Введение к работе
Актуальность проблемы, В (постановлениях партии и правительства 'подчеркнуто, что «основной задачей советской науки является дальнейшее расширение н углубление исследований закономерностей шрироды». Составной частью этой задачи является комплексное изучение болотных экосистем, их закономерностей и особенностей хода развития (динамики) во времени ив простраистве.
Находясь за пределами сплошного размещения олиготроф-ных болот, Центральное Черноземье (Воронежская, Липецкая, Тамбовская, Курская, Белгородская, а также Орловская области) характеризуется сравнительно невысокой заторфо-ванностью территории (0,1—0,3% территории в южных и юго-восточных районах, 0,8—1,1% в северных и северо-западных), однако здесь выявлено свыше 4 тыс. болот общей площадью 120624 га. Несмотря на слабую заторфованность и сравнительно небольшие размеры большинства болот, значение их для Центрального Черноземья (ЦЧ) очень велико, т. к. они являются важным источником местного энергетического сырья и выполняют водоохранные, лесозащитные и проти воз розионные функции.
Сведения о растительном покрове, стратиграфии торфяных залежей, возникновении, развитии и использовании ряда бо лот региона содержатся в работах А. Ф. Фомина (1898) В.П.Семенова '(Ш2). В. Н.Сукачева (1903,1906, 1951) Л. Г. Рамекского (1915), В. С. Дохтуровского (1921) В. П. Матюшенко (1926, 1936), Е. М. Лавренко (1936, 1940) Н. И. Пьявченко (1931, 1941, 1949, 1953, 1958), С. Н. Тюремно ва (1949, 1976), Н. Я. Каца (1949, 1971), М. И. Нейштадта (1954, 1957) и др. Необходимо особо отметить монографию Н. И. Пьявченко (1958) о болотах ЦЧ и ряда соседних областей. Эта .книга сыграла большую роль в научной и учебной подготовке специалистов-болотоведов и послужила новым творческим импульсом для углубленного и разностороннего изучения болот этого региона. Однако приведенные в ней материалы не исчерпывают всего.разнообразия болот указан-
Пет*. П71Я|| Шітігкі
ній. щ, ящи тын, «ад. «в. і а. ішртп
ного региона, т. к. выявленный и учтенный тогда торфяной фонд составлял около 65% от известного в настоящее время.
За последние 20 лет в ЦЧ учтен почти весь торфяной фонд (выявлено только сфагновых 240 болот, не отмеченных справочниками Главторффонда), собраны различные материалы н сделаны принципиально новые обобщения. Актуальность выбранной темы, которая зарегистрирована в координационном .плане АН СССР под проблемой Кг 2.25.1, определяется тем, что современное состояние болотных экосистем требует всестороннего изучения, раскрытия закономерностей и тенденций их развития во времени и в пространстве столь необходимых как для решения теоретических, так и практических задач.
Цель и задачи исследования. Главной целью наших исследований являлось выяснение хода развития (динамики) взаимосвязей компонентов' природы от квазисистем до болотных экосистем как основы для оптимизации природной среды и рационального использования ресурсов. Помимо главной цели, мы стремились разрешить следующие конкретные задачи:
-
Выявить закономерности и тенденции развития болотных экосистем Центрального Черноземья.
-
Выяснить особенности эволюции болотных экосистем под влиянием антропогенных факторов.
-
Провести комплексное районирование болотных экосистем Центрального Черноземья с учетом особенностей динамики их развития. Для решения поставленных задач необходимо было изучить особенности болотообрззования и процессов, предшествовавших ему, на территории ЦЧ, роль неотектоники в этом процессе, особенности развития геоморфолого-гидрогеологичёских вариантов болот, основные закономерности формирования химического состава болотных вод, миграцию н аккумуляцию минеральных веществ в сопряженной системе атмосферные осадки — растения—торфяная залежь— болотные воды, виды торфа и торфяных залежей, их физико-химический состав и возраст, флору болот (ее происхождение на болотах.ЦЧ), основные фитоценозы, структуру и закономерности их распределения на разных типах болот/характер смен фитоценозов во времени и направлении болотообразо-вательного процесса.
В работе мы исходили из понимания болота как гомеоста-тической динамической системы взаимосвязей компонентов природы с преобладающими аккумуляционными процессами, где прошлые и настоящие группы биогеоценозов взаимосвязаны, возникновение и развитие которых обусловлено комплексом физико-географических взаимодействий.
Объекты и методика исследования. Сведения о болотах ЦЧ
были получены автором'При детальных маршрутных и отчасти
полустзцнонэрных исследованиях в 1964 — 1979 гг. Объекты
2 .. --— .-— "й*
для всестороннего исследования намечались по комплексу гео-морфолого-гидрогеологичсских компонентов. Гсоботаническое исследование болот включало подробное изучение их растительного покрова, проведенное методом ключевых площадок, закладываемых по профилям по мере смены растительности. Для каждой ассоциации проводилось несколько описаний на пробных площадках согласно опубликованным методикам (Краткое руководство.., 1952; Нейштадт, 1937; Тюремнов, 1949, 1953; Камышев, 1957, 1964; Методика паспортизации..., 1959; Викторов, 1955, 1967, 1969). Проективное покрытие общее и отдельных видов определялось но Л. Г. Раменскому (1937, 1938, 1954). Доминанты ярусов выделялись по покрытию (Быков, 1957) при условии, что покрытие их составляет не менее 15—20% от общего проективного покрытия ассоциации. Кроме того, отмечался характер микрорельефа: висота кочек, % площади занимаемой ими поверхности, размер межкочечных понижений, степень обводненности. Проводились вычисления коэффициента сходства между формациями, формациями и верхними слоями торфяных залежей по способу Съеренсена (1948). Степень общности видового состава флоры торфяно-болотных районов и в целом флоры болот Центрального Черноземья с флорами болот Украины и Белоруссии устанавливалась'путем вычисления коэффициента общности (Толмачев, 1959, 1974; Миняев, 19G5, 1966). Для выяснения формирования растительности на выработанных и осушенных торфяниках использовали косвенный метод В. Д. Александровой (1964), тгрименяемый при изучении смен растительного покрова и основанный на установлении сукцессией ных связей при выявлении пространственных (экологических н фнтоценотиче-ских рядов) растительных сообществ. При изучении биологической продуктивности использовались опубликованные методики (Родин, Базнлевич, 1965; Солоневич, 1971; Пьявченко, Козловская, 1974; Программа и методика биогеоценологнче-оких исследований, 1974; Методы изучения биологического круговорота..,, 1978), в которые вносились иногда некоторые изменения, касающиеся числа и размеров площадок, монолитов, модельных растений и расчетов. Последние произведены на абсолютно сухой вес и обработаны статистически в ВЦ Воронежского университета. Стратиграфическое изучение болот проводилось бурением торфяной залежи до минерального грунта (Тюремнов, 1953), Принадлежность растительного остатка к тому или иному виду растения устанавливалась по определителям (Тюремнов и др., 1959; Кац и др., 1965, 1977). Спорово-лыльцевой анализ проводился тіо методам, предложенным в книге «Пыльцевой анализ» (1950). Для определения химического состава воды и рН среды отбирали пробы воды объемом 2 л. Образцы торфа (сильно- и среднеразложив-
шегося) для определения объемного веса вырезались при помощи колец прибора Н. А. Качннского, а слаборазложнвше-гося—определялись методом взвешивания кубиков торфа размером 10 смэ. Влагосмкость торфа определялась насыщением навески торфа с естественной влажностью в химическом стакане с водой в течение 2 суток. Затем навеска переносилась на воронку с бумажным фильтром {намоченным и взвешенным). Профильтрованный торф взвешивали, высушивали и вычисляли его полную влагоемкость (повторность 5-кратная). Определение рН среды проводилось потенциометрически, гидролитической кислотности—методом Каппена, емкость катонного обмена—по Бобко-Аскснази при рН 0,5, валовой азот—по Кьельдалю (Агрохимические методы исследования почв, 1965). Повторность определения 3-кратная, Валовой углерод определялся методом Ангстета в модификации В. В. Пономаревой и Т. А. Николаевой (1959). При озоленни торфа использованы опубликованные методы сухого озоления (Шсстанов, 1940; Калужская, 1959; Петербургский, 19G3). Углекислота карбонатов в сырой золе определялась методом Штатнова в модификации Козловского (Родни и др., 1968). Химические компоненты минеральной части определялись методами, предложенными А. Г. Шестаковым (1940), Л. Н. Александровой (1949), В. М. Калужской (1959). В. Н. Алексеевым (1962), Ю. А. Львовым с соавторами (1974). Определение микроэлементов в торфах осуществлялось нейтронно-активашюнным .методом, разработанным на кафедре ядерной физики Воронежского университета.
Научная новизна работы. Выяснены основные закономерности и,тенденции развития болотных экосистем в условиях промышленно-аграрного Центрального Черноземья и предложена их классификация. Впервые разработаны методологические принципы подхода к изучению проблемы хода развития взаимосвязей компонентов природы от квазисистем до болотных экосистем. Предожены объективные критерии и конкретные примеры выделения стадий развития болотных экосистем, поэтому они могут быть распространены и на другие аналогичные регионы лесостепной и степной зон. Проведен .анализ'развития природных условий исследованной территории и дана сравнительная оценка влияния их на болотообра-зовательные процессы.
Впервые в теории болотоведения рассмотрены процессы, происходящие- в природе, предшествующие болотообразова-нию, и выяснена роль неотектоникн в этом процессе. Проведена инвентаризация болот ЦЧ и выявлены закономерности распределения болот в связи с условиями их гсоморфолого-гидро-геологического залегания и показаны особенности их эволюции.
Впервые показаны закономерности формирования химического состава болотных вод региона и прослежены процессы миграции и аккумуляции минеральных веществ в сопряженной системе атмосферные осадки — растения — торфяная залежь—болотные воды. Исследован температурный режим разных типов болот и выяснена степень его влияния на химический состав минеральной части растений. Выявлены особенности формирования сфагнового покрова на засоленны'х болотах. Произведена физико-химическая оценка видов торфа и торфяных залежей, в том числе содержание и распределение микроэлементов в них. Установлен возраст залежей и прослежены закономерности их развития в отдельные климатические периоды голоцена. Составлены карты распределения торфяных залежей шести областей в масштабе 1 ; I 500000.
Выявлена флора болот и проведен разносторонний се анализ. Прослежена взаимосвязь флоры'болот ЦЧ с флорами болот Украины и Белоруссии; рассмотрены вопросы се происхождения на болотах ЦЧ. Исследованы основные фитоценозы болот, структура и закономерности распределения их на разных типах болот. Выяснен характер смен фнтоценозов во времени, в том числе на выработанных и осушенных торфяниках» Показаны особенности развития болотных экосистем под влиянием естественных и антропогенных факторов, приведены критерии для выделения исохрансния болот в качестве природоохранительных объектов. Проведено комплексное районирование болот ЦЧ с учетам особенностей динамики их развития.
>Реализация результатов работы. Для практического использования научно-производственному объединению «Аэро-геологня» переданы материалы, касающиеся видов торфа и торфяных залежей, их районирования, площадей и запасов, которые используются ими при изучении четвертичных отложений. Отделу перспективного проектирования института Гип-роторф переданы списки болот, рекомендованные к изъятию из хозяйственного освоения с целью сохранения их в естественном состоянии. Эти рекомендации учтены при разработке '* перспективной схемы (1980—1995 гг.) добычи торфа,
Областным советам Всероссийского общества охраны, природы (шести областей) и международной группе.«Телма» пе- * реданы списки болот, эталонных для лесостепной и стелной зон Европейской части РСФСР и представляющих определенную научную ценность. Материалы взяты за основу при выделении охраняемых памятников природы Центрального Черноземья.
Материалы исследований использованы при составлении учебных программ и пособий по спецкурсам (болотоведение, фитоценология, ботаническая география) для студентов био-
лого-почвенного и географического факультетов Воронежского университета и используются при чтении лекций на биологическом, почвенном н географическом факультетах Московского и Воронежского университетов.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих заседаниях: 1. Воронежском отделении ВБО ежегодно с 19G7 по 1980 г. 2. Ежегодно на научных конференциях биолого-почвенного факультета ВГУ с 19G7 по 1980 гг. 3. 5-й межвузовской конференции по природному районированию СССР (Москва, 1967). 4. Всесоюзном совещании «Принципы типологии болотных массивов» (Киев, 1972). 5. Научно-производственном совещании «Земельные ресурсы Центрального Черноземья и пути их рационального использования» (Воронеж, 1973). G. Всесоюзном совещании «Структура н динамика биогеоценозов» (Москва, 1973). 7. 4-м Всесоюзном совещании по классификации растительности (Львов, 1974). 8. Всесоюзном совещаяии «Генезис и динамика болот» (Москва, 1975). 9. Всесоюзном совещании «Гидрологическая роль болот» (Пушино, 1977). 10. VI делегатском съезде ВБО (Кишинев, 1978). 11. Всесоюзном совещании лекторов общества «Знание» по вопросам охраны природы (Астрахань, 1978). 12. Зональном совещании работников Всероссийского общества охраны природы ЦЧО, Верхяей-Волгн, Дона и Кавказа (Воронеж, 1978), 13. Всесоюзном совещании «Антропогенные изменения и охрана растительности болот и прилегающих к ним территорий» (Минск, 1979). 14.1-м Всесоюзном экспедиционном семинаре (Таллии, 1979). 15. Объединенной научной сессии «Охрана окружающей среды и вопросы экологии» (Воронеж, 1979).
Публикация результатов исследования. По материалам диссертации опубликовано 36 работ, в том числе 2 монографии.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 442 страницах машинописного текста, состоит из введения, 8 глав с выводами, заключения, списка литературы (673 наименования) и приложений. Текст иллюстрирован 47 рисунками и 51 таблицей.
