Почвоведение, 2023, № 11, стр. 1327-1339

ВВЕДЕНИЕ

Развитие учения о географии, диагностике и систематике торфяных почв, как в России, так и за рубежом, в течение последних десятилетий сталкивалось с целым рядом трудностей, обусловленных несколькими причинами. С одной стороны, исследование торфяных почв осложнялось влиянием ряда междисциплинарных несогласований в болотоведении – комплексной науке, находящейся на стыке отраслей естествознания: почвоведения, геоботаники, физической географии, четвертичной геологии, гидрологии [1]. С другой стороны, основной массив болот России, находящийся в пределах таежной зоны Западной Сибири, в прошлом веке оказался весьма слабо затронут почвенно-географическими исследованиями. В частности, этому способствовала существовавшая в СССР в середине ХХ в. концепция масштабного освоения торфяных ресурсов Западно-Сибирской низменности в качестве полезного ископаемого, предусматривающая превращение ее болотных территорий в своего рода гигантский торфяной карьер и, следовательно, ограничивающая целесообразность изучения торфяной залежи как почвенного тела или компонента почвенного покрова. Начавшиеся в 60-х годах ХХ в. почвенно-географические изыскания в центральной части Западной Сибири фокусировались в основном на автоморфных и полугидроморфных почвах, считавшихся в то время перспективными для организации сельскохозяйственного производства [4, 5, 22]. Господствующие в таежной зоне Западной Сибири верховые сфагновые болота попали в сферу рассмотрения почвоведов сравнительно поздно – в 70–80-х годах, прежде всего, в трудах Караваевой [12, 13].

Среди ряда проблем, связанных со слабой изученностью торфяных почв сфагновых болот, особенно выделяется вопрос о месте и роли живого сфагнового очеса в строении почвенного профиля и диагностике торфяных почв. Актуальность этой темы подтверждается многолетними работами на заболоченных территориях Западной Сибири, в ходе которых приходилось сталкиваться с разночтениями в руководствах по выделению и описанию поверхностных горизонтов торфяных почв.

В классификации почв СССР [16, стр. 162] предусмотрен горизонт сфагнового очеса Оч, мощность которого оценивается в 10–15 см. Его характеристики включают отсутствие разложения стебельков сфагновых мхов, их вертикальное расположение, соломенно-желтую или буровато-желтую окраску, примесь корневищ кустарничков и древесных корней. Граница с нижележащим торфяным горизонтом Т выделялась по переходу окраски в бурую или желто-бурую. При подразделении болотных верховых торфяных почв на виды по мощности торфяной залежи авторы классификации применили термин “органогенный горизонт”, сохраняя неопределенность, включает ли он только торфяной горизонт или еще и очес. Опыт применения классификации в дальнейшем показал, что мощность очеса часто учитывалась в суммарной мощности торфяного горизонта при определении видовой или подтиповой принадлежности почвы. Например, в Атласе почв Республики Коми [3] представлен профиль болотной верховой торфяно-глеевой почвы, достигающий минимальной требуемой для подтипа мощности торфа в 30 см только при условии сложения соответствующих значений мощностей сфагнового очеса (О) и торфяных горизонтов (Т1 и Т2). Косых с соавт. [17], осуществлявшие исследования в северо-таежной подзоне Западной Сибири, рассматривали сфагновый очес в качестве составной части профиля торфяных почв, специально отмечая, что граница между надземной и подземной частями сосудистых растений находится на уровне поверхности головок сфагнового мха. Приведенные в Национальном атласе почв Российской Федерации [15] формулы профилей торфяных почв включают поверхностный горизонт Ov, представляющий собой очес мхов, состоящий на 50% и более из живых частей растений.

При отнесении сфагнового очеса к почвенным горизонтам следует отметить ряд физических свойств, сближающих его с понятием “почва”. Во-первых, его отличает высокая механическая прочность: например, “дерновинки” Sphagnum fuscum, одного из наиболее массовых видов сфагновых мхов в бореальных болотах, настолько прочны, что, по утверждениям Игнатова и Игнатовой [9], “по ним можно идти, практически не проваливаясь”. Во-вторых, сфагновые мхи удерживают значительные объемы воды между листочками за пределами растительных тканей [30], подобно тому, как между почвенными агрегатами создается заполненное водой межагрегатное поровое пространство. В-третьих, с точки зрения экологических функций мохового покрова, правильнее рассматривать мхи не как индивидуальные побеги, а как организмы клоновых или колониальных “жизненных форм”, образующих в совокупности ковры (mats), подушки (cushions), пучки (tufts) и т.д. [24], т.е. тела, аналогичные другим органогенным почвенным горизонтам: Т, ТО, ТЕ, TJ. Такой подход в настоящее время принят при оценке роли мохового очеса в функционировании болотных экосистем [24, 27, 30, 32].

Среди других особенностей живого сфагнового очеса, как специфического органогенного горизонта, в литературе отмечается его высокая водопроницаемость, которая резко снижается в нижележащем горизонте из-за спресованности торфа [7]. В то же время авторы классификации почв СССР считали, что высокий коэффициент фильтрации и высокая водопроницаемость (в период понижения уровня вод) присущи всей торфяной почве и служат важными диагностическими критериями, различающими торфяную почву и подстилающую ее торфяную породу. Не разрешают данную проблему и используемые в болотоведении такие понятия, как “деятельные и инертные горизонты болот” [8], а также близкие к ним “acrotelm” и “catotelm” [33, 34, 36], которые подразумевают разделение торфяной залежи на горизонты с высокой и крайне низкой водопроницаемостью. Очевидно, что acrotelm далеко не во всех случаях пространственно совпадает с живым очесом. Шайдак с соавт. [34] оценивают мощность слоя acrotelm бореальных болот Евразии в 50 см. Более того, по мнению Иванова [8], мощность деятельного горизонта на верховых болотах может достигать 60–70 см, что превышает как мощность очеса, так и условно принятую мощность торфяной почвы (50 см).

К перечисленным затруднениям в диагностике торфяных почв следует добавить состав очеса, в значительной части состоящего из живых организмов – сфагновых мхов. При этом, если другие растения могут быть хорошо отделены от почвенного материала благодаря наличию подземных органов – корней у сосудистых и ризоидов у мохообразных – сфагновые мхи не имеют ризоидов [9], а выполняющие их функции длинные стебли уходят вглубь почвенного профиля, не образуя четкой границы между живыми частями и мертвой торфяной массой. Такому постепенному переходу от живых тканей к мертвым, но в то же время не имеющим признаков разложения, способствует антибиотический эффект от веществ, поступающих из живых клеток сфагнумов [35]. В связи с этим в международной классификации WRB [28] до недавнего времени существовала неопределенность: с одной стороны, утверждалось, что живые организмы не являются объектом классификации, а, с другой стороны, никаких указаний о способе разделения стеблей сфагновых мхов на живые и отмершие (органический материал в трактовке классификации) не приводилось, в результате чего границу между живым очесом и поверхностью почвы Histosol установить не представлялось возможным. Возникшее недоразумение попытались устранить в последней версии классификации следующим образом: “нулевую” поверхность почвы предлагается отсчитывать “после удаления” подстилки (litter layer – впервые введенное в базу понятие) и слоя живых растений, причем к последнему составители базы относят и мертвые части сфагновых мхов, все еще соединенные с живыми стеблями [29]. Таким образом, согласно современной версии WRB, почвенная поверхность Histosol лежит не только ниже очеса, но и в некоторых случаях ниже подстилающего его торфяного слоя со степенью разложения до 10%.

В классификации и диагностике почв России 2004 г. [15] “очес мхов” не выделяется в качестве почвенного горизонта в формуле профиля торфяных олиготрофных почв, которая имеет вид: TO–TT, где ТО – олиготрофно-торфяной горизонт, а ТТ – органогенная порода. Одновременно в описании типа торфяных олиготрофных почв объясняется, что олиготрофно-торфяной горизонт залегает под очесом мхов мощностью 10–20 см. В то же время предусмотренный в классификации подстилочно-торфяной горизонт (О) связывается только с инициальным торфонакоплением при мощности торфа до 10 см. В связи с этим следует добавить, что высказывается предложение о замене подстилочно-торфяного горизонта на опадо-подстилочный [23].

В немецкой классификации почв [26], в которой систематика торфяных почв концептуально наиболее близка к российской, сфагновый очес специально в качестве отдельного горизонта не выделяется, но, по-видимому, подразумевается, что он входит в состав торфяного горизонта (Н). Как указывают ее авторы, исходный материал (ткани растений) возникает одновременно с формированием почвы, а для ее диагностики решающими являются самые верхние торфяные слои (die obersten Torfschichten). Резюмируя подходы российского болотоведения, Пьявченко отмечал, что “самый верхний деятельный корненасыщенный торфяной горизонт” относится к торфяной почве [21, с. 62]. В свою очередь, Шайдак с соавт. [34] обособляли самый верхний слой (uppermost layer) торфяной почвы как единственный, обогащенный молекулярным кислородом. Можно предположить, что во всех приведенных случаях “самый верхний” слой торфяной почвы включает и живой сфагновый очес.

Представления о сфагновом очесе как составной части почвы разделяет и Ефремова [6], определяя торфяную почву как верхний биологически активный слой, освоенный корнями современной растительности и расположенный выше среднего многолетнего уровня почвенно-грунтовых вод. Указанные характеристики полностью соответствуют присущим очесу свойствам. В концепции торфяной почвы как субстантивно-функциональной системы, предложенной Инишевой [11], сфагновый очес входит в генетически единый почвенный профиль с “фиксированной в нем историей развития” (с. 168) болота. Соответственно, сфагновый очес отражает современную стадию развития.

Обобщая сказанное, можно констатировать наличие двух взглядов на место горизонта сфагнового очеса в профиле торфяных почв: либо как на его составную часть, либо как напочвенное образование, относящееся по своей природе к растительному покрову. С нашей точки зрения, более аргументированным, несмотря на указанную специфику сфагнового очеса как почвенного горизонта, выступает первое из названных воззрений.

Цель настоящей статьи – предложить место сфагнового очеса в ряду органогенных диагностических горизонтов почв России, основываясь на ключевых характеристиках этого горизонта (ботанический состав торфа, окраска и степень разложения) в профилях торфяных олиготрофных почв заболоченной равнины севера Западной Сибири.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Торфяные почвы исследовали в северо-таежной подзоне, в бассейне р. Казым, правого притока р. Оби, где они покрывают 83% территории [2]. Ботанический состав изучали в ходе геоботанических описаний и послойно в образцах торфяной залежи 0–20 (сфагновый очес) и 20–50 см (собственно торфяной горизонт почвы). Одновременно с ботаническим составом торфа [14] определяли и степень разложения глазомерным микроскопическим методом [18], а также учитывали его окраску, наблюдаемую при отборе образцов буром. Окраску описывали в традиционных терминах, используемых в российском почвоведении при диагностике торфяных почв [15, 16]. Полученные данные по сопоставлению свойств сфагнового очеса и торфяного горизонта приведены в табл. 1–3 для разных типов болотных биогеоценозов, в том числе олиготрофных сосново-кустарничково-сфагновых, олиготрофных грядово-мочажинных и мезотрофных. Всего было исследовано 59 профилей болотных почв. В таблицах указаны только компоненты ботанического состава торфа, составляющие не менее 10%.

Под очесом подразумеваем поверхностный горизонт, состоящий более чем наполовину из неразложившихся сфагновых мхов (как живых, так и отмерших) с примесью корневищ, корней и остатков наземных частей сосудистых растений и других мохообразных. Двадцатисантиметровая мощность очеса была выбрана условно, исходя из его максимальной величины, приведенной в классификации почв России [15, с. 258]. Следует отметить, что унификация очеса сфагновых мхов по этому показателю весьма затруднительна, поскольку линейный прирост сфагновых мхов и их продуктивность варьируют в очень широких пределах, различаясь в несколько раз в зависимости не только от видовой принадлежности, но и от физико-географических и биологических условий конкретного болота, на которые накладывается флуктуация в годичных циклах [10, 31]. Большую роль в вариабельности первичной продуктивности сфагновых мхов играет, в частности, конкуренция со стороны сосудистых растений [25].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Сфагновый очес в профиле олиготрофных торфяных почв сосново-кустарничково-сфагновых болот (рямов). В горизонтах сфагнового очеса сосново-кустарничково-сфагновых болот чаще всего доминирует Sphagnum fuscum, причем в 13 профилях (56%) этот вид выступает абсолютным доминантом. Его доля в ботаническом составе торфа превышает 50%. В 11 из указанных 13 профилей абсолютное доминирование остатков Sphagnum fuscum сохраняется и в нижележащем торфяном горизонте. Из других абсолютных доминантов в ботаническом составе очеса следует выделить Sphagnum angustifolium (3 профиля, 13%) и S. balticum (2 профиля, 9%). Такой характер очеса в целом отвечает закономерностям формирования мохового покрова средне-таежных рямов: на фоне подавляющего господства Sphagnum fuscum роль доминанта по их окраинам местами переходит к S. angustifolium, а появление S. balticum может быть связано с начальной стадией возникновения микромочажин [19]. Только в двух исследованных почвенных профилях Sphagnum fuscum не входил в состав торфа ни в одном из горизонтов.

Несмотря на выраженное преобладание остатков Sphagnum fuscum в почвенных профилях, дифференциация торфяных почв на горизонт сфагнового очеса и торфяной горизонт в сосново-кустарничково-сфагновых болотах в целом носит очевидный характер по всем рассмотренным свойствам. Из 23 разрезов в 19 (83%) в нижележащем торфяном горизонте наблюдалось изменение ботанического состава торфа хотя бы по одному виду, в 18 (78%) – смена окраски, в 22 (96%) – увеличение степени разложения торфа, причем в 16 (70%) – более, чем в 2 раза. Лишь в единственном случае (р. В 170.1) дифференциация обсуждаемых горизонтов обнаружена только по одному параметру (ботаническому составу), в то время как в 14 (61%) профилях – по всем трем.

Сфагновый очес в профиле олиготрофных торфяных почв грядово-мочажинных болот. Ботанический состав торфа грядово-мочажинных болот в очесе резко различается в зависимости от положения почвы в микрорельефе комплекса (табл. 2). На грядах абсолютным доминантом выступает только Sphagnum fuscum, в то время как в мочажинах были выявлены три вида, составляющие в соответствующих профилях более половины растительных остатков: S. balticum, S. lindbergii и S. majus. В большинстве случаев доминирующие виды сфагновых мхов очеса представлены в той или иной мере и в подстилающем торфяном горизонте.

Сопоставление горизонтов сфагнового очеса и торфяного горизонта в олиготрофных почвах грядово-мочажинных комплексов позволяет уверенно говорить об их обособлении в почвенном профиле. Среди 23 разрезов, заложенных как на грядах, так и в мочажинах, в 20 (87%) установлено различие указанных горизонтов по ботаническому составу торфа, в 22 (96%) – по степени разложения, в 18 (78%) – по окраске. Число профилей, дифференцированных только по одному признаку, для данных биогеоценозов, как и в случае с вышерассмотренными почвами рямов, минимально: в разрезе В 42.1.б различие проявляется только в ботаническом составе торфа, а в разрезе ВК 50.2 – только в степени разложения торфа. Количество профилей, дифференцированных по всем трем показателям, в свою очередь, достигает для грядово-мочажинных болот 16 (70%).

Сфагновый очес в профиле мезотрофных торфяных почв. Очес в торфяных мезотрофных почвах отличается высоким разнообразием по ботаническому составу. В значительной степени это обусловлено широким спектром видов сфагновых мхов, включающим: Sphagnum balticum, S. compactum, S. fallax, S. jensenii, S. magellanicum agg., S. majus, S. obtusum, S. papillosum, S. riparium (табл. 3). В отличие от олиготрофных торфяных почв, мезотрофные могут иметь резко контрастный профиль, в котором сфагновый очес подстилается торфом, образованным либо совсем без участия сфагновых мхов, либо с их минимальным вкладом (разрезы С 33.2, С 34.1, С 35.1, ЮВ 15.1). В то же время в вышерассмотренных олиготрофных торфяных почвах переход между двумя горизонтам носит более постепенный характер, связанный с преобладанием остатков сфагновых мхов в торфе каждого из них. Лишь в подтипе остаточно-эвтрофной почвы разреза ЮВ 16.2 в подстилающем очес низинном торфе сфагновые мхи не представлены в ботаническом составе.

Соответственно, в профилях мезотрофных торфяных почв дифференциация на горизонт очеса и собственно торфяной горизонт выражена несколько сильнее, чем в олиготрофных. Это выражается в отсутствии почв, горизонты которых различаются лишь по одному признаку, при этом доля почв с дифференциацией по трем параметрам возрастает до 77%. Кроме того, все рассмотренные профили характеризуются возрастающей степенью разложения торфа в торфяном горизонте по сравнению с очесом. Наконец, следует обратить внимание на высокую степень разложения очеса в разрезе С35.1, составляющую 20–25%, что, по-видимому, вызвано присутствием среди растений-продуцентов торфа зеленых мхов Straminergon stramineum и рода Warnstorfia, ткани которых подвержены ускоренному интенсивному разложению.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотренные профили торфяных почв северо-таежной подзоны Западной Сибири демонстрируют выраженную дифференциацию на горизонт очеса с условно принятой мощностью 20 см и нижележащий торфяной горизонт. Большинство рассмотренных профилей (42 из 59, 71%) различаются по всем выбранным параметрам (ботаническому составу, окраске и степени разложения) и только три (5%) – по одному. Постепенный переход очеса сфагновых мхов от живых неразложенных растений к мертвым с признаками разложения не позволяет воспроизводимо определять положение границы (следовательно, и мощность очеса), кроме отдельных случаев резкой смены очеса торфяным горизонтом, почти или совсем не содержащим остатков сфагновых мхов. В связи с этим единственным путем обособления сфагнового очеса в профиле остается установление условно принятой постоянной мощности очеса для всех профилей торфяных почв, сложенных сфагновым торфом.

Проведенное исследование выявило еще одну сложность в диагностике горизонта сфагнового очеса и торфяных почв в целом: неприменимость критерия выделения очеса по степени разложения. Хотя в большинстве случаев его величина не превышает 10–15%, при наличии легкоразлагаемого материала других растений-продуцентов торфа этот параметр может увеличиться до 20–25%. Поэтому единственным надежным диагностическим критерием очеса служит наличие в достаточном количестве живых фотосинтезирующих сфагновых мхов, ежегодно прирастающих верхней частью побега.

Подводя итог, предлагаем выделять сфагновый очес в качестве самостоятельного горизонта торфяных почв с фиксированной мощностью 20 см. Подстилающий его торфяной горизонт имеет фиксированную мощность 30 см и залегает до глубины 50 см, ниже которой, в соответствии с современными классификационными представлениями, сменяется торфяной породой или минеральной глеевой толщей. При этом сфагновый очес может служить диагностическим горизонтом олиготрофных и мезотрофных торфяных почв за исключением их регрессивных (деструктивных) подтипов.