за теплый период – 2004, 2007 гг., ГТК которых – 1.3–1.6. Два года (2005 и 2011 гг.) с ГТК 1.8–2.1 характеризовались как увлажненные. Экстремально сухих лет за период наблюдений не было отмечено. К относительно сухим годам принадлежали 4 года (2006, 2010, 2012, 2013 гг.) с ГТК 0.8-1.2. Пределы колебаний УБВ относительно средней поверхности болота за период исследований были равны 13 см при среднем квадратическом отклонении 4 см и коэффициенте вариации 2.47, амплитуда колебаний составила 20–/–30/ см. Влажность верхнего полуметрового слоя ТЗ поддерживалась в пределах 0.8–1.0 полной влагоемкости, в нижних слоях – на уровне полной влагоемкости.

Концентрация парниковых газов в торфяных залежах. Мониторинг концентрации СО₂ и СН₄ в 3-х метровой ТЗ олиготрофного болота водосбора реки Ключ показал, что, несмотря на разность погодных условий, средние значения концентрации СО₂ в ТЗ колебались по годам в небольших пределах 0.2–2.6 ммоль/дм³ (при экстремальных значениях 0.002–3.64 ммоль/дм³) и СН₄ – 0.1–1.5 ммоль/дм³ (при экстремальных – 0.003–2.03 ммоль/дм³). Повышенные концентрации СО₂ в ТЗ отмечались на протяжении 3 лет (с 2005 по 2007 гг. с ГТК соответственно 1.8–0.9 и 1.3), а высокие значения средних концентраций СН₄ в ТЗ (до 1.5 ммоль/дм³) – в среднемноголетнем по ГТК 2004 г. Эти данные свидетельствуют о том, что в разные по гидротермическим условиям теплые периоды концентрации парниковых газов в ТЗ характеризуются небольшим интервалом их значений. Аналогичные результаты были получены и другими исследователями. Так, в работах А.В. Наумова (Наумов, 1994, 2002) было показано, что концентрация СО₂ в ТЗ олиготрофного типа на территории южнотаежной зоны Западной Сибири варьировала от 0.12 до 3.16 ммоль/дм³, а другими авторами для этой же территории (Махов и др., 1999) определено, что концентрация СО₂ в олиготрофных торфяных болотах изменялась в пределах 0.04–1.98 ммоль/дм³, а СН₄ – в пределах 0.1–3.0 ммоль/дм³. Таким образом, многолетние исследования с разными погодными условиями подтвердили тот же диапазон изменения концентрации парниковых газов в олиготрофной ТЗ, что и в разовых определениях других исследователей, это свидетельствует о пространственной их однородности и, возможно, определяется практически постоянно переувлажненным характером территории.

Представляет интерес рассмотреть динамику концентраций СО₂ по глубине ТЗ в средних значениях за теплый период исследования (рис. 2а). Интервал значений концентраций СО₂ в ТЗ был в пределах 0.01–2.5 ммоль/дм³. Увеличение концентрации СО₂ вниз по глубине ТЗ происходило практически во все годы исследований и в основном на 2-х глубинах. Граничным слоем, где отмечалось увеличение концентраций СО_2, можно обозначить слой 150–200 см (смена залежи верхового типа на переходную) и также на глубине – 200 см (смена переходной залежи на низинную). И только в 2005 г. (ГТК 1.8) при первоначальном увеличении концентрации СО₂ от поверхности ТЗ вниз, с глубины 150–200 см, концентрация СО₂ к подстилающим породам снизилась. Можно объяснить это исключение из общей закономерности очень влажным летним периодом, но во влажный 2011 год с ГТК 2.1 отмечаемое снижение концентрации по ТЗ к подстилающим породам не повторилось. Возможно, этот факт объясняется неодинаковым распределением ГТК по месяцам этих лет. В 2005 г. наиболее влажным оказался сентябрь (ГТК 4.1), когда отмечалось снижение температуры в ТЗ, а также активности вегетации растений. Это могло послужить причиной чрезмерной увлажненности ТЗ и привести к снижению активности биохимических процессов, продуцирующих СО₂, в то время как в 2011 г. практически аналогичный ГТК (3.9) был в августе, создавая лучшие условия для активности биохимических процессов.

Рис. 2.

Динамика концентрации СО₂ в торфяной залежи (а) по годам, в среднем за теплый период; (б) в сухие годы, ммоль/дм³.

Перейдем к обсуждению динамики СО₂ в ТЗ за 2 относительно сухих года – 2006 (ГТК 0.9) и 2012 (ГТК 0.8), погодные условия которых довольно редко отмечаются в условиях переувлажненной территории Западной Сибири (рис. 2б). В 2012 г. динамика концентрации СО₂ в ТЗ за май–сентябрь была практически монотонной и в небольших пределах – от 0.1 до 0.5 ммоль/дм³, и только в сентябре отмечалось небольшое увеличение к подстилающим породам. В 2006 г., в мае–июле, в ТЗ прослеживались синхронные изменения концентрации СО₂ по глубине ТЗ с изменением направления в сторону ее увеличения в слое 150–200 см. При этом концентрации СО₂ в июле увеличивались до 2.0–2.6 ммоль/дм³, что значительно выше по сравнению с аналогичным по погодным условиям 2012 г. Динамика концентрации СО₂ в сентябре также имела свои особенности. Она менялась, в отличие от мая и июля, дважды: в слое 100–150 см и 200–250 см. Проведенный анализ выявил пульсирующий вид динамики концентрации СО₂ в ТЗ. Аналогичная закономерность отмечалась и в другие годы.

Известно, что ТЗ является сложным объектом по изменчивости свойств. Неравномерное распределение СО₂ по глубине, вероятнее всего, можно объяснить разным строением ТЗ не только на типовом, но и на видовом уровне (см. табл. 1). Так, в придонном слое (250–300 см) преобладает папоротник – 35%, в слое 200–250 см на папоротник приходится только 5%, а превалирующим растением является осока – 35%. Переходный тип торфа в ТЗ представлен сосной – 25% и сфагнумом разного вида – 35%, верховой торф на 90% слагается из сфагнума. Торфяная залежь по составу растений существенно варьирует, и ботанический состав каждого слоя вносит коррективы в формирование ее структуры, определяя динамику газового состава. Заметим, что основу торфа составляют высокомолекулярные продукты распада и растительные остатки твердых высокополимеров целлюлозной природы. Часть растений образует структуры переплетения. Индивидуальные вещества органической и минеральной составляющих создают в торфе надмолекулярные комплексы. В результате в ТЗ образуются структуры разной компактности, проницаемые и трудно проницаемые для молекул воды и ионов, что оказывает влияние на формирование в ТЗ индивидуального газового состава.

Подводя итог, отметим, что разные погодные условия отдельных месяцев теплого периода оказывают влияние на динамику СО₂ в ТЗ. Можно также констатировать, что определяющим фактором является ботанический состав торфов, слагающих ТЗ, физико-механические свойства ТЗ и активность микробиологических процессов. Так, в процессе корреляционного анализа в слое 0–50 см ТЗ выявлена зависимость концентрации СО₂ от содержания микробной биомассы, которая аппроксимировалась параболой третьего порядка (коэффициент детерминации R² выше 0.97 при F = 22.89 > F_таб 19.16), а также от интенсивности базального (микробного) дыхания. Эта зависимость представлена логарифмическим уравнением регрессии с коэффициентом детерминации R² 0.72, F = 10.36 > F_таб 6.26 (рис. 3), что свидетельствует о сложности происходящих процессов в ТЗ и необходимости их изучения. Пока мы только можем констатировать, что эта связь нелинейного порядка.

Рис. 3.

Зависимость концентрации СО₂ от (а) активности микробной биомассы и (б) активности базального дыхания (БД) в слое 0–50 см торфяной залежи за вегетационный период.

Отмечаемая выше закономерность в динамике концентрации СО₂ в ТЗ прослеживается и на графиках по СН₄ (рис. 4). Изменение концентрации СН₄ так же, как и в случае с СО_2, происходило на границе смены типа ТЗ – 100–150 см и 150–200 см. Поверхностные слои ТЗ характеризовались, как правило, отсутствием СН₄, что отмечается и другими исследователями (Nilsson, Bohlin, 1993; Heyer et al., 2002; Joosten et al., 2016).

Рис. 4.

Динамика концентрации СН₄ в торфяной залежи (а) по годам в среднем за теплый период; (б) в сухие годы, ммоль/дм³.

Далее рассмотрим динамику СН₄ в ТЗ за 2 относительно сухих летних периода (рис. 4). В 2006 г. наибольшие значения концентраций СН₄ наблюдались в нижнем слое ТЗ. В 2012 г. концентрация СН₄ в ТЗ была примерно в 1.5 раза меньше по сравнению с 2006 г., но, начиная с глубины 100–150 см и до подстилающих пород, происходило незначительное синхронное увеличение концентрации СН₄ за рассматриваемые месяцы теплого периода. Возможно, погодные условия на концентрацию СН₄ в ТЗ также не оказывают решающего влияния, что отмечалось и в динамике СО₂ в ТЗ. Сложность процессов, происходящих в ТЗ болот разного генезиса и разной стратиграфии, далеко не всегда подтверждает выстраиваемые исследователями гипотезы. Например, предполагается образование СО₂ в поверхностных аэробных слоях ТЗ, но в наших исследованиях в разные годы СО₂ обнаруживался и в анаэробной части ТЗ. Или образование СН₄ считается облигатно анаэробным процессом, но он присутствовал в отдельных случаях и в поверхностном аэробном слое ТЗ, что наблюдалось и другими авторами (Romanowicz et al., 1995; Eilrich, 2002). Это приняли во внимание и объединили результаты наблюдений парниковых газов по всей глубине ТЗ. В результате подтвердилась линейная зависимость между концентрациями СН₄ и СО₂ по всей ТЗ (R² = 0.69), в то время как аналогичные зависимости, построенные между слоями по тем же наблюдениям, показывали прямую зависимость до глубины 150 см, ниже – обратную между концентрациями СН₄ и СО₂ в верхних и нижних слоях ТЗ. Это можно объяснить сдвижкой (запаздыванием) по времени образования парниковых газов на более низких глубинах под воздействием, прежде всего, температуры и сопутствующих процессов.

Также отметим тот факт, что на глубине 250–300 см в ТЗ отмечалась высокая положительная корреляционная связь между СН₄ и температурой до глубины 60 см, а также с УБВ (/−0.5/−/−0.8/). И если корреляция между СН₄ и температурой вполне объясняется влиянием температуры на активность метаногенов, то проявление связи между УБВ у поверхности с активностью метаногенов на такой глубине пока трудно понять, что предполагает дальнейшие исследования.

Эмиссия парниковых газов. В качестве интегральных параметров, характеризующих функциональное состояние процессов в ТЗ, рассмотрим эмиссию парниковых газов за годы исследований. Экстремальные значения удельных потоков СО₂ в ТЗ олиготрофного болота водосбора реки Ключ изменялись от /–22.2/ до 157.8 мг С/(м² ч) (тaбл. 2). Средние значения были ближе к экстремальному максимуму, за исключением 2011 г., в который весной происходило поглощение СО₂, а по среднему значению удельные потоки приближались к экстремальному нижнему пределу_.

Высокие показатели удельных потоков СО₂ отмечались в разные по тепло- и влагообеспеченности годы 2005–2007 гг. В мае наблюдалась активизация эмиссии СО_2, и это особенно было заметно в 2006 г. Высокие значения удельных потоков СО₂ регистрировались и в сентябре. В середине теплого периода наступала стабилизация активности эмиссии независимо от ГТК месяца, что совпадает с результатами работ других авторов (Головацкая, 2021).

Экстремальные пределы значений удельных потоков СН₄ за сезон колебались от /–3.0/ до 5.3 мг С/(м² ч). В мае влажного 2011 г. происходило поглощение метана и отмечались низкие значения эмиссии СН₄. Предполагается, что в условиях высокой влагообеспеченности процесс метаногенеза должен быть активнее, однако это не проявилось в исследованных ТЗ. В целом динамика эмиссии СН₄ на олиготрофном болоте характеризовалась равномерным распределением во все теплые периоды с небольшим снижением в июле, в отличие от четко выраженного сезонного хода эмиссии СН₄, отмечаемого исследователями (Kankaala et al., 2007; Bohn et al., 2007; Дюкарев и др., 2020). Так, в работе Е.Э. Веретенниковой и Е.А. Дюкарева (2019) показано, что сезонная динамика удельных потоков метана характеризуется июльским максимумом.

Есть основания полагать, что невысокие значения эмиссии метана на исследуемой территории определяются постоянно переувлажненным ее состоянием за период исследований с гидротермическими коэффициентами, преобладающе близкими к среднемноголетним значениям. Экстремально влажные и экстремально сухие годы бывают здесь крайне редко, и сложно предположить реакцию образования эмиссионных потоков парниковых газов в условиях, например, повышения температуры в атмосфере. Нельзя не отметить тот факт, что в ТЗ формируется самостоятельная газовая фаза, обусловленная кинетическими особенностями биохимических процессов. Скорость биогенной газогенерации обычно выше, чем интенсивность потенциальной диффузии в жидкой среде, поэтому создаются условия локального превышения порога растворимости газов и их скопления в виде самостоятельной физической фазы. Поэтому образующиеся внутри ТЗ парниковые газы могут достаточно интенсивно распространяться в ней в различных направлениях, не выходя в атмосферу, что способствует их временной аккумуляции в составе сплошной воздушной фазы, а также в растворенном и адсорбированном виде (Смагин, 2007).

Потоки углерода за теплый период. За все теплые периоды лет исследований потоки СО₂ не превышали 110 г С/(м² год), а минимальное его значение было равно 18 г С/(м² год). Самые высокие значения потоков СО₂ отмечены в 2004–2006 гг., разные по тепло– и влагообеспеченности (соответственно 58, 88, 110, 97 г С/(м² год)). И невысокие значения потоков СО_2, которые не превышали 20 г С/(м² год), были в 2011–2013 гг.

Экстремальные величины потока СН₄ за весь период исследований колебались в пределах 0.8–3.7 г С/(м² год). Более высокие значения потоков СН₄ за теплый период наблюдались в среднемноголетние годы (2004, 2005, 2007, соответственно 3.2, 3.7, 3.4 г С/(м² год). Во влажный 2011 г. было выделено только 0.8 г С/(м² год), а в относительно сухие 2012 и 2013 гг. – по 2.0 С/(м² год), в то время как для особо обводненных участков этой территории некоторые авторы указывают годовые значения потоков СН₄ в пределах 10–20 г C/(м² год), из них на зимние периоды приходится не более 3% от общей годовой эмиссии (Nadeshina et al., 2011; Шнырев, 2016).

“5 участок Васюганского болота”, освоенный под лесомелиорацию. На мелиорируемом объекте приведем исследования эмиссии СО₂ с 2001 по 2005 гг. как интегрального параметра процессов в ТЗ. Влажность поверхностного слоя 0–30 см колебалась от 0.8 до 0.95 полной влагоемкости. По тепловлагообеспеченности особо выделялся 2003 г., когда ГТК был равен 0.8, УБВ опустились ниже обычного – до /–60/ см и влажность уменьшилась по сравнению с естественным олиготрофным болотом до границы 80% полной влагоемкости.

Эмиссия СО₂. Значения удельного потока СО₂ на участке с лесомелиорацией варьировали в пределах 25.3–216.7 мг С/(м² ч) (табл. 3), что значительно выше, чем на болоте водосбора реки Ключ (от /–22.2/ до 157.8 мг С/(м² ч)). Если сравнить удельные потоки за среднемноголетний год¸ например 2004 г., то с мая по сентябрь на болоте водосбора они были равны 38.9, 53.5, 68.1, 95.2, 32.9 мг С/(м² ч), что меньше в 1.2 раза по сравнению с мелиорируемым болотом. Например, удельный поток СО₂ во влажный 2005 г. был существенно выше по сравнению с болотом на водосборе, особенно выделялись высокими значениями (145.2 и 154.0 мг СО₂/(м² ч)) май и июнь, которые были выше соответственно в 1.4 и 3.0 раза. В целом в этот год эффект осушения на величину удельного потока СО₂, проявлялся в наибольшей степени (в 1.2–2.4 раза был выше) по сравнению с естественным болотом на водосборе. Но и в относительно сухой 2003 г. удельные потоки СО₂ в среднем оставались высокими за теплый период.

Отсюда можно сделать вывод, что на объекте лесомелиорации активность эмиссии СО₂ была выше по сравнению с олиготрофным болотом на водоразделе реки Ключ.

Потоки углерода за теплый период. На объекте лесомелиорации величина потока СО₂ за летние периоды 2004 и 2005 гг. была равна 62.6 и 98.8 или в среднем – 80.7 г С/(м² год), что выше лишь в 1.16 раз по сравнению с естественным болотом на водоразделе (табл. 3). Таким образом, в отдельные месяцы на мелиорируемом болоте активность эмиссии СО₂ была выше по сравнению с болотом на водоразделе реки Ключ.

Углеродный баланс на олиготрофном болоте. В этой статье приведем также обобщенные результаты из ранее выполненных нами исследований (Inisheva, Golovatskaya, 2002; Инишева, 2020). Изучение первичной продуктивности (NPP), которая рассчитывалась как сумма надземной и подземной продукции (Титлянова, 1988; Головацкая 2009), эмиссии парниковых газов и выноса углерода болотными водами показало, что общий расход углерода в олиготрофном болоте малого водосбора реки Ключ (169.8 г С/м² год) уступает уровню фотосинтетической нетто-аккумуляции (230.4 г С/м² год (средние значения за весь период наблюдений)). Бо́льшая часть потерь углерода обусловлена потоком СО₂ (в среднем 69 г С/м² год или около 30% от NPP) и СН₄, доля которого значительно меньше (в среднем 2.2 г С/м² год или 0.9% NPP). Определенный экспериментально вынос углерода болотными водами, содержащими растворенный углерод, ГК и ФК, составляет 3.0% NРР (6.9 г С/м² год). Итого (230.4 – 69.0 – 2.2 –– 6.9 = 152.3 г С/м² год), получаем – 152.3 г С/м² год. Известно, что положительный баланс углерода свидетельствует об интенсивно протекающем процессе болотообразования, нулевой – о сбалансированности системы, отрицательный – о разрушении болота. В нашем случае можно сделать вывод о преобладании процесса аккумуляции углерода в ТЗ и прогрессирующем в настоящее время торфообразовательном процессе на олиготрофном болоте малого водосбора реки Ключ.

На объекте лесомелиорации “5 участок Васюганского болота” чистая первичная продукция (NРP) изменялась в пределах от 123 до 675 и в среднем значении была равна 260 г С/(м² год). Потоки углерода из ТЗ в виде СО₂ достигали в среднем значении 80.7 г С/(м² год), значение потока СН₄ использовали из данных естественного олиготрофного болота – 2.2 г С/(м² год), потери углерода с болотными водами не превышали 2.8% NРР, составляя в сумме 7.3 г С/(м² год). Отсюда следует, что в углеродном балансе в ТЗ мелиорируемого болота преобладает аккумуляция углерода (260.0 – 80.7 – – 2.2 – 7.3 = 140.2 г С/(м² год) и, соответственно, на исследуемом мелиорируемом олиготрофном болоте в современный период также отмечается прогрессирующее заболачивание. Таким образом, в условиях южнотаежной зоны Западной Сибири проведение лесомелиорации на олиготрофном болоте 60 лет назад в настоящее время показывает незначительное ее влияние на гидрологический и углеродный режим мелиорируемой территории, который близок к естественному состоянию, что свидетельствует о повторном заболачивании этой территории в условиях отсутствия эксплуатации осушительной системы. Например, к 1980 г. в Томской области были выполнены работы по осушительным мелиорациям открытыми каналами на площади 15 тыс. га. В настоящее время они практически все переувлажнены.

В последние годы отмечается четкая тенденция усиления трансгрессии болот на леса, например, на северо-западе России (Кузьмин, 1993). Современное заболачивание в большой степени обусловлено и разрушением созданных ранее лесоосушительных систем. Согласно В.К. Константинову (2000), лесоосушительные системы на северо-западе России были построены в этом регионе на площади более 4 млн га, однако вторичному заболачиванию к настоящему времени подверглось не менее 1 млн га.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования показали, что в торфяной залежи олиготрофного генезиса имеет место пространственная (горизонтальная), внутризалежная и временна́я вариабельность концентрации СО₂ и СН₄. Разные погодные условия, выраженные в ГТК за теплый период, не являются определяющим показателем для динамики парниковых газов. Надо полагать, что значительная роль в его динамике принадлежит сочетанию погодных условий отдельных месяцев, ботаническому составу, который стимулирует биохимические процессы, физико-механическим свойствам торфяной залежи и другим факторам, что подтверждается, например, статистическим расчетом корреляционных связей между эмиссией парниковых газов, температурой и микробиологическими параметрами. Полученные знания свидетельствуют о сложности происходящих процессов и необходимости дальнейшего изучения факторов, влияющих на углеродный баланс в болотах.

В торфяной залежи олиготрофного болота на малом заболоченном водосборе реки Ключ за многолетний период определены концентрации парниковых газов: экстремальные концентрации СО₂ составили 0.002–3.64 ммоль/дм³, СН₄ – 0.003–2.03 ммоль/дм³; удельные потоки изменялись по СО₂ в пределах от /–22.2/ до 157.8 мг С/(м² ч), по СН₄ были равны в экстремальных величинах /–3.0/ – 5.3 мг С/(м² ч), суммарные потоки углерода за теплый период по СО₂ составили 20–110 г С/(м² год), по СН₄ – 0.8–3.7 С/(м² год). Расчет углеродного баланса показал наличие прогрессирующего заболачивания олиготрофного болота на современный период.

На олиготрофном болоте, на объекте мелиорации “5 участок Васюганского болота”, удельные потоки СО₂ характеризовались значениями от 25.3 до 216.7 мг С/(м² ч) и суммарными потоками за теплый период – от 62.6 до 98.8, при среднем значении 80.7 г С/(м² год).

Расчет углеродного баланса подтвердил тот факт, что в настоящее время на мелиорируемом олиготрофном болоте в условиях отсутствия эксплуатации осушительной системы отмечается повторное заболачивание, приближающее его к естественному состоянию.

Вместе с тем, учитывая огромные площади болот на Западно-Сибирской равнине и агрессивный характер процесса заболачивания, положительным приемом на ее территории, было бы проведение умеренной и выборочной лесомелиорации. Это решило бы две задачи региона: социальную – улучшение условий жизни населения, экологическую – снижение скорости заболачивания и комплексное депонирование органического углерода на территории Западной Сибири, а также регион в перспективе мог бы быть крупным заготовительным районом страны, что планировали ученые в 80–90 е годы (Гольдин, 1976; Ефремов, 1987).