<<
>>

ДЕСТРУКЦИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ВЕЩЕСТВАВ ТОРФЯНОЙ ЗАЛЕЖИ КИРСАНОВСКОГО БОЛОТА Е. А. Головацкая, Л. Г. Абзалимова, Е. В. Порохина

  *Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск, golovatskaya@imces.ru,
**Томский государственный педагогический университет, Томск, botanik@tspu.ru
Приведены экспериментальные данные по разложению растений-торфообразователей в торфяной почве олиготрофного болота.
Дана количественная оценка скорости разложения основных видов- торфообразователей, выноса углерода при разложении. Выявлено, что в течение первого года разложения происходит накопление азота в растительных остатках.
Изучение процессов трансформации органического вещества приобретает большое значение в связи с изменением климата и возрастанием уровня антропогенного воздействия на природные экосистемы. Знание количественных характеристик круговорота элементов в болотных экосистемах необходимо для изучения механизмов их устойчивости и продуктивности и обоснования прогноза эволюции болотных экосистем в связи с изменением экологической обстановки. В болотных экосистемах происходит постоянный обмен минеральными элементами между растениями и торфяной почвой. Темпы разложения растительных остатков и высвобождения из них элементов питания зависят от индивидуальных особенностей химического состава растений и условий, в которых эти процессы протекают. Болотные экосистемы характеризуются более низкими, по сравнению с продуктивностью, скоростями трансформации органического вещества растений, за счет чего и происходит постоянное накопление органического вещества в виде торфа. Целью работы является изучение скорости разложения растительных остатков растений- торфообразователей в олиготрофной торфяной почве болотных экосистем южнотаежной подзоны Западной Сибири.
Объекты и методы исследований
Для определения скорости разложения растений-торфообразователей применялся метод закладки растительности в торф [1]. Для этого в августе-сентябре 2008 г. на болоте были собраны свежие растения, характерные для сосново-кустарничково-сфагнового фитоценоза и осоково-сфагновой топи Кирсановского болота (всего 11 видов, табл. 2). У кустарничков для эксперимента брали листья. Растительный материал был высушен в лабораторных условиях и развешен в нейлоновые мешочки (масса навески 3-6 г). Подготовленные мешочки с растительным материалом закладывали в торфяную залежь на глубину 10 см от поверхности в конце вегетационного периода (сентябрь 2008 г.). Повторность опыта - 3-х кратная. Образцы были извлечены в сентябре 2009 г. В исходных образцах и после эксперимента разложения определяли убыль массы растительного вещества весовым методом, а также изменение зольности, содержания углерода и азота по общепринятым методикам. Статистическая обработка данных проводилась при помощи программы Excel.
Образцы были заложены в торфяной залежи сосново-кустарничково-сфагновом фитоценозе (ряме) и осоково-сфагновом фитоценозе Кирсановского болота расположенного в Томском районе Томской области (табл. 1).
Погодные условия периода исследований
Среднесуточная температура воздуха зимой 2008-2009 г. опускалась до -35,1 оС в Томске (12.02.2009). Максимальная высота снежного покрова (81 см), по данным метеостанции Томск, наблюдалась 19.02.2009. Полное разрушение снежного покрова завершилось 13.04.2009.
Продолжительность снежного периода зимой 2008-2009 гг. составила 153 дня. В Томске летнее количество осадков составило 226 мм. Продолжительность бесснежного периода - 175 дней. Сумма активных температур (выше 10 °С) и гидротермический коэффициент (ГТК) характеризуют тепло- и влагообеспеченность вегетационного периода территории. В Томском районе сумма активных температур составила 1757 °С, а ГТК равен 1,5 (умеренно прохладный и влажный вегетационный период).
Таблица 1
Характеристика растительного покрова исследуемых олиготрофных фитоценозов Кирсановского болота

Рям - сосново-кустарничково-сфатовый фитоценоз

Pinus silvestris L.
(90 %)

Ledum palustre L. Chamaedaphne calyculata (L.) Moench
Vaccinium vitis-idea L. Vaccinium oxycoccus L.
(90 %)

Eriophorum vaginatum L. Rubus chamaemorus L.
(15 %)

Sphagnum fuscum (Schmp.) Klinggr.
Sph. angustifolium (Russ. Ex Russ.) C. Jens Sph. magellanicum Brid.
(96 %)

Осоково-сфагновая топь

-

Andromeda polifolia L.
(30 %)

Eriophorum vaginatum L. Carex rostrata Stokes. Carex limosa L. Scheuchzeria palustris L. Menyanthes trifoliate L. (50 %)

Sph. angustifolium (Russ. Ex Russ.) C. Jens Sph. magellanicum Brid.
(30 %)

Результаты и обсуждение
Исследуемые растения можно разделить на 3 группы по видовому составу и химическому составу. Сфагновые мхи характеризуются самым низким содержанием углерода и азота, и самым высоким отношением C/N, а также являются самыми низкозольными среди изучаемых растений (табл.1). У кустарничков отмечается самое высокое содержание углерода (С - 49,69 %), среднее содержание азота (N - 1,24 %) и отношение С/N (40,35) и средняя зольность (А - 2,48 %). Для трав характерна максимальная зольность, высокое
содержание азота, среднее содержание углерода и минимальное отношение С/N (табл. 2).
Таблица 2
Химический состав исходных образцов растительного вещества

Вид растения

Содержание С, %

Содержание N, %

С/N

Зольность, %

Andromeda polifolia L.

49,47

1,15

43,0

2,62

Ledum palustre L.

50,33

1,27

39,6

2,61

Chamaedaphne calyculata (L.) Moench.

50,33

1,38

36,5

2,53

Vaccinium vitis-idea L.

49,06

1,04

47,2

2,40

Sphagnum angustifolium (Russ. Ex Russ.)

38,91

0,81

48,0

2,18

Sph. Magellanicum (Brid.)

40,60

0,58

70,0

2,95

Sphagnum fuscum (Schmp.) Klinggr.

39,33

0,46

85,5

1,09

Rubus chamaemorus L.

41,87

1,38

30,3

4,01

Menyanthes trifoliate L.

43,14

2,30

19,0

6,51

Carex rostrata Stokes.

41,87

1,15

36,4

3,63

Scheuchzeria palustris L.

43,98

1,15

38,2

4,32

Eriophorum vaginatum L.

45,25

1,04

43,5

2,29

В ходе эксперимента установлено, что в целом потери массы растительного вещества за год составили от 4 % (Sph.fuscum) до 71 % (Menyanthes trifoliata). Среди сфагновых мхов наиболее быстро разлагается Sphagnum angustifolium (48 %), что соответствует литературным данным [2]. Потери массы листьев кустарничков составили 27-32 % (рис. 1). При этом наиболее медленно разлагаются листья Chamaedaphne calyculata. Потеря массы трав за год составила 24-71 % (рис. 1). Среди трав низкая скорость разложения отмечается для Eriophorum vaginatum. Таким образом, исследуемые растения-торфообразователи по скорости разложения можно расположить следующим образом: в торфяной залежи осоково-сфагновой топи Menyanthes trifoliata gt; Scheuchzeria palustris gt; Carex rostrata gt; Andromeda polifolia gt; Eriophorum vaginatum; в торфяной залежи ряма Sphagnum angustifolium gt; Rubus chamaemorus gt; Sphagnum magellanicum gt; Vaccinium vitis-idea gt; Ledum palustre gt; Chamaedaphne calyculata gt; Sphagnum fuscum.

Рис. 1. Потери массы при разложении растений-торфообразователей (в % от исходного веса)


В процессе разложения растительных остатков происходит вынос углерода, азота и зольных элементов. За год эксперимента минимальные потери углерода наблюдаются у Sphagnum fuscum (рис. 2), а максимальные потери углерода получены для Menyanthes trifoliata (71 %). Вынос углерода из растительных остатков кустарничков составляет от 27 % (Chamaedaphne calyculata) до 35 % (Vaccinium vitis-idea).

Рис. 2. Изменение содержания азота и углерода в растительных остатках при разложении
(по отношению к исходному количеству)


В процессе разложения растительных остатков может происходить как минерализация азота, так и иммобилизация (накопление) азота в растительных остатках. Наши исследования показывают, что в некоторых растительных остатках (Andromeda polifolia, Ledum palustre, Vaccinium vitis-idea, Rubus chamaemorus, Sphagnum fuscum) отмечается повышение содержания азота, при этом максимальное его накопление наблюдается у Sphagnum fuscum (рис. 2).
Ход процесса минерализации определяется соотношением C/N. Изменение соотношения C/N в растительных остатках после разложения свидетельствует о неравнозначных потерях углерода и азота. При увеличении отношения C/N относительные потери азота выше, чем потери углерода. Во всех растительных остатках соотношение C/N уменьшилось, что говорит о более медленном или равнозначном выносе азота по сравнению с выносом углерода. Меньше всего изменилось отношение C/N в травянистых растениях, за исключением Menyanthes trifoliata, максимальные изменения произошли в остатках Menyanthes trifoliata и Sph. magellanicum (по сравнению с исходным отношение C/N снизилось в два раза).
В большинстве случаев в течение года при разложении происходит снижение зольности исследуемых растительных остатков (рис. 2). Исключение составляет Sphagnum fuscum, при разложении которого наблюдается резкое увеличение зольности. Наименьший вынос зольных элементов получен для Eriophorum vaginatum (6 %), а наибольшие потери зольных элементов наблюдаются у Menyanthes trifoliata и Scheuchzeria palustris.
В целом результаты исследований соответствуют полученным ранее данным по скорости деструкции органического вещества растений в торфяных залежах южно-таежной подзоны Западной Сибири [2]. Однако выявлено некоторое несоответствие с литературными данными по динамике выноса азота в процессе разложения. Так в [2] приводятся сведения о том, что во всех исследуемых растительных остатках наблюдается вынос азота, тогда как согласно нашим исследованиям, в некоторых образцах растительного вещества (Andromeda polifolia, Ledum palustre, Vaccinium vitis-idea, Rubus chamaemorus, Sphagnum fuscum) происходит накопление азота в течение первого года разложения.
Сведения о процессах иммобилизации азота при разложении растительных остатков встречаются в литературе [3], но причины этого явления до конца еще не выяснены. Так, некоторые исследователи полагают, что на первых стадиях разложения может наблюдаться повышение концентрации азота в субстрате за счет деструкции безазотистых соединений, азотфиксации и потребления азота гифами грибов из почвы [3].
Заключение
Скорость разложения растительных остатков зависит от вида растений и гидротермических условий, в которых протекают процессы разложения. В деятельном слое торфяной залежи исследуемого болота наиболее устойчивым к разложению оказался Sphagnum fuscum, а наименее устойчивы листья Menyanthes trifoliata. Потери массы листьев кустарничков составили 27-32 %, а наиболее интенсивно разлагаются листья Chamaedaphne calyculata. Таким образом, основным торфообразователем на олиготрофных болотах является Sphagnum fuscum, о чем также свидетельствует ботанический состав торфяной залежи.
Вынос углерода при разложении растений-торфообразователей в среднем равен 26 %, при этом максимальные потери углерода получены для Menyanthes trifoliata (71 %), минимальные - для Sphagnum fuscum (2 %). В процессе разложения растительных остатков наблюдается иммобилизация азота в некоторых видах исследуемых растений (Ledum palustre, Vaccinium vitis-idea, Rubus chamaemorus и Sphagnum fuscum). Максимальное накопление азота характерно для Sphagnum fuscum (более чем в два раза).

161
Литература Козловская Л. С., Медведева В. М., Пьявченко Н. И. Динамика органического вещества в процессе торфообразования. - Ленинград: Наука, 1978. - 176 с. Паршина Е. К. Деструкция растительного вещества в болотных экосистемах таежной и лесотундровой зон Западной Сибири: Автореф. дис.... канд. биол. наук. - Томск, 2003.- 23 с. Базилевич Н. И., Титлянова А. А. Биотический круговорот на пяти континентах: азот и зольные элементы в природных наземных экосистемах / Отв. ред. А. А. Тишков. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. - 381 с.
DECOMPOSITION OF PLANT BIOMASS
IN THE PEAT SOIL IN “KIRSANOVSKOE” BOG
E.A. Golovatskaya, L.G. Abzalimova, E.V. Porochina
The results of investigations of decomposition of plant matter in the peat soil of oligotrophic bogs are presented. Decay rates were calculated from mass looses for different vegetation species. The estimation of carrying out of carbon, nitrogen, ash constituents during decomposition is made. Showed, that in the first year of decomposition plant matter there is an accumulation of nitrogen in the plant residues.

УДК 574.4
<< | >>
Источник: Л. И. Инишева. Болота и биосфера : материалы VII Всероссийской с международным участием научной школы. 2010

Еще по теме ДЕСТРУКЦИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ВЕЩЕСТВАВ ТОРФЯНОЙ ЗАЛЕЖИ КИРСАНОВСКОГО БОЛОТА Е. А. Головацкая, Л. Г. Абзалимова, Е. В. Порохина:

  1. ЗАПАСЫ И ПРОДУКЦИЯ ДРЕВЕСНОГО ЯРУСАКИРСАНОВСКОГО БОЛОТА Е. А. Головацкая, М. В. Волознева, Е. В. Порохина
  2. ИНВЕРТАЗНАЯ АКТИВНОСТЬ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ БОЛОТА «ТАГАН» Е. Ю. Старикова, Е. В. Порохина, О. А. Голубина
  3. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ТОРФЯНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ЭВТРОФНОГО БОЛОТА В.              Ю. Виноградов, Н. Г. Инишев
  4. Растительный покров болот как индикатор генезиса, строения и глубины торфяных отложений
  5. ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ТОРФЯНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ
  6. ЗАПАСЫ УГЛЕРОДА В ТОРФЯНЫХ ЗАЛЕЖАХ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
  7. Стратиграфия торфяных залежей
  8. СТРОЕНИЕ ТОРФЯНОЙ ЗАЛЕЖИ КЛЮЧЕВЫХ БОЛОТКЕНОЗЕРСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА (АРХАНГЕЛЬСКАЯ ОБЛАСТЬ) В. А. Смагин, О. В. Галанина, В. П. Денисенков
  9. ТОРФЯНЫЕ БОЛОТА - АККУМУЛЯТОРЫ И ИСТОЧНИКИ ПАЛЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ Н. К. Панова, Т. Г. Антипина
  10. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА ПОСЛЕСИЛЬНОГО ТОРФЯНОГО ПОЖАРА