На правах рукописи

ВЕРШИНИН Константин Евгеньевич ДИНАМИКА РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА И УСЛОВИЯ УВЛАЖНЕНИЯ БОЛОТ ЮГА ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ В ГОЛОЦЕНЕ 03.00.05 - ботаника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Владивосток - 2008

Работа выполнена в Лимнологическом институте Сибирского отделения Российской академии наук

Научный консультант: доктор географических наук Безрукова Елена Вячеславовна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Крестов Павел Витальевич доктор географических наук, профессор Короткий Алексей Михайлович

Ведущая организация: Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук

Защита состоится 15 апреля 2008 года в 13:00 на заседании диссертационного совета Д 005.003.02 при Биолого-почвенном институте ДВО РАН по адресу: 690022, г. Владивосток, пр-т 100 лет Владивостоку, 159.

Факс: (4232) 310-193.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке ДВО РАН.

Автореферат разослан 4 марта 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук Баркалов В.Ю.

2

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В современных условиях жесткого антропогенного воздействия на природу изучение развития растительного покрова во времени представляется довольно важным. В этой связи болота как крайне уязвимые экосистемы вызывают несомненный интерес. Вопросы восстановления нарушенных экосистем требуют знаний о механизмах и условиях формирования растительного покрова. Торфяные болота в этом смысле являются уникальными лестественными архивами, в которых хранятся данные об условиях природной среды в целом и торфонакопления в частности. Заключенная в торфяниках информация может быть расшифрована методами биостратиграфического (ботанический состав) и спорово-пыльцевого исследований (Пьявченко, 1958; Blackford, 2000).

Являясь биогенными накоплениями, торфяные отложения надёжно датируются радиоуглеродным методом. В их составе выделяются локальные и региональные компоненты растительности.

Болота играют важную роль в регуляции гидрологического режима ландшафтов в условиях резко расчлененного горно-котловинного рельефа юга Восточной Сибири, имеют важное значение для сохранения биоразнообразия. Сибирские болота играют заметную роль в глобальном цикле углерода (Инишева, Головацкая, 2002; Ваганов и др., 2005). Однако болотные экосистемы территории пока остаются слабо изученными в плане познания истории их формирования (динамики растительного покрова, условий увлажнения болот и т.д.).

Цель и задачи исследования Цель настоящей работы: восстановление особенностей развития растительного покрова болот на юге Восточной Сибири в течение голоцена.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:

Х изучить ботанический состав торфа ряда разрезов, выявить последовательность изменений в составе растений-торфообразователей;

Х охарактеризовать особенности формирования растительных сообществ болот в условиях климатической ритмики голоцена;

Х провести сравнение имеющихся для разрезов спорово-пыльцевых записей с данными ботанического состава торфа;

Х выявить наиболее существенные периоды в истории торфяников, используя индекс увлажнения (ИУ) и спорово-пыльцевой степь/лес индекс (SFI).

Научная новизна работы заключается в том, что проведено детальное изучение ботанического состава ряда торфяных разрезов территории;

определены растения-торфообразователи, охарактеризовано послойное строение изученных разрезов; восстановлен облик локальных растительных сообществ. Также проведен детальный расчет хронологических рубежей формирования растительного покрова болот на основе калиброванной геохронологической шкалы. Впервые в регионе проведена реконструкция условий увлажнения болот (с использованием ИУ и его сравнение с трендом вариаций степь/лес индекса (SFI).

Теоретическая и практическая значимость Полученные результаты имеют прежде всего фундаментальное значение. Они могут быть использованы для палеоботанических (палеоклиматических) исследований в регионе; могут быть полезны специалистам различного профиля: ботаникам, экологам, географам, геологам. Результаты работы могут быть также использованы для подготовки лекционных курсов студентам упомянутых специальностей.

Основные защищаемые положения:

1. Состав основных растений-торфообразователей позволил выделить в регионе две ботанико-географические группы торфяников: предгорноподгорные байкальских побережий и высокогорные. Изученные болотные экосистемы развиваются в направлении от эутрофно-мезотрофных к олиготрофным.

2. По результатам исследования ботанического состава торфа выделяются 3 основных этапа в становлении растительного покрова болот юга Восточной Сибири в течение голоцена. Первый - влажный, от 13 до тыс. л.н., переменно-влажный, от 9 до тыс. л.н. до нижней границы суббореального периода (~5,8 тыс. л.н.). Современный растительный покров торфяных болот региона сформировался в конце суббореального - начале атлантического периода. Наиболее детально эти изменения зафиксированы в торфяниках восточного побережья оз. Байкал.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на IX Всероссийской палинологической конференции (Москва, 1999), Международном симпозиуме Геохимия ландшафтов, палеоэкология человека и этногенез (Улан-Удэ, 1999), Всероссийском научнопрактическом молодёжном симпозиуме Экология Байкала и Прибайкалья (Иркутск, 1999, 2000), Конференции Проблемы экологии. Чтения памяти М.М. Кожова (Иркутск, 2000), Х Всероссийской палинологической конференции Методические аспекты палинологии (Москва, 2002), международной конференции Speciation in Ancient Lakes, SIAL-III (Новосибирск, 2002, Berlin, 2003), Рабочем совещании Изучение глобальных изменений на Дальнем Востоке (Владивосток, 2004), IV Верещагинской Байкальской конференции (Иркутск, 2005), ХI Всероссийской палинологической конференции Палинология: теория и практика (Москва, 2005), 2 Всероссийской научной школе молодых учёныхпалеонтологов (Москва, 2005), Международном APN-START симпозиуме по изучению глобальных изменений в Северо-Восточной Азии (Владивосток, 2005), The 13th IBFRA Conference (Umea, 2006). Работа также была представлена на Палеоботаническом коллоквиуме (Новосибирск, 2006) и заседании Дальневосточного отделения РБО (Владивосток, 2008).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 27 работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, глав, выводов, изложена на 126 страницах, содержит 4 таблицы и 23 рисунка.

Список литературы содержит 179 источников, в том числе 34 на иностранном языке.

Благодарности. Особая благодарность научному руководителю д.г.н.

Е.В. Безруковой, без которой эта работа бы не состоялась. Cледует поблагодарить сотрудников Лимнологического института СО РАН, Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН за совместные работы в поле.

Отдельное спасибо академику М.А. Грачеву, д.г.-м.н. А.П. Федотову, д.г.м.н. В.С. Волковой, д.г.н. В.С. Пушкарю, к.г.-м.н. М.В. Черепановой и своей семье за поддержку и терпение.

Глава 1. Краткий очерк истории биостратиграфических исследований торфяников на юге Восточной Сибири В главе приводится обзор литературных источников за более чем лет. Сведения о генезисе болот Прибайкалья, основанные на результатах бурения торфяников, впервые появляются в работах А.Н. Криштофовича (1910, 1913). В дальнейшем болотные экосистемы Прибайкалья исследовались в основном геоботаниками и ресурсоведами (Галазий, Моложников, 1982).

Среди значительных результатов последнего времени в изучении палеорастительности и палеоландшафтов региона, в том числе на основе исследования торфяников, следует выделить работы Е.В. Безруковой с соавторами: (Безрукова, Летунова, 2001; Bezrukova, 2001; Bezrukova et al., 2003а; Безрукова и др., 2002а, 2002б, 2003, 2004а, 2004б, 2005в, 2006, 2007;

Bezrukova et al., 2005; Белов и др., 2005, 2006; Кузьмин и др., 2007;

Prokopenko et al., 2007; Tarasov et al., 2007). Однако в указанных работах приводятся лишь фрагментарные сведения о ботаническом составе торфяных разрезов. История развития растительного покрова и стратиграфия торфяников региона в позднеледниковье и голоцене все еще остается недостаточно изученной, и в первую очередь, с точки зрения динамики локальных растительных сообществ и условий их формирования.

Глава 2. Материалы и методы исследования Образцы торфа для целей анализа ботанического состава были получены бурением с помощью тонкостенного пробоотборника, а также бура системы Инсторфа. Пробы из торфяных обнажений Фролиха и Чивыркуй были получены отбором вручную. Для коротких разрезов - Ярма (90 см), Кучелга (42 см) и Куркула (85 см) материал в полевых условиях был получен из заложенных шурфов. Интервалы опробования - от 10 см (Арангатуй и Дулиха) до 2 см (Кучелга). Всего было исследовано около 2360 образцов торфа (табл. 1).

Разрезы восточного побережья. Разрез Фролиха вскрыт в обнажении р. Фролиха (северо-восточное побережье оз. Байкал) примерно в 1 км от побережья. Разрез Крохалиная пробурен на заболоченном участке центральной части восточного побережья Чивыркуйского залива. Пробы торфа разреза Чивыркуй получены из обнажения на берегу Чивыркуйского залива, который соответствует уровню первой 1 байкальской террасы (Безрукова и др., 2005а). Разрез Арангатуй пробурен на заболоченном перешейке п-ова Святой Нос вблизи одноименного озера.

Разрезы южного побережья. Разрезы Дулиха и Паньковка также пробурены тонкостенным пробоотборником. Торфяник Дулиха расположен неподалеку от одноименной реки. Разрез Паньковка расположен на междуречье рр. Паньковка и Хара-Мурин.

Разрез Кучелга уникален тем, что это впервые полученный торфяной материал с засушливой центральной части западного побережья оз. Байкал.

Он расположен в пределах низкой надпойменной террасы р. Кучелга (северное побережье зал. Мухор, в 1,5 км от уреза воды).

Высокогорные торфяники.

Также впервые получен непрерывный разрез торфяника Куркула с труднодоступной территории в северо-западной части оз. Байкал (км от побережья, в экзарационной котловине на ригеле ниже оз.

Проточное, абс. высота около м.). Образцы торфа разреза Ярма взяты из шурфа на болоте, окружающем горные озёра Большое и Малое Ярменские (1320 м над у.м.).

Рис. 1. Карта-схема расположения изученных торфяных разрезов.

2.1. Ботанический состав торфа Попытки воссоздать особенности развития растительного покрова опираясь только на результаты спорово-пыльцевого анализа (СПА) не могут привести к получению полной и детальной картины этого процесса (Сукачёв и др., 1965). Для повышения надежности таких реконструкций наряду с данными СПА необходимо использовать и результаты анализа макроостатков растений. Исследования ботанического состава торфа проведены по стандартным методикам, описанным в ряде работ (Тюремнов, 1949; Сергеев, 1974; Кац, Кац, Скобеева, 1977). Пример графического оформления полученного материала представлен на рис. 2.

2.2. Палинология Экстракция спор и пыльцы из торфяных отложений проводилась группой палинологов Института археологии и этнографии СО РАН по стандартной лабораторной методике (Moore, Webb, Collinson, 1991;

Richardson, Hall, 1994), подготовка материала описана в ряде работ (Безрукова и др., 1996, 2000, 2002 и др.). Результаты исследования споровопыльцевых спектров (СПС) разреза Крохалиная приводятся по неопубликованным данным, любезно предоставленным Е.В. Безруковой и А.А. Абзаевой.

2.3. Расчет индекса увлажнения Метод, основанный на балльной системе отношения растенийторфообразователей к водному режиму, позволяет получить количественные оценки влагообеспеченности экотопа в течение времени. Методика расчета индекса увлажнения (далее - ИУ) была предложена Г.А. Елиной и Т.К.

Юрковской (Елина и Юрковская, 1986, 1992), Елина и др., 1994) и использована в ряде работ по палеогеографии Фенноскандии и Беломорья (Aнтипин и др., 1996; Eлинa, Apcлaнoв, Kлимaнoв, 1996; Eлинa, Лукашов, Юрковская, 2000; Eлинa, Лукашов, Токарев, 2005; Елина, Филимонова, и др.) и Западной Сибири (Ямских, Гренадерова, 2003; Ямских, Карпенко, Гренадерова, 2004). На территории Восточной Сибири эта методика ранее не применялась.

Индекс SFI, или степь-лес индекс (steppe-forest index), применен для демонстрации взаимоотношения между лесными и степными таксонами растительности как индикаторов изменения уровня атмосферных осадков (Traverse, 1988).

2.4. Хронологическое обеспечение Для изученных разрезов имеется 25 радиоуглеродных датировок, полученных, преимущественно, методом ускорительной масс-спектрометрии (AMS). Результаты калибровки радиоуглеродных дат выполнены с помощью программы CALIB rev.5.0.1. (Stuiver, Reimer, and Reimer, 2005). Даты получены с использованием метода А (2 sigma calibration). В качестве точки отсчета взят 2000 год. Полученные калиброванные данные округлялись до значений, кратных 5. В дальнейшем обсуждении результатов и при реконструкциях растительного покрова использовался калиброванный возраст.

2.5. Временное разрешение полученных записей Результаты расчета времени начала торфонакопления изученных разрезов представлен в табл. 1. Временное разрешение полученной информации составляет в среднем от 80 до 320 лет.

Табл. 1. Время начала торфонакопления и интервалы опробования изученных торфяных разрезов Разрез Мощность, Расчетный Интервал Количество см (калиброванный) опробования, образцов возраст основания см торфяника, л.н.