Верховые болота с выраженным ярусом из Pinus sylvestris широко распространены в таежной зоне европейской части России [Юрковская, 1992; Кузнецов, 2012]. В Республике Коми они представлены многочисленными преимущественно небольшими по размерам массивами. Эти болота приурочены к неглубоким депрессиям и бессточным котловинам, часто образуют комплексы с лесными экосистемами.
Они особенно подвержены влиянию пирогенного воздействия, одного из важнейших экологических факторов, определяющих состав, структуру и динамику растительного покрова бореальной зоны [Работнов, 1978; Ефремова, Ефремов, 1994; Минаева, Сирин, 2002; Minayeva et al., 2013;
Сирин и др., 2011; Parish et al., 2008; Joosten et al., 2016 и др.]. Способность болот формировать торфяную залежь, хранящую информацию о прошлых событиях, делает их уникальными объектами для изучения климатических и экологических изменений. Несмотря на длительную историю изучения болот Республики Коми, до настоящего времени исследований по выявлению влияния пожаров на болотные экосистемы практически не проводилось. В связи с этим целью нашей работы являлась реконструкция истории развития растительности лесного болота и влияние пирогенного фактора на ее смены в голоцене.
В 2019 г. детально обследовано верховое сосново-кустарничково-сфагновое болото, расположенное в равнинной части средней тайги Республики Коми. Объект исследований находится в Койгородском районе Республики Коми (N59°58’58.0’’; E50°09’25.5’’). Площадь болотного массива – около 300 га. Микрорельеф представлен небольшими приствольными кочками и валежем. В составе древесного яруса доминирует сосна (Pinus sylvestris L.), общая сомкнутость крон – 0,4–0,5. Высота верхнего полога составляет 12–16 м, нижнего – 6–10 м.
В небольшом количестве присутствует береза (Betula pubescens Ehrh.). Деревья низкого бонитета. Единичны обгоревшие сухостойные деревья. Подрост малочисленен, представлен
сосной и елью (Picea obovata Ledeb.). Травяно- кустарничковый ярус образован Ledum palustre L., Chamaedaphne calyculata L. Moench., Rubus chamaemorus L., Eriophorum vaginatum L. и Vaccinium myrtillus L. Также встречаются Carex globularis L., Oxycoccus palustris Pers., Melampyrum pratense L. и V. uliginosum L. В моховом ярусе обильны Sphagnum angustifolium (Russow) C.E.O. Jensen, S. divinum Flatberg &
K. Hasse, S. girgensohnii Russow, Polytrichum commune Hedv., Pleurozium schreberi Brid.
Мощность торфяной залежи на месте заложения разреза составляет 1,15 м. Верхние 0,7 м сложены торфами лесного подтипа, древесно-травяной и моховой групп, ниже и до минерального дна – ОМО, в котором растения имеют высокую степень разложения и зольность, доля песка в минеральном компоненте составляет 20–30 %.
Исследования включали в себя геоботанические описания, отбор поперечных спилов деревьев для дендрохронологических датировок современных событий, выполнение почвенного разреза, послойный отбор образцов торфа и органо-минерального остатка (ОМО) с последующим определением ботанического состава, радиоуглеродного возраста и физико- химических свойств. Радиоуглеродный анализ проведен жидкостно-сцинтилляционным методом в Институте мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения РАН (ИМКЭС СО РАН). Всего получены две радиоуглеродные даты: 9030±200 л. н. (глуб.
1,04–1,05 м), 4433±150 (глуб, 0,50–0,70 м) и дендрохронологическая дата – 140±5 л, н, (глуб, 0,10–0,15 м).
На основании стратиграфии торфяной залежи, дендрологического и радиоуглеродного датирования была выполнена реконструкция генезиса верхового сосново-кустарничкового сфагнового болота, которое в своем развитии прошло четыре стадии.
I стадия, глубина 1.15–0.70 м, органо- минеральный остаток (ОМО), возраст 9030±200 л. н. Болотообразовательный процесс
ПИРОГЕННАЯ ДИНАМИКА РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА ВЕРХОВОГО БОЛОТА
начался в начале бореального периода с зарастания мелководного водоема эвтрофной гидрофильной травяной растительностью: Carex lasiocarpa Ehrh., C. rostrata Stokes., C. limosa L.
со значительным участием Equisetum sp., Calla palustris L., Calamagrostis sp. В древесном ярусе произрастали Betula pubescens с примесью Pinus sylvestris. В небольшом количестве присутствовали Salix spp. и Picea obovata. В середине атлантического периода на болотном массиве широко распространились березняки разнотравные с полидоминантным покровом из эвтрофных видов. В настоящее время подобные фитоценозы широко распространены в южной тайге, где они развиваются в условиях проточного увлажнения и приурочены к плоским депрессиям, логам, поймам и др.
понижениям рельефа [Василевич, 1997]. В середине атлантического периода (около 5500 л. н.), который характеризовался температурами выше современных на 3-4 °С [Марченко- Вагапова, Голубева, 2010], данная территория регулярно подвергалась действию пожаров.
Это подтверждается и высокой концентрацией древесного угля в образцах торфа.
II стадия, глубина 0,70–0,50 м, возраст торфа 4433±150 л.н., приходится на суббореальный период. В начале периода лесоболотная растительность сменяется непосредственно болотной. Основным торфообразователем становится Eriophorum vaginatum L. (ее доля в волокне торфа составляет 70 %). Меньшее участие в образовании травяного яруса принимали Carex rostrata, C. lasiocarpa и Calamagrostis sp. В это же время происходит резкое снижение участия древесных растений в растительном покрове болота и формирование переходных (мезотрофных) сообществ. Кроме изменения гидрологического режима в сторону снижения уровня болотных вод и уменьшения проточности, одной из наиболее вероятных причин такого перехода и последующего длительного существования пушицевых фитоценозов являлись пожары, частота которых увеличилась в результате среднесуббореального потепления на юге европейского северо-востока, когда среднегодовая температура выросла на 4–5 оС по сравнению с ранним суббореалом [Марченко-Вагапова, Голубева, 2010]. По нашим наблюдениям, Eriophorum vaginatum – один из первых видов, который массово заселяет участки болот, пройденные пожаром, в том числе и довольно обводненные. Увеличение обилия пушицы в постпирогенных фитоценозах отмечено также и в ряде публикаций [Гришуткин, 2012, Напреенко-Дорохова, Напреенко, 2015].
III стадия, глубина 0,50–0,30 м.
Поступившее в результате пожаров дополнительное количество зольных элементов
(в торфе в небольшом количестве присутствуют угли) в сочетании с субатлантическим потеплением (около 2500 л. н.) способствовало повторной активации лесообразования и формированию переходных древесно- осоковых сообществ. В растительном покрове болота широкое распространение получили Pinus sylvestris и Betula pubescens, о чем свидетельствует ботанический состав торфа (его волокно на 65 % состоит из остатков коры и древесины этих пород). Растительные остатки ели составляют 10 %. Травяной ярус был представлен осокой Carex rostrata и пушицей влагалищной. В моховом ярусе происходит смена гипновых мхов сфагновыми. С течением времени количество питательных веществ в верхних слоях торфа уменьшается и постепенно формируется олиготрофная растительность, что соответствует общепринятой схеме развития болот Н. И. Пьявченко (1963) – переход от низинных к верховым.
IV стадия, 0,30–0 м, возраст 140±5 л.
н. (глуб. 0,10–0,15 м). На современный этап развития растительного покрова болота оказал влияние пожар, который произошел 140±5 л. н. Об этом свидетельствует пирогенный горизонт мощностью 5 см на глубине 0,1– 0,15 м. В ходе постпирогенной сукцессии произошла смена сосново-травяного фитоценоза осоково- пушицево-сфагновым с разреженным ярусом из сосны. Формируется комплексный растительный покров. Среди трав доминировали мезотрофные осоки Carex lasiocarpa, C. rostrata, C. limosa, растительные остатки которых образуют до 40 % торфа, и Eriophorum vaginatum (до 30
%). Около 5 % волокна торфа приходится на Scheuchzeria palustris. В моховом ярусе абсолютно преобладали сфагновые мхи:
Sphagnum angustifolium, S. divinum и S. fuscum (волокно торфа на 30–40 % состоит из остатков этих мхов). Доля коры и древесины в волокне торфа мала, всего 5–10%, что свидетельствует о разреженных болотных древостоях.
Таким образом, изучение стратиграфии торфяной залежи в сочетании с данными радиоуглеродного и дендрохронологического датирования одного из типичных лесных верховых болот Республики Коми позволило реконструировать генезис и историю его развития в голоцене. Выявлено, что наряду с климатом пожары оказывали существенное влияние на сукцессии растительных сообществ в лесоболотных экосистемах. Частота и интенсивность пожаров в ранние и средние периоды голоцена связана с увеличением температуры и снижением уровня болотных вод, в современный период – с хозяйственной деятельностью человека.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 19-29-005111 мк.
1. Андреичева Л.Н., Братущак Ю.В., Марченко-Вагапова Т.И. Развитие природной среды и климата в плейстоцене и голоцене на севере Европейской России. Сыктывкар : Геопринт, 2006. 23 с.
2. Василевич В.И. Заболоченные березовые леса северо-запада Европейской России // Ботанический журнал. 1997. Т. 82, № 11. С. 19–29.
3. Голубева Ю.В. Климат и растительность голоцена на территории Республики Коми // Литосфера. 2008.
№ 2. С. 124–132.
4. Гришуткин О.Г. Влияние пожаров 2010 года на болотные экосистемы Мордовского государственного природного заповедника // Труды Мордовского государственного природного заповедника им. П. Г.
Смидовича. 2012. Вып. 10. С. 261–265.
5. Ефремова Т.Т., Ефремов С.П. Торфяные пожары как экологический фактор развития лесоболотных экосистем // Экология. 1994. № 5. С. 27–34.
6. Марченко-Вагапова Т.И., Голубева Ю.В. Потепление или похолодание? Вопрос по-прежнему открыт! //
Вестник Института геологии Коми НЦ УрО РАН. 2010. № 189-2. С. 45–46.
7. Маслов А.А., Петерсон Ю.В. Циклические смены древостоев на верховом болоте. Анализ причин и последствий частичной гибели сосны // Болота и заболоченные леса в свете задач устойчивого природопользования. Москва : Геос, 1999. С. 127–131.
8. Минаева Т.Ю., Сирин А.А. Торфяные пожары – причины и пути предотвращения // Наука и промышленность. 2002. Т. 9. С. 3–8.
9. Напреенко-Дорохова Т.В., Напреенко М.Г. Развитие природного комплекса Целау (по данным строения торфяной залежи) // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. 2015. № 1. С. 50–64.
10. Попов С.Ю. Структура и динамика растительности Керженского заповедника // Труды Государственного природного биосферного заповедника «Керженский». Нижний Новгород, 2010. Т. 4. С. 3–96.
11. Пьявченко Н.И. Лесное болотоведение. Москва : Академия наук СССР, 1963. 185 с.
12. Работнов Т.А. О значении пирогенного фактора для формирования растительного покрова //
Ботанический журнал. 1978. Т. 63, № 11. С. 1605–1611.
13. Minayeva T., Sirin A., Stracher G.B. The Peat Fires of Russia // Coal and Peat Fires: A Global Perspective. V.
2. Photographs and Multimedia Tours. Amsterdam : Elsevier, 2013. P. 375–394.
14. Parish F., Sirin A., Charman D. [et. al.]. Assessment on Peatlands, Biodiversity and Climate Change. Kuala Lumpur ; Wageningen : Wetlands International, 2008. 179 p.
Частота возникновения лесных пожаров определяется различными факторами и играет важную роль как в динамике ландшафтных компонентов (в первую очередь растительного покрова), так и в хозяйственной деятельности человека. Выявление факторов, определяющих изменения пожарных режимов в прошлом, позволит спрогнозировать возможную динамику лесных пожаров в условиях меняющегося климата текущего столетия и выявить их влияние на экосистемы, что определяет актуальность представленного исследования.
При палеоэкологических исследованиях и реконструкции периодичности лесных пожаров в голоцене большое внимание уделено изучению торфяных залежей болот как естественных палеоархивов природной среды, сохраняющих в себе частицы угля – важнейшие индикаторы лесных пожаров. История лесных пожаров в голоцене на Среднесибирском плоскогорье (в том числе плато Путорана) до настоящего времени мало изучена. При этом данный обширный регион характеризуется высокой пожарной опасностью, возрастающей в последние годы.
Реконструкции истории лесных пожаров