CC BY
11
УДК 631.47: 622.371(571.56)
DOI: 10.24412/1728-323X-2022-5-82-87
О ПРЕОБРАЗОВАНИИ СЕВЕРОТАЕЖНЫХ ПОЧВ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЯКУТИИ
П. П. Данилов, к. б. н., с. н. с.; Г. Н. Саввинов, д. б. н, директор; В. С. Боескоров, к. б. н., с. н. с.; И. И. Алексеев, м. н. с.,
НИИ прикладной экологии Севера Северо-Восточного Федерального университета
им. М. К. Аммосова, ДапРР@таИ.гы, [email protected]; [email protected], г. Якутск, Россия
Аннотация. В статье обобщены результаты мониторинговых эколого-почвенных исследований, на основе которых приведены сведения о преобразовании северотаежных почв в условиях антропогенного воздействия и возможное дальнейшее их развитие при изменении современного климата.
Оценена устойчивость доминирующих типов почв Вилюйско-Оленекской таежной почвенной провинции Якутии, как механическому воздействию, так и химическому загрязнению. Для определения устойчивости северотаежных почв северо-западной Якутии использована методика, разработанная сотрудниками Института почвоведения и фотосинтеза РАН.
Для определения количественной оценки устойчивости почвы по отношению к основным антропогенным воздействиям предложено использовать следующие показатели почв:
— емкость катионного обмена (ЕКО) для слоя 0—20 см;
— мощность аккумулятивно-гумусового горизонта;
— тип водного режима;
— положение биогеоценоза в катене;
— крутизна склона.
Проведенными исследованиями выявлена низкая устойчивость практически всех доминирующих типов почв водораздельных пространств данного района. К среднеустойчивой градации относятся почвы пойменных ландшафтов, в т. ч. мерзлотные аллювиальные дерновые.
На фоне дальнейшей трансформации современного климата ожидается усиление преобразования слабоустойчивых северотаежных почв Ви-люйско-Оленекской таежной почвенной провинции Якутии.
Abstract. The results of monitoring ecological and soil studies are summarized, on the basis of which the information on the transformation of northern taiga soils under the conditions of anthropogenic impact and their possible further development under changes in the modern climate is given in the article.
The resistance of the dominant soil types of the Vilyui-Olenyok taiga soil province of Yakutia to both mechanical impact and chemical pollution was assessed. To determine the stability of the northern taiga soils of northwestern Yakutia, the technique developed by the staff of the Institute of Soil Science and Photosynthesis of the Russian Academy of Sciences was used.
To determine the quantitative assessment of soil stability in relation to the main anthropogenic impacts, it is proposed to use the following soil indicators:
— cation exchange capacity (CEC) for a layer of 0—20 cm;
— thickness of the accumulative-humus horizon;
— type of water regime;
— the position of biogeocenosis in the catena;
— the steepness of the slope.
The conducted studies have revealed low stability of almost all dominant soil types in the watershed spaces of this region. The medium-resistant gradation includes the soils of floodplain landscapes, the permafrost alluvial soddy.
Against the background of the further transformation of the modern climate, the transformation of weakly stable northern taiga soils of the Vilyui-Ole-nyok taiga soil province of Yakutia is expected to increase.
Ключевые слова: северотаежные почвы Якутии, антропогенное воздействие, химическое загрязнение, устойчивость, преобразование почв.
Keywords: northern taiga soils of Yakutia, anthropogenic impact, chemical pollution, stability, soil transformation.
Введение. Почва — это весьма специфический компонент биосферы, не только геохимически аккумулирующий компоненты загрязнений, но и выступающий как природный буфер. В мерзлотных областях от ее состояния и устойчивости зависит состояния растительного покрова и верхняя граница многолетнемерзлых пород.
Целью проведенных исследований являлась оценка и изучение трансформации северотаежных почв северо-запада Якутии для дальнейшего прогнозирования их развития.
Материал и методы исследования. Обобщены материалы эколого-почвенных исследований северотаежных почв северо-запада Республики Саха (Якутия) с применением комплекса общих стандартных методов изучения географического распространения, вещественного состава и свойств почв. Почвенные разрезы закладывались на всю глубину сезонного протаивания или до материнских пород с морфологическим описанием и отбором почвенных образцов из каждого генетического горизонта, а на преобразованных терри-
ториях — из каждого слоя и/или ч ерез определенные глубины [1]. Химические, физико-химические, агрохимические и агрофизические свойства почв определяли стандартными методами [2] в лаборатории физико-химических методов анализа НИИ прикладной экологии Севера СВФУ. Анализы выполняли в трехкратной повторности. Результаты исследований обрабатывали методом дисперсного анализа [3].
Изученность района исследований. Природный естественный почвенный покров данного района изучен несколькими поколениями исследователей. Первые исследования были проведены еще в 1960—70-х гг. сотрудниками отдела почвоведения и ботаники Института биологии ЯФ СО АН СССР в составе комплексной экспедиции АН СССР. Результаты этих исследований отражены в работах Л. Г. Еловской и др. [4, 5], Л. Г. Еловской [6], В. Г. Зольникова с соавторами
[7] и др. Начиная с 90-х гг. прошлого столетия значительная часть почвенных работ в этом районе проведена сотрудниками НИИПЭС СВФУ.
По почвенно-географическому районированию район исследования входит в Вилюйско-Оленекскую таежную почвенную провинцию
[8]. Район характеризуется повсеместным распространением криоземов гомогенных оглеен-ных, неоглеенных и тиксотропных. На исследуемой территории также формируется комплекс мерзлотных дерново-карбонатных неполнораз-витых почв.
Значительную часть изучаемой территории занимают почвы, в почвенном профиле которых отчетливо выражены явления криотурбации, приводящие к нарушению цельности генетических горизонтов и перемешиванию почвенного материала вверх и вниз по профилю (затечная,
зигзагообразная, кармановидная границы перехода почвенных горизонтов) [9].
Результаты и их обсуждения
В настоящее время не существует единой методологии экологического нормирования, особенно в условиях Севера. Слабая устойчивость северных экосистем к любому внешнему воздействию, прежде всего, определяется их низким уровнем биоразнообразия, слабой биологической продуктивностью, а также хрупкостью трофических связей между отдельными компонентами.
По литературным данным [10], некоторые типы мерзлотных почв изучаемого района ориентировочно оценены как слабоустойчивые совместно с почвами тундровой и лесотундровой зоны (табл. 1).
Нужно отметить, что здесь в основном выделены интразональные (встречающиеся во всех природных зонах) типы мерзлотных почв, за исключением дерново-карбонатных. Но выделенный нами подтип (неполноразвитые) дерново-карбонатных почв резко отличается от других подтипов по своим морфологическим признакам, химическому составу и оценивается как слабоустойчивый.
Для определения устойчивости как к механическому воздействию, так и химическому загрязнению северотаежных почв северо-западной Якутии использована методика [10], разработанная сотрудниками Института почвоведения и фотосинтеза РАН, где устойчивость почв формируется за счет двух факторов:
• собственно свойств почвы (способности сопротивляться внешнему воздействию за счет буферности, т. е. способности «брать на себя», нейтрализуя это воздействие);
Таблица 1
Ориентировочная оценка устойчивости различных типов почв России [10]
Типы почв Оценка устойчивости
Арктические; болотные арктические; тундровые глеевые и болотные; болотно-подзолистые; дерново-глеевые*; серые лесные глеевые; торфяные болотные верховые и низинные: аллювиальные дерновые, луговые и болотные; луговые; лугово-болотные; солоди; солонцы гидроморфные и по-лугидроморфные; солончаки; бурые полупустынные; серо-бурые пустынные; песчаные пустынные; такыры; сероземы; желтоземы глеевые; подзолисто-желтоземные глеевые; красноземы глеевые 12—16 (низкоустойчивые)
Подзолистые; мерзлотные лугово-лесные; бурые лесные; каштановые; солонцы автоморфные; аллювиальные насыщенные дерновые и луговые; серо-коричневые; коричневые; желтоземы; подзолисто-желтоземные; красноземы 17—20 (среднеустойчивые)
Дерново-карбонатные; серые лесные; лугово-черноземовидные; черноземы 21—24 (высокоустойчивые)
Примечание: * жирным — выделены изученные нами типы мерзлотных почв района исследования.
• за счет внешних факторов (способности «сбрасывать с себя» нагрузки на другие экосистемы
благодаря положению в катене, особенностям
климата).
Согласно этой методике, для определения количественной оценки устойчивости почвы по отношению к основным антропогенным воздействиям предлагается использовать следующие показатели почв:
— емкость катионного обмена (ЕКО) для слоя 0—20 см;
— мощность аккумулятивно-гумусового горизонта;
— тип водного режима;
— положение биогеоценоза в катене;
— крутизна склона.
Предложенный набор показателей отражает оба вида устойчивости: устойчивость почв к химическому загрязнению и механическому нарушению.
Первые два показателя отражают адаптационную устойчивость: емкость катионного обмена к химическому загрязнению, а мощность гумусового аккумулятивного горизонта — к механическому нарушению [10]. С другой стороны, тип водного режима, положение биогеоценоза в ландшафте и показатель крутизны склона характеризуют способность почвы к восстановлению,
следовательно, к проявлению регенерационной устойчивости. Каждый из показателей устойчивости почвы оценена по 5-балльной системе.
Нами проведена предварительная оценка устойчивости доминирующих типов северотаежных почв Вилюйско-Оленекской таежной почвенной провинции к м еханическому нарушению и химическому воздействию, в результате которого выявлена низкая устойчивость практически всех перечисленных доминирующих типов почв водораздельных пространств данного района (табл. 2). К среднеустойчивой градации относятся почвы пойменных ландшафтов, в частности, к ним относятся мерзлотные аллювиальные дерновые.
На практике разброс оценок устойчивости различных почв не достигает теоретического. Это можно объяснить тем, что почва, имея низкие показатели по условиям миграции веществ (непромывной тип водного режима, аккумулятивное положение в ландшафте), компенсирует «внешнюю» неустойчивость «внутренней» устойчивостью, т.е. своей буферностью (высокой величиной ЕКО или мощностью гумусового горизонта).
Таким образом, все изученные доминирующие типы мерзлотных почв являются слабоустойчивыми, за исключением пойменных почв по показателям емкости катионного обмена (ЕКО), мощности органогенного горизонта, по типу вод-
Таблица 2
Предварительная суммарная оценка устойчивости доминирующих типов северотаежных почв Вилюйско-Оленекской таежной почвенной провинции
Типы почв ЕКО,* мг.-экв. на 100 г почвы Мощность** гумусового горизонта, см Водный режим Положение в ландшафте Крутизна склона, градусы Сумма баллов Оценка устойчивости
1 2 3 4 5 6 7 8
Криоземы гомогенные оглеенные 24,4***/3 (п = 3) 3+2/2 (п = 3) мерзлотный непромывной/2 элювиальное/5 2—3/2 14 низкоустойчивые
Криоземы гомогенные неоглеенные 32,4/4 (п = 2) 3+2/2 (п = 2) мерзлотный периодически промывной/3 транзитные/3 3—5/1 13 низкоустойчивые
Мерзлотные дерново-карбонатные (непол-норазвитые) 70,67/5 (п = 2) 7+1/2 (п = 2) мерзлотный промывной/5 транзитные/3 5—12/1 16 низкоустойчивые
Мерзлотные слаборазвитые (примитивные) каменистые 7+5/3 (п = 2) мерзлотный промывной/5 транзитные/3 более 12/1 12 низкоустойчивые
Мерзлотные торфяные -- 3+2/2 (п = 2) мерзлотный непромывной/1 аккумулятивные/1 менее 2/3 7 низкоустойчивые
Мерзлотные аллювиальные дерновые 76,32/5 (п = 5) 3+2/2 (п = 5) мерзлотный промывной/5 транзитное/3 менее 2/3 18 средне-устойчивые
Примечание: * — среднее по почвенному профилю; ** — здесь дана мощность перегнойных и торфяных горизонтов;
*** — здесь использованы результаты ранее проведенных исследований. Жирным — выделенные баллы;---отсутствие
данных.
о
£
и
й а
3
я
о §
^ о
к
4
о а О
-8,00 -9,00 -10,00 -11,00 -12,00 -13,00 -14,00 -15,00 -16,00 -17,00
М-П Шелагонцы ■
У = 0,0259х - 13,697 /
К2 = 0,1489 | Л /
/
--- Я Л
г ^
...............
^ 1Л1Л
16 66 99
нюню
7 7 8 8 9 9 9 9
16 99 99
Годы
а)
а 505,00
Й 455,00
д 8 405,00
а м 355,00
я 8 Э 305,00
255,00
о 205,00
я н 155,00
о ц 105,00
55,00
5,00 ю
0 0 0 0 0 2 2 2 2 2
М-П Шелагонцы
Л 1
N
\ Л 1—*—А- лЛШ А 1 N
ФА Г и'МЧ 1 ЛЛ / Л
Щ У гу \
У = 0,0788х - 287 К2 = 0,0005 17
...........................
\0 ЧОГ-^Г-^Г-^Г-^Г-^СОСОСОСОСОСЛСЛСЛСЛСЛООООО^Н^Н^Н^Н^НГЧ ^ (^(^(^(^(^(^(^(^(^(^(^(^(^(^(^С^ООООООООООО
^н т-Ч т-Н т-Н т-Н т-Н т-Н т-Н т-Н т-Н т-Н т-Нт-Н т-Н т-Н т-Н 1-Н Р^ Р^
Годы б)
Рис. 1. а) Среднегодовая температура воздуха; б) Общее количество атмосферных осадков за год
ного режима, а также положения в катене и крутизны склона.
В настоящее время в ареалах распространения вышеописанных северотаежных почв выявлены техногенно-трансформированные участки в результате прямого воздействия, к которым относятся площадки с нарушенным или полностью уничтоженным почвенно-растительным покровом, а также иными механическими нарушениями верхних генетических горизонтов почв (поверхности), вызывающими значительные изменения рельефа, гидрологических условий и т. п. [11, 12]. Это, прежде всего, площадки промышленных объектов (карьеры, отвалы, скважины и др.). Кроме прямого воздействия на почвенный покров, параллельно наблюдается косвенное, к которому относятся различные загрязнения почвенного покрова — механические, физические и химические.
По характеру воздействия участки с нарушенными или преобразованными почвами можно разделить на площадные, линейные и локальные (точечные). К разряду площадных нарушений почвенного покрова в данном случае относятся территории площадок карьеров, отвалов и т. п. Автодороги и просеки относятся к линейному типу воздействия. Локальные или точечные воздействия — это, как правило, отдельно находящиеся единичные различные скважины, мелкие полигоны и т. п.
По степени воздействия к сильно преобразованной категории отнесены площадки, где уничтожен естественный почвенный покров или/и снят или погребен верхний органогенный или/и другие ниже лежащие горизонты почв. К таким зонам относятся территории площадок буровых скважин и других промышленных объектов, на-
ходящиеся под прямым воздействием и со значительным изменением природного ландшафта. К сильно преобразованной категории также отнесены участки, где в результате механического линейного нарушения почвенно-растительного покрова наблюдается развитие термоэрозионных процессов.
К средне преобразованной категории отнесены площадки с частичным изменением (преобразованием) естественных мерзлотных почв, т. е. где наблюдается химическое (сильное засоление антропогенного (техногенного) происхождения и др.), физическое (чрезмерное обводнение почвенного профиля и др.) и механическое (под химически и физически инертным мусором и др.) загрязнения. В результате загрязнений в почвенном профиле проявляется морфологические трансформации границ горизонтов, перемешивание почвенного материала, новообразования и т. п. Средне преобразованная категория — это в основном территория, где впоследствии произошло изменение водного режима почв и транс -формация морфологических свойств.
К слабо преобразованной категории относятся площади, подвергшиеся опосредованному слабому загрязнению и/или частичным нарушениям растительного покрова. Это в основном прилегающие к промышленным объектам территории. Определение ареалов их распространения требует более детальных эколого-почвенных исследований.
Обобщая полученные сведения по степени трансформации почв, территория Вилюйско-Оленекской таежной почвенной провинции характеризуется наличием в структуре почвенного покрова сильно-, средне- и слабопреобразован-ные категорий почвенного разнообразия.
Таким образом, скорость преобразования северотаежных почв Вилюйско-Оленекской таежной провинции напрямую зависит от качественных и количественных показателей техногенной нагрузки, а также от источника воздействия независимо от происхождения (типа) почв.
Известно, что в условиях криолитозоны вышеприведенные аналогичные трансформации мерзлотных почв усиливаются при изменении некоторых показателей современного климата. По данным метеостанции Шелогонцы, за последние 80 лет среднегодовая температура воздуха имеет положительный тренд без изменения общего количества атмосферных осадков за год (рис. 1), что с учетом геокриологических условий несомненно будет отрицательно сказываться на состоянии почвенного покрова.
Выводы. В результате предварительной оценки устойчивости доминирующих типов северота-
ежных почв Вилюйско-Оленекской таежной почвенной провинции к механическому нарушению и химическому воздействию выявлена низкая устойчивость практически всех доминирующих типов почв водораздельных пространств данного района. К среднеустойчивой градации относятся почвы пойменных ландшафтов, в т. ч. мерзлотные аллювиальные дерновые.
На фоне дальнейшей трансформации современного климата ожидается усиление преобразования слабоустойчивых северотаежных почв.
Статья подготовлена в рамках выполнения Государственного задания Минобразования РФ № ¥БЯ0-2020-0018 на выполнение проекта «Изучение особенностей функционирования арктических и субарктических экосистем Якутии в условиях усиления техногенного воздействия и глобального изменения климата».
Библиографический список
1. Аринушкина, Е. В. Руководство по химическому анализу почв / Е. В. Аринушкина. — Москва: МГУ, 1970. — 487 с.
2. Бобровский, М. В. Лесные почвы Европейской России: биотические и антропогенные факторы формирования / М. В. Бобровский. — Москва: Товарищество научн. изд. КМК, 2010. — 359 с.
3. ГОСТ 26213—91. Почвы. Методы определения органического вещества. — М.: Издательство стандартов, 1992. — 10 с.
4. ГОСТ 28168—89. Почвы. Отбор проб. — М.: Изд-во стандартов, 1989. — 16 с.
5. ГОСТ Р 54650—2011. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО. — М.: Стандартинформ, 2019. — 14 с.
6. Морозова, Р. М. Изменение процессов почвообразования под влиянием концентрированных рубок леса / Р. М. Морозова // Возобновление леса на вырубках и выращивание сеянцев в питомниках. — Петрозаводск, 1964. — С. 55—73.
7. Панасин В. И. Гумус и плодородие почв Калининградской области / В. И. Панасин, Д. А. Рымаренко. — Калининград, 2004. — 219 с.
8. Питухин, А. В. Минимизация техногенного воздействия на лесную среду в процессе лесозаготовок / А. В. Питухин, В. С. Сюнев // Фундаментальные исследования. — 2005. — № 9. — С. 116—120.
9. Поветкина Н. Л. Состояние и резервы калия и фосфора в серых лесных почвах Владимирского ополья Ярославской области: Автореф. дис. канд. биол. наук. — М.: РГАУ-МСХА, 2008. — 20 с.
10. Фахрутдинов А. И. Ферментативная активность и питательный режим почв на лесных вырубках / А. И. Фахрутди-нов, Т. Д. Ямпольская // Известия Самарского науч. центра РАН, 2016. Т. 18. № 2 (2). С. 530—533.
11. Marchi, E. Impact of silvicultural treatment and forest operation on soil and regeneration in Mediterranean Turkey oak (Quercus cerris L.) coppice with standards / E. Marchi, R. Picchio, P. S. Mederski, D. Vusic, M. Perugini, R. Venanzi // Ecological Engineering. — 2016. — Vol. 95. — P. 475—484.
12. Osman, K. T. Forest Soils: Properties and Management / K. T. Osman // Springer International Publishing Switzerland. — 2013. — 221 p.
13. Venanzi, R. Silvicultural and logging impact on soil characteristics in Chestnut (Castanea sativa Mill.) Mediterranean coppice / R. Venanzi, R. Picchio, G. Piovesan // Ecological Engineering. — 2016. — Vol. 92. — Р. 82—89.
14. Worrell, R. The influence of some forest operations on the sustainable management of forest soils — a review / R. Worrell, A. Hampson // Forestry. — 1997. — Vol. 70. — Р. 61—85.
ON THE TRANSFORMATION OF NORTHERN TAIGA SOILS IN NORTHWESTERN YAKUTIA
P. P. Danilov, Ph. D. (Biology), Senior Researcher;
G. N. Savvinov, Ph. D. (Biology), Dr. Habil., Senior Researcher-Director;
V. S. Boeskorov, Ph. D. (Biology), Senior Researcher;
I. I. Alekseev, Junior Researcher, D. D. Savvinov Research Institute of Applied Ecology of the North NEFU, [email protected]; [email protected]. Yakutsk, Russia
References
1. Arinushkina E. V. Rukovodstvo po himicheskomu analizu pochv [Manual on chemical analysis of soils]. Moscow, MGU. 1970. 487 p. [in Russian].
2. Bobrovskiy M. V. Lesnye pochvy Evropejskoj Rossii: bioticheskie i antropogennye faktory formirovaniya [Forest soils of European Russia: biotic and anthropogenic factors of formation]. Moscow, Tovarishchestvo nauchn. izd. KMK. 2010. 359 p. [in Russian].
3. GOST 26213—91. Pochvy. Metody opredeleniya organicheskogo veshchestva. [Soil. Methods for determining organic matter]. Moscow, Izdatel'stvo standartov. 1992. 10 p. [in Russian].
4. GOST 28168—89. Pochvy. Otbor prob [Soils. Sampling]. Moscow, Izd-vo standartov. 1989. 16 p. [in Russian].
5. GOST R 54650—2011. Pochvy. Opredelenie podvizhnyh soedinenij fosfora i kaliya po metodu Kirsanova v modifikacii CINAO [Soil. Determination of mobile compounds of phosphorus and potassium by the Kirsanov method in the modification of the tsinao]. Moscow, Standartinform. 2019. 14 p. [in Russian].
6. Morozova R. M. Izmenenie processov pochvoobrazovaniya pod vliyaniem kocentrirovannyh rubok lesa [Changes in soil formation processes under the influence of co-centered logging]. Vozobnovlenie lesa na vyrubkah i vyrashchivanie seyancev v pitomnikah. Petrozavodsk. 1964. P. 55—73 [in Russian].
7. Panasin V. I., Rymarenko D. A. Gumus i plodorodie pochv Kaliningradskoj oblasti [Humus and soil fertility of the Kaliningrad Region]. Kaliningrad, 2004. 219 p. [in Russian].
8. Pitukhin A. V., Syunyov V. S. Minimizaciya tekhnogennogo vozdejstviya na lesnuyu sredu v processe lesozagotovok [Minimization of technogenic impact on the forest environment in the process of logging]. Fundamental'nye issledovaniya. 2005. No. 9. P. 116—120 [in Russian].
9. Povetkina N. L. Sostoyanie i rezervy kaliya i fosfora v seryh lesnyh pochvah Vladimirskogo opol'ya Yaroslavskoj oblasti [State and reserves of potassium and phosphorus in grey forest soils of the Vladimir Opol'e of the Yaroslavl Region]: Thesis synopsis for Ph. D. (Biology). Moscow, RGAU-MSKHA, 2008. 20 p. [in Russian].
10. Fakhrutdinov A. I., Yampol'skaya T. D. Fermentativnaya aktivnost' i pitatel'nyj rezhim pochv na lesnyh vyrubkah [Enzymatic activity and nutrient regime of soils in forest clearings]. Izvestiya Samarskogo nauchnogo centra RAN. 2016. Vol. 18. No 2 (2). P. 530—533 [in Russian].
11. Marchi E. Impact of silvicultural treatment and forest operation on soil and regeneration in Mediterranean Turkey oak (Quercus cerris L.) coppice with standards / E. Marchi, R. Picchio, P. S. Mederski, D. Vusic, M. Perugini, R. Venanzi. Ecological Engineering. 2016. Vol. 95. P. 475—484 [in English].
12. Osman K. T. Forest Soils: Properties and Management. Springer International Publishing Switzerland. 2013. 221 p. [in English].
13. Venanzi R. Silvicultural and logging impact on soil characteristics in Chestnut (Castanea sativa Mill.) Mediterranean coppice / R. Venanzi, R. Picchio, G. Piovesan. Ecological Engineering. 2016. Vol. 92. P. 82—89 [in English].
14. Worrell R. The influence of some forest operations on the sustainable management of forest soils — a review / R. Worrell, A. Hampson. Forestry. 1997. Vol. 70. P. 61—85 [in English].
