Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Для первого года исследования были выбраны три типовых болота лесостепной зоны юга Западной Сибири. Выбор определялся наличием подъездов к торфяникам, относительной мощностью болотных отложений. Были опробованы: болото Тёмное, расположенное в Томском районе Томской области, Убинский большой рям, расположенный в Убинском районе Новосибирской области, у с. Убинское, Шерстобитовский рям — в Чулымском районе Новосибирской области, у с. Шерстобитово. Проведено бурение торфяных залежей до подстилающих грунтов торфяными бурами типа БТГ-1 в трех параллельных скважинах на каждом болоте. Получены торфяные разрезы мощностью от 3.5 до 6.5 м, в которых на месте отбора были определены значения pH, Eh, осуществлен отбор болотных вод и образцов на микробиологический анализ. В лабораторных условиях проведено вскрытие и подробное описание вещественного состава полученных разрезов, которое показало, что торфяные залежи имеют неоднородный вещественный состав и сложены верховым торфом, затем — переходным, далее — низинным торфом. В болотных водах были определены содержания, основных ионов, растворенного органического углерода (РОУ), макро- и микроэлементов. Определен химический став зольной части торфа (ААС, ИСП-АЭС, ИСП-МС) и химический состав органического вещества методом Тюрина (Сорг) и на автоматическом CHNS-анализаторе. Далее было проведено исследование минерального состава болотных отложений комплексом методов, определение форм S, Fe и изотопов C, N, O. Проведены микробиологические исследования посева проб суспензий торфа (подсчет колоний микроорганизмов) и анализ микробного разнообразия методом профилирования генов 16S рРНК. Болотные воды по преобладающим ионам относятся к типично глеевым, по щелочно-кислотным условиям — к классу кислых и слабокислых вод. В целом, для исследованных торфяников характерно снижение концентраций ряда ионов (HCO3–, SO42–, Ca2+, Mg2+, частично Cl– и NH4+) и большинства химических элементов от торфов низинного типа к верховым, т.к. в последних водно-минеральное питание осуществляется лишь за счет атмосферных аэрозолей и зольной части минерализующейся растительной биомассы. Распределение растворенного органического вещества (РОУ) и таких ионов как PO43–, NO3–, NO2– не имеет четко выраженной закономерности от типа торфа и имеет свою специфику для каждого исследованного болота. С глубиной в болотных водах наблюдается увеличение минерализации, изменение отношения основных катионов (Na++K+)/(Ca2++Mg2+). Такое изменение химического состава болотных вод характерно для болот, перешедших от эвтрофного к олиготррофному питанию. Проведенные исследования показали, что в зольной части низинных торфов характерно увеличение Fe, Ca, Mg, Sr, Ba, Zn, Ti, которое является следствием формирования болот в условиях богатого минерального питания, что выражается и в химическом составе болотных вод — рост суммарного содержания основных ионов (в частности — SO42–, HCO3–) и ряда растворенных микроэлементов (Al, Fe, Mn, Sr). В зольной части переходных торфов отмечается снижение содержаний Fe, Sr, K, Ca, Cu, Zn и Li, которое отражает постепенное ослабевание связи торфяной залежи с подстилающими породами и указывает на переход болота к верховому типу, что приводит к уменьшению в составе болотных вод содержаний SO42–, HCO3–, Ca2+, Mg2+, Al, Fe, Ni. Одиготрофная стадия характеризуется падением содержаний в зольной части торфа ряда химических элементов: Ca, Sr, Fe, Li, Co. В приповерхностном горизонте торфа отмечается увеличение содержаний K, Mn, Zn, Hg и Pb (частично As и Li), что связано с ростом запылённости атмосферы и антропогенным воздействием на болотные экосистемы в XX и XXI веках. Помимо этого, происходящие в торфах биогеохимические процессы также приводят к изменению состава болотных вод. Разрушение ряда минералов (алюмосиликатных, карбонатных и др.), а также фильтрация болотных вод через массу растительных остатков приводит к повышению в болотных водах концентраций Al, Fe, Mn, Ni, Cr, Sr, Si. Микробные процессы деструкции органического вещества (ОВ) способствует восстановлению окисленных форм Fe (III) до подвижных Fe (II) и их дальнейшую миграцию в болотную воду. Активная деятельность микроорганизмов (в частности, гетеротрофных и сульфатредуцирующих) приводит к снижению РОУ (частично SO42–) в болотных водах низинных торфов на границе с органо-минеральными отложениями. Образование комплексных соединений с органическим веществом определяет накопление в болотных водах Fe, Mn, Zn и Cu. Также смена окислительных условий среды на восстановительные в нижних интервалах торфа приводит к накоплению в зольной части редокс-зависимых элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, S, Mo, V, Cr). Увеличение концентраций Al, Fe, Mn, Ni, Cr, Sr, Ca, Mg, P, S в составе болотных вод приводит к формированию ряда аутигенных минералов: гётит, вивианит, пирит, сидерит, кальцит, ангидрит, а также образованию самородного Ag, Au и интерметаллидов Ni-Cr. Облегчение δ13C является следствием изотопного фракционирования в результате деятельности микроорганизмов-редуцентов, основными продуктами жизнедеятельности которых является углекислый газ и метан с легким δ13C. Высокая численность органотрофных микроорганизмов по всему разрезу торфяника указывает на то, что биогеохимические процессы цикла углерода охватывают всю толщу торфяной залежи. Утяжеление изотопного состава δ15N в верхних интервалах болотных залежей свидетельствует о довольно интенсивном круговороте азота и его высокой потери из состава ОВ, что подтверждается высокой численностью аммонифицирующих и нитрифицирующих микроорганизмов. Рост численности сульфатредуцирующих микроорганизмов приводит к образованию аутигенных сульфидов железа в самых нижних интервалах торфа, на границе с органо-минеральными отложениями, что выражается в росте S (II) и восстановленных форм Fe. Однако, мало количество S (II) косвенно свидетельствует об относительно низкой интенсивности процессов бактериальной сульфатредукции. Вниз по разрезам торфяников происходит смена ассоциаций аутигенных минеральных фаз железа, что связано с изменением окислительно-восстановительных условий среды. Олиготрофная толща характеризуется развитием оксидов и гидроксидов Fe, для переходных торфов отмечается присутствие гидроксидов и фосфатов Fe, а эвтрофная часть торфяной залежи характеризуется присутствием уже карбонатов и сульфидов Fe. Оксиды и гидроксиды Fe, вивианит, сидерит и гидротроилит обнаруженные в торфе — это члены одного минералогического ряда, в пределах которого они связаны между собой через режим кислорода, углекислого газа и водородного показателя. В условиях неустойчивости болотной системы процесс формирования минералов Fe близок к начальным стадиям диагенеза, что выражается в незавершенности процессов минералообразования, о котором свидетельствует гелеобразное агрегатное состояние минеральных масс, псевдоморфозы, отсутствие четко выраженной структуры кристаллов.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Для второго года исследования были выбраны два болота лесостепной зоны юга Западной Сибири — низинное болото Обское, расположенное в Томском районе Томской области и Убинский горелый рям (антропогенно нарушенный), расположенный в Убинском районе Новосибирской области, у с. Убинское. Проведено бурение торфяных залежей до подстилающих грунтов торфяными бурами типа БТГ-1 в трех параллельных скважинах на каждом болоте и получены торфяные разрезы мощностью от 3.8 до 4.5 м. Была опробована технология вибрационного бурения торфяных отложений с использованием модифицированного пробоотборника Ливингстона, которая позволила получить непрерывный керн торфяных отложений с ненарушенной структурой диаметром 7.5см, что исключило необходимость бурения параллельных скважин. Дополнительно были отобраны керны торфяников Шерстобитово и Убинское большое для детальных микробиологических исследований. Проведено физико-химическое моделирование минеральных фаз и форм нахождения элементов в болотных водах с помощью программного комплекса «Селектор». Выявлены генетические отличия болотных вод в разных типах торфяников: верховых, переходных и низинных. Определена степень трансформации болотных вод в процессе раннего диагенеза разных типов болотных отложений. Были проведены детальные микробиологические исследования методом профилирования генов 16S рРНК (секвенирование) и изучена интенсивность бактериальной сульфатредукции в разных типах болотных отложений. Определена зависимость интенсивности сульфатредукции от химического состава болотных вод и степени деструкции ОВ. Установлены механизмы обогащения болотных вод органическими соединениями углерода, азота, фосфора в ходе процессов деструкции органического вещества и бактериальной сульфатредукции, а также выявлено отражение условий диагенеза в химическом составе болотных вод. Проведены эксперименты по селективному растворению для установления характера распределения по разрезам болотных отложений: 1. окси-гидроксидов Fe, Mn, Mo, V, Cr; 2. железа, связанного с сульфидами и ОВ; 3. форм нахождения U. Установлена смена окислительно-восстановительных условий на разных этапах формирования болотных отложений в голоцене. Выявлена степень загрязнения болотных комплексов в XX и XXI веке тяжелыми металлами (Pb, Hg, As, Cd, Cu, Zn и т.д.), радионуклидами и определена степень антропогенной нагрузки на экосистемы торфяников. Результаты физико-химического моделирования компонентного состава болотных вод с использованием программного комплекса «Селектор-С» в системе «болотная вода—торф», показали, что Ba, Ca, K, Mg, Mn, Na, Sr, Cd, Co присутствуют в виде простых ионов. Растворенные формы Hg, B, V, Sb, As существуют в виде окислов и гидроокислов, а Pb, Cu, Zn — в виде гидрокарбонатов, а также простых ионов. Установлена метаморфизация болотных вод по глубине разреза торфяных отложений, выраженная в изменении форм нахождения основных анионов (HCO3–, SO42–, PO42–), что в свою очередь приводит к изменению форм нахождения ряда растворенных химических элементов (Fe, Cu, Zn и Sr) в системе «болотная вода—торф». Выделено два геохимических барьера. 1. окислительный, расположенный в верхнем интервале торфа, где происходит формирование оксидов и гидроксидов Fe; 2. восстановительный сульфидный, расположенный в среднем и нижнем интервале торфа, где образуются фосфаты, карбонаты и сульфиды Fe. Вниз по разрезу торфяника происходит смена ассоциаций аутигенных минеральных фаз железа, что связано с изменением окислительно-восстановительных условий среды. Олиготрофная толща характеризуется развитием оксидов и гидроксидов Fe, а эвтрофная часть торфяной залежи — присутствием сульфидов Fe (гидротроилит, пирит), реже — фосфатов, карбонатов Fe. Процессы раннего диагенеза приводят к трансформации болотных вод с глубиной — снижение окислительно-восстановительного потенциала, увеличение концентраций гидрокарбонатов, рост значений pH, снижение значений отношения NH4+/NO3–. Степень трансформации болотных вод в процессе раннего диагенеза увеличивается от верховых торфов к низинным. Для низинных торфов характерна, в большинстве случаев, развитая стадия сульфатредукции приводящая к изменению содержаний SO42–, HCO3–, РНУ и РОУ. Установлены значительные отличия микробного разнообразия верховых и низинных торфов. В низинных торфах наблюдается избыток органотрофных бактерий филума Firmicutes, при этом присутствуют классические бактерии восстановительной ветви цикла серы (Desulfobacteriales, Desulfobacteriaceae), окислительной и восстановительной ветви цикла азота (Planctomicetota), а также микроорганизмы участвующие в восстановлении Fe (Pseudomonas). В верховых торфах разнообразие органотрофных бактерий меньше, обнаружено большое разнообразие бактерий обеих ветвей цикла азота — анаэробные аммонийокисляющие бактерии семейства Planctomicetota, осуществляющими анаммокс процессы, и нитратвосстанавливающими бактерии рода Pseudomonas. Выявлено, что в низинных торфах в анаэробных условиях с высокой вероятностью можно ожидать восстановление сульфата до сульфида. В верховых торфах с разной глубины вероятно протекание процессов окисления сульфида в аэробных условиях, а также высока вероятность протекание процессов деструкции азот за счет ассимиляционной денитрификации и аммонификации. Исследование филогенетического разнообразия микроорганизмов и характер изменение изотопного состава δ13C и δ15N торфа выявил следующее: процессы круговорота азота, а также углерода в торфяниках, проходят более активно, чем серы, что, в целом, характерно для большинства болотных систем. Результаты ступенчатого выщелачивания для Mn и Fe показывают, что основной формой их нахождения является: 1. Fe и Mn связанные с ОВ и 2. Fe и Mn связанные с минеральной частью торфа. Формы Mo связанные с ОВ сконцентрированы в нижних частях разреза, в восстановительных условиях. Образование собственных минералов U идет в небольших объемах, основное накопление U происходит при его сорбции на ОВ. Можно выделить три области в разрезе, где имеют место свои специфические окислительное-восстановительные условия, которые приводят к образованию конкретных минеральных форм Fe, Mn, U, Mo, V, Cr. В современный период в торфе отмечается увеличение средних содержаний Hg, Pb, Cu и Zn что связано с антропогенным воздействием на болотные экосистемы в XX и XXI веках. Установлен ярко выраженный пик концентраций естественных радиоактивных элементов U-238, U-234, Ra-226, Ra-228, K-40 и техногенного Cs-137 в верхних интервалах торфа (20–25 см). Локальными источниками привноса в атмосферу Барабинской лесостепи группы «летучих» элементов Pb, As, Zn, Cd являются учащающиеся за последнее столетие лесные пожары. Убинский горелый рям имеет очень высокий уровень техногенного загрязнения болотных вод (Zc = 118), Убинский большой и Шерстобитовский рямы имеют средний уровень техногенного загрязнения (Zc = 10 и 18 соответственно).