Болотные экосистемы.

Болото — глубокая впадина. Огромного ока земли. ОН плакал так долго, Что в слезах изошло его око. И чахлой травой поросло. Но сквозь травы и злаки. И белый пух смеженных ресниц — Пробегает зеленая искра, Чтобы снова погаснуть в болоте. И тогда говорят в деревнях, Неизвестно откуда пришедшие, Колдуны и косматые ведьмы: — Это шутит над вами болото. — Это манит вас темная сила. А. Блок

Что же такое болото? Только ли триединство специфической растительности, воды и торфа? Определений болот много. Вот одно из них, данное А. А. Ниценко: «Болото — тип земной поверхности, постоянно или длительное время увлажненной, покрытой специфической растительностью и характеризующейся соответствующим почвообразовательным процессом. Болото может быть с торфом или без торфа». Это определение пояснений не требует. М. С. Боч и В. В. Мазинг приводят другое определение: «Болото — это сложная развивающаяся, на высших стадиях развития саморегулирующаяся экосистема, в которой степень продукции органического вещества растениями во много раз превышает степень их разложения». Сложно, правда? Но не пугайтесь, сейчас разберемся.

Почему болото — экологическая система, объяснять уже не надо. Далее. «Как все живое, болото рождается, мужает и старится», — так словами журналиста В. Варламова можно объяснить термин «развивающаяся». А как понять, что болото «саморегулирующаяся система»? Рассмотрим это на примере. Если болото «подняло свою шапку» настолько, что вода стекает с него, то наступает «засуха» — и сфагновые мхи отмирают. На их месте поселяются лишайники и печеночные мхи, не производящие торф, в результате чего через некоторое время «шапка» уплощается и вновь появляются условия для поселения влаголюбивых сфагнов и отложения торфа. И последнее объяснение: превышение продукции органического вещества над ее разложением — это и есть накопление торфа.

Нам осталось разобраться в вопросе о том, что такое тип болота и сколько их, типов. Продолжу начатое ранее изречение В. Варламова: «Но судьба, в виде условий внешней среды, сильно сказывается на облике болота и на том, сколько ему веку отпущено».

Многообразие болот.

Большинство болотоведов считают, что тип болотного массива соответствует современной стадии его развития. Каждый тип болота имеет только ему свойственную растительность, торфяную залежь и свой ход развития. Но разных природных условий в нашей стране много; значит, и типов болот будет много. Сначала рассмотрим простейшую схему (рис. 84). В начальной стадии развития, при заболачивании суши или зарастания водоема, питательных веществ с грунтовыми водами поступает достаточно. И тогда формируются богатые, низинные болота, называемые еще евтрофными. Эта стадия может продолжаться долго, а на болоте откладывается низинный торф. Низинным болотам присущи богатая и разнообразная флора, пышное развитие растительности. Они включают травяные, кустарниковые, лесные и очень много промежуточных вариантов типов.

Как только питательных веществ поступает меньше, болото становится мезотрофным, или переходным. Одна из причин — нарастание слоя торфа и выход его из сферы влияния богатых грунтовых вод. В это время питание осуществляется за счет обедненных грунтовых или поверхностных вод при участии атмосферных. Первый признак мезотрофизации — появление сфагновых мхов. Переходные болота очень разнообразны по растительности: травяно-сфагновые, древесно-сфагновые и др.

Верховые (олиготрофные) болота — следующая стадия развития. Они питаются уже только за счет атмосферных осадков. Эдификаторы этих болот — сфагновые мхи. Они могут быть с редким древесным ярусом, с кустарничками и травами, но главные всегда — сфагны.

Рис. 84. Схема развития болота [по: Болота Эстонии, 1988]. Стадии развития: E — евтрофная с плоской формой поверхности, М — мезотрофная со слабовыпуклой формой поверхности, О — олиготрофная с сильновыпуклой формой поверхности, Д — дистрофная с плосковыпуклой формой поверхности. 1–4 — торф (1 — низинный, 2 — переходный, 3 и 4 — верховой), 5 — подстилающие минеральные породы.

В природе низинные болота обычно сменяются переходными, потом — верховыми. Иногда какая-то фаза выпадает, и тогда болото сложено одним переходным или даже верховым торфом. Смены происходят постепенно или «скачками», и каждая такая стадия представлена своей растительностью.

Таким образом, болота различают по типу питания (или трофности), по растительности и гидрологии. И дальше, рассказывая о болотах, я буду пользоваться терминами «низинный», «переходный», «верховой» и одновременно их синонимами для растительности: «евтрофный», «мезотрофный», «олиготрофный».

Среди болотоведов немало шутников, слагающих стихи на свои, профессиональные темы. Вот как поэтично писал о типах болот большой и талантливый ученый А. А. Ниценко:

Во-первых, будем отмечать, Что как бы это ни печально, Необходимо различать Болот три типа минимально. Олиготрофный тип один По-русски означает «бедный», Евтрофный — много есть сплавин, Но тут вникать в детали вредно. Здесь комплекс факторов царит, Но это так ужасно сложно, Что разобрать весь ряд причин Нам абсолютно невозможно…

Плоские верховые болота.

Они всегда облесены, И к ним, трактуя в смысле узком, Относят чаще смесь сосны, С пушицею и сфагнум фускум.

Слабовыпуклые верховые болота.

Здесь, в центре, — сфагновая гладь, А сбоку — мокрая каемка, Но эти свойства распознать Способна лишь аэросъемка.

Южнокарельские низинные.

Биоценозы здесь пестры, Как всякий может убедиться, В них входят вахта, комары И члены разных экспедиций…

Вспомните схему болотных провинций (см. рис. 60). Как пояснение хочу подчеркнуть, что каждой географической зоне свойственны свои типы болот. В тундре господствуют полигональные, в лесотундре — бугристые. В северной тайге чаще всего встречаются аапа болота (иначе — низинные и переходные грядово-мочажинные); в средней и южной тайге — выпуклые сфагновые грядово-мочажинные верховые. В зоне широколиственных лесов одинаково часты верховые лесные и низинные травяные; в лесостепи — осоковые и тростниковые низинные; а в степи — низинные травяные, часто засоленные. Но здесь следует помнить, что это всего лишь схема. А на деле все гораздо сложнее, и каждый из названных географических типов включает несколько более мелких: топографических, эдафических и др.

Необходимо отметить еще один момент: понимание отдельных типов болот немыслимо без учета мхов. Но разобраться в видовых различиях мхов неспециалисту очень трудно. Поэтому в дальнейшем при описании болот, где мхи являются эдификаторами, я буду называть их группы по типу питания: евтрофные, мезотрофные, олиготрофные (иначе — мхи богатого, среднего и бедного питания). И все это потому, что по мхам можно определить, какое болото — бедное или богатое (верховое или низинное).

Часто придется отмечать отношение мхов к водному режиму. Так, гидрофильные мхи растут в очень «мокрых» местах, психрофильные — в. «сухих» (среди последних есть болотные виды и лесные). Очень распространены мхи средних условий — мезофиллы. И все-таки такой подход делает болота безликими.

Поэтому названы лишь те виды мхов, которые строго региональны, т. е. присущи только определенный географическим типам болот.

Сказ о торфе.

Горячее солнце было матерью каждой травинки, каждого цветочка, каждого болотного кустика, ягодника. Всем им солнце отдавало свое тепло, и они, умирая, разлагаясь, в удобрении передавали его, как наследство, другим растениям, кустикам, ягодкам, цветкам и травинкам. Но в болотах вода не дает родителям-растениям передать все свое добро детям. Тысячи лет это добро под водой сохраняется, болото становится кладовой солнца, а потом кладовая солнца, как торф, достается человеку в наследство. М. Пришвин

Миллионы лет назад, в каменноугольном периоде, на обширных болотах распространились гигантские древовидные папоротники, хвощи и плауны. В теплом и влажном климате они росли как на дрожжах. Фитомасса их была огромна, и торф нарастал очень быстро. Со временем мощные слои торфа перекрывались осадками и прессовались. Постепенно при высоком давлении и повышенной температуре образовывался сначала бурый уголь, потом — каменный, а завершался процесс превращением угля в графит и антрацит. Следовательно, торф и уголь — родственники; разница у них лишь в возрасте: торф еще юный, а уголь уже зрелый. Поэтому торф называют молодым горючим ископаемым.

В нашу геологическую эпоху торфяных болот тоже много, особенно в бореальной зоне. Правда, это уже другие болота: больше — травяные и моховые, меньше — древесные. В голоцене после отступления ледника торф нарастал непрерывно. А если взять весь четвертичный период, к которому относится голоцен, то торфяные болота благоденствовали только в межледниковья. В ледниковые периоды болота «стирались» с лица Земли вместе со своими отложениями. С этих времен сохранились лишь редкие погребенные торфяники, которые иногда удается обнаружить. Торф в них настолько спрессован, что больше похож на бурый уголь. Так было найдено промежуточное звено между торфом и углями.

С доисторических времен известна была способность торфа гореть. Письменные сообщения о торфе как о топливе встречаются уже в источниках I в. нашей эры (у Тацита и Плиния Старшего). Но долго еще не знали, что за образование торф. И даже в ХVII в. в Центральной Европе торф считали массой, пропитанной земляным маслом или горной смолой.

Но вернемся в наше время и посмотрим, что такое торф. Каждый теперь знает, что торф образуется за счет неполного разложения растений. Упрощенно так и есть. На самом же деле торфообразование — очень сложный процесс. В одних условиях разлагается большая часть живой массы, в других она переходит в торф почти в ненарушенном виде. Так что видов торфа так же много, как и растительных сообществ. Разнообразие вносят и внешние условия: количество и качество минеральных элементов, сумма растворенного в воде кислорода, уровень грунтовых вод, их проточность и др. Все эти слагаемые определяют свойства торфа: степень разложения, зольность, кислотность, насыщенность основаниями и т. д.

Если рассмотреть кусочек торфа под микроскопом, то будут видны различные растительные остатки, в той или иной мере разрушенные, и темные хлопья — гумус. Чем больше степень разложения, тем больше гумуса и меньше кусочков растений. Кстати, степень разложения зависит не только от внешних условий, но и от состава самих растений, слагающих торф. Одни растения хорошо и быстро разлагаются (широколистные травы), другие — наоборот (сфагновые мхи). Есть и промежуточные ряды растений. В целом формирование торфа — процесс биохимический, в котором наряду с химическими превращениями принимают участие грибы, бактерии, дрожжи и мелкие беспозвоночные животные.

Как видим, разных видов торфа может быть очень много. Но чтобы не запутаться в этом множестве, создана классификация, которая объединяет 150 видов торфа. Близкие виды составляют группы (древесная, травяная, моховая), последние — типы (низинный, переходный, верховой). Одни виды торфа распространены больше, другие — меньше. Например, в таежной зоне чаще всего встречаются сфагновые торфы, в степной — травяные. Часты торфы древесные, пушицевые, осоковые, вахтовые, тростниковые; редки — камышовые, ивовые. Есть виды, в которых преобладают остатки одного растения, двух или трех; соответственно строится и название вида торфа (осоково-сфагновый, древесно-тростниковый и т. д.). Всего в сложении одного вида торфа участвует от 2–3 до 20 и более растений.

Торфяные болота можно назвать особыми кладовыми, где один пласт перекрыт другим, затем третьим и т. д. Напомню, что общий запас торфа составляет около 250 млрд т. Определив весь набор остатков растений в каждом слое торфа, можно восстановить последовательный ход смен растительности на болоте, а подключив сюда результаты спорово-пыльцевого, химического и других анализов, — получить уже полную картину прошлой природной обстановки в каждом из периодов голоцена.

Разные виды торфа в соответствии со своими качествами находят применение в том или ином направлении народного хозяйства. Из торфа получают органические удобрения, торфяную подстилку, топливо, продукты химической переработки (кормовые гидролизные сахара, спирт, фурфурол, кормовые дрожжи, ростовые вещества, биостимуляторы, активные угли, горный воск) и мн. др. Для этих целей добывается 178 млн т торфа (данные 1986 г.).

Самое нерациональное направление — сжигание торфа. И хотя торфяное топливо по количеству выделенного тепла находится между дровами и бурым углем, сжигать его очень невыгодно. Теперь доказано, что наиболее эффективна комплексная переработка торфа. По сравнению с чисто энергетическим использованием она дает в 15–30 раз больше прибыли.

Наиболее традиционным направлением является трансформация осушенных болот в сельскохозяйственные земли. На них создаются поля для кормовых культур и многолетних трав. Широкое применение в сельском хозяйстве находит и торф: из него готовят органические удобрения, торфяные горшочки под рассаду, субстратные торфоблоки, торфодерновые ковры, субстрат для газонов и мн. др. Эффективность применения сфагнового малоразложенного торфа в качестве подстилочного материала, а затем на удобрение значительно выше, чем традиционной соломы или опилок. Торфяная подстилка хорошо поглощает и удерживает в себе газы и жидкость. Слаборазложившийся сухой сфагновый торф, как губка, впитывает воду: 1 кг такого торфа может удержать примерно 20 л воды (в 8-10 раз больше, чем 1 кг, соломы). Подстилочный торф используют в животноводстве, где он оказывает антисептическое действие, задерживая гнилостное разложение навоза, в результате чего возрастает молочная продуктивность коров, увеличиваются привесы молодняка и яйценоскость птиц. В Прибалтийских республиках подстилочный торф успешно экспортируется.

Торфяная подстилка, прошедшая через животноводческие фермы и насыщенная навозом, увеличивает выход органических удобрений для полей. Весьма целесообразно использовать подстилочный торф для приготовления торфофекальных туков: они являются высокоэффективным удобрением. Это важно и в санитарно-гигиеническом отношении, особенно для поселков, где нет канализации. Применение торфяных грунтов в теплицах способствует получению высоких урожаев тепличных культур и более раннему их созреванию; например, урожай огурцов может достигать 40 кг на 1 м².

Малоразложившиеся торфа пригодны для химической переработки: из обезвоженного верхового торфа вырабатывают этиловый спирт и щавелевую кислоту. Этот торф хорош и как изоляционный материал: в подсушенном торфе все поры заполнены воздухом. Благодаря этому качеству под слоем сухого торфа долго могут сохраняться и пищевые продукты. Из такого торфа изготавливают теплоизоляционные плиты, которые находят широкое применение в строительстве.

Торф малой степени разложения — идеальный сорбент. Он поглощает различные загрязняющие вещества, в том числе и тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий), и гербициды. Поэтому неосушенные верховые болота выступают в природе как естественные фильтры. Вода, прошедшая через них, не только чистая, но и лишена болезнетворной микрофлоры. Торфяные фильтры применяют для очистки и промышленных, и бытовых вод. Опыты показали, что 1 м² фильтрующей поверхности торфа толщиной в 20–75 мм способен очистить от примеси тяжелых металлов 800 л воды, а одна весовая часть абсолютно сухого торфа удерживает 8-12 весовых частей нефти.

Исследованиями выявлено, что из торфа и углей можно извлекать физиологически активные вещества, например гумат натрия — производное от гуминовых кислот. Этот препарат повышает сопротивляемость животных организмов неблагоприятным условиям. А сами гумидные кислоты стимулируют рост и развитие растений, повышают урожай многих сельскохозяйственных культур. Из торфа получают красители, которые дешевле обычных анилиновых красок.

Известны и другие аспекты использования торфа, например в медицине. Торфы высокой степени разложения, такие как пушицевый и древесный, служат заменителями лечебной грязи. Они пластичны, имеют высокую теплоемкость, малую теплопроводимость, бактерицидность, гигроскопичность. С помощью торфотерапии лечат ревматизм и хронические воспаления. Из торфа можно получать даже лекарства, которые применяют при лечении малокровия, при отравлениях, для регенерации кожи, при различных кожных заболеваниях.

В некоторых странах, например в США, на осушенных торфяниках выращивают рождественские елки. На болотах с выработанным торфом создаются рыборазводные пруды. Конечно, это не все; есть и иные сферы употребления торфа. Исследования торфа в аспекте его применения в народном хозяйстве продолжаются. Без сомнения, что в будущем откроются и другие интересные особенности разных торфов, и новые направления их использования.

А теперь совершим путешествие по болотам отдельных регионов нашей страны. Ежегодно летом отправляемся мы в экспедиции. Добираемся до нужных нам болот по-разному: на машине, вертолете, лодке, поездом. Далее наша участь такова: шагать целый день в тяжелых резиновых сапогах по топкому и пружинящему под ногами болоту, тащить тяжелый рюкзак с образцами, ночевать в палатке (или даже без нее) в лесу или на болоте, терпеть полдневную жару летом, холод и дожди осенью, не обращать внимания на тучи комаров и мошек, получать удовольствие от особого болотного воздуха и краткого привала у костра с кружкой крепкого чая. Но главное — любить свою работу, любить болота, которые сами проводят «естественный отбор». И уже тот, кто прошел через этот отбор, никогда не изменит своей профессии.

Не удивляйтесь, что мой рассказ будет «прыгать» с одного конца страны в другой. Если продвигаться с севера на юг, то болота изменяются настолько постепенно, что уловить разницу между ними трудно. Зато метод «контрастов» подходит более всего. Вначале мы побываем в регионах, самых благоприятных для развития и существования болот, — в нашей обширной тайге, а потом — и в других местах, где болотам, казалось бы, совсем не место.