Авторы: О. Л. Лисс, Н. А. Березина
Болота — такая же неотъемлемая часть биосферы, как тундра, лес, луга, степи и другие биогеоценозы. Болота — интразонально-зональный тип биогеоценозов, который встречается в разных зонах, он комплексируется и взаимодействует с другими типами биогеоценозов. Болота в равной степени с другими биогеоценозами определяют то экологическое равновесие в биосфере, которое необходимо для существования всех ее компонентов. Изучение особенностей взаимодействия болот и окружающей среды необходимо для разработки научно обоснованных планов преобразования природы столь высоко заболоченной территории, как Западная Сибирь.
Характер взаимодействия болот и окружающей среды менялся на протяжении голоцена — времени существования современных болот. Первые очаги заболачивания в Западной Сибири появились 10—12 тыс. лет тому назад. Они занимали обводненные депрессии, заполненные талыми и речными водами, стекавшими к югу вследствие подпруживания Оби на севере уральскими и сибирскими ледниками.
Спорово-пыльцевые диаграммы торфяных отложений болот, образовавшихся в этих депрессиях, имеют четко выраженный нижний максимум ели. Эта особенность придонных споровопыльцевых спектров, а также состав пыльцы травянистых растений, высокий процент пыльцы недревесных пород по отношению к пыльце древесных, наконец, малая плотность пыльцы древесных пород на 1 см2 препарата позволяют утверждать, что природная обстановка начала голоцена в Западной Сибири имела много сходного с таковой в Европейской части Союза. Региональным явлением были островные еловые леса, а также широко были распространены травяные сообщества с участием тундровых, степных, солончаковых и полупустынных видов. Это явление называется смешением зон. Кроме того, значительные площади занимали свободные незадернованные местообитания.
Климат того времени отличался наиболее резкой континентальностью. В соответствии с этим изменялась и растительность. Позднеледниковые явления частично сохранились и в предбореальном периоде.
В эти начальные этапы заболачивания возникновение и существование болот полностью зависели от комплекса физико-географических условий среды, а влияние первоначальных центров заболачивания на окружающую среду в соответствии с их размерами было незначительным.
Климат бореального периода теплее по сравнению с настоящим временем и наиболее влажный в послеледниковье Сибири. Для этот о периода характерно нежаркое лето, умеренно холодная зима со значительным количеством осадков, высокая (особенно в течение вегетационного периода) влажность воздуха, что способствовало максимальному развитию темнохвойной тайги. Такой климат способствовал развитию болотной растительности. В это время торфяные отложения заполнили первоначальные депрессии. В атлантическом периоде, начавшемся около 8 тыс. лет тому назад и продолжавшемся в течение трех тысяч лет, площадь, занимаемая болотами, значительно расширилась. В результате интенсивного торфонакопления болота вышли за пределы депрессий, в которых они возникали. Первоначально изолированные болота слились в обширные болотные системы, сплошь покрывшие водораздельные пространства и снивелировавшие неровности минерального дна в пределах таежной зоны. По мере роста болот их влияние на окружающую среду росло, а сами болота становились все более автономными в своем развитии. В зоне лесостепи в атлантическом периоде увеличение влажности вызвало перераспределение солей: вмывание и вынос их с грив в депрессии, где сформировался займищно-солончаковый ландшафт. Застаивающиеся воды влияли на процесс осолодения понижений и их последующую прогрессирующую суффозионную просадку с образованием алласных колков, нередко занятых в центре болотами.
К настоящему времени площадь болот в Западной Сибири достигла 100 млн. га, из них 34 млн. га — торфяные болота в границах промышленной залежи. Площадь болот колеблется от нескольких гектаров до нескольких миллионов гектаров (Васюганский болотный массив имеет площадь более 5 млн. га). Со времени возникновения на болота постоянно влияют колебания водного режима, вызванные климатическими или эпейрогенетическими причинами. А в настоящее время сильно и антропогенное вмешательство в жизнь природы: увеличиваются масштабы осушительных мелиораций, интенсивно вырубаются леса — живой насос, естественным путем понижающий уровень грунтовых вод в условиях гумидного климата. Сведение лесов способствует поднятию грунтовых вод на вырубках, развитию процессов заболачивания, изменению водного режима рек. Хозяйственная деятельность человека может изменить и гидрохимический режим болот как путем прямых, так и опосредованных воздействий.
При рассмотрении влияний внешних условий на те или иные болота необходимо иметь в виду, что олиготрофные болота — это саморегулирующиеся системы. Как всякая система, болота обладают определенным гомеостазом. Гомеостаз болот — способность этих систем нейтрализовать изменения, происходящие в каких-либо его частях, при помощи механизма негативной обратной связи. Гомеостатический механизм в болотах — фитоценотический, он представляет собой изменения в растительном покрове болот, причиной которого служат изменения в водном режиме, на которые растительность болот очень чутко реагирует. Известно, что каждая система характеризуется наличием пороговых нагрузок. Пороговые нагрузки или превышение их приводят к нарушению гомеостаза системы или к необратимым нарушениям. Различным типам болот, и в первую очередь олиготрофным, свойственна довольно широкая амплитуда изменений отдельных факторов, при этом они остаются самими собой. Однако для болот разного размера необходимо знать границы, в пределах которых они выносят изменения. При нарушении же этих границ система разрушается и болото существовать не может. При изучении болотных биогеоценозов следует иметь в виду, что такие свойства болот, как обилие застойной влаги и определенный качественный и количественный химический состав вод,— естественные и необходимые условия для болотных растений-эдификаторов и болотных фитоценозов в целом. Соответственно этим основным положениям следует рассмотреть, например, реакцию олиготрофных болот на внешние воздействия.
Растительность олиготрофных болот определенным образом реагирует на изменение гидрологического режима, вызванное различными причинами. Одним из наиболее ярких примеров саморегулирования болотных систем и в то же время их основным свойством является постоянное сохранение прочной связи между рельефом поверхности, нижним ярусом растительного покрова и уровнем свободной поверхности грунтовых болотных вод.
Причина такого постоянства кроется в свойствах сфагнового покрова, обладающего высокой влагоемкостью и водопроводимостью при обилии влаги и почти полном ее прекращении на глубине деятельного горизонта. Это свойство получило название закона распределения водопроводимости в верхнем растительном деятельном горизонте болот. Если, например, в верхнем моховом слое водопроводимость 0,1 см/с, то книзу она уменьшается до 0,007 см/с, т. е. на 3—4 порядка. Такое распределение водопроводимости обеспечивает быстрый сброс дождевых и весенних талых снеговых вод при незначительном подъеме уровней болотных вод, а в период прекращения и отсутствия осадков, наоборот, не допускает осушение болот, так как горизонтальная фильтрация почти полностью прекращается при незначительном падении уровня болотных вод. Благодаря этому обеспечивается небольшая амплитуда колебания уровней и относительное их постоянство, несмотря на очень большие сезонные изменения количеств атмосферных осадков, поступающих в деятельный горизонт болот.
Регуляция водного режима на болотах происходит и путем изменения величин, испарения со сфагновой поверхности. По наблюдениям Л. Я. Смоляницкого (1977), уменьшение обводнения олиготрофных болот ведет к увеличению плотности мохового покрова в результате приостановки апикального нарастания мхов и усиления роста боковых побегов. Плотно сомкнутые головки подсушенного сфагнового ковра препятствуют испарению влаги из нижерасположенных горизонтов. Увеличение обводнения на болотах вызывает обратную картину: насыщенные влагой сфагновые мхи способны испарять огромные количества воды, сфагновый покров постепенно становится рыхлым, стебли отстоят один от другого. Испарение на сильно обводненных участках болот (мочажины) приближается к испарению с открытых водных поверхностей.
Если же в результате общего изменения водного режима болота изменение степени обводненности длительно и однонаправленно, то изменяется и состав его растительного покрова. Климатические и антропогенные воздействия могут непосредственно изменять уровень грунтовых вод, эпейрогенетические же воздействия меняют водный режим болот через изменения уклонов, определяющих величину и направление поверхностного стока. Все эти воздействия влияют на развитие болот и через изменение гидрологического режима речной сети.
В настоящее время реки таежной зоны способствуют заболачиванию территории. Сильный подпор притоков Оби в половодье, которое длится с весны до осени, вызывает дополнительное сильное обводнение водораздельных территорий, так как вода в реках поднимается на значительную величину. Уровень подъема Оби у Колпашева колеблется от 4,5 до 7,5 м и даже достигает 8—10 м. Соответственно высок подъем воды и на притоках Оби: на реках Бакчар, Чая, Парбиг — до 8—10 м, на притоках р. Васюган — до 6 м. Реки выходят из берегов, затопляют огромные пространства. В бассейнах притоков Оби (р. Конда, р. Васюган и др.) паводковые воды часто сливаются с болотами, образуя единые водные бассейны.
Если водный режим под влиянием длительных однонаправленных внешних воздействий на болотах небольших размеров изменяется, то этот процесс сопровождается значительной перестройкой растительного покрова: отмечается смена эдификаторов фитоценозов. На болотах небольших размеров уменьшение обводнения в результате понижения уровня болотных вод вызывает в сосново-кустарничково-сфагновом фитоценозе смену здификатора: Sphagnum angustifolium вытесняется более сухолюбивыми видами сфагновых мхов, такими, как Sph. magellanicum или Sph. fuscum. При увеличении обводнения происходит противоположный процесс: Sph. fuscum сменяется более влаголюбивыми видами сфагновых мхов — Sph. magellanicum и Sph. angustifolium. Последнее является причиной дифференциации микрорельефа на гряды и мочажины, изменения в составе экологических форм сосны на образующихся грядах. В результате смен фитоценозов торфяная залежь этих небольших болот представляет собой переслаивание разных видов торфа. Та же картина наблюдается и на окраинах крупных болотных массивов. Что касается центральных частей крупных болот, то на них общее изменение гидрологического режима в течение времени их существования сказывалось меньше, о чем свидетельствует монотонное строение их торфяной залежи. Центры крупных олиготрофных болотных массивов в подзонах средней и южной тайги, как правило, заняты грядово-мочажинными комплексами. При общем изменении обводненности на этих массивах лишь количественно изменяются соотношения площадей, занимаемых разными ассоциациями в комплексе. Материалом для изучения этого явления послужили результаты ботанического анализа торфа многочисленных бурений торфяной залежи, а также подробное изучение границ между ассоциациями в комплексе. Еще А. А. Ниценко (1948) обращал внимание на то, что изучение границ между отдельными сообществами дает богатый материал для суждения о взаимоотношениях этих сообществ. Наши наблюдения грядово-мочажинных комплексов проводились на болотах различных регионов таежной зоны: на Кеть-Тымском междуречьи, на водораздельных пространствах левобережья Оби, рек Иртыш и Демьянка, в районе р. Конда. Западная Сибирь — район слабой тектонической активности; Кеть-Тымское междуречье — район современных тектонических поднятий; бассейн р. Конда характеризуется современными движениями отрицательного знака.
По состоянию границ между ассоциациями гряд и мочажин можно судить:
1. О равновесном состоянии во взаимоотношениях растительности гряд и мочажин в различных грядово-мочажинных комплексах (крупно-, средне-, и мелкогрядово-мочажинных), что несомненно свидетельствует о соответствии состояния растительного покрова гидрологическому режиму болот.
2. О наступлении в определенном направлении растительности гряд на растительность мочажин и мочажин на гряды, т. е. фактически о равномерном сдвиге всех форм микрорельефа в направлении, перпендикулярном стоку.
3. О трансгрессии растительности гряд на растительность мочажин, т. е. о расширении площади гряд за счет мочажин, что наблюдается при понижении уровня болотных вод и улучшении условий дренированности. Падение уровня грунтовых вод сказывается также на увеличении высоты гряд, изменении кустарничкового яруса и уменьшении обводненности мочажин.
4. О наступлении растительности мочажин на растительность гряд, т. е. о расширении площади мочажин в случае увеличения обводнения болот. Повышение уровня грунтовых вод приводит к вымоканию растительности гряд, появлению сухостоя сосны, поселению печеночников, развитию регрессивных явлений.
5. О неравномерном сдвиге этих форм микрорельефа: явное наступление растительности мочажин на растительность гряд в одном месте и, наоборот, грядовой растительности на мочажинную в другом, т. е. фактически о развороте этих форм микрорельефа соответственно изменяющемуся направлению стока.
Довольно значительная перестройка фитоценозов происходит и в результате изменения химического состава болотных вод.
Известно, что состав болотной растительности зависит от гидрохимических условий. Причинами изменений гидрохимических условий на сформировавшихся олиготрофных болотах может быть подток вод из современных тектонических разломов, выпадение минеральных веществ с атмосферными осадками, которое в естественных условиях весьма велико и увеличивается с каждым годом в результате загрязнения атмосферы. Подобные антропогенные воздействия могут быть и прямыми: внесение удобрений, в Западной Сибири — изливание глубинных минерализованных апт-сеноманских вод.
Олиготрофность и повышенное содержание органических кислот в олиготрофных болотах — не только причина господства сфагновых мхов, но и следствие их господства. Постоянная высокая обводненность и кислая среда, которые формируют моховой сфагновый покров, приводят к высокой подвижности попадающих на поверхность болот анионов и катионов, которые благодаря имеющемуся на болотах стоку постепенно сбрасываются на периферию. Это ведет к увеличению евтрофности окраек и постоянному восстановлению олиготрофности среды в центральной части болот. В таежной зоне Западной Сибири водораздельные пространства обычно заняты сложными болотными системами, в которых сброс вод происходит с выпуклых участков на пониженные, обычно представляющие собой мезо — или евтрофные топи.
Неоднократно отмеченные нами гетеротрофные комплексы внутри олиготрофных массивов — тоже следствие постоянного сброса подвижных ионов с выпуклых участков болот в транзитные топи.
Известно, что на поверхность болот может выпадать с осадками значительное количество минеральных веществ: до 300 кг пыли на 1 га, в том числе на 1 га 8—9 кг N, от 1 до 10 кг К, 3 кг Mg, P и др. Различные виды олиготрофных сфагнов выносят довольно значительную минерализацию. Так, отмечено естественное повышение зольности в верхних горизонтах олиготрофных болот, в частности в слое живого сфагнума. Это связано с тем, что живой покров сфагновых мхов является собирателем зольных элементов, часть которых находится в ионном подвижном состоянии, а некоторые элементы в определенных торфообразователях присутствуют в виде прочно связанных лигандов. Учитывая факт аккумуляции зольных элементов в сфагновом покрове, а также относительно высокую водопроводимость его, становится понятной роль популяций этих растений в регуляции гидрохимических условий на болотах. Крупные олиготрофные болота и болотные системы способны справляться с довольно значительным химическим загрязнением. Даже после сильного местного нарушения системы она в состоянии сама справиться с загрязнением и восстановить олиготрофность.
Что касается небольших болот, то там повышение минерализации вызывает резкое изменение растительного покрова. На этом основан принцип так называемого биологического осушения болот; внесение удобрений приводит к мезофитизации болотной растительности и превращению их в кормовые угодья. Известная кальцефобность сфагновых мхов объясняется тем, что необходимый в малых дозах для обмена веществ P связывается Ca в нерастворимые формы. При концентрации CaO выше 0,25—0,3% на органическое вещество сфагновые мхи отмирают. Динамическое взаимоотношение растительности на болотах служит гомеостатическим механизмом, позволяющим восстанавливать равновесное состояние системы в постоянно меняющихся гидрологических и гидрохимических условиях.
Степень устойчивости болотных систем к воздействию внешних факторов прямо пропорциональна их массе. Под понятием «масса болот» мы подразумеваем совокупность всей естественно обводненной мертвой (морт-) массы торфяной залежи и живой (био-) массы современного растительного покрова болот. Уже в среднем голоцене болотообразование, охватившее к тому времени огромные территории, привело к возникновению таких колоссальных болотных массивов, что климатические колебания этого времени существенно не повлияли на развитие их центральных частей, которые приобрели относительную автономность и независимость от наблюдавшихся в голоцене колебаний условий внешней среды. Об этом свидетельствуют особенности стратиграфии торфяных залежей крупных болот, центральные части которых обнаруживают чрезвычайное однообразие строения торфяного пласта по ботаническому составу, незначительные колебания степени разложения, величин зольности и влажности торфа.
Эти же закономерности отмечены для центральных частей крупных болот Белоруссии и Карелии.
Чутко реагируют на климатические ритмы не только тысячелетнего и векового, но даже и внутривекового ранга лишь небольшие по размерам болота или окраины крупных болот. Это подтверждается не только переслаиванием различных видов торфа в залежи, но иногда и перерывами в торфообразовании. Перерывы в торфообразовании могут быть вызваны изменением гидрологических условий и в результате эпейрогенетических колебаний.
Относительная автономность развития и роста крупных болот согласуется с общегеографическим выводом, сделанным А. В. Шнитниковым (1968) на основании изучения развития озер, ледников, торфяников, о зависимости «консерватизма» того или иного процесса от «массы» компонента, которая подвергается воздействию извне. Соответственно этой закономерности центральные части крупных торфяных массивов Западной Сибири (тысячи, десятки и сотни тысяч гектаров при глубине залежи около 4 м) не обнаруживают в залежи следов существенной реакции на довольно значительные изменения внешней среды (климатические, эпейрогенетические и др.).
Болотные системы, испытывая влияние окружающей среды, одновременно воздействуют на окружающие их биогеоценозы.
Влияние болот на окружающие биогеоценозы и их компоненты также прямо пропорционально их массе. Общая масса болот только центральной части Западной Сибири к настоящему времени достигла колоссальных размеров. В границах промышленной залежи средняя глубина торфа составляет 2,7 м, что, по нашим расчетам, соответствует запасам торфа-сырца около 915 млрд. м3. Таким образом, обводненная био — и мортмасса болот в настоящее время в центральной части Западной Сибири достигает 900 млрд. т. Влияние этой массы на общую физико-географическую обстановку Западной Сибири колоссально. Болота влияют на формирование гидрологического режима окружающих территорий. Это влияние имеет свои особенности в разных зонах. В гумидных зонах близкое стояние грунтовых вод на прилегающих к болотам территориях может иметь как отрицательное (заболачивание), так и положительное (ликвидация периодических почвенных засух) значение.
Периодически возникающие в гумидной зоне засухи ликвидируются в связи с тем, что на прилегающих к ним территориях болота способствуют высокому стоянию уровня грунтовых вод.
Для аридной зоны Западной Сибири гидрологическая роль болот в основном положительна. Повышение грунтовых вод способствует мезофитизации растительного покрова в лесостепной зоне, процессам рассоления на заболоченных и прилегающих к ним территориях, а также препятствует развитию почвенной засухи. Отмечено, что, несмотря на периодические засухи, наблюдающиеся в лесостепной зоне, значительного заглубления грунтовых вод в эти периоды не происходит. На наш взгляд, это также связано с высокой заболоченностью Западно-Сибирской лесостепи.
В лесостепной зоне Западной Сибири высокая заболоченность (до 25%) формируется вопреки климату (это зона недостаточного увлажнения) и, возможно, в результате воздействия болот, расположенных севернее подзоны осиново-березовых лесов.
В частности, велико воздействие на развитие болотообразовательных процессов Барабинской лесостепи огромного Васюганского болота (5,8 млн. га), которое частично заходит и в зону лесостепи. Наличие болот и близкое к поверхности стояние уровня грунтовых вод создают здесь условия естественного рассоления и развития вокруг болот луговой растительности. При осушении же заболоченных участков в лесостепи наблюдается засоление осушенных и прилегающих к ним территорий.
Опыт показал, что осушение евтрофных травяных болот в лесостепной и степной зонах Западной Сибири вызывает понижение уровня грунтовых вод на прилегающих территориях, что приводит к исчезновению луговой растительности и сильному засолению территории.
Вместе с тем понижение уровня грунтовых вод при осушении болот в аридных зонах усугубляет вредные воздействия периодических засух как на естественные, так и на сельскохозяйственные фитоценозы.
Механизмы естественного засоления осушенных земель и рассоления обводненных (в результате зимнего промерзания) подсказывают путь мелиорации этих территорий: осушение заболоченных пространств должно сочетаться с их интенсивным осенне-зимним поливом.
Болота оказывают большое влияние на формирование радиационного, теплового, водного балансов огромных территорий, а также на круговорот воды, определяя величину испарения, влажность воздуха, его температуру, степень континентальности климата как в пределах болот, так и на прилегающих к ним суходольных территориях. По данным В. В. Романова (1961), величина радиационного баланса болот в среднем на 10% больше, чем суходолов. От значения величины радиационного баланса зависит значение величины испарения с поверхности болот, скорость оттаивания верхнего слоя торфяной залежи.
Величина радиационного баланса болот и окружающих территорий в значительной степени зависит от отражательной способности поверхности болот (альбедо). Чем меньше альбедо, тем больше величина поглощенной радиации. Огромные территории олиготрофных сфагновых болот Западной Сибири характеризуются малыми значениями альбедо (менее 17%), а следовательно, и большими по сравнению с суходолами значениями величины поглощенной радиации. Поэтому наличие большого количества крупных болот, характеризующихся низкими альбедо и большими величинами поглощенной радиации, значительно смягчает континентальность климата Западной Сибири.
Испарение с площадей, покрытых болотами, весьма велико. В регионах, где болота занимают в среднем 40% и более площади, испарение с них составляет основную долю в общем испарении с поверхности суши.
Соответственно закономерности меридианального размещения типов болот изменяется и распределение величин испарения с поверхности различных типов болотных массивов. Обилие лишайников в растительном покрове зон тундры и лесотундры, а также многолетняя мерзлота сильно изменяют процесс испарения, значительно уменьшая его на единицу прихода солнечной радиации. В зоне выпуклых олиготрофных сфагновых болот Западной Сибири среднее многолетнее испарение с болот колеблется от 316 до 434 мм.
В этой зоне преобладают грядово-мочажинные и грядрво-мочажинно-озерковые болотные комплексы. Испарение с мочажин почти такое же, как испарение с открытой водной поверхности (Романова, Усова, 1969). Испарение с гряд и болот, занятых кустарничковой растительностью, превосходит испарение с открытой водной поверхности.
Интересно отметить, что в Западной Сибири пояс максимального испарения (350 мм) совпадает с подзоной южной тайги. Столь высокое испарение в этой подзоне связано не только с довольно обильными атмосферными осадками (до 450—500 мм), но и с сильной заболоченностью этой территории.
Болота создают повышенную относительную влажность воздуха на окружающих их территориях, занятых лесами и лугами. Высокая влажность, создаваемая болотами на прилегающих к ним территориях, способствует образованию измороси, туманов, росы.
Повышенная относительная влажность воздуха на болотах и прилегающих к ним обширных территориях при высокой интенсивности суммарной радиации в Западной Сибири за вегетационный период обусловливает большой прирост органики не только на болотах, но и в других фитоценозах; влажность воздуха, создаваемая болотами, в значительной мере снижает отрицательное воздействие в засушливые годы как атмосферной засухи в таежной зоне, так и суховеев в лесостепи. Однако не следует забывать и об отрицательных последствиях высокого переувлажнения: оглеение почв ухудшает лесорастительные, условия. Поэтому важно рационально подойти к решению проблемы мелиорации, связанной с выявлением допустимых ее пределов.
В работах, проводимых Государственным гидрологическим институтом, показано влияние крупномасштабных осушительных мелиораций на изменение теплового режима и интенсивности промерзания грунтов на севере Западной Сибири. Осушение заболоченных территорий, расположенных в зоне многолетней мерзлоты, при условии сохранения на них растительного покрова будет способствовать сохранению многолетнемерзлого слоя, при уничтожении растительного покрова — увеличению глубины сезонного оттаивания. Кроме того, после нарушения или уничтожения растительного покрова активизируются термокарст, эрозия, солифлюкция, вызывающие нередко катастрофические разрушения положительных форм рельефа (холмов, террас и т. п.). В результате этих процессов на месте суши образуются озерно-болотные котловины, занимающие огромные пространства. Эти явления, развивающиеся после нарушения или уничтожения растительного покрова, создают очень серьезные трудности при освоении областей многолетней мерзлоты, разрушая сооружения, превращая огромные территории в непригодные земли.
В таежной зоне Западной Сибири широкие мелиоративные мероприятия скажутся на изменении водно-теплового режима этой территории. По данным Государственного гидрологического института, понижение уровня воды на болотах таежной зоны Западной Сибири в результате осушения значительно уменьшит теплоаккумулирующую способность территории, а следовательно, изменит ее тепловой режим. При сплошном осушении болот этой территории будет сброшено в реки (при снижении уровня воды на болотах на 0,5 м) около 80 км3 воды. В результате теплозапасы территории уменьшатся, примерно на 800∙1012 ккал, что составит около 21% суммарного потока тепла за теплый период года. Следствием этого явится увеличение континентальности климата и образование устойчивого мерзлого слоя в нижних слоях торфяной залежи.
Полноводность западносибирских рек в значительной степени обусловлена наличием огромных заболоченных территорий, которые препятствуют просачиванию осадков вглубь и способствуют их постепенному сбросу в речную сеть.
Паводки рек, имеющих заболоченные водосборы, отличаются более низким пиком и более продолжительным весенне-летним половодьем, чем рек с незаболоченными водосборами.
Сток с естественных (неосушенных) болотных массивов осуществляется в верхнем живом слое деятельного горизонта. При осушении болот с переходом уровней грунтовых вод в пределы инертного горизонта они перестают выполнять функцию регуляторов стока. Таким образом, участвуя в водном обмене, болота формируют гидрологический режим таежной зоны, определяют характер стока и уровень грунтовых вод и на обширных прилегающих к болотам территориях, участвуют в образовании речной сети.
Болота препятствуют развитию эрозионных процессов, смыву и размыву. Это обусловливает слабую минерализацию воды в реках и озерах и обеспечивает минимальный вынос с территории в океан минеральных веществ. Отмечая роль болот в круговороте воды, особенно следует подчеркнуть значение олиготрофных болот как аккумуляторов пресной влаги. По данным М. А. Шапошникова (1978), на олиготрофных болотах таежной зоны Западной Сибири аккумулируется около 490 км3 чистой пресной воды. Общий запас воды, законсервированный разными типами болот Западной Сибири, достигает 1 тыс. км3.
Кроме того, болота влияют на газовый состав атмосферы. Растительный покров болот земного шара выделяет в атмосферу 1,6∙108 т/год кислорода, что связано с тем, что на торфяных болотах кислород почти не используется на разложение отмерших растительных остатков.
Нельзя забывать о гигиенической роли болот в природе, не меньшей, чем открытых водоемов. Работами исследователей показано, что мелкие частицы, взвешенные в воздухе (пыль, а с ней также бактериальная и грибная микрофлора), двигаются в сторону пониженной температуры — так называемое явление термофореза. Эти частицы оседают на поверхности болот в условиях пониженной по сравнению с окружающими пространствами температуры и повышенной влажности. Таким образом, в значительной степени осуществляется минеральное питание олиготрофных болот.
Взаимоотношения болот и леса в Западной Сибири сложились в соответствии с соотношением массы болот и массы леса. Масса западносибирских болот значительно превышает массу лесов.
Одна из основных тенденций развития болот в таежной зоне — постоянный рост болот вширь за счет заболачивания лесных территорий. Огромные территории центральной части Западно-Сибирской равнины, ныне занятые болотами, некогда представляли собой леса. Подтверждением тому служат древесные торфы, на обширных пространствах подстилающие торфяную толщу различного возраста, слои угля — свидетельство лесных пожаров, способствующих заболачиванию, и целые захороненные стволы деревьев в придонных слоях торфяников, спорово-пыльцевые спектры образцов подстилающего минерального ложа болот, содержащие, помимо обилия пыльцы древесных пород, пыльцу лесного разнотравья, следы подзолистого процесса в подстилающем болота минеральном грунте.
Анализ придонных слоев торфа, воссоздающий картину начальных стадий заболачивания, и характер их спорово-пальцевых спектров указывают на значительно большую облесенность территорий Западной Сибири в первой половине голоцена по сравнению с настоящим временем. Состояние границ этих двух типов фитоценозов показывает, что процессы заболачивания лесов протекают и в настоящее время. Особенно интенсивно болота наступают на острова леса, так называемые суходолы, приуроченные к положительным элементам рельефа внутри заболоченных пространств междуречий. На границе леса и болота в этом случае отмечено увеличение увлажнения, наползание сфагнов на минеральную почву, уменьшение годичного прироста сосны, затем появление и увеличение процента сухостоя ее и кедра. Геоботанические исследования на границе леса и болота обнаруживают разные стадии этого процесса.
На террасах крупных рек многие олиготрофные болота, расположенные среди лесов, вызывают сильное подтопление окраин, что способствует заболачиванию окружающих болота лесов. На этих окраинах сначала наблюдается смена древесных пород (например, пихтово-еловые леса сменяются влажными березняками с соответствующими изменениями в травянистом и моховом ярусах), а затем лесное разнотравье вытесняется болотными видами. Наступление болота на лес в этом случае — пульсирующий процесс. Локальные спорово-пыльцевые диаграммы окраин болот и минеральных почв, прилегающих к болотам заболачивающихся лесов, показывают неоднозначную направленность процесса наступления болот на леса. Характер локальных чередующихся спорово-пыльцевых спектров свидетельствует о неоднократной смене влажных березовых лесов лесами, состоящими из пихты, ели, кедра и лесного разнотравья.
Наблюдаются случаи заболачивания депрессий среди лесов, эти процессы протекают особенно интенсивно во влажные годы.
В районах современного тектонического опускания, например в бассейне р. Конды, в настоящее время наблюдается процесс быстрого заболачивания еще недавно занятых лесами пойм и речных террас. Заболачиванию лесов способствует и антропогеновый фактор. Массовые рубки леса и лесные пожары в условиях повышенного почвенного увлажнения ведут к тому, что большие площади лесосек и гарей заболачиваются, особенно если они расположены поблизости от крупных болот.
Влияние болот на обширную, прилегающую к ним лесную территорию выражается в поднятии грунтовых вод, увеличении гидроморфности почв, явлениях заболачивания в пределах зоны влияния болот. Нами отмечено, что радиус влияния отдельных болот на окружающую территорию зависит от размеров болот (точнее, от его массы).
В таежной зоне Западной Сибири на низких террасах, в основном занятых хвойным лесом, есть значительное количество некрупных болот, размеры которых колеблются от десятков до сотен гектаров. Если поблизости нет крупных болотных массивов, оказывающих сильное воздействие на обширные прилегающие к ним пространства, то взаимодействие таких некрупных болот и леса представляет собой динамическое равновесие. В таком случае граница леса и болота обнаруживает следы пульсации в зависимости от изменения влажности, ритмических колебаний климата, выражающихся в переслаивании древесных и моховых торфов, следами перерывов в торфообразовании на окраинах болот, в локальных спорово-пыльцевых диаграммах минеральной почвы. Такие небольшие болота могут самоосушаться, что происходит в местах современных тектонических поднятий, а также в результате увеличения дренажа при подмыве рекой берегов с торфяными болотами.
Большинство водораздельных болот центральной части Западной Сибири наступает на окружающие леса по всему фронту. Согласно выводам М. И. Нейштадта (1972), саморазвитие болота есть чрезвычайно сложный процесс, связанный в значительной мере с характером рельефа местности. Очертания отдельных «языков» болот показывают, что болота как бы «выбирают» наиболее подходящие участки для продвижения или, наоборот, временно останавливаются в горизонтальном распространении, обходя более высокие площади, оставляя их внутри себя с тем, чтобы подавить впоследствии.
Изучение возраста придонных слоев торфа и последовательных стадий заболачивания на участке Большого Васюганского болота площадью около 4,5 млн. га показало, что в среднем на этом участке ежегодно заболачивается 1800 га. Размер заболачиваемых площадей ежегодно возрастает вследствие изменения общей протяженности внешних границ болотных массивов.
Процесс наступления болот на лес неравномерен в пространстве и во времени. Даже на сильно заболоченных водораздельных равнинах местное улучшение дренажа вызывает приостановку развития болот вширь или облесение тех участков болот, на которых дренаж улучшился. Местное улучшение дренажа вызывается многими естественными причинами, например образованием внутриболотной речной сети, которая способствует самоосушению прилегающих к ней участков болот: дренированные торфяные берега болотных речек обычно заняты вейниковыми березняками или смешанными лесами с хорошо развитым древостоем из кедра, ели, сосны и с подлеском из Salix lapponum, S. krylowii, Sorbus sibirica. Дренированные торфяные берега многочисленных внутриболотных озер нередко также имеют хорошо развитый древостой. В зависимости от типа торфяной залежи (низинный, переходный или верховой) эти приозерные лесные фитоценозы представлены березняками или сосняками. Сосняки обычно образованы Pinus sylvestris f. uliginosa, все они очень сходны между собой, нижние их ярусы формируются преимущественно болотными видами. Березняки же значительно отличаются один от другого по составу травяного яруса (вейникового, осокового и разнотравного), который представляет собой смесь лесных и болотных видов: в отрицательных формах микрорельефа — преимущественно болотное разнотравье, на микроповышениях и близ стволов — лесные виды, например Pirola rotundifolia, Goodyera repens, моховой ярус — из Pleurozium schreberi, Dicranum undulatum.
В районах современного тектонического поднятия, например на Кеть-Тымском-водоразделе, встречаются обширные естественно осушенные участки среди сплошь заболоченных водораздельных пространств. Эти самоосушенные участки болот с 4—5-метровой залежью торфа своим происхождением обязаны современным тектоническим движениям, они заняты кедрово-сосново-березовым лесом с подлеском из рябины, в травянистом ярусе наряду с лесными видами сохраняется и примесь болотных, несмотря на отсутствие переувлажнения на поверхности. В то же время обычны случаи вновь начавшегося заболачивания таких прежде самоосушенных облесенных торфяников, что выражается в повышении увлажнения верхнего торфяного слоя, возникновении сухостоя в древесном ярусе, наползании сфагновых мхов с периферии к центру.
Возникновение островов леса на самоосушенных торфяниках, случаи вновь начавшегося заболачивания некоторых из них, присутствие в толще торфа прослоек с высокой степенью разложения и с древесными остатками свидетельствуют о периодическом возникновении таких островов и последующем их погребении торфом в результате нового заболачивания.
Таким образом, изложенные факты свидетельствуют о постоянном и интенсивном влиянии болот на окружающую среду. Болота формируют климат как в пределах самих болот, так и на прилегающих к ним суходольных территориях, влияют на гидрологический режим рек и прилегающих суходольных территорий. Взаимодействие болот и окружающей среды определяется массой отдельных болотных массивов, и общей массой всех болотных систем Западной Сибири.
Болота, возникшие в начале голоцена в комплексе внешних физико-географических факторов, по достижении определенного размера сами стали фактором, в значительной степени формирующим физико-географическую среду как в пределах болот, так и на обширных прилегающих территориях. Фактор массы влияет и на агрессивность процессов заболачивания во многих районах таежной зоны Западной Сибири.
Особенности взаимодействия болот и окружающей среды имеют как положительные, таки отрицательные стороны в хозяйственной деятельности человека. Специфику этого взаимодействия необходимо учитывать как при разработке прогнозов естественного изменения природной среды, так и в результате антропогенного воздействия.
На современном этапе актуальная проблема в изучении биогеоценозов заключается в изучении не только их структуры и внутренних связей, но и взаимодействия их с окружающей средой.