Динамика ландшафтов Белорусско-Валдайского поозерья в голоцене: роль природных и антропогенных факторовНИР

Landscape dynamics of the Belarusian-Valdai Poozerie in the Holocene: the role of natural and anthropogenic factors

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 28 апреля 2021 г.-11 мая 2022 г. Динамика ландшафтов Белорусско-Валдайского поозерья в голоцене: роль природных и антропогенных факторов
Результаты этапа: В течение первого года выполнения проекта проведены полевые работы в пределах ключевых участков «Себежский» (Себежский район Псковской области, Россия) и «Освея» (Верхнедвинский район Витебской области, Республика Беларусь), выполнены работы по отбору образцов болотных отложений 2-х разрезов («Шкреды» и «Освея»), составлены комплексные ландшафтные описания изучаемых болотных комплексов и окружающей их территории. Также выполнен полный объём лабораторных анализа болотных отложений разреза «Шкреды» (в том числе анализы гумификации торфа и концентрации макроскопических частиц угля, использованные впервые для разрезов данного региона), проведена их обработка и интерпретация. На основе полученных данных подготовлена публикация в рецензируемом научном журнале. Выполнена лабораторная подготовка образцов для проведения дальнейших анализов для разреза «Освея». Из каждого разреза отобраны и переданы в лабораторию образцы для проведения радиоуглеродного датирования. Поставленные цели и задачи в основном выполнены, подготовлено две публикации, из которых одна – в рецензируемом научном журнале. 1. Отбор образцов и описание изучаемых болотных комплексов Полевые работы в пределах ключевого участка «Освея» проводились в августе 2021 года, в пределах ключевого участка «Себежский» - в сентябре 2021 года (совместно с белорусскими коллегами). Оба ключевых участка (рис. 1. Таблицы и рисунки представлены в приложенном файле с полным текстом и иллюстрациями) с физико-географической точки зрения относятся к Белорусско-Валдайскому поозёрью и согласно схеме физико-географического районирования расположены на стыке Прибалтийской и Северо-Белорусской ландшафтных провинций лесной области Восточно-Европейской равнины. Расстояние между точками отбора образцов составляет 31 км. 1.1. Разрез «Освея» (Освейский заказник, Беларусь) Болото Освея представляет собой часть котловины оз. Освея, относящегося к бассейну Западной Двины. Болото расположено на стыке флювиогляциальной и озёрно-ледниковой равнин с преобладанием песков в качестве литогенной основы. Преобладающий растительный покров – вторичный мелколиственные (с преобладанием Betula pendula Roth и Alnus incana (L.) Moench и участием Populus tremula L. и Pinus sylvestris L.) По переувлажнённым низинам к юго-западу от изучаемого болота преобладает Alnus glutinosa (L.) Gaertn. К северу от болота преобладают сосняки-зеленомошники. Болото имеет площадь 2820 га. При этом около ¼ площади массива нарушено за счёт осушительной мелиорации, выполненной в 70-80-е годы XX века, однако отбор образцов производился на участке, не подверженном мелиоративным работам. Болото имеет мезотрофно-олиготрофный тип. Древесный ярус растительного покрова изучаемого болота представлен редкой Pinus sylvestris L. С незначительным участием Betula pubescens Ehrh. Кустарничковый ярус представлен пятнами и Chamaedaphne calyculata (L.) Moench и Vaccinium oxycoccos L. На участке бурения практически вся поверхность торфяника покрыта мхами рода Sphagnum. Наблюдаются грядово-мочажинные комплексы с перепадами высот около 25-30 см. Отбор образцов произведён в ходе полевых работ в сентябре 2021 года. Образцы отбирались в точке с максимальной мощностью торфяных отложений (56º2'38'' с.ш. 27º59'23'' в.д). Бурение осуществлялось торфяным буром Сукачёва производства фирмы Eijkelkamp с диаметром пробоотборника 5 см и длиной 50 см, позволяющим отбирать керны ненарушенного торфа и других отложений до глубины более 10 м. Колонки торфа отобраны в трёхкратной повторности. Общая характеристика торфяной колонки представлена в табл. 1 и на рис. 2 Верхняя часть залежи сформирована торфами, состоящими, преимущественно из сфагновых мхов и трав. Нижележащие горизонты представлены гиттией, подстилаемой озёрными суглинками. Для проведения анализов свойств отложений болота Освея, керны были разрезаны по 5 см для проведения спорово-пыльцевого анализа, а также анализов потерь при прокаливании, гумификации и ботанического состава. Образцы для проведения анализа содержания макроскопических частиц угля в торфе порезаны каждый 1 см. Отобрано 4 образца для проведения радиоуглеродного датирования (образцы находятся в работе в отделе физико-химических исследований «НПЦ по геологии» в г. Минск (Беларусь). Образы находятся в работе на кафедре физической географии и ландшафтоведения МГУ имени Ломоносова, образцы для проведения палинологического анализа переданы для работы белорусским участникам проекта. Анализ гумификации торфа, подсчёт содержания макроскопических частиц угля в отложения и радиоуглеродный анализа всей колонки проводится впервые для данного участка. 1.2. Разрез «Шкреды» (национальный парк «Себежский», Россия) Изучаемое болото Шкреды расположено на террасе озера Нечерица, относящегося к бассейну Западной Двины, на стыке флювиогляциальной и озёрно-ледниковой равнин с преобладанием песков в качестве литогенной основы. Территория относится к т.н. Себежскому поозёрью и подобные работы для данной территории проведены впервые. Преобладающий растительный покров – сосняки-зеленомошники, характерные для подобных ландшафтов. Изученный комплекс представляет собой типичное мезотрофное болото овальной в плане формы площадью 2,4 га. Древесный ярус растительного покрова изучаемого болота представлен Pinus sylvestris L. С незначительным участием Betula pubescens Ehrh. Кустарничковый ярус представлен Ledum palustre L. и Chamaedaphne calyculata (L.) Moench. В травяном ярусе преобладает Eriophorum vaginatum L. Большая часть болота покрыта мхами рода Sphagnum. Наблюдается кочки высотой до 20 см. средняя высота древостоя около 10-11 м. Отбор образцов произведён в ходе полевых работ в августе 2021 года. Образцы отбирались в точке с максимальной мощностью торфяных отложений (56°10'46,17" с.ш. и 28°29'50,80" в.д). Бурение осуществлялось также осуществлялось торфяным буром Сукачёва производства фирмы Eijkelkamp. Колонки отложений отобраны в трёхкратной повторности. Общая характеристика торфяной колонки представлена в табл. 2 и на рис. 3 Верхняя часть залежи сформирована торфами, с преобладанием сфагновых мхов со значительным участием трав, в нижней части отложения мелко дисперсионные, хорошо разложившиеся, представлены гиттией. Подстилающие породы – мелко- и среднезернистые пески озёрного или флювиогляциального происхождения. Для проведения анализов свойств отложений болота Шкреды, керны были разрезаны по 5 см для проведения спорово-пыльцевого анализа, а также анализов потерь при прокаливании и гумификации. Одна колонка была разрезаны каждый 1 см для проведения анализа концентрации макроскопических частиц угля. Отобрано 6 образцов для проведения радиоуглеродного датирования (образцы находятся в работе в отделе физико-химических исследований «НПЦ по геологии» в г. Минск (Беларусь). 2. Результаты анализа отложений болота Шкреды и интерпретация полученных данных Получены результаты спорово-пыльцевого и палеоантракологического анализов, а также результаты исследования потерь при прокаливании и гумификации торфа. Сопоставление полученных результатов анализа свойств торфяной залежи с данными спорово-пыльцевого анализа позволило установить несколько этапов развития растительного покрова на территории, непосредственно прилегающей к изучаемому палеоархиву. Использованы данные полевого ботанического анализа и фотофиксации угольных прослоев в торфе. Результаты представлены на рисунке 4. На основании изменений в составе спектров и концентрации пыльцы и спор выделено в общей сложности восемь пыльцевых зон. Сопоставление с спорово-пыльцевых данных с результатами других анализов отложений проведено на основе палинологических зон. Пыльцевая зона 1 (520-465 см) характеризуется высоким содержанием и концентрацией травянистых растений (до 40 %). Среди NAP господствует Ranunculaceae (20 %) и Poaceae (18 %). Присутствует пыльца Polygonum, Asteraceae, Artemisia, Rumex, Cyperaceae. Доля пыльцы древесных пород составляет 60 %. Это зона максимального содержания пыльцы Betula (50%). Отмечено участие в спектре пыльцы Quercus, Populus, из кустарников – Corylus и Salix. Из споровых в спектрах участвует пыльца Polypodiaceae. Отложения представлены гиттией, характеризующейся потерями при прокаливании в диапазоне от 5% на глубине 515-520 см до 22-38% в вышележащих горизонтах, что говорит о преобладании неорганических остатков в составе отложений. Значения гумификации (оптической плотности потока) также очень малы и колеблются от 0,01 до 0,03 ед. Концентрация микрочастиц угля находится в диапазоне от 8 до 57 частиц угля на см3 при средних значениях 15 частиц на см3 с ярко выраженными пиками на глубине 496 и 491 см. Однако при визуальном анализе прослои угля выделены не были. В пыльцевой зоне 2 (465-390 см) отмечено увеличение доли древесных пород до 85 %. Значительно участие пыльцы Pinus (40 %) и Betula (30 %). Немного снижается содержание пыльцы Quercus относительно предыдущей зоны, при увеличении доли пыльцы Corylus и появлении пыльцы Carpinus и Ulmus. Содержание пыльцы перечисленных широколиственных древесных не превышает 15 %. В пыльцевых спектрах среди травянистых растений снижается содержание пыльцы Poaceae до 10 % и Ranunculaceae до 7 %, появляется пыльца Chenopodiaceae. Среди спор в спектрах участвуют Polypodiaceae (на прежнем уровне относительно предыдущей зоны) и Fassambronia. Отложения представлены гиттией, но при этом анализ потерь при прокаливании показывает резкий рост значений с 21% до 92-96% верхней части зоны, что свидетельствует о резкой смене седиментационных условий (вероятно, от открытого озёрного водоёма, к закрытому небольшому озеру болотного типа), сопровождавшейся сокращением поступления неорганического материла и резким увеличением поступления органики. Значения гумификации остаются аналогичными предыдущей зоне. Средняя концентрация частиц угля остаются схожей – 16 частиц на см3. При этом наблюдаются ярко выраженные пики концентрации макроугля на глубине 429 см и 405-407 см со значениями до 98 и 161 частиц на см3 соответственно. Второй пик концентрации синхронен смене седиментационных условий. Пыльцевая зона 3 (390-325 см) отмечается возрастанием доли древесных растений (до 90 %) за счет появления в спектрах пыльцы Alnus, Populus (20 %). Содержание пыльцы Pinus 35 %, Picea 5 % (ниже, чем в предыдущих двух зонах), Quercus и Corylus на уровне предшествующей зоны. В составе трав появляется пыльца Thalictrum, которая в других зонах выше и ниже по колонке не отмечается. Содержание спор минимально среди выделенных пыльцевых зон и не превышает 5 %. Отложения также представлены органической гиттией. Средние значения концентрации макроуглей в данной пыльцевой зоне снижаются до 4 частиц на см3. Значения гумификации несколько возрастают и колеблются в диапазоне от 0,02 до 0,15 единиц с минимальными значениями на глубине 345 см и максимальными – на 355 см. Значения потерь при прокаливании остаются стабильно высокими и колеблются в диапазоне от 83% (385 см) до 97% (375 см). В целом, отдельные понижения потерь при прокаливании ниже 90% соответствуют всплескам концентрации макроскопических частиц угля в 2-3 раза относительно средних значений. Пыльцевая зона 4 (325-200 см) выделена по падению содержания пыльцы Betula (до 10 %), возрастанию пыльцы Picea (до 20 % в верхней части зоны), Quercus (10 %), Populus (первый максимум, 30 %), Ulmus (первый максимум, 9 %), Carpinus, появлению в спектрах пыльцы Tilia, Vacciniaceae. Для зоны характерно устойчивое высокое содержание пыльцы Ranunculaceae (10 %). Из сопутствующей пыльцы трав характерны Poaceae, Rumex, Urtica, Plantago. В пыльцевом спектре начинает появляется пыльца водно-болотных растений (Nymphaeae, Sparganium). Среди споровых в начале зоны незначительно Fassambronia, к концу зоны выпадает из спектра уступая место Polypodiaceae. Отложения представлены торфом, преимущественно состоящим из остатков трав и сфагновых мхов. Средняя концентрация макроскопических частиц угля в данной пыльцевой зоне снижается до 2 частиц на см3 со всплесками до 53 частиц на см3 на глубине 302-305 см и до 21 частицы на см3 на 282 см. Угольные прослои визуально не выделены. Значения потерь при прокаливании остаются стабильно высокими от 94 до 98 % с незначительным спадом до 84 % на глубине 260-265 см. Значения гумификации торфа остаются низкими и колеблются в пределах 0,1-0,2 ед. с чётким плавным трендом на повышение. Отмечается связь между отдельными выбросами значений гумификации и концентрации частиц угля, но при этом аналогичной связи с анализом потерь при прокаливании не наблюдается. В пыльцевой зоне 5 (200-155 см) отмечается пик содержания пыльцы Pinus (55 %), пыльца Juniperus (уникальна для выделенной зоны) при прежних уровнях содержания пыльцы широколиственных (Q.m.) и мелколиственных древесных. Относительно выше- и нижележащих зон характеризуется наличием пыльцы Salix. Для пыльцы NAP (минимум по всему разрезу, 3 %) характерно выпадение из спектра отмеченных выше травянистых, появление Liliaceae. Из споровых прежние значения Polypodiaceae, появление (но на низких значениях, до 2 %) Equisetum. Отложения, также, как и в предыдущей зоне, представлены торфом, преимущественно состоящим из остатков трав и сфагновых мхов. Средняя концентрация макроуглей и потери при прокаливании в данной палинозоне остаются на том же уровне со всплесками на глубинах 193 и 179 см, которым соответствуют видимые угольные прослои в торфе. Значения гумификации сохраняют плавный тренд на увеличение значений от 0,18 до 0,25 ед. Также наблюдается корреляция между отдельными всплесками содержания макроуглей и снижениями значений потерь при прокаливании и гумификации. Для пыльцевой зоны 6 (155-110 см) характерно снижение пыльцы Pinus до 45 %, прежние значения Picea и Betula, возрастание долей Alnus и Quercus, вторые пики содержания Populus и Ulmus, появление Ephedra, падение участия пыльцы Corylus. Содержание пыльцы травянистых до 25 %, в основном за счет пыльцы Ranunculaceae, при участии в спектре Asteraceae, Polygonum. Из пыльцы водно-болотных растений Nymphaeae, Nyphar, Sagittaria. Содержание споровых незначительно, увеличивается к концу зоны за счет Polypodiaceae и появления в спектрах Sphagnum. Отложения представлены травяно-сфагновыми торфами. Средняя концентрация макроуглей падает до значений <1 частиц на см3, отдельные пики концентрации не наблюдаются. Также не наблюдается угольные прослои. Значения потерь при прокаливании находятся в диапазоне от 95 % до 97 % за исключением образца с глубины 110-115 см, значения потерь при прокаливании которого снижаются до 87 %. Значения гумификации увеличиваются от 0,21 до 0,46 ед. Глубина максимального значения совпадает с глубиной «провала» значений потерь при прокаливании. Пыльцевая зона 7 (110-80 см) отмечается резкой сменой общего состава: AP 70 %, NAP 2 %, Spores 28 %. Из древесных высокие значения Pinus (до 50 %), снижается содержание пыльцы Picea до 5 %, Alnus до 7 %, Quercus до 2 %, Populus до 5 %, выпадает из спектра Ulmus. Среди NAP пика достигает Urtica. Среди споровых отмечено планомерное возрастание содержания Sphagnum до 15 %. Средняя концентрация макроуглей возрастает до 3 частиц на см3, но значения потерь при прокаливании остаются высокими (96-99 %, что соответствует торфам верхового типа). Отдельным всплескам концентрации макроскопических углей до 10 частиц на см3 соответствуют визуально различимые угольные прослои. Значения гумификации достигают максимальных значений для всей колонки 0,36-0,51 ед., что говорит о высокой степени разложения торфяной массы. Пыльцевая зона 8 (80-0 см) соответствует верхней части разреза. Характерно возрастание пыльцы споровых (до 35 %) преимущественно Sphagnum. Из других споровых появляется Hypnum в верхней части зоны. Выделяется по возрастанию пыльцы Betula до 20 % и снижению пыльцы Picea до 3 %. Вновь появляется пыльца Salix. Из травянистых отмечается участие в спектре пыльцы Poaceae, Artemisia, в верхней части зоны Chenopodiaceae и Polygonum. На протяжении всей зоны отмечается пыльца Oxycoccus до 4 %. Отложения также представлены торфами, преимущественно состоящими из остатков сфагнума и различных трав. Средние значения концентрации частиц угля в торфе резко возрастают до 18 частиц на см3, при этом отмечаются значительные пики концентрации угля на глубине 65, 52-56, 42, 35 и 10-12 см, которым также соответствуют визуально видимые прослои угля в торфе. Значения потерь при прокаливании колеблются в диапазоне от 90% до 98%, но отдельные понижения значений, в целом, коррелируют с самыми значительными пиками концентрации макроугля, что говорит о том, что зафиксированный поток выпавшего на поверхность торфяника частиц угля сопровождался синхронным привносом в болотную котловину неорганического материла в результате пожаров в непосредственной близости от болота. Согласно полученным результатам в спорово-пыльцевых спектрах изученного разреза преобладает пыльца деревьев и кустарников (60-98 %), основными компонентами являются Pinus, Picea, Betula, Alnus, Populus. Пыльца широколиственных древесных (Quercus, Tilia, Ulmus, Carpinus) присутствует в небольшом количестве (3-10 %) преимущественно в центральной части разреза. Группа трав наибольших значений достигает в нижней части разреза (до 30 %), основные представители Poaceae, Ranunculaceae, Urtica, Rumex, Chenopodiaceae, Polygonum и некоторые другие широко распространенные семейства. Среди споровых (преимущественно в верхней части разреза, до 35 %) широко представлены: Sphagnum, Hypnum, Polypodiacea. Выделенные пыльцевые зоны соответствуют трем фазам развития растительности (см. рис. 4). Фаза развития растительности I характеризуется преобладанием хвойно-широколиственных лесов со значительным участием березы в древостое. Значительная концентрация макроскопических частиц угля (и сопутствующие им колебания значений потерь при прокаливании) в отложениях I фазы свидетельствуют о значительной роли лесных пожаров в формировании растительных сообществ. Вероятно, именно обилие лесных пожаров могло способствовать значительному участию берёзы в древостоях. При стратиграфии отложений аналогичные фазы развития растительности были в разрезах Освея и Лозовики (Zernitskaya V., Mikhailov, 2009) и Межужол (Зерницкая В.П., Новенко Е.Ю.) на севере Беларуси, в разрезе Старосельский Мох на юге Валдайской возвышенности (Новенко, 2016), в разрезе Кокоревское в пределах Полистово-Ловатьской болотной системы (Nosova et al., 2019), а также (но с несколько меньшим участием широколиственных пород) на юго-востоке Латвии (Heikkilä, Seppä, 2010). Аналогичная корреляция между пыльцевыми спектрами и концентрацией частиц угля в отложениях выявлена в разрезе Кривецкий мох на северо-западе Валдайской возвышенности (Mazei et al., 2020). Во II фазу развития растительности по-прежнему сохранялись хвойно-широколиственные леса с более значительным участием термофильных элементов в составе древесного яруса. Показатели концентрации частиц угля и потерь при прокаливании свидетельствуют от том, что пирогенное воздействие на экосистемы было эпизодическим и не приводило к коренным сменам растительных сообществ. При этом показатель гумификации указывает на низкую степень разложения торфа, что является косвенным индикатором относительно влажных климатических условий, благоприятных для участия термофильных элементов в составе растительных сообществ и не способствующих возникновению лесных пожаров. Также о влажных условиях говорит появление в спектрах пыльцы водно-болотных растений, что может говорить об увеличении обводненности территории. Увеличение роли широколиственных пород в составе древостоя характерно практически для всех разрезов в изучаемом регионе и примыкающим к нему районам. Практически идентичная корреляция палинологических данных с низкими показателями концентрации макроскопических частиц угля в торфе и гумификации также зафиксирована в разрезе Кривецкий Мох на северо-западе Валдая (Mazei et al., 2020). Следующая фаза развития растительности – III – березово-сосновые леса с повсеместным развитием процессов заболачивания лесных геосистем, о чем свидетельствует появление в спектрах значительного участия Sphagnum. На протяжении всей фазы характерны частые лесные пожары, сопровождающиеся незначительным притоком неорганического вещества в болотную котловину. При этом анализ гумификации торфа свидетельствует о том, что относительно сухие климатические условия были характерны в первую очередь для первых двух третей фазы, а для последней трети климатические условия характеризовались меньшей тепло- и влагообеспеченностью (вероятно, данный этап соответствует малому ледниковому периоду (Хотинский, 1977; Новенко 2016)), но при этом активность лесных пожаров сохранялась на том же уровне, что косвенно свидетельствует о высокой пирогенной активности в экосистемах для данной фазы развития растительности. Объясняется как естественным климатическим фактором, так и антропогенным прессом. В целом, такая ситуация характерна для большинства ландшафтов с песчаной литогенной основой (как более чувствительных к пожарам) центральной части Восточно-Европейской равнины. Аналогичная картина синхронного снижения доли Picea и увеличении доли Betula в пыльцевых спектрах также отмечена и в наиболее близко расположенному к изучаемому разрезу болоту «Освея» (Zernitskaya V., Mikhailov, 2009), где эта смена интерпретируется как иссушение климата, что в случае разреза Шкреды подтверждается результатами анализа гумификации торфа, где показан резкий рост степени разложения торфа, вызванного, вероятно, снижением уровня болотных вод. Косвенно это подтверждается увеличением роли пыльцы антропогенных индикаторов – Artemisia, Poaceae, Urtica, Rumex. В целом, схожие процессы трансформации растительного покрова и появления пыльцы антропогенных индикаторов выявлены практически во всех разрезах изучаемого региона и прилегающих к нему районов, в том числе не только по палинологическим данным, но и по данным гумификации и антракологического анализа (Mazei et al., 2020). Отдельно стоит обратить внимание на корреляцию визуально отмеченных угольных прослоев с результатами анализа макроскопических частиц угля. Отмеченные в торфяной залежи угольные прослои, в целом, совпадают с пиками концентрации макроскопических части угля, однако мощность угольного прослоя в большинстве случаев не коррелирует с абсолютными значениями концентрации частиц угля. В нижней части литологической колонки, представленной озёрными отложениями (гиттией) угольные прослои визуально не выделены, но антракологический анализ показывает значительные концентрации частиц угля, что ещё раз подтверждает ненадёжность метода визуальной фиксации угольных прослоев (Ohlson et al, 2006).
2 12 мая 2022 г.-29 февраля 2024 г. Динамика ландшафтов Белорусско-Валдайского поозерья в голоцене: роль природных и антропогенных факторов
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".