На примере Центра Европейской части СССР
Автор: К. Ф. Хмелев
К актуальным проблемам современного болотоведения относится изучение закономерностей развития болот. Во-первых, это обусловлено накоплением большого фактического материала, касающегося генезиса и динамики болот. Кроме того, каждый болотный биогеоценоз (экосистема) воздействует на другие и, в свою очередь, испытывает воздействие других биогеоценозов. В то же время все возможные изменения, совершающиеся в любом отдельном болотном массиве (в группе взаимосвязанных биогеоценозов), отражаются изменениями в окружающей среде, и, в свою очередь, изменение природных (внешних) условий влияет на развитие болот. Наконец, целый ряд классификаций (обобщений), по новым материалам, методологически обоснован недостаточно. В. И. Ленин подчеркивал, что при изучении любого явления необходимо «не забывать основной исторической связи, смотреть на каждый вопрос с точки зрения того, как известное явление в истории возникло, какие главные этапы в своем развитии это явление проходило, и с точки зрения этого его развития смотреть, чем данная вещь стала теперь». Изучая болотные биогеоценозы как сложные природные образования, необходимо их рассматривать как результат взаимодействия. На важность принципа взаимодействия указывал Ф. Энгельс: «…взаимодействие является истиной causia finalis вещей».
Взаимосвязь явлений и предметов на земной поверхности показана в трудах В. В. Докучаева (1899), Р. И. Аболина (1914). Позднее они существенно развились в работах В. Н. Сукачева (1944, 1945, 1947, 1967), Н. И. Пьявченко (1960, 1972, 1974), Основы лесной… (1964) и др. Так, например, Сукачев писал, что «формы проявлений этих взаимодействий… зависят как от природы взаимодействующих явлений, от их сочетаний и взаимного по отношению друг к другу расположения, так и от общих условий их существования. При этом само взаимодействие явлений меняет их природу» (Сукачев, 1967, с. 560).
Болота находятся в постоянном развитии, движущей силой которого является взаимодействие гидрогеологических условий, отрицательных форм рельефа, биоклиматических условий, торфа, микроорганизмов, растительного и животного мира. Так, взаимодействие этих факторов (компонентов природы) образует экосистему болот — «естественную единицу, представляющую совокупность живых и неживых элементов… где имеет место круговорот между живыми и неживыми частями» (Вилли, 1968, с. 115). Взаимодействие компонентов природы болот выражает сущность экосистемы, и оно не может возникнуть из простого сложения свойств элементов экосистемы. Отсюда возникает вопрос, что именно предшествует болотообразовательному процессу, благодаря которому образуется болотная экосистема. По-видимому, взаимодействию компонентов природы должны предшествовать морфотектогенез, аккумуляция и денудация. Взаимоотношения компонентов природы на этом уровне ограничены спецификой данных компонентов, и они не охвачены единым процессом из-за отсутствия единой общей структуры.
Между компонентами природы происходят столкновения, приноравливания, притирания одного к другому, т. е. устанавливаются непрочные взаимосвязи, процессы и их распад. Столкновения здесь нецеленаправленного, хаотичного характера, потому что цепь отношений, которую они образуют, легко распадается. Поэтому на данном этапе наблюдаются квазиотношения компонентов природы. Например, выклинивание вод различных гидрогеологических горизонтов (в результате эпейрогенеза) в балках не всегда приводит к образованию болот. И только с вовлечением в круговорот процессов аккумуляции и денудации подбирается комплекс элементов (факторов), образующих цепь отношений. Особенности микрорельефа и выносы делювия из боковых отвершков затрудняют сток воды из балок, что способствует переувлажнению почвы и появлению гидрофильной растительности. А. А. Немчинов (1957) считал, что причина развития болотного процесса почвообразования заключается не только в избыточном увлажнении, но и в недостатке зольных веществ. В. Н. Ефимов (1973), возражая, отмечал, что основная причина образования почв болотного ряда заключается в избыточном увлажнении водами, обедненными кислородом, а недостаток зольных элементов может только усугубить интенсивность процесса заболачивания. До появления почв болотного ряда (глеевого горизонта и др.) и гидрофильной растительности квазисистема приобретает уже направленный характер, хотя недостает еще одного-двух звеньев (компонентов). Все взаимодействия компонентов природы направлены к созданию недостающих звеньев, например к образованию глеевого горизонта (особенно в аридных зонах) и гидрофильной растительности, которая позднее может привести к торфообразованию (в умеренных широтах).
Цепь отношений, которая ещё не замкнута и не образует единого целого, но в то же время не может распасться, порождает факторы и процессы структурного порядка. Отсутствие процесса торфонакопления становится фактором, корректирующим все процессы в данном природном комплексе. Этот момент экстремального положения можно назвать генетическим брожением квазисистемы.
С началом торфообразования процесс трансформации компонентов природы болот приобретает новую общую структуру, т. е. образуется саморегулируемая система. Иначе говоря, квазисистема преобразуется в экосистему болот. Из элементов экосистемы болот материнская горная порода и вода (атмосферная и грунтовая) — первичные материалы данной экосистемы, а растительный и животный мир, а также микроорганизмы в основном служат трансформаторами и аппаратами обмена веществом и энергией. Торф, торфяная залежь и сапропель представляют собой результат сложного биогеоценотического взаимодействия и выражают сумму деятельности этих процессов. Торфообразование, в свою очередь, вызывает перераспределение компонентов гидрологического режима болота. Неразрывная реальная связь компонентов природы болот возможна лишь на базисе взаимодействия, которое является законом преобразования и динамики компонентов природы болот. Совокупность факторов природы, взаимодействие между которыми образует (порождает) генетическое брожение квазисистемы, представляет собой геобиогенное поле, в границах которого осуществляется генезис болота. Формирующаяся структура взаимосвязи всегда окружена своеобразным полем, благодаря которому структура взаимосвязи развивается. В геобиогенном поле протекает одновременно с преобладанием по отдельным периодам прогресс и регресс, которые определяют особенности хода развития компонентов природы болот. Процессы, протекающие в каждом компоненте природы болот, обусловливают их динамическую целостность.
Основные черты геобиогенного поля болот обусловливаются как активным, так и пассивным проявлением конкретных взаимодействий компонентов природы. Например, тектонические движения и их структуры подчеркивают конкретность и динамику геобиогенного поля и влияют на механизм болотообразовательного процесса. Экзогенные процессы, действуя одновременно с эндогенными, накладываются один на другой и тем самым значительно усложняют сукцессии болотных биогеоценозов. Чтобы разобраться в них и управлять сменами биогеоценозов болот в интересах человечества, необходимо вычленять, влияние различных процессов и выяснять в отдельности их взаимодействие и относительную их роль.
Как уже отмечалось, изменения, совершающиеся в любом отдельном болотном массиве, отражаются изменениями в окружающей среде и, в свою очередь, изменение природных условий влияет на ход развития и существование болот. Таким образом, болотные биогеоценозы связаны с окружающей средой множеством переходов, отношений, воздействий взаимного характера. Характером взаимодействия определяются особенности формы движения материи. «Вся доступная нам природа образует некую систему, некую совокупность связь тел… В том обстоятельстве, что эти тела находятся во взаимной связи, уже заключено то, что они воздействуют друг на друга, и это их взаимное воздействие друг на друга и есть именно движение».
Между болотными биогеоценозами и окружающей средой осуществляются разнообразные взаимодействия: механические, физические, химические и биологические. И в последний, исторический период мощным экзогенным фактором является антропогенный, масштабы которого прогрессивно возрастают.
В пределах Центральных районов РСФСР (Воронежская, Тамбовская, Липецкая, Белгородская, Курская, Орловская, Брянская, Калужская, Тульская и Рязанская области) зарегистрировано около 10 тыс. торфяных болот, общая площадь которых превышает 400 тыс. га. Небольшая заболоченность и заторфованность (0,3—0,7% территории в южных и юго-восточных и 2,4—4,8% в северных и северо-западных районах; в среднем составляет 2,8%) территории вызывают необходимость подходить к каждому отдельно взятому району строго дифференцированно, так как регион относится к зоне неустойчивого увлажнения.
Опыт мелиоративного строительства в Белорусской ССР, Украинской ССР показал, что при определенных гидрогеологических условиях, в результате интенсивного осушения болотных массивов, понижаются уровни грунтовых вод на прилегающих территориях.
Так, мелиорация поймы р. Ирпень вызвала снижение уровня грунтовых вод на прилегающих территориях в радиусе 25—30 км. Работы наших исследователей позволяют отметить аналогичные явления. В результате осушения болотных массивов р. Западный Буг уже в настоящее время имеется свыше 100 тыс. га земель, подверженных усиленному воздействию эрозии.
В лесостепной и степной зонах Европейской части СССР наблюдается изменение водного режима малых рек. Некоторые из них пересохли, другие— быстро мелеют; местами истоки рек смещаются вниз по течению. У крупных рек отмечено (Цыкало, 1968) понижение минимальных летних среднемесячных расходов в среднем на 15—20% (реки Дон, Хопер, Сосна и др). Темпы иссушения неуклонно возрастают и в связи с освоением и разработкой крупных месторождений полезных ископаемых (Курская магнитная аномалия, Павловский гранитный карьер и др.).
Образующиеся при этом воронки-депрессии имеют радиусы в десятки километров. Они значительно изменили гидрологический режим рек, озер и болот Белгородской и Курской областей.
В лесостепной и степной зонах РСФСР местами уже начинает остро ощущаться дефицит подземных и поверхностных вод, особенно летом (только для водоснабжения населения используется 30—35% среднегодовой величины естественных возобновляющихся ресурсов). Нарушение естественного режима, связанное с осушением болотных массивов и-интенсивней распашкой земель, может привести к быстрому росту оврагов и смыву гумуса почв и тем самым ухудшить влагообеспеченность культурных полей и обусловить падение их урожайности.
Для поддержания экологического баланса и оптимизации природной среды необходимо сохранение части (узловых) торфяных массивов в естественном состоянии. До настоящего времени для этой цели отбираются торфяные болота, эталоны для той или иной зоны или уникальные природные объекты. Такие болотные биогеоценозы на исследуемой территории весьма немногочисленны (15 болот), и существенной экологической роли в природном комплексе они не играют.
Для каждого географического региона существует определенный экологический предел мелиоративных мероприятий, который обеспечивает сохранение сбалансированного экологического равновесия в природе. При решении задач гидромелиоративного строительства необходимо учитывать географическое размещение болотных массивов и их роль в гидрологическом балансе местности, выявлять и сохранять узловые болотные массивы, зона воздействия которых на прилегающие суходолы наиболее велика.
Интенсификация сельского хозяйства требует, в частности, освоения новых земель, в том числе и торфяных болот. Поэтому в настоящее время и в дальнейшем будут осушаться значительные площади болот; следовательно, возникнет необходимость установления зоны влияния болотных массивов на гидрологический режим прилегающих территорий, выявления закономерных взаимосвязей водного режима почв и продуктивности естественных и искусственных фитоценозов (агроценозов), нахождения оптимальных параметров для повышения биологической продуктивности и урожайности зерновых культур; необходимы критерии для обоснования и выделения торфяных болот в качестве природоохранных объектов.
В результате осушения болот и изменения водного режима прилегающих территорий меняется и их микроклимат, нарушается естественная структура природного комплекса, изменяются развитие и формирование растительных группировок; на осушенных территориях исчезают и не возрождаются флористические комплексы, отдельные группировки и редкие виды растений. Этот процесс взаимодействия зависит от характера осушения: интенсивного или экстенсивного. Для выяснения влияния интенсивного осушения мы исследовали видовой состав лугово-болотных фитоценозов 20 болот Курской и Липецкой областей. До начала интенсивного осушения основными доминантами на исследованных евтрофных болотах были злаки, осоки и некоторые представители гидрофильного разнотравья. Эти виды образовывали в основном осоковые, тростниковые, тростниково-осоковые, вейниковые, молинивые и манниковые фитоценозы с различным участием зеленых мхов.
Под воздействием осушения в течение 4—6 лет гидрофильные виды были вытеснены гигрофильными и мезофильными, остальные снизили биологическую продуктивность с 58,6— 45,3 ц/га до 26,9—22,7 ц/га. Отмечено внедрение рудеральных группировок.
На облесенных евтрофных болотах с господством березы пушистой, черной ольхи и осины при интенсивном осушении в; течении 5—10 лет изменяется структура лесов, флористический состав травяного и мохового ярусов, появляются заросли ив и ксерофильные группировки. На песчаных почвах мезофильные ценозы впоследствии полностью вытесняются изреженными ксерофильными группировками, а нередко пески развеваются.
При снижении уровня грунтовых вод на 80—100 см на мезотрофных и олиготрофных болотах в первые 5—10 лет исчезают сфагновые мхи и кустарнички; они замещаются зелеными мхами и быстро зарастают сосновыми группировками, а в травяном ярусе начинают господствовать мезофильные виды. При осушении в течение 20 лет фитоценозы с доминированием гидрофильных и гигрофильных осок сменились разнотравно-злаковыми, злаково-разнотравными, злаковыми и рудеральными группировками; отдельные участки осушенного болотного массива Жудре Орловской области ныне представляют собой песчаную пустошь.
Биологическая продуктивность естественных и искусственных ценозов зависит от комплекса экологических факторов. Изменение водного и взаимосвязанного с ним воздушного режимов существенно отражается на продуктивности фитоценозов не только на осушенных болотных массивах, но и на прилегающих территориях.
Изучение надземной биологической продуктивности луговоболотных фитоценозов проводилось на пойменных, террасных, водораздельных болотах и прилегающих территориях до начала (1968—1970 гг.) и в период интенсивной осушительной мелиорации (1972—1975 гг.). На каждой аровой площадке закладывалось несколько укосных площадок (4X1 м2), на которых травостой срезался над уровнем поверхности почвы или мохового покрова, разбирался на агроботанические группы, а затем образцы высушивались до воздушно-сухого состояния и взвешивались. Там же описывались аровые площадки и изучались почвенно-гидрологические условия (описание почвенного или торфяного разреза, замер уровня почвенно-грунтовых вод и др.). Такие же операции проводились и на прилегающих суходолах.
Наибольшую продуктивность от 85,6 до 115,6 ц/га при уровне грунтовых вод на глубине 10—15 см имели тростниковый, тростниково-осоковый и осоковый фитоценозы. После интенсивного осушения в 1972 г. продуктивность их сократилась на 20— 25 ц/га. Уже в 1974 г. при уровне почвенно-грунтовых вод 100 см доминанты полностью выпали; основную роль стали играть мезофильные пырейные, ситниковые, полевицевые и рудеральные группировки. При более низком уровне грунтовых вод (150 см) доминирующее положение заняли ксерофильные рудеральные группировки с чередованием открытых песчаных пространств. Надземная биологическая продуктивность луговостепных фитоценозов на смежных территориях также сократилась на 5—10 ц/га. Падение продуктивности лугово-степных ценозов четко фиксируется на расстоянии 100—200 м от осушенного болотного массива. На песчаных почвах прилегающих территорий вместо кострового фитоценоза стали преобладать изреженные, а иногда отдельные фрагменты типчака и рудеральных группировок. На некоторых участках с торфяно-глеевыми почвами наблюдается массовое развитие апофитов и антрапохоров. Впоследствии они замещаются широко распространенными видами-космополитами: осотом розовым и полевым, лапчаткой ползучей и др.
Лугово-болотные фитоценозы, экологический состав которых сложился под влиянием экстенсивного осушения, в первые годы почти не снижают продуктивности, но позднее она резко падает.
В целом фактор осушительной мелиорации способствует сокращению ареалов многих видов дикорастущей флоры лесостепи и степи, экология произрастания которых связана с болотными массивами и заболоченными лугами. Вместе с тем она создает плацдарм для проникновения на освоенные территории новых адвентивных видов.
Во избежание негативных последствий необходимо уже теперь заботиться о сохранении уцелевших болотных массивов. Для поддержания сбалансированного экологического равновесия экосистемы необходимо сохранить все имеющиеся в наличии болота лесостепной и степной зон Европейской части РСФСР. Что же касается южных областей Нечерноземья (Брянская, Калужская, Тульская и Рязанская области), то в охраняемый фонд должны включаться болотные массивы по следующим категориям.
1. Все олиготрофные болота, расположенные на водоразделе.
2. Евтрофные и мезотрофные болота, если их ложа сложены песками и супесями (террасные и др.).
3. Евтрофные — пойменного залегания, защищающие реки от заиления и имеющие противоэрозионное, водоохранное значение.
В южных областях Нечерноземной полосы должно быть зарезервировано не менее 40—50% площади оставшихся болот. Не надо забывать, что в районах промышленного центра болотные биогеоценозы выполняют активную санитарную роль: во-первых, они аккумулируют атмосферную пыль (явление термофореза); во-вторых, растительный покров болот умеренных широт выделяет 1,6∙108 т/год кислорода.
Заслуживает внимания вопрос о рациональном использовании мелких водораздельных болот — западин на территории Окско-Донской равнины, расположенных в окружении культурных полей. Нередко от этих мелких болот-западин пытаются избавиться путем раскорчевки, понижения уровня грунтовых вод и др. Между тем мелкие болота-западины положительно воздействуют на урожайность окружающих полей, так как повышают влагообеспеченность полей, поддерживают на определенном уровне грунтовые воды.
В настоящее время в Центральных районах РСФСР разработано свыше 3000 торфяных болот, общая площадь которых исчисляется несколькими десятками тысяч гектаров. Необходимо использовать выработанные площади под сельскохозяйственные или лесные культуры.