 |
|
|
Сукачёв. БОЛОТОВЕДЕНИЕ И ПАЛЕОБОТАНИКА |
БОЛОТА, ИХ ОБРАЗОВАНИЕ, РАЗВИТИЕ И СВОЙСТВА. Заболачивание
|
Смотрите также:
Биографии ботаников, почвоведов
|
Рассмотренный нами выше процесс образования болот из озер и других водоемов путем их заторфовывания является довольно изученным. Нередко высказывают мнение, что это наиболее распространенный способ образования болот, и склонны видеть в обширных наших северных болотах результат зарастания озер.
Однако исследование наших северных торфяников показывает, что хотя зарастание водоемов представляет собою нередкое явление, однако большая часть площади наших болот образовалась путем заболачивания сухих мест. Но этот способ образования болот еще мало изучен, очень часто о ближайших причинах, вызывающих постепенное превращение леса или луга в болото, мы знаем весьма мало. С практической точки зрения эти явления заслуживают особенного внимания. На севере во многих местах слышен вопль местных жителей, что мох лезет на пашню, луг или лес, что там, где еще недавно была культурная земля, теперь расстилается болото. Этот процесс во многих местах происходит прямо на глазах. Понятно, чтобы успешно бороться с этим злом, необходимо знать причины, его вызывающие. Поэтому представляется крайне важным обратить внимание на это явление и у нас в России.
Что заболачивание сухих мест значительно меньше изучено, чем зарастание озер, объясняется отчасти тем, что этот процесс в Германии ж Швейцарии, где болотоведение получило особенное развитие, не столь распространен, как в более северных местах. Поэтому такие знатоки болот, как К. Вебер, И. Фрю и К. Шрётер, X. Потонье, уделяя много внимания изложению процесса зарастания озер, лишь в общих чертах касаются вопроса о заболачивании суши. В этом отношении лишь П. Гребнер (Graebner, 1904) дает весьма ценный материал. Больше сделано на этот счет в Швеции, где, например, есть ценные исследования X. Гессельмана (Hesselman, 1907) и Е. Хаглунда Ръс.З. Polytrichum (Haglund, 1912). У нас в России еще в 1888—1889 гг. commune, женская Г. И. Танфильев (1888, 1889) обратил большое внимание особь с коробочкой, на заболачивание суши и дал, хотя и в кратких словах, но очень ясную картину возникновения болот на ранее сухих местах. А. Ф. Флеров (1899) описывает подобное же возникновение болот и во Владимирской губ. Много в этом отношении сделано в Финляндии, где А. Каяндер (Cajander, 1913) подробно рассмотрел различные пути заболачивания лесов.
Этими работами установлены факты заболачивания сухих мест и выяснена достаточно обстоятельно смена растительности при этом процессе, но во многих случаях остаются неясными внутренние причины, повлекшие к столь значительному накоплению влаги в верхних слоях почвы, *го возникли чисто болотные растительные ассоциации и началось отложение торфа. Это объясняется тем, что такое изучение представляет большие трудности.
Уже в настоящее время можно сказать, что заболачивание ранее сухих мест происходит различными путями и вызывается различными причинами. Рассмотрим главнейшие случаи.
Заболачивание лесов Несмотря на то что заболачивание лесов представляет собой очень обычное явление и было неоднократно описано ж литературе, тем не менее в этом процессе еще очень много темного. Наиболее часто наблюдается заболачивание сосновых или еловых лесов ш северной половине СССР.
Сплошь и рядом можно видеть такие заболачивающиеся леса в соседстве с уже существующими болотами, и можно наблюдать, как заболачивание леса происходит при этом в результате разрастания болота.
Это явление столь обычно, что может возникнуть вопрос, возможно ли вообще заболачивание лесов вне связи с существующими уже болотами. Наблюдение как первых стадий заболачивания, так и строения уже развитых болот ясно говорит нам, что действительно заболачивание лесов может происходить и вне связи с болотами.
Заболачивание наших хвойных лесов может происходить различными путями, но, конечно, для этого необходимо, чтобы создались условия накопления и застаивания влаги. Последнее обыкновенно имеет место при водонепроницаемости почвы. А. Каяндер (Cajander, 1913) на основании своих исследований в Финляндии считает вообще водонепроницаемость почвы необходимым условием всякого заболачивания леса. В условиях равнинного рельефа или в понижениях при его всхолмленности легко создаются условия для накопления влаги в верхних слоях почвы, что влечет за собой замену лесной растительности болотной.
В еловых лесах, по мнению некоторых авторов (Флеров, 1899), этому содействует густота самого леса, тенистость, отсутствие свободного доступа света и ветра — факторов, которые уменьшают испарение с поверхности почвы. В еловых, а иногда и сосновых лесах, по-видимому, одним из наиболее частых случаев является тот, когда начало этому процессу кладет поселение под пологом ели кукушкина льна (Polytrichum commune) (3). Появляясь сначала среди обычных представителей мохового покрова хвойного леса (.Hylocomium, Нурпит) небольшими дернинками, этот мох постепенно их вытесняет и в течение довольно короткого времени может сплошь занять почву. Густые дернины мха начинают накапливать темного цвета торф, который характеризуется ясно заметными, трудноразложимыми, блестящими стеблями мха. Этот вид торфа поэтому легко отличим от других. Обыкновенно, когда слой торфа достигает некоторой высоты, среди кукушкина льна появляются дернинки Sphagnum — белого торфяного мха. Появление этого мха позволяет заключить, что дальнейшее развитие болота обеспечено.
Уже густые дернины кукушкина льна обладают способностью задерживать попадающую к ним влагу из атмосферы, чему у них способствует ряд полосок- клеток, тесно расположенных параллельно друг другу на верхней стороне листа. Этой способностью гораздо в большей степени обладает сфагнум, что объясняется его крайне своеобразным строением (4). Так, если рассматривать лист сфагнума под микроскопом, то мы увидим, что ткань его слагается из двух родов клеток: больших, бесцветных и пустых, называемых гиалиновыми, и прилегающих к ним узких, удлиненных, наполненных живым содержимым. Стенки больших гиалиновых клеток внутри снабжены обыкновенно утолщениями в виде колец или спиралей, между которыми образуются отверстия, или поры, округлой или овальной формы (5). Стебли сфагнума снаружи одеты так называемым коровым слоем, состоящим из очень крупных, также бесцветных и пустых клеток с крупными порами на стенках, а изнутри нередко со спиральным или кольчатым утолщением, т. е. здесь имеются такие же гиалиновые клетки. Стебель сфагнума сильно ветвится, образуя наверху густое собрание ветвей вроде головки. Нижние же ветви большей частью, загибаясь вниз, плотно прикладываются к главному стеблю и образуют около него как бы покров.
Таким образом, все мертвые клетки листьев и стеблей имеют строение, прйспособленное к энергичному впитыванию воды. Так как все эти клетки на стебле и на листьях плотно прижаты друг к другу, то благодаря такому устройству плотная сфагновая дернина образует массу, чрезвычайно обильную капиллярными пространствами и поэтому очень легко и быстро всасывающую воду. Поэтому, если погрузить нижний конец стебля сфагнума в стакан с водою, то вода быстро поднимется по стеблю и ветвям вверх. Также если дернину этого мха полить водою, то она быстро напитается ею, как губка. На огромную влагоемкость сфагнума указывал еще JI. Лескере (Lesquereux, 1847), который констатировал, что воздушно-сухой сфагнум при напитывании водою в 17 раз увеличивает свой вес. М. Дюггели (цит. по: Friih, Schroter, 1904, стр. 73) получал в своих опытах увеличение веса мха почти в 24 раза. Для сравнения влагоемкости сфагнума с другими растениями можно привести данные В. Цайлера и Л. Вилька (Zailer, Wilk, 1907). 100 частей воздушно- сухого растения поглощали следующее количество частей воды: Sphagnum acutifolium* .... 2010 Н. scorpioides* 1521 S. cymbifolium* 2016 Polytrichum striatum 371 S. cuspidatum 1877 Сагех (разные виды) 300 Нурпит stramineum* л 1751 Phragmites communis 235
В последнее время X. Пауль (Paul, 1908) привел на этот счет также интересные данные; так, например, согласно его исследованиям, 10 г сфагнума в абсолютно сухом состоянии впитывали воды во много раз больше собственного веса: Sphagnum molluscum* ... в 26.8 раза S. squarrosum в 22.0 раза S. papillosum » 25.3 » S. fuscum » 19.3 » S. medium* » 23.2 » S. acutifolium* » 18.6 » S. cymbifolium* » 23.1 » S. recurvum* » 17.7 » S. rubellum » 22.1 » S. teres » 16.6 »
Весьма обстоятельные данные о водопоглотительной способности разных видов сфагнума (19 видов) получены в исследованиях 3. Руофф (Ruoff, 1918). Она в одних случаях экспериментировала со свежим сфагнумом, в других — с хорошо высушенным на воздухе. Не приводя всех цифр, укажу лишь на наиболее интересные. Данные табл. 7 показывают, во сколько раз больше собственного веса поглощали воды разные виды. В отдельных случаях сфагнум способен принимать воды в 38 раз больше, нежели он весит в обезвоженном состоянии.
Весьма наглядные данные на этот счет приводит Е. Е. Мышковская (1913) для Амурской обл., а именно: 100 г сухой массы мха способны поглотить следующее количество воды (в г): Sphagnum papillosum (целиком) 1497.4 S. fuscum 1311.5 S. papillosum (головки) . . . 5000.0 Нурпит screberi* ...... 360.8 Для сравнения водопоглощаемой способности сфагнума с такой же способностью некоторых других наших обычных лесных и луговых мхов приведу еще данные, полученные В. М. Афанасьевой на Северо-Западной
Таблица 7 Вид Sphagnum Свежий сфагнум Сфагнум, высушенный на воздухе в оз душно-сух ой абс. сухой воздушно-сухой абс. сухой S. fuscum 23.1 25.1 S. rubellum 24.8 26.4 21.0 24.8 S. rubellum — — 26.5 33.7 S. acutifolium * . . . 23.2 27.9 18.5 21.8 S. squarrosum .... — — 27.5 32.6 S. dusenii * .... — — 25.8 30.5 S. obtusum .... 21.7 23.5 18.8 22.3 S. amblyphyllum* . . — — 20.5 25.4 S. recurvum * . . . . — — 20.1 25.5 S. cuspidatum .... — — 26.1 31.4 S. molluscum* . . . 30.7 35.7 25.3 29.7 S. subsecundum . . . — — 23.5 26.7 S. contortum .... 20.1 23.7 16.7 19.8 S. platyphyllum . . . — — 19.6 23.5 S. cymbifolium* . . . — — 31.0 38.8 S. papillosum .... — — 22.5 27.8 S. subbicolor* .... 25.0 21.2 22.2 26.4 S. subbicolor* .... — — 26.2 32.6 S. medium* .... — — 26.0 30.7
областной сельскохозяйственной станции в Княжем Дворе в 1925 г.
Все эти данные, хотя и не вполне согласные у разных исследователей, все же ясно показывают, что сфагнум обладает весьма большой влагоем- костью, значительно превышающей влагоемкость других растений. Мы видим, что и другие лиственные м±и й этом отношении превосходят травянистые растения, но сфагнум дает колоссальную разницу.
Нужно иметь в виду, что некоторые авторы полагают, что сфагнум может не только быстро поглощать капельножидкую воду, но и сгущать парообразную воду (например, Кернер ф. Марилаун, 1899). Однако И. Фрю и К. Шрётер (Friih, Schroter, 1904) отмечают, что принятие воды из воздуха благодаря гигроскопичности очень незначительно; так, по Ф. Ольтмансу (Oltmanns, 1887), она равна х/4—х/3 собственного веса дернины, по JI. Jlec- кере (Lesquereux, 1847), — только 1/12, а по М. Дюггели (цит. по: Friih, Schroter, 1904), — 1/10—1/ъ. Н. И. Железнов (1874) также пришел к выводу, что сфагнум не способен конденсировать воду из парообразного состояния. Е. Е. Мышковская же в цитированной выше работе пишет, что поглощение моховым покровом влаги возможно также непосредственно благодаря гигроскопичности мха. В ее опытах высушенные в эксикаторе сфагнум и другие мхи после выставления в английской будке в ясный солнечный и дождливый дни поглотили существенно различающееся количество воды в % от веса (табл. 8).
Эти данные указывают, что такое поглощение имеет место, но его величина не очень велика и большого значения в процессе заболачивания оно не имеет. Другое дело вышеприведенные цифры влагоемкости сфагнума; они ясно говорят, что этот мох по сравнению с другими обладает этой способностью в особенно большой степени.
Таблица 8 Вид Sphagnum Солнечный день Дождливый день (100%) 11 час дня (54%) 12—1 час ночи (80-90%) 3—4 часа утра (90-95%) S. fuscum . 3.83 13.34 15.89 31.32 S. papillosum 5.50 13.20 17.20 21.4 Polytrichum commune . . . 0.0 5.25 8.09 15.43 Aulocomnium palustre . . . 2.06 10.64 — 16.32 Нурпит schreberi* .... 0.0 8.63 — 11.30 Примечание. В скобках указана относительная влажность.
Однако один факт большой влагоемкости сфагнума еще сам по себе не решает вопроса о его роли в заболачивании. Необходимо при этом принять во внимание и другие его свойства по отношению к влаге. Так, старые дан- мые Ф. Ольтманса (Oltmanns, 1887) показали, что сфагнум в пять раз больше испаряет, чем открытая водная поверхность, и что количество испаренной воды не изменится, будем мы иметь живой или мертвый сфаг- мум. Правда, по сообщению Д. А. Герасимова (1925), опыты, поставленные в 1924 г. в болоте Галицкий мох в Тверской губ., дали иные результаты, а именно с 8 июня по 22 сентября (т. е. за 107 дней) на 500 см2 площади: Выпало дождя (см3) 9140 Испарил сфагновый ковер (см3) 9139 Испарила свободная водная поверхность в плошках (см3). . . 7494 Отношение выпавших осадков к испарению сфагнума ... 1.00
Эти цифры показывают, что в летние месяцы разница между испарением «о свободной водной поверхности и испарением сфагновой дерниной выражается следующими цифрами: принимая испарение первой за 100, получаем для сфагновой поверхности 122. Расхождение с данными Ольтманса Герасимов объясняет тем, что Ольтманс брал маленькие дернинки живого мха (0.25 дц 2), опуская нижние концы стеблей в сосуд с водой; вышеприведенные же данные иллюстрируют испарение нетронутой сфагновой поверхности на болоте.
Эта способность сфагнума испарять влагу хотя бы в размерах, сообщаемых Герасимовым, как бы значительно понижает его заболачивающую роль. Но нужно помнить, что в лесу, а в особенности еловом, сильно понижено испарение. Кроме этого, необходимо принять во внимание, что сфаг- Шум хотя и много испаряет, однако скорое высушивание дернины распространяется на небольшую глубину, всего лишь на 0—5 см от поверхности. Ниже же слой мха и торфа остается влажным и теряет влагу с трудом, так Iblk. верхний высохший слой мха предохраняет нижеследующие слои от 1нсыхания. В результате благодаря сфагнуму в торфянистом горизонте о-помалу все более и более накопляется влага. Сфагнум все лучше раз- |ивается, и болото растет.
Может быть, покажется странным, что в лесу при наличии такого большого водного насоса, каким является древесная растительность, тем не менее возможно заболачивание. Но для объяснения этого приходится также 4>инять во внимание следующее обстоятельство. Слои кукушкина льна I его торфа, а особенно сфагнума и сфагнового торфа, благодаря той же ыпой водопоглотительной способности задерживают в своей дернине ыпую часть выпадающих осадков, и лишь незначительная часть их попадает в почву, а то и почти вовсе не достигает ее. Это приводит к тому, что по крайней мере большая часть влаги, впитанной мхами и торфом, не потребляется корнями древесных пород и поэтому не уносится из почвы.
Еловые, сосновые или сосново-еловые леса чаще всего таким способом и заболачиваются, причем может случиться, что сфагнум прямо поселяется на почве без стадии кукушкина льна. По крайней мере можно видеть в природе, как в сосновом или в еловом лесу начинает среди Нурпит schreberi* и Hylocomium splendens поселяться сфагнум и вытеснять постепенно их вовсе. Подобные случаи можно видеть хотя бы в пределах Охтенского лесничества под Ленинградом. Там во многих местах в сосновом или сосново-еловом лесу, где уже в значительной степени развит сфагновый ковер, делая разрез почвы, видим, что под слоем живого мха мощностью 7—10 см следует торф мощностью 10—20 см; сверху торф еще мало разложился и стебли сфагнума хорошо сохранились, ниже торф темно- серо-коричневого цвета, уже значительно разложившийся. Далее непосредственно следует темно-серый гумусовый горизонт до 30 см мощностью, переходящий в подзолистый или глеево-подзолистый слой. Исследование разложившегося торфа, лежащего на гумусовом горизонте, ясно свидетельствует, что он образован сфагнумом. Таким образом, здесь заболачивание началось прямо с развития сфагнума.
При таком заболачивании мы часто видим, что лес, который первоначально состоял из смеси сосны и ели или даже с решительным преобладанием последней, уже при начале сфагнового заболачивания начинает постепенно переходить в чисто сосновый. Ель вскоре принимает очень жалкий вид и исчезает вовсе. Это заболачивание связано с обеднением почвенных вод кислородом. Прекрасные исследования X. Гессельмана (Hesselman, 1910) в Швеции показали, что пробы воды, взятые с глубины уже 20 см в заболачивающихся насаждениях, оказывались совершенно лишенными кислорода. Оказалось, что в связи с этим фактором стоит и рост еловых лесов. В плохо растущих еловых лесах кислородом воды крайне бедны, напротив, они им более богаты в хорошо растущих ельниках. Обеднение кислородом заболачивающихся почв зависит, между прочим, и от способности накопляющихся торфянистых отложений жадно поглощать кислород. Вначале сосна еще мирится с заболачиванием, но по мере увеличения слоя торфа она растет хуже и хуже, приближаясь к обычному виду сосны на моховом болоте. Это зависит от того, что хотя ель и является породой, предпочитающей более влажные места, чем сосна, но она более чувствительна к недостатку кислорода в почве и избегает моховых болот, на которых сосна может еще расти.
Таким путем сосновый или еловый лес может превратиться в моховое сфагновое болото. В общем можно сказать, что такое заболачивание, по-видимому, чаще встречается в еловом лесу, чем в сосновном.
Причина, которая определяет, чем начнется заболачивание: кукушкиным ли льном или сфагнумом, — лежит в свойстве почв. Как мы увидим ниже, сфагнум растет только при условии почти полного отсутствия извести в воде. Поэтому понятно, что в лесу прямо на минеральном грунте сфагнум поселится только тогда, когда почва в достаточной степени выщелочена. В противном случае сначала разовьется кукушкин лен, который отложит слой торфа, на котором затем уже может селиться сфагнум, будучи отделен от почвы этим слоем торфа.
В рассмотренном случае заболачивания соснового или елового леса начало развития болота ознаменовывалось появлением мха Polytrickumf сменяющегося затем Sphagnum, или же прямо появлением Sphagnum. В том и в другом случае болото неизменно переходило в моховое сфагновое болото, причем древесная растительность претерпевала следующие изменения. Если первоначально в растительном сообществе была только сосна, то замечалось постепенное ухудшение ее роста и постепенно формировалось обычное сфагновое болото с корявой низкорослой сосной. Если же в первоначальном лесу была ель, то она вскоре уступала место сосне и спустя известное время также развивалось моховое сфагновое болото с корявой сосной. Но есть указания в литературе, что еловый или смешанный еловый лес может, заболачиваясь, превращаться в луговое травяное болото с осоками, злаками (Calamagrostis), сабельником (Comarum palustre) ж другими растениями. Связывают такой ход заболачивания с наличием особенно богатой почвы, а следовательно, и водного раствора, в котором приходится жить растениям. Ближайшие причины возникновения этого типа заболачивания, однако, еще неясны. Все-таки нет сомнения, что этот процесс требует несравненно большего первоначального обилия влаги на поверхности почвы или в ее верхних слоях, чем при заболачивании кукушкиным льном, а тем более сфагнумом. На таком травяном болоте, где питание растений минеральными веществами находится в лучших условиях, ель дольше удерживается. Вместе с нею, а иногда и без нее развивается береза. Таким способом заболачиваются часто смешанные леса, в которых, кроме ели, присутствует береза или осина.
Все эти три способа заболачивания леса наблюдаются в том случае, если первоначально есть условия для застаивания воды в силу, с одной стороны, водонепроницаемости грунта, с другой — подходящего рельефа, определяющего отсутствие стока воды. При этом может быть, что в процессе развития растительности и отложения ею не вполне разложившихся остатков или в силу завала деревьями или кустарниками ложбина стока, ранее успешно действовавшая, становится неспособной в достаточной мере отводить воду, что и может привести к заболачиванию.
Выше уже было отмечено, что часто ближайшим поводом к заболачи- » ванию леса является присутствие рядом болота. Остановимся на этом жесколько подробнее. Как мы увидим дальше, почти всегда болото, раз воз- жикнув, начинает разрастаться дальше за счет окружающей его сухой жочвы, безразлично, будет ли это луг или лес. Поднятие уровня воды в непосредственной близости с болотом или стекание ее с поверхности болота и застаивание ведут к заболачиванию.
В таких случаях можно видеть, как по периферии болота сфагнум жасильственно внедряется в еще живой лес. Крупные деревья при этом скоро отмирают, подгнивают и, обваливаясь, образуют целые груды валежника. А. Р. Какс (1914) описывает, например, по берегу оз. Дулово в Псковской губ. такой быстро заболачивающийся еловый лес. Здесь j самого края болота рос крупный еловый лес местами с примесью осины и березы, а в подлеске с лещиной, липой и жимолостью. И хотя густая травяная растительность из ясменника (Asperula odorata), ландыша (Convalla- ria majalis), бора (Milium effusum) свидетельствовала о сравнительном богатстве почвы, тем не менее на лес прямо надвигался сфагнум. По всей границе соприкосновения леса с болотом надвигание последнего на лес шло с поразительной быстротой, настолько быстро, что целой полосой стояли громадные мертвые осины и березы, еще покрытые корой и ветвями. В той же полосе на сплошном ровном сфагновом ковре находились молодые зкнвые ели, как бы сразу прекратившие свой недавний хороший рост. На их сильное угнетение указывали еще лишайники, которыми сплошь были обвешены все ветви.
Одной из основных причин заболачивания лесов часто выставляют образование в почве труднопроницаемого для воды слоя, так называемого ортштейна.
Образование ортштейна есть следствие подзолистого типа жочвообразования. В более северной, лесной части СССР почвенный процесс протекает в кислой среде, в силу чего из верхних слоев почвы вымывается ряд веществ, главным образом полуторные окислы железа и алюминия и частью гумусовые вещества, которые сносятся в глубже лежащие слои. Там, где почва в известное время года периодически пресыщается водою и затем с наступлением относительно сухого периода кислород проникает в почву, наступают такие условия, при которых на некоторой глубине вещества, вымытые из верхних горизонтов, откладываются и образуют плотные скопления, получившие название ортштейна. Ортштейн, развиваясь значительно, может вызвать застаивание воды в верхних слоях почвы, что и поведет к заболачиванию. В западноевропейской литературе, особенно в Германии, этому фактору придают большое значение.
Что касается того, насколько часто у нас в СССР заболачивание лесов является следствием ортштейнообразования, имеется очень мало данных. Скорее, есть основание думать, что этот процесс у нас на севере далеко не играет той роли, которую ей приписывают некоторые германские болотоведы. (Так, А. Каяндер (Cajander, 1913) в Финляндии ортштейнообра- зованию не придает большого значения). В других частях СССР имеется чрезвычайно мало достоверно известных мест, где можно было бы утверждать, что заболачивание вызвано образованием ортштейна. Если это и указывается, то только для понижений среди песчаных почв. В большей же части севера СССР, где почвы по преимуществу глинистые или суглинистые, заболачивание вовсе не связано с появлением ортштейна.
|
|
|
|
К содержанию книги: ПРОБЛЕМЫ БОЛОТОВЕДЕНИЯ, ПАЛЕОБОТАНИКИ И ПАЛЕОГЕОГРАФИИ
|
Последние добавления:
Шаубергер Виктор – Энергия воды
Агрохимик и биохимик Д.Н. Прянишников
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы