Позднеголоценовая динамика растительного покрова и увлажнённости климата юго-восточного сектора Западно-Сибирской равнины по данным палинологического и ризоподного исследований торфяных отложений

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2019; : 164-189

Позднеголоценовая динамика растительного покрова и увлажнённости климата юго-восточного сектора Западно-Сибирской равнины по данным палинологического и ризоподного исследований торфяных отложений

Бляхарчук Т. А., Курьина И. В., Пологова Н. Н.

https://doi.org/10.17223/19988591/45/9

Аннотация

На восточной окраине Большого Васюганского болота, на террасе р. Бакчар комплексом палеоэкологических методов (спорово-пыльцевым, ризоподным, ботаническим анализом торфа, микроугольковым) изучен изолированный торфяной массив болото Круглое. Две радиоуглеродные даты показали, что седиментация подстилающих минеральных отложений, а затем торфа на данном массиве началась около 5320 календарных лет назад и продолжалась до современности. По данным спорово-пыльцевого анализа за это время растительный покров района исследования сменился от степных разнотравнополынных сообществ к берёзовой лесостепи с участками богато-разнотравных лугов, а затем к сомкнутым южно-таёжным кедрово-берёзовым и берёзовокедровым лесам. Болото в своём эндогенном развитии прошло эвтрофную, мезотрофную и олиготрофную стадии. Переход от эвтрофной стадии в мезотрофную произошел около 3130 календарных лет назад. Одновременно, вероятно вследствие общего повышения увлажнённости климата, на месте существовавшей здесь берёзовой лесостепи распространяются сомкнутые южно-таёжные леса. В период максимального распространения кедровых лесов на исследуемой территории (около 1340–880 календарных лет назад) болото перешло в верховую стадию развития. Исследование комплексов раковинных амёб из этого же разреза показало, что их обилие и видовой состав в значительной степени определяются эндогенной стадией развития болота. Но в течение олиготрофной стадии развития болота комплексы раковинных амёб более чувствительны к вековым и десятилетним колебаниям увлажнённости климата, чем локальная болотная и региональная суходольная растительность. В целом выявленная по биологическим индикаторам (пыльцевым комплексам, комплексам раковинных амёб, ботаническому составу торфа, видовому разнообразию палиноморф и микроуголькам) динамика увлажнённости климата хорошо совпадает с данными по более южным лесостепным районам и с историческими свидетельствами климатических изменений, происходивших на юге Западной Сибири. Биологические индикаторы из болота Круглое подтвердили также гипотезу об асинхронности увлажнения степной и лесной зон.

Список литературы

1. IPCC, 2013. Climate Change 2013: The Physical Science Basis // Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex, P.M. Midgley (Eds.). Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA : Cambridge University Press, 2014. 27 p. URL: http://www.climatechange2013.org (accessed: 21.05.2018).

2. Кац Н.Я., Кац С.В. О позднечетвертичной истории ландшафтов южной части Западной Сибири // Почвоведение. 1949. № 8. С. 441–456.

3. MacDonald G.M., Velichko A.A., Kremenetski C.V., Borisova O.K., Gol’eva A.A., Andreev A.A., Gwynar L.C., Riding R.T., Forman S.L., Edwards T.W.D., Araven R., Hammalund D., Szeicz J.M., Gattaulin V. Holocene Treeline History and Climate Change Across Northern Eurasia // Quaternary Research. 2000. № 53. PP. 302–311.

4. Тимошок Е.Е., Филимонова Е.О., Пропастилова О.Ю. Структура и формирование деревьев в экотоне верхней границы древесной растительности Северо-Чуйского хребта // Экология. 2009. № 3. С. 189–194.

5. Соловьёва В.В. Что такое «экотон» // Самарский научный вестник. 2014. № 2 (7). C. 116–119.

6. Пьявченко Н.И. О возрасте торфяников и сменах растительности на юге Западной Сибири в голоцене // Бюллетень комиссии по изучению четвертичного периода. 1983. № 52. С. 164–170.

7. Dyukarev A.G., Pologova N.N. Soil-geographical zoning of the Tomsk Oblast // Eurasian Soil Science. 2002. № 35 (3). PP. 248–257.

8. Kulizhsky S.P., Loiko S.V., Konstantinov A.O., Kritskov I.V., Istigechev G.L., Lim AG., Kuzmina D.M. Lithological sequence of soil formation on the low terraces of the Ob and the Tom rivers in the south of Tomsk Oblast // International Journal of Environmental studies. 2015. Vol. 72, № 6. PP. 1037–1046. doi: 10.1080/00207233.2015,1039346

9. Хотинский Н.А. Голоцен Северной Евразии. М. : Наука, 1977. 199 с.

10. Blyakharchuk T.A. Four new pollen sections tracing the Holocene vegetational development of the southern part of the West Siberian Lowland // The Holocene. 2003. № 13 (5). PP. 715–731.

11. Бляхарчук Т.А. Новые палеопалинологические данные о динамике растительного покрова Западной Сибири и прилегающих территорий в голоцене. Новосибирск : ГЕО, 2012. 139 с.

12. Кац Н.Я., Кац С.В., Скобеева Е.И. Атлас растительных остатков в торфах. М. : Недра, 1977. 370 с.

13. Kurina I.V., Li H. Why do testate amoeba optima related to water table depth vary? // Microbial Ecology, 2018. URL: http://link.springer.com/article/10.1007/s00248-018-1202-4 (accessed: 20.05.2018). doi: 10.1007/s00248-018-1202-4

14. Борисова О.К., Зеликсон Э.М., Кременецкий К.В., Новенко Е.Ю. Ландшафтноклиматические изменения в Западной Сибири в позднеледниковье и голоцене в свете новых палинологических данных // Известия РАН. Серия географическая. 2005. № 6. С. 38–49.

15. Левина Т.П., Орлова Л.А., Панычев В.А., Пономарёва Е.А. Радиохронология и пыльцевая стратиграфия голоценового торфяника Каякское Займище (Барабинская лесостепь) // Региональная геохронология Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск : Наука, 1987. С. 136–143.

16. Rudaya N., Nazarova L., Nourgaliev D., Papin D., Frolova L. Mid-Holocene environmental history of Kulunda, southern West-Siberia vegetation, climate and humans // Quaternary Science Reviews. 2012. № 48. PP. 32–42. doi: 10.1016/j.quascirev.2012.06.002

17. Krivonogov S.K., Takahara H., Yamamuro M., Preis Y.I., Khazina I.V., Khazin L.B., Kuzmin Y.V., Safonova I.Y., Ignatova N.V. Regional to local environmental changes in southern Western Siberia: Evidence from biotic records of mid to late Holocene sediments of Lake Beloye // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2012. № 331–332. PP. 177–193. doi: 10.1016/j.palaeo.2011.09.013

18. Гричук В.П., Заклинская Е.Д. Анализ ископаемой пыльцы и спор и его применение в палеогеографии. М. : Географиздат, 1948. 223 с.

19. Бобров А.Е., Куприянова Л.А., Литвинцева И.Д., Тарасевич В.Ф. Споры папоротникообразных и пыльца голосеменных и однодольных растений флоры европейской части СССР. Л. : Наука, 1983. 208 с.

20. Куприянова Л.А., Алёшина Л.А. Пыльца двудольных растений флоры европейской части СССР. Л. : Наука, 1978. 184 с.

21. Moore P.D., Webb J.A., Collinson M.E. Pollen Analysis, second ed. Oxford : Blackwell Scientifc, 1991. 216 p.

22. Patterson W.A., Edwards L.J., Maguire D.J. Microscopic charcoal as a fossil indicator of fre // Quaternary Science Reviews. 1987. № 6. PP. 3–23.

23. Бляхарчук Т.А. Отражение ботанического биоразнообразия в поверхностных споровопыльцевых спектрах гор Южной Сибири // Биоразнообразие и сохранение генофонда флоры, фауны и народонаселения Центрально-Азиатского региона : материалы 10-й Международной научно-практической конференции 26–29 сентября 2007 г. Кызыл : Изд-во Тувинского государственного университета, 2007. C. 30–32.

24. Куликова Г.Г. Краткое пособие к ботаническому анализу торфа. М. : Недра, 1974. 94 с.

25. Домбровская А.В., Коренева М.М., Тюремнов С.Н. Атлас растительных остатков, встречающихся в торфе. М. ; Л. : Госэнергоиздат, 1959. 137 с.

26. Савич-Любицкая Л.И., Смирнова З.Н. Определитель сфагновых мхов СССР. Л. : Наука, 1968. 112 с.

27. Мульдияров Е.Я. Определитель листостебельных мхов Томской области : учеб. пособие. Томск: Изд-во Томского университета, 1990. 208 с.

28. Christen J.A., Perez E.S. A new robust statistical model for radiocarbon data // Radiocarbon. 2010. № 51. PP. 1047–1059.

29. Blaauw M., Christen J.A. Flexible paleoclimate age-depth models using an autoregressive gamma process // Bayesian Analysis. 2011. № 6. PP. 457–474. doi: 10.1214/11-BA618

30. Reimer P.J., Bard E., Bayliss A., Beck J.W., Blackwell P.G., Bronk Ramsey C., BuckC.E., Edwards R.L., Friedrich M., Grootes P.M., Guilderson T.P., Haﬂidason H., HajdasI., Hatte C., Heaton T.J., Hoffmann D.L., Hogg A.G., Hughen K.A., Kaiser K.F., Kromer B., Manning S.W., Niu M., Reimer R.W., Richards D.A., Scott E.M., Southon J.R., Turney C.S.M., van der Plicht J. IntCal13 and Marine13 radiocarbon age calibration curves 0-50,000 yr cal BP // Radiocarbon. 2013. № 55(4). PP. 1869–1887. doi: 10.2458/azu_js_rc.55.16947

31. Букреева Г.Ф., Архипов С.А., Волкова В.С., Орлова Л.А. Климат Западной Сибири в прошлом и в будущем // Геология и геофизика. 1995. № 36 (11). С. 3–22.

32. Bukreeva G.F. Pattern recognition many-dimensional analysis for palaeogeographic reconstruction of Holocene // Acta Palaeobotanica. 1991. № 31. PP. 289–294.

33. Grimm E.C. TGView Vеrsion 2.0.2. Springfeld : Illinois State Museum research and Collections Center, 2004.

34. Гумилёв Л.Н. Тысячелетие вокруг Каспия. М. : Мишель и Kº, 1993. 336 с.

35. Гумилёв Л.Н. Гетерохронность увлажнения Евразии в древности (ландшафт и этнос: IV) // Вестник ЛГУ. 1966. № 6. С. 64–71.

36. Абросов В.Н. Гетерохронность периодов повышенного увлажнения гумидной и аридной зон // Известия ВГО. 1962. № 4. URL: http://www.gumilevica.kulichki.net/matter/Article25.htm (дата обращения: 29.05.2018).

37. Chen J.H., Chen F.H., Feng S., Huang W., Liu J.B., Zhou A.F. Hydroclimatic change in China and surroundings during the medieval climate anomaly and Little ice age: spatial pattern and possible mechanisms // Quaternary Science Reviews. 2015. № 107. PP. 98–111. doi: 10.1016/j.quascirev.2014.10.012

Tomsk State University Journal of Biology. 2019; : 164-189

Late-Holocene dynamics of vegetation cover and humidity of climate in the southeastern sector of the West Siberian Plain according to the data of palynological and rhizopod research of peat deposits

Blyakharchuk Т. A., Kurina I. V., Pologova N. N.

https://doi.org/10.17223/19988591/45/9

Abstract

The study of climatic dynamics that affects the territories with the main concentration of agricultural production in Siberia is complicated by the lack of suffciently long-term instrumental observations of changes in climatic parameters. Investigations of such natural archives as lake and peat sediments, which are widespread in Western Siberia help to solve this problem. Paleopalynological studies, accompanied by the results of additional paleoecological research methods, namely multi proxy paleoecological studies, provide valuable information on the dynamics of the biogeocoenotic cover of the Earth at various levels of its organization, allowing to link geomorphology, soils, vegetation, air currents, climate, as well as biocenoses at different levels of their organization from the microscopic world to geographic zoning. One of the least paleogeographically studied regions is the vast territory of Siberia. We performed a multi-proxy paleoecological investigation of isolated peat massif Krugloe mire (56º53'01.44''N, 84º34'43.08''E) located in the eastern outskirts of the Great Vasyugan mire on the terrace of the Bakhchar river (See Fig. 1) by methods of spore-pollen, testate amoebae (rhizopod), macrofossil peat analyses and microcharcoal analysis to study past environmental and climatic changes. Using the results of performed spore-pollen analysis of the peat section, a spore-pollen diagram was constructed (See Fig. 3). Two radiocarbon dates were obtained for study section (See Table 1). In this research we revealed that sedimentation (frst, mineral and, then, peat deposition) on the peat massif began 5320 cal. yrs ago and had continued to the present day. We visually distinguished nine local pollen zones in the spore-pollen diagram reﬂecting nine stages in the development of regional vegetation (See Table 2). Based on available radiocarbon dates using the Bacon program (See Fig. 2), we calculated the age of pollen zones, and that of the corresponding changes in regional and local vegetation. Also based on pollen data using Bukreeva’s formula (1991), calculated by multivariate statistical analysis of a large number of modern pollen spectra and corresponding climatic parameters, we reconstructed the dynamics of the annual amount of precipitation (See Fig. 5). Due to the performed research, we found out that during the existence of the mire, the vegetation cover of the study area changed from steppe mixed-wormwood communities to birch forest-steppe with areas of rich-herb meadows and then to thick southern taiga with cedar-birch and birch-cedar forests. We discovered that a signifcant decline in the role of cedar, fr and spruce in the study area started about 800 years ago. During the Little Ice Age (LIA) on the pollen diagram of Krugloe mire, an increase in the abundance of wormwood (Artemisia) pollen was noted. It is possible that it reﬂects the global increase in the role of steppe vegetation in the region due to the forming of a more continental climate in the central regions of Eurasia. An alternative hypothesis supposes that an increase in Artemisia pollen may indicate the beginning of anthropogenic impact on the vegetation cover in the study area intensifed during the LIA. At the same time, we found out that more arid conditions in the second half of the LIA were noted both in pollen and in testate amoebae complexes (See Fig. 4), which supports the climatic hypothesis. We show that the mire in its endogenous development passed through eutrophic, mesotrophic and oligotrophic stages. The mire development is reﬂected in macrofossil composition of peat and in pollen of local mire plants. We found out that these stages in the development of the mire coincide with specifc changes in regional vegetation surrounding the mire. For example, transition from the eutrophic stage to the mesotrophic one took place 3130 cal. yrs ago, simultaneously with the spread of thick southern taiga forests on the area of the former birch foreststeppe. In the period of the maximum distribution of Siberian cedar (Pinus sibirica) forests in the investigated territory 1300 calendar years ago, the mire passed to the oligotrophic stage of development. We hypothesize that the revealed change in local and regional vegetation was caused by a general increase in the climate humidity in the late Holocene. Our investigation of testate amoebae complexes from the same section showed that their abundance and species composition are largely determined by the endogenous stage of the mire development. But during the oligotrophic stage of the mire development, the complexes of testate amoebae were more sensitive to the centennial and decadal ﬂuctuations in the moisture content of the climate than the local mire vegetation and regional terrestrial vegetation. We established that the content of micro charcoal in peat is maximal in the lower layers of peat. Probably, the abundance of micro charcoal increased largely due to the inﬂuence of fres on the mire with peat thickness less than 45 cm. We discovered that the effect of post-fre plant communities on pollen spectra is indicated by the increase in the abundance of Artemisia, Poaceae, Urtica, Filipendula and Thalictrum pollen synchronous to microcharcoal maxima. We assume that an increase in the frequency of fres during initial period of the mire development was also stimulated by a more arid climate at the beginning of the mire development, since the course of the curve of the abundance of micro charcoals mirrors the reconstructed annual precipitation. Paleoecological evidence from Krugloe mire (pollen and testate amoebae) agree in general with the data of other authors for the territory of southern Western Siberia, but show a more detailed picture of the reaction of local and regional elements of biogeocenoses to climatic changes. In some cases, these reactions do not coincide with the data of other researchers. This is observed when we compare our Krugloe mire paleoreconstructions with more distant points of research, located in the steppe zone of West Siberia. We hypothesize that such cases reﬂect heterochronic moistening of the forest and steppe zones of Siberia. A mismatch occurs more often with less prolonged climatic variations. When more prolonged climatic changes are recorded, both regional and local bioindicators react synchronously in the study area. In general, the dynamics of climate humidity revealed by biological indicators (pollen complexes, testate amoebae complexes, botanical composition of peat, pollen types diversity, microcharcoal), coincides well with the historical evidence given in the work of LG Gumilev (1993), and confrms the hypothesis of heterochronic moistening of the steppe and forest zones. The paper contains 5 Figures, 2 Tables and 37 References.

References

2. Kats N.Ya., Kats S.V. O pozdnechetvertichnoi istorii landshaftov yuzhnoi chasti Zapadnoi Sibiri // Pochvovedenie. 1949. № 8. S. 441–456.

4. Timoshok E.E., Filimonova E.O., Propastilova O.Yu. Struktura i formirovanie derev'ev v ekotone verkhnei granitsy drevesnoi rastitel'nosti Severo-Chuiskogo khrebta // Ekologiya. 2009. № 3. S. 189–194.

5. Solov'eva V.V. Chto takoe «ekoton» // Samarskii nauchnyi vestnik. 2014. № 2 (7). C. 116–119.

6. P'yavchenko N.I. O vozraste torfyanikov i smenakh rastitel'nosti na yuge Zapadnoi Sibiri v golotsene // Byulleten' komissii po izucheniyu chetvertichnogo perioda. 1983. № 52. S. 164–170.

7. Dyukarev A.G., Pologova N.N. Soil-geographical zoning of the Tomsk Oblast // Eurasian Soil Science. 2002. № 35 (3). PP. 248–257.

9. Khotinskii N.A. Golotsen Severnoi Evrazii. M. : Nauka, 1977. 199 s.

10. Blyakharchuk T.A. Four new pollen sections tracing the Holocene vegetational development of the southern part of the West Siberian Lowland // The Holocene. 2003. № 13 (5). PP. 715–731.

11. Blyakharchuk T.A. Novye paleopalinologicheskie dannye o dinamike rastitel'nogo pokrova Zapadnoi Sibiri i prilegayushchikh territorii v golotsene. Novosibirsk : GEO, 2012. 139 s.

12. Kats N.Ya., Kats S.V., Skobeeva E.I. Atlas rastitel'nykh ostatkov v torfakh. M. : Nedra, 1977. 370 s.

14. Borisova O.K., Zelikson E.M., Kremenetskii K.V., Novenko E.Yu. Landshaftnoklimaticheskie izmeneniya v Zapadnoi Sibiri v pozdnelednikov'e i golotsene v svete novykh palinologicheskikh dannykh // Izvestiya RAN. Seriya geograficheskaya. 2005. № 6. S. 38–49.

15. Levina T.P., Orlova L.A., Panychev V.A., Ponomareva E.A. Radiokhronologiya i pyl'tsevaya stratigrafiya golotsenovogo torfyanika Kayakskoe Zaimishche (Barabinskaya lesostep') // Regional'naya geokhronologiya Sibiri i Dal'nego Vostoka. Novosibirsk : Nauka, 1987. S. 136–143.

18. Grichuk V.P., Zaklinskaya E.D. Analiz iskopaemoi pyl'tsy i spor i ego primenenie v paleogeografii. M. : Geografizdat, 1948. 223 s.

19. Bobrov A.E., Kupriyanova L.A., Litvintseva I.D., Tarasevich V.F. Spory paporotnikoobraznykh i pyl'tsa golosemennykh i odnodol'nykh rastenii flory evropeiskoi chasti SSSR. L. : Nauka, 1983. 208 s.

20. Kupriyanova L.A., Aleshina L.A. Pyl'tsa dvudol'nykh rastenii flory evropeiskoi chasti SSSR. L. : Nauka, 1978. 184 s.

21. Moore P.D., Webb J.A., Collinson M.E. Pollen Analysis, second ed. Oxford : Blackwell Scientifc, 1991. 216 p.

22. Patterson W.A., Edwards L.J., Maguire D.J. Microscopic charcoal as a fossil indicator of fre // Quaternary Science Reviews. 1987. № 6. PP. 3–23.

23. Blyakharchuk T.A. Otrazhenie botanicheskogo bioraznoobraziya v poverkhnostnykh sporovopyl'tsevykh spektrakh gor Yuzhnoi Sibiri // Bioraznoobrazie i sokhranenie genofonda flory, fauny i narodonaseleniya Tsentral'no-Aziatskogo regiona : materialy 10-i Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii 26–29 sentyabrya 2007 g. Kyzyl : Izd-vo Tuvinskogo gosudarstvennogo universiteta, 2007. C. 30–32.

24. Kulikova G.G. Kratkoe posobie k botanicheskomu analizu torfa. M. : Nedra, 1974. 94 s.

25. Dombrovskaya A.V., Koreneva M.M., Tyuremnov S.N. Atlas rastitel'nykh ostatkov, vstrechayushchikhsya v torfe. M. ; L. : Gosenergoizdat, 1959. 137 s.

26. Savich-Lyubitskaya L.I., Smirnova Z.N. Opredelitel' sfagnovykh mkhov SSSR. L. : Nauka, 1968. 112 s.

27. Mul'diyarov E.Ya. Opredelitel' listostebel'nykh mkhov Tomskoi oblasti : ucheb. posobie. Tomsk: Izd-vo Tomskogo universiteta, 1990. 208 s.

28. Christen J.A., Perez E.S. A new robust statistical model for radiocarbon data // Radiocarbon. 2010. № 51. PP. 1047–1059.

29. Blaauw M., Christen J.A. Flexible paleoclimate age-depth models using an autoregressive gamma process // Bayesian Analysis. 2011. № 6. PP. 457–474. doi: 10.1214/11-BA618

31. Bukreeva G.F., Arkhipov S.A., Volkova V.S., Orlova L.A. Klimat Zapadnoi Sibiri v proshlom i v budushchem // Geologiya i geofizika. 1995. № 36 (11). S. 3–22.

32. Bukreeva G.F. Pattern recognition many-dimensional analysis for palaeogeographic reconstruction of Holocene // Acta Palaeobotanica. 1991. № 31. PP. 289–294.

33. Grimm E.C. TGView Version 2.0.2. Springfeld : Illinois State Museum research and Collections Center, 2004.

34. Gumilev L.N. Tysyacheletie vokrug Kaspiya. M. : Mishel' i Kº, 1993. 336 s.

35. Gumilev L.N. Geterokhronnost' uvlazhneniya Evrazii v drevnosti (landshaft i etnos: IV) // Vestnik LGU. 1966. № 6. S. 64–71.

36. Abrosov V.N. Geterokhronnost' periodov povyshennogo uvlazhneniya gumidnoi i aridnoi zon // Izvestiya VGO. 1962. № 4. URL: http://www.gumilevica.kulichki.net/matter/Article25.htm (data obrashcheniya: 29.05.2018).

Аннотация

Late-Holocene dynamics of vegetation cover and humidity of climate in the southeastern sector of the West Siberian Plain according to the data of palynological and rhizopod research of peat deposits

Abstract

События

EasyCookieInfo