Размещено на http://www.allbest.ru/

применение метода фитоиндикации в гидрологических исследованиях заболоченных территорий западной Сибири (на примере р. ключ, томская область)

В.А. Базанов¹, О.Г. Савичев², А.А. Скугарев³, Ю.А. Харанжевская⁴

¹ Научно-исследовательский институт биологии и биофизики Томского государственного университета (г. Томск)

² Геолого-географический факультет Томского государственного университета (г. Томск)

³ ООО «ИНГЕОТЕХ» (г. Томск)

⁴ Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства и торфа СО Россельхозакадемии (г. Томск) Е-mail: ingeotech@mail.ru

Аннотация

Рассмотрено применение метода фитоиндикации и космоснимков среднего разрешения для решения гидрологических задач на заболоченных территориях таежной зоны в Западной Сибири. На примере типичного для таёжной зоны малого водотока Ключ выполнен анализ гидрологических условий. Показано, что тенденция развития процесса болотообразования в таёжной зоне сохранится в ближайшей и среднесрочной перспективе.

Ключевые слова: фитоиндикация; растительное сообщество; болото; водный баланс; Западная Сибирь.

Vladimir A. Bazanov1, Oleg G. Savichev2, Andrey A. Skugarev3, Julia A. Haranzhevskaja4

1 Research Institute of Biology and Biophysics of Tomsk State University, Tomsk, Russia

2 Faculties of mineralogy and geochemistry of GGF of Tomsk State University, Tomsk, Russia

3 Society with limited liability «INGEOTEH», Tomsk, Russia

4 Siberian Scientific Research Institute of Agriculture and Peat of Russian Academy of Agrarian Sciences, Tomsk, Russia Е-mail: ingeotech@mail.ru

APPLICATION OF METHOD PHITOINDICATION IN HYDROLOGICAL RESEARCHES OF BOGGY TERRITORIES OF THE WESTERN SIBERIA (BY THE EXAMPLE OF THE SMALL RIVER KLUCH, TOMSK AREA)

The application of the method of phytoindication on the basis of the analysis of space pictures of average resolution for the decision of hydrogeological tasks in the wetlands of the taiga zone of West Siberia is considered. By the example of a little spring «Kluch», typical for the taiga zone, a spatial interdependence between vegetation and hydrogeological conditions in the wetlands is established, which permits to use the method of phytoindication to solve different hydrogeological tasks in hard-to-reach regions of West Siberia. While choosing the phytoindicative indicators, the morphological and ecological characteristics of wetland plants and the character of their association with phytocenoses are taken into account. According to morphological characteristics, a classification of wetland plants of the central part of the taiga zone of West Siberia is developed. For the spring «Kluch» the morphometric characteristics are established with the help of phytoindication. Also it is demonstrated that the catchment basin of this stream is 1.7 times bigger than that stipulated in Rosgidromet materials. As a result, the values of surface run-off of the spring «Kluch» have changed significantly. Besides this, the more correct values for wetland square, including treeless and forest wetland systems, have been obtained. With a glance of the characteristics obtained, an analysis both of water balance structure and temporary alterations of its elements is provided. The analysis discloses the alteration in water regime of the territory under study which is characterized with a certain decrease in the surface run-off in November and December, April-June and increase in August-September. The alteration mentioned above is connected with a statistically significant decrease in general humidification of the catchment area in April, gradual augmentation of evaporation in fall period, growth in duration of transitional fall-winter period and correspondent shortening of moisture supply in snow cover in November-December. In whole, in the nearest- and medium-term prospects, the conditions favorable for the development of wetland-formation processes in the warm period of the year and the improvement of conditions necessary to the existence of vegetation generally exacting to warmth are going to continue which, in a rather severe environment leads to intensification of peat accumulation.

Key words: phytoindication; vegetative community; wetlands; water balance; Western Siberia.

Введение

Западная Сибирь практически полностью соответствует водосборному бассейну р. Обь и представляет собой одну из крупнейших на Земле аккумулятивных низменных равнин, значительная часть которой заболочена. Так, по оценкам [1-4], в течение последних 10 000 лет средняя скорость вертикального прироста торфяной залежи в регионе изменяется от 0,35-0,39 мм/год в средне- и северотаёжной подзонах до 0,59-1,15 мм/год в южнотаёжной подзоне (в районе крупнейшего в мире Васюганского болота). В настоящее время заболоченность территории бассейна р. Обь в пределах подзон южной и средней тайги составляет более 30%, причем процесс болотообразования прогрессирует. Следовательно, должны увеличиваться ресурсы болотных вод, что не может не отразиться на составе и строении растительных сообществ и экологическом состоянии рассматриваемой территории. Это определяет актуальность совместных исследований гидрологического и растительного компонентов заболоченных территорий Западной Сибири. Однако их проведение сопряжено с целым рядом как технических, так и методологических проблем, начиная с противоречий в понимании сущности болота. На самом деле этот объект может рассматриваться с различных точек зрения - как водный объект, геологическое тело, почвенно-растительное образование и т.д. В нашем представлении болото - это самостоятельный природный объект, для которого характерны замедленный водообмен и преимущественно фильтрационный сток в пределах деятельного горизонта, небольшое число видов растений, являющихся одновременно торфообразователями и строителями болотной поверхности, накопление отложений торфа и др.

Первоочередной задачей гидрологических и геоэкологических исследований является определение морфометрических характеристик заболоченных водосборов, болот и внутриболотных экосистем в условиях незначительных уклонов поверхности и сложного, меняющегося во времени рельефа. Одним из эффективных и наименее затратных способов решения этой задачи, на наш взгляд, является выявление связей между отдельными показателями растительности водосбора (биоморфологический и экологический состав доминирующих видов и (или) др.) и отдельными показателями гидрологических условий (интенсивность водообмена, динамика уровня вод и др.). Иными словами, речь идет о возможности использования фитоиндикационного метода в гидрологических исследованиях труднодоступных высокозаболоченных территорий Западной Сибири. В данной статье применение фитоиндикации рассмотрено на примере одного из малых, типичных для таёжной зоны водотоков в Обь-Иртышском междуречье - р. Ключ (элемент речной сети: Обь - Чая - Бакчар - Ключ; рис. 1).

Рис. 1. Схема расположения района исследований (1)

На основе результатов определения горизонтальных границ болотных ландшафтов и границ водосбора р. Ключ, полученных по данным дешифрирования растительности на космических снимках, также был проведен расчет элементов месячного водного баланса за многолетний период с целью выявления общих тенденций изменения гидрологических условий на заболоченных территориях южнотаёжной подзоны Западной Сибири.

Теоретические основы фитоиндикации

При изучении гидрологических условий на болотах с помощью метода фитоиндикации нами использовались представления о тесной взаимосвязи фитомасс, под которыми, согласно [5], понимается органическое вещество растений, накопленное к данному моменту времени надземной и подземной частями природнотерриториального комплекса, с другими компонентами последнего и процессами, в нем протекающими. Фитомассы, по сравнению с объектами атмо-, гидро- и литосферы, характеризуются наиболее выраженным проявлением текстурноструктурных особенностей, отражающим специфику водного режима и историю развития болотной растительности. В данной работе они рассматриваются преимущественно через экологические и биоморфологические признаки растений.

Алгоритм применения метода фитоиндикации в гидрологических исследованиях на болотах в общих чертах подразумевает: 1) выявление индикаторов отдельных гидрологических параметров (объектов индикации); 2) обоснование эффективности и надёжности индикаторов; 3) изучение экологических связей индикатора и объекта индикации; 4) географический анализ индикационных связей; 5) отражение индикаторов и объектов индикации на картографических материалах при решении прикладных и научных задач [6-9]. Практическая реализация этого алгоритма в определенной степени зависит от исследуемого объекта. Применительно к болотным ландшафтам специфика использования метода фитоиндикации заключается в следующем.

Во-первых, основным объектом метода фитоиндикации является один и (или) несколько показателей гидрологических условий на болотах.

Во-вторых, при исследовании болот выявление индикаторов и индикационных связей базируется на широко используемом в болотоведении выделении трёх экологических групп растений по типу минерального питания и обеспеченности элементами питания эдафической среды - олиготрофов, мезотрофов и эвтрофов. Растения первой группы характеризуются низкой требовательностью к веществам минерального питания и могут существовать исключительно за счет атмосферных осадков. Растения третьей группы более требовательны к условиям минерального питания и приурочены к местообитаниям со значительным подземным водным питанием. Растения второй группы по показателю обеспеченности местообитания минеральными веществами занимают среднее положение между олиготрофными и эвтрофными видами.

Болотные растения характеризуются широким диапазоном приспособлений физиологического характера на пространственную неоднородность гидрологических условий болот. По этому фактору (а именно он на болотах является определяющим с точки зрения жизнеобеспечения) растения, по мнению авторов [10], предлагается объединить в группы пойкилогидрических и гомойгидрических. Пойкилогидрическими являются водоросли, мхи, лишайники, которых отличает непостоянство гидратуры и прямая зависимость от условий увлажнения среды обитания. При низкой концентрации влаги эти растения способны переходить в состояние анабиоза, не теряя при этом жизнеспособности. У сфагновых мхов, обитающих на болотах, гидратура поддерживается как отдельными особями, преимущественно за счет анатомо-морфологических приспособлений (наличия гиалиновых клеток и др.), так и путем образования различных по плотности, мощности колоний особей в виде ковров и дернин и др. Вторая группа - гомойгидрические растения - объединяет виды растений, у которых гидратура определяется механизмами преимущественно анатомо-физиологического характера.

В-третьих, болотные растения характеризуются высокой вариабельностью по биоморфологическим признакам (размерам наземных и подземных органов, например у деревьев, кустарничков и др.), а в результате и функциональным значением в структуре болотных экосистем. Растения, близкие по биоморфологическим признакам (независимо от их видовой принадлежности), объединены в классы, соответствующие формам роста (табл. 1). В центральной части таежной зоны Западной Сибири нами установлено 16 таких форм роста, в том числе 4 формы у деревьев, 4 - у кустарничков, 5 - у трав и 3 - у мхов. Для 7 форм роста из 16, выделенных нами в районе исследования, удалось найти подтверждение в литературных источниках [11-13]. Остальные девять вводятся в научный обиход на основании собственных исследований.

Биоморфологическими свойствами болотных растений в значительной степени определяются физико-механические свойства поверхности болота, представляющей собой особую категорию природных фитогенных объектов. Эти свойства обусловлены преимущественно размерами, геометрическими особенностями и прочностными свойствами подземных органов. Например, крупные корни деревьев выполняют функцию крупных армирующих элементов, а осоковые и пушицевые кочки, протяженные на глубину до 0,5 м и больше, - соответственно свай. Погруженные в моховую дернину и торф косо направленные ветви кустарничков, корневища трав, переплетаясь между собой, выполняют скрепляющую функцию, упрочняя в целом арматурную конструкцию болотной поверхности. Механически непрочные побеги сфагновых и гипновых мхов, заполняя пространство между корнями, корневищами и другими подземными органами высших растений, формируют особый тип различных по прочностным свойствам природных образований (в настоящей работе они называются дернинами). Прочностные свойства последних зависят преимущественно от степени насыщенности их питающими корешками сосудистых растений.

фитоиндикация гидрологический таежный растение

Т а б л и ц а 1

Морфологическая классификация болотных растений центральной части таежной зоны Западной Сибири