Автор: Н. И. Пьявченко
Лесная зона СССР занимает первое место среди других зон по степени заторфованности территории.
Она почти полностью входит в выделяемый М. Н. Никоновым (1949, 1955) пояс интенсивного торфонакопления, в пределах которого сосредоточено около 85% всех торфяных запасов страны. Сильная заторфованность названной зоны, особенно ее средней и северной подзон, связана в основном с оптимальными для болотообразования климатическими условиями: умеренно теплым вегетационным периодом, обеспечивающим значительный прирост растительной массы, и существенным превышением количества выпадающих осадков над испарением, вызывающим постоянное или длительное переувлажнение грунта. Под влиянием этих факторов продолжается рост торфяников и «наползание» их на прилегающие лесные земли.
Но наряду с влиянием климата сильно сказываются и геоморфологические условия. Например, по. данным Никонова (1955), заторфованность территорий с моренно-холмистым рельефом составляет 1—3%, моренных равнин в границах последнего оледенения с ледниковым аккумулятивным рельефом — 3—10%, древних аллювиальных равнин — до 30—40%. К последним обычно приурочены и выходы подземных грунтовых вод, что обусловливает концентрацию болот на таких равнинах, как, например, Белорусское и Украинское Полесье, Западно-Сибирская низменность и др. Следует отметить, что исследования П. П. Залитиса (1976) показали достоверную связь размещения заболоченных и избыточно увлажненных лесов в Латвийской ССР с зонами разгрузки подземных вод: около 80% таких лесов оказалось расположено в местах, где гипсометрические уровни подземных грунтовых вод достигают земной поверхности или превышают ее.
В основе заболачивания суши лежит нарушение связей и взаимодействия между компонентами, или факторами, суходольного — обычно лесного — биогеоценоза под влиянием усиления функции компонента влаги. Заполняя поры почвы, вода препятствует проникновению в них атмосферного кислорода, что нарушает газовый режим, вызывает развитие восстановительных процессов и образование закисных соединений. Известна, что эти изменения отрицательно влияют на почвенный микробоценоз, подавляя жизнедеятельность аэробных бактерий и почвенных беспозвоночных и обусловливая тем самым накопление малоразложившихся растительных остатков и содержащихся в них химических элементов, в частности азота, в малодоступной растениям форме. Угнетение дыхательной и сосущей функции корней мезофильных растений в переувлажненной анаэробной среде и ежегодные вымочки значительной части мелких корней осложняют и сокращают поступление питательных веществ в растения, вследствие чего сильно падает и продуктивность фотосинтеза. Таким образом, нарушение нормального обмена веществ и энергии в почве, между почвой и фитоценозом, между ними и атмосферой приводит к смене мезофильного биогеоценоза гигрофильным, т. е. болотным, биогеоценозом.
Тип болотообразования определяется условиями водно-минерального питания. Степень увлажнения, или обводненности, почвы регулирует интенсивность болотного процесса, определяет господство тех или иных биоморф в растительном покрове. В случае постоянного переувлажнения почвы господствуют гипновые и сфагновые мхи, болотные травы или смешанные травяно-моховые сообщества гигрогидрофитов. В случае переменного увлажнения, когда уровень воды в торфяной почве понижается летом до 20—30 см и более, поселяются древесные растения — сосна, ель, береза, гигромезофильные травы и психрофильные кустарнички.
Степень минерализации, или жесткость, воды обусловливает трофность растительности и образующегося торфа, а следовательно, и биологическую продуктивность болотного биогеоценоза. Содержание бикарбонатов кальция и магния в воде и образующемся торфе регулирует его кислотность, возможность развития определенных видов растений и интенсивность деятельности гетеротрофных почвенных организмов, разлагающих отмершие части растений. Поэтому при достаточном содержании Ca и Mg образуются торфяные почвы и залежи более высокой степени разложения, при недостаточном — малой. Иными словами, генезис болот и торфяных залежей, смены растительности и типов болотообразования тесно связаны с влиянием названных элементов. В связи с этим показателем типа торфа и торфяной почвы может служить степень насыщенности их поглощенными основаниями (катионами Ca и Mg), а также коррелирующая с ней величина pH.
Давно установлено, что в процессе эндоэкогенетического развития торфяников первоначальное грунтовое питание впоследствии часто сменяется атмосферным, в связи с чем возрастает кислотность, уменьшается степень насыщенности торфа поглощенными Ca и Mg и содержание в нем золы. Соответственно этому евтрофная стадия развития торфяника сменяется мезотрофной, а последняя — олиготрофной. Заметим, что на территории нашей страны в настоящее время относится к евтрофному типу только 37% всей площади торфяников, к мезотрофному — 17% и к олиготрофному — 46%.
Насколько велико различие в годичном потреблении питательных веществ из почвы фитоценозами евтрофного и олиготрофного лесных болот, а также возврат их в почву с ежегодным опадом, видно из графиков, составленных по материалам наших исследований. Количество извлекаемых из почвы и возвращаемых в нее с опадом химических веществ в евтрофных болотных лесах в 2—3 раза больше, чем в олиготрофных. Это согласуется с количеством годичного опада древесного, травяно-кустарничкового и мохового ярусов, составляющего в среднем в лесах евтрофного типа 58 ц/га и олиготрофного только 35 ц/га. Тем не менее по количеству опада или всей отмирающей фитомассы еще нельзя судить о скорости (или продуктивности) торфонакопления вследствие того, что в евтрофных условиях биохимические процессы гумификации и минерализации органического вещества протекают интенсивнее, чем в олиготрофных. По нашим данным, в образующемся торфе консервируется в среднем 16,5% исходного количества отмирающей органической массы. Остальная же, сильно преобладающая часть ее минерализуется и отчасти выносится поверхностным и внутрипочвенным стоком в виде водных растворов и взвесей.
Начало болотообразования в нынешней лесной зоне СССР относится к бореальному периоду голоцена (8—8,5 тыс. лет назад), но массовое развитие болот и заболачивание лесов началось позднее — в атлантический период (5—7,5 тыс. лет назад). Климатические условия этого периода благоприятствовали не только заболачиванию, но и распространению в нынешней среднетаежной подзоне Европейской части СССР широколиственных пород — вяза, липы, дуба, составляющих заметную примесь в березово-сосновых лесах того времени. В последующие суббореальный и субатлантический периоды болотообразовательный процесс продолжал развиваться главным образом за счет разрастания возникших ранее болот, но наряду с этим образовывались и новые болота под влиянием зарастания водоемов, депрессий, возникших под влиянием отрицательных неотектонических движений земной коры, карстовых и суффозионных просадок грунта и других причин, способствовавших скоплению влаги и появлению болотной растительности. И в настоящее время на севере лесной зоны — в Архангельской, Мурманской областях, Карельской и Коми АССР, Тюменской, Томской областях и Красноярском крае, где накоплению торфа благоприятствуют климатические и гидрологические условия, — болотообразование прогрессирует. торфяные болота растут вверх и расширяют свою площадь, надвигаясь на прилегающие леса, подтопляя их и погребая отмирающие деревья под нарастающим торфом. Характеризуя колоссальные масштабы болотного процесса на Западно-Сибирской низменности, М. И. Нейштадт (1971, с. 26) считает, «что если оставить таежную зону Западно-Сибирской низменности в нынешних условиях и не предпринимать мер для борьбы с заболачиванием, то примерно через несколько тысяч лет она будет полностью заболочена и заторфована, за исключением, быть может, самых узких приречных и наиболее повышенных участков». Согласно другой работе названного автора, ежегодное заболачивание в Западной Сибири составляет от 5777 до 12 694 га, а в среднем за период 8 тыс. лет составил 9687 га. По нашим данным, средняя скорость заболачивания территории в Карельской АССР за период 7 тыс. лет достигала 700 га в год. Аэровизуальные наблюдения, проведенные нами летом 1978 г. в Калевальском и Кемском районах Карельской АССР, показали весьма интенсивное местами наступление сфагновых болот на прилегающие леса, в результате чего незаболоченная лесная площадь составляла не более 20—30%. Наземные исследования дали ясную картину внедрения сфагново-кустарничкового покрова болот на десятки метров в смежные леса, несмотря на то что поверхность почвы в них превышает уровень окраек болот на 50—60 см.
Процесс болотообразования заключается не только в переувлажнении грунта, появлении болотной растительности и аккумуляции неразложившихся ее остатков. Важное значение в этом процессе имеет связывание торфом огромного количества пресной воды вследствие высокой влагоемкости остатков растений-торфообразователей, особенно сфагновых мхов, у которых она достигает 1500—2000% по отношению к сухому весу. Влагу аккумулируют и удерживают как глубокие торфяники, нередко достигающие 4—6 м и более, так и заболоченные, или слабо оторфованные, земли с мощностью органического слоя 30—50 см. Согласно нашим расчетам, торфяники и торфянистые почвы заболоченных лесных земель Союза связывают около 1100 км3 пресной воды. По данным Государственного гидрологического института, объем воды в торфяниках западносибирских болот составляет около 994 км3, причем 218 км3 в несвязанном с торфом состоянии. С ежегодным приростом торфа постепенно увеличивается и объем связанной торфяниками воды.
В настоящее время площадь болот, заболоченных и избыточно увлажняемых земель лесного фонда Союза составляет около 240 млн. га. Сюда, естественно, не входят болота и заболоченные земли лесотундры и тундры, площадь которых весьма велика. Однако все это не дает еще основания делать далеко идущие выводы о неминуемом заболачивании всех лесов таежной зоны и смены их сфагновыми болотами. Этот вопрос подробно был рассмотрен нами ранее, причем было показано, что взаимоотношение леса и болота представляет собой сложный, внутренне противоречивый процесс, развивающийся под влиянием двух противоположных тенденций — усиления и ослабления заболачивания. Примером его служит обратимое заболачивание вырубок, когда болотообразовательный процесс, возникший вследствие нарушения баланса влаги в почве в результате вырубки древесной растительности, продолжается в течение 2—3 десятилетий, а после восстановления молодого леса и усиления транспирационного расхода влаги из почвы приостанавливается или вовсе прекращается. Временно заболачиваются не только лесосеки и лесные гари, но и леса на землях с близким к поверхности уровнем грунтовых вод. Во влажные климатические периоды почвенно-грунтовая вода подтопляет корнеобитаемый горизонт почвы и вызывает заболачивание и гибель леса. В сухие периоды уровень воды понижается и заболоченная территория вновь зарастает лесом. Следует отметить, что из 240 млн. га площади болот 2/3 относятся к мелкооторфованным, заболоченным и временно переувлажненным лесным землям, подавляющая часть которых никогда не превратится в торфяники.
И все же в районах Севера и Северо-Запада, где климатические, гидрологические и геоморфологические условия способствуют развитию современного заболачивания суши, этот процесс отрицательно сказывается на освоении территории названных районов, изучении и рациональном использовании их природных богатств. Поэтому проведение осушительных мелиораций в сильно заболоченных местностях необходимо и с хозяйственной точки зрения, и в интересах преобразования природы, улучшения состояния биосферы.
Мелиорация земель на севере для сельскохозяйственного использования дает весьма положительные результаты. Поэтому освоение осушенных болот и заболоченных земель низинного и переходного типа нередко предпочитается освоению завалуненных и залесенных минеральных земель. За годы 9-й пятилетки на Европейском Севере — в Карельской и Коми АССР, в Архангельской и Вологодской областях — осушено для сельского хозяйства 207 тыс. га болот и заболоченных земель. При высоком уровне агротехники и регулярном внесении удобрений в передовых хозяйствах Карелии и на экспериментальных базах Института биологии Карельского филиала АН СССР урожаи на мелиорированных землях уже достигают: сена многолетних трав — 60 ц/га и более, однолетних — 200—300, капусты и кормовой моркови — 500—600, зерновых (овса, ржи) — 30—33 ц/га. За тот же пятилетний период осушено в целях повышения продуктивности лесов 437 тыс. га. Установлено, что под влиянием лесоосушительной мелиорации дополнительный прирост древесины в осушенных лесах возрастает на 2—5 м3/га в год, а запасы древесины — в 3—5 раз по сравнению с древостоями на неосушенных болотных почвах. При этом торфяные залежи над лесным покровом не подвергаются эрозии и не минерализуются, и, таким образом, их можно рационально использовать в будущем.
В связи с развитием в СССР осушительной мелиорации вполне закономерно приобрел остроту вопрос о влиянии этого мероприятия на водный режим осушаемых земель и прилегающих территорий, уменьшение стока и обмеление рек, загрязнение их минеральным а торфяным материалом, выносимым осушительными системами, состояние озерного и речного рыбного хозяйства.
Подобные вопросы возникали и раньше. Разноречивые высказывания по ним принадлежат таким ученым, как В. В. Докучаев (1880), Г. И. Танфильев (1895) и др. В наше время вопрос о роли болот в питании рек, о влиянии осушительных мелиораций на водный режим прилегающих территорий также обсуждается в специальной литературе. Большинство специалистов (гидрологов и мелиораторов) приходит к выводу о том, что правильное проведение осушительных мелиораций, не вызывающее снижения уровня подземных грунтовых вод, не влияет отрицательно на режим рек и мелиоративные мероприятия должны проектироваться с учетом фактора природной зональности, геоморфологического положения осушаемых болотных массивов и особенностей их водного питания.
Наряду с этим нередки высказывания о большой роли болот в питании рек, о водорегулирующем значении их для определенных территорий. В связи с подобными высказываниями, порождаемыми скорее всего недостаточной осведомленностью их авторов об условиях образования болот и водных свойствах залегающего в них торфа, постараемся внести ясность в существо данного вопроса. Действительно, в истоках многих наших рек находятся низинные болота или озера, окруженные болотами. Это и создает впечатление, что реки питаются болотными водами. В сущности же и реки, и болота, возникающие в истоках рек, питаются грунтовыми водами, выходящими из подземных водоносных горизонтов, а также атмосферными осадками, выпадающими на водосборную площадь.
Что касается болот верхового и переходного типов, не связанных непосредственно с речными долинами, то они отдают рекам только ту часть питающей их атмосферной и нередко мягкой грунтовой воды, которая уже не может быть поглощена переувлажненным сфагновым покровом и залегающим под ним торфом, а также израсходована на эвапотранспирацию. В условиях южной Карелии это составляет 27% от годового количества осадков (Чесноков. 1977).
Разумеется, в случае очень крупных болотных массивов, достигающих десятков и даже сотен тысяч гектаров, и такой объем стока обеспечивает образование ручьев и речек. Тем не менее и в данном случае торфяники не служат генераторами влаги, а лишь осуществляют транзитную функцию перераспределения поступающей в них воды между поглощением торфяным слоем, испарением в атмосферу и стоком.
Как показывают исследования некоторых названных авторов, осушение болот обычно не приводит к уменьшению стока, а наоборот, увеличивает его. Положительное влияние осушения болот на сток в условиях Карелии подтверждается исследованиями И. М. Нестеренко в северной Карелии, на Корзинском стационаре и В. А. Чеснокова на Киндасовском стационаре.
С выводами советских авторов согласуются и результаты исследований финских ученых, согласно которым осушение лесных земель приводит к увеличению стока с открытых мест и стабилизирует его годичную величину.
Что касается загрязнения рек и его отрицательных последствий, вызываемых осушительной мелиорацией, то финский: исследователь Павилайнен отмечает некоторое увеличение содержания минеральных веществ и гумуса в речных водах, что приводит иногда к вредным локальным эффектам, если в воде снижается содержание кислорода. По» сообщению Л. Рамберга, осушение лесов и болот в одном из регионов Финляндии на 40% площади вызвало снижение запасов воды в почве на 68 мм, но одновременно привело к увеличению стока реки на 73 мм. С понижением уровня почвенно-грунтовых вод усилилась минерализация органического вещества торфяной почвы и выщелачивание из нее аммонийных и других солей, особенно после внесения удобрений. О сильном загрязнении речных вод стоками с осушаемых болот в южной Карелии сообщается и в статье В. А. Чеснокова (см. настоящий сборник). Однако следует заметить, что степень и продолжительность загрязнения сильно зависят от соблюдения давно уже установленных условий и норм проектирования и строительства осушительной сети, предусматривающих исключение или уменьшение названного отрицательного влияния гидромелиораций.
Выводы. Сильная заболоченность лесной зоны Европейской России и Западной Сибири обусловлена спецификой ее физико-географических особенностей: существенным превышением выпадающих осадков над испарением, благоприятными для скопления и застоя влаги геоморфологическими условиями и нередко близким к поверхности стоянием уровня грунтовых вод.
В основе развития болотообразовательного процесса и смены лесных биогеоценозов болотными лежит нарушение нормального для леса обмена веществ и энергии под влиянием гипертрофии влажности среды, подавляющей процессы минерализации растительных остатков, которые накапливаются в виде торфа.
Болота не генераторы влаги, а служат лишь ее аккумуляторами. Накапливая воду до полной влагоемкости торфа и мохового слоя, они расходуют на сток только протекающий через них транзитом непоглощенный остаток грунтовой или атмосферной воды.
Сильная заболоченность земель таежной зоны и продолжающаяся на севере в настоящее время агрессия болотообразования позволяет считать осушительную мелиорацию необходимым народнохозяйственным мероприятием и эффективным средством преобразования природы Севера.
Осушение болот лесной зоны не приводит к уменьшению, речного стока, а часто несколько увеличивает его, улучшая одновременно водный режим мелиорируемых территорий.
Для предотвращения или резкого уменьшения размеров возможного загрязнения водоприемников сточными водами мелиорируемых и осваиваемых в сельском хозяйстве болот безусловно необходимо как использование уже известных в мелиоративном строительстве способов, так и разработка новых, более эффективных.