Низинный болото — это тип торфяно -аккумулирующего водно- болотного угодья, питаемого богатыми минералами грунтовыми или поверхностными водами . [1] [2] Это один из основных типов водно-болотных угодий наряду с болотами , топями и трясинами . Болота и низинные болота, обе торфообразующие экосистемы , также известны как топи . [2] Уникальный химический состав воды низинных болот является результатом поступления грунтовых или поверхностных вод. Обычно это приводит к более высоким концентрациям минералов и более основному pH, чем в болотах. По мере накопления торфа в низинном болоте поступление грунтовых вод может быть уменьшено или прекращено, что делает низинное болото омбротрофным , а не минеротрофным . Таким образом, низинные болота могут стать более кислыми и со временем перейти в болота. [2]
Болота можно найти по всему миру, но подавляющее большинство из них расположено в средних и высоких широтах Северного полушария. [2] В них преобладают осоки и мхи , особенно злаки , которые редко встречаются в других местах, такие как вид осоки Carex exilis . [3] Болота являются экосистемами с высоким биологическим разнообразием и часто служат средой обитания для находящихся под угрозой исчезновения или редких видов, причем видовой состав меняется в зависимости от химии 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 почвах болот. [1]
Болота исторически были преобразованы в сельскохозяйственные земли. [4] Помимо такого преобразования, болота сталкиваются с рядом других угроз, включая выемку торфа, загрязнение, инвазивные виды и близлежащие нарушения, которые снижают уровень грунтовых вод в болоте, такие как добыча полезных ископаемых. [5] Прерывание потока богатой минералами воды в болото изменяет химический состав воды, что может изменить видовое богатство и высушить торф. Более сухой торф легче разлагается и может даже гореть. [1] [2]
Болота распространены по всему миру, но чаще всего встречаются в средних и высоких широтах Северного полушария. [6] Они встречаются по всей умеренной зоне и бореальным регионам, но также присутствуют в тундре и в определенных условиях окружающей среды в других регионах по всему миру. [1] [2] В Соединенных Штатах болота наиболее распространены на Среднем Западе и Северо-Востоке, но их можно встретить по всей стране. [7] В Канаде болота чаще всего встречаются в низинах около Гудзонова залива и залива Джеймса , 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 богата болотами восточно-центральная Европа. [2] [7] Южнее болота встречаются гораздо реже, но существуют при определенных условиях. В Африке болота были обнаружены в дельте Окаванго в Ботсване и на склонах высокогорий в Лесото . [2] Болота также можно найти в более холодных широтах Южного полушария. Они встречаются в Новой Зеландии и на юго-западе Аргентины, но их распространение гораздо меньше, чем в северных широтах. [2] [6] Локально болота чаще всего встречаются на пересечении наземных и водных экосистем, таких как верховья 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 или имеют высокое качество. [2] Болота также трудно строго разграничить и измерить, поскольку они расположены между наземными и водными экосистемами. [2]
Строго 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 жесткими определениями. Их часто описывают как переход между наземными и водными экосистемами с характеристиками обеих. [8] Это затрудняет определение точной протяженности водно-болотных угодий. Во-вторых, термины, используемые для описания типов водно-болотных угодий, сильно различаются в зависимости от региона. [1] Термин «bayou» , например, описывает тип водно-болотных угодий, но его использование, как правило, ограничивается югом Соединенных Штатов. [9] В-третьих, разные языки используют разные термины для описания типов водно-болотных угодий. Например, в русском языке нет эквивалентного слова для термина «болото» , как он обычно используется в Северной Америке. [8] Результатом является большое количество систем классификации водно-болотных угодий , каждая из которых определяет водно-болотные угодья и типы водно-болотных угодий по-своему. [1] Однако многие системы классификации включают четыре широкие категории, в которые попадает большинство водно-болотных угодий: болото , топь, трясина и низинный болото. [1] Хотя системы классификации различаются по точным критериям, определяющим низинный болото, существуют общие характеристики, которые описывают низинные болота в общем и неточно. Общее определение, данное в учебнике Wetlands, описывает низинный болото как «накапливающее торф водно-болотное угодье, которое получает некоторый дренаж из окружающей минеральной почвы и обычно поддерживает болотоподобную растительность». [8]
Ниже приведены три примера, иллюстрирующие более конкретные определения термина fen .
В Канадской системе классификации водно-болотных угодий болота определяются шестью характеристиками: [10]
В учебнике « Экология водно-болотных угодий: принципы и охрана » Пол А. Кедди предлагает несколько более простое определение болота как «заболоченной местности, на которой обычно преобладают осоки и травы, укорененные в неглубоком торфе, часто со значительным движением грунтовых вод и с pH выше 6» . [1] Это определение отличает болота от болот и топей наличием торфа.
В «Биологии торфяников» низинные болота определяются по следующим критериям: [2]
Еще одно различие делается между открытыми и лесистыми болотами, где открытые болота имеют покрытие пологом менее 10%, а лесистые болота имеют покрытие пологом 10–25%. Если доминируют высокие кустарники или деревья, то водно-болотные угодья вместо этого классифицируются как лесистое болото или болотный лес , в зависимости от других критериев.
Гидрологические условия, как видно на других водно-болотных угодьях, являются основным фактором, определяющим биоту и биогеохимию болот . [11] Почвы болот постоянно затапливаются, поскольку уровень грунтовых вод находится на поверхности или близко к ней. [12] Результатом являются анаэробные (бескислородные) почвы из-за медленной скорости, с которой кислород диффундирует 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, обнаруженные в почвах болот, приводят к восстановлению , а не окислению химии почвы. [11]
Отличительной чертой болот является то, что значительная часть их водоснабжения поступает из грунтовых вод (минеротрофия). [12] Поскольку гидрология является доминирующим фактором в водно-болотных угодьях, химия грунтовых вод оказывает огромное влияние на характеристики болота, которое они снабжают. [13] Химия грунтовых вод, в свою очередь, во многом определяется геологией пород, через которые протекают грунтовые воды. [14] Таким образом, характеристики болота, особенно его pH, напрямую зависят от типа пород, с которыми контактирует его грунтовое водоснабжение. pH является основным фактором, определяющим видовой состав и богатство болот, при этом более основные болота называются «богатыми», а более кислые болота называются «бедными». [12] Богатые болота, как правило, отличаются высоким биологическим разнообразием и являются местом обитания ряда редких или находящихся под угрозой исчезновения видов, а биоразнообразие имеет тенденцию к снижению по мере уменьшения богатства болота. [13] [12]
Болота, как правило, располагаются над горными породами, богатыми кальцием, такими как известняк . [11] Когда грунтовые воды протекают мимо известковых (богатых кальцием) горных пород, таких как известняк ( карбонат кальция ), небольшое количество растворяется и переносится в болото, питаемое грунтовыми водами. [15] Когда карбонат кальция растворяется, он производит бикарбонат и катион кальция в соответствии со следующим равновесием: [15]
где угольная кислота (H 2 CO 3 ) образуется при растворении углекислого газа в воде. [15] В болотах бикарбонатный анион, образующийся в этом равновесии, действует как буфер pH, который поддерживает pH болота относительно стабильным. [16] Болота, питаемые грунтовыми водами, которые не протекают через минералы и действуют как буфер при растворении, как правило, более кислые. [17] Тот же эффект наблюдается, когда грунтовые воды протекают через минералы с низкой растворимостью, такие как песок. [17]
В чрезвычайно 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] Уменьшение парциального давления углекислого газа вызвано 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. Результатом является осаждение карбоната кальция и образование мергеля. [18]
Болота, будучи особым типом водно-болотных угодий, имеют много биогеохимических характеристик, общих с другими водно-болотными угодьями. [19] Как и все водно-болотные угодья, они играют важную роль в круговороте питательных веществ , поскольку они расположены на границе аэробной (кислородной) и анаэробной (бескислородной) среды. [11] Большинство водно-болотных угодий имеют тонкий верхний слой насыщенной кислородом почвы, контактирующий с атмосферой или насыщенными кислородом поверхностными водами. [11] Питательные вещества и минералы могут циркулировать между этим окисленным верхним слоем и восстановленным слоем ниже, подвергаясь реакциям окисления и восстановления микробными сообществами, адаптированными к каждому слою. [19] Многие важные реакции происходят в восстановленном слое, включая денитрификацию , восстановление марганца, восстановление железа, восстановление сульфата и метаногенез . [19] Поскольку водно-болотные угодья являются горячими точками для превращений питательных веществ и часто служат поглотителями питательных веществ, они могут быть построены для очистки богатых питательными веществами вод, созданных в результате деятельности человека. [11]
Болота также являются очагами первичной продукции , поскольку постоянный приток грунтовых вод стимулирует ее 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 соседних возвышенных экосистем, либо в результате фотосинтеза в самом болоте. [11] Попав на болото, органический углерод обычно имеет три основные судьбы: окисление до CO2 аэробным дыханием , захоронение в виде органического вещества в торфе или разложение до метана . [11] В торфяниках, включая болота, первичное производство растений больше, чем разложение, что приводит к накоплению органического вещества в виде торфа. Резидентные мхи обычно осуществляют разложение внутри болота, а болота умеренного климата часто управляются разложением корней растений. [20] Эти торфяные хранилища секвестрируют огромное количество углерода. [19] Тем не менее, трудно определить, поглощают ли болота или выделяют парниковые газы . [21] Это происходит потому, что болота выделяют метан, который является более мощным парниковым газом, чем углекислый газ. [19] Метаногенные археи , которые находятся в анаэробных слоях торфа, объединяют углекислый газ и водород, образуя метан и воду. [11] Этот метан затем может выходить в атмосферу и оказывать свое согревающее действие. [22] Было обнаружено, что торфяники, в которых преобладают бурые мхи и осоки, такие как низинные болота, выделяют большее количество метана, чем торфяники, в которых преобладают сфагнумы , такие как болота. [19] [21]
Болота играют важную роль в глобальном круговороте азота из-за анаэробных условий, существующих в их почвах, которые способствуют окислению или восстановлению одной формы азота до другой. [11] Большая часть азота поступает в водно-болотные угодья в виде нитрата из стоков , в составе органического вещества из других областей или путем фиксации азота в водно-болотных угодьях. [11] В водно-болотных угодьях встречаются три основные формы азота: азот в составе органического вещества, окисленный азот ( нитрат или нитрит ) и аммоний . [22]
В торфе много азота. [22] Когда органическое вещество в торфе разлагается при отсутствии кислорода, аммоний образуется посредством аммонификации . [11] В окисленном поверхностном слое водно-болотных угодий этот аммоний окисляется до нитрита и нитрата путем нитрификации . [11] Производство аммония в восстановленном слое и его потребление в верхнем окисленном слое приводят к диффузии аммония вверх. [11] Аналогично, производство нитрата в окисленном слое и потребление нитрата в восстановленном слое путем денитрификации приводят к диффузии нитрата вниз. [11] Денитрификация в восстановленном слое производит 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 ограничивается концентрацией нитрата и нитрита в болотах. [23]
Азот, наряду с фосфором, контролирует плодородность водно-болотных угодий. [11]
Почти весь фосфор, который поступает 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, таких как те, которые встречаются в чрезвычайно богатых болотах, кальций будет связываться с фосфатными анионами, образуя фосфаты кальция , которые недоступны для усвоения растениями. [11] Мхи также играют значительную роль в помощи растениям в усвоении фосфора, уменьшая стресс от фосфора в почве и стимулируя активность фосфатазы в организмах, находящихся под моховым покровом. [24] Было показано, что гелофиты усиливают круговорот фосфора в болотах, особенно при восстановлении болот, благодаря своей способности действовать как поглотитель фосфора, что предотвращает перенос остаточного фосфора в болоте из него. [25] В нормальных условиях фосфор удерживается в почве в виде растворенного неорганического фосфора или фосфата , который оставляет следовые количества фосфора в остальной части экосистемы. [26]
Железо играет важную роль в фосфорном цикле в болотах. Железо может связываться с высоким уровнем неорганического фосфата в болоте, что приводит к токсичности среды и угнетению роста растений. [24] В болотах, богатых железом, область может стать уязвимой 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 может связываться железо вместо неорганических анионов, таких как фосфат. [27]
Болота и низинные болота можно рассматривать как две экосистемы на градиенте от бедных к богатым, с болотами на бедном конце, чрезвычайно богатыми низинными болотами на богатом конце и бедными низинными болотами между ними. [28] В этом контексте «богатый» и «бедный» относятся к богатству видов или тому, насколько биоразнообразен низинный болото или болото. [12] Богатство этих видов сильно зависит от pH и концентрации кальция и бикарбоната. Эти факторы помогают определить, где вдоль градиента находится конкретный низинный болото. [29] В целом, богатые низинные болота являются минеротрофными , или зависят от богатых минералами грунтовых вод, в то время как болота являются омбротрофными , или зависят от осадков для получения воды и питательных веществ. [12] Бедные низинные болота находятся между этими двумя.
Богатые болота являются сильно минеротрофными; то есть, большая часть их воды поступает из богатых минералами грунтовых или поверхностных вод. Однако болота, которые более удалены от поверхностных вод, таких как реки и озера, более богаты, чем болота, которые соединены. [13] В этой воде преобладают кальций и бикарбонат, что приводит к слегка кислому или слегка щелочному pH, характерному для богатых болот. [12] [30] Эти условия способствуют высокому биоразнообразию. Внутри богатых болот существует большое количество изменчивости. Самые богатые болота - это чрезвычайно богатые (мергелевые) болота, где часто накапливаются отложения мергеля. [17] Их pH часто составляет 7 или выше. [12] Богатые и среднебогатые болота, как правило, нейтральны или слегка кислы, с pH приблизительно от 7 до 5. Богатые болота не всегда очень продуктивны; при высоких концентрациях кальция ионы кальция связываются с фосфатными анионами, снижая доступность фосфора и уменьшая первичную продукцию. [11] [12] Богатые болота с ограниченной первичной продукцией могут стабилизироваться за счет накопления мхов и микоризы , которые способствуют фосфорному циклу и могут поддерживать рост новой растительности и бактерий. [24] Бурые мхи (семейство Amblystegiaceae ) и осоки (род Carex ) являются доминирующей растительностью. [30] Однако накопление мхов, таких как Sphagnum , может привести к закислению богатого болота, потенциально превращая его в бедное болото. [31] По сравнению с бедными болотами, богатые болота имеют более высокую концентрацию бикарбоната, основных катионов (Na + , Ca 2+ , K + , Mg 2+ ) и сульфата . [16]
Бедные низинные болота во многих отношениях являются промежуточным звеном между богатыми низинными болотами и болотами. С точки зрения гидрологии они больше похожи на богатые низинные болота, чем на болота, но с точки зрения состава растительности и химии они больше похожи на болота, чем на богатые низинные болота. [30] Они гораздо более кислые, чем их богатые аналоги, с pH приблизительно от 5,5 до 4. [12] Торф в бедных низинных болотах, как правило, толще, чем в богатых низинных болотах, что отрезает растительности доступ к богатой минералами почве под ними. [11] Кроме того, более толстый торф снижает влияние богатых минералами грунтовых вод, которые буферизуют pH. [11] Это делает низинные болота более омбротрофными или зависящими от осадков с низким содержанием питательных веществ для получения воды и питательных веществ. [11] Бедные низинные болота также могут образовываться в областях, где грунтовые воды, питающие низинные болота, протекают через отложения, которые плохо растворяются или имеют низкую буферную способность при растворении. [17] Богатство видов, как правило, ниже, чем у богатых низинных болот, но выше, чем у болот. [12] В бедных низинных болотах, как и в болотах, преобладают сфагновые мхи, которые подкисляют низинные болота и снижают доступность питательных веществ. [30]
Одной из многочисленных угроз, с которыми сталкиваются болота, является преобразование в сельскохозяйственные земли. [4] Там, где климат подходит, болота осушаются для сельскохозяйственного использования наряду с выращиванием сельскохозяйственных культур, выпасом скота и заготовкой сена . [5] Прямое осушение болота особенно разрушительно, поскольку оно снижает уровень грунтовых вод. [12] Более низкий уровень грунтовых вод может увеличить аэрацию и высушить торф, что позволяет происходить аэробному разложению или сжиганию органического вещества в торфе. [11] [12] Косвенное осушение болота путем уменьшения его водоснабжения может быть столь же разрушительным. Нарушение притока грунтовых вод в болото из-за близлежащей человеческой деятельности, такой как разработка карьеров или жилищное строительство, изменяет количество воды и питательных веществ, поступающих в болото. [5] Это может сделать болото более омбротрофным (зависящим от осадков), что приводит к подкислению и изменению химического состава воды. [4] Это напрямую влияет на среду обитания этих видов, и многие характерные виды болот исчезают. [4]
Болота также находятся под угрозой из-за инвазивных видов , фрагментации , вырубки торфа и загрязнения. [5] Неместные инвазивные виды, такие как крушина обыкновенная в Северной Америке, могут вторгаться в болота и вытеснять редкие виды болот, сокращая биоразнообразие. [5] Фрагментация среды обитания угрожает видам болот, особенно редким или находящимся под угрозой исчезновения видам, которые не могут перебраться в близлежащие болота из-за фрагментации. [5] Вырубка торфа, хотя и гораздо более распространена на болотах, все же происходит в болотах. Торф, вырубленный из болот, имеет множество применений, включая сжигание в качестве топлива. [5] Загрязнители могут изменять химию болот и способствовать вторжению инвазивных видов . [5] Обычные загрязнители болот включают дорожную соль, питательные вещества из септиков и сток 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 красотой, Вы, засосанные болотом туманы, привлеченные могущественным солнцем, Чтобы они упали и вспыхнули». [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 ), проворные молнии, бросайте свои ослепительные языки пламени В ее презрительные глаза! Заразите ее красотой, Вы, всосанные из болот туманы, привлеченные могущественным солнцем, Чтобы упасть и вздуться.