ИСТИНА

Аннотация: анализ измерений высот поверхности, приростов мха и уровня вод на верховом болоте по трансекту с регулярным шагом опробования за несколько лет показал, что структура и динамика рельефа практически полностью описывается от уровня воды и приростов мха и определяется тремя независимыми механизмами (процессами). 1. Введение Работа посвящена исследованию рельефа верхового болота как динамической системы и факторов его формирования. Проводимые прецизионные измерения динамики рельефа являются уникальными и не имеют мировых аналогов. 2. Объекты и методы Исследования проводилось на верховом болоте массива «Старосельский мох» расположенном в восточной части ЦЛГБЗ (Тверская обл.). В центральной части исследуемого болота мощность торфа достигает 420-430 см при возрасте около 10 тыс. лет, на краях при 40-50 см – 20-140 лет. Измерение поверхности болота по фиксированным точкам проводится с 2006 года, когда были проведены первые измерения высот участка верхового болота на трансекте с шагом 10 м и длиной около 600 м. После засухи 2010 года, в 2011 году, было проведено повторное измерение высот поверхности с шагом в 5 м. Получено, что уровень поверхности вырос относительно 2006 года на 14 см. Дальнейшие измерения проводились один-два раза в год с шагом опробования 5 м по фиксированным точкам и 1 м по поверхности болота. В 2015 году, с помощью цифрового тахеометра, были установлены снегомерные рейки с погрешностью позиционирования до 3 см на фиксированную глубину 30 см с шагом 5 м. Это позволило, дополнительно, помимо измерений горизонтального и вертикального смещения реек, измерять прирост мха и уровень болотных вод (УБВ) относительно реек. С середины 2017 года измерение положения реек проводится роботизированным тахеометром с привязкой по двум реперным точкам и корректировкой по третьему независимому реперу. В 2017-2019 годах проводятся полустационарные измерения координат оснований реек, прироста мха и УБВ в течение вегетационного периода. Накопленные к настоящему моменту данные позволяют провести статистический анализ организации и динамики поверхности верхового болота и определить её связь с другими измеренными характеристиками. На первом этапе измерения для каждой из характеристик обобщаются методом главных компонент за различные сроки. Значимые факторы раскладываются на периодические составляющие с помощью вейвлет анализа, которые затем реконструируются. На основе мульти регрессионного анализа определяются уровень и характер связи исследуемых характеристик. Для оценки числа и характера механизмов организации характеристик болота использован показатель Хёрста. Чем выше его значения, тем более организована анализируемая характеристика. Значимые различия показателя Хёрста для частей спектра, может указывать на различия механизмов формирования исследуемой характеристики для разных пространственных масштабов. Общность или различия показателя Хёрста для характеристик может показывать общность и различия в механизмах их организации и динамики. Такой подход позволяет выделить как общую составляющую для всех сроков измерений, так и различия между ними, а так же выделить возможные факторы наблюдаемой динамики. 3. Результаты Факторный анализ 12-ти измерений высот рельефа с шагом в 1 м показал наличие двух значимых факторов описывающих более 99% варьирования исходных измерений. Первый фактор описывает 96.7 % варьирования и максимально положительно связан со всеми сроками наблюдений, второй - 2.4 % варьирования, имеет наибольшие положительные связи со сроками с высокими средними высотами (с июня 2013 года по май 2015 года) и наибольшую отрицательную со сроком с очень низкими значениями средних высот (в середине мая 2016 года). Наклон спектра первого фактора для высоких (показатель Хёрста - 0.94) и средних и низких частот (1.13) различается, что предполагает возможные различия механизмов формирования структур поверхности болота на периодах 2-36 м и более. Для второго фактора показатель Хёрста для высокочастотной части спектра (2-20 м) составил 0.83, для средне и низкочастотной - 1.15. Факторный анализ высоты мха по 12-ти измерениям показал наличие двух факторов, первый - положительно определяет 83 % варьирования высот мха за все сроки измерений, второй - 7% варьирования при положительной связи с поздними сроками измерений и отрицательной с ранними. Показатель Хёрста является общим для всего спектра обоих фактора высоты мха и составляет 0.83. Факторный анализ 8-ми измерений УБВ показал наличие двух факторов описывающих 65 % и 10% варьирования исходных измерений. Первый - имеет максимальные положительные связи со всеми сроками измерений. Второй положительно связан с поздними сроками измерений и отрицательно с ранними. Показатель Хёрста для первого фактора составил 0.83 для периодов менее 63 м и 0.87 для остальной части спектра. Показатель Хёрста для второго фактора УБВ однороден для всех периодов и составляет 0.81. Первый фактор рельефа практически полностью (исправленный R2 =0.97) описывается от составляющих факторов УБВ и высоты мха. Наибольший вклад в описание дают тренд второго фактора УБВ и тренд и период 250-385 м второго фактора высоты мха. Второй фактор рельефа, так же описывается на высоком уровне (исправленный R2 =0.83) от составляющих факторов УБВ и высоты мха. Наибольший вклад в описание дают тренд первого фактора высоты мха, а так же с периоды 111-217 м и 217-385 м для первого фактора УБВ. 4. Выводы В результате анализа выделены три независимых механизма (процесса) определяющих варьирование рассматриваемых характеристик в пространстве и времени: 1) для средне-низко частотных составляющих первого и второго фактора высот рельефа с показателем Хёрста 1.13-1.15; 2) для высокочастотной составляющей первого фактора рельефа с показателем Хёрста 0.94; 3) для высокочастотной составляющей второго фактора рельефа, факторов мха и УБВ с показателем Хёрста – 0.81-0.87. Показано, что рельеф поверхности болота практически полностью описывается приростом мха и УБВ. Для малых периодов определяющим является соотношение скоростей роста сфагнумов и уровня болотных вод. На средних и больших периодах доминирует процесс с положительной обратной связью накопления торфа и подъема вслед за ним уровня болотных вод, что обеспечивает дальнейший прирост торфа.