Характеристика отложений торфяного массива в верхнем течении р. Хор (руч. Болотистый)

Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, ул. Дикопольцева 56, г. Хабаровск, 680000, e-mail: , ; e-mail: ,

В Дальневосточном ФО выявлено 420 торфяных месторождений с общим объемом запасов 2505 млн т. Торфяники представляют собой естественный природный архив данных, в котором можно почерпнуть сведения об эволюции палеоэкологических условий среды [3]. Оценка биосферной роли болот как многокомпонентных систем невозможна без учета микробиологической составляющей. От микробного пула и его активности зависит скорость разложения растительных остатков и накопление органического вещества в торфяной залежи. Тем не менее, микробиологические исследования торфяников Хабаровского края до настоящего времени не проводились. Целью настоящей работы являлось изучение распределения абиотических и биотических компонентов по глубине торфяной залежи юга Хабаровского края (торфяник Болотистый).

Исследуемый болотный биогеоценоз расположен в районе имени Лазо Хабаровского края, на северо-западном макросклоне Сихотэ-Алиня, в 65 км к юго-востоку от пос. Дубовый Мыс и при

надлежит бассейну р. Хор. Геоботанически это низко-среднегорный район со слаборасчлененным рельефом, входящий в Дальневосточную хвойно-широколиственную область горно-равнинного Уссурийско-Амурского округа. Он расположен на стыке маньчжурской и охотской флор и представляет собой лиственничник кустарничково-сфагновый [2].

Исследованный разрез (координаты: 48^о52’14,1” с.ш., 137^о16’43,7” в.д., абсолютная высота 505 м н.у.м.) заложен зачисткой дренажной канавы на осушенной части болотного массива (рис. 1). Мощность залежи составляет 342 см, подстилающие породы суглинисто-глинистого состава . Заложенные ранее на торфянике «Болотистый» разрезы по данным радиоуглеродного анализа датировались возрастом 9644±99 календарных лет [1]. Отбор проб торфа осуществляли в середине сентября 2024 г. В образцах торфа определяли биотические (ботанический состав, степень разложения (R), индекс влажности (ИВ), численность эколого-трофических групп микро-

Рис. 1. Карта-схема района исследования

Fig. 1. Map-diagram of the research area организмов, каталазную активность) и абиотические (зольность (Z), влажность (W), кислотность) параметры.

Болотообразование в нижнем течении руч. Болотистый началось в конце раннего голоцена [1] при потеплении климата. На исследуемом участке первичные очаги заболачивания формировались в понижениях микрорельефа в лиственнично-бере-зово-хвощево-папоротниковом лесу. На суходольное заболачивание указывают остатки растений в основании залежи, таких как Betula platyphylla, Larix cajanderii, Thelepteris sp., Scirpus asiaticus Beetle , Equisetum sp., Carex tenuiflora, Eriophorum vaginatum, зеленых мхов, в том числе Meesia sp . Сукцессионный ряд смен растительности от начала болотообразования до настоящего времени включает 6 стадий (табл.).

Исследованная торфяная залежь характеризуется высокой кислотностью, уровень рН по торфяному разрезу изменялся от 3.5 в верхних слоях до 4.5 у подошвы разреза. Степень разложения торфа по разрезу существенно варьировала: от 25 до 90% при максимальном значении в ниж- нем слое 330–340 см; минимальном – в слое 245– 250 см, образованном преимущественно шейхце-рией. Верхние (0–100 см) слои характеризовались степенью разложения 40–65%. Одной из причин такого чередования является изменение климатических периодов в процессе формирования торфяника.

Зольность по разрезу колебалась от 6.89 до 64.4%, что характерно для низинных торфов. Максимальные показатели зольности приурочены к нижним слоям залежи – 324–336 см, минимальные – к середине залежи. Повышение зольности в верхнем слое объясняется способностью корней растений притягивать к себе из залежи минеральные вещества. Увеличение зольности в придонных слоях закономерно, если учесть тесную связь торфогенного слоя с минеральным грунтом на начальных стадиях формирования торфяника.

Распределение влажности имело крайне неравномерный характер. Это, вероятно, обусловлено влиянием уровня грунтовых вод и воздействием осушения прилегающей территории. В русле ручья Болотистый ведется добыча рудного золота,

Таблица

Ботанический состав и некоторые свойства слоев торфов, слагающих профиль торфяника Болотистый

Table

Botanical composition and some properties of peat layers forming the Bolotysty peat bog profile

Глубина образца, см	Тип торфа	Степень разложения торфа, %	Индекс влажности	Зольность, %	Влажность, %
0-60	Древесно-осоковый низинный	40–65* 58.00±7.52**	3.45–5.16 4.34±0.50	10.47–23.79 15.62±2.69	83.08–86.36 84.29±1.19
60-125	Шейхцериевый низинный	50–70 57.00±7.22	4.14–6.17 5.64±0.51	6.89–13.80 10.57±1.54	85.68–88.89 87.68±1.39
125-155	Кустарничково-шейхцериевый низинный	40.00±0	4.87–5.70 5.34±0.29	9.59–11.43 10.54±0.60	88.80–89.13 88.95±0.17
155-250	Шейхцериевый низинный	25–40 33.60±3.76	5.03–6.79 6.01±0.43	8.81–16.10 12.07±1.75	76.21–89.19 87.09±3.91
250-280	Зеленомошно-травяной низинный	35–40 37.50±2.74	4.07–5.78 4.77±0.59	12.79–20.66 17.32±2.06	83.46–84.71 84.22±0.67
280-340	Древесно-травяной низинный	40–90 65.00±16.00	2.73–5.50 4.69±0.69	14.37–74.09 31.48±19.36	45.83–83.94 74.80±14.06

Примечание: * – пределы варьирования, ** – среднее значение со стандартным отклонением что связано с планировкой территории для данного вида деятельности, в том числе строительством дренажных канав. Слаборазложившийся торф, в котором растительные остатки не утратили своего анатомического строения, имеет более высокую влажность, чем сильно разложившийся. Влажность залежи закономерно снижалась с глубиной, что объясняется естественной усадкой и уплотнением торфа, а также самоосушением, с отдачей воды в минеральный грунт.

Оценка связей между показателями свойств торфа выявила высокую степень отрицательной корреляции между Z и W (r = –0.937). Поскольку зола менее влагоёмка по сравнению с органической частью торфа, то естественная влажность уменьшается с увеличением зольности торфа. Между биотическими показателями R–ИВ выявлена умеренная отрицательная связь r = –0.409. Данные показатели характеризуют условия формирования торфяной залежи, и оба в равной степени зависят от ботанического состава расте-ний-торфообразователей. Между парой биотического (R) и абиотического показателя (Z) существует сильная положительная связь (r = 0.711), обусловленная степенью минерализации растительного материала, слагающего залежь. В свою очередь средняя отрицательная связь между R и W

(r = –0.667) указывает на то, что с увеличением влажности степень разложения растительности снижается. Другой биотический показатель ИВ имеет умеренную отрицательную связь с Z (r = –0.315) и такую же положительную связь с влажностью (r = 0.409), что указывает на близость характеристик торфяной залежи по биотическим и абиотическим показателям, которые дополняют друг друга при анализе торфяной залежи.

Численность гетеротрофных бактерий (ГБ) варьировала в широком диапазоне: от десятков тыс. до млн. КОЕ/г сухого торфа. Количество способных к прорастанию спор было на 2 порядка ниже. Микромицеты составляли минорную группу в составе сапротрофного сообщества, их численность не превышала 10000 КОЕ/г. Распределение ГБ и их спор по профилю торфяника носило крайне неравномерный характер (рис. 2). Их максимальная численность отмечалась в верхнем слое на глубине 80–90 см. Менее выраженные пики выявлены на глубине 130–150, 220–230, а также в нижележащих слоях залежи на глубине 280–290 и 330–340 см. Возможно, увеличение численности ГБ в подошве залежи обусловлено некоторым снижением кислотности (рН 4.5) и уровня влажности (до 45%). Линейная зависимость ГБ от глубины слоя отсутствует.

Рис. 2. Численность гетеротрофных бактерий (ГБ), их спор и микромицетов по разрезу торфяной залежи: 1 – численность спор ГБ, интервал отбора образца составляет 2 см;

2 – численность спор ГБ, интервал – 10 см; 3 – численность ГБ, интервал – 2 см;

4 – численность ГБ, интервал – 10 см; 5 – численность микромицетов, интервал – 2 см; 6 – численность микромицетов, интервал – 10 см

Fig. 2. Heterotrophic bacteria (HB), their spores and micromycetes number in the peat deposit section: 1 – the number of HB spores, a sampling interval – 2 cm; 2 – the number of HB spores, interval – 10 cm; 3 – the number of HB, interval – 2 cm; 4 – the number of HB, interval – 10 cm; 5 – the number of micromycetes, interval – 2 cm; 6 – the number of micromycetes, interval – 10 cm

Установлено, что большая часть ГБ в образцах торфа находится в вегетативном состоянии: соотношение спор к общей численности бактерий составляло 20–30% в самом верхнем слое залежи и снижалось до значений менее 5% по профилю, что указывает на потенциальную активность микробного сообщества к деструкции органического вещества при соответствующих благоприятных условиях. Обе выборки (шаг 2 см и шаг 10 см) репрезентативны и коррелируют друг с другом на уровне умеренной корреляции (r = 0.47) по шкале Чеддока. Разброс значений был больше в выборке с шагом 2 см (σ = 79.2) по сравнению с пробами с шагом 10 см (σ = 59.6).

Пик численности микромицетов выявлен на глубине 0–10 см, после которого она резко снижалась с увеличением глубины, коэффициент корреляции между двумя выборками 0.98 (рис. 2). При увеличении количества микромицетов отмечено увеличение численности спор ГБ, что отражает неблагоприятные условия для развития вегетативных форм ГБ. В верхних слоях торфяной залежи развитие ГБ и микромицетов контролируется низкими значениями рН, а также ингибирующим действием сфагнолов, присутствующих в биомассе сфагновых мхов. Кроме этого, на развитие ГБ может влиять действие антибиотиков, синтезируемых микромицетами и тем самым способствующих спорообразованию ГБ, что подтверждается коэффициентом корреляции между численностью микромицетов и спорами бактерий (r = 0.899).

Максимальные значения как общей, так и микробиологической каталазной активности были приурочены к самому верхнему слою залежи (0–10 см), после чего она резко снижалась и возрастала на глубине 260–320 см (рис. 3). Увели-

Рис. 3. Каталазная активность в образцах торфа

Fig. 3. Catalase activity in peat samples чение общей активности каталазы в нижних слоях залежи, вероятнее всего, обусловлено доминированием древесной растительности, способной аккумулировать металлы из болотных вод и минерализованных горизонтов. Микробиологическая активность каталазы в нижних слоях торфяника увеличивалась до 3 раз по сравнению с вышележащими слоями. Такая картина может быть обусловлена наличием в нижних слоях залежи не-культивируемых микроорганизмов.

Таким образом, в настоящее время торфяные отложения месторождения ручья Болотистого представлены залежью низинного типа. Выявленные связи между биотическими и абиотическими параметрами слоев торфа позволяют наиболее полно охарактеризовать торфяную залежь и способствуют оценке процессов торфонакопления в голоцене. В верхних слоях залежи ярко выражены конкурентные отношения между микромицетами и бактериями как в виде конкуренции за субстрат, так и на уровне метаболитов (антибиотики). Сравнительная оценка распределения культивируемых микроорганизмов сапротрофного комплекса и каталазной активности указывает на перспективы молекулярно-генетических исследований торфяников с целью выявления реликтовых микробных сообществ, способных к существованию в условиях анаэробиоза и отсутствия легкодоступного субстрата.

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования России «Состояние природных и природно-хозяйственных систем умеренной зоны Западной Пацифики» (проект № 126031118637-5).