Статья: Пространственная неоднородность свойств почв в зоне распространения островной мерзлоты (Приполярный Урал)

I сегмент - сфагновый

Кустарники: Сомкнутость 0,1-0,2. Betula nana L. высотой до 0,6 м.

Травяно-кустарничковый ярус: ОПП 20-30%. Доминирует Carex vaginata Tausch. До 20% приходится на Vaccinium vitis-idaea L., 5-10% - Rubus chamaemorus L.

Мохово-лишайниковый ярус: ОПП 95%. Доминант (более 80%) - Sphagnum girgensohnii Russow. 10-20% приходится на Polytrichum commun Hedw.

Под представленной растительностью формируется торфяно-перегнойно-криометаморфическая почва (Histic Cambi-Turbic Cryosol (Humic)) (рис. 3, А-I). Строение профиля: T (0-20 см) - H (20-30 см) - CRM (30-80 см) - CRMg (80-120 см). Характерной особенностью криометамор- фической почвы является рассыпчатая пластинчато-плитчатая структура горизонта CRM, формирующаяся под влиянием сезонных процессов промерзания/оттаивания [30]. В профиле почвы встр ечается се зонная мерзлот а не сливающегося типа, которая образуется в местах накопления снега в зимний период и хорошего дренажа в летний. Кроме этого, следует подчеркнуть вероятное влияние ели, на приствольном возвышении которой сформировались моховая подушка и перегнойный горизонт H.

Рис. 3. Растительность и почвы исследованных траншей: А - траншея горно-лесного поясу; B - траншея горно-тундрового пояса. I, II, III - номера с егментов. Автор фото А.А. Дымов

II сегмент - долгомошный

Кустарники: Сомкнутость 0,2-0,3. B. папа высотой до 0,7 м.

Травяно-кустарничковый ярус: ОПП 30%. Три вида. Доминирует (A. vagp паеа. До 10% R chamaemorus. Единично V vitis-idaea.

Мохово-лишайниковый ярус: ОПП 90%. Три вида. Доминант (более 70%) - P commune. До 25% Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt. Доля S. gir- gensohnii не превышает 2-3%.

Почва представлена торфяно-криозёмом глеевым криогенно-ожелезнён- ным OHistic Cryosol (Turbic, Reguctaquic)) (рис. 3A-II). Строение профиля: T (0-15 см) - CR (15-50 см) - CRg (25-80 см) - Gcf (20-120 см). Глеевый горизонт Gcf имеет вихреобразный рисунок, что является отличительной чертой почв криогенного отдела. Признаком криогенного влияния для почв гумидных областей является миграция закисных форм оксида железа к фронтам промерзания. Профиль торфяно-криозёма содержит охристые микрогоризонты, где оксиды железа пропитывают структурные агрегаты, также концентрируясь в мелкие конкреции или ржавые пятна, что дает основание для выделения криогенно-ожелезнённого подтипа [31].

III сегмент - зеленомошно-долгомошный

Кустарники: Сомкнутость 0,1-0,2. B. nana высотой до 0,6 м.

Травяно-кустарничковый ярус: ОПП 30%. Согосподствуют два вида: C. vaginata и V vitis-idaea.

Мохово-лишайниковый ярус: ОПП 90%. Согосподствуют два вида: P commune и P schreberi.

Почва сегмента III - торфяно-криозём криогенно-ожелезнённый (Histic Cryosol) (рис. 3, Л-III). Строение профиля: T (0-14 см) - CR (14-40 см) - CRcf (40-120 см). Однако в профиле отсутствуют криогенный вихревой рисунок и признаки оглеения. Нижележащий горизонт CRcf характеризуется отсутствием ярко выраженной структуры, большим количеством горизонтальных прослоек грунтового льда (линзы льда) и трубчатых железистых конкреционных новообразований.

Предельные структурные элементы играют важную роль в формировании СПП. Высокая гетерогенность напочвенного покрова обусловливает специфичность формирования различных почвенных комбинаций [1]. Таким образом, показано, что в пределах нескольких метров почвы, формирующиеся под различными ПСЭ элементарного почвенного ареала, могут быть тесно связаны между собой, но и иметь хорошо диагностируемые генетические отличия. Для горно-лесного пояса Приполярного Урала нами впервые был выделен тип криоземов криогенно-ожелезненных. Ранее тип криоземов был отмечен только для горно-тундрового пояса [32]. Однако схожие криоземы встречаются в горных лесах Хэнтэйского нагорья в Монголии [33], в структуре почвенного покрова горных экосистем Красноярского края 9% от всей площади почв составляют криоземы с комбинациями палеокриоземов [34].

Горно-тундровый пояс (рис. 3, В)

В горно-тундровом поясе формируются регулярно-циклические ЭПА. Они характеризуются «пятнами» почв, обусловленных периодическим пучением и растрескиванием почвенной толщи в результате замерзания и оттаивания, что характерно для мерзлотных почв Приполярного Урала. Профиль траншеи горно-тундрового пояса содержит большое количество обломков горных пород, составляющих примерно 50-70% от объема. Важной характеристикой микрорельефа является расположение траншеи перпендикулярно куруму, располагающемуся в 15 м, что обусловливает проявление такого явления, как криогенная десерпция. Многолетнемерзлые породы в траншее появляются на глубине 40-60 см. Согласно многочисленным прикопкам ме- зоструктуру почвенного покрова можно определить как сочетания-мозаики [3]. Почвы горно-тундрового пояса характеризуются хорошо выраженным иллювиально-гумусовым горизонтом и представлены несколькими подтипами подбуров.

I сегмент - зеленомошный

Кустарники: Сомкнутость 0,3. Число видов - три. Преобладает B. nana. Единично Salix glauca L. и S. recurvigemmis A.K. Skvortsov.

Травяно-кустарничковый ярус: ОПП 10%. Доминант (более 90% ОПП) - C. arctisibirica (Jurtzev) Czerep., единично Hierochloe alpina (Sw.) Roem. & Schult. и Pedicularis compacta Stephan.

Мохово-лишайниковый ярус: ОПП 98%. Более 50% - Aulacomnium tur- gidum (Wahlenb.) Schwдgr. P schreberi - до 35%. Лишайники 5-7%: Cetraria islandica (L.) Ach., Cladonia arbuscula (Wallr.) Flot. Единично Dicranum sco- parium Hedw.

Профиль подбура глеевого глинисто-иллювиированного мерзлотного (Stagnic Entic Podzol (Skeletic, Turbic, Reductaquic)) (рис. 3, Ж-I) в сегменте I характеризуется маломощной грубогумусированной подстилкой и подсти- ланием ММП с глубины 60 см (рис. 2, B). Строение: O (0-5 см) - BH (511 см) - G (11-30 см) - BCi (11(30)-40(45) см) - Ci-¹ (40(45)-60 см). Процесс оглеения наиболее контрастно проявляется в горизонте G, который характеризуется наибольшим количеством мелкозема в профиле почвы. На верхней поверхности обломков пород присутствуют глинистые пленки мощностью до 1-2 мм. Кровля ММП залегает на глубине 40 см и представляет собой высокольдистый слой с примесью мелкозема. Предположительно это разновидность гольцового подземного льда, который образует отдельные пласты до 3 м мощности, заполняет промежутки между обломками горных пород.

Травяно-кустарничковый ярус: ОПП 10-15%. Доминант (более 90%) C. arctisibirica. До 5% приходится на Dryas octopetala L., единично отмечены Lagotis minor (Willd.) Standl. и V vitis-idaea.

Мохово-лишайниковый ярус: ОПП 98%. Более 80% приходится на P schreberi. Проективное покрытие Aulacomium turgidum до 5%. Единично - C. arbuscula, Polytrichum juniperinum Hedw. и Stereocaulon paschale (L.) Hoffm.

Во II сегменте формируется подбур иллювиально-гумусовый глееватый мерзлотный (Folic Cryosol (Skeletic, Humic)) (см. рис. 3, Ж-II). Строение: O (0-10(13) см) - BH (10(13)-20 см) - BFgl (20-40(70) см). Отличительной чертой II сегмента является отсутствие обломков горных пород в профиле, которые вытеснены в стороны и «поставлены на ребро». Вероятно, это связано с криогенной десерпцией (приподыманием) обломков в результате образования льда в промежутках между ними, что является основным механизмом движения курумов. В нашем случае в сегменте II произошло вытеснение ММП к поверхности и рассортировка обломочного щебнистого материала в противоположные стороны от мерзлоты.

III сегмент - лишайниковый

Кустарники: Сомкнутость 0,4-0,5. Содоминируют B. nana и S. glauca. Отмечена S. recurvigemis.

Травяно-кустарничковый ярус: ОПП 10%. Доминант (более 90% ОПП) C. arctisibirica. 5% V vitis-idaea, единично H. alpina и Bistorta vivipara.

Мохово-лишайниковый ярус: ОПП 98%. Более 50% покрытия - C. island- ica. До 20% P schreberi.

Третий сегмент траншеи представлен подбуром глинисто-иллювииро- ванным (Stagnic Entic Podzol (Skeletic, Turbic)) (рис. 3, S-III). Строение: O (0-7 см) - BH (7-9(13) см) - BHF (9(13)-30 см) - BCi (30-70 см). С глубины 70 см почва характеризуется обильным подстиланием обломками горных пород, обусловливающим минимальное количество мелкозема и хороший почвенный дренаж, который, в свою очередь, препятствует застою влаги и образованию условия для процессов оглеения. Аналогично сегменту I c глубины 30 см на верхней поверхности горизонтальных граней обломков пород появляются глинистые пленки мощностью до 2 мм.

Таким образом, в результате воздействия криогенеза в почвах горно-тундрового пояса происходящие изменения в выраженности морфологических почвенных признаков (наличие оглеения, образование криогенной структуры, ожелезнение) приводят к значительному разнообразию почв в пространстве. Почвенные комбинации траншей горно-лесного и горно-тундрового поясов, состоящие из трех почв в пределах одной траншеи, сложно включить в рамки существующих норм при почвенном картировании, в которых рассматриваются преобладающие ЭПА [35], особенно для почв труднодоступных горных территорий [36].

Свойства исследуемых почв

Анализ гранулометрического состава (таблица) исследованных почв горно-лесного пояса показал, что почвы характеризуются высоким содержанием фракции физической глины. Согласно классификации Качинского [25], по суммарному содержанию частиц физической глины (<0,01) можно сказать, что торфяно-перегнойно-криометаморфическая почва (сегмент I) развивается на легких/средних суглинках. Максимальное суммарное содержание частиц <0,01 составляет 34% в средней части профиля. Криоземы (сегменты II и III) формируются на средних суглинках. Содержание частиц физической глины для торфяно-криозема глеевого криогенно-ожелезненного максимально - 38%, а для торфяно-криозема криогенно-ожелезненного - 41%. Несмотря на существенное пространственное варьирование морфологических признаков между сравниваемыми сегментами, распределение фракции физической глины не имеет четко выраженной дифференциации по профилю.

Для почв горно-тундрового пояса выявлено преобладание крупных фракций мелкозема. Из анализа гранулометрического состава почв траншеи горно-тундрового пояса следует, что подбур глееватый глинисто-иллювиированный мерзлотный развивается на легких высокощебнистых суглинках. Содержание частиц <0,01 варьирует от 8 до 30%.

Физико-химические и физические свойства исследованных почв

Подбур иллювиально-гумусовый глееватый мерзлотный - на средних суглинках (31% частиц <0,01 мм). Подбур глинисто-иллювиированный - от легких суглинков до супеси (до 21% частиц физической глины). Полученные результаты подтверждаются литературными данными [37, 38], в которых показано, что в условиях криогенеза в почвообразующих породах легко-среднесуглинистого состава происходит накопление частиц крупнопылеватого размера. В нижней части профиля альфегумусовых почв увеличивается содержание среднего и мелкого песка, а утяжеление гранулометрического состава оказывает влияние на почвенный дренаж, в результате чего образуются условия для восстановительного процесса и почвенного оглеения. Учитывая суровые климатические условия горно-тундрового пояса, близкое залегание многолетнемерзлых пород и высокую щебнистость по всему профилю в рассматриваемых горных почвах Приполярного Урала, важную роль в соотношении гранулометрических фракций играют криогенные процессы [39].

Почвы исследованных траншей имеют слабокислую реакцию среды как водной, так и солевой вытяжек (см. таблицу). Органогенные горизонты обладают наибольшей кислотностью. Показано, что моховые органогенные горизонты почв горно-лесной траншеи несколько более кислые (рН 4,4), чем маломощные грубогумусированные подстилки почв горно-тундрового пояса (рН 5,1). В минеральных горизонтах происходит плавное уменьшение кислотности с глубиной до близких к нейтральным значениям. Значения рН водной вытяжки минеральных горизонтов достигали в почвах горно-лесного пояса 5,9 ед. рН, для почв горно-тундрового пояса - 5,7 ед. рН. Полученные данные соотносятся с результатами по криоземам, развивающимся в лиственничниках Средней Сибири, где рН в подстилке достигал 4,7, а в минеральных горизонтах - 6,1 [40], и данными для криогенных почв Западной Антарктики, в которых величина рН также изменяется от слабокислой в органогенных горизонтах до нейтральной в нижних минеральной части профиля [41]. Это говорит о сродстве климатических условий, характере растительности между сравниваемыми регионами, в результате чего формируются схожие типы почв с подобными химическими показателями. В целом тенденция уменьшения кислотности с глубиной сохраняется для всех исследованных почв.

В результате биогенного накопления наибольшие концентрации обменных форм кальция и магния как для почв траншеи горно-лесного, так и горно-тундрового пояса наблюдаются в органогенных горизонтах. В составе обменных катионов преобладает Са²+. Происходит заметное варьирование содержания обменных катионов в горизонтальном направлении от сегмента I до сегмента III, которое, вероятно, определяется характером напочвенной растительности. В почвах горно-лесного пояса содержание Са²+ изменялось от 8,8 до 14,7 ммоль/100 г при уменьшении в напочвенном покрове доли сфагновых и увеличении доли зеленых мхов, что характерно для лесных почв с низкой степенью насыщенности оснований [42]. В почвах горнотундрового пояса содержание Са²+ составляет от 14,7 до 23,2 ммоль/100 г и коррелирует с возрастанием в напочвенном покрове доли лишайников и уменьшением доли мхов. Вероятно, что при уменьшении увлажненности условий формирования органогенного горизонта происходит увеличение содержание обменных оснований. Содержание Mg²+ в подстилках почв обеих траншей близкое: от 4,4 до 5,3 ммоль/100 г в горно-лесном поясе и от 4,2 до 5,7 ммоль/100 г в горно-тундровом. Для минеральных горизонтов почв горно-лесного пояса характерно элювиально-иллювиальное распределение Са²+ и Mg²+, для почв горно-тундрового пояса - аккумулятивное.