Болото — это тип болот , накапливающих торф , питаемый богатыми минералами грунтовыми или поверхностными водами . [1] [2] Это один из основных типов водно-болотных угодий наряду с болотами , болотами и болотами . Болота и болота, обе экосистемы , образующие торф , также известны как топи . [2] Уникальный химический состав воды болот является результатом поступления грунтовых или поверхностных вод. Как правило, этот вклад приводит к более высоким концентрациям минералов и более основному pH , чем в болотах. По мере накопления торфа в болоте поступление грунтовых вод может быть уменьшено или прекращено, в результате чего болото становится омбротрофным , а не минеротрофным . Таким образом, болота могут стать более кислыми и со временем превратиться в болота. [2]
Болота можно найти по всему миру, но подавляющее большинство из них расположены в средних и высоких широтах Северного полушария. [2] Среди них преобладают осоки и мхи , особенно злаки , которые редко встречаются в других местах, например, вид осоки Carex exilis . [3] Болота представляют собой экосистемы с высоким биоразнообразием и часто служат средой обитания для исчезающих или редких видов, при этом видовой состав меняется в зависимости от химического состава воды. [2] Они также играют важную роль в круговороте питательных веществ, таких как углерод, азот и фосфор, из-за недостатка кислорода (анаэробные условия) в заболоченных органических низинных почвах. [1]
Исторически болота были превращены в сельскохозяйственные угодья. [4] Однако болота сталкиваются с рядом других угроз, включая вырубку торфа, загрязнение окружающей среды, инвазивные виды и близлежащие нарушения, которые снижают уровень грунтовых вод в болоте, такие как разработка карьеров. [5] Прерывание потока богатой минералами воды в болото меняет химический состав воды, что может изменить видовое богатство и высушить торф. Более сухой торф легче разлагается и даже может гореть. [1] [2]
Болота распространены по всему миру, но чаще всего встречаются в средних и высоких широтах Северного полушария. [6] Они встречаются во всем умеренном поясе и бореальных регионах, но также присутствуют в тундре и в особых условиях окружающей среды в других регионах мира. [1] [2] В Соединенных Штатах болота наиболее распространены на Среднем Западе и Северо-Востоке, но их можно найти и по всей стране. [7] В Канаде болота чаще всего встречаются в низменностях возле Гудзонова залива и залива Джеймс , но их также можно встретить по всей стране. [2] Болота также распространены в северных широтах Евразии, включая Великобританию и Ирландию, а также Японию, но особенно богаты болотами восточно-центральная Европа. [2] [7] Дальше на юг болота встречаются гораздо реже, но существуют в определенных условиях. В Африке болота были обнаружены в дельте реки Окаванго в Ботсване и на горных склонах Лесото . [2] Болота также можно найти в более холодных широтах Южного полушария. Они встречаются в Новой Зеландии и на юго-западе Аргентины, но в размерах значительно меньше, чем в северных широтах. [2] [6] На местном уровне болота чаще всего встречаются на пересечении наземных и водных экосистем, например, в верховьях ручьев и рек. [2] [8]
По оценкам, во всем мире насчитывается около 1,1 миллиона квадратных километров болот, но количественно оценить их размеры сложно. [6] Поскольку определения водно-болотных угодий различаются в зависимости от региона, не все страны определяют болота одинаково. [2] Кроме того, данные о водно-болотных угодьях не всегда доступны и не всегда высокого качества. [2] Болота также сложно четко разграничить и измерить, поскольку они расположены между наземными и водными экосистемами. [2]
Точно определить типы водно-болотных угодий, включая болота, сложно по ряду причин. Во-первых, водно-болотные угодья представляют собой разнообразные и разнообразные экосистемы , которые нелегко классифицировать в соответствии с негибкими определениями. Их часто описывают как переход между наземными и водными экосистемами с характеристиками обеих. [8] Это затрудняет определение точных размеров водно-болотных угодий. Во-вторых, термины, используемые для описания типов водно-болотных угодий, сильно различаются в зависимости от региона. [1] Термин «байу» , например, описывает тип водно-болотных угодий, но его использование обычно ограничивается югом Соединенных Штатов. [9] В-третьих, в разных языках используются разные термины для описания типов водно-болотных угодий. Например, в русском языке нет эквивалентного слова для термина «болото» , который обычно используется в Северной Америке. [8] В результате появилось большое количество систем классификации водно-болотных угодий, каждая из которых по-своему определяет водно-болотные угодья и типы водно-болотных угодий. [1] Однако многие системы классификации включают четыре широкие категории, к которым относится большинство водно-болотных угодий: болота , топи , болота и топи. [1] Хотя системы классификации различаются по точным критериям, определяющим болото, существуют общие характеристики, которые описывают болота в целом и неточно. Общее определение, данное в учебнике «Водно-болотные угодья» , описывает болото как «заболоченное место, накапливающее торф, которое получает некоторый дренаж из окружающей минеральной почвы и обычно поддерживает растительность, похожую на болото». [8]
Ниже представлены три примера, иллюстрирующие более конкретные определения термина fen .
В Канадской системе классификации водно-болотных угодий болота определяются по шести характеристикам: [10]
В учебнике «Экология водно-болотных угодий: принципы и сохранение» Пол А. Кедди предлагает несколько более простое определение болота как «водно-болотного угодья, на котором обычно преобладают осоки и травы, укорененные в неглубоком торфе, часто со значительным движением грунтовых вод и с pH выше, чем 6." [1] Это определение отличает болота от болот и болот по наличию торфа.
В «Биологии торфяников» болота определяются по следующим критериям: [2]
Еще одно различие проводится между открытыми и лесистыми болотами, где открытые болота имеют полог менее 10%, а лесистые болота имеют 10–25% полога. Если преобладают высокие кустарники или деревья, водно-болотные угодья вместо этого классифицируются как лесо-болотные или болотные леса , в зависимости от других критериев.
Гидрологические условия, как это видно на других водно-болотных угодьях, являются основным фактором, определяющим биоту и биогеохимию болот . [11] Болотные почвы постоянно затопляются, поскольку уровень грунтовых вод находится на поверхности или вблизи нее. [12] В результате образуются анаэробные (бескислородные) почвы из-за медленной скорости диффузии кислорода в заболоченную почву. [11] Анаэробные почвы экологически уникальны, поскольку атмосфера Земли насыщена кислородом, в то время как большинство наземных экосистем и поверхностных вод являются аэробными. Анаэробные условия, наблюдаемые в почвах водно-болотных угодий, приводят к снижению , а не окислению химического состава почвы. [11]
Отличительной чертой болот является то, что значительная часть их водоснабжения поступает из грунтовых вод (минеротрофия). [12] Поскольку гидрология является доминирующим фактором водно-болотных угодий, химия грунтовых вод оказывает огромное влияние на характеристики болот, которые они снабжают. [13] Химический состав подземных вод, в свою очередь, во многом определяется геологией горных пород, через которые протекают подземные воды. [14] Таким образом, характеристики болота, особенно его pH, напрямую зависят от типа горных пород, с которыми он контактирует с грунтовыми водами. pH является основным фактором, определяющим видовой состав и богатство болот: более основные болота называются «богатыми», а более кислые болота называются «бедными». [12] Богатые болота, как правило, обладают высоким биоразнообразием и являются местом обитания ряда редких или находящихся под угрозой исчезновения видов, а биоразнообразие имеет тенденцию уменьшаться по мере уменьшения богатства болот. [13] [12]
Болота обычно располагаются над камнями, богатыми кальцием, такими как известняк . [11] Когда грунтовые воды проходят мимо известняковых (богатых кальцием) пород, таких как известняк ( карбонат кальция ), небольшое количество растворяется и переносится в болото, снабжаемое грунтовыми водами. [15] Когда карбонат кальция растворяется, образуется бикарбонат и катион кальция в соответствии со следующим равновесием: [15]
где угольная кислота (H 2 CO 3 ) получается растворением углекислого газа в воде. [15] В болотах бикарбонат-анион, образующийся в этом равновесии, действует как буфер pH, который сохраняет pH болота относительно стабильным. [16] Болота, питаемые грунтовыми водами, которые не проходят через минералы и действуют как буфер при растворении, как правило, более кислые. [17] Тот же эффект наблюдается, когда грунтовые воды проходят через минералы с низкой растворимостью, такие как песок. [17]
В очень богатых болотах карбонат кальция может выпадать в осадок из раствора, образуя отложения мергеля . [17] Карбонат кальция выпадает в осадок из раствора, когда парциальное давление углекислого газа в растворе падает. [18] Снижение парциального давления углекислого газа вызвано его поглощением растениями для фотосинтеза или прямой потерей в атмосферу. [18] Это снижает доступность угольной кислоты в растворе, сдвигая вышеуказанное равновесие обратно в сторону образования карбоната кальция. В результате происходит осаждение карбоната кальция и образование мергеля. [18]
Фен, являющийся отдельным типом водно-болотных угодий, имеет много общих биогеохимических характеристик с другими водно-болотными угодьями. [19] Как и все водно-болотные угодья, они играют важную роль в круговороте питательных веществ , поскольку расположены на границе аэробной (кислородной) и анаэробной (бескислородной) среды. [11] Большинство водно-болотных угодий имеют тонкий верхний слой насыщенной кислородом почвы, контактирующей с атмосферой или насыщенными кислородом поверхностными водами. [11] Питательные вещества и минералы могут циклически перемещаться между этим окисленным верхним слоем и восстановленным слоем ниже, подвергаясь реакциям окисления и восстановления микробными сообществами, адаптированными к каждому слою. [19] В восстановленном слое происходят многие важные реакции, включая денитрификацию , восстановление марганца, восстановление железа, восстановление сульфатов и метаногенез . [19] Поскольку водно-болотные угодья являются горячими точками трансформации питательных веществ и часто служат поглотителями питательных веществ, их можно создавать для очистки богатых питательными веществами вод, созданных в результате деятельности человека. [11]
Болота также являются горячими точками первичного производства , поскольку постоянный приток грунтовых вод стимулирует производство. [19] Болота , в которых отсутствует приток грунтовых вод , имеют гораздо более низкую первичную продукцию. [19]
Углерод из всех типов водно-болотных угодий, включая болота, поступает в основном в виде органического углерода либо из прилегающих горных экосистем, либо в результате фотосинтеза в самих водно-болотных угодьях. [11] Попадая на водно-болотные угодья, органический углерод обычно претерпевает три основные реакции: окисление до CO 2 в результате аэробного дыхания , захоронение в виде органического вещества в торфе или разложение до метана . [11] На торфяниках, включая топи, первичная продукция растений превышает разложение, что приводит к накоплению органических веществ в виде торфа. Местные мхи обычно разлагаются внутри болота, а болота умеренного пояса часто вызываются разложением корней растений. [20] Эти торфяные хранилища улавливают огромное количество углерода. [19] Тем не менее, трудно определить, поглощают ли сети болот или выделяют парниковые газы . [21] Это связано с тем, что болота выделяют метан, который является более сильным парниковым газом, чем углекислый газ. [19] Метаногенные археи , обитающие в анаэробных слоях торфа, объединяют углекислый газ и водород с образованием метана и воды. [11] Этот метан может затем выйти в атмосферу и оказать согревающее воздействие. [22] Было обнаружено, что торфяники с преобладанием коричневых мхов и осоки, такие как болота, выделяют большее количество метана, чем торфяники с преобладанием сфагнума , такие как болота. [19] [21]
Болота играют важную роль в глобальном круговороте азота из-за анаэробных условий в их почвах, которые способствуют окислению или восстановлению одной формы азота в другую. [11] Большая часть азота поступает на водно-болотные угодья в виде нитратов со стоками , в виде органических веществ из других территорий или путем фиксации азота на водно-болотных угодьях. [11] В водно-болотных угодьях встречаются три основные формы азота: азот в органических веществах, окисленный азот ( нитрат или нитрит ) и аммоний . [22]
В торфе много азота. [22] Когда органическое вещество в торфе разлагается в отсутствие кислорода, аммоний образуется путем аммонификации . [11] В окисленном поверхностном слое водно-болотных угодий этот аммоний окисляется до нитритов и нитратов путем нитрификации . [11] Производство аммония в восстановленном слое и его потребление в верхнем окисленном слое приводит к восходящей диффузии аммония. [11] Аналогично, производство нитратов в окисленном слое и потребление нитратов в восстановленном слое в результате денитрификации приводит к нисходящей диффузии нитратов. [11] При денитрификации в восстановленном слое образуется газообразный азот и некоторое количество закиси азота , которые затем выходят из водно-болотных угодий в атмосферу. [11] Закись азота является мощным парниковым газом, производство которого ограничено концентрацией нитратов и нитритов в болотах. [23]
Азот, наряду с фосфором, контролирует плодородность водно-болотных угодий. [11]
Почти весь фосфор, поступающий в водно-болотные угодья, поступает через отложения или растительный опад из других экосистем. [11] Наряду с азотом, фосфор ограничивает плодородие водно-болотных угодий. [11] В основных условиях, подобных тем, которые наблюдаются в чрезвычайно богатых болотах, кальций связывается с фосфатными анионами, образуя фосфаты кальция , которые недоступны для поглощения растениями. [11] Мхи также играют значительную роль, помогая растениям усваивать фосфор, уменьшая фосфорный стресс в почве и стимулируя активность фосфатазы в организмах, обитающих под моховым покровом. [24] Было показано, что гелофиты способствуют круговороту фосфора внутри болот, особенно при восстановлении болот, благодаря их способности действовать как поглотитель фосфора, что предотвращает перенос остаточного фосфора в болоте из него. [25] В нормальных условиях фосфор содержится в почве в виде растворенного неорганического фосфора или фосфата , который оставляет следовые количества фосфора в остальной части экосистемы. [26]
Железо играет важную роль в круговороте фосфора на болотах. Железо может связываться с высоким уровнем неорганических фосфатов на болоте, что приводит к созданию токсичной среды и подавлению роста растений. [24] В болотах, богатых железом, этот район может стать уязвимым к подкислению, избытку азота и калия, а также низкому уровню воды. [27] Торфяные почвы играют роль в предотвращении связывания железа с фосфатом, обеспечивая высокий уровень органических анионов, с которыми железо может связываться, вместо неорганических анионов, таких как фосфат. [27]
Болота и болота можно рассматривать как две экосистемы, находящиеся в градиенте от бедных к богатым: болота на бедном конце, чрезвычайно богатые болота на богатом конце и бедные болота между ними. [28] В этом контексте слова «богатый» и «бедный» относятся к видовому богатству или биоразнообразию болота или болота. [12] На богатство этих видов сильно влияют pH и концентрация кальция и бикарбоната. Эти факторы помогают определить, где на градиенте находится конкретное болото. [29] В целом, богатые болота являются минеротрофными или зависят от богатых минералами грунтовых вод, тогда как болота являются омбротрофными или зависят от осадков в плане получения воды и питательных веществ. [12] Бедные болота находятся между этими двумя.
Богатые болота сильно минеротрофны; то есть большая часть их воды поступает из богатых минералами грунтовых или поверхностных вод. Однако было показано, что болота, более удаленные от поверхностных вод, таких как реки и озера, более богаты, чем соединенные болота. [13] В этой воде преобладают кальций и бикарбонат, что приводит к слабокислому или слегка щелочному pH, что характерно для богатых болот. [12] [30] Эти условия способствуют высокому биоразнообразию. В пределах богатых болот существует большая изменчивость. Самыми богатыми болотами являются крайне богатые (мергелевые) болота, где часто отлагаются залежи мергеля. [17] Часто их pH составляет 7 или выше. [12] Богатые и среднебогатые болота обычно нейтральны или слегка кислы, с pH примерно от 7 до 5. Богатые болота не всегда очень продуктивны; при высоких концентрациях кальция ионы кальция связываются с фосфат-анионами, снижая доступность фосфора и уменьшая первичное производство. [11] [12] Богатые болота с ограниченной первичной продуктивностью могут стабилизироваться за счет накопления мхов и микоризы , которые способствуют круговороту фосфора и могут способствовать росту новой растительности и бактерий. [24] Бурые мхи (семейство Amblystegiaceae ) и осоки (род Carex ) являются доминирующей растительностью. [30] Однако скопление мхов, таких как сфагнум , может привести к подкислению богатого болота, потенциально превращая его в бедное болото. [31] По сравнению с бедными болотами, богатые болота имеют более высокие концентрации бикарбоната, катионов оснований (Na + , Ca 2+ , K + , Mg 2+ ) и сульфатов . [16]
Бедные болота во многом являются промежуточным звеном между богатыми болотами и болотами. По гидрологическому составу они больше похожи на богатые болота, чем на болота, но по составу растительности и химическому составу они больше похожи на болота, чем на богатые болота. [30] Они гораздо более кислые, чем их богатые аналоги, с pH примерно от 5,5 до 4. [12] Торф на бедных болотах имеет тенденцию быть толще, чем на богатых болотах, что отрезает доступ растительности к богатой минералами почве. под. [11] Кроме того, более толстый торф снижает влияние богатых минералами грунтовых вод, которые буферизируют pH. [11] Это делает болото более омбротрофным или зависящим от осадков с низким содержанием питательных веществ для воды и питательных веществ. [11] Плохие болота также могут образовываться в районах, где грунтовые воды, питающие болота, проходят через отложения, которые плохо растворяются или имеют низкую буферную способность при растворении. [17] Видовое богатство, как правило, ниже, чем у богатых болот, но выше, чем у болот. [12] В бедных болотах, таких как болота, преобладают сфагновые мхи, которые подкисляют болото и уменьшают доступность питательных веществ. [30]
Одной из многих угроз, с которыми сталкиваются болота, является превращение их в сельскохозяйственные угодья. [4] Там, где климат подходящий, болота осушаются для использования в сельском хозяйстве наряду с растениеводством, выпасом скота и заготовкой сена . [5] Непосредственный осушение болота особенно вредно, поскольку оно снижает уровень грунтовых вод. [12] Более низкий уровень грунтовых вод может увеличить аэрацию и высушить торф, что приведет к аэробному разложению или сжиганию органических веществ в торфе. [11] [12] Косвенное осушение болота за счет уменьшения запасов воды может быть столь же разрушительным. Нарушение потока грунтовых вод в болото в результате близлежащей деятельности человека, такой как разработка карьеров или жилищное строительство, изменяет количество воды и питательных веществ, попадающих в болото. [5] Это может сделать болото более омбротрофным (в зависимости от осадков), что приводит к подкислению и изменению химического состава воды. [4] Это оказывает прямое влияние на среду обитания этих видов, и многие типичные болотные виды исчезают. [4]
Болотам также угрожают инвазивные виды , фрагментация , вырубка торфа и загрязнение. [5] Неместные инвазивные виды, такие как облепиха обыкновенная в Северной Америке, могут проникать в болота и вытеснять редкие виды болот, сокращая биоразнообразие. [5] Фрагментация среды обитания угрожает болотным видам, особенно редким или исчезающим видам, которые не могут переселиться в близлежащие болота из-за фрагментации. [5] Вырубка торфа, хотя и гораздо чаще встречается на болотах, все же происходит на болотах. Торф, вырезанный из болот, имеет множество применений, в том числе сжигание в качестве топлива. [5] Загрязнители могут изменить химический состав болот и способствовать вторжению инвазивных видов . [5] К распространенным загрязнителям болот относятся дорожные соли, питательные вещества из септиков , а также стоки сельскохозяйственных удобрений и пестицидов. [5]
Шекспир использовал термин «засосанный болотом» для описания тумана (буквально: поднимающегося из болот) в « Короле Лире» , когда Лир говорит: «Заразите ее красоту, Вы, засосанные болотом туманы, привлеченные могучим солнцем, Чтобы упасть и вздуться». [32]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )Вы, проворные молнии, метните свое ослепительное пламя В ее презрительные очи! Заразите ее красоту, Вы, засосанные болотами туманы, привлеченные могучим солнцем, Чтобы упасть и вздуться.