Особенности формирования почв севера западной сибири в условиях криогенеза
На правах рукописи
Матышак Георгий Валерьевич
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЧВ
СЕВЕРА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ В УСЛОВИЯХ КРИОГЕНЕЗА
Специальность 03.00.27 – почвоведение
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Москва, 2009
Работа выполнена на кафедре общего почвоведения факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
Научный руководитель:
Официальные оппоненты:
Ведущее учреждение:
Кандидат биологических наук, доцент,
Лев Георгиевич Богатырев
Доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
Феликс Рувимович Зайдельман
Кандидат биологических наук,
Мария Анатольевна Орлова
Учреждение Российской Академии Наук
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН
Защита диссертации состоится «22» декабря 2009 года в 15 час. 30 мин.
в аудитории М-2 на заседании диссертационного совета Д 501.001.57 при МГУ имени М.В. Ломоносова по адресу 119991, ГСП-1, г. Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения
Автореферат разослан «20» ноября 2009 г.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба направлять по указанному адресу ученому секретарю диссертационного совета
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор биологических наук А.С. Никифорова
Актуальность
Площадь почв, формирующихся в зоне вечной мерзлоты на территории России, составляет 63,5% (Мельников Е.С., 1997), что определяет необходимость их последовательного и детального изучения. Влияние мерзлоты сказывается на процессах обмена, превращения и перемещения вещества и энергии в почвах. При этом реализуется специфическая совокупность элементарных и частных почвенных физических, химических и биологических процессов – педокриогенез. Характеризуя почвообразование в холодных гумидных областях, В.О. Таргульян (1971, с.16) отмечает: "Промерзание и мерзлое состояние почв оказывают существенное влияние на почвообразование, сильно замедляя или значительно видоизменяя химические и биохимические процессы превращения и миграции веществ и значительно сокращая активный период почвообразования". Влияние многолетней и длительной сезонной мерзлоты на свойства и режимы почв столь велико, что О.В. Макеев (1974, 1978) возводит ее в ранг субфактора почвообразования, в котором сочетаются климатические (отрицательные температуры почвенного профиля) и породные (цементация породы льдом) особенности. Не менее важным является изучение криогенных почв как в связи со значительным увеличением на них антропогенной нагрузки, так и в связи с проблемой глобальных климатических изменений.
Большинство работ по криопедологии посвящено изучению влияния процессов промораживания-оттаивания на минеральную и органическую составляющую почв (В.Н. Конищев, И.Б. Арчегова, Н.А. Караваева, В.О. Таргульян и др.). Однако до сих пор малоизученными остаются вопросы систематики и классификации криогенных процессов и явлений в почвах, не определен четкий критерий оценки влияния вечной мерзлоты на почвенные свойства.
Работа направлена на решение фундаментальных проблем почвоведения, связанных с выявлением роли криогенеза в формировании и функционировании почв Севера.
Цель работы
Установить основные закономерности формирования почв севера Западной Сибири в условиях криогенеза на примере почв северотаежных ландшафтов бассейна реки Хейгияха.
Основные задачи исследования
- Охарактеризовать основные особенности почвенного покрова территории.
- Установить особенности морфологических и химических свойств почв (степень разложения торфов, рН, содержание золы, Собщ, Nобщ, гидролитическая кислотность, сумма обменных оснований).
- Охарактеризовать специфику и систематизировать особенности проявления криогенеза в почвах и почвенном покрове территории.
- Охарактеризовать взаимосвязь изученных параметров и криогенных процессов.
- Охарактеризовать особенности функционирования почв в условиях криогенеза.
Научная новизна
Впервые на основе использования подхода к криогенному фактору, как к «субфактору» почвообразования дана характеристика почвенного покрова севера Западной Сибири. Анализ почвенного покрова проведен в ряду ландшафтов различного криогенного генезиса и степени проявления криогенеза. В качестве меры влияния криогенеза использована глубина залегания многолетнемерзлых пород (ММП). Установлена взаимосвязь варьирования ряда почвенных свойств и криогенных процессов. Показано, что процессы криогенного пучения являются альтернативой физико-географическому расчленению территории и относятся к числу факторов, ускоряющих эволюцию гидроморфных почв по пути развития к зональному типу. С помощью радиоуглеродного и дендрохронологического методов получены данные, позволившие выявить особенности генезиса почв изученной территории. Составлены схемы форм проявления криогенеза в почвах севера Западной Сибири. На основе оригинальных данных составлена детальная почвенная карта изученной территории.
Практическая ценность
Полученные данные могут быть использованы для мониторинга современного состояния почв криолитозоны, тенденций их дальнейшего развития при естественной и антропогенной динамике ландшафтов, для прогнозирования изменения границ вечной мерзлоты, а также для уточнения классификационной принадлежности северных почв.
Публикации и апробация
По теме диссертации опубликовано 26 печатных работ, в том числе 4 статьи в реферируемых журналах, 2 главы в монографиях. Материалы работ обсуждались на 17 российских и международных конференциях.
Структура и объем работы
Диссертационная работа изложена на 157 страницах, состоит из введения, 6 глав, выводов. Включает 32 таблицы и 30 рисунков. Список литературы содержит 129 работ отечественных и иностранных авторов.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю к.б.н., доценту Л.Г. Богатыреву за неоценимую помощь и терпение, проявленные при выполнении работы. Особую благодарность д.г.н. Н.Г. Москаленко за возможность работать на уникальном стационаре «Надым» и всемерную поддержку, а также всему коллективу кафедры общего почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова и Московского отделения Института Криосферы Земли СО РАН за ценные советы и доброе отношение.
Содержание работы
Глава 1. Особенности почвообразования в районах распространения
вечной мерзлоты
В главе кратко рассмотрена история исследований почв в зоне вечной мерзлоты, приведены основные этапы формирования представлений о влиянии мерзлоты на структуру почвенного покрова и свойства почв. Дан анализ представлений о понятийном аппарате, связанном с вечной мерзлотой: криопедосфера, педокриогенез, криогенные процессы и явления. Систематизирован перечень процессов и явлений, приуроченных к криогенным почвам, приведена история обсуждений вклада этих процессов в формирование и свойства почв севера. Рассмотрены вопросы классификации криогенных почв.
К настоящему моменту в почвоведение введено понятие почвенный криогенез (педокриогенез), в форме которого мерзлота проявляет свою активную почвообразующую роль. Почвенный криогенез рассматривается как совокупность физических, химических и биологических преобразований в почвах, происходящих под влиянием отрицательных температур, т.е. при их промерзании, пребывании в промерзшем состоянии и протаивании, развивающихся в пространстве и времени (Макеев, 1981, 1999; Худяков, 2002). В результате действия процессов почвенного криогенеза в почвах формируются специфические криогенные признаки, горизонты, режимы (Макеев, 1999). Криогенные явления отражаются в рельефе, изменяя структуру почвенного покрова, профиль почвы, отдельный генетический горизонт, оказывают существенное влияние на молекулярном и ионном уровнях (Худяков, 2002). Влияние криогенеза оценивается столь высоко, что некоторые исследователи предлагают рассматривать криогенез, как иерархическое подразделение в системе факторов почвообразования (Макеев, 1981). В современной отечественной и зарубежной литературе изучению криогенных процессов и явлений уделяется большое внимание (Smith аt аl, 1991; Walker, at al, 2008; Michaelson et al, 2008; Ping at al, 2008 и др.).
Глава 2. Природные условия района исследования
Район исследований расположен на севере Западной Сибири (Надымский район, Тюменская область, ЯНАО) в пределах северной границы распространения северной тайги (65°7826), в краевой части III-ей озерно–аллювиальной равнины р. Надым, на междуречье Хейгияха — Левая Хетта. Согласно почвенно-географическому районированию (Добровольский, Урусевская, 2004) этот район относится к Нижнеобской провинции фации холодных длительно промерзающих почв подзоны глееподзолистых почв и подзолов северной тайги Европейско-Западно-Сибирской таежно-лесной области бореального пояса. Для него характерны суровые климатические условия: продолжительный зимний период, низкие среднегодовые температуры воздуха (-5 °С), количество осадков варьирует от 450 до 650 мм в год.
Стратиграфо-генетическим комплексом, залегающим непосредственно с поверхности, являются биогенные образования современных болот и торфяников (реликтовых болот), в основном представленные торфом. Они сформированы на верхнеплейстоценовых, преимущественно песчаных отложениях зырянской свиты мощностью 10-15 м, подстилаемых супесчано-суглинистыми отложениями салехардской свиты.
Рельеф равнины, имеющей абсолютные высоты 25-35 м, плоский и пологоволнистый, осложнен скоплениями бугров и гряд многолетнего пучения. Преобладают два типа морфоструктур: озерно-болотный и приречный (Ландшафты криолитозоны.., 1983). Приречные слаборасчлененные части равнины залесены (6%), для центральных нерасчлененных частей характерна большая заболоченность и заозеренность, которая местами достигает 30-40%.
Район исследований расположен в зоне островного распространения многолетнемерзлых пород. Они имеют прерывистый характер, отсутствуя с поверхности под островами лесных урочищ и болотами, и приурочены к торфяникам, буграм и грядам пучения (Мельников и др., 2005). Из современных экзогенных геологических процессов наиболее широко развиты криогенные процессы (преимущественно сезонное и многолетнее пучение, термокарст) и заболачивание, менее распространены эрозия и эоловые процессы.
Растительность Надымского района представлена березово-лиственничными и березово-сосновыми кустарничково-лишайниковыми редколесьями. Значительные площади заняты морошково-багульниково-сфагново-лишайниковыми торфяниками, пушицево-осоково-сфагновыми и кустарничково-осоково-моховыми болотами. На буграх пучения развиты кедровые багульниково-лишайниковые и багульниково-сфагновые редины (Москаленко, 1999).
Глава 3. Объекты и методы исследования
Объекты исследования
Объектом исследований являются торфяные, глеевые и криотурбированные почвы гидроморфных экосистем, а также альфегумусовые почвы северотаежных лесных экосистем. Для решения поставленных задач на участках, выбранных в наиболее типичных ландшафтах, отличающихся по степени гидроморфизма, типу растительного покрова, глубине залегания ММП и степени выраженности криогенных процессов, заложены 4 стационарные площадки мониторинга.
В гидроморфных экосистемах площадки мониторинга располагались на болоте, на плоскобугристом торфянике с кустарничково-мохово-лишайниковым покровом, крупнобугристом торфянике с кустарничково лишайниково-моховым покровом. В лесных экосистемах исследования проводились в лиственничниках лишайниковых с выраженным бугристо-западинным рельефом и сосняках зеленомошниках со слабовыраженным скрытополигональным рельефом.
Детальные исследования проводились на мониторинговой площадке, расположенной в пределах плоскобугристого торфяника. На участке площадью 1га заложена регулярная сеть пикетов с шагом 10 м (121 точка опробования). В каждой точке сделаны детальные описания почв, растительности, почвообразующих пород, рельефа, измерены глубины протаивания, температуры на глубине 25 см, отобраны образцы. Составлена крупномасштабная почвенная карта участка (М 1:200).
Методы исследования
В работе применялись сравнительно-географический и исторический подходы, а также стационарно-режимный, морфолого-генетический, картографический, статистико-аналитический методы.
В августе-сентябре 1999-2008 гг. на изученных площадках заложено более 100 разрезов и 500 прикопок. На каждой площадке проводились круглогодичные измерения температуры почв на поверхности и по горизонтам с частотой 1 раз в 4 часа термодатчиками Hobo и Ibutton (производства фирмы Dallas); измерение глубины протаивания мерзлотным щупом. Почвенная газовая съемка проводилась путем размещения газовых пробоотборников на глубинах 20, 40, 60 см. Анализ эмиссии СО2 с поверхности почв выполнялся методом закрытых камер. Концентрации газов определяли портативным газоанализатором GAZ ANALYZER DX6210. Для оценки свойств почв на уровне почвенного профиля и генетических горизонтов, а также для выявления форм и степени проявления криогенных процессов использовался морфологический метод. Степень разложения торфа определялась в полевых условиях по шкале фон Поста, для оценки возраста древостоя использовался дендрохронологический метод.
Картографические методы были использованы для создания карт и интерпретации аэро- и фотоснимков.
В лабораторных условиях определяли рНН2О (потенциометрический метод), гигроскопическую влажность, содержание сырой (450С) и чистой золы, гидролитическую кислотность, обменные основания по Каппену-Гильковицу; валовой анализ торфов определялся атомно-эмиссионным методом; содержание Собщ, Nобщ – на экспресс-анализаторе АН-7529. Для оценки возраста почв проведен радиоуглеродный анализ торфов различного генезиса.
Полученные аналитические данные обрабатывались различными методами (анализ таблиц частот, однофакторный дисперсионный, корреляционный и регрессионный анализ) в программе Statistica 6.0.
Названия почв даны по «Классификации и диагностике почв России» (2004 г).
Глава 4. Характеристика почвенного покрова
4.1. Элементы структуры почвенного покрова
Основной и, очевидно, наиболее характерной чертой исследуемой территории является ее расположение на северной границе распространения северотаежных экосистем, в зоне островного распространения ММП.
В автоморфных условиях, на отложениях легкого гранулометрического состава широко распространены лесные ландшафты, хотя в целом на территории севера Западной Сибири они не занимают больших площадей. Наиболее распространенными являются бугристо-западинные ландшафты с лиственничниками лишайниковыми на хорошо дренированных участках и кочковато-западинные с сосняками зеленомошниками в более влажных условиях. В настоящее время влияние криогенеза на формирование лесных ландшафтов и почв минимально, так как ММП отсутствуют. Современные криогенные процессы представлены промерзанием - оттаиванием и морозобойным растрескиванием. Безусловное влияние, как на морфологию, так и на свойства почв и ландшафтов оказывают проявления палеокриогенного этапа развития территории, сохранившиеся в системе остаточно-полигональной сети, сформированной в раннеголоценовое время и представленные грунтовыми жилами и псевдоморфозами.
Схема 1. Проявление криогенеза в почвах северной тайги Западной Сибири
Широкое распространение на изученной территории, в связи с высокой заозеренностью и заболоченностью имеют гидроморфные ландшафты. Усложняющим фактором является наличие здесь современных ММП, залегающих в пределах 1-2 м и обусловливающих активное течение различных криогенных процессов. Под их влиянием формируются такие специфические криогенные ландшафты, как плоско и крупнообугристые торфяники с кустарничково-мохово-лишайниковым растительным покровом, нередко относимые ботаниками скорее к тундровым экосистемам, нежели к северотаежным. На переувлажненных территориях, в термокарстовых депрессиях, ложбинах стоков, развиты собственно болотные экосистемы с таликами (схема 1).
Сочетание различного гранулометрического состава пород на фоне общей высокой обводненности и разнообразия криогенных явлений, среди которых пучение и протаивание занимают значительное место, обусловливает высокую контрастность растительного и почвенного покрова.
Для основных ландшафтов территории, приуроченных к элементам мерзлотного рельефа, выделены и описаны следующие комбинации почв:
1. Комбинация почв автоморфного ряда: подзолов языковатых и иллювиально-железистых, подбуров и торфяно-подзолов на песках под лесными экосистемами с бугристо-западинным рельефом со специфическим посткриогенным строением (псевдоморфозы). ММП на большой глубине (> 20 м).
2. Комбинация почв гидроморфного ряда на различных элементах мерзлотного комплекса включает в себя:
а) почвы плоскобугристых торфяников с незначительным поднятием над уровнем болотных массивов и часто находящихся на различных уровнях эволюционного развития: торфяная олиготрофная типичная, торфяно-глеезем типичный и перегнойно-торфяный, торфяно-криозем типичный и перегнойный, а также специфические разности: глеезем криотурбированный (почва пятна) и торфяная олиготрофная деструктивная. ММП в пределах 1 м (рис.1).
Рис 1. Почвенная карта участка мониторинга плоскобугристого торфяника (М 1:200):
торфяно-глеезем : 1 – супесчаный, 2 – легкосуглинистый, 3 – на мерзлом торфе; торфяно-криозем перегнойный: 4 – супесчаный, 5 – легкосуглинистый, 6 – на мерзлом торфе; торфяная олиготрофная деструктивная - 7; торфяная олиготрофная типичная - 8; глеезем криотурбированный - 9
б) почвы крупнобугристых торфяников, приподнятых на высоту от 3 до 10 м над уровнем болотных массивов: торфяная олиготрофная мерзлотная, торфяно-глеезем, торфяно-криозем, торфяно-подзол. ММП не глубже 1,5 м.
в) почвы болотных экосистем (термокарстовые депрессии, ложбины стоков, мочажины): торфяная олиготрофная типичная и торфяно-глеезем. ММП либо отсутствует, либо залегает глубже нескольких метров.
4.2. Почвы автоморфных экосистем
Характерной чертой северотаежных лесных экосистем являются уникальные ландшафты с развитым бугристо-западинным микрорельефом (остаточно-полигональным), наиболее типичными элементами которого являются платообразные возвышения, разделяющие их канавообразные углубления и образующиеся в местах пересечения канав замкнутые воронки (западины от 0,5 до 1,5 м глубиной). Генезис такого рельефа большинство исследователей связывает с влиянием как современных криогенных процессов (морозобойное растрескивание), так и палеокриогенных явлений (Долгова, 1973; Белопухова, 1962).
Фоновыми для территории исследования являются подзолы иллювиально– железистые (O-E-BF(BHFy)-C) и торфяно-подзолы (T-E-BHF-С), формирующиеся на песчаных отложениях. Органопрофиль состоит из подстилочного горизонта, состоящего из мохового или лишайникового очеса, сменяемого серией торфяных подгоризонтов (1-2 горизонта сфагнового торфа, различной степени разложенности, не превышающей 50%) мощностью 10-15 см. Элювиальный горизонт (мощностью, в среднем, 15 см) имеет характерный серовато-белый цвет с розоватым оттенком, бесструктурен, с низким содержанием корней, часто с включением многочисленных угольков.
В результате почвообразования иллювиальные горизонты приобретают буроватую, коричневатую, охристую окраску, в них обнаруживаются различные новообразования, свидетельствующие о наличии глеевого процесса (марганцовистые, железистые конкреции, тонкие, многочисленные ортзандовые прослои, болотная руда). Нижняя часть профиля представлена песчаными отложениями серовато–желтых оттенков, иногда с включениями гальки.
Характерной чертой этих почв является формирование профиля в условиях периодического застоя влаги, как в результате активного таяния снега над мерзлотным водоупором, так и вследствие низкой фильтрационной способности минеральной песчаной толщи, многократно сцементированной прослоями окислов и гидроокислов железа и марганца.
На фоне типичных подзолов, локально развиваются языковатые подзолы с характерной формой горизонта Е в виде длинного и узкого «языка». Для таких почв характерна существенно более высокая мощность горизонта Е (до 1 м и более) (рис. 2). Формирование данных почв приурочено к системе палео- и современных криогенных трещин разного порядка. Увеличение мощности профиля связано с интенсификацией процессов миграции растворов вдоль трещины. Для языковатых подзолов характерно, так называемое, «цветковое» оподзоливание, связанное с миграцией кислых продуктов вместе с капиллярной влагой.
Вторая разновидность языковатых подзолов («жильные») приурочена исключительно к системе остаточно-полигональной сети, в рамках которой сформированы псевдоморфозы (структуры мощностью до 2 м, формирующиеся в полости ледяной жилы после ее вытаивания и заполнения породой) (Романовский, 1977). Эта разновидность языковатых подзолов развита на породах тяжелого гранулометрического состава, которыми были субаквально кольматированы вытаивающие в голоцене ледовые жилы. Характерной особенностью почв является «карманность» мощного Е горизонта (до 80 см) и резкий переход к иллювиальной части профиля, которая имеет суглинистый характер с признаками оглеения. Элювиированные продукты осаждаются на границе клина и вмещающей песчаной породы и представляют собой темно-серые и ярко-охристые прослои толщиной до 0,5 см и железистые новообразования. Иллювиальные горизонты, как правило, сильно турбированы и имеют выраженную поскриогенную плитчатую структуру, которая несет ту же функцию интенсификации процессов миграции воды, что и в первой разновидности языковатых подзолов, определяя локальное развитие мощного подзолистого языка.
Подзолы иллювиально-железистые и торфяно-подзолы (Васильевская и др., 1986) характеризуются кислой реакцией среды органогенного профиля и слабокислой – минеральной части. Горизонты подстилок и торфяные горизонты характеризуются высокими величинами гидролитической кислотности, низкой степенью насыщенности основаниями. Минеральные песчаные горизонты имеют очень низкие величины емкости катионного обмена, слабоненасыщенны. Величины потерь при прокаливании в торфяных горизонтах высокие, достигают 80-85%. Как таковой гумусовый горизонт не образуется, также как и иллювиально-гумусовый.
Таким образом, в рамках остаточно полигональной сети, в результате проявления палеокриогенеза создаются условия для интенсификации элювиально-иллювиальных процессов почвообразования, обусловливающих специфичность формы и мощности элювиально-иллювиального профиля почв автоморфных ландшафтов.
Рис. 2 Схематический профиль подзола языковатого, сформированного:
а) по морозобойной трещине б) по псевдоморфозе
(1- слоистые песчаные отложения, 2- кайма ожелезнения, 3- иллювиально-железистый горизонт, 4- суглинистая псевдоморфоза, 5- элювиальные песчаные горизонты)
4.3. Почвы гидроморфных экосистем
Гидроморфные ландшафты характеризуются высокой контрастностью почвенного и растительного покровов, связанной с активным проявлением криогенеза, обусловленной близким залеганием многолетнемерзлых пород (ММП). В результате масштабных криогенных процессов (пучения, протаивания), заболоченные территории претерпевают значительные изменения, связанные с расчленением общей территории болотных экосистем на участки, резко отличающиеся по степени гидроморфизма. Здесь встречаются следующие основные типы экосистем, приуроченные к различным элементам мерзлотного рельефа (схема 2):
- Болотные экосистемы (термокарстовые депрессии, ложбины стока, мочажины) с осоково-моховым покровом.
- Плоскобугристые торфяники с превышением над уровнем болот от 0,5 до 2 метров с кустарничниково-лишайниково-моховым покровом.
- Деградирующие торфяники с превышением до 3 м, растительный покров сильно нарушен, местами отсутствует.
- Крупнобугристые торфяники с превышением до 10 метров и мохово-лишайниковым покровом.
Схема 2. Основные типы гидроморфных ландшафтов
Почвы болотных экосистем. Характерной особенностью почв собственно болотных экосистем – торфяных олиготрофных типичных (ТО-ТТ-(G)) является слабое проявление криогенных процессов. Почвы переувлажнены круглый год и состоят из горизонтов слаборазложенных сфагновых мхов мощностью до 100 см. Преобладают процессы торфообразования. Для почв свойственны высокие величины актуальной и гидролитической кислотности при низкой сумме обменных оснований. Содержание золы, Собщ. и Nобщ. нешироко варьирует и слабо отличается от аналогичных показателей в других почвах (табл. 1).
Таблица 1. Средние величины основных химических свойств почв торфяников
| Почва | Гори- зонт | Гигроско пическая влажность, % | n | pHН20 | n | Сырая зола, % | n | Сумма обменных оснований, ммоль(+)/ 100г почвы | n | Гидро- литическая кислотность, ммоль (+)/ 100г почвы | n | Степень насыщен ности основаниями, % | n | Cобщ, % | n | Nобщ, % | n |
| Торфяно-глеезем | ТО | 8,6 | 28 | 4,4 | 27 | 13,9 | 27 | 29,2 | 26 | 46,3 | 25 | 39,9 | 22 | 41,7 | 8 | сл. | 7 |
| Т1 | 10,4 | 27 | 4,3 | 27 | 10,9 | 27 | 44,5 | 24 | 95,3 | 26 | 29,4 | 24 | 43,3 | 8 | 0,6 | 8 | |
| Т2 | 9,4 | 15 | 4,4 | 15 | 13,7 | 15 | 33,3 | 16 | 77,7 | 16 | 30,2 | 14 | 43,9 | 2 | 1,3 | 2 | |
| G* | 0,7 | 20 | 5,3 | 20 | 4,2 | 20 | 0,7 | 18 | 7,7 | 18 | 9,9 | 14 | 0,6 | 8 | не опр. | - | |
| Торфяная олиготрофная (мерзлотная) | ТО | 8,7 | 7 | 4,8 | 7 | 17,0 | 7 | 31,0 | 7 | 44,5 | 8 | 43,2 | 7 | 39,4 | 5 | 0,1 | 5 |
| Т1 | 10,0 | 8 | 3,8 | 8 | 10,9 | 8 | 38,3 | 7 | 97,4 | 8 | 27,0 | 7 | 44,2 | 5 | 0,1 | 5 | |
| Т2 | 9,5 | 7 | 4,2 | 7 | 12,3 | 7 | 29,8 | 6 | 103,9 | 7 | 25,4 | 5 | 44,7 | 5 | 0,7 | 5 | |
| Торфяно-криозем | TО | 8,6 | 23 | 4,4 | 23 | 11,9 | 23 | 30,2 | 23 | 44,5 | 22 | 41,9 | 20 | 40,9 | 10 | сл. | 10 |
| Т1 | 9,7 | 22 | 4,3 | 22 | 12,2 | 22 | 37,8 | 17 | 97,4 | 22 | 26,1 | 17 | 43,6 | 11 | 1,0 | 11 | |
| Т2 | 8,4 | 22 | 4,6 | 22 | 24,6 | 22 | 32,1 | 22 | 83,5 | 22 | 29,2 | 21 | 42,1 | 8 | 0,9 | 8 | |
| Т3 | 8,9 | 4 | 4,5 | 4 | 17,6 | 4 | 42,2 | 3 | 84,5 | 4 | 34,2 | 3 | 38,1 | 1 | 2,0 | 1 | |
| CR* | 0,5 | 19 | 5,8 | 19 | 2,7 | 19 | 0,4 | 19 | 5,4 | 18 | 9,6 | 12 | 0,5 | 10 | не опр. | - | |
| Торфяная олиготрофная (болотная) | ТО | 9,3 | 4 | 4,1 | 4 | 12,7 | 4 | 24,2 | 4 | 65,7 | 4 | 27,4 | 4 | 40,3 | 2 | 0,5 | 2 |
| Т1 | 10,6 | 6 | 4,3 | 6 | 11,3 | 6 | 34,0 | 6 | 77,5 | 6 | 26,0 | 5 | 43,6 | 5 | 0,2 | 5 | |
| Глеезем крио-турбированный | О | 8,4 | 6 | 4,3 | 6 | 20,0 | 6 | 24,6 | 6 | 43,7 | 6 | 30,7 | 6 | 43,5 | 2 | 0,8 | 2 |
| Т1 | 6,5 | 6 | 4,5 | 6 | 47,3 | 6 | 20,7 | 6 | 50,9 | 5 | 21,7 | 5 | 31,7 | 4 | 0,5 | 4 | |
| Gctr* | 0,7 | 6 | 5,1 | 6 | 2,1 | 6 | 0,9 | 6 | 4,0 | 6 | 13,6 | 6 | 0,8 | 2 | не опр. | - | |
| Торфяная олиготрофная деструктивная | Тmd | 10,0 | 6 | 3,8 | 6 | 13,9 | 6 | 21,7 | 6 | 95,0 | 6 | 21,9 | 6 | 45,0 | 3 | 1,9 | 3 |
| Т2 | 10,0 | 5 | 3,8 | 5 | 6,0 | 5 | 28,8 | 5 | 91,9 | 5 | 32,9 | 5 | 49,2 | 2 | 2,4 | 2 | |
| Т3 | 10,3 | 5 | 4,0 | 5 | 4,8 | 5 | 20,7 | 5 | 83,5 | 5 | 26,9 | 5 | 51,4 | 2 | 2,3 | 2 | |
| Т4 | 10,9 | 4 | 4,4 | 4 | 4,7 | 4 | 29,6 | 4 | 70,5 | 4 | 42,2 | 4 | 50,6 | 2 | 1,6 | 2 |
примечание: n – повторность, * - определялась потеря при прокаливании
Почвы крупно- и плоскобугристых торфяников. В этих ландшафтах современные криогенные процессы наиболее активны. Пучение, протаивание, термоэрозия, морозобойное растрескивание проявляются в почвенном профиле в виде языковатости горизонтов, морозобойных трещин, заполненных сильноразложенным торфяным материалом, сильной турбированности профиля. Нередко отмечается погребение почв вследствие излияния грунта или турбаций. По мере поднятия при криогенном пучении, масса законсервированного торфа болотных почв выходит в автоморфную стадию и начинает трансформироваться, формируя ряд почв в зависимости от времени выхода: торфяная олиготрофная (болотная) (ТО-ТТ-(G)) – торфяная олиготрофная мерзлотная (ТО-ТТ), торфяно-глеезем (T(Th)-G-CG), торфяно-криозем (T-CR-C), торфяно-подзол (T-E-BHF-Сg). Морозобойные трещины, являясь своеобразными дренами, не только аккумулируют трансформированное органическое вещество, но и способствуют активной миграции почвенных растворов, обусловливая в период промывного режима активизацию процессов дифференциации почвенного профиля. В зимний период наличие насыщенных водой и органическим веществом трещин приводит к развитию криогенного бугорковатого микрорельефа.
Органопрофиль современных торфяных почв представлен горизонтами (2-3) отмерших сфагновых мхов, различной степени разложенности, общей мощностью до 100 см. Величина СТС (сезонно талый слой) часто не превышает мощность органопрофиля, и почвообразование в настоящий момент протекает без участия минеральной составляющей. Минеральные горизонты этих почв представлены песчаным, реже суглинистым субстратом, который сменяется высокольдистыми, массивными вечномерзлыми породами того же состава. Преобладают процессы трансформации торфа, глеевый, иллювиально-гумусовый. Иногда в профиле торфяных почв диагностируются отмытые зерна кварца, особенно на границе минерального и торфяного горизонтов, что говорит о возможности развития почв по элювиально-иллювиальному типу.
Содержание Собщ в верхних горизонтах всех почв торфяников около 40%, тогда как в центральной части профиля для разных почв наблюдаются сильные различия, достигая максимальной разницы в нижних горизонтах торфяных деструктивных почв и торфяно-криоземов (52% и 38% соответственно) (табл. 1). Степень разложения органического вещества увеличивается вниз по профилю всех почв. Наибольшие величины рНН2О характерны для горизонтов ТО (4,0 – 4,8), они закономерно уменьшаются к центральной части профиля всех почв и, затем, постепенно увеличиваются к нижним торфяным подгоризонтам. Значения рНН2О в минеральных горизонтах близки к нейтральным и варьируют незначительно (5,5 – 6,0). Высокая зольность торфов, особенно в верхних горизонтах, не исключает частичного эолового переноса с поверхности пятен. В целом характерно равномерное содержание золы по профилю, в пределах 10 – 20%. Анализ чистой золы показал, что ее содержание в органогенных горизонтах снижается до интервала значений 1,5 – 5,0%. Степень насыщенности основаниями хорошо коррелирует с величиной гидролитической кислотности и принимает минимальные значения в центральной части профиля, постепенно увеличиваясь с глубиной.
Отмечается преимущественное возрастание большинства показателей вниз по профилю, при этом их экстремумы и наибольшее варьирование характерны для центральной части профиля, горизонтов Т1 и Т2. Кроме того, к этим же глубинам приурочена максимальная частота перехода температуры почвы через ноль, т.е. смена циклов промерзания-оттаивания, а также максимальные величины среднегодовых температур и максимальная продолжительность периода с температурами выше 50С. Такое сочетание факторов, по-видимому, и обусловливает нахождение центра деструкции органического вещества на этих глубинах.
Свойства торфяной олиготрофной деструктивной (TOmd-TT) почвы значительно отличаются от свойств остальных почв и характеризуются снижением степени разложенности органического вещества вниз по профилю, что обусловлено вовлечением в почвообразование неразложившихся торфяных слоев. Почвы кислые, с низкими величинами степени насыщенности основаниями, низким содержанием золы, максимальным содержанием Собщ и Nобщ. (52% и 2,1%) В целом это связано с реликтовым генезисом деградирующих торфяников, обусловливающим крайнюю стадию преобразования торфа.
Незначительные площади занимают глееземы криотурбированные (почвы пятен) (O-Gctr-CG), сформированные при максимальной выраженности криогенных процессов, в результате излияния на поверхность минерального грунта. Лишенные органогенного горизонта, появляющегося лишь со временем в виде специфических корочек или маломощного слоя мхов, они развиваются на тиксотропном, оглеенном минеральном горизонте тяжелого гранулометрического состава. Процессы почвообразования диагностируются лишь на старых, заросших с поверхности пятнах, верхние горизонты которых прокрашены органическим веществом. Свойства таких почв определяются, в первую очередь, особенностями выдавленного грунта и характеризуются кислым рН (3,8), низким содержанием Собщ (0,1-0,4%), суммой поглощенных оснований в пределах от 0,5 до 1,5 ммоль(+)/100 г почвы и гидролитической кислотностью, не превышающей 1,1 – 2,8 ммоль(+)/100 г почвы.
Макро- и микроэлементы в торфяных почвах
Крайняя олиготрофность экосистем исследуемого района, определяемая бедным и преимущественно легким гранулометрическим составом почвообразующих пород и диагностируемая по активному участию в наземном покрове лишайников и мхов, обусловливает низкую долю участия биофильных элементов в зольном составе торфяных почв.
На фоне закономерного увеличения содержания золы вниз по профилю, в ее составе ведущее место принадлежит алюминию и железу, тогда как содержание кальция не превышает 1%, при вдвое меньших концентрациях магния. Низкие величины содержания характерны для калия и фосфора. Содержание микроэлементов также низко, при преимущественной роли элементов семейства железа, в первую очередь хрома и ванадия. Чрезвычайно низкие концентрации характерны для одного из важнейших элементов молибдена, а также бериллия и олова. Существенно, что низкие концентрации микроэлементов характерны для исходных торфообразователей, в первую очередь мхов. Для большинства элементов кларки концентрирования очень низки. Таким образом, элементный состав торфов отражает особенности геохимии территории в целом, включая содержание макро- и микроэлементов.
Влияние глубины протаивания на свойства почв
Статистическая обработка базы данных (на основе анализа стандартизованного коэффициента регрессии) не позволила установить существенную значимую связь глубины протаивания и основных показателей свойств почв. Это объясняется сложным, неоднозначным и взаимосвязанным характером взаимодействия различных факторов на почвообразование как по отдельности, так и всех вместе, на фоне постоянных криогенных деформаций, а также различным генезисом торфяных горизонтов, часто связанным с процессами палеопочвообразования. Анализ взаимосвязей по горизонтам выявил существенно лучшую связь для верхних (современных) горизонтов торфа. Среди таких факторов, как гипсометрический уровень, тип растительного покрова и почвообразующая порода глубина протаивания имеет наибольшую значимость влияния на такие характеристики торфяных почв, как: мощность органопрофиля, степень разложения торфов, величина рН.
Глава 5. Особенности функционирования почв
5.1. Температурный режим почв
Установлено, что самыми теплыми являются подзолы лиственничников лишайниковых, относящиеся по классификации В.Н. Димо (1972) к типу длительно сезонно промерзающих, самыми холодными – торфяные олиготрофные (мерзлотные) почвы торфяников, режим которых соответствует мерзлотному типу (табл. 2).
В автоморфных условиях в лесных экосистемах минимальные температуры поверхности достигаются в ноябре, декабре и затем стабилизируются за счет образования снежного покрова. Для развитых здесь подзолов и торфяно-подзолов распространение отрицательных температур характерно до глубины не более 100 см с продолжительностью не более 4 месяцев. Среднегодовые температуры положительны (1,5-2,5С) и повышаются вниз по профилю. Наибольший размах экстремумов температур характерен для верхних органогенных горизонтов (12-16С). Температурные волны с величиной +10 С опускаются на глубины свыше 1 м.
Среднегодовые температуры в горизонтах торфяных почв гидроморфных ландшафтов отрицательны или близки к нулевым значениям и постепенно понижаются к нижним горизонтам вплоть до горизонта вечной мерзлоты. Минимальные температуры на поверхности и в нижележащих горизонтах почв достигаются практически одновременно, в самый холодный месяц (февраль, март). На глубинах свыше 50 см отрицательные температуры сохраняются от 8 до 11 месяцев. Наиболее теплыми и с максимальным размахом экстремумов (7-14С) также оказываются органогенные горизонты на глубинах от 10 до 20 см. При этом температурные волны с величиной +10С не опускаются глубже 20 см.
Значимую роль на торфяниках приобретает микрорельеф, перераспределяя твердые осадки. Среднегодовые и минимальные температуры существенно отличаются по элементам микрорельефа и значительно ниже на микроповышениях. Разница температур на поверхности микроповышения и микропонижения может достигать десятков градусов. Так, например размах годовых экстремумов на поверхности составляет 61С и 31С соответственно. Это может являеться одной из причин пониженной интенсивности трансформации органопрофиля почв микроповышений и формировании мощного торфяного профиля.
Установлено, что независимо от типа почвы и мощности торфяного горизонта, среднегодовая температура на границе органогенного и минерального горизонтов в среднем одинакова и составляет - 0,6С, что свидетельствует о существовании здесь определенных термических условий, обусловленных типом торфа и особенностями его трансформации.
Таблица 2. Температурный режим почв района исследований на поверхности и глубине 20см. (2007-2008 гг.)
| Ландшафт | Почва | Среднего-довая температура воздуха (С) (максимум /минимум) | n- фактор летний зимний | Температура на поверхности почв Температура на глубине 20 см | ||
| Среднегод. | Максимум/ Минимум | Самый холодный/ теплый месяц (разница средних температур) | ||||
| Лесные экосиситемы | Подзол | -3,7 (32,6/ -47,6) | 0,78 0,19 | 2,5 2,8 | 24,2/-5,4 13,8/-2,1 | январь/июль (17,8) март/июль (13,5) |
| Торфяно-подзол | 1,5 1,8 | 30/-7,0 11,0/-0,9 | ноябрь/июль (16,7) февраль/август (9,2) | |||
| Торфяно -глеезем | 1,7 2,0 | 20,0/-14,5 12,0/-0,5 | ноябрь/июль (18,9) февраль/август (10,7) | |||
| Торфяники | Торфяная олиготрофная | -4,0 (30,7/-47,7) | 0,84 0,14 | 0,3 не опр | 19/-4 не опр | февраль/август (10,9) не опр |
| Торфяно-криозем типичный | не опр 0,9 | не опр 12,0/-2,5 | не опр март/август (12,8) | |||
| Торфяно-криозем перегнойный | -1,1 -0,8 | 32,5/-20,0 8,5/-9,0 | январь/август (24,1) январь /август (11,8) | |||
Таким образом, максимальный размах температурных колебаний, а также наиболее высокие среднегодовые температуры в органопрофиле всех типов почв приурочены к современным торфяным горизонтам, сформированным на глубинах до 20 см, что является, по-видимому, одной из причин высокой вариабельности морфологических и химических показателей в верхних органогенных горизонтах и нахождения в них центров декструкции. К этим же горизонтам приурочено и максимальное количество циклов промерзания - оттаивания, которое варьирует от 6 до 10 раз за зиму.
Близкие величины среднегодовых температур воздуха и его экстремумов, а также близкие значения n-фактора (отношение температур воздуха и на поверхности) в обоих ландшафтах свидетельствуют в пользу того, что основной вклад в формирование термического режима исследуемых почв вносит не тип растительного покрова или величина снежного покрова, а близкое залегание ММП со средней температурой около -1С. Об этом же говорит и высокая взаимосвязь температуры почв на глубине 25 см и глубины протаивания.
5.2. Содержание углекислого газа в почвенных горизонтах и дыхание почв
Установлено, что эмиссия диоксида углерода лесными почвами (торфяно-подзол) невысокая и в среднем составляет около 300 мгСО2/м2час, утром принимая минимальные значения 150 - 200 мгСО2/м2час, в вечерние часы увеличиваясь до 600-700 мгСО2/м2час. Эмиссия СО2 почвами торфяных экосистем: глееземом турбированным (почва пятна), торфяной деструктивной, торфяно-криоземом оценивается как очень низкая, т.к. ее величины не превышают 100-120 мгСО2/м2час (рис. 3). При этом в приведенном ряду величина эмиссии увеличивается. Такие значения эмиссии свидетельствуют о низкой биологической активности почв. Мощность органопрофиля, различная в представленных почвах, не оказывает существенного влияния на данный показатель.
Тенденции, отмеченные при исследовании эмиссии, еще более четко прослеживаются при анализе данных по концентрации углекислого газа в почвенном воздухе горизонтов разных типов почв (рис. 4). На рисунке представлены данные измерений, сделанных в одно время на всех участках. Максимальные значения (до 0,5%) характерны для торфяно-подзолов, а минимальные для торфяной деструктивной почвы (<0,05%), при этом разница в значениях концентраций между этими почвами выражена сильнее, чем при оценке эмиссии.
С глубиной концентрация углекислоты в торфяно-подзоле сначала несколько падает, затем увеличивается, что в целом характерно для лесных почв (Смагин, 2009). В торфяно-криоземе и торфяной деструктивной почве картина противоположная: с глубиной концентрация СО2 резко уменьшается. Возможно, это связано с растворением углекислого газа в холодном растворе, интенсивно образующимся в данное время года в результате таяния сезонномерзлого слоя почвы. Возможно также, что на уровне кровли ММП деятельность аэробной микрофлоры сильно ингибирована за счет низких температур, приближающихся к нулю и повышенной влажности.
Таким образом, отмечена существенная разница поведения углекислого газа в лесных и тундровых экосистемах, как по величинам эмиссии, так и по концентрации в почвенном воздухе. Отмеченная разница определяется, в первую очередь, трансформацией органического вещества под действием микрофлоры, активность которой зависит от оптимального сочетания гидротермических условий. Низкие температуры в торфяниках и присутствие ММП являются, по-видимому, основными факторами лимитирующими деятельность микрофлоры и продуцирования СО2.
5.3. Глубина протаивания почв
Установлено, что глубина протаивания почв торфяников варьирует в широких пределах - от 39 до 190 см и глубже, в среднем составляя 120-130 см, и последовательно увеличивается в ряду торфяная олиготрофная (мерзлотная) почва – торфяно-подзол. Анализ многолетних наблюдений (1997-2005) за динамикой СТС различных типов почв показал, что варьирование этого показателя на одной точке может достигать 100 см и более, и напрямую не связано с трендом температур воздуха. Максимальное варьирование этой величины свойственно торфяно-криоземам и торфяно-глееземам, что обусловлено нахождением этих почв в наиболее активной стадии преобразования. Тренд увеличения протаивания в этих почвах четко следует повышающемуся климатическому тренду. Установлено уменьшение СТС для торфяных олиготрофных (болотных) почв и глееземов криотурбированных при потеплении, что говорит о сложных механизмах их функционирования. Данные почвы характеризуются крайними величинами мощности органопрофиля (максимальной и минимальной соответственно). И если, в первом случае, тренд уменьшения протаивания обусловлен, по-видимому, изменением гидрорежима (уменьшения отепляющего воздействия воды), то, во втором случае, определяется активно формирующимся молодым органогоризонтом, являющимся термоизолятором.
Наименьшее варьирование СТС отмечено для торфяных олиготрофных мерзлотных почв, что объясняется нивелирующим влиянием мощного органопрофиля и близко расположенных ММП, при этом отмечен четкий тренд увеличения СТС при потеплении.
Рис.5. Динамика глубины протаивания почв торфяников (n=121) и тренд температур воздуха (1997-2005 гг.).
Установлено, что глубина протаивания имеет высокую положительную связь с температурой почв на глубине 25 см и отрицательную связь с мощностью органопрофиля почв. Существует значимая связь с типом почвообразующей породы при отсутствии связи с типом растительного покрова и гипсометрическим уровнем.
Глава 6. Формирование территории района исследований
На основе полевых исследований и радиоуглеродного анализа установлено, что на исследуемой территории в голоценовое время сочетались несколько основных этапов развития, которые оказали максимальное влияние на ее формирование. К настоящему времени на территории мы наблюдаем следующую хронокатену ландшафтов: крупнобугристый торфяник с суглинистыми псевдоморфозами, содержащими торф, сформированный свыше 10000 лет назад и представляющий собой реликт этапа развития торфяников раннего голоцена; голоценовые торфяники (4-6 т.л.), деградирующие в настоящее время; плоскобугристые торфяники, активно формирующиеся последние 1-2 т.л. (табл. 3).
Обнаруженные реликты палеокриогенеза свидетельствуют о существовании неоднократных оптимальных условий для развития гидроморфных экосистем и накопления биогенных отложений, четко разделяемых криохронами, во время которых активизировались криогенные процессы и процессы трансформации и деградации торфяников. Их сочетание привело к современной сложной картине пространственной структуры ландшафтов и почв исследуемой территории и обусловило общую гидроморфную направленность развития, усложняющим фактором которой служило син- и эпигенетическое промерзание отложений и сопутствующие проявления всего спектра криогенных процессов.
Таблица 3. Этапы формирования территории района исследований
| Этап | Время, лет назад | Возраст торфа, лет | |
| Зырянское похолодание | 100000-80000 | Формирование III-ей террасы р. Надым | не опр. |
| Каргинское межледниковье | 75000-40000 | Переработка террасы, преобразование в озерно-аллювиальную равнину | не опр. |
| Сартанское похолодание | 35000-12000 | Образование сети полигонально жильных льдов, формирование 2 типов местности: лесных и озерно - болотных | не опр. |
| Потепление | 12000-8000 | Вытаивание жильных льдов, образование псевдоморфоз | Погребенный торф из суглинистой псевдоморфозы (возраст 10450±100) |
| Похолодание | 8000-6000 | Вторичное образование сети полигонально жильных льдов на торфяниках, бугристо-западинного рельефа в лесах | не опр. |
| Голоценовый оптимум потепление | 6000-3000 | Формирование торфяников | Деградирующий торфяник, торф (возраст 3710±50) |
| похолодание | 3000- 0 | Образование современных торфяников, разрушение голоценовых торфяников | плоскобугристый торфяник, торф (возраст 1470±50) |
Реликты палеокриогенеза, как и палеогидроморфизма широко распространены на исследуемой территории во всех ландшафтах. Это так называемые псевдоморфозы и законсервированное в них органическое вещество (преимущественно сильноразложенный торф). Превалирование одного или другого процесса обусловливало либо накопление органических остатков и формирование торфяных отложений и почв при увеличении гидроморфизма, либо их трансформацию при выходе участков территории в автоморфный режим под действием процессов пучения. В настоящее время мы наблюдаем на наиболее древних автоморфных ландшафтах формирование почв по элювиально-иллювиальному типу независимо от генезиса ландшафта. Эти почвы мы встречаем как на лесных территориях, так и на вершинах крупнобугристых торфяников. Второй ветвью развития являются почвы, формирующиеся в полугидроморфных условиях при заторможенной трансформации органического вещества и распространенные на деградирующих торфяниках. В настоящий момент они представлены постепенно минерализующимися торфяными почвами. Наиболее динамичными являются почвы, начавшие свое формирование на вновь образующихся под влиянием процессов пучения современных торфяниках. Направленность их развития определяется складывающимися условиями почвообразования, при изменении которых они могут законсервироваться, выйдя в болотную или мерзлотную стадию, либо начать активно трансформироваться, вплоть до развития по элювиально-иллювиальному типу.
Таким образом, при общем преобладании на территории торфяных олиготрофных почв, формирующихся в гидроморфных условиях, пучение сразу же обусловливает выход локальных участков в автоморфную стадию. Это определяет развитие почв по следующим схемам: 1) торфяная олиготрофная (болотная) торфяная олиготрофная (мерзлотная) торфяно-глеезем (криозем) торфяно-подзол; либо 2) торфяная олиготрофная (болотная) торфяная олиготрофная (мерзлотная) торфяная олиготрофная деструктивная.
Установлен факт замкнутости цикла развития почв гидроморфного ряда, при котором в обоих случаях почвы могут вновь вовлекаться в болотную стадию развития при неизбежном разрушении торфяников в результате термокарстовых и термоэрозионных процессов.
Элювиально–иллювиальные почвы лесных экосистем в настоящий момент квазистационарны, развитие их со временем связано с интенсификацией процессов трансформации профиля под действием продуктов разложения органического вещества.
Таким образом, особенностью развития почв является рельефообразующая роль криогенеза, которая в условиях слабого расчленения территории и ее сильной обводненности определяет направленность процессов почвообразования, детерминируя как выход почв в автоморфную стадию развития, так и возвращение в гидроморфную.
Выводы
- Установлено, что для автоморфных лесных ландшафтов характерны проявления реликтовых форм криогенеза, приуроченные к бугристо-западинному микро- и мезорельефу, усложняющие структуру почвенного покрова. На фоне широкого распространения подзолов иллювиально-железистых и ведущей роли глее- и подзолообразования формируются специфические языковатые подзолы. Для гидроморфных ландшафтов, с ведущей ролью процессов накопления и трансформации органического вещества, присущи современные проявления криогенеза - протаивание и пучение, морозобойное растрескивание и криотурбации. Активизация криогенных процессов обусловливает не только высокую контрастность почв и почвенных свойств, но и формирование специфических почв: торфяных олиготрофных деструктивных и глееземов криотурбированных (почв пятен).
- Особенностью почв изученного района являются различные проявления криогенеза в почвенном профиле – морозобойные трещины, турбированность профиля, языковатость и карманность границ, криогенное оструктуривание. В химическом отношении особенностью почв является высокая кислотность, низкая зольность торфов, относительно низкие величины насыщенности почв основаниями, что определяется крайней олиготрофностью наземных экосистем и бедностью песчаных отложений.
- Процессы пучения и протаивания, приводящие к активному формированию крупно- и плоскобугристых торфяников в условиях крайней обводненности территории являются альтернативой физико-географическому расчленению территории. Криогенез обусловливает вступление почв в автоморфную стадию развития в условиях господства болотных экосистем и активизацию процессов трансформации почв вплоть до развития их по элювиально-иллювиальному типу.
- Показано, что глубина протаивания оказывает значимое влияние на мощность органопрофиля, степень разложения торфа и величину рН торфяных почв. При этом среди таких факторов, как гипсометрический уровень, тип растительного покрова, почвообразующая порода влияние этого показателя максимально. Таким образом, глубина протаивания в данном регионе может рассматриваться в одном ряду с классическими факторами почвообразования, являясь «субфактором».
- Экспериментально показано, что наибольшая частота циклов промерзания-оттаивания, величина размаха температур и среднегодовая температура в органогенном профиле торфяных почв характерна для глубины 10-20 см. К этим же глубинам приурочена максимальная вариабельность изученных морфологических и химических показателей, что связано, по-видимому, с нахождением на этой глубине центра деструкции органического вещества.
- Установлено, что изученные почвы функционируют в разных температурных режимах. Мерзлотный тип температурного режима почв торфяников лимитирует биологическую активность, что выражается в низких величинах продуцирования СО2 по сравнению с длительно-сезоннопромерзающими почвами лесных экосистем.
- Установлено, что на исследованной территории последовательно сменилось несколько этапов климатических оптимумов и минимумов, приводивших как к накоплению биогенных отложений, так и к их син- и эпикриогенному промерзанию. К настоящему моменту на территории широко распространены разновозрастные ландшафты (бугры пучения, деградирующие торфяники), сохраняющие следы палеокриогенных этапов развития (грунтовые жилы, псевдоморфозы). Различный генезис торфа, сложная структура палеокриогенных отложений на фоне современных криогенных процессов оказывают существенное влияние на свойства почв и структуру почвенного покрова.
Список опубликованных работ
- Богатырев Л.Г., Матышак Г.В., Москаленко Н.Г. О некоторых особенностях неоднородности почвенного покрова и некоторых почвенных свойств в пределах лесотундровых ландшафтов севера Западной Сибири //Труды школы семинара «Дмитриевские чтения», МГУ, 2001, с. 93-99.
- Матышак Г.В., Кустовская К.Е. Характеристика почв торфяных бугров различного возраста в пределах долины реки Лонг-Юган (Западная Сибирь)// 9-я Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «ЛОМОНОСОВ – 2002», М., 2002, с. 75.
- Богатырев Л.Г., Матышак Г.В., Москаленко Н.Г. Почвы бугров пучения севера Западной Сибири //Международная конференция «Криосфера земли как среда жизнеобеспечения», Пущино, 2002, с. 102.
- Богатырев Л.Г., Матышак Г.В., Зборищук Ю.Н. Генезис лесных подстилок в лесных экосистемах национального парка "Плещеево озеро"//Вестник МГУ, сер. 17, Почвоведение, 2002, №1, с. 6-14.
- Богатырев Л.Г., Матышак Г.В., Кустовская К.Е. О важнейших механизмах, обусловливающих эволюцию почв в условиях криогенеза //Международная конференция «Криосфера земли как среда жизнеобеспечения», Пущино, 2003, с. 35.
- Богатырев Л.Г., Макаров О.А., Семенюк О.В., Матышак Г.В. О некоторых тенденциях в изучении биосферы//Экология, 2004, № 1, с 1-10.
- Матышак Г.В. Об элементах эволюции гидроморфных почв в условиях криогенеза// Тезисы. 3-ей Конференции геокриологов России. МГУ им. М.В. Ломоносова. 1-3 июня 2005 г. Том 1. Изд-во Моск. ун-та. 2005. С.145-150.
- Москаленко Н.Г., Воеводин П.В., Матышак Г.В., Рычков П.Н., Устинова Е.В. Антропогенные изменения биоты на разных типах почв севера Западной Сибири //Материалы конференции «Биосферные функции почвенного покрова», 15–17 февраля 2005, г. Пущино, С.64-65.
- Matyshak G.V. Some specific features of soil formation on cryogenic circles//IV International Conference on Cryopedology «Cryosols: Genesis, Ecology and Management». Arkhangelsk-Pinega, Russia, August 1-8. Moscow-Arkhangelsk. 2005. P.23-24.
- Богатырев Л.Г., Иванов А.В., Степанов А.А., Матышак Г.В. Особенности формирования органопрофиля темногумусовых почв лесов северо-востока Костромской области//Лесоведение, 2006, №3, с. 8-14.
- Богатырев Л.Г., Матышак Г.В. К вопросу о группировке криогенных процессов в почвах мерзлотных областей//Тезисы Международной конференция «Теория и практика оценки состояния криосферы земли и прогноз ее изменений», Тюмень, 2006, с.
- Матышак Г.В. Естественная и антропогенная динамика почв //В кн.: Антропогенные изменения экосистем Западно-Сибирской газоносной провинции. 2006, С.164-193
- Bogatyrev L.G., Matyshak G.V., Zhilina A.A. About some features of organic profiles formation in soils of tundra-taiga ecosystems of the west siberia north //Asian conference on Permafrost, Lanzhou, China, August 7-9, 2006.
- Матышак Г.В. Почвы арктического побережья России //В кн.: Геоэкологическое состояние арктического побережья России и безопасность природопользования. ГЕОС, 2007. 585 с. + 40 с. цв. вкл. С. 59-68.
- Москаленко Н.Г., Казанцева Л.А., Орехов П.Т., Пономарева О.Е., Матышак Г.В., Устинова Е.В. Мониторинг геокриологических и ландшафтных условий в полосе трассы газопровода надым-пунга // Международная конференция «Криогенные ресурсы Полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения» 21 - 24 апреля 2008 г., Тюмень.
- Moskalenko N.G., Ponomareva O.E., Orehov P.T., Kazantseva L.A., Ustinova E.V., Matyshak G.V. Vegetation and Permafrost Long-term Monitoring in West Siberia Subarctic//Ninth International Conference on Permafrost University of Alaska Fairbanks June 29–July 3, P. 2, p. 217-218, 2008.
- Epstein H.E., Walker D.A., Kuss P., Karlejarvi E., Matyshak G.V. Tundra vegetation properties along a latitudinal gradient of the Yamal Region of Russia European Geosciences Union// Geophysical Research Abstracts 10:EGU2008-A-04406, 2008.
- Кухаренко О.С., Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Степанов А.Л., Матышак Г.В. Структура гетеротрофного блока бактерий в тундровых почвах полуострова Ямал//Почвоведение, 2009, № 4, С. 463-468.
