Болота и их геоэкологическая роль

После осушения в торфяных залежах увеличиваются зоны биогенного круговорота, и процессы минерализации органического вещества начинают преобладать над его поступлением. Вследствие этого организмы, разрушающие торф, потребляют кислород из атмосферы для окисления органического вещества торфа, а в атмосферу выделяют конечный продукт минерализации -двуокись углерода:

С_бН₁₂О₆ + 6О₂ 6СО, + 6Н,0 + 674 ккал.

Количественная  оценка показала, что в зоне умеренного климата в течение годового биоцикла 1 га болот верхового типа связывает 0.88— 2.15 т, низинного - 0.56-1.04 т углекислого газа в виде органического вещества торфа. В противоположность этому, в осушенных торфяных почвах углерод из геологического круговорота переходит в биогенный, поставляя в атмосферу дополнительные количества углекислого газа, выведенные из нее в древние эпохи. При этом в осушенных болотах темпы минерализации органического вещества до углекислого газа в 10-20 раз могут превосходить его накопление естественными болотами, что приводит к аккумуляции в атмосфере парниковых газов. В Беларуси ежегодно с каждого гектара торфяных почв при возделывании пропашных культур в атмосферу выделяется 20.9 ± 3.4 т диоксида углерода, зерновых культур - 12.8 ± 2.3 т, многолетних трав -7.7 ± 1.5 т, осушенных и неиспользуемых выработанных торфяных месторождений и их окрайков -21.3 ±23.6 т.

При оценке газорегуляторной функции болот следует также учитывать залповые выбросы углекислого газа и залповое потребление кислорода на процессы горения при пожарах на торфяниках. К сожалению, пока не разработана методика оценки выбросов углекислого газа при таких пожарах, и оценить залповые выбросы двуокиси углерода не представляется возможным.

В случае облесения  деградированных торфяных почв или выработанных торфяных месторождений в период активного роста леса такие территории будут выводить углекислый газ из атмосферы и обогащать ее кислородом, но после рубки лесных плантаций и последующего использования древесины в хозяйстве весь накопленный древостоем углерод снова превратится в углекислый газ при сжигании дров, устаревшей деревянной мебели, выбывших из строя деревянных домов, тары и других предметов, изготовленных из древесины, а также при микробиологическом разложении различных древесных остатков. При этом из атмосферы будет выведено эквивалентное количество кислорода, затрачиваемого на окисление органического вещества древесных растений. Таким образом, облесение восстанавливает газорегуляторную функцию лишь на некоторое время (десятки лет), но в конечном итоге через 100-200 лет баланс углекислого газа и кислорода на таких территориях будет близок к нулю. Только повторное  заболачивание может восстановить в полном объеме газорегуляторную функцию нарушенных болот.

Геохимическая функция болот тесно связана с аккумулятивной и состоит в аккумуляции различных химических элементов, поступающих на болота с атмосферными осадками, пылью, паводковыми и подземными водами. Торф - безупречный сорбент двух-, трех- и поливалентных металлов, а также ионов аммония. Известны многие месторождения мергеля, известковых туфов, фосфатов, железных руд, урана и германия, сформировавшиеся благодаря тому, что торфяные залежи являются мощным геохимическим барьером на путях миграции элементов с природными водами.

После осушения торфяных залежей геохимическая функция болот сначала ослабляется, а при полном разрушении торфяного слоя прекращается. С осушенных болот в окружающую среду поступает большое количество продуктов разложения торфа в виде нитратов, аммония, соединений кальция, магния, железа и других элементов.

При минерализации  органического вещества в почве образуются водорастворимые соединения. По данным из торфяных почв Беларуси ежегодно вымывается до 1.5 т/га сухого вещества, около половины из которого представлено органическими компонентами.

Многие из водорастворимых  органических веществ, особенно фульвокислоты, резко повышают геохимическую подвижность химических элементов и их соединений за счет реакций ионного обмена, комплексообразования и защитного действия на коллоидные растворы, способствуя безвозвратному выносу из торфяных почв минеральных компонентов, которые в этих почвах находятся в минимуме. Прежде всего это относится к таким элементам, как кальций, магний, железо, алюминий, марганец, никель, кобальт, стронций, медь.

Осушение болот  обусловливает также повышение цветности подземных вод из-за загрязнения их водорастворимыми гумусовыми веществами. В подземные воды поступают и другие продукты минерализации торфа, например аммонийные и нитратные соединения. Сами водорастворимые органические и органоминеральные вещества могут переноситься на большие расстояния и аккумулироваться затем в почвах других территорий.

В связи с тем, что мелиорация болот проведена на огромных площадях, вопрос о выносе водорастворимых соединений с осушенных торфяников приобрел общегосударственное значение. В конечном итоге речь идет об изменениях качественных характеристик не только болотных вод, но и вод водоприемников, о влиянии этого процесса на водную флору, фауну и химический состав воды, которой снабжаются население и промышленность, в том числе таких крупных городов, как Москва, С.-Петербург, Минск и много других. Возникла необходимость организации такого использования мелиорированных торфяных почв, при котором исключалось бы или сводилось к минимуму загрязнение дренажных вод продуктами разрушения торфа. Этому лучше всего соответствует луговодство.

После проведения реабилитации болот на выработанных торфяных месторождениях и деградированных торфяных почвах вместе с возобновлением торфообразовательного процесса усиливается геохимическая функция остаточных слоев торфа, а возродившаяся болотная растительность снова становится биогеохимическим барьером на пути мигрирующих элементов. С позиции оценки геохимической функции, реабилитация болот благоприятна для окружающей среды.

Гидрологическая функция болот заключается в поддержании водного режима не только на площади, занятой торфяными залежами, но и на прилегающих к ним территориях, в озерах и реках, находящихся в пределах единых водосборных площадей, а также в регулировании половодий, скоростей течений и качества воды. Добыча торфа, осушение болот и заболоченных земель существенно изменяют гидрографическую сеть, ее морфометрические характеристики, уклоны, извилистость и др., что в совокупности ведет к понижению уровней грунтовых вод на 1-2 м и к перераспределению внутригодового стока на больших территориях, например в Белорусском, Украинском и Мещерском Полесьях. Заметно уменьшаются площади водосборов озер, находящихся в зоне мелиорации.

Осушение примерно четверти территории Белорусского Полесья привело к истощению водных ресурсов региона, переосушению, усилению минерализации торфа и ветровой эрозии почв.

Развивающаяся полная деградация осушенных торфяных почв и появление новых выработанных участков торфяных месторождений усиливают и ускоряют эти негативные процессы. Если прилегающие к осушенным болотам территории сложены водопроницаемыми песчаными и супесчаными породами, то дренирующее действие может сказываться и на них. Таким образом, изменения гидрологического режима болот на больших площадях создает угрозу общего иссушения и ксерофикации крупного региона.

Уничтожение гидрологической  функции болот продолжается на выработанных торфяных месторождениях после завершения добычи торфа из-за действия осушительной сети. Наибольший ущерб при этом наносится в тех случаях, если выработанное торфяное месторождение расположено в пойме реки или озера.

Осушение болот  обусловливает возникновение пожароопасных ситуаций. Все выработанные торфяные месторождения с действующей осушительной сетью, осушенные торфяные почвы, а также разрабатываемые торфяные месторождения пожароопасны. Естественные болота с нарушенным гидрологическим режимом в результате влияния на них окружающих мелиоративных систем также принадлежат к наиболее пожароопасным территориям, почти ежегодно подвергающимся крупным пожарам, которые распространяются затем и на сопредельные леса. Только в Беларуси, по данным Министерства по чрезвычайным ситуациям, за последние 10 лет ежегодно происходит от 2.5 до 8 тыс. торфяных пожаров на площади от 2 до 12 тыс. га. Известно много случаев, когда пожары, начавшиеся на торфяных месторождениях, распространялись на суходольные леса, луга и даже населенные пункты. Несомненно, что возникновению пожаров благоприятствуют нарушения гидрологической функции болот.

Повторное заболачивание и содержание реабилитированных болот в подтопленном состоянии сводят к минимуму вероятность возникновения пожаров, в то время как облесение не уменьшает, а иногда даже увеличивает пожароопасность таких территорий.

Климатическая функция болот обусловлена их свойством смягчать колебания температуры и влажности воздуха как на самих болотах, так и на прилегающих территориях. Благодаря этому, вблизи неосушенных болот в меньшей степени проявляются кратковременные атмосферные засухи, весенние и осенние заморозки. Например, даже в самые засушливые периоды вблизи болот роса бывает обычным явлением, и это позволяет растениям нормально развиваться.

Ослабление и изменение  роли болот в регулировании микроклимата происходит вследствие уничтожения их гидрологической функции. Известно, что неосушенная торфяная залежь хорошо проводит тепло, способна быстро аккумулировать и быстро отдавать его в окружающую среду, увлажнять воздух. В жаркие и холодные периоды неосушенные болота противостоят перегревам и переохлаждениям воздуха, а также засухам, смягчая микроклимат не только над болотами, но и на прилегающих суходолах. В противоположность этому осушенная торфяная залежь плохо проводит тепло, очень медленно его аккумулирует и также медленно отдает в окружающую среду. Вследствие этого поверхность осушенных торфяных почв в жару перегревается, а большая часть тепла остается в атмосфере, способствуя локальным перегревам воздуха. В периоды весенних и осенних заморозков осушенная торфяная залежь не способна быстро отдать тепло в атмосферу и повысить температуру приземного воздуха, а в периоды засух - не способна охладить его. При локальном осушении единичных болот изменения в микроклимате могут проявляться весьма слабо. Однако осушение болот на сотнях тысяч гектаров в Белорусском, Украинском, Мещерском и Люблинском Полесьях уже привело к изменению климата в этом регионе: атмосферные засухи, а также поздневесенние и раннеосенние заморозки здесь стали обычными явлениями, в то время как до осушения болот эти явления здесь были весьма редки.

Помимо непосредственного  воздействия на микроклимат, болота оказывают значительное косвенное влияние на глобальные климатические изменения, воздействуя на количество и состав парниковых газов атмосферы, о чем говорилось выше. Наибольший негативный эффект суммарного прямого и косвенного воздействия на климат оказывает осушение болот. Как видно из табл. 1, для улучшения климата, прежде всего в Полесье, целесообразно на выработанных торфяных месторождениях, деградированных и неэффективно используемых торфяных почвах осуществить восстановление болотных экосистем.

Ресурсно-сырьевая функция болот проявляется в предоставлении человеческому обществу таких важных ресурсов, как торф, для топлива, удобрений, лечебных грязей, химической переработки и использования во многих других направлениях, не менее ценны в качестве ресурсов - древесина, лекарственные и медоносные растения, ягоды и грибы, а также охотничья болотная дичь. Помимо этого, болота являются важным территориальным ресурсом, который используется для строительства, создания мелиорированных сельскохозяйственных угодий, водоемов, лесопосадок и в других направлениях.

При осушении болот  большинство вышеуказанных форм проявления этой функции утрачивается. Как видно из табл. 2, в полной мере сохраняется лишь территориальный ресурс.

Культурно-рекреационная  функция болот состоит в том, что они места активного отдыха людей - сбора ягод, грибов, лекарственных растений, охоты, а также объектами туризма и экологического образования.

В осушенных болотах  по мере убыли торфяного слоя эта функция постепенно ослабляется вплоть до полного прекращения.

Информационно-историческая функция болот заключается в том, что торфяные залежи хранят в себе информацию об истории развития растительного покрова и о динамике климата в прошлые эпохи. Носители такой информации -пыльца и споры растений, привносимые на болота с окружающих территорий и хорошо сохраняющиеся в торфяных залежах. По их составу специалисты реконструируют растительный покров, среди которого находилось болото в разные периоды голоцена, а также изменения климата на протяжении последних 10-11 тыс. лет. Эта информация имеется в каждой торфяной залежи. В значительно меньшей степени такие сведения получаются о более древних периодах развития планеты, например о рисс-вюрмском или миндель-рисском межледниковьях, из-за малого количества сохранившихся погребенных торфяных залежей, сформировавшихся в эти периоды.

 При осушении болот вместе с разрушением торфяных залежей уничтожается и эта функция, а после реабилитации она начинает медленно восстанавливаться.

Влияние болот и их осушения на речной сток. Практическое значение болот. Вопрос о влиянии болот на речной сток имеет принципиальное значение для оценки гидрологической роли болот в природных комплексах и для оценки возможных изменений стока рек в результате осушительных мелиорации.

Единой точки зрения относительно гидрологического значения болот и в особенности их «регулирующей» роли у гидрологов долгое время не было. Одни считали, что болота увеличивают весенний сток, другие — уменьшают. Подобные противоречивые точки зрения имелись и в оценке влияния болот на меженный сток. Усилиями в основном советских гидрологов (К. Е. Иванов, И. А. Шик-ломанов и др.) к настоящему времени сложились следующие представления о гидрологической роли болот.

Вследствие повышенного  испарения и транспирации с поверхности болота уменьшают среднюю величину стока: с заболоченных территорий в реки поступает меньше стока, чем с сопредельных незаболоченных земель. Важно отметить, что различие в испарении с поверхности болот и незаболоченных земель растет с уменьшением общей увлажненности территории.

В тундре испарение  с болот и незаболоченных земель в условиях избыточного увлажнения мало отличается. Различие возрастает в лесной зоне в условиях достаточного увлажнения и достигает наибольшего значения в степной, полупустынной и пустынной зонах (в условиях недостаточного увлажнения), где с заболоченных земель теряется на испарение значительно больше воды, чем с сопредельных сухих территорий. Так, огромные массы воды теряются на так называемое непродуктивное испарение с заболоченных пойм и дельт («плавней») в южных районах России. Непродуктивное испарение — это потери воды с открытой водной поверхности и при транспирации болотной (не «культурной», т. е. сельскохозяйственной) растительностью.