Почвоведение, 2022, № 7, стр. 876-893

ВВЕДЕНИЕ

Болотные экосистемы занимают более 20% территории России и благодаря длительной эволюции обладают специфичным видовым разнообразием животных и растений [11]. В зоне арктических пустынь, тундр и лесотундр болота связаны в своем происхождении с наличием вечной мерзлоты. С одной стороны, вечная мерзлота служит водоупором и обусловливает повсеместное распространение здесь болот, с другой стороны, определяет структуру болотных ландшафтов, которая формируется в результате сезонных и многолетних мерзлотных, а также термокарстовых процессов [18]. Болотные угодья на востоке европейского севера типичны для низменных тундр, где преобладают заболоченные долины рек, полигональные и плоскобугристые болота [11, 22, 39, 43]. Болотные системы Большеземельской тундры объединяются в 3 основные зоны, сменяющие друг друга в субширотном направлении: арктических минеральных, плоскобугристых и крупнобугристых болот [26].

Болотные экосистемы обеспечивают глобально значимые экологические функции, в том числе являются одним из крупнейших хранилищ углерода, в составе гумусовых веществ, основного компонента почвенного органического вещества (ПОВ) [41]. При этом незначительные изменения содержания ПОВ могут оказать заметное влияние на глобальный углеродный баланс и на изменение климата [10, 32, 33]. Гумусовые вещества играют важную роль в глобальном биогеохимическом цикле углерода и имеют большое значение не только для процессов в окружающей среде (они влияют на мобильность разных элементов и органических поллютантов), но и являются важным природным ресурсом. Поэтому интерес к изучению свойств гумусовых веществ постоянно растет [36, 38, 49].

При изучении гумусовых веществ остается актуальным вопрос о зависимости их свойств и строения от происхождения. Было показано, что структура и свойства гумусовых веществ различаются в зависимости от происхождения этих веществ [9, 40, 41]. В то же время, принимая во внимание широкую вариабельность свойств органических веществ растений, животных и микроорганизмов, поступающих в почву, и условий гумификации (возраст гумусовых веществ, климат и другие факторы), реальная взаимосвязь между происхождением и молекулярным составом гумусовых веществ еще далека от объяснения [52]. Гумификация живого органического вещества – очень сложный процесс для изучения. Это связано с изменяющимися условиями разложения органического вещества, медленным темпом процесса и большим количеством органических молекул, составляющих живое органическое вещество, и их структурными различиями.

Можно предположить, что условия гумификации (температура, окислительно-восстановительные условия, pH, минерализация и другие параметры) влияют на структуру и свойства гумусовых веществ [48, 53]. С этой точки зрения важно изучать процессы гумификации в условиях, когда трансформация живого органического вещества происходит в относительно однородной и стабильной среде – в болотах. Климатические условия и гидрологический режим – важнейшие функции, определяющие состав торфообразователей и особенности торфообразовательного процесса, который, в частности, отражается в композиции высокомолекулярных гумусовых веществ. Ранее было показано, что некоторые дескрипторы состава гумусовых веществ: соотношение H : C, ароматических и парафиновых фрагментов гуминовых кислот (ГК) и некоторые другие показатели хорошо коррелируют с климатическими параметрами периода их образования [27, 47, 48].

В предыдущих наших исследованиях был охарактеризован молекулярный состав ГК болотных торфяных почв лесотундровой зоны европейского северо-востока России. Установлено, что он зависит от интенсивности криогенных процессов в активном слое, качества прекурсоров гумификации (степени трансформации торфяного материала) и биохимического отбора ароматических фрагментов при гумификации [9, 52, 53]. Основываясь на этих данных, мы предположили, что соотношения ароматических и неокисленных алифатических фрагментов могут быть использованы как маркеры текущих климатических изменений.

Чтобы проверить эту гипотезу и получить более высокий уровень структурных знаний об эволюции органического вещества болотных почв, исследовали ГК бугристых болот побережья Баренцева моря и провели оценку влияния макропараметров (ботанического состава, степени разложения и радиоуглеродного возраста торфа) на молекулярный состав гумусовых веществ с помощью газовой хроматографии и ¹³С ЯМР спектроскопии (техника CP/MAS).

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Объекты исследования. Исследования проведены в северной тундре на побережье Баренцева моря, в восточной части Печорской губы (Ненецкий автономный округ), в пределах плоско-бугристо-мочажинного комплекса на торфяной олиготрофной (мерзлотной) почве бугров (разрез Р-5-1, Hemic Folic Cryic Histosol), на торфяной олиготрофной деструктивной (мерзлотной) почве торфяного эродированного пятна (разрез Р-5-2, Fibric Folic Cryic Histosol (Turbic)). Типы почв были определены согласно “Классификации и диагностики почв России” [19] и международной классификации WRB [55].

Территория исследования расположена на северо-западе Большеземельской тундры, в Печорской низменности и представляет сильно заболоченное приморское побережье, состоящее из морских террас (первого и второго уровней), аллювиально-морских и озерно-аллювиальных равнин, перемежающихся с сетью малых рек, ручьев и озерной мозаикой. К югу участок повышается террасами третьего уровня, сформированными морскими песками и глинами, а далее превращается в сильно всхолмленную местность с достаточно высокой грядой Вангурей (160–170 м над ур. м.).

Климат – субарктический, формируется преимущественно под воздействием арктических и в меньшей степени атлантических воздушных масс. Частые вторжения теплых атлантических циклонов и холодного арктического воздуха определяют большую изменчивость погодных условий. Зимой преобладают ветры ЮЗ, Ю направлений, весной и летом – С, СВ, СЗ направлений. Годовое количество осадков – от 420 до 500 мм [4].

По геоботаническому районированию территория относится к подзоне типичных тундр, для которой характерны травянисто-моховые, кустарничково-моховые, кустарничково-лишайниковые сообщества. В растительном покрове велика роль гипоарктических кустарничков, ив и карликовой березы. Данный район характеризуется распространением преимущественно сплошной многолетней мерзлоты [13]. Почвообразующими породами служат преимущественно четвертичные отложения. На исследованном участке преобладают торфяные поверхностные отложения, на которых широко развиты торфяные почвы плоскобугристых и полигональных болотных комплексов. Исследованные болота имеют оригинальную структуру поверхности. Они представляют собой своеобразную сеть из невысоких (0.5–1.5 м) сравнительно сухих гряд (бугров), расположенных изолированно друг от друга, которые чередуются с плоскими топкими мочажинами или ложбинами стока. На буграх присутствуют морозобойные трещины, пересекающие гряды поперек. Покров на вершинах бугров часто нарушен – под влиянием ветровой эрозии, морозной корразии и криогенных процессов образуются оголенные торфяные пятна без растительного покрова (d = 0.3–1.5 м), занимающие от 5–10 и, иногда, до 40% площади некоторых бугров.

Разрез Р-5-1. Торфяная олиготрофная (мерзлотная) почва бугров. Координаты: 68°35′2″ с. ш., 55°55′54″ в. д. Участок расположен в 4 км к югу от морского побережья. Центр гряды плоскобугристого болота. Форма гряды сложная, многоугольная, вытянутая с севера на юг, с резко вдающимися депрессиями мочажин и озерных понижений. Высота гряды 0.5–0.7 м, ширина гряды в месте отбора – 8 м, длина – до 100 м. Мохово-лишайниковый ярус бугра представлен: Flavocetraria nivalis (цетрарией снежной), Cladonia arbuscula (кладонией лесной), С. coccifera (к. красноплодной), C. gracilis (к. стройной), Polytrichum strictum (политрихумом сжатым), Sphagnum fuscum (сфагнумом бурым); травяно-кустарничковый ярус: Ledum decumbens (багульником стелющимся), Eriophorum scheuchzeri (пушицей Шейхцера), Andromeda polifolia (подбелом узколистным), Empetrum hermaphroditum (вороникой гермафродитной). На гряде выражен микрорельеф в виде торфяных бугорков высотой до 20 см, покрытых лишайниками. Верхняя граница многолетней мерзлоты залегает на глубине 29–30 см, подстилающая порода – на глубине 150 см. Участок исследования характеризуется выраженным микрорельефом, в значительной степени обусловленным мерзлотными процессами. Произведен отбор проб торфа микробугорка (разрез Р-5-1.1).

Разрез Р-5-2. Торфяная олиготрофная деструктивная (мерзлотная) почва (торфяного эродированного пятна). Координаты: 68°35′4″ с. ш., 55°55′51″ в. д. Расположен в 80 м на ССЗ от Р-5-1. Северный мыс (4.5 × 12 м) гряды, наиболее высокий (до 1.0–1.3 м), который от основной части бугра отделяет морозобойная трещина. Многолетняя мерзлота расположена на глубине 30 см, с глубины 100 см начинается вкрапление глинистых отложений, на глубине 130–140 см отчетливый минеральный горизонт. При однотипности физико-химических характеристик выбранных разрезов, отличительной особенностью разреза Р-5-2 от Р-5-1 является отсутствие растительного мохово-лишайникового покрова. Это обусловливает большую сумму биологически-активных температур в сезонно-талом слое (СТС) в период климатического лета [8], что позволяет использовать эти почвы в качестве модельных объектов для оценки влияния современного потепления климата на молекулярную структуру ПОВ.

Методы исследования. Отбор и подготовка проб торфа проведены согласно ГОСТ 17644-83 и ГОСТ 11306-2013. До границы многолетней мерзлоты послойный отбор проб произведен через каждые 10 см, далее каждые 10–20 см. Количественный химический анализ образцов торфа и ГК, проведен в экоаналитической лаборатории и ЦКП “Хроматография” ИБ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН. В водных вытяжках торфа определены водородный показатель (pH) и окислительно-восстановительный потенциал (Eh) потенциометрическим методом (ГОСТ 26423-85 и ГОСТ 8.639-2014). Обменные катионы извлекали ацетатно-аммонийной вытяжкой (pH 7) с последующим определением методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой на спектрофотометре ICP Spectro Ciros (ГОСТ 26487-85).

Препараты ГК выделены из образцов торфа по методике, рекомендованной Международным обществом по изучению гумусовых веществ IHSS [51]. Определение элементного состава ГК выполнено методом газовой хроматографии на СHNSO-анализаторе ЕА 1110 (Carlo-Erba, Италия) в соответствии с аттестованными методиками количественного химического анализа № 88-17641-004-RA.RU.310657-2016, 88-17641-116-01.00076-2011 в ЦКП “Хроматография”. Массовая доля кислорода рассчитана по разнице, принимая общее содержание C, N, H, O за 100%. Расчет степени окисленности ГК (ω) производился по формуле: ω = (2x(O) – x(H)) : x(C), где x – мольная доля соответствующего элемента [27].

Спектры ¹³С ЯМР воздушно-сухих препаратов ГК регистрировали в ЦКП “Научный парк СПбГУ” на ЯМР спектрометре Bruker Avance III WB 400 NMR с рабочей частотой 100.6 МГц с использованием твердофазной методики CP/MAS (кросс-поляризация с вращением под “магическим” углом). Частота вращения образца 12.5 кГц, время контакта 2 мс, время релаксации 2 с, количество накоплений 3000–8000 сканов. Химические сдвиги представлены относительно тетраметилсилана со сдвигом 0 ppm. Для количественной обработки спектров применялась программа MestReNova® v. 14.2.0.

Описание областей интегрирования ¹³С ЯМР спектров и их принадлежность тем или иным молекулярным фрагментам и функциональным группам ГК было опубликовано ранее [9]. Для детального анализа трансформации структурных фрагментов ГК стандартные диапазоны интегрирования в некоторых случаях были разделены на более узкие [45]:

0–26 ppm (CH₃) – углерод концевых метильных групп;

26–36 ppm (CH₂) – углерод метиленовых групп длинноцепочечных алкильных цепей;

36–47 ppm (CH, C) – углерод метиленовых групп разветвленных алкильных цепей;

47–60 ppm (O–CH₃) – углерод метоксильных и этоксильных групп;

60–64 ppm (CH₂OH) – углерод CH₂OH групп углеводных фрагментов;

64–90 ppm (CHOH) – углерод CHOH групп полисахаридных колец и эфиров;

90–108 ppm (OCO) – углерод ацеталей;

108–120 ppm (H-Arom) – незамещенный ароматический углерод;

120–144 ppm (С-Arom) – алкил-замещенный ароматический углерод;

144–164 ppm (O, N-Arom) – O,N-замещенный ароматический углерод;

164–183 ppm (COO–R) – углерод карбоксильных групп, сложных эфиров и амидов;

183–190 ppm (Arom=O) – углерод хинонных фрагментов;

190–204 ppm (C=O) – углерод фрагментов альдегидов и кетонов.

Нами предложены индекс разветвленности алкильных структур Kalk₁ = ω(CH, C)/ω(CH₂); индекс, характеризующий длину парафиновых цепей Kalk₂ = (ω(CH₃) + ω(CH, C))/ω(CH₂) и коэффициент Kcarb₁ = ω(CH₂OH)/ω(CHOH) для оценки вклада фрагментов пентоз и гексоз в структуре ГК. ω(CH, C) показывает содержание третичных и четвертичных атомов углерода и характеризует разветвленность алифатических цепей; ω(CH₂) отражает долю вторичных атомов углерода и свидетельствует о наличии линейных длинноцепочечных алкильных фрагментов; ω(CH₃) указывает на количество концевых метильных групп; ω(CH₂OH) и ω (CHOH) демонстрирует вклад фрагментов пентоз и гексоз в структуре ГК.

Анализ ботанического состава и степени разложения торфа выполнены в лаборатории болотных экосистем Института биологии Кар НЦ РАН. Данные ботанического состава представлены в табл. 1 и на рис. S1 . Радиоуглеродное датирование торфяных слоев было проведено в ЦКП “Лаборатория радиоуглеродного датирования и электронной микроскопии” Института географии РАН (лабораторный индекс ИГАН). Измерение активности радиоуглерода производили на ультранизкофоновом жидкосцинтилляционном альфа/бета спектрометре-радиометре Quantulus 1220 (Perkin Elmer). Калибровка выполнена согласно Radiocarbon calibration program calib rev7.1.0, погрешность метода датировки не превышает 70–80 лет для каждой даты [31].

Расчет линейной скорости торфонакопления (L, мм/год) производился по формуле: L = (H₂ – ‒ H₁)/(A₂ – A₁) × 10, где H₂ – средняя глубина нижележащего слоя (см), H₁ – средняя глубина вышележащего слоя (см), A₂ – калиброванный возраст нижележащего слоя (кал. л. н.), A₁ – калиброванный возраст вышележащего слоя (кал. л. н.), 10 – коэффициент пересчета см в мм.

Статистическая обработка результатов проведена с использованием программного пакета Statistica 12. Двумерный корреляционный анализ проводился с использованием коэффициента корреляции Пирсона (r), а его статистическая значимость оценивалась с помощью подхода Неймана-Пирсона (нормальное распределение). Технически наблюдаемое значение коэффициента (на основе n пар) сравнивали с критическим значением (r_cr) для двустороннего теста и уровня значимости (α) 0.05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Физико-химическая характеристика почв представлена в табл. 1. В пределах СТС (40–50 см) образцы верхового торфа кислые с pH 3.9–4.2, в многолетнемерзлых породах (ММП) происходит постепенное уменьшение кислотности торфа вниз по профилю, к почвообразующей породе pH достигает 6.4. Минимальное значение электропроводности водной вытяжки и содержания обменных кальция и магния в Р-5-1 и Р-5-2 приходится на слои торфа до глубины 60–80 см, сформированных олиготрофными и мезоолиготрофными растительными сообществамии (Sphagnum sp., Eriophorum, Ericales). Данные растения не требовательны к обменным основаниям и практически не имеют адаптационных механизмов к их высоким концентрациям [5]. С глубины 80 см увеличение содержания обменных оснований обусловливает снижение кислотности торфа и связано с мезоэвтрофными условиями торфонакопления. Окислительно-восстановительные потенциалы почв Р-5-1 отражают умеренно восстановительные условия в СТС, в слое ММП – от интенсивно до умеренно восстановительных (согласно шкале ОВП Хтряна [28]). Почвы торфяных пятен Р-5-2 вследствие отсутствия мохового растительного покрова имеют лучший влаго- и воздухообмен в СТС, обусловливающие слабовосстановительные условия торфогенного слоя. Зольность торфа бугров составляет от 1.5 до 10.9% (среднее 4.9%) с максимумом в нижней части СТС. Это может быть связано как с загрязнением атмосферы в индустриальную эпоху, так и с влиянием морского аэрозоля на состав торфяных отложений [7, 50]. В нижних органоминеральных горизонтах зольность возрастает до 17–28% (табл. 1). Массовая доля ГК (до 14%) и липидной фракции (до 20%) достигает максимальных значений в верхних горизонтах акротельма, что связано достаточно высокой (до 30%) степенью разложения торфа. На глубине 30–50 см торф представлен отложениями с низкой степенью разложения (R = 15–20%), что обусловливает низкое содержание в них ГК (до 2%) и липидной фракции (до 5%).

Возраст (по данным радиоуглеродного датирования) и ботанический состав торфяных отложений. После активной дегляциации в начале голоцена около 10 300 л. н. [1], территория исследования, очевидно, подвергалась затоплению, на что указывает вещественный состав минеральной породы в основании торфяного массива с присутствием в составе окатанного мелкого гравия 2–4 мм и водорослей. Вероятно, первичное болотообразование участка началось с заторфовывания обмелевшего пресноводного залива, заросшего хвощом и осоками с участием березы и сфагновых мхов. Достаточно высокая зольность (28%) и ботанический состав датированного слоя 133–150 см, характеризующегося доминированием эвтрофных видов Equisetum, Carex rotundata, Sphagnum russowii, свидетельствуют, что указанные отложения относятся к торфяно-минеральным, а не сапропелям и старичному аллювию, но были подвержены наносу морских (озерных) отложений на раннем этапе формирования болота. На это указывает присутствие небольших количеств песка, супеси и водорослевых остатков в виде тины в некоторых слоях торфа выше 130 см.

По данным радиоуглеродного датирования торфа начальный этап (133–150 см) накопления органических отложений в северной тундре на побережье Баренцева моря относится к позднему пребореальному периоду (PB2) – 9460 ± 220 л. н. (10 755 кал. л. н., медиана, ИГАН 7181, табл. 1). В этот период начали образовываться наиболее древние и крупные болотные массивы, как на территории европейского северо-востока, так и в Западной Сибири [29]. Ранее исследованные на материковой части побережья Белого и Баренцева морей наиболее древние болотные экосистемы датируются 8000–7000 л. н., а самая молодая терраса Белого моря – 2000 л. н. [16]. Исследованный участок занимает отметки 8–10 м над ур. м. Считается, что на островах и побережье Белого моря торфяники с такими отметками высот могли начать формироваться не ранее 2000 л. н., когда уровень моря снизился, а с отметками 25 м над ур. м. – в конце атлантического периода [23]. По другим данным образование наиболее древних и крупных торфяных залежей у северных границ рассматриваемой зоны началось с зарастания и заторфовывания озер различного генезиса с подозерными таликами. Наиболее крупные термокарстовые озера могли образоваться еще в предбореале в результате таяния мертвого глетчерного льда. В рассматриваемой широтной зоне наиболее древние ¹⁴С- и AMS-датировки торфа (9500 л. н.) получены в Ненецком автономном округе для торфяного массива первой надпойменной террасы р. Печоры в районе г. Нарьян-Мар [26].

Линейная скорость торфонакопления в начальный этап формирования торфяной залежи, относимой к концу позднего пребореала 9460 ± 220 л. н. (PB-2) – к раннему бореалу 8560 ± 100 л. н. (ИГРА-Н 7180) (BO-1), достигала 0.13 мм/год. В раннебореальный период 8560 ± 100–8220 ± 90 л. н. (ИГРАН 7180, 7179) (BO-1) скорость торфонакопления достигала максимальных значений для данного разреза 0.47 мм/год. В этот период средние температуры июля и года на территории исследования впервые приблизились к современным, даже превышая их на 0.5°C [2]. Во второй половине периода (BO-2) произошло похолодание, что отразилось в уменьшении линейной скорости прироста торфа до 0.22 мм/год. На первой стадии палеосообществ для двух разрезов бугра доминируют эвтрофные и мезоэвтрофные виды: Equisetum, Carex aquatilis, C. rotundata, Sphagnum russowii, Eriophorum sp., что свидетельствует об условиях богатого минерального питания. Степень разложения торфа высокая (R = 30–50%) (рис. S1 ).

Очевидно, что количества полученных дат, относимых к атлантическому периоду между 8220 ± ± 90 л. н. и 4640 ± 150 (ИГРАН 7179, 7177) недостаточно, чтобы судить о его климатических особенностях по скорости нарастания торфа. Тем не менее, за этот период голоцена отложился максимальный слой торфа – 60 см. Необходимо отметить, что в сравнении с данными для других природных зон региона, в целом, скорость накопления торфа на побережье Баренцева моря была значительно меньше [8, 12, 37]. Более низкие температуры климатического лета, короткий вегетационный период определяют небольшую скорость прироста торфа. Во второй стадии доминируют древесно-сфагновые переходные и сфагновые верховые биогеоценозы. На глубине 60–80 см в торфе значительна доля остатков Betula (45%). Вследствие высокой степени разложения торфа вид березы не был определен, но полученные данные позволяют предположить, что это – древесная форма. Betula nana крайне редко может выступать доминирующим торфообразователем в торфе с высокой степенью разложения (R = 30–35%). Наличие остатков древесной формы, в слоях, датированных между 6470 ± 90 и 4640 ± 150 л. н. (7178, 7177), может быть связано с их приуроченностью к периоду голоценового оптимума II (5000–5500 л. н.) с наиболее высокими температурами для этой территории за последние 11 тыс. лет. Граница леса в этот период достигала побережья Баренцева моря [2].

III стадия Р-5-1 (10–50 см) и II стадия почв оголенных торфяных пятен Р-5-2 (10–50 см) представлены олиготрофными и мезоолиготрофными растительными сообществами Eriophorum sp., Sphagnum balticum, S. lindbergii, S. angustifolium, S. russowii. Появление этих видов сфагновых мхов на глубине 50 см и низкая степень разложения торфа (R = 15%) демонстрируют значительное переувлажнение болота. Указанные торфяные слои двух разрезов начали формироваться в период 4640 ± 150 и 4460 ± 80 л. н. (ИГАН 7177, 7183). Эти данные хорошо согласуются со значительным похолоданием раннего суббореала (SB-1), когда среднегодовые температуры понизились на 0.5–1.0°С [1]. Вышележащий горизонт 30–40 см датирован 4320 ± 80 л. н. (ИГАН 7176) и относится к среднему суббореалу (SB-2), в который для территории исследования установлено непродолжительное потепление [14]. В этот временной промежуток отмечен рост скорости торфонакопления до 0.24 мм/год.

IV стадия, относимая к 10 см приповерхностной толщи Р-5-1, в почвах оголенных торфяных пятен отсутствует в результате ветровой эрозии торфяного слоя и криогенных процессов. III стадия развития этих почв, представленная преимущественно остатками Dicranum (85%), также имеет меньшую мощность. Образцы торфа подразреза микробугорка имеют значительные отличия на глубине 0–20 см. Степень разложения торфа Р-5-1.1 15–20% (0–20 см) значительно ниже по сравнению с торфом Р-5-1: 40% (0–20 см). Это обусловлено тем, что в составе торфа Р-5-1.1 доминируют зеленые психрофильные дикрановые мхи – до 75%, доля кустарничков – до 10%, кустарников – 20%, лишайников – до 5%. Мхи обладают высоким химическим и механохимическим иммунитетом. В составе торфа Р-5-1 наиболее встречаемы травянистые (пушица) – до 60%, кустарнички – до 30% и мохообразные – до 40%. Как известно, травянистые виды торфа, как правило, имеют высокую степень разложения [44].

Элементный состав гуминовых кислот. Результаты элементного состава ГК из торфяных почв бугристых болот северной тундры показали, некоторую вариацию массовой доли углерода по профилю разреза Р-5-1 бугров 56.5–59.7%, в ГК почв Р-5-2 57.2–62.2%. Массовая доля углерода препаратов ГК, выделенных из профиля СТС Р-5-1.1 микробугорка несколько меньше, чем Р-5-1, а из СТС почвы оголенных торфяных пятен больше, чем почвы под растительным покровом. Это связано с увеличением степени разложения торфа в указанном ряду. Массовая доля кислорода постепенно уменьшается по профилю с 35% в ГК СТС до 31% на границе с ММП и растет в ГК нижних горизонтов. Массовая доля азота в ГК увеличивается по профилю, с максимумом в горизонте 80–120 см, приходящемуся на слои осокового торфа.

Мольные отношения x(H) : x(C) и степень окисленности (ω) – важные характеристики ПОВ, отражающие степень конденсированнности и восстановленности/окисленности молекул ГК и связаны с природно-климатическими особенностями территории [8, 15, 34, 44]. Сопоставление параметров x(H) : x(C) для исследованных разрезов показывает, что торфяные олиготрофные деструктивные (мерзлотные) почвы (торфяного пятна) содержат наиболее гумифицированные препараты ГК (0.96), выделенные из поверхностного горизонта, по сравнению с аналогичными препаратами из почв под растительным покровом на бугре (1.04) и подразреза на микробугорке (1.10) (рис. 1).

Рис. 1.

Мольные отношения элементов x(H) : x(C) в ГК разрезов Р-5-1.1 (а), Р-5-1 (b), Р-5-2 (c).

Значения отношения x(H) : x(C) диагностируют высокий уровень конденсации молекул ГК, который несколько больше, чем в бугристых болотах экотона северная тундра – южная тундра и даже лесотундры [8, 53]. Такое соотношение говорит о значительной степени гумификации органического материала в высоких широтах на морском побережье в современный этап голоцена. По мнению ряда исследователей [56], современный тренд на потепление климата в наибольшей степени касается высоких широт.

Выявлено значимое отличие по параметру x(H) : x(C) в ГК из слоя торфа верхних 20 см Р-5-1 по сравнению с подразрезом микробугорка Р-5-1.1. Торф, сложенный травянистыми видами (Eriophorum), имеет большую степень разложения, чем моховой торф Р-5-1.1 вследствие высокой биоразлагаемости целлюлозы – основного соединения в тканях пушицы. Доля лигниновых компонентов в травянистой растительности в 1.5–3 раза выше, чем во мхах [3, 27], что определяет больший вклад конденсированных структур в составе прекурсоров ГК разреза Р-5-1. Несмотря на однотипный с Р-5-1.1 ботанический состав разреза на оголенном торфяном пятне Р-5-2 с доминированием в СТС дикрановых мхов (85%), показатель x(H) : x(C) в ГК значимо меньше в горизонте 0–10 см. Ранее установлено, что сумма биологически-активных температур почв на оголенных торфяных пятнах выше в 1.5–2.0 раза, чем почв под растительностью, что определяет большую степень разложения торфа и биологическую активность микробиоты [8]. Из этого следует, что ботанический состав торфообразователей оказывает меньшее влияние на долю конденсированных структур в ГК, чем температурные режимы почв в период климатического лета. По исследованным характеристикам почвы оголенных торфяных пятен однотипны разрезу Р-5-1 и отличаются только по температурным режимам СТС, что может служить модельной основой прогноза изменения структурно-функциональных параметров ГК при изменении современных климатических условий.

Распределение x(H) : x(C) в ГК по профилю разрезов позволяет выделить зону активных почвенных процессов (акротельма) (0–40 см), совпадающую с СТС и слой законсервированных торфяных отложений (катотельм), приходящийся на толщу ММП. Препараты ГК из СТС характеризуются значительной конденсированностью и трансформацией молекул по сравнению с ГК из слоев центральной части профиля. ГК из слоев торфа 40–80 см разреза Р-5-1 и слоев 30–50 см разреза Р-5-2 представлены наименее конденсированными структурами с наибольшими показателями x(H) : x(C). Эти слои верхового торфа наименее разложенны (R = 15%) и сформированы сфагновыми мхами. По данным радиоуглеродного датирования указанные торфяные слои двух разрезов образовались в период между 6470 ± 80 и 4460 ± 80 л. н., то есть в конце атлантического – начале суббореального периодов. Возможно, значительное похолодание климата на побережье Баренцева моря началось несколько раньше, чем в таежной зоне и подзоне южной тундры.

Нижняя часть торфяных профилей представлена торфом переходного и низинного типов с доминированием в ботаническом составе травянистых растений семейства осоковых: Carex aquatilis, C. rotundata, Eriophorum, доля которых достигает 85%. Степень разложения торфа высокая 35–45%. Установлена значимая отрицательная корреляция x(H) : : x(C) со степенью разложения торфа (r = –0.74, n = 24, r_cr = 0.40). Торф, образованный в период раннего и среднего голоцена с более благоприятными климатическими условиями, имеет более конденсированные структуры в составе ГК. На это указывают максимальные значения x(H) : x(C). Климатические и гидрологические условия определяли состав растительности. Установлена значимая корреляция x(H) : x(C) с долей мохообразных (r = 0.62, n = 24, r_cr = 0.40) и значимая отрицательная с долей травянистых видов (r =  –0.70, n = 24, r_cr = 0.40).

Значения степени окисленности препаратов свидетельствуют о восстановленном характере веществ большинства ГК торфа. Анализ данных литературы показывает, что молекулы ГК торфа более восстановлены, чем ГК автоморфных минеральных почв. Однако сведения о степени окисленности ГК торфов сопоставимы с данными гидроморфных почв таежной зоны [27, 42]. Из этого вытекает предположение, что при одинаковой тенденции к накоплению наиболее конденсированных структур механизмы гумификации в автоморфных и гидроморфных почвах, а также торфах различны.

Отсутствие мохового очеса в почвах на оголенных торфяных пятнах способствует лучшей аэрации торфа СТС, что выражается меньшей восстановленностью ГК по сравнению с другими разрезами. На это указывают бóльшие значения окислительно-восстановительных потенциалов торфа верхних слоев Р-5-2, достигающие 320 мВ, по сравнению с 240 мВ для разреза Р-5-1 (табл. 1). Наиболее восстановленные препараты ГК (ω = = –0.20 – (–0.43)) приурочены к слоям 40–80 см разреза Р-5-1 и 25–50 см разреза Р-5-2. Основными торфообразователями являются Sphagnum angustifolium, S. lindbergii, S. russowii, S. balticum. Эти мохообразные произрастают в сильнообводненных топяных участках в пределах мезоолиготрофных и олиготрофных болотных массивов. На начальном этапе формирования болота ГК исследуемых торфяников – слабоокисленные. Это может быть связано с происхождением ГК, находящихся в составе намывных озерных или морских отложений (рис. 2).

Рис. 2.

Степень окисленности ГК Р-5-1.1 (a), Р-5-1 (b), Р-5-2 (c).

Данные ¹³С ЯМР спектроскопии. Исследованные ГК тундровых торфяников имеют спектры ¹³С ЯМР, которые характеризуются широкими полосами поглощения, обусловленными перекрыванием большого количества сигналов. Изучение трансформации (гумификации) живого органического материала дает лучшее понимание циклов органического углерода и трансформации ПОВ [44]. Был снят и проанализирован ¹³С ЯМР спектр (рис. 3) препарата протогуминовой кислоты (ПГК) из растительного материала (очес, гор. O) напочвенного покрова, состоящего из смеси торфообразователей мохово-лишайникого яруса (Flavocetraria nivalis, Cladonia arbuscula, С. coccifera, Sphagnum fuscum, Polytrichum strictum) и травяно-кустарничкого яруса (Ledum decumbens, Eriophorum scheuchzeri, Rubus chamaemorus, Andromeda polifolia, Empetrum hermaphroditum). Препарат ПГК выделен по той же методике, что и остальные ГК.

Рис. 3.

CP/MAS ¹³C ЯМР спектр протогуминовой кислоты из очеса разреза Р-5-1.1.

Массовая доля щелочерастворимой фракции составляет всего 1.2%. Образование протогуминов происходит уже в опавших растениях в осенний период и даже в самом растении [30]. Присутствие более разрешенных (узких) сигналов на ¹³С ЯМР спектре ПГК (гор. O) по сравнению со зрелыми ГК свидетельствует о небольшом наборе прекурсоров ГК и низкой степени их трансформации. Доля парафиновых фрагментов составляет 34.7%, углеводных – 30.9%, ароматических компонентов – 10.8%, метоксигрупп – 3.5%, карбоксильных групп – 7.8% и высокая доля карбонильных групп – 12.4% (рис. 4а).

Рис. 4.

Содержание (%) углерода структурных фрагментов ГК разрезов Р-5-1.1 (a), Р-5-1 (b), Р-5-2 (c).

Был обнаружен интенсивный характеристический пик в очень сильном поле 5–10 ppm с максимумом при 6.6 ppm (рис. 3), обусловленный, вероятно, метильной группой при четвертичном атоме углерода в составе структур типа камфоры. Аналогичный пик на ¹³С ЯМР спектре обнаружен в составе липидной фракции торфа из приповерхностных горизонтов бугристых болот лесотундры. Камфорные соединения присутствуют в составе многих болотных растений (особенно в багульнике стелющимся Ledum decumbens, составляющим до 30% проективного покрытия растительного покрова участка исследования). Из детального полуколичественного анализа парафиновой области (0–47 ppm) ¹³С ЯМР спектра следует доминирование метиленовых атомов углерода длинных линейных цепочек углеводородов 26–36 ppm (21%) над метильными группами разветвленных алифатических фрагментов 0–26 ppm (13%) и атомов углерода коротких алифатических цепей 36–47 ppm (1%). Наиболее интенсивная линия спектра 27–31 ppm относится к метиленовым атомам углерода длинных линейных цепочек в составе растительных смол, гликолипидов и фосфолипидов, жирных кислот, кутина, содержащихся в большом количестве в первую очередь в составе растительного материала кустарничков, а также мхах [21, 54].

Присутствие широкого спектра простых и сложных углеводов в составе растительного материала олиготрофных сообществ обусловливает наличие большого числа интенсивных сигналов в препарате ПГК. Основным карбогидратным компонентом в его составе является целлюлоза. Доля целлюлозы в тканях бриофитов и кустарничков может достигать 20%, в лишайниках – несколько меньше: гемицеллюлоза образует оболочку гифов [24]. При этом в составе лишайников содержатся как низкомолекулярные дисахариды (сахароза, умбилицин), с содержанием до 3–5%, так и химически устойчивые полисахариды – хитин и лихенин. На ¹³С ЯМР спектре идентифицированы следующие интенсивные линии: наиболее интенсивный пик при 71 ppm, относимый к CH(О)-группам кольцевых атомов целлюлозы и другим углеводным фрагментам и сигналы при 60 ppm, относимые к CH₂O-группам гексоз [35]. Наличие фрагментов обширного класса природных соединений – сахаридов отчетливо видно по совокупности интенсивных полос в области 95–108 ppm. Аномерные атомы углерода сахаридов включают как низкомолекулярные ди- и олигосахариды, так и высокомолекулярные полисахариды (целлюлоза, хитин, лихенин и др.). Важно отметить, что вклад аномерных атомов углерода в препарате составляет 16%. Наличие ацетальных соединений может обусловливать широкий спектр линий области 190–210 ppm, обусловленный открытой альдегидной или кетонной группами моносахаридов соединений класса альдоз или кетоз.

Среди прекурсоров в составе бриофитов и лишайников практически отсутствует лигнин [40]. Важной особенностью проанализированного спектра является отсутствие линий-маркеров O–CH₃ групп 53.5 и 53.8 ppm кумарановых и пинорезинольных структур, 55.7 ppm (гваяцильной структуры) и 55.9 ppm (сирингильной структуры), а также практически отсутствие каких-либо интенсивных линий в области 108–155 ppm, в том числе линии С3 и С5 атомов, связанных с метоксильными группами при 147 и 152 ppm, характерными для лигниновых компонентов [20].

¹³С ЯМР анализ ГК двух исследованных разрезов демонстрирует значительный вклад в их структуру фрагментов алифатической природы. Доля парафиновых структур достигает 33%, углеводных фрагментов – 29% (рис. 4). Эти компоненты преобладают в составе торфообразующих бриофитов, кустарничков и лишайников [40].

По данным распределения состава функциональных групп и молекулярных фрагментов ГК по профилю видно четкое разделение СТС и ММП. В СТС проходит современный этап диагенеза торфяных отложений. Биологически активные температуры достигают глубины 20 см [8]. В период вегетации в акротельме протекают процессы разложения растительных остатков и гумификации органического материала. Гумификация в верхних слоях СТС происходила в значительный временной промежуток, что связано с практическим отсутствием прироста торфяной массы в течение 1500–2000 лет [46]. Этот процесс происходит интенсивнее в почвах, лишенных поверхностного термоизолирующего мохового очеса, вплоть до глубины 20–25 см. На это указывает более высокая степень гумификации по следующим показателям: степени ароматичности ГК разреза Р-5-2, достигающей 31.0 против 26.7% для ГК из почв Р-5-1, меньшая доля алифатических компонентов (сумма парафиновых и углеводных фрагментов) 48 против 54% и большее содержание карбоксильных групп 10.9 против 10.2%.

Установлены отличия в составе ГК из СТС Р-5-1 и микробугорка Р-5-1.1 верхней 20-сантиметровой толщи. Степень разложения торфа в Р-5-1.1 значительно меньше (R = 15–20%) по сравнению с торфом из Р-5-1.2 (R = 40%). Физико-химические характеристики для двух описываемых подразрезов практически однотипны. Поэтому отличия в химическом составе обусловлены различием состава торфообразователей. В составе торфа из Р-5-1.1 доминируют зеленые психрофильные дикрановые мхи – до 80%, доля кустарничков – до 10%, кустарников – 20%, лишайников – до 5%, в Р-5-1 наиболее встречаемы пушица – до 60%, кустарнички – до 30%, доля мхов – до 40. Значительная доля битумоидов в составе кустарничков, определяет высокое содержание парафиновых компонентов в ГК Р-5-1, достигая 35.0 против 28.9% для Р-5-1.1. В свою очередь ГК разреза микробугорка Р-5-1.1 значительно более богаты углеводными компонентами, что, возможно, связано с влиянием углеводов в составе лишайников и мхов, встраиваемых в структуру макромолекул ГК. Важно отметить, что доля других групп метокси-, карбоксильных, карбонильных, и в первую очередь ароматических фрагментов практически одинакова и не так сильно зависит от состава торфообразователей, степени разложения торфа, сколько, вероятно, от условий окружающей среды.

ГК из горизонтов почв Р-5-1 с глубины 40–60 см и Р-5-2 с глубины 25–50 см представлены наименее конденсированными структурами с самым высоким содержанием парафиновых фрагментов. Эти данные хорошо коррелируют с увеличением атомного отношения x(H) : x(C) в ГК для этих слоев. Эти слои верхового торфа наименее разложены (R = 15%) и сложены сфагновыми мхами. По данным радиоуглеродного датирования указанные торфяные слои двух разрезов образовались в период позднего атлантика–раннего суббореала со значительным похолоданием климата [1]. Вышележащий горизонт Р-5-1 30–40 см имеет возраст 4320 ± 80 л. н. и относится к среднему суббореалу (SB-2), в который для территории исследования диагностировано непродолжительное потепление [14]. Содержание ароматических (28%) и парафиновых (31%) фрагментов ГК отражает влияние более высокой биологической активности в торфе в указанный период по сравнению с началом суббореала – 25 и 36% соответственно. Уменьшение доли ароматических фрагментов ГК слоя 20–30 см, датированного 3130 ± 70 л. н., хорошо согласуется с похолоданием позднего суббореала (SB-3). ГК из приповерхностных горизонтов (0–20 см) имеют наименьшее содержание ароматических компонентов (24–25%), что связано с климатическими особенностями субатлантического периода. Практически на всем его продолжении средние температуры были ниже современных на 1.0–1.5°С.

Как было отмечено, вещественный состав торфяных слоев ММП, как и состав ГК значительно отличается от их состава в пределах СТС. Начало торфонакопления на исследованном участке относится к позднему пребореальному периоду (PB-2) – 9460 ± 220 л. н. Средние годовые температуры были примерно сопоставимы с современными [1]. По составу торфа можно констатировать, что тогда доминировали осоково-хвощовые фитоценозы с небольшой примесью березы, определившие высокую степень разложения торфа и достаточно высокую степень гумификации органического материала, диагностируемой по сумме ароматических фрагментов (f_a) ГК 34.1 (Р-5-1) и 34.9% (Р-5-2). Дальнейшее потепление начала бореала (BO-1), к которому относятся горизонты 120–133 и 100–120 см характеризуется наиболее конденсированными структурами в составе ГК с f_a 38.8 и 36.9%. К атлантическому периоду голоцена относится дата 6470 ± 90 слоя торфа 60–80 см, приходящегося на средний атлантик АТ-2. К этим слоям относятся препараты с f_a 30.2–34.0%.

Исследуемый болотный комплекс характеризуется несколькими основными стадиями палеосообществ, чередование которых происходило в результате смены грунтового питания атмосферным, вследствие роста торфяников в высоту. Для последующего анализа влияния ботанического состава на состав высокомолекулярных органических соединений по профилю торфяных залежей отдельные виды растений были объединены в группы торфообразователей. Содержание лигниноподобных структур и лигнина в сухом беззольном веществе лишайников и мхов (8–10%) меньше, чем в злаковой (15–20%), кустарниковой и древесной (20–30%) группах растений [3, 24, 27]. На их основании с учетом ботанического состава торфа была рассчитана доля лигнина в исходных растительных остатках. Выполнен расчет статистической взаимосвязи параметров ГК по данным ¹³С ЯМР и составом торфообразователей (по группам торфообразователей) (табл. 2).

Анализ профильного распределения состава структурных фрагментов и групп ГК показывает значительное уменьшение доли парафиновых компонентов с 35 до 20%. Максимальное содержание приходится на ГК из олиготрофных слоев с доминированием кустарничков и мхов в составе торфообразователей, минимальное – на слои осокового, осоково-хвощового переходного и низинного торфа. Содержание битумоидов в мхах и осоках практически одинаково [3, 24]. Однако фенольные соединения, пектиновые вещества существенно уменьшают скорость разложения мхов [17]. Высокая кислотность, низкая биологическая активность моховых видов торфа, вероятно, обусловливают встраиваемость структур парафинов и целлюлозы в состав ГК. Расчет коэффициентов корреляции Пирсона показал достоверную статистическую взаимосвязь доли мохообразных с долей парафиновых фрагментов (r = 0.74, n = 24, r_cr = 0.38) и значимую высокую отрицательную корреляцию с долей травянистых растений (r = –0.73). Отмечено значительное уменьшение содержания углерода метиленовых групп длинноцепочечных алкильных структур (особенно по сравнению с препаратом, выделенным из живого растительного материала) и углерода концевых метильных групп (рис. 4). При этом доля углерода метиленовых групп разветвленных алкильных цепей практически постоянна с глубиной.

Рассчитанные индексы Kalk₁ и Kalk₂, показывают значительную трансформацию длинноцепочечных структур в ГК вниз по профилю в пределах сезонно-талого слоя (рис. 5). Максимальные значения индексов, как и степень ароматичности в верхней части профиля приходятся на слой 30–40 см, образованного в средний суббореал (SB-2). Более высокая биологическая активность почв реализуется в большей трансформации парафиновых фрагментов в почвах оголенных торфяных пятен Р-5-2 в пределах СТС. Низкая степень разложения торфа, значительное влияние бриофитов в составе торфа приводит к уменьшению индексов Kalk₁ и Kalk₂ на глубине 40–60 см. Максимальные значения коэффициентов приходятся на слои 90–130 см, относящиеся к бореальному и раннему атлантическому периодам с наиболее благоприятными климатическими параметрами. Уменьшение индекса разветвленности в нижней части профиля может быть связано как с составом растительности, и с общим увеличением доли парафиновых фрагментов так и с влиянием минеральной матрицы почвообразующей породы. Последнее положение может быть обусловлено коагуляцией, либо окклюзией длинноцепочечных структур на минеральных частицах почвы или коагуляцией на аутогенных аморфных скрытокристаллических минералах. При этом кремний в составе кремниевой кислоты может поглощаться корневой системой хвощей, обусловливая повышенную зольность торфа [6]. Аналогичные закономерности выявлены для торфяных почв других исследованных зон [9, 53].

Рис. 5.

Профильное изменение индексов разветвленности Kalk₁ (a) и индекса длины Kalk₂ (b) алкильных цепей в ГК из бугристых болот северной тундры.

Торфообразующие углеводы обычно считаются лабильными и быстро разрушаемыми в процессе гумификации, тогда как наши результаты показывают, что доля кольцевых углеродных атомов углеводов меняется в структуре ГК не столь значительно, как в ГК минеральных тундровых почв [25]. Минимальная доля карбогидратов приходится на ГК из нижних слоев, составляя 15%, максимальная на ГК СТС – до 22% (Р-5-1.1). Верховой сфагновый и дикрановый торф по своему составу более близок к растениям-торфообразователям (мхам). В разрезе под микробугорком доля карбогидратов в ГК значительна – 29% и сопоставима с их содержанием в щелочном экстракте из растительного материала (30%). Это говорит о том, что на начальном этапе идет включение значительного числа фрагментов ди-, олиго- и полисахаридов из состава растительных остатков в структуру ПГК. Затем на начальном этапе гумификации их количество может значительно уменьшаться за счет ферментативной циклизации углеводов [24]. Этот процесс наблюдается в исследованных препаратах ГК и ПГК. При циклизации происходит уменьшение сигналов от групп альдегидов и кетонов в составе линейной формы фрагментов альдоз и кетоз с образованием фрагментов циклических полуацеталей. Уменьшение сигналов области 90–108 ppm в ГК СТС может быть связано с уменьшением доли дисахаридных фрагментов, содержащих группы ацеталей до фрагментов циклических моносахаридов. Древесные растения-торфообразователи (до 50% целлюлозы), а также травянистые растения (до 28%), в том числе осоки, содержат по сравнению с мхами (19%) и кустарниками (20%) больше целлюлозы – наименее устойчивого компонента при микробиологическом распаде. Это обусловливает лабильность при гумификации и высокую степень разложения осокового и древесно-осокового торфа [24]. По другим данным содержание целлюлозы в мхах имеет значительную вариацию: в Polytrichum commune 30%, Pleurozium schreberi – 30%, в Sphagnum spp. до 54% [3]. Гиалиновые клетки мхов маскируют минерализацию полисахаридов, фрагменты которых встраиваются в структуру ГК в результате химических процессов и ферментативного воздействия. Отмечается, что в растениях торфообразователях в период отмирания тканей происходит первоочередное уменьшение содержания битумов и легкогидролизуемых соединений несмотря на то, что количество наименее устойчивой целлюлозы практически не изменяется [24].

Известно, что содержание пентозанов и гексозанов очень сильно варьирует в разных видах мхов, так и других растениях [24]. Рост коэффициента Kcarb₁ вниз по профилю показывает увеличение доли фрагментов пентоз по отношению к гексозам в структуре ГК в результате перераспределения доминирующих торфообразователей мхов и осок (рис. 6). Расчет коэффициентов корреляции показал достоверную статистическую взаимосвязь доли карбогидратов с долей лишайников (r = 0.80) и с долей кустарников и кустарничков (r = 0.48–0.62) (табл. 2).

Рис. 6.

Профильное изменение индекса Kcarb₁ в ГК бугристых болот cеверной тундры.

Значительное увеличение доли ароматических компонентов с 23 до 39%, некоторый тренд на увеличение доли карбоксильных групп с 10 до 13% вниз по торфяному профилю может служить основным диагностическим признаком взаимосвязи климатических условий со степенью гумификации ПОВ. Образование термобиоустойчивых конденсированных структур и процесс карбоксилирования ГК – взаимосвязанные процессы стабилизации ПОВ. Об этом также косвенно свидетельствуют высокие коэффициенты корреляции доли карбоксильных групп и ароматических фрагментов (r = 0.79–0.84). Доля ароматических фрагментов имеет статистическую взаимосвязь с долей древесных видов (r = 0.43), травянистой растительности (r = 0.69–0.73) и отрицательную с долей мохообразных (r = –0.60...–0.67), кустарничков (r = –0.46...–0.53). Также получены достоверные значения коэффициентов корреляции с расчетной долей лигниновых компонентов (r = = 0.55–0.63) и со степенью разложения торфа (r = = 0.47–0.50). Значимые отрицательные значения коэффициентов корреляции с долей парафиновых фрагментов (r = –0.84...–0.91), как и для препаратов из других зон [7] косвенно показывают последовательную многостадийную трансформацию линейных структур парафинов до циклических конденсированных структур.

Доля метоксильных и карбонильных групп практически не изменяется с глубиной. Однако доля хинонных фрагментов с глубиной имеет планомерный рост с 0.8 до 1.9%. Их содержание коррелирует как со степенью разложения торфа (0.72), долей лигнина (0.71), так и с содержанием ароматических фрагментов (0.70–0.79) (табл. 2). Очевидно, что это подтверждает их важнейшую роль в качестве индукторов поликонденсационных реакций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследованные торфяные болота побережья Баренцева моря начали формироваться в поздний пребореальный период (PB-2), что значительно превышает возраст исследованных ранее торфяников побережья Северного Ледовитого океана. Наибольшая линейная скорость торфонакопления на территории приходилась на бореальный и атлантический периоды голоцена и отражает наиболее благоприятные климатические эпохи. Показано определяющее влияние климатических условий и гидрологического режима болот на состав торфообразователей и особенности торфообразовательного процесса в периоды голоцена, который кодирован в эволюции параметров органического вещества торфяных профилей. Уже на стадии отмирания тканей растительных остатков образуются ПГК, содержащие фрагменты высокомолекулярных природных полимеров. Далее в них происходит первоочередное уменьшение битумов и легкогидролизуемых соединений. Уменьшение сигналов ацеталей в ГК СТС диагностирует биодеградацию целлюлозных и дисахаридных структур до фрагментов циклических моносахаридов. В процессе гумификации и минерализации ПОВ происходит отбор наиболее устойчивых ароматических фрагментов ГК, общее уменьшение неокисленных парафиновых и карбогидратных фрагментов. Коэффициент Kcarb₁ показывает увеличение отношения доли пентозанов к гексозанам в ГК вниз по торфяному профилю в результате перераспределения доминирующих торфообразователей мохообразных и осок. На основе детального анализа ¹³С ЯМР спектров предложены индексы разветвленности и длины парафиновых цепей, которые демонстрируют значительную трансформацию длинноцепочечных структур и увеличение вклада замещенных алифатических фрагментов в структуре ГК. Максимальные значения указанных индексов, а также доля ароматических фрагментов ГК приходятся на слои торфа, образованные в климатические оптимумы голоцена, что может быть использовано в реконструкции климата и прогнозных оценках механизмов стабилизации ПОВ при современных климатических изменениях.