Известковые болота: сколько воды нужно, чтобы экосистема не деградировала?

Ирландские экологи два года наблюдали за уровнем грунтовых вод на четырёх участках известковых болот (calcareous fens) — редких щелочных экосистем, охраняемых Директивой ЕС о местообитаниях. Главный вывод: состояние растительного сообщества определяет не среднегодовой уровень воды, а доля времени, когда вода держится в строго заданном диапазоне относительно поверхности почвы.

Методология

Ранее состояние болот оценивали по среднегодовому уровню грунтовых вод — показателю, который «размазывает» короткие, но критичные периоды пересыхания. Авторы предложили процентную метрику: долю дней в году, когда вода находится в нужном диапазоне относительно поверхности почвы.

Результаты

«Хорошее экологическое состояние»: уровень воды на 3–28 см выше поверхности не менее 60% года. Самые чувствительные сообщества (PF1, по ирландской системе Fossitt): узкий коридор +11…+34 см практически круглогодично. Участок Tory Hill с дренажной канавой: уровень ниже поверхности почти 70% года (минимум −43 см) — самая бедная растительность. Различия между участками статистически значимы (тест Шапиро–Уилка, t-тест Уэлча, p < 0,05). Химия воды (фосфор, азот, аммиак) прямой связи с деградацией не показала — известковые болота сами перерабатывают избыток нутриентов. А вот нарушение гидрологического режима (дренаж) ничем не компенсируется.

Оборудование в исходном исследовании

Гидрология: пьезометры и фреатические трубки (ПВХ, со щелевыми прорезями и геотекстилем) для измерения напора и свободного уровня грунтовых вод; дифференциальный GPS Trimble 4700 для точной нивелировки оголовков труб; ручной уровнемер Van Walt V025 для контрольных замеров каждые ~6 недель; автоматические логгеры Van Essen Divers® для непрерывного ряда данных; метеостанции Campbell Scientific для расчёта эвапотранспирации по методу Пенмана–Монтейта; LiDAR — для топографической съёмки.

Гидрохимия: мультиметры HANNA HI98195 и YSI Pro2030 (pH, электропроводность, растворённый кислород на месте); спектрофотометр Hach — фосфор (предел обнаружения ~1 мкг/л); проточно-инжекционный анализатор Lachat — аммиак, нитриты, азот; Shimadzu TOC-L — растворённый органический углерод и общий азот.

Растительность и статистика: геоботанические релеве 2×2 м у каждой точки мониторинга, классификация по ирландской системе Fossitt (PF1–PF3), картирование в ArcGIS® и параллельный спутниковый метод (Sentinel-2); статистическая обработка — в R-Studio (тест Шапиро–Уилка, t-тест Уэлча).

Почему это важно для России

Диапазон 3–28 см нельзя переносить в российские проекты как универсальный норматив — он получен для конкретного типа ирландских болот. Для верховых, переходных, низинных и мерзлотных болот России пороги нужно определять локально: по типу питания, растительности, микрорельефу и сезонной динамике. Общий принцип, однако, применим везде: состояние болота определяется не средним уровнем воды, а тем, как часто и надолго водный режим выходит за устойчивый диапазон.

Практическое значение таких наблюдений в России: оценка состояния ООПТ и редких болотных сообществ; контроль последствий мелиорации, строительства и добычи полезных ископаемых; мониторинг восстановления осушенных торфяников; оценка пожарной опасности; исследование углеродного баланса. После торфяных пожаров 2010 года в Подмосковье программы повторного обводнения показали: восстановление болот нельзя оценивать только по наличию открытой воды — нужно отслеживать динамику уровня и растительности.

Какие данные нужны

Непрерывный контроль уровня и температуры воды — автономные логгеры в скважинах и пьезометрах, гидрограф вместо отдельных точек. Барометрическая компенсация и контрольные ручные замеры — без них колебания атмосферного давления искажают данные об уровне воды. Гидрохимия — pH, электропроводность, растворённый кислород, ОВП; для расширенных задач — мутность, CDOM/FDOM, хлорофилл, нитраты, аммоний. Растительность, микрорельеф и метеорология — только связка этих данных показывает, какой режим поддерживает конкретное сообщество.

Решения ИТЕРА

Аналогичную измерительную схему можно собрать на оборудовании из каталога ИТЕРА:

Три конфигурации для российских проектов

Базовая сеть (гидрология): ООПТ, инженерные изыскания, оценка дренажа и повторного обводнения. Расширенная сеть (вода + экосистема): научные проекты, экомониторинг предприятий, восстановленные торфяники. Исследовательская сеть (климат и углеродный цикл): карбоновые полигоны, университетские станции, долгосрочные климатические программы.

Вывод

Для исследования болот в России недостаточно редких выездов и среднегодовых значений. Надёжная оценка начинается с непрерывного мониторинга уровня воды, барометрической компенсации и точной высотной привязки; гидрохимия, растительность и дистанционное зондирование дополняют картину, но именно водный режим первым сигнализирует о потере устойчивости. 

ООО ИТЕРА готова подобрать комплект оборудования под задачу Вашего проекта или под конкретный тип болота, глубину пьезометров, требуемую точность и способ передачи данных.

Источник: Frontiers in Earth Science (2022). The challenge of developing ecohydrological metrics for vegetation communities in calcareous fen wetland systems. DOI: 10.3389/feart.2022.917233