CC BY
98
УДК 631.4
МИКРОМОРФОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕРЗЛОТНЫХ И ДЛИТЕЛЬНО СЕЗОННО-ПРОМЕРЗАЮЩИХ СУГЛИНИСТЫХ ПОЧВ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРО-ВОСТОКА
А.В. ПАСТУХОВ
Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар [email protected]
Рассмотрено микроморфологическое строение тундровых и лесотундровых почв Европейского Северо-Востока, формирующихся на покровных пылеватых суглинках. Изучаемые почвы составляют биоклиматогенный генетический ряд: глееземы криогенно-ожелезненные - глееземы криометаморфиче-ские - светлоземы иллювиально-железистые, ведущую роль в формировании которых играет почвенный криогенез. Характерной их особенностью является наличие срединного неоглеенного криометаморфического горизонта CRM. Наиболее важная его черта - специфическая угловато-крупитчатая, ооидная (гранулированная рассыпчатая), творожистая в сыром состоянии, криогенная структура. Типичными в микроморфлогии CRM для тундровых и северотаежных почв являются кольцевое обособление грубодисперсного материала вокруг микроагрегатов, аккумуляция песчано-пылеватых зерен в основной массе, порах и трещинах.
Ключевые слова: микроморфология почв, криометаморфический горизонт, экотон, биоклиматогенный ряд
A.V. PASTUKHOV. MICROMORPHOLOGICAL STRUCTURE OF PERMAFROST-AFFECTED AND SEASONALLY LONG-TERM FREEZING LOAMY SOILS OF THE EUROPEAN NORTHEAST
Micromorphological structure of tundra and forest-tundra soils occurred in pulverescent induviate loamy soils in the European Northeast is considered. The studied soils make bioclimatic genetic series: Iron-Cryogenic Gleyzems - Cryo-metamorphic Gleyzems - Iron-Illuvial Svetlozems. Cryogenesis plays leading role in their formation. Characteristic feature of these loamy soils is the presence of the middle non-gleyic cryometamorphic horizon CRM. The most important feature of the horizon is the specific angular, ooid (granular crumbly), curdy in the moist state, cryogenic structure. Typical of CRM micromorphology for both tundra and extreme north taiga soils is annular isolation of coarse disperse material around microaggregates, accumulation of sand-silty grains in most material, in pores and cracks.
Key words: soil micromorphology, cryometamorphic horizon, ecotone, bioclimatic genetic series
Введение
Почвы и почвенный покров тундры, лесотундры и крайне северной тайги длительное время являются объектом изучения несколькими поколениями отечественных и зарубежных ученых -Ю.А. Ливеровского, Е.Н. Ивановой, О.А. Полын-цевой, И.В. Забоевой, И.В. Игнатенко, А.В. Барановской, И.Б. Арчеговой, А.Н. Цыпановой, А.В. Ко-ноненко, Г.В. Русановой, В.Д. Тонконогова, Г.Г. Ма-житовой, С.В. Горячкина, Д.А. Каверина, П. Кюхри (P. Kuhry), Л.Т. Станд (L.T. Strand) и др. В результате многолетних почвенно-географических и стационарных исследований были выявлены основные закономерности и специфика развития тундровых глеевых и северотаежных глееподзолистых почв,
заключающиеся в процессах оглеения, оподзоли-вания, грубогумусовой аккумуляции, криогенных процессов и пр.
Однако эколого-генетическим аспектам почвообразования и микростроения почв переходной (экотонной) полосы между тундровыми и лесотундровыми биогеоценозами посвящены единичные работы. В исследовании Г.В. Русановой [1] рассмотрены под-буры, формирующиеся на погребенных подзолах на северном пределе распространения леса, дана их микроморфологическая диагностика. Показано, что данные профили содержат информацию о предшествующих фазах развития и являются индикаторами климатических изменений прошлого.
В результате наших многолетних исследований под руководством В.Д. Тонконогова были уста-
новлены зонально-подзональные закономерности почвенного покрова, генезис и классификационное положение почв, формирующихся на пылеватых покровных суглинках. Показано, что характер границы между почвами тундровых и редколесных ассоциаций в пределах лесотундры может изменяться на протяжении нескольких метров, создавая контрастный почвенный покров [2-4 и др.]. Были впервые выделены и описаны в южной тундре суглинистые почвы с неглеевым профилем - криомета-морфические почвы [4]. Выявлено, что на легко- и среднесуглинистых пылеватых покровных отложениях от южной тундры до средней тайги включительно преобладают почвы, общей чертой которых является наличие специфически оструктуренного неглеевого срединного криометаморфического горизонта [4, 5].
Согласно ставшими классическими трудам
В. Кубиены, Х. Альтемюллера, Е. Мюккенхаузена, Е.И. Парфеновой и Е.А. Яриловой, вся совокупность почвенных процессов находит свое отражение в микроструктурной организации, которая выступает как проявление естественно-исторической природы почвы. Поэтому чтобы отразить процессы почвообразования, происходящие в экотонных условиях (зонах экологического напряжения), в данной работе дана детальная характеристика микроморфологического строения почв и предпринята попытка рассмотреть географию и генезис как типов почв, так и пространственных рядов генетических горизонтов, в частности криометаморфического.
Результаты исследований
Район исследований находится на Северо-Востоке европейской части России и характеризуется умеренно-континентальным умеренно-холодным кли-матом. Изучаемая территория представляет собой низменную холмистую равнину с абсолютными высотами от 80 до 190 м над ур. м., перекрытую мощным слоем четвертичных отложений. Лето короткое (всего 30-40 дней) и прохладное, зима многоснежная, продолжительная и морозная. Среднегодовое количество осадков варьирует от 700 до 800 мм, составляя 450-500 мм в теплый период и 175-275 мм - в холодный. Среднегодовая температура - -5.2 - -5.3°С, средняя температура января - -19 - -20.8°С, средняя температура июля -+11.6 - +13.6°С, сумма положительных температур -800-1400°С (по данным метеостанций Воркута и Сивая Маска).
Изучаемые ключевые участки находятся в пределах экотона «тундра - лесотундра». Он представляет собой переходную зону между двумя смежными и в то же время различными экологическими системами - тундровой и таежной. Европейская южная тундра и лесотундра представляют собой биоклиматогенный экотон, обладающий повышенной чувствительностью к фоновым изменениям климата и антропогенному влиянию. Поскольку в нем происходит уменьшение в растительном покрове ценотической роли лесных и кустарниковых сообществ при переходе от фитохор редкостойных
северотаежных лесов к лесотундровым редколесьям и далее - к ерниковым и кустарничковым тундрам. Поэтому строение и состав растительных группировок обусловлены влиянием экологических факторов [6]. На изучаемой территории граница сплошного распространения многолетнемерзлых пород совпадает с южной границей тундровых ландшафтов. Согласно современным прогнозным сценариям изменения климата, полученным в рамках проекта «Оценка влияния климата Арктики» (ACIA), предполагается, что среднегодовые температуры возрастут на 4-7°C [7]. Это приведет к трансформации тундровых ландшафтов в лесные, а значит, кардинально изменятся и экологические функции почв.
Непосредственные объекты полевых исследований находятся вдоль Печорской железной дороги на двух ключевых участках к югу от г. Воркута (67°31.5' с. ш., 63°49' в. д.) и в окрестностях ж. д. станции Сейда (67°02' с. ш., 63°о3' в. д.). Почвенные профили расположены на дренированных водораздельных пространствах, сложенных с поверхности пылеватыми легкими суглинками.
Первый ключевой участок к югу от г. Воркута представляет собой бугорковато-пятнистую тундру с редкими кустарниками: ивой шерстистой и сероголубой высотой до 50 см, березой карликовой -до 40 см. В травяно-кустарничковом ярусе преобладают багульник стелющийся, вороника гермафродитная, брусника, голубика, толокнянка альпийская, осоки шаровидная и дернистая. Мхи угнетены и представлены родом Polytrichum, лишайники хорошо развиты и разнообразны: Cladonia sylva-tica, CI. rangiferina, Cetraria nivalis, C. cucullata, C. hyascens, Alectoria ochroleuca и др. В зависимости от степени дренированности почв, контролируемой главным образом мерзлотным экраном и ог-леением, выделяются три типа профиля почв [4]:
1) почвы, характеризующиеся полнопрофильным оглеением - глееземы криогенно-ожелезнен-ные (названия почв здесь и ниже даны согласно классификации и диагностике почв России [8]) и Turbic Cryosols (Thixotropic & Reductaquic) (название почвы дано согласно WRB [9]);
2) почвы с поверхностным оглеением - глее-зёмы криометаморфические [8]; Cambi-Turbic Cryosols (Reductaquic) [9];
3) почвы без выраженного оглеения - криометаморфические [8]; Cambi-Turbic Cryosols (Oxya-quic) [9].
В условиях глубокого и длительного сезонного промерзания, сливающегося со льдисто-водоупорной многолетней мерзлотой (до 1 м) и постоянного или периодического надмерзлотного гидроморфизма и процессов криотурбации, формируются глееземы криогенно-ожелезненные. При более глубоком залегании многолетней мерзлоты часто сохраняются так называемые «нулевые завесы» [10], и на этих глубинах происходит формирование криометаморфического горизонта как результат чередования процессов оттаивания и замерзания при
участии гумусово-железистых соединений. Формируются глееземы криометаморфические или крио-метаморфические почвы (в случае отсутствия выраженного оглеения).
Второй ключевой участок в окрестностях станции Сейда является очень узким локальным экотоном, в котором кустарничковые тундры могут резко сменяться угнетенными березово-еловыми редколесными сообществами на протяжении десятков метров. При этом данный локальный экотон представляет собой своеобразную модель регионального экотона - перехода от южной тундры к лесотундре [3]. В связи с этим в строении почвенного покрова наблюдается чрезвычайно сложная картина. На открытых, обдуваемых ветром ландшафтах под тундровыми биогеоценозами форми-
гумусового подзола с накладывающимися чертами оглеения. Сочетание А1^е-гумусовой дифференциации с криогенными процессами приводит к формированию трех основных горизонтов: подзолистого, иллювиально-железистого и криомета-морфического. Эти системы горизонтов характерны для северо- и среднетаежных почв, формирующихся на легко-среднесуглинистых пылеватых суглинках [4, 5].
Таким образом, изучаемые почвы составляют биоклиматогенный генетический ряд: глееземы криогенно-ожелезненные - глееземы криометамор-фические - светлоземы иллювиально-железистые (рис. 1). Подобный биоклиматогенный ряд почв впервые проанализирован В.Д. Тонконоговым [4]. Он отмечает, что не ареалы почв, а ареалы генети-
Рис. 1. Биоклиматогенный ряд горизонтов и почв севера Европейской территории России на легкосуглинистых пылеватых отложениях [4].
Условные обозначения горизонтов: О - подстилочно-торфяной; Е - элювиальный; BF - иллювиально-железистый; ВТ - текстурный; G - глеевый; GRM - криометаморфический; ВС/BCg - переходные (в т.ч. глеева-тые) к почвообразующей породе.
руются те же типы профилей, что и на первом ключевом участке, но уже преобладают неглеевые криометаморфические почвы. Глееземы криометаморфические занимают промежуточное положение. Собственно глееземы (глеееземы криогенно оже-лезненные) встречаются уже только в подчиненных позициях рельефа. В защищенные от ветра привершинные склоны и приречные долины проникают березово-еловые редколесья. Древесный ярус представлен березой пушистой высотой 4-5 м и елью сибирской до 6 м. Кустарниковый ярус состоит из ивы шерстистой и серо-голубой высотой до 70 см, карликовой березы - до 40 см. Кустарнички: багульник стелющийся, вороника гермафродитная, брусника, черника, голубика, толокнянка альпийская. В наземном покрове - мхи Dicranum elen-gatum, Pleurozium schreberi, Polytrichum strictum, P. commune и лишайники Cladonia sylvatica, CI. rangiferina, Cetraria nivalis, C. cucullata, C. hyascens. Под редколесьем глеевый горизонт постепенно вытесняется сверху подзолистым и иллювиальножелезистым горизонтом, и формируются светлозе-мы иллювиально-железистые глееватые [8]; Gleyi-Cutanic Albeluvisols (Dystric) [9] - криометаморфические почвы со вложенным профилем Al-Fe-
ческих горизонтов и признаков несут более точную информацию об их связи с факторами почвообразования, поскольку почвенный профиль, в отличие от составляющих его горизонтов, является полиге-нетическим, а часто и полихронным образованием. Поэтому изучение пространственно-генетических рядов позволяет скорректировать распространенное представление об идеальной биоклиматиче-ской зональности почв территории исследования.
Действительно, на данной территории, особенно в лесотундре, даже в пределах одного почвенного разреза зачастую соседствуют почвы, которые относятся к разным отделам, например, глееземы и криометаморфические почвы. Тогда как ареалы генетических горизонтов оказываются гораздо шире. Так, характер аккумулятивного подстилочно-торфяного горизонта практически не изменяется от типичной тундры до средней тайги. Изменение на этом пространстве с севера на юг климатических условий способствует уменьшению степени проявления оглеения почв, вплоть до полного исчезновения глеевого горизонта в пределах безлесных участков лесотундры. Под редколесными биогеоценозами формируются подзолистый и иллювиально-железистый горизонты и их резкое по-
явление контролируется отнюдь не зональными различиями климата, а микроклиматическими условиями лесотундры [3]. Срединный, хорошо острук-туренный криометаморфический горизонт характерен для легко- и среднесуглинистых почв от южной тундры до средней тайги. В типичной тундре криометаморфический горизонт не идентифицируется даже при отсутствии или весьма слабом профильном оглеении, что связано с очень близким залеганием (менее 1 м) многолетней мерзлоты и ее смыканием с сезонной. В средней тайге криометамор-фический горизонт начинает постепенно исчезать и идентифицируется только на легко-среднесуглинистых покровных суглинках [5]. Вместо криомета-морфического горизонта хорошо диагностируется текстурный горизонт.
Таким образом, границы между природными зонами оказываются слабо значимыми для консервативных свойств почвенных горизонтов [4]. Чтобы подтвердить данное предположение, рассмотрено микроморфологическое строение* трех характерных профилей автоморфных суглинистых почв: глееземов криогенно-ожелезненных (35-ПА), глее-земов криометаморфических (3-ПА) и светлоземов иллювиально-железистых (5-ПА) (табл. 1) и проведен сравнительный анализ микростроения почв с их макропризнаками и химическими свойствами.
В глеевых горизонтах глееземов (35-ПА и 3ПА) преобладающими являются восстановительные процессы. Распределение оксалатрастворимо-го Ре203 (табл. 2) в глеевых горизонтах четко дифференцировано.
Глеевые горизонты часто имеют морфологически выраженную верхнюю и нижнюю ярко-охристую кайму, что проявляется в виде двух максимумов Ре203 ^с1) из которых верхний приурочен к
иллювиально-гумусово-железистому микрогоризонту, а нижний - к надмерзлотным слоям. Образование верхнего максимума обусловлено активным развитием глеевого процесса и последующим образованием устойчивых органо-минеральных комплексов с гумусовыми веществами. И.В. Игнатенко [13] связывает это с сильнокислой реакцией почв, повышенным содержанием подвижных и особенно кислотно-растворимых фракций фульвокислот и интенсивным развитием восстановительных процессов в минеральных горизонтах в теплый период. Образование нижнего максимума оксалатраство-римых и окристаллизованных несиликатных форм железа в профиле, видимо, связано с нисходящей миграцией наиболее подвижных органо-мине-ральных комплексов и накоплением их над слоем многолетней мерзлоты, выполняющей в данном случае роль водоупора. На микроуровне эти зоны окисления различаются только в верхнем и нижнем надмерзлотном горизонтах Gcf по цвету и формам выделения оксидов железа в виде нодулей, концентр, стяжений.
Все горизонты рассматриваемых типов почв достаточно хорошо агрегированы как на микро-, так и мезоуровне, за исключением тиксотропных глеевых горизонтов. На макроуровне глеевый горизонт глееземов обычно представляет собой бесструктурную массу, как правило, мерзлую или перенасыщенную водой. Но на микроуровне заметны процессы переорганизации материала в виде концентрических стяжений глинистого вещества вокруг железистых новообразований со слабо выраженными угловато-округлыми агрегатами, центральная часть которых состоит из крупных железистых конкреций (рис. 2). Межагрегатное пространство заполнено крупной и средней пылью, т.е. на микро-
Рис. 2. Микростроение глеевого горизонта 35-ПА - концентрическая переорганизация материала вокруг железистой конкреции (II ^.
уровне глеевые горизонты имеют диагностические
------------------------------ признаки, характерные также для криометаморфи-
ческого горизонта (табл. 1).
Напомним, что макроморфологически дифференцированный криометаморфический горизонт формируется при более глубоком залегании (свыше 1 м) или отсутствии многолетней мерзлоты на легко- и среднесуглинистых отложениях от южной тун-
Почвенные шлифы были изготовлены из ненарушенных микромонолитов основных генетических горизонтов с фиксацией эпоксидной смолой Ероху-520 в вакуумном эксикаторе. Основные элементы микростроения определялись согласно руководству к микроморфологическим исследованиям Е.И. Парфеновой и Е.А. Яриловой [11].
Таблица 1
Микроморфологическое строение почв*
Гори- Агрегаты Скелет** Элементарное микро- Поры Новообразования
зонт строение / Плазма
Гпеезем криогенно-ожелезненный (35-ПА)
G/Gcf, Заметны призна- Крупнопылеватый Пылевато-плазменное Редкие трещи- Крупные железистые кон-
10-25 ки плитчатости Минеральные зерна Глинистая, слабоани- ны, частично креции с включениями
лишены пленок зотропная, чешуйчатая, вокруг крупных стяжений заполненные пылью скелетных зерен, мелкие микроортштейны, плотные, компактные
вд, Слабо выражен- Крупнопылеватый Пылевато-плазменное Межагрегат- Единичные железистые
25-50 ные угловато- Глинистая, анизотроп- ные, заполне- мелкие пятна. Обрывки
округлые агрега- ная, в основном крап- ны тонкой пы- слоистых глинистых кутан
ты чатая лью
G1, Выраженные, Пылеватый, но со Пылевато-плазменное. Межагрегатные Железистые стяжения
50-70 угловато- значительным со- Глинистая, анизотроп- и внутриагрегат- Множество глинистых
блоковые, часто с держанием фракций ная, в основном крап- ные (округлые кутан по обрывкам корней
нечеткими грани- мелкого и среднего чатая, и железисто- или неправиль-
цами песка глинистая в стяжениях ной формы)
G2, Заметна слабая Крупнопылеватый с Песчано-пылевато- Межагрегат- Редкие железистые стя-
70-90 горизонтальная большим количест- плазменное. Глини- ные, заполне- жения и конкреции, инкру-
делимость поч- вом среднего и стая, слабоанизотроп- ны пылью стированные пылью
венной массы крупного песка ная, сетчатая Множество обрывков
Сдх, глинистых кутан
Слабо выражен- Крупнопылеватый, Песчано-пылевато- Редкие межаг- Множество железистых
90-110 ные крупные со множеством зе- плазменное. Глини- регатные, раз- пятен, нодулей и стяже-
блоки рен песка стая, слабоанизотропная, местами струйчатая или мозаичная личной формы и величины. ний со скелетным материалом. Вокруг нодулей глинистые кутаны
Глеезем криометаморфический (3-ПА)
G/Gcf, Крупные округлой Крупнопылеватый, Плазменно-пылеватое. Редкие внутри- Множество темно-охрис-
5-20 формы, структура единично зерна Глинистая и желези- агрегатные поры тых нодулей, вокруг кото-
массивная мелкого песка. Зер- сто-глинистая, анизо- различной фор- рых часто формируется
на угловатой фор- тропная, крапчатая мы. Межагрегат- тонкая глинистая оболочка
мы лишены пленок, ные трещины
отбелены заполнены пылью
CRMg1***, Хорошо выра- Крупнопылеватый Пылевато-плазменное. Межагрегатные, Ржаво-охристые и охристо-
20-36 женные округлые Железисто-глинистая, каналовидные, коричневые нодули и пят-
агрегаты анизотропная, ооидная соединены сетью на, внутри некоторых скелетные зерна. Единичные тонкие глинистые кутаны, приуроченные в основном к центру некоторых агрегатов с повышенным содержанием плазмы
CRMg2, Крупные округ- Крупнопылеватый, Пылевато-плазменное. Крупные внутри- Мелкие железистые кон-
36-53 лые агрегаты и единично мелкий Железисто-глинистая, и межагрегат- креции вкраплены в свет-
округлые отдель- песок анизотропная, крапча- ные, частично ло-бурую массу округлых
ности тая заполненные песком и крупной пылью агрегатов. По поверхности мелких трещин и краям межагрегатных пор единичные тонкие стресс-кутаны
CRMG, Крупные субгори- Крупнопылеватый, с Плазменно-пылеватое. Крупные внутри- Редкие железистые ново-
53-80 зонтальные бло- фракцией крупного Глинистая, анизотроп- (тонкие, канало- образования, чаще всего с
ки, распадаю- и среднего песка ная, струйчатая видные) и меж- размытыми границами
щиеся на орехи и агрегатные
плитки
Светлозем иллювиально-железистый (5-ПА)
Ед, Структура двух- Крупнопылеватый Пылевато-плазменное Изолирован- Ржаво-коричневые желе-
5-10 уровневая: в верх- Зерна скелета рас- в агрегатах и плазмен- ные округлые зистые новообразования
ней части плитки и пределены, глав- но-пылеватое в основ- и неправиль- по ходам корней и на
чешуйки, внутри ным образом, вдоль ной массе. Глинистая, ной формы и месте растительных ос-
которых мелкие внешних границ анизотропная, нечетко меж- татков
округлые агрегаты; агрегатов. Мине- ооидная агрегатные,
в нижней части ральные зерна в часто, засы-
только более круп- межагрегатном панные зерна-
ные и выраженные пространстве ли- ми скелета
агрегаты, иногда с шены пленок, в
железистыми пят- агрегатах зерна
нами покрыты пленкой
Окончание табл. 1
Гори- зонт Агрегаты Скелет** Элементарное микростроение /Плазма Поры Новообразования
BF, 10-15 Четкие, хорошо выраженные округлые агрегаты Крупнопылеватый Пылевато-плазменное внутри агрегатов и пылеватое в основной массе. Железистоглинистая, изотропная, крапчатая и ооидная Межагрегатные трещины и пустоты Многочисленные пятна и микроортштейны в большинстве микроагрегатов
CRMg, 15-33 Хорошо выраженные округлые агрегаты Крупнопылеватый Пылевато-плазменное. Глинистая, анизотропная, вокругскелетная Межагрегатные трещины и пустоты В некоторых агрегатах видны округлые железистые конкреции и тонкие пленки
CRM, 33-58 Нечеткие округлые агрегаты, горизонтальная делимость почвенной массы Крупнопылеватый Пылевато-плазменное в агрегатах и плазменно-пылеватое в основной массе. Глинистая, анизотропная, крапчатая Пылевато-плазменное. Редкие изолированные и меж-агрегатные, различного размера и формы Редкие железистомарганцевые микроорт-штейны, приуроченные в основном к центрам агрегатов
CRMC, Крупные субгори- Крупнопылеватые Множество Единично мелкие желе-
58-85 зонтальные блоки, поделенные сетью мелких трещин на орехи и плитки и мелкопесчаные угловатые зерна с тенденцией к гнездовому распреде- Глинистая, анизотропная, вокругскелетная внутриагрегат-ных пор, округлой и неправильной форм зистые стяжения и пятна
лению, сцементированных глинистым веществом
* Автор статьи не рассматривает особенности состава и строения органического вещества, так как характер аккумулятивного подстилочно-торфяного горизонта практически не изменяется от типичной тундры до средней тайги, а особенности микростроения органических горизонтов уже достаточно полно описаны Г.В. Русановой [1, 12 и др.].
**В описываемых профилях резко преобладают крупнопылеватые частицы скелета, минералогический состав которого практически неизменен: доминируют кварц и полевые шпаты, реже присутствует роговая обманка, единично гидрослюды. Встречаются обломки горных пород - аргиллитов и сланцев.
***В горизонте происходит формирование ооидной структуры - пылеватая фракция стягивается в формирующийся ооид и частично засыпается вниз по порам.
Таблица 2
Основные физико-химические свойства почв
Горизонт Глубина, см С, % pH Обменная кислотность, ммоль/100 г почвы Валовой химический состав, % Fe2O3, %
H2O Н+ | AI+3 SiO2 1 AI2O3 1 Fe2O3 по Тамму | по Джексону
Глеезем криогенно-ожелезненный (35-ПА)
G/Gcf 10-20 0.28 4.3 0.03 4.48 76.20 10.24 2.43 0.41 0.56
Bg 35-45 0.35 4.3 0.03 4.45 75.10 11.05 2.83 0.44 0.60
G1 55-65 0.24 4.5 0.04 1.56 69.70 12.81 3.76 0.41 0.74
G2 75-85 не опр. 4.9 0.03 0.57 69.60 12.82 3.77 0.42 0.73
Cg^ 90-100 - 5.0 0.03 0.22 69.70 12.48 3.88 0.30 0.76
Глеезем криометаморфический (3-ПА)
Gcf 5-10 1.11 4.2 0.05 5.18 74.00 10.62 3.13 0.50 0.77
G 15-18 0.50 4.2 0.05 4.62 76.22 10.65 2.26 0.37 0.64
CRMgI 20-30 0.27 4.5 0.02 3.72 74.77 11.78 2.87 0.35 0.70
CRMg2 40-50 не опр. 4.8 0.02 1.61 75.80 13.55 2.76 0.31 0.71
CRMG 60-70 - 5.0 0.03 1.20 73.63 13.75 3.67 0.38 0.85
Светлозем иллювиально- железистый (5-ПА)
Eg 5-10 2.05 4.1 0.30 9.14 77.21 10.39 2.76 0.36 0.56
BF 10-20 1.15 4.5 0.19 9.40 76.18 12.46 3.68 0.84 1.13
CRMg 20-40 0.70 4.5 0.05 8.28 74.62 12.63 3.60 0.42 0.82
CRM 40-50 не опр. 4.2 0.03 5.57 73.43 12.13 3.38 0.36 0.79
CRMC 60-70 - 4.5 0.02 3.29 70.34 13.42 4.18 0.47 0.88
дры до средней тайги [2-5]. Типичной макромор-фологической особенностью криометаморфическо-го горизонта является специфическая угловатокрупитчатая, ооидная или гранулированная рассыпчатая криогенная структура. Размер структурных отдельностей (педов) колеблется от 2-3 до 710 мм. Как правило, размер агрегатов увеличивается с глубиной, и они постепенно сменяются крупными субгоризонтальными блоками. Прослеживается горизонтальная делимость почвенной массы, однако плитки непрочные, рассыпаются на мелкие отдельности. Во влажном состоянии структура творожистая. При сильном переувлажнении минеральная масса становится тиксотропной. В верхней части этого горизонта могут наблюдаться слабые признаки иллювиирования железа. Нижняя, более тяжелая по гранулометрическому составу часть горизонта (табл.
3) обычно имеет отчетливо выраженную криогенную плитчатость с элементами ореховатой структуры и слабыми признаками вымывания глинистого вещества, видны слабо выраженные кутаны. В горизонте могут наблюдаться признаки оглеения.
колесной растительностью на данный процесс накладываются появляющиеся процессы А1^е-гуму-совой и текстурной дифференциации. В северной и средней тайге происходит постепенное увеличение степени влияния А1^е-гумусового и глинистого иллювиирования с уменьшением доли криогенных процессов, что также способствует формированию криометаморфического горизонта [5].
Эти теоретические выводы подтверждены экспериментально В.В. Роговым и А.С. Абрамовой [15]. Перетертый через сито в 1 мм образец криометаморфического горизонта глеезема криомета-морфического, отобранного в окрестностях г. Воркуты Большеземельской тундры, был подвергнут 50-кратным 12-часовым циклам оттаивания и промерзания при постоянной влажности образца 1821%, в результате чего образовывалась рассыпчатая угловато-крупитчатая криогенная структура.
Известно, что покровные лессовидные суглинки Большеземельской тундры представляют собой типичные грунты слоя сезонного оттаивания с высоким содержанием пылеватых фракций и нали-
Таблица 3
Гранулометрический состав почв
Разрез Горизонт Глубина, Гранулометрический состав почв, мм
см 1-0.25 | 0.25-0.05 | 0.05-0.01 | 0.01-0.005 0.005-0.001 | <0.001 <0.01
G 10-20 0 18 Глеезем 57 8 7 10 25
Bg 35-45 0 12 46 22 7 13 42
35-ПА G1 55-65 0 7 55 8 9 21 38
G2 75-85 1 5 51 9 9 25 43
CRMG 90-100 2 9 44 11 11 23 45
Gcf-Bf 5-10 0 Глеезем криометаморфический 11 64 8 6 11 25
G 15-18 0 15 62 7 7 9 23
3-ПА CRMgI 20-30 0 11 61 7 7 14 28
CRMg2 40-50 0 8 62 7 6 17 30
CRMG 60-70 0 8 54 8 8 22 38
Eg 5-10 0 Светлозем иллювиально-железистый 31 39 8 6 16 30
BF 10-20 0 18 51 6 8 17 31
5-ПА CRMg 20-40 0 13 55 5 7 20 32
CRM 40-50 0 13 55 6 7 19 32
CRMC 60-70 0 24 36 7 7 26 40
В микростроении криометаморфического горизонта (CRM) для почв южной тундры и лесотундры характерными являются кольцевое обособление грубодисперсного материала вокруг микроагрегатов, аккумуляция песчано-пылеватых зерен в основной массе, порах и трещинах (рис. 3а). Подобные сортировки в тундровых и таежных суглинистых почвах описаны в работах Г.В. Русановой [12] и Т.В. Турсиной [14]. Пылеватая фракция стягивается в формирующийся микроагрегат и частично засыпается вниз по порам (рис. 3б). Т.е. агрегация происходит вокруг железистых стяжений, склеивающих засыпающиеся крупные пылеватые частицы. В тундре подобного рода сортировки образуются, главным образом, за счет селективной криогенной миграции материала, а в лесотундре под ред-
чием значительного количества высокодисперсных глинистых минералов, коллоидов железа, алюминия и органического вещества [16, 17]. В.Н. Кони-щевым и В.В. Роговым для пылеватых суглинков установлено [18], что в ходе 50-кратного промерзания-оттаивания происходит активная диспергация и деградация глинистых частиц. Наибольшие изменения наблюдаются для гидрослюды, у которой деградация сопровождается трансформацией в смешанно-слойное слюдо-смектитовое образование структуры слоистых силикатов, в том числе и глинистых минералов. При воздействии процесса попеременного промерзания-оттаивания эти изменения не являются стабильными. При этом образуются новые структурные виды, типичные для крио-метаморфического горизонта .
а 1тт б 1тт
1---------1 I__________I
Рис. 3. Микростроение криометаморфического горизонта: а - ПА CRMg (20-40 см) - угловато-округлые микроагрегаты (II ^; б - 3-ПА ПА CRMg1 (20-30 см) - формирующийся микроагрегат (X ^.
Для всех типов профилей характерна литологическая неоднородность, поэтому в нижележащих горизонтах с глубины 50-58 см имеет место более крупная ореховатая структура на фоне горизонтальной мерзлотной плитчатости. В гранулометрическом составе появляются песчаные фракции (табл. 3), а также отмечается увеличение глинистых частиц, проявляющееся в их более высокой оптической ориентировке. Выделяется множество реликтовых голоценовых глинистых кутан иллю-виирования, внедренных во внутриагрегатную массу в виде папул. В настоящее время идет их разрушение, видны многочисленные разрывы глинистых кутан, вызванные процессами криотурбации. Последние наиболее ярко проявляются в глеезе-мах криогенно-ожелезненных, где обрывки глинистых кутан присутствуют даже в поверхностных глеевых горизонтах. Это указывает не на происходящие современные процессы иллювиирования, а на интенсивные криопедотурбации (рис. 4). Гетерогенность и залегание подобных кутан в миграционных каналах есть свидетельство их палеопочвенно-го происхождения. Г.В. Русанова описывает наличие таких глинистых кутан в погребенных суглинистых почвах в Большеземельской тундре [1] и глееподзолистых почвах северотаежной подзоны тайги [12], доказывая, что образование таких кутан происходило в атлантический оптимум голоцена.
В елово-березовых редколесных растительных сообществах микроклиматические условия «мягче» по сравнению с тундровыми. В результате верхняя граница многолетней мерзлоты залегает глубже 2 м и не влияет заметно на профилеобразо-вание. Особенно уменьшаются процессы криотур-бации и увеличивается динамика элементарных почвенных процессов. Под редколесьем появляются признаки А1^е-гумусовой дифференциации, достигающей наибольшего развития в таежных почвах, и над криометаморфическими почвами формируется вложенный элювиально-иллювиальный микропрофиль суглинистого подзола - выделяются свет-лоземы иллювиально-железистые. Элювиальный горизонт Ед, практически бесструктурный на макроуровне, различен по микроструктуре. Верхняя часть горизонта (1-2 см) имеет микроплитчатую, частично линзовидную агрегацию, внутри которой можно выделить ооидную организацию тонкодисперсного вещества. Линзовидная (микроплитчатая) структура свойственна для элювиальных горизонтов суглинистых почв и образуется в результате цикличного сезонного промерзания и оттаивания, когда элювиальный горизонт перенасыщен влагой. На контакте с иллювиально-железистым горизонтом центральные зоны ооидов имеют твердый охристый центр.
С.В.Губиным [19] при исследовании динамики структуро- и микроструктурообразования была по-
казана определяющая роль форм выделения льда и сделан вывод, что ооиды образуются в результате чередования процессов и уплотнения глинистых частиц при оттаивании и замерзании с участием гумусово-железистых соединений. Ниже плитча-тость исчезает, округлые агрегаты становятся более выраженными и крупными, иногда с железистыми пятнами. При этом все межагрегатные поры заполнены крупнопылеватым скелетным материалом с очень низким содержанием тонкодисперсных частиц (рис. 5а). В иллювиально-железистом горизонте BF крупнопылеватые зерна сконцентрированы вокруг округлых железистых новообразований и микроагрегатов, образуя 2-3 мм плотные округлые агрегаты, которые на макроуровне имеют икряную (иногда дробовидную) структуру. При этом межагре-гатные поры представляют собой трещины или пустоты. В иллювиально-железистом горизонте наблюдается максимум железа (табл. 2), иллювиированного из подзолистого горизонта, видны частично разрушенные колонии железобактерий (рис. 5б), что связано с процессом А1^е-гумусовой аккумуляции.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что в светлоземах среди элювиально-иллювиальных почвообразовательных процессов, дифференцирующих профиль, главными являются восстановительная мобилизация, миграция и частичное иллювиальное закрепление оксидов железа. Этот почвообразовательный процесс, который можно определить как элювиально-глеевый, диагностируется обеднением почвенной массы и илистой фракции осветленного элювиального горизонта почти исключительно оксидом железа. Весьма часто глеевая мобилизация железа сопровождается его сегрегацией в конкреции.
роль играет почвенный криогенез. Наличие в этих почвах криогенных признаков, горизонтов и режимов обусловлено их длительным и глубоким сезонным промерзанием, а также крупнопылеватым составом. Несомненное доминирование криогенных процессов в этих почвах подтверждается как мак-роморфологическими признаками: криотурбации, криогенная оструктуренность (плитчатая и гранулированная или ооидная структуры), надмерзлотная верховодка, так и микроморфологическими: преобладание в плазме оптически ориентированной глины, ооидная ориентация плазмы, скопления песчано-пылеватых зерен в основной массе, порах и трещинах, криогенная микрослоистость и микротрещиноватость, образование различной степени выраженности угловато-округлых микроагрегатов с общей субгоризонтальной делимостью.
В автоморфных пылеватосуглинистых почвах южной тундры и лесотундры лучше всего проявляется процесс криометаморфического оструктуриро-вания. Формированию диагностического криомета-морфического горизонта с его характерной структурой способствуют не столько биогенно-аккумулятивные, метаморфические (оглеение) и элювиальноиллювиальные (А1^е-гумусовые) почвенные процессы, сколько многократные циклы промерзания и оттаивания, где действие криогенных факторов, наряду с высокой льдистостью (30-45%), усиливает агрессивность агентов внутрипочвенного выветривания железистых минералов, активизирует коагуляцию и уплотнение глинистых частиц. В то же время в почве законсервированы палеопочвенные образования -глинистые кутаны, отражающие процессы почвообразования предыдущих эпох (голоцен).
Рис. 5. Микростроение 5-ПА: а - Е§ 5-10 см - двухуровневая микроструктура (II ^; б - BF 10-20 см -округлая микроструктура.
Конкрециообразование в элювиальном горизонте способствует его осветлению.
Заключение
Несмотря на кажущуюся пестроту почвенного покрова, можно говорить о единой генетической природе образования почвенных горизонтов суглинистых почв экотона «тундра-лесотундра». В формировании рассматриваемых почв определяющую
Не нарушая общих принципов новой классификации с приоритетом субстантивных признаков генетических горизонтов, в отдел криометаморфи-ческих почв следует отнести глееземы криомета-морфические и, возможно, глееземы криогенно-ожелезненные как почвы с наиболее слабым проявлением криометаморфического горизонта (проявляется на микроуровне), где он только зарождается.
Автор сердечно благодарит к.с.-х.н. М.П. Верба, д.с.-х.н. И.В. Забоеву и д.б.н. Г.В. Русанову за ценные советы и замечания, Е.В. Жангурова - за поддержку при проведении экспедиционных работ, а также М.А. Лебедева за помощь в подготовке почвенных микрошлифов.
Данная работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ № 08-04-90711-моб_ст; РФФИ 12-04-31759-мол-а; проекта № 12-Т-4-1004 «Формирование и функционирование почв криолитозо-ны европейского Северо-Востока в условиях изменения климата и антропогенных воздействий».
Литература
1. Русанова Г.В. Позднеголоценовые погребенные почвы басс. р. Воркута (Большеземель-ская тундра) // Почвоведение. 2008. №1. С.27-33.
2. Тонконогов В.Д., Пастухов А.В., Забоева И.В. О генезисе и классификационном положении автоморфных почв на покровных суглинках северной тайги Европы // Почвоведение. 2006. № 1. С. 29-36.
3. Пастухов А.В. О генезисе и классификационном положении автоморфных почв на покровных суглинках в микроэкотоне тундра-лесотундра // Вестник СПбГУ. Серия 3. Биология. 2008. № 3. С. 117-126.
4. Тонконогов В.Д. Автоморфное почвообразование в тундровой и таежной зонах ВосточноЕвропейской и Западно-Сибирской равнин. М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 2010. 304 с.
5. Жангуров Е.В., Лебедева (Верба) М.П., За-боева И.В. Микростроение генетических горизонтов автоморфных таежных почв Тима-на // Почвоведение. 2011. № 3. С. 288-299.
6. Норин Б.Н. Структура растительных сообществ восточноевропейской лесотундры. Л.: Наука, 1979. 200 с.
7. ACIA, 2004. The Arctic Climate Impact Assessment: Impacts of a Warming Arctic. Cambridge University Press. 1042.
8. Классификация и диагностика почв России / Составители: Л.Л.Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева, М.И. Герасимова. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
9. IUSS Working Group WRB, 2006, World reference base for soil resources 2006, 2nd edition, World Soil resources Reports. No. 103. FAO. Rome, 145.
10. Мажитова Г.Г., Каверин ДА. Динамика глубины сезонного протаивания и осадки поверхности почвы на площадке циркумполярного мониторинга деятельного слоя (CALM) в европейской части России // Криосфера Земли. 2007. Т. 11. № 4. С. 20-30.
11. Парфенова Е.И., Ярилова ЕА. Руководство к микроморфологическим исследованиям в почвоведении. М.: Наука, 1977. 198 с.
12. Русанова Г.В. Микроморфология таежных почв. Л.: Наука, 1987. 197 с.
13. Игнатенко И.В. Почвы восточноевропейской тундры и лесотундры. М.: Наука, 1979. 279 с.
14. Турсина Т.В. Микроморфологическая диагностика криогенных признаков в почвах // Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции. Сыктывкар, 1985. С. 32-33.
15. Abramova A.S. Cryometamorphic horizon in tundra soils: modeling of properties and soil forming // Abstracts of the International Polar year Oslo Science Conference. Oslo, Norway, 2010 - PS1-D.6.
16. Попов А.И. Полярный покровный комплекс // Вопросы физической географии полярных стран. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1956. Вып. 1. 132 с.
17. Конищев В.Н. Покровные лессовидные образования юго-восточной части Большеземель-ской тундры // Проблемы палеогеографии и морфогенеза в полярных странах и высокогорье. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1964. С. 27-48.
18. Конищев В.Н., Рогов В.В. Влияние криогенеза на глинистые минералы // Криосфера Земли. 2008. Т. XII. № 1. С. 51-58.
19. Губин С.В. Динамика структурообразования в тундровых криогенных неглеевых почвах (Тундровые криоземы) // Почвоведение. 1993. № 10. С. 62-70.
Статья поступила в редакцию 23.01.2012
