Введение
В настоящее время на фоне глобального изменения климата и регулирования поступления в атмосферу парниковых газов антропогенного происхождения особенно важно сохранение болот как аккумуляторов углерода атмосферы. Чистые выбросы парниковых газов в атмосферу из болот зависят от растительности, землепользования, уровня грунтовых вод, температуры почвы и др. Ненарушенные болотные экосистемы являются поглотителями (стоком) углерода атмосферы. В пределах лесостепи болота имеют особое значение как место обитания для растений и животных, являются хранителями генофонда и биоразнообразия региона. Кроме того, торфяные залежи являются хранителями палеографической информации о растительности древних эпох. Верховые сфагновые болота в пределах Пензенской области находятся на южной границе своего распространения, поэтому включают редкие и исчезающие виды растений и являются уникальными по своей структуре и функционированию, что требует специального подхода к их изучению и охране. Верховые болота лесостепи являются реликтовыми геосистемами, которые образовались в условиях гумидного климата в конце атлантического периода голоцена – 6575±100 лет назад [1]. Эволюция этих уникальных геосистем происходила длительное время в условиях меняющегося климата и хозяйственной деятельности человека, что необходимо учитывать при оценке их роли в углеродном балансе атмосферы, экологическом состоянии и географическом прогнозе.
Современные исследования в области углеродного баланса атмосферы проводятся в рамках государственной задачи по реализации Парижского соглашения по глобальному изменению климата. Создан консорциум «РИТМ углерода» (Российские инновационные технологии мониторинга углерода) – всероссийский проект, направленный на исследование проблемы глобального потепления климата и роли природных и природно-антропогенных экосистем в эмиссии парниковых газов в атмосферу [2]. В настоящее время накоплен большой фактический материал об особенностях биологического круговорота углерода на региональном уровне, в том числе и для болотных экосистем [3]. В основном дается оценка болотных экосистем южнотаежной подзоны Западной Сибири. Сделан вывод, что в настоящее время они являются постоянным стоком углерода и способствуют смягчению последствий изменения климата [4]. Региональные исследования болот Западной Сибири посвящены вопросам аккумуляции минерального вещества верховыми болотами, поглощающей способности болот, а также экологическому состоянию торфяных залежей [5-7]. Региональные исследования болот лесостепной зоны Западной Сибири посвящены их генезису и геоэкологической оценке [8-10].
Изучению водораздельных болот Приволжской возвышенности посвящено немного работ. Так, например, палеоботанические исследования болотных экосистем центральной части Приволжской возвышенности отражены в работах И.В. Благовещенского [11] и Н.В. Благовещенской [12], болота Мордовии описаны в работе О.Г. Гришуткина [13]. Растительность болот Ульяновской области описана в работе И.В. Благовещенского [14].
Исследования верховых болот в пределах Пензенской области незначительны. В основном это работы, связанные с описанием растительности [15-17]. Болота лесостепи занимают небольшую площадь и существенной роли в балансе углерода не играют, но изменение климата и хозяйственная деятельность влияют на их экологическое состояние. Необходимы комплексные геоэкологические исследования, направленные на сохранение природоохранных функций болотных экосистем. В пределах Пензенской области, расположенной в зоне интенсивного хозяйственного освоения лесостепи, особенно важно обосновать необходимость включения всех верховых болот в экологический каркас.
Цель исследования – провести геоэкологический анализ и на региональном уровне (междуречье Суры-Труев) оценить экологическое состояние верховых болот (на примере болота Никольское). В задачи исследования входит: 1 – анализ морфологической структуры ландшафта с болотными геосистемами, 2 – изучение истории хозяйственного освоения исследуемой территории и современной антропогенной нагрузки, 3 – оценка экологического состояния геосистемы болота Никольское и смежных геосистем.
Материалы и методы исследования
Геоэкологический анализ проводился согласно общим принципам геоэкологии и включал этапы анализа ландшафтной структуры, истории хозяйственного освоения и современного использования земель исследуемой территории [18]. Одним из основных методов является ландшафтное картографирование с использованием современных ГИС-технологий. Электронные карты выполнены в программе QGIS и Google Earth Pro. Исходной информацией о природном устройстве явилась ландшафтная карта Пензенской области [19]. В качестве исходной информации о происхождении и истории хозяйственного использования болот и смежных геосистем использовались описания и исторические карты, начиная с карт первого Генерального межевания в России конца XIX века, а также исторические космические снимки на данную территорию начиная с 1985 года [20]. Полевые ландшафтные исследования проводились летом 2023 г. и летом 2025 г. Всего было заложено 5 почвенных разрезов: 1 – на плакоре в поле, 1 – на останцовом массиве в лесу, 1 – на склоне суффозионной котловины, 1 – на окраине болота в зоне с древесно-кустарниковой растительностью, 1 – в центральной части болота. Отбор почвенных образцов проводился с глубины 15 см. Первичный анализ физико-химических свойств проводили по классической методике почвоведения, Ph определяли с использованием лакмусовой бумаги. Биологические и микробиологические свойства почв определялись по упрощенной методике в рамках проекта гражданской науки «Всероссийский Атлас почвенных микроорганизмов» в 2023 г. (общее количество органических веществ и наличие азотфиксирующих бактерий, характеризующих плодородие почв). Инструментальные измерения уровня грунтовых вод проводились с использованием гидрологических линеек в центральной и окраинной части болота в 2023 и 2025 гг. Описание растительности проводилось в 5 ключевых точках.
Результаты исследования и их обсуждение
Болото Никольское, расположенное в 4 километрах к северо-востоку от села Никольское Кузнецкого района Пензенской области, относится к памятникам природы регионального значения с 1999 года. Болото сформировалось на останцово-водораздельной поверхности Сурско-Кададинского ландшафта с высотами около 300 м в суффозионной котловине и представляет собой два чашеобразных углубления, соединенных между собой [19]. В растительности болота много видов, занесенных в Красную книгу Пензенской области [16; 15]. Болото Никольское – это реликт среднего голоцена [1]. Верховыми такие болота называются согласно геоморфологическим признакам. Однако к олиготрофным их отнести нельзя, т. к. в условиях современного климата сформировались благоприятные условия для поступления питательных веществ в болото. Благовещенский И.В. относит их к мезоолиготрофному типу. Их развитие зависит от минерализации питающих вод и интенсивности обводнения депрессии [11]. Основное поступление воды в болото – атмосферные осадки, количество которых значительно снизилось по сравнению с климатом позднеатлантического периода. Минерализация грунтовых вод местного водоупора в ложе болота зависит от литологического состава пород, представленного лессовидными суглинками. Кроме того, в котловину поступают воды делювиального стока, характеризующегося сезонностью, но обладающие довольно высокой минерализацией вод (по современным наблюдениям, от 130 до 210 мг/л) [11]. Это обеспечивает сохранение эвтрофного характера растительности в течение всего периода существования болота и определяет невысокую скорость вертикального прироста торфяных отложений.
На процесс эволюции озер и болот, кроме природных процессов, большое влияние оказывает хозяйственная деятельность человека. На примере Никольского болота видно, как антропогенные преобразования прилегающих территорий (распашка, выведение леса, выпас) изменяют скорость и направление естественных процессов (осушение, зарастание), что имеет практическое значение для региона. Процесс хозяйственного освоения авторы проследили по имеющимся картографическим источникам, начиная с плана генерального межевания Кузнецкого уезда Саратовской губернии 1778–1797 гг. (рис. 1).
Как видно, процесс хозяйственного освоения протекал с увеличением антропогенной нагрузки, наибольшие изменения произошли в 1970-1980-х годах, когда исследуемая территория была максимально распахана.
Геоэкологический анализ и оценка экологического состояния современных геосистем водораздела рек Сура – Труев основывался на ландшафтном картографировании, наложении данных об использовании земель и полевых исследованиях. В результате исследований получена электронная карта на исследуемый район междуречья Сура – Труев. Карта выполнена с использованием синтетического метода, который основан на дешифрировании космоснимков, а также использовалась подложка из векторного слоя горизонталей в ГИС (QGis).
Морфологическая структура ландшафта Сура – Труев складывалась в условиях эрозионно-денудационных процессов в течение неоген-четвертичного периода. Коренные породы палеогена, представленные слитыми песчаниками, опоками и опоковидными песчаниками, перекрыты покровными лессовидными суглинками на плакорах и делювиальными суглинками на склонах. Поверхность выравнивания на водоразделе Сура – Труев расположена на высоте 280-290 м, а палеогеновые останцы плотных песчаников выступают на высоту более 300 м (до 321 м). На выполненной электронной крупномасштабной ландшафтной карте отражена типологическая классификация геосистем ранга «урочише» (рис. 2). Всего выделено восемь типов урочищ, отраженных в легенде по литогенной основе.
Рис. 1. История хозяйственного освоения и эволюции озера Никольское на картах [20]
Рис. 2. Электронная ландшафтная карта междуречья Сура – Труев Источник: составлено авторами по результатам данного исследования
Рис. 3. Карта использования земель междуречья Сура – Труев в пределах Кузнецкого района Источник: составлено авторами по результатам данного исследования (цветом показаны виды использования земель, линиями и цифрами – виды урочищ)
Анализ морфологической структуры ландшафта исследуемой территории позволил сделать вывод о том, что ландшафт обладает высоким экологическим потенциалом и играет большую природоохранную роль. Ресурсный потенциал к использованию в сельском хозяйстве в этом районе небольшой. Для распашки пригодны небольшие участки плакоров, перекрытые четвертичными лессовидными суглинками с серыми лесными почвами. Карта «Использование земель», выполненная в программе QGIS с использованием векторных слоев в Google Earth Pro, позволяет выявить закономерности размещения природно-хозяйственных систем с разной степенью антропогенной нагрузки (рис. 3).
Наложение векторных слоев карты использования земель на ландшафтную карту позволяет выявить геоэкологические районы с разной степенью экологического благополучия. Все болота, расположенные в суффозионных котловинах, не испытывают существенного антропогенного воздействия, т. к. смежные геосистемы в основном лесные. Однако болото Никольское ранее испытывало существенное антропогенное воздействие. Водосборная площадь болота (суффозионная котловина) была распахана, в настоящее время ближайшее поле имеет гидравлическую связь с делювиальными водами, питающими болото. Это приводит к общему снижению уровня грунтовых вод и усыханию болота.
Экологическое состояние болота Никольское оценивалось с учетом полевых ландшафтных исследований летних сезонов 2023 и 2025 годов. Были заложены ключевые точки на плакоре, занятом пашней, на останцовом массиве, занятом лесом, на склоне котловины и в растительных зонах болота. Суффозионная котловина имеет глубину более 20 м с пологими склонами на севере и более крутыми на востоке. Выделены две растительные зоны по ведущему типу растительности, почв и глубине залегания грунтовых вод. Первая зона – центральная часть болота, занята травянистой растительностью и сфагновым мхом с куртинами угнетенной сосны, имеет размеры 300 на 350 м, закочкарена. Высота кочек достигает 70 см при диаметре в 150 см. Глубина грунтовых вод в 2023 г. – 45 см, в 2025 г. – 15 см. В мочажинах при надавливании появляется вода. Вторая зона – на периферии болота, имеет ширину около 50 м и состоит преимущественно из редких зарослей ивы и березы высотой 2-3 м, в травянистом покрове преобладает осока, размер кочек значительно меньше и составляет около 50 см высоты и 70 см в диаметре. Здесь в мочажинах вода при продавливании не выступает. Почвенный разрез в этой зоне глубиной 70 см представлен почвенными горизонтами: 1 – дерново-торфяной, 10 см; 2 – глеевый горизонт сизо-серого цвета, 20 см; 3 – лёссовидные суглинки. На глубине 30 см из стенок почвенного разреза сочится вода (рис. 4).
Рис. 4. Полевые исследования болота Никольское в мае 2025 г. (фото автора)
Экологические свойства почв в суффозионной котловине
|
Ключевая точка, геотоп |
Глубина залегания грунтовых вод (см) |
Гигротоп |
Мощность органогенного горизонта (см) |
Мощность глеевого горизонта |
Трофотоп |
Ph |
Микробиологические свойства (наличие азотфиксирующих бактерий) |
|
Болото, центральная часть |
15 |
гигрофитный |
Нет данных |
Нет данных |
олиготрофный |
5 |
нет |
|
Болото, периферия |
45 |
мезогигрофитный |
15 |
13 |
мезотрофный |
5 |
нет |
|
Склон суффозионной котловины |
150 |
мезофитный |
25 |
нет |
евтрофный |
6 |
есть колонии азотфиксирующих бактерий |
На склоне котловины почвы типичные луговые. Первичные исследования физико-химических и микробиологических свойств почв в суффозионной котловине использовались для оценки экологического состояния болота. Наиболее важные показатели, характеризующие скорость торфонакопления и усыхания болота, отражены в таблице.
Почвенный разрез на поле показал морфологическое строение типичных серых лесных почв, на глубине 54 см – лёссовидные суглинки, устойчивый водоносный горизонт залегает предположительно на глубине 20-30 м. Мощность светло-серых почв на останцовом массиве в лесу составляет всего 15 см, подстилающими породами является элювий песчаных пород. На склоне суффозионной воронки показатели экологических свойств почвы характерны для экосистемы влажного луга. Наличие питательных веществ в почве обусловлено делювиальными процессами. На периферии болота почвы торфяно-глеевые, с сезонным процессом торфообразования с преобладанием мезотрофов.
Заключение
Данные полевых исследований, проведенные в период после половодья, подтверждают, что процесс торфообразования в болоте замедленный, на периферии имеет сезонный характер. Большую роль в водном балансе и биологическом круговороте играют делювиальные воды. Мезофильный характер растительности на периферии болота и строение почвенного разреза показывает, что происходит усыхание болота.
Таким образом, интегрированный подход к исследованию ландшафтов с верховыми болотами позволяет получить полную картину о состоянии данных экосистем и сделать следующие выводы. Во-первых, реликтовые болота лесостепи занимают небольшую площадь и не играют существенной роли в стоке атмосферного углерода. Во-вторых, усыхание болот происходит в результате увеличения испарения в условиях потепления климата, а также в результате поступления воды не только с осадками, но и с делювиальными водами повышенной минерализации, что обусловливает эвтрофный характер растительности и замедленное торфообразование. В-третьих, на экологическое состояние болот, не подверженных прямому антропогенному воздействию (торфоразработки, пожары), оказывает влияние история хозяйственного освоения смежных геосистем. В-четвертых, необходимо сохранять природоохранный режим не только болота, но и всего ландшафта, в данном случае междуречья Сура – Труев.
Конфликт интересов
Библиографическая ссылка
Артемова С.Н., Сидоров Н.В. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЕРХОВЫХ БОЛОТ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ (НА ПРИМЕРЕ БОЛОТА НИКОЛЬСКОЕ ПЕНЗЕНСКОЙ ОБЛАСТИ) // Успехи современного естествознания. 2025. № 11. С. 22-29;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=38447 (дата обращения: 10.12.2025).
DOI: https://doi.org/10.17513/use.38447