ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 4, с. 343-354
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ ^^^^^^^^^^
И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 556:543.3:543.8:579.68
ЕСТЕСТВЕННОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ БОЛОТ ПОСЛЕ ПОЖАРОВ1
© 2014 г. Н. П. Ахметьева*, С. Э. Белова**, Р. Г. Джамалов*, И. С. Куличевская**,
Е. Е. Лапина*, А. В. Михайлова***
*Институт водных проблем РАН 119333 Москва, ул. Губкина, 3 **Институт микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН 117312 Москва, просп. 60-летия Октября, 7, корп. 2 ***Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН 119991 Москва, ул. Косыгина, 19 E-mail: nakhmeteva@rambler.ru Поступила в редакцию 22.02.2013 г.
Показана динамика естественного восстановления выгоревших в 2010 г. болотных массивов в Тверской области. Выводы основаны на натурных наблюдениях в течение трех лет на контрольных участках болота Галицкий мох с мониторингом изменения физико-химических свойств торфяной золы и пиролизного торфа, химического состава болотных вод, особенностей развития микробных сообществ и восстановления растительности. Кроме того, рассмотрены некоторые особенности обводнения болотных массивов.
Ключевые слова: торфяные пожары, уровень болотных вод, физико-химический состав торфа и болотных вод, микробные сообщества, филогенетический состав.
Б01: 10.7868/80321059614040026
Жарким и засушливым летом 2010 г. пожарами оказались охвачены многие болотные массивы Европейской части РФ [6]. На примере одного из болот Тверской области — Галицкий мох — рассмотрено его восстановление в период с августа 2010 по август 2012 г. Болото Галицкий мох расположено между железнодорожной ст. Редкино и пос. им. Радченко. Болото имеет площадь 2650 га (данные 1955 г.), средняя мощность торфа составляет 1.83, максимальная 5.2 м. Залежи болота — смешанного характера. На обследованном участке болото переходное с осредненными характеристиками: зольность (А) — 4.6—9.0%, степень разложения (Я) ~35%. Торф разрабатывался в 1930— 1940-е и послевоенные годы. Большая часть торфяного болота выработана, на местах прежних выработок сохранились пруды (карьеры) длиною 250, шириной 50 м. В 1970-е гг. на базе болотного комплекса создан филиал Калининского торфяного института, просуществовавший до 1993 г.
Институт водных проблем (ИВП) РАН проводит изучение Галицкого болота почти 10 лет. В на-
1 Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ
(проект 14-05-00555-"а").
чальные годы XXI в. основной целью исследований было изучение сорбционных свойств торфа по отношению к биогенным веществам (^ Р, К, 804), а также содержание органического вещества (ОВ), возможности использования торфа в сельском хозяйстве. Выполнялись химические анализы торфа по разрезу до минерального основания (рис. 1; табл. 1) [1, 3, 5].
Во время пожара 2010 г., длившегося около двух месяцев, выгорело ~700 м2 на северо-восточной окраине болота. Сгорел растительный покров (деревья, трава), торф превратился в золу желтого или палевого цвета до глубины 0.3 м. Произошли неравномерные просадки торфяной поверхности. Выгоревший в августе—сентябре 2010 г. участок болота — опустыненная безжизненная площадь (рис. 2).
Известно, что болота активно участвуют в круговороте углерода. При этом они накапливают углерода больше, чем выделяют его. Процесс накопления углерода зависит от многих условий и различен для природных верховых и низинных болот [7]. Однако процессы циркуляции или накопления углерода, нарушенные при осушении и разработке болот, изучены недостаточно. Можно
h, м
0.5
1.0
1.5
2.0
Ж ►!< О
Рис. 1. Разрез торфа в естественном залегании (09.2003 г.). х — место отбора образца. 1 — слой 0.0— 0.15 м, растительная подушка, торф рыхлый, пронизан корнями растений, темно-серый, пластичный; 2 — слой 0.15—0.50 м, торф темно-серый, уплотненный на ощупь, пластичный, средней степени разложения; 3 — слой 0.50—0.75 м, торф рыжевато-коричневый, средней степени разложения, есть неразло-жившиеся остатки; 4 — слой 0.75—0.90 м, торф темно-коричневый, средней степени разложения, водона-сыщенный с включениями неразложившихся корней; 5 — слой 0.90—1.30 м, торф плохо разложившийся, бурого цвета, видны листья, корни, растительные остатки; 6 — слой 1.30—2.10 м, торф коричневого цвета, слаборазложившийся, водонасыщенный; 7 — слой 2.10 м; песок светло-серый, мелкозернистый, граве-листый с мелкой щебенкой. УБВ 2.2 м.
полагать, что работы по осушительной мелиорации болот вызывают нарушения в природном соотношении составляющих баланса углерода. До сих пор остаются невыясненными происходящие из-за антропогенных факторов нарушения биогео-
химических процессов на осушенных и горевших заторфованных территориях. Поэтому следует выделить следующие основные задачи исследований сгоревшей территории болота Галицкий мох: изучение состава и физико-химических свойств торфа, золы, болотных вод; оценка роли доминирующих видов бактерий в восстановлении болот; изучение динамики восстановления растительного покрова и его видового состава, характерных для природных болот.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ
Полевые исследования проводились в августе—октябре 2010 г., августе 2011 г., июне—августе 2012 г. и включали в себя отбор проб болотных вод, золы и торфа по разрезу до минерального основания (0.7—0.8 м). Проводилось описание возобновляемой растительности. Дополнительно отбирали образцы горелого и негорелого торфа выше и ниже уровня болотных вод (УБВ) для микробиологического исследования.
Химический анализ торфа, золы и болотных вод проводили по аттестованным методикам в аккредитованных лабораториях. Определение микроорганизмов проводили по методикам Института микробиологии РАН [9—11].
Для определения металлов в золе торфа использовали высокочувствительный метод масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (МС—ИСП). Измерения проводили на масс-спектрометре "ELAN DRC II" ("Perkin Elmer", США) [2, 4, 12, 13]. Полученные данные обрабатывали с помощью программы "Elan ICP-MS Instrument Control" (версия 3.4). Определено больше 28 элементов: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Rb, Sr, Y, REE, Zr, Nb, Mo, Cd, In, Sn, Cs, Ba, Hf, Pb, Bi, Th и U.
Изменение физико-химических свойств торфа после пожара
В августе 2010 г. на болоте Галицкий мох, горевшем с июня на небольших участках, заложен шурф до 0.8 м. Следует выделить следующие ре-перные прослои разреза: сгоревший до золы торф (глубина 0.1—0.2 м), горелый горячий торф (0.2— 0.4 м), заторфованные породы и суглинки (0.4— 0.8 м), УБВ (0.8 м).
В торфе выгорает прежде всего легколетучее ОВ, в результате чего торф становится пористым, более водопроницаемым, происходит выпаривание воды и повышаются концентрации большинства химических элементов. Меняются также фи-
0
1
2
x
3
4
x
Таблица 1. Изменение химического состава торфа болота Галицкий мох (образец 1: глубина отбора к = 0.2 м, обгоревший торф, УБВ — 0.3 м, 06.06.2012; образец 2: к = 0.4 м, ниже УБВ, 06.06.2012; образец 10: к = 0.1 м, зола, УБВ — 0.35 м, 20.08.2012; образец 11: к = 0.25 м, торф обгоревший, УБВ — 0.35 м; образец 12: к = 0.4 м, торф черный, пиролизный, УБВ — 0.35 м; рНводн, рНсол — рН соответственно водной и солевой вытяжек из торфа; Нгидр — гидролитическая кислотность; Б — степень насыщенности основаниями; н.о. — не обнаружено; прочерк — не определяли)
Геохимический показатель
Образцы 09.09.2003
глубина, м
0.15-0.5 0.5-0.6 0.75 0.9 1.3 2.1
рНводн 5.08 4.67 4.91 4.97 5.24 4.69 5.9 6.2 8.2 7.3 7.4
рНсол 4.49 4.24 4.20 7.27 4.79 4.60 5.3 5.6 8.1 7.0 7.2
Са, % 0.046 0.046 0.057 0.034 0.004 0.057 4.06 3.99 10.92 10.43 17.67
% 0.041 0.027 0.027 0.061 0.003 0.027 0.58 0.57 1.56 7.68 2.85
МН4, мг N/100 г 69.9 55.1 65.9 67.7 69.5 68.9 54.0 8.4 49.8 0.30 12.8
N03, мг N/100 г 1.33 1.89 1.84 1.85 0.16 1.33 16.8 17.5 3.98 7.41 11.1
Fe(III), мг/100 г 24.5 62.8 18.3 3.4 11.2 54.1 49.2 11.4 0.15 1.1 1.0
Fe(II), мг/100 г 162 570 224 270 25.4 582 1.3 58.1 н.о. 58.7 67.8
304, мг/100 г 2.9 23.9 2.9 5.8 10.4 140.5 125 115 165 498 804
нсо3 0.153 0.167 0.139 0.124 0.012 0.195 156 153 596 382 558
ПО, мг С/100 г 40 68 62 54 4 68 167 95.8 43.7 59.2 61.6
Цветн., град. 110 90 160 50 100 100 140 100 150 <5 66
Б, мг-экв/100 г 13.2 140 127 88.4 28.5 95.5 178.3 147.8 25 228.4 224.5
Нщдр, мг-экв/100 г 68.3 81.6 56.9 79.0 16.8 85.3 38.5 32.5 н.о. 13.4 11.5
Ркирс, мг Р205/100 г 0.77 3.37 0.45 0.45 19.7 0.76 1.43 1.17 1.19 15.9 20.6
Электропроводность, 3.35 4.77 4.43 4.43 5.12 4.61 9.8 9.1 24.0 22.9 39.2
А, % 8.99 - 5.65 5.71 - 6.09 24 17.7 92.4 23 н.о.
Сухой остаток, % 0.268 0.171 0.034 0.320 0.051 0.392 0.992 0.838 0.884 1.369 1.539
Образцы 2012 г.
Таблица 2. Результаты анализа торфа методом пиролизной хроматографии
Образец Определяемый элемент, % С/^ Н/С
N С Н 8
Торф природный 3.00 ± 0.09 50.2 ± 0.3 5.55 ± 0.10 <0.1 16.7 0.11
Торф горелый 2.20 ± 0.07 39.8 ± 0.3 5.20 ± 0.10 <0.1 18.1 0.13
зико-химические характеристики залежи (рН, насыщенность воды и толщи торфа кислородом и другими газами, пластовая температура и др.) (табл. 1).
В августе 2011 г. отмечено сокращение мощности горелой золы (0.1—0.15 м) с включениями угольков. Ниже, до материнской породы — черный торф средней степени разложения. Изменился УБВ (1.0 м).
В июне 2012 г. верхний слой золы отсутствовал, а с глубины 0.0—0.3 м залегал обгоревший торф — черный, пластичный, однородный. Ниже 0.3 м в
торфе встречались несгоревшие стволики деревьев. В августе 2012 г. контрольный участок зарос буйной растительностью. Ниже 0.45 м залегал торф необгоревший, пластичный, влажный. УБВ установился на глубине 0.35 м.
Особый интерес представляет содержание и состояние ОВ торфа (табл. 2). Содержание Сорг составляет: в золе ~5, в горелых торфах до 37—40, в негорелом торфе >50%. В связи с этим показатель перманганатной окисляемости (ПО) в горелом торфе ниже, чем в негорелом, а содержание
органического азота снижается в пиролизном торфе от 3 до 1.8%.
После пожаров существенно меняются водно-физические свойства горелых торфов. Коэффициент фильтрации пиролизного торфа составляет, по лабораторным данным, 0.13—7.0 см/мин, тогда как в е
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.