Экологические основы рационального использования почвенных ресурсов Крайнего Северо-Востока России

Пугачев, Алексей Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Экологические основы рационального использования почвенных ресурсов Крайнего Северо-Востока России
ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Экологические основы рационального использования почвенных ресурсов Крайнего Северо-Востока России"

г 5 ОД

На правах рукописи

Пугачев Алексей Александрович

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЧВЕННЫХ РЕСУРСОВ КРАЙНЕГО СЕВЕРО-ВОСТОКА РОССИИ

03.00.27 - почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Владивосток - 1995

Работа выполнена в Зональном научно-исследовательском инстит^ сельского хозяйства Северо-Востока Дальневосточного отделения Российской академии сельскохозяйственных наук.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, .профессор В.М.Корсуя доктор биологических наук З.И.Никитияа доктор биологических наук Л.Т.Крупская

Ведущая организация - Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук.

Защита состоится "" Х996 г. в 10 час. на заседании

Диссертационного совета Д 003.97.02 при Биолого-почвенном институте ДВО РАН по адресу: 690022, Владивосток, Проспект 100 лет Владивостока, 159, Биолого-почвенный институт, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиоте: дао РАН.

Автореферат разослан " " А 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

Л.Н.Пуртова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальность представленной к защите работы обусловлена необходимостью рационального использования почвенных ресурсов Крайнего Северо-Востока - одного из наиболее перспективных для хозяйственного освоения регионов России. Важность экологического подхода при решении проблем комплексного развития производительных сил Магаданской области и Чукотского автономного округа определяется сложной и многогранной ролью почв, которую они играют в функционировании биосферы и сохранении благоприятного состояния природной среды в условиях возрастающего влияния техногенеза (Во-лобуев, 1963; Ковда, 1971; Глазовская, 1981; КарпачевскиЙ, 1981; Зонн, 1983; Соколов, 1965, 1989; Добровольский, Никитин, 1986, 1990; Розанов, 1990 и др.).

Многообразие факторов почвообразования и направлений производственной деятельности на рассматриваемой территории, имеющие место в субарктической зоне страны в целом, дают возможность приложения полученных данных к другим малоизученным районам российского Севера. Следовательно, решение поставленных в диссертации проблем имеет принципиальное значение не только для социально-экономического развития региона, но и для формирования экологически обоснованной политики освоения почвенных ресурсов криоли-тозоны страны.

Особую значимость для Крайнего Северо-Востока имеет разработка научно-методических основ рекультивации нарушенных земель (более 130 тыс.га), представляющих собой перспективный резерв (Ш тыс.га) увеличения пахотного фонда.

Основные положения и выводы диссертации являются научно-практической базой для перевода земледелия на адаптивные поч-венно-экологические принципы. При этом целесообразность применения той или иной технологии осяоения земель предлагается обосновывать посредством выявления специфики дифференциации ланд-тзафтной среды, в структуру которой "встроены" сельскохозяйственные угодья. Это обеспечит широкий взгляд на особенности ведения земледелия, исправлению допущенных и возможных ошибок в этом направлении.

Таким образом, выполненный объем исследований является логически обусловленным комплексным подходом к рациональному использованию почвенных ресурсов на основании изучения особенное-

тей функционирования природных экосистем, техногенных ландшафтов и сельскохозяйственных угодий, в котором социально-экономические интересы региона тесно переплетаются с теоретическими задачами науки.

Цель и задачи исследований. Основной целью диссертационной работы является разработка фундаментальных и прикладных основ рационального использования почвенных ресурсов Крайнего Северо-Востока и сопредельных районов России для экологически обоснованного ведения сельскохозяйственного и промышленного производства в условиях Субарктики. Для реализации поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Оценка биопродуционных параметров природных экосистем и роли биологического круговорота веществ в функционировании почв региона, выявление пространственной дифференциации компонентов биомассы почвенно-растительного покрова и типов химизма обмена веществ в системе почва-растение на рассматриваемой территории.

2. Изучение процессов естественного восстановления техногенных ландшафтов, разработка принципов рекультивации нарушенных земель и агропроизводственной классификации почвогрунтов.

3. Разработка адаптивных, экологически сбалансированных методов воспроизводства почвенного плодородия, обеспечивающих получение устойчивого урожая сельскохозяйственных культур в условиях проявления длительно-сезонной и многолетней мерзлоты на основе новых нетрадиционных технологий и векового опыта ведения земледелия в субарктической зоне.

4. Создание системы экспертно-прогнозных почвенно-экологи-ческих карт целевого назначения, обеспечивающих научно-методическую основу рационального использования почвенных ресурсов Крайнего Северо-Востока страны.

Объекты и методы исследований. Объекты исследований - экосистемы Крайнего Северо-Востока России, в которых лично автором с 1972 г. проводились детальные исследования биопродуционных параметров почвенно-растительных комплексов, особенностей функционирования регенерационных биогеоценозов на землях, нарушенных горнодобывающей промышленностью, агроландшафтов, разработка технологий повышения плодородия почв. Кроме того, обобщен, тщательно проанализирован обширный фактический материал по географии и генезису почв региона, накопленный в результате деятельности Почвенного института им.В.В.Докучаева и Института биологических

фоблем Севера ДВО РАН, а также имеющиеся зарубежные источники \яя территорий с близкими природными условиями.

Определение запасов биомассы и биологического круговорота ¡еществ в основных типах растительности Северо-Востока осутцеств-гялось на основании общепринятых методик (Родин, Ремезов, Баэи-гевич, 1968 и др.). При составлении, на основе генерализации по-[ученной информации, серии биопродуционных карт использовался гандшафтно-экологический метод. Изучение агроэкосистем баэирова-юсь на "Программе и методике биогеоценологических исследований" 1974). Генетическая принадлежность рассматриваемых в работе почв 'станавливалась с учетом их морфологических признаков, физико-хи-¡ических свойств и вещественного состава, приведенных в "Класси-зикации и диагностике почв СССР". М., Колос, 197?.

Научная новизна исследований заключается в том, что в дис-ертационной работе впервые на основе единого целостного подхода, :аучно обосновываются теоретические и практические аспекты рацио-!ального использования почвенных ресурсов северо-восточной части траны.

1. Впервые определены и систематизированы биопродуционные па-аметры экосистем Крайнего Северо-Востока, установлена пространст-енная дифференциация компонентов биомассы и типов химизма биоло-ического круговорота веществ, выявлены общие черты почвенно-био-огических процессов и дана экологическая характеристика ландшаф-ов одного из наиболее удаленных регионов страны.

2. Выявлены особенности естественного восстановления земель, арушенных при разработке россыпных месторождений полезных иско-аемых в тундровой, лесотундровой и северотаежной зонах, обосно-аны элементы технологии проведения комбинированной рекультивации ехногенных ландшафтов, унифицирована агропроизводственная клас-ификация почв и почвогрунтов по степени их пригодности для ре-ультивационных работ.

3. Обоснованы экологически целесообразные приемы повышения очвенного плодородия на основе нетрадиционных технологий и пред-ествущего опыта, с новых позиций сформированы направления опти-изации агроэкологического состояния почв с целью повышения эф-ективности сельскохозяйственного производства.

4. Впервые в отечественной практике создана серия экспертно-рогнозных почвенно-экологяческих карт региона, включающая оценку иопродуктивности почвенного покрова, уровней плодородия, устой-

чивости почв к антропогенным воздействиям, темпов естественного восстановления техногенных ландшафтов.

5. Разработана концепция охраны и рационального использования природных экосистем, рекультивированных земель и сельскохозяйственных угодий. Аргументированы экологические основы освоения почвенных ресурсов Крайнего Северо-Востока России, основным принципом которых является: использование и охрана - единое цело

Защищаемые положения:

1. Особенности функционирования почвенно-растительных комплексов в тундровых, лесотундровых, северотаежных и болотных ландшафтах Крайнего Северо-Востока.

2. Оценка процессов естественного восстановления нарушенных земель, возможности и направления рекультивации техногенных ланд шафтов в условиях региона.

3. Влияние сельскохозяйственного производства на состояние и свойства основных типов почв на рассматриваемой территории, возможности повышения почвенного плодородия и ведение экологически обоснованного земледелия в зоне длительно-сезонной и многолетней мерзлоты.

4. Система почвенно-экологических карт и концепция рационального использования почвенных ресурсов.

Теоретическая и практическая значимость. Внедрение.

Получены и систематизщзованы имеющие общетеоретическое значение данные по биологической продуктивности и круговороту веществ, особенностям функционирования почвенно-растительных комплексов, генезису почв, их агроэкологическому состоянию, рекультивации нарушенных земель, оптимальным направлениям ведения сель кого хозяйства на Крайнем Северо-Востоке России (1,2 млн. км2).

Разработаны интегральные показатели взаимосвязи эффективное ти биопродуционного процесса с параметрами плодородия почв, обоснованы принципы комбинированной рекультивации территорий, нару шенных при проведении открытых горных работ, охарактеризованы ос новы охраны и рационального использования почвенных ресурсов в целостной системе ландшафтов, сформирована научно-методическая база для применения экологически обоснованных технологий освоения и сельскохозяйственного использования земель.

Итогом исследований является разработка концепции и рекомен даций по эффективному природопользованию почвенно-земельных ресурсов региона, основанных на: применении экологически сбаланси-

рованных технологий освоения биологических ресурсов, повышении плодородия, ограничении проявления термокарстовой, водной и ветровой эрозии, соблюдении строжайшей экономии при отчуждении продуктивных угодий, рекультивации нарушенных земель, осуществлении комплексных мер по охране земельных, водных и лесных ресурсов.

Обоснованная, с учетом имеющихся сведений о СПП Северо-Востока (Наумов, др., 1990), методика крупномасштабного картографирования биопродуционных параметров и система созданных на этой основе карт (Пугачев, Наумов, 1989; 1992; Пугачев,1992), внедрены в Почвенном институте им.В.В.Докучаева и положены в основу развития различных отраслей народного хозяйства региона.

Результаты проведенных исследований нашли широкое применение при решении с участием автора следующих практических задач сельскохозяйственного производства на Крайнем Северо-Востоке России: разработке долгосрочной программы развития сельского хозяйства региона (Новосибирск, 1987), систем ведения земледелия Магаданской области и Чукотского автономного округа, использовании криогенных почв (а.с. № 1716630, 1716631, 1716992), составлении проектов использования местных минерально-сырьевых ресурсов, методических указаний по экологической экспертизе объектов сельскохозяйственного назначения, рекультивации нарушенных земель в тундровой, лесотундровой и северотаежной зонах региона.

Полученные материалы использованы коллективом Почвенного института им.В,В.Докучаева при составлении ряда листов Государственной почвенной карты СССР масштаба 1:1000000, нашли свое отражение в 5 заключительных отчетах, выполненных по линии ГКНТ СИ СССР, ряда всесоюзных (ВДНХ, 1987) и международных (Китай, 1992) выставок.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и опубликованы в трудах УШ съезда В0П (Новосибирск, 1989), на Всесоюзных совещаниях и конференциях: по биологическим проблемам Севера (Якутск, 1974; Петрозаводск., 1976; Апатиты, 1979; Магадан, 1983; Якутск, 1986), структурно-функциональным особенностям естественных и искусственных биогеоценозов (Днепропетровск, 1978), увеличению биологической продуктивности почв в интересах народного хозяйства (Москва, 1979), интенсификации сельского хозяйства Крайнего Севера (Магадан, 1980; Петропавловск-Камчатский, 1984); проблемам освоения пойм северных рек (Туруханск, 1985), почвенному криогенезу и мелиорации мерзлотных почв (Пущи-

но, 1975), роли подстилки в лесных биогеоценозах (Москва, 1983), использованию лесных ресурсов (Красноярск, 1983), агропочвове-дению и плодородию почв (Ленинград, 1983, 1966), их охране и рациональному использованию (Владивосток, 1990) на республиканских, областных, региональных конференциях, совещаниях, симпозиумах (Красноярск, 1975; Магадан, 1980, 1984, 1989, 1992; Уссу -рийск, 1987, 1990, 1991; Свердловск, 1988), Х1У Тихоокеанском научном конгрессе (Хабаровск, 1979), ХШ конгрессе Европейской федерации луговодства (Братислава, 1990), I Циркумполярной конференции по сельскому хозяйству (Уайтхорс, Канада, 1992).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 100 работ, основные положения отражены в 56, в том числе 3 авторских свидетельствах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения в виде выводов, списка литературы, включающего 425" наименований, приложения. Общий объем диссертации 451 стр., из них 2ЗДстр. машинописного текста,ID6 таблиц, 50 рисунков, {¡7 стр. приложений.

Автор приносит искреннюю благодарность за консультации, ценные замечания и помощь на разных этапах работы всем коллегам, способствовавшим подготовке диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ I. ПРИРОДНЫЕ ЛАНДШАФТЫ

I. Изучение почв Крайнего Северо-Востока. Сложность решения поставленной в диссертации проблемы заключалась в том, что территория Крайнего Северо-Востока России (Магаданская обл., Чукотский автономный округ) занимает площадь 1,2 млн.км^. Высокоширотное положение, почти повсеместное распространение многолетней мерзлоты, влияние холодных морей - Восточно-Сибирского, Чукотского, Берингово и Охотского, омывающих три четверти границ региона, придают его природе суровый характер. Большая протяженность в широтном (1500 км) и долготном направлениях (1000 км), преобладание горных форм рельефа, разнообразие геологических и климатических условий, растительности и почвообразуицих пород определяют здесь особенности пространственного распределения, охраны и рационального использования почвенно-земельных ресурсов.

Исследования почв Крайнего Северо-Востока России проводятся в течение 60 лет. Однако системный характер они приобрели в сравнительно недавнее время. Первые работы В.В.Сочавы (1930,1932), А.Т.Макарова (1937), П.П.Пасечника (1947), А.П. Васьковского (1959, 1960) были посвящены строению и свойствам некоторых почв тундровых и тундролесных территорий. Начиная с 60-х годов подробное изучение почв региона проводится сотрудниками Почвенного института им. В.В.Докучаева, Института географии РАН и Института биологических проблем Севера ДВО РАН. Наиболее детальные исследования посвящены глеевым и неглеевым почвам арктической, типичной и южной тундр (Игнатенко, Павлов, Богданов, 1979; йгна-тенко и др., 1987; Оганесян, 1969), оподзоленным и морфологически неоподзоленным почвам континентальных и приморских чундро-лесий (Наумов, 1974; Игнатенко, Пугачев, Богданов, 1977; Игнатенко, Хавкина, 1980; Игнатенко, Богданов, Пугачев, 1980; Игнатенко, Мажитова, Андреев, Пугачев, 1984; Наумов, "Гурсйна, Верба, 1985). Немногочислен*! материалы о почвах районов повышенной кон-тинентальности и аридности, на карбонатных материнских горных породах и дерновых почвах (Наумов, Андреева, 1953; Наумов, 1970 а, 1970 б; Наумов, Савич, 1964; Быстряков, Кулинская, 1980; Соколов, Еыстряков, 1980; Наумов, Турсина, Кулинская, 1986; Быстряков, 1988 и др.). Мало опубликовано материалов по органогенным и орга-номинеральным почвам заболоченных территорий, почвах агроценозов (Пальман, 1944; Пасечник, 1957; Андреев и др., 1986, Антипов,1984, Волобуева, 1984; Иосифович, Татарченков, 1966; Катрич, Лозовая, 1979; Орловская, Калмыков, 1992; Савич, 1966; Павлов, 1986 и др.).

Основными факторами, обусловливающими дифференциацию почвенного покрова рассматриваемой территории, являются ( Пугачев, Богданов, 1992) : различия в характере атмосферного увлажнения, термических условий и продолжительности теплого периода, поверхностного и внутрипочвенного дренажа, наличие или отсутствие мерзлотного водоупора. Тем не менее, доминирующие группы и типы'почв не являются специфичными только для данного региона. Они широко представлены в субарктических областях Евразии и Северной Америки, что дает возможность использовать полученные материалы в широком географическом аспекте.

2. Особенности функционировал почв

Горные тундры занимают около 14% площади Крайнего Северо-Востока и характеризуются интенсивным физическим разрушением и заметным химическим выветриванием почвообразущих пород, приводящим к накоплению преимущественно обломочных фракций. В этих условиях (табл. I) функционирует (Игнатенко, Пугачев, 1979, 1981; Пугачев, 1984) сильнозаторможенный,очень малопродуктивный круговорот, результатом которого является ограниченное количество ежегодно формирующегося органического вещества (0,3-0,9 т/га). Поверхностное поступление отмершей растительной массы, связанное с преобладанием фотосинтезирупцих органов и расположением корневых систем в верхней части профиля, в сочетании с замедленной деструкцией опада и его бедности основаниями приводит к образованию кислого и высокоподвижного гумуса, способного к внутрипрофильной миграции. Сущность здесь почвообразования заключается в специфическом своеобразии кислого выщелачивания в окислительной обстановке, формировании торфянисто-грубогумусовых горизонтов, ферсиаллитиза-ции минеральной части, иллювиально-гумусового перераспределения соединений Ре и А1, миграции суспензий, криогенной денатурации веществ, замедленности оподзоливания (Игнатенко, Хавкина, 1980; Игнатенко и др., 1980, 1984; 1977; <Ге<Аго* а«<А , 1962).

В ландшафтах (табл. 2) зональных тундр (24% площади региона) краткость теплого периода, низкие суммы положительных температур, близкое залегание льдистой многолетней мерзлоты, медленное оттаивание, переувлажнение и оглеение всего деятельного слоя, плотная упаковка минеральных частиц и преобладание в их составе глинистых минералов обусловливают низкую энергетику почвообразования. Перечисленные факторы вызывают застойный водный режим, ограничивают нисходящие миграции почвенных растворов, способствуют активному развитию процессов криогенного влаго- и массообмена, а, следовательно, и гомогенизации деятельного слоя тундровых глеевых почв (Ливеровский, 1939; Караваева, Таргульян, 1960,1963; Караваева и др.,1965; Игнатенко и др., 1979).

Кедровостланиковые заросли (Стариков, 1937; Тихомиров, 1946; Гроссет, 1965; Тихомиров, Пивник, 1961) занимают- 6% площади региона (табл. 3, 4). Значительна роль стланика в составе крупнокустарниковых тундр (18%) и лиственничных редколесий (13%). Особенности химического состава хвои кедрового стланика (низкая зольность, высокое содержание воско-смол) создают предпосылки к образованию

^кологичес

параметры ла:щшафтоз горных тундр

Ассоциация (тундра)

Местонахождение

н.у .м

иочза

Показатели биопродуктивности, т/га _

Прирост Фитомасса Био- К, масса ^

Показатель бкопоугозоротг кг/га _

Э.г:ость '/¡нтеносв- Г.:п

: гость химизма

Касспопсево-лишаициковая

хр.Больной

Анначаг

1200

Подбур

светлый

ТУНДСОВЫЙ

0,39 4,43 24,9

0,4?

М>к(са)

Разнотравко-

дриадозо-

ыоховал

отроги

раучуан-

скогохр.

260

Подбур темный тукдровъш

0,70 4,24 37,0

0,48

N >51(Са)

Фрагмент микроструктуры

1-почва трещины

2-почва пятна „с

11ЬТ

О ^

йства подбура светлого тундрового ( ЦБ? )

Ш0Ш

Гумус,

34,8х 24,4 3,0 2,5 1,2 0,5

Сг.к,

Си),

0,98 0,70 0,47

0,37

Обменные

Я* Са+ЬЙ мг-экв 5

12,9 3,0 1,7 0,9 0,3

16,8 6,2 2,0 1,2 1,1 0,5

41 55 62

Валовые,%

ЛЛ^Ор згЬ'.^О^

74,9 13,6 2,6

74,7 14,4 3,6

70,7 15,6 4,4

71,6 14,7 3,8

73,0 14,0 3,0

сг,со1аеь , Щ Сагех 01 Ш 6

КЬоМ<епс!™г1 р^гу^о^ит, Щ Р0Я1 £2] ЬС

(53 овол^ [5>] Оогтсиипа сИ*ег9<.>»с ЦЩ| /Т&Ь

Содержание частиц, %

¿0,01 ¿0,001

18 15 13 10

9 6 5

выморажи--'ванке

■5—включения

Таблица 2.

Экологические параметры ландшафтов зональных тукдр

Ассоциация (тундра) Местонахождение Н н.у.гл. Почва Показатели биопродуктивности, т/га Показатели бкокругово-оота, кг/га

Прирост фитомасса Био-,, массалз Змкость Интенсив- Тип НОСТЬ ХШИЗШ

Кочкарнак осоково- моховая Чаунская низменность 30 Тундровая глеевая 0,81 5,38 54,1 0,48 139 21

Коупнокус-тарнкковая осоково-моховая Низовья р.Анадырь ПО Тундровая элювиаль-но-глеевая 2,25 10,72 160,8 0,52 258 50 Ы>Б«СК)

Фрагмент микроструктуры

Свойства тундровой глее вой почвы ( Т1"

1-тундровая '¿ета-точно-глеевая

2-трещинно-торфя-

рн Гумус, Сг.к. Обменные Валовые, сГ /« ?е2°3 Содержание частиц, ш, % ¿0.01 '0.001

сол. % Сф.к. Н1" Са+4 мг-экв " 5Ю2 А1203

01Т 3,6 68,5* _ 89 16,2 15 - - - - _

ВЬ(8) 3,7 5,2 0,15 8 12,2 61 65,4 18,5 4,4 48 15

ем:«) 4,2 2,7 0,20 5 11,5 69 66,4 18,7 4,2 48 16

ЬЬф 4,0 3,2 0,22 5 10,0 66 66,4 17,6 4,3 50 16

3,9 3,5 0,24 6 12,0 67 66,7 10,2 4,0 49 14

ЪН 4,2 5,1 0,26 5 13,3 73 56,4 18,6 4,3 47 14

1<тЬ 4,8 11,2 • 0,29 5 20,0 79 65,9 18,2 4,5 55 18

IH3L.ed.um ¿осигобеи!;,[о] С1а<«па гаог^п'па И ПЛЕп'орЬопоп Лд.пНигг., И Ре№4егд 5р.

01т ^ОЙ аа

ЛЗ & ^1вкдотенИЯ щмерзлота

'зЗлкщ 3.

с«олог::чйзкке пас

::лоповнх ландшафтов кедрового стланика

Ассоциация (кедрознлЕ)

.-отона-¡здение

:ааат«лк биопродуктив-нссти, т/га

Фптоыасса Бно- к^ касса °

:Гл;азат^я;: бкокругозооота _:;г/га _"

жооть Иятекекв- Тип нос?ь хд::::зт

Ьагульнпиозо-брус:;::чный

Арманска.' гряда

Подзол :,"..-:сгс г.;,: V гоБь:::

58,03

187,9 0,64

342

N >Са (К)

Брусндчно-лиша;;и::ковыл

:ср. Большой

Анначаг

ЛО

Подбуо

оподзоленнь

. ,0о

62,08

151,6 0,6-3

725

(М>Са(К)

Фрагмент микроструктуры

тзг

подзола глногогуыусового

оол. ./л.. I: Обменные II* мг-экв В Валовые, 51С2 ,12С3 зол-, част; ¿0ГС1 ¿-0,001

01 93,2х - 77 16,8 13 39,6 4,2 ± 6,6 _ _

А0Я1 ■) п с; >, о - [49 7,7 10 48,5 1,9 о, 1 _ —

тг 2,3 6,7 6,6 19 1.9 9 75,5 12.6 4,2 10 3

4,6 ' »0 0,3 7 2,3 25 63,6 19,1 9,6 14 9

5с 'Т ^ I' 7 о 0,3 6 2,6 30 64,5 16,7 3,2 1С г.

Ртиг рцгшЦ, СМ1па гаг^епгя

ЬеЛит Лесит^к, 1 ^ | Ро1у1п'сЬит сОггтчое

Улсомшт \zitl а-'|йаеа ,

ДСП

~]йтг

слабоконденсироваяных гумусовых веществ преимущественно фульво-кислотной группы (Игнатенко, Пугачев, 1975; Игнатенко и др., 1976; Пугачев, 1983; Андреев, Пугачев, 1983 и др.). В южной части Крайнего Северо-Востока на породах, обеспечивающих свободный внутри-почвенный дренаж, сравнительно быстрое оттаивание и прогревание почв, это реализуется в элювиально-иллювиальной дифференциации подвижных фракций гумуса, валовых и оксалатнорастворимых форм кремния, алюминия и железа мевду горизонтами (Наумов, 1963; Наумов, Градусов, 1964; Игнатенко и др., 1980). В континентальных районах, при узком соотношении гумуса и мобилизованных %0д формируются почвы с бурым морфологически неоподзоленным профилем. На глинистых, суглинистых, реже суглинисто-песчаных породах с близким залеганием многолетней мерзлоты процесс почвообразования приводит к образованию гомогенно-глеевых почв с замедленной миграцией подвижных органических, органоминеральных и минеральных соединений в нижние горизонты и за пределы профиля.

Ландшафты лиственничных лесов и лиственничных редколесий (Пармузин, 1978) региона характеризуются разнообразием биоклиматических, литологических, гидрологических, геоморфологических и криологических условий (Реутт, 1970). Результатом их взаимодействия является различная направленность почвообразовательного процесса, значительное варьирование запасов, структуры и продуктивности растительного покрова (Котляров, 1972; Науменко, 1973; Поздняков, 1975; Москалюк, 1988; Пугачев, Москалюк, 1980). Сочетание сравнительно высокой величины общего опада (до 9,5 т/га) и низкой его зольности (менее 1,0%) обусловливает здесь очень широкое соотношение мевду ежегодно отмирающей массой растений и со-: держащимися в ней зольными элементами. Это обстоятельство, наряду с сильной заторможенностью процессов разложения, предопределяет неусредненность продуктов гумификации и образование слабо конденсированных гумусовых веществ (табл. 5, 6). По существу, закрепление элементов питания осуществляется лишь в нижнем слое лесной подстилки и торфянистых горизонтах. В результате, лиственничные леса зависят в своем питании азотом и минеральными элементами в гораздо большей степени от мертвого опада, чем от минеральной толщи почв (Пономарева, 1972).

На каменисто-мелкоземистых отложениях, обеспечивающих свободный поверхностный и внутрипочвенный дренаж, формируются пойменные и подзолистые почвы, на суглинисто-глинистых - подзолисто-глеевые и криозэмы (Игнатенко, 1978; Быетряков, 1979; Наумов и

Ассоциация (кедровник) Местонахождение Н н.у .ы Почва Показатели ^непродуктивное-ти, т/га Показатели биокруговорота кг/га

Прирост фктоыасса Био- Ко масса ^ Ег-кость Интенсив- Тип ность химизма

д.Шикшево-долгоыошный Ар:ланская *гряда 240 Подзол над- мерзлотно- глееватый 3,41 78,58 168,2 0,68 1000 . 104 М>Са(51)

п.Багульни-ково-лишай-никовый хр.Большой Аниачаг 730 Подбур таенный 3,81 38,28 91,5 0,70 546 97 Ы>Са(К)

Экологические параметры ландшафтов кедрового стланика долин (д.) к плато (п.)

Фрагмент микроструктуры 6еЬи(д

ЙТк^епЛог^п

Свойства подзола надглерзлотно-глееватого

Ртмв

ри

/ ■-V ¿> V

Г/X

Д1Я2

рн

сол.

ЗД

3,1

3.8

4,4 4,7

4.9

Гумус,/

93,0х

26.3

3,3

14.4 3,6 1,9

О г. к.

Обменные

Н+ Са+М мг-экв

1,5

0,9

0,3 0,4 0,3

153 11,2

75 2,5

31 1,6

23 1,7

9 1,2

7 1,4

7 3

7 12 17

Задовые , % Ь10г А1203 ?е20,

61,5 6,8 3,8

66,9 16,8 5,8

72,9 5,6 5,6

60.1 18,8 12,3

63.2 19,4 7,2 65,4 16,6 8,1

Содержанке частиц,мм,$ ^ 0,01^0,001

23 20 17

3 7

Таблица 5.

Ассоциация (редколесье Местонахождение Н н.у реки, м Почва Показатели биопродуктивности, т/га Показатели биокруговорота кг/га

Прирост Фитомасса Био- К„ масса ^ Емкость Интенсивность Теп химизма

Бруснкчно-лкшпнкко-вое Бассейн р.Я:ш 4-5 Подзол иллювиально- г.умусовый 3,25 102, 62 123,4 0,73 2076 75 М>Са(Ю

Осоково-сфагновое Бассейн р.Яны 20-25 Таежная торфянисто- глееватая 2,55 34,11 45,3 0,74 803 66 N>03 (И)

Экологические параметры ландшафтов лиственничных редколесий

Фрагмент

микроструктуры Св1

войства таежной торфянисто-гяееватой почвы

РН

СОЛ.

4.2

3.3 3,8

3.5

3.6 3,8

Гумус,

98,9Л 93,2х 54,6х 10,2 7,6 5,8

Обменные

Са+М4, мг-экв

82 143 117 37 30 19

23,9 25,0 14,9 10,8 11,3 9,4

23 15 II 23 27 33

Валовые, % 5Ю2 А1203 Ре203

52,0 46,8

59.5 56,0

55.6 54,4

6,4 3;5 6,9 10,7 26,3 14,7 21,5 8,7 24,3 13,5 27,0 11,9

Содержание частиц,ш,#

¿0,01 ¿0,001

43 63 89

30 44 59

Ьаг1х ¿аИипса, | ^ | Сагех ^о&и1аг1г, ¡^____

ВЛи1л | ^ | Ро1у1п'сЬит. соттиъе

мерзлота

Экологические параметры ландшафтов лиственничных лесов

Ассоциация (лиственничник) местонахождение К и.у реки, Поч ва Показатели биопродуктив-кости, т/га Показатели бпокруговорота кг/га

Прирост фитомасса Био- К~ масса 0 ёмкость Интенсив- Тип кость химизма

Разнотравно-хвощевый Пойма р. Яны 2-3 Аллювиальная дерновая 9,52 277,18 303,1 0,77 403 6 252 Ы>СаСЮ

Зеяеномошно-Брусничный Поила р. Яны 3-4 Аллювиальная болотная 6,79 237,72 269,3 0,75 3233 170 Ы>Са(К)

Фрагмент микроструктурц^у Свойства аллювиальной дерновой почвы

... РН СОЛ. Гуглус, г" Щк- Оф. к. Обменные Н*" Са+Ц мг-экв Валовые, % А1203 ?е203 Содержанке частиц, мм, % ¿0,01 ¿0,001

и 20 40 60 80 см шшшш&шш, 01 А1 ьь Вч Ва 6С 4,7 4.5 4.6 4,6 4,6 5,2 92,6х 3,1 1,6 0,8 0,4 0,9 0,8 0,6 0,5 - 26,2 14,7 5,3 9,3 3,2 4,5 4,0 1,9 5,4 0,6 10,2 26 26 47 74 94 54,8 7,5 11,0 51.1 6,9 8,1 68,0 14,9 2,7 71.2 15,0 4,5 72.3 14,6 4,1 74,0 13,6 3,5 16 7 25 16 14 8 9 4 28 18

[^Ьапх АаЬиНса. 11 ^ 1 Гаитачго5г1!5 ЬапдбЛогЦ м, М *1*| Р%и)ье1ит 5'|1\Га"Ьс.ит 11111 101 Я В1 Паи ьс о о галька песок

I—I

ел

и др., 1985).

Болота (7% площади) представляют собой сложные, саморегулирующие системы (табл. 7), в которых степень продуцирования органического вещества растений во много раз превышает темпы их разложения (Солоневич, 1963; Козловская, др., 1976; Тюремнов, 1976; Боч, Мазинг, 1979; Пьявченко, 1983), что приводит к образованию промежуточных продуктов минерализации в виде низкомолекулярных кислот. В конечном итоге в составе гумуса накапливаются наиболее активные и подвижные фракции специфической и неспецифической природы (Игнатенко и др., 1984).

На пониженных элементах рельефа происходит интенсивное' огле-ение минеральной части почв, относительное обогащение их кремне-кислотой, образование подвижных форм марганца, обеднение железом и, в меньшей степени, алюминием. Создаются благоприятные условия для образования разнообразных органоминеральных соединений, имеющих важное значение в миграции указанных элементов из оглеенных горизонтов.

Специфической особенностью горных территорий является глубокое залегание многолетнемерзлого слоя и очень слабое оглеение минеральных горизонтов. Это обусловлено тем, что практически все поверхностные воды рассматриваемых ландшафтов образуются при таянии сезонной мерзлоты, в которой вода находится в ориентированном состоянии и существенно обогащена кислородом. С последним, очевидно, и связано слабое развитие восстановительных процессов и оглеения почв, находящихся в условиях постоянного переувлажнения.

3. Еиопродуционные параметры почв

Оценивая биопродуционные параметры почв экосистем региона в целом,следует отметить (Пугачев, 1992), что наибольшие запасы фи-томассы формируются на пойменных мелкодерновых почвах прирусловьп тополево-чозениевых и пойменных лиственничных лесов. Им свойственны максимальные значения ежегодного прироста при весьма низко! эффективности продукционного процесса. Лиственничные редколесья (подзолы, торфянисто-болотные почвы) и кедровостланиковые заросли (подзолы, подбуры), занимая свыше 50% лесопокрытой площади, обладают примерно в 3 раза более низкими запасами живой растительной массы и в 3-4 раза меньшей, чем в пойменных долинных лесах, продуктивностью.

В абсолютном выражении продуктивность почв горных тундр при-

Таблица 7.

Экологические параметры ландшафтов болот

Ассоциация (болото)

Местонахождение

Почва

Показатели биопродуктив-носте, т/га

Прирост Фитомасса Био- к« масса 13

Пока затеян б'/.округоворота кг/га_

Емкость Интенсив- Тип _ность химизма

Плоскобуг- Чаунская низ-ристое-осо- менность ково-моховое

Торфяно-

глеевая

болотная

1,95 7,17 123,8

0,50

159

М>51(Са)

Горное

осоково-

сфагновое

хо.Большой Анначаг

Перегнойно-торфяная

3,13 4,98 151,2'

0,50

141

51>Ь1(Са)

Фрагмент микрос трук туры

Свойства тундровой торфяно-глеевой болотной почвы

'////'У'/^'^П'/ // '///'

РН СОЛ. Гумус, Обменные Н+ Са+ МГ-ЭКВ. ч Подвижные по Кирсанову к2° ш- Р2°5 Соде икание частиц, ш\,% ¿0,01 -¿-0,001

01 4,0 54,4х 144 5,3 9,4 9 60 2 _ _

1 4,0 72,9х ИЗ 2,8 5,7 7 45 6 - _

Т2 4,0 66,1х 70 2,8 6,7 12 32 2 - -

ВдЬ' 3,6 11,6 26 1,4 3,2 15 2 сл. 56 14

&дЬ" 3,4 9,7 26 1.3 3,5 15 - - 51 12

бдЬ'" 3,5 - - 1,3 3,9 16 - - 54 21

см

[ (I I Саггх 1идел5, | и + | £>рЬаэ«ат £р.

ШМ ИНГИ ЕШТ2 ШШШ&дЬ' ШЗВз

Мерзлота

I—<

мерно на порядок ниже таковой лесных почв в поймах и долинах рек. Еще более существенны различия в отношении запасов фитомассы.

Почвы зональных тундр близки по величине формирования фитомассы к почвам горных тундр. В то же время более активное развитие на них травостоя обусловливает некоторое увеличение величины годичного прироста.

Наконец, совершенно особое место занимают во всех зонах почвы болотных сообществ: сочетание высокой степени обновляемости фитомассы с консервацией растительного опада на длительное время.

В целом, запасы живого растительного органического вещества, по ориентировочным подсчетам, без поправки на антропогенные изменения, составляют 1,95 млрд.тонн, годовая продукция - 0,11 млрд. тонн. В соответствии с этим (табл. 8) на территории региона в течение года продуцируется около 4% от потенциальной годичной продукции фитоценозов России (Зубов, 1978).

Таблица 6

Продуктивность экосистем Крайнего Северо-Востока России

Экосистемы Фитомасса Прирост Фитомасса* : Прирост

диапазон значений, т/га

Горных тундр Зональных тундр Кедровых стлаников Лиственничных редколесий Лиственничных лесов 3,1-16,0 3,7- 6,0 26,0-58,7 19,0-59,7 63,8-185,6 0,3-0,9 0,5-1,2 1,4-2,7 1,4-2,5 2,0-6,4 43/2 173/9 481/25 367/19 795/41 6/6 30/28 21/19 18/16 25/23

Тополево- чозениевых лесов Болот 159,4 1,7-4,5 4,8 0,7-1,5 67/3 22/1 2/2 7/6

Итого : 1948/100 109/100

^Примечание: в числителе - в целом по региону - Ют,

в знаменателе - в % от запасов растительной массы региона.

4. Общие черты почвенно-биологических процессов

Доминирующие виды растений Крайнего Северо-Востока характеризуются низким содержанием зольных элементов и азота, с преобладанием последнего над Са. и К. Некоторое исключение представляют рас-тения-торфообразователи, в которых увеличение общей зольности обусловлено значительной аккумуляцией кремния. Химический состав отдельных растений отличается достаточно четкой индивидуальностью, обусловленной определенной избирательной способностью по отношению к элементам питания. Характерной особенностью большинства растений региона является низкое содержание в составе золы фосфора, вследствие наличия в почвах больших количеств несиликатных форм Ре и А1, связывающих фосфорную кислоту.

Влияние экологических условий, структуры биомассы и зольного состава доминантных видов растений проявляется в том, что горнотундровые и тундровые экосистемы характеризуются малозольным, очень малопродуктивным, сильнозаторможенным круговоротом веществ; экосистемы кедровоетланиковых зарослей и лиственничных лесов -малозольным, мало- и среднепродуктивным, сильно- и заторможенным; экосистемы болот - среднезольным, очень- и малопродуктивным, застойным.

Общей особенностью почвообразования в ландшафтах региона является несоответствие темпов поступления отмерших частей растений со скоростью их разложения, обусловливающее изъятие основной массы элементов-органогенов из биологического круговорота веществ на неопределенное время.

В ландшафтах с песчано-супесчаными и каменисто-мелкоэемисты-ми почвами, подстилаемыми "сухой" многолетней мерзлотой, не служащей водоупором, мобилизованные при выветривании минералов кальций, калий, магний, фосфор, сера и марганец активно вовлекаются в круговорот, вследствии чего их роль в процессах внутрипочвенной миграции невелика; ограниченная геохимическая подвижность Ре и А1 способствует ожелезнению и элиминированию почвенной толщи.

В ландшафтах с суглинисто-глинистыми пачвами, характеризующимися близким залеганием льдистой многолетней мерзлоты, низкая водопроницаемость глеево-тиксотропных горизонтов, преобладание восходящей миграции почвенных растворов и наличие криогенного массообмена препятствуют элювиально-иллювиальной дифференциации почв, обусловливая их гомогенизацию. При этом основная часть элементов, мобилизованных при выветривании минералов и разложе-

нии опада, вновь вовлекается в биологический круговорот. Однако последний характеризуется малыми емкостью и интенсивностью, в связи с чем его влияние на минеральную часть почвенного профиля ограничено.

5. Пространственная дифференциация показателей биокруговорота и продуктивности почв

Большое значение для разработки стратегии хозяйственного освоения территории Крайнего Северо-Востока имеет создание эксперт-но-прогнозных карт биопродуктивности, как основы перспективного планирования путей использования почвенных и биологических ресурсов.

Реализация данной цели достигнута посредством ландшафтно-экологического метода. Картографическое отображение (Пугачев, Наумов, 1992; Пугачев, 1992) представленного материала основывалось на использовании базовой почвенной карты России (масштаб I: 2500000. При этом сложность пространственного распределения про-дуционных параметров обусловлена взаимодействием исключительно разнообразного сочетания природных факторов: высокоширотного положения, влияния холодных морей, повсеместного'распространения мерзлоты и т.д.

Легенда карты распределения надземной фитомассы включает 9 основных выделов, вмещающих в себя экосистемы с показателями запасов живого растительного вещества от 2,5 до более 200 т/га (Рис. I).

Карта годичного прироста основана на вцделении 8 комплексов которым свойственно ежегодное накопление органической массы в пределах от 0,1 до более 7,5 т/га год (Рис. 2). Практическое использование данных картографических материалов позволяет наметить совокупность мер, направленных на повышение современной продуктивности экосистем посредством оптимального сбалансирования факторов природной среды, влияющих на её образование.

Карта запасов общей биомассы составлена на основании вьщеле-ния 9 основных групп: от 5 до более 250 т/га (Рис. 3). Она дает наглядное представление об общем объеме растительного органического вещества, накопленного в процессе функционирования экосистем

Анализ химического состава компонентов биомассы, емкости и интенсивности биологического круговорота веществ позволили разработать схему размещения типов обмена элементов в системе почва-растение на территории региона (Рис. 4). На этой основе выделено

Вое точно-Сибирское

море Чукотское

море

Охотское море

Условные обозначения:

__т/га

ЕНЭ<2.5 Ш 25-50

Ш 2.5-5.0 ШЯ 50-100 5.0-10 ШВ 100-150 10-25 ШШ 100-200

Рис. I. Карта распределения запасов надземной фитомассы в экосистемах Крайнего Северо-Востока России.

Восточно-Сибирское

море Чукотское море

й^*" Анадырский загав

Берингово море

Охотское море

условные обозначения: {т/га-год)

ШЗ-0,1 ЩШ 0,5-1,0 0,1-0,25 ^ 1,0-2,5 ЕГЗО,25-0,5 ШШ 2,5-5,0

Рис. 2. Карта распределения величины годичного прироста фитомассы в экосистемах Крайнего Северо-Востока России.

Восточно-Сибирское море

Чукотское море

'Анадырский залив

Беркигово море

Охотское море

Условные обозначения: (т/га)

< 5

Щ 10^25 ЙН 25-50

5 50-100 3100-150 5150-200 ) 200-250

Рис. 3. Карта распределения запасов общей биомассы в экосистемах Крайнего Северо-Востока России.

Восточно-Сибирское море

Чукотское море

Якутская АССР

Берингово море

Охотское море

Условные обозначения:

типы хиыизма:

.........., -кальциево-кремниево-

У-'' :1 азотный

,.; 1,, -кремниево-кальциево-(•••••'•.I азотный

,,,,.. -калиево-калшиево-азотный

у/мят -калкево-азотно-УШ///Л калыкевый

^^^ -кремниево-азотно-■■■ кальциевый

Рис. 4. Карта типов химизма биологического круговорота веществ в экосистемах Крайнего Северо-Востока России.

(по двум ведущим элементам) 3 основных класса химизма, подразделяемых в свою очередь на подклассы: М>Са (аО, К)>Са (К) ,Са>Ы (К), Са>к1 (51). Наиболее распространены типы азотного и кальциевого классов, значительно более узок ареал кремниевого. Важность картографического отображения типов биологического круговорота заключается в том, что наряду с биопродуктивностью он представляет собой один из основных аспектов взаимодействия растительного покрова и почв, определяющего особенности аккумуляции и миграции химических элементов, имеющих принципиальное значение для разработки комплекса мер по сохранению благоприятной экологической обстановки.

П. ТЕХНОГЕННЫЕ ЛАДЦШШЫ I. Проблемы рекультивации нарушенных земель

Интенсификация освоения Крайнего Северо-Востока сопровождается резким усилением воздействия антропогенного пресса на природную среду. Это вызвано тем, что благодаря неглубокому (5-30м)

залеганию и очень малой мощности (0,6-2,Ом), пласты металлоносных отложений очень быстро вовлекаются в эксплуатацию на значительных площадях (Зубенко, Сулин, 1980). При этом вскрываются, перемешиваются и выносятся на поверхность горные породы, ранее не подвергавшиеся выветриванию, а часто и неблагоприятные по своим химическим и физическим свойствам для произрастания растений. В условиях региона рекультивация нарушенных земель является важной экологической задачей и направлена на : I) возможное уменьшение или предотвращение последствий техногенных нарушений; 2) восстановление ландшафтов, отвечающих санитарно-гигиеническим и эстетическим потребностям населения; 3) создание кормовой базы подсобных хозяйств горнодобывающих предприятий.

Важным звеном определения направлений ре культивационных работ явилось изучение особенностей функционирования естественных ландшафтов. Выявление взаимосвязи почв и продуктивности растительного покрова, биологического круговорота веществ и его роли в развитии геосистем обеспечило необходимую информацию о возможных направлениях восстановления техногенных ландшафтов в конкретных условиях региона. При этом показано, что сложные горно-геологические условия месторождений и значительные затраты средств на восстановительные работы требуют дифференцированного подхода к каждому объекту рекультивации и четкого обоснования целесообраз-

ности, очередности, объемов и способов восстановления нарушенных земель (Горлов, 1981; Подковыркин, 1985; Пугачев и др., 1987; Папернов, 1987; Андреев, Пугачев, 1989 и др.). При этом необходимо учитывать возможность вторичной переработки отвалов.

Теоретической основой для разработки схемы комбинированной рекультивации явилось изучение особенностей организации, функционирования и эволюции регенерационных биогеоценозов. На основании сопряженного изучения состава и свойств нарушенных земель, сингенетических сукцессий компонентов биоты, возникновения и течения элементарных процессов почвообразования сформулированы новые принципы восстановления и использования техногенных ландшафтов.

2. Состав и свойства техногенных элювиев

Разработка месторождений полезных ископаемых приводит к уничтожению почвенно-растительного покрова, дестабилизации структурных связей грунтов при ударном и вибрационном воздействии механизмов (Браун, Граве, 1981).Вызванные этими нарушениями процессы обусловливают формирование техногенных ландшафтов (Моторина,1972; Моторина, Овчинников, 1975; Жигарев, 1975; Хазанов, 1975; Эскин, 1975; Скрябин, .1979; Уоллворк, 1979 и др.), характеризующихся зна чительным варьированием физико-химических свойств почво-грунтов. В частности, содержание илистой фракции в составе мелкозема гидроотвалов изменяется от 3 до а физической глины - от 13 до Ъ2%. Крайне неравномерным является и распределение агрохимических показателей: реакция среды варьирует от сильнокислой до почти нейтральной, насыщенность основаниями - от 43 до 96%, содержание органического вещества в верхнем 0-10 см слое - от 1,2 до 7,6%, подвижных форм фосфора - от 2,0 до 37,5 мг/100 г, калия -от 7,0 до 21,5 мг/100 г грунта. Отвалам переработанной горной массы свойствен более легкий механический состав. Как правило, они сложены щебнисто-галечным материалом с незначительным содержанием мелкозема, в котором преобладают фракции песка и крупной пыли. Эти различия оказывают существенное влияние на условия поселения и развития пионерных видов растений, а, следовательно, и на процессы первичного почвообразования. Данные особенности техногенных ландшафтов следует учитывать при проведении рекультива-ционных работ и использовании их грунта при землевании крупнофракционных отвалов.

3. Естественное восстановление техногенных ландшафтов

В процессе исследований проведена оценка биологической про-

дуктивности и гидротермического режима техногенных элювиев, охарактеризован зольный и химический состав пионерных растений, изучены начальные этапы почвообразования.

Установлено, что наиболее активно восстанавливаются илоот-стойники. Зарастание отвалов вскрышных пород, представляющих собой смесь торфа, суглинков, супесей с галькой и щебнем, происходит сравнительно быстрыми темпами. В тундровой зоне из общего числа поселяющихся видов наибольшую фитомассу создают злаковые травы, в лесотундровой и северотаежной зоне значительное участие в формировании растительного покрова принимают также кустарники и деревья. Основная масса корней пионерных растений сосредотачивается в верхнем 10-ти сантиметровом слое (56$); глубже 20 см проникает лишь 11% подземных органов.

В целом видовой состав растительных группировок техногенных ландшафтов сходен с таковым горных склонов и галечников пойм. Сомкнутость растительного покрова увеличивается по мере выветривания каменистого материала и отложения мелкозема в соответствии с основными закономерностями формирования профиля склонов. Скорость восстановления зависит от состояния поверхности, свойств и условий увлажнения грунта. Формирующимся экосистемам свойственны те же закономерности структуры биомассы, что и большинству фитоце-ноэов Субарктики: превышение запасов подземной биомассы над надземной, несоответствие темпов поступления в опад отмерших частей растений со скоростью их разложения, значительное варьирование запасов и компонентов растительного вещества по элементам микро-и нанорельефа.

Определенное влияние на характер протекания процессов первичного почвообразования оказывает формирование в пределах техногенных ландшафтов местного климата (Жавнерова, 1983). Его проявления вполне отчетливы на низком температурном фоне районов исследований. В частности, средняя температура 0-20 см слоя ило-отстойника превышает аналогичный показатель тундровых почв на 3°С, на отвале различия достигают б°С. Заметна и регулирующая роль щебнисто-галечного субстрата, аккумулирующего и излучающего тепловую энергию в отдельные периоды суток.

Выявлено отсутствие четкой корреляции между возрастом отложений, характером растительного покрова, содержанием илистой фракции и физико-химическими показателями пионерных почв с составом их органического вещества. Установлено, что гумусовые вещества техногенных ландщафтов характеризуются невысоким отношением Сгк/

Сфк (0,6-0,7), доминированием подвижных форм г'уминовых кислот (80-90/о), высоким содержанием негидролизируемого остатка (65-ВЪ%), низкой степенью гумификации (10-135?), минимальным взаимодействием органических и минеральных компонентов. Близким составом гумуса, при значительно более высоком содержании специфического органического вещества, характеризуются и почвы эталонных природных ландшафтов. Полученные данные указывают на отсутствие активного преобразования гумуса вследствие его инертности на фоне низких температур. Следовательно, фактором, предопределяющим тип гумусообразования, является совокупность биоклиматических условий, в которых протекают процессы деструкции и гумификации опада, т.е. энергетический баланс биогеоценоза (Волобуев, 1974).

4. Рекультивация техногенных ландшафтов

В основу рекультивации техногенных ландшафтов может быть положена концепция пространственной локализации и нейтрализации вредных воздействий открытых горных работ на природную среду, создание условий для активного самовосстановления и повторного использования рекультивированных земель. При этом, вопрос направления и способа рекультивации должен решаться конкретно для каждого карьера с учетом горно-технических условий разработки, агрохимических и физико-механических свойств техногенных элювиев.

Основным принципом использования нарушенных земель региона является проведение комбинированной рекультивации., включающей в себя как создание сельскохозяйственных угодий, так и интенсификацию процессов естественного восстановления почвенно-раститель-ного покрова.

Обобщение опыта северного луговодства в нашей стране, биологической рекультивации на Американском Севере (Агранат, Андреева, 1973) с данными исследований на территории Крайнего Северо-Востока (Андреев и др,1986)свидетельствует о том, что восстановление техногенных ландшафтов в тундровой зоне региона должно базироваться на использовании местных популяций растений. Для отвалов переработанной горной массы таковыми являютcя:Arctagrostia latí-folla; Alopecurus alpinusí Desehampsiaa aukaczevii; Festuca rubra; Poa alpígena; Trisetum spicatum. Для гидроотвалов наиболее целесообразно применение Arctagrostis latifolia; Arctofila fulva; Du-pontia fisheri; Calamagroatis holmii; Senecio atropurpureus . В лесотундровой зоне из числа травянистых растений могут быть рекомендованы : для отвалов - Arctagrostis latifolia, Festuca

rubra, Triaetura mollev ДЛЯ ГВДроотвалов - Arct^groatis- Iatifolia, Poa arctica, Juncua castanenais. Анализ сингенеэиса растительности на техногенных ландшафтах верхнеколымских районов свидетельствует, что создание культурных сенокосов на рекультивированных землях должно базироваться на интродуцированных ввдах многолетних трав (Пугачев, Подковыркина, 1993).

Общая схема рекультивации техногенных ландшафтов региона мо-жрт быть представлена следующим образом:

1. Подготовка нарушенной поверхности к различным видам целевого использования: создание рациональных форм рельефа с благоприятной структурой отвалов, планировка поверхности, выполажива-ние откосов, проведение мелиоративных мероприятий, нанесение плодородного слоя.

2. Использование илоотстойников с низким содержанием токсичных солей и высокой гумусированностью для непосредственного возделывания многолетних трав.

3. Разработка грунта на илоотстойниках с менее благоприятным набором физико-химических показателей для землевания крупнофракционных отвалов путем отсыпки плодородного слоя (технологическая схема рекультивации с применением экскаватора, автосамосвалов - ленточного конвейера - бульдозеров) или применения гидромеханизации (технологическая схема рекультивации с гидронамывом плодородного слоя).

В период эксплуатации горных разработок следует предусмат-реть опережающее снятие плодородного слоя и непосредственное нанесение его на рекультивируемую поверхность. С целью реализации данного предложения разработана агропроизводственная классификация почв, грунтов и техногенных элювиев по степени их пригодности для восстановления нарушенных земель (табл. 9).

Ш. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ ЛАНДШАФТЫ

I. Почвы земледельческих районов

Почвы Крайнего Северо-Востока характеризуются низким уровнем естественного плодородия (Пальман, 1944; Наумов, 1964, 1971, 1573; Наумов, Савич, 1964; Вадюнина, Худяков, 1974; Татарченков, Наумов, 1974; Антипов, Ксензова, 1986; Волобуева, 1977; Пугачев и др., 1990, Пугачев, 1991 и др.). Их освоение и сельскохозяйственное использование ограничивается суровым климатом с малой суммой активных температур, коротким теплым и продолжительным холод-

Таблица 9.

Агропроизводственная классификация почв, грунтов и техногенных элювиев (для рекультивации нарушенных земель)

Агропроизводственная группа Почвы и техногенные элювии Возможность использования для рекультивации

I-хорошего качества Аллювиальные дерновые почвы таежной зоны Гумусовый слой пригоден практически для всех районированных в регионе сельскохозяйственных культур.

П-выше среднего Аллювиальные дерно-качества вые почвы лесотундровой зоны, палео-почвы Обладают высоким потенциальным плодородием. Требуют систематического применения минеральных удобрений и мелиорантов. Возможно возделывание однолетних трав, создание лугов и сенокосов коренного улучшения.

III- среднего качества Аллювиальные дерно- Целесообразно использование для формирования подпахотных тер-вые почвы тундровой моизолирупцих и влагоаккумулирующих экранов. В результате ' зоны, криоземы, под-длительного окультуривания (высокие дозы извести, минеральные со буры таежные, дон- и органические удобрения) возможно создание пахотных угодий, 1 ные отложения термо-пастбищ и сенокосов коренного улучшения, карстовых озер

1У-ниже среднегоТундровые глеевые, качества маршевые почвы Применение для рекультивации затруднено. Нуждаются в проведении противоэрозионных мероприятии, в отдельных случаях (маршевые почвы) мелиоративных работах (промывка).

Торфяные болотные почвы, грунт илоот-стойников и гидроотвалов Требуют легких (известкование) и тяжелых (осушение)мелиораций, улучшения воздушного режима, внесения органических удобрений. Возможно использование для землевания, создания водоупорных экранов при формировании сельхозугодий.

У- плохого качества Техногенные элювии Применение ограничено. Целесообразно использование для создания рекреационных зон с интенсификацией самозаростания (подсев трав местной интродукции).

У1-очень пло- Скальные погюды Использование невозможно без нанесения экранирующего корнеоби-хого качества фитотоксичные ' таемого слоя, ликввдации токсичности. Целесообразно примене-грунты ние для дорожных и строительных объектов._

ным периодом, низко? активностью процессов выветривания почвенных минералов, интенсивны?.! проявлением процессов криогенного влаго-и массосбмена, вызывающим перемешивание и гомогенизацию деятельного слоя.

Большинство почв характеризуется низкой естественной биопродуктивностью (годичный прирост фитомассы 1,0-1,5 т/га) с небольшим повышением её (до 7,5 т/га) лишь в наиболее теплых межгорных котловинах и долинах рек. Агрохимические параметры целинных почв (табл. 10) обусловливают необходимость применения специальных, часто дорогостоящих агротехнических приемов, высоких доз извести, органических и минеральных удобрений.

В настоящее время основная часть почвенных ресурсов находится под угодьями пастбищного, лесного и охотничьего хозяйств. 3 то же время, анаяиз структуры почвенного покрова Приохотской и Колымской зон (Наумов, 1993) свидетельствует о значительных возможностях расширения в регионе площади пагани. Основой для реализации данной цели является разработанная нами регламентация потребности почв в мелиоративных мероприятиях, учете биоклиматических возможностей территории, введения в практику принципов ландшафтного земледелия, изменение традиционной технологии их освоения. В частности, в процессе окультуривания аллювиальных почв происходит почти полное (до 90%) изъятие органогенных горизонтов к замена их торфокомпостами, возрастают каменистость и объемная масса профиля, дестабилизируется его гидротермический режим. Фактически, существующие приемы освоения пойменных угодий не используют возможности их естественного плодородия, а направлены на создание искусственного пахотного горизонта.

При освоении подзолистых почв сходные негативные последствия усугубляются вовлечением в пахотный слой гор.ВМ , характеризующегося высоким содержанием оксидов ^^З' спос°бствугхцих поглощению фосфора.

Основным препятствием повышению продуктивности мерзлотных почв является образование многочисленных термокарстовых понижений (до 30% площади) и отсутствие эффективной технологии по ликвидации криогенной деформации поверхности полей. Ежегодная планировка угодий приводит к потере почвенного плодородия, обусловливая активизацию термокарста в местах срезки. Засыпка понижений гравелис-тым материалом является дорогостоящим мероприятием и не гарантирует предотвращения развития криогенных форм микрорельефа вслед-ствии высокой теплопроводности привозного грунта.

Таблица Ю

Влияние сельскохозяйственного использования на физико-химические свойства почв Крайнего Северо-Востока России

Сое- Гори- Глуби-тоя- зонт на,см ние почв

.РНКС1

TWC> мгК-/о экв./ 100 г

Доступные формы ^«к Р2О5 К„П

Ю'

мг/ 1UU

ÍÍ20

Приохотская сельскохозяйственная Аллювиальная мелкодерновая почва

I 02AI 3-12

AIB т15-26 Апах? 0-10 Апазс15-25

4 2 4,8 4 8

21,6 24 5,0 5,0

Подзол иллювиально-гумусовый

1 АО 6-12 3,5 -AI т12-16 3,4

2 Anax¿ 0-12 6,1 14.3 Anair 12-37 5,9 8,8

Подзол оглеенный

1 АО 7-16 4,2

AIA2 18-21 3 8 6.2

2 Апах 0-15 5,4 16,9 АВ 15-21 5,0 15|0

Болотная торфяно-глеевая

36,6 8,2 8 1 8,1

91,4

91.4 4,6 4,0

63.5

24.6 5,1 9,8

01 01

atw

3-13 13-23 0-12

3,4 3 3 6,3

АТ^Д2-26 3,6

100,2 114,4 17,0

91,7

20 29

21 17

88 87

40 II 83 70

14 13

зона

0,3 0,3 6,3 3|б

20,1 12,0 II 8 11,3

12,0 5 0 4,0 I 0

9,3 9,3

И I

Колымская сельскохозяйственная зона

Аллювиальная дерново-глеевая

1 02 2-4 AIB т 4- 9

2 Апах* 0-12

4,9 5,6 5 6 5,9

3,8 10 7 9,1

пиалр и—АС

Апах 12-26 Криозем торфянисто-перегнойный 3,9

3,7 4,6 6 2 9,1 4,7 62

АО 3- 7

В 7-18

Апах 0-12

АТ 12-20

52,0 25,0 II 1,2 65 57 94 94 22,6 0,8 17 I, о

67,4 13,9 2 1 7,0 34 20 91 65 17,1 0 9 2 0 0 6

36 43 78 86

20 10 220 208

20 3 18 13

10 6 180

8,5 12

82 22 116 114

50 4 18 15

95 92

48 14

84 14

66 12

40 108

6 108

72 61

17 17

Примечание: I - целинная почва;

2 - пахотная почва; не определялось.

-31- I

Следовательно, повышение устойчивости и продуктивности аг-\ роэкосистем должно базироваться на почвенно-экологических принципах, основанных на рациональном испольяовании потенциального плодородия, сбалансировании элементов минерального питания с ге- 1 нетическими особенностями почв, учете роли криогенного фактора в формировании урожая, взаимосвязи размеров применения средств хи- ' мизации и состояния природной среды.

2. Повышение плодородия почв

Особое значение при проведении исследований имел количественный учет компонентов почвенного плодородия, выявление его оптимальных агрохимических параметров. Основным принципом закладки базовых разрезов являлась их приуроченность к агрометеопостам, что дало возможность для сопоставления урожайности возделываемых культур с многолетними климатическими показателями, температурой и влажностью почв.

На основании анализа полученной информации, данных полевых и вегетационных опытов установлено (Пугачев и др., 1988; Пугачев, 1990; Ухов, Пугачев, 1989; Ухов и др., 1990), что проблема повышения плодородия почв региона может быть решена посредством перехода на принципиально новую технологию их освоения (табл. II), основанную на использовании запасов органического вещества и элементов минерального питания, накопленных в составе растительного покрова и органогенных горизонтов к моменту вовлечения природных экосистем в сферу сельскохозяйственного производства. В свою очередь увеличение эффективности использования пахотных земель может быть достигнуто за счет направленного регулирования гидротермического режина, активизации микробиологических процессов, внесения сбалансированных по элементам питания минеральных и органических удобрений, применения агроруд и специальных инженерных мероприятий по предотвращению криогенных деформаций поверхности полей.

В процессе исследований обоснована комплексная система мелиоративных мероприятий по сельскохозяйственному использованию криогенных почв, включающая: предупреждение образования термокарста и мерзлотного заболачивания земель, ремонт полей, нару-ленных термокарстовыми просадками и воспроизводство уровня пло-цородия почв.

К первому комплексу относится предварительное вытаивание льда в период освоения и создание специальных экранов для огра-

Таблица И-

Экологически обоснованные технологии освоения и сельскохозяйственного использования

почв

Тип почв Строение профиля

целинные освоенные почвы

почвы традиционная экологянееки технология обоснованная технология

Элементы экологически обоснованной технологии

Сельскохозяйственное использование

Криоэемы А0-Й0А1- /Алах,/-В1~ (А0-А0АП-В1-В1-В2у- B2y-i.BC В2у-1ВС 1ВС

Выравнивание микрорель-Ведение земледелия в ефа, глубокое дискова- ограниченных размерах, ние, известкование, Формирование пастбтц-внесение минеральных них угодий на основе удобрений. аборигенных трав.

Торфяные АО-Т-болотные А0А1-Вд -1ВС

(Апах.-А0А1>- (А0А1-Т)-Во -1ВС Вг-1ВС

Осушение, тепловые мелиорации, дискование, формирование теплоизолирующего экрана, внесение золошлаков, минеральных и органических удобрений.

Создание лугов и сенокосов поверхностного и коренного улучшения с использованием интроду-цированных и аборигенных трав.

СО

Подзолы А0-А0А1-иллювиаль- А2-ВМ -но-гумусо- В*- ВС вые

(Апах.-А2)-ВМ'-ВЬ-

ВС

(Апах.-А0А1)-Bhf-8f.BC

Измельчение напочвенного покрова, запахивание, глубокое дискование, известкование, внесение минеральных и органических удобрений.

Возделывание холодостойких кормовых культур и картофеля.

Аллювиаль- А0-А0А1- /Апах./-В1- (Апах.-АО-ные дер- В1-В2-ВС В2-ВС А0А1)-В1-В2-

новые ' ВС

Примечание: ( )-пахотный слой на основе генетических горизонтов; / /-искусственный пахотный слой; у-тиксотропный гор.

Плоскорезная обработка,известкование .дискование,внесение минеральных и органо-минеральных(на основе агроруд) удобрений дождевание

Выращивание всех районированных сельскохозяйственных культур (овощных, кормовых, картофеля).

ниченил доступа тепла и растворенных веществ к поверхности много-летнемерзлых пород (а.с. № I7I6992). Во второй комплекс входят способы ремонта полей, основанные на провоцировании тепловых просадок на повышениях микрорельефа и засыпке понижений материалом с низкой теплопроводностью (а.с. W I7I6630, I7I663I). Третий комплекс включает агромелиоративные приемы, направленные на предотвращение развития эрозионных процессов и оптимизацию плодородия посредством использования мелиорантов (природных цеолитов, осадочных кремнистых пород, золошлаковых отходов ТХ).

Важным резервом развития земледелия является агрогвохимичес-кий метод повышения почвенного плодородия (Салрыкин , 1984; Яншин, Жарков, 1985). Основанное на его принципах комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов региона расширяет возможности коренного преобразования почв, улучшения их агрофизических и агрохимических свойств, позволяет снизить напряженность экологической ситуации (Цугачев и др., 1989; Ухов к др., 1990). В плане практичесиой реализации данного метода на текущий момент наиболее полно апробированы осадочные кремнистые породы (диатомиты) и золошлаковые отходы тепловых электростанций, частично -природные цеолиты и туфы. Например, урожайность смеси многолетних трав при внесении диатомитов (5-10 т/га) возрастает более чем на 30$, а прибавка урожая картофеля составляет около 50 ц/га по сравнению с контрольными вариантами. Положительное влияние цеолитов проявляется как за счет увеличения продуктивности возделываемых культур, так и в следствие уменьшения выноса из пахотного горизонта азотных и калийных удобрений на 12-15%.

Обоснованные в работе почвенно-экологические принципы ведения земледелия в условиях длительносезонной и многолетней мерзлоты, на фоне проявления экстремальных природных факторов, дают возможность повышения эффективности производства и решения проблемы формирования региональной продовольственной базы.

1У. РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЧВЕННЫХ РЕСУРСОВ КРАЙНЕГО СЕВЕРО-ВОСТОКА

Формирование концепции рационального использования почв региона основывалось на разработке системы экспертно-прогнозных карт и обобщении полученных данных по особенностям функционирования природных, техногенных и сельскохозяйственных ландшафтов.

I. Система экспергно-прогнозных почвенно-экологических карт

Почвенно-экологическое картографирование - новое научное направление, основным назначением которого является синтез сведений о состоянии почвенного покрова, степени его природного изменения и антропогенного преобразования для решения широкого круга задач целевого назначения в области рационального природопользования (Розов, Руднева, 1985; Наумов, Ковалева, 1988; Соколов, Наумов, 1988; Наумов, 1989; Шилов, Соколов, Наумов, 1991; Наумов, 1992).

В качестве основного принципа экспертно-прогнозной оценки почвенно-аемельных ресурсов Крайнего Северо-Востока выдвигается следующий: использование и охрана - единое целое. Это комплексная система мероприятий, направленная на качественное улучшение почв и своевременное обнаружение их неблагоприятных изменений при различных видах воздействия.

Предшествующий опыт работы по формированию стратегии рационального использования природных ресурсов региона позволил создать серию карт по комплексной хозяйственно-экологической характеристике почв, нарушениям почвенного покрова (Наумов, 1990,1991, 1993), ежегодному приросту и запасам биомассы почвенно-раститель-ного покрова (Цугачев, Наумов, 1992; Пугачев, 1992). Составной частью системы почвенно-экологических карт является экспертно-прогнозная оценка типов химизма круговорота веществ, уровней биологической продуктивности, плодородия почв, устойчивости экосистем к антропогенным воздействиям и скорости естественного восстановления техногенных ландшафтов. Реализация данной цели достигнута посредством ландшафтно-экологического метода с использованием базовой почвенной карты Магаданской области М 1:2500000 (1990). Методологической основой проведения данной работы являлись собственная концепция пространственного распределения продуционных параметров экосистем региона (Пугачев, 1992) и предшествующий опыт аналогичных построений (Лит, 1974; Базилевич, 1985; Еазилевич, Ко-бякова, 1971; Пугачев, Наумов, 1989; Хлыновская и др., 1988).

Карта уровней биопродуктивности (Рис. 5) предсталяет возможность выразить сопряженность эффективности продуционного процесса (Пугачев, 1983, 1984, 1992) и естественного плодородия почв. На основании разработанного критерия (К3), отображающего взаимосвязь синтеза и трансформации растительного органического вещества,

К - + Ф , где П-прироот, ф-фитомасса, з " <ЩБ Б-биомасса.

в условиях Крайнего Северо-Востока выделено 15 природно-террито-риальных комплексов, обладающих определенными продуционными параметрами и приуроченными к ним группам почв. При этом максимальный уровень продуктивности проявляется при адекватных значениях П., Ф., Б., т.е. когда К=1. Теоретически данное условие реализуется в случае ежегодной обновляемости фитомассы и полной трансформации опада.

Ведущими комплексами региона являются: I. К3= 0,47-0,48 -типичные горные тундры арктических и континентальных районов, 2. К3 = 0,50-0,51 - равнинные и горные болота, 3. Кэ = 0,53-0,54 - крупнокустарниковые тундры, 4. К, ь 0,56-0,58 - горные тундры гумадных районов, 5. К3 = 0,64-0,65 - кедровые стланики горни* склонов, 6. К3 = 0,69-0,70 - кедровые стланики долин и плато, 7. Ка = 0,73-0,74 - лиственничные редколесья, 8. Кэ = 0,76-0,78 -лиственничные леса.

Разработанная систем* оценки биопродуктивности почвенно-рас-тительного покрова служит одним из критериев природного районирования рассматриваемой территории страны и создания на этой основе нового принципа бонитировки почв. С учетом вышеизложенного уровень почвенного плодородия оценивался посредством анализа и последующегосдантеза массива данных по эффективности функционирования продуционного блока экосистем, особенностям трансформации отмершей растительной массы и идентичности почвенных параметров.

Таковыми являлись:

1. Сходные мерзлотные условия, водно-воздушные и тепловые свойства почв, выявленные на основании оценки механического состава и мощности гумусового горизонта.

2. Близость свойств, характеризующих питательный режим почв, а, следовательно, и условия применения удобрений (содержание под-• вижных форм Р, К, степень гумусированности, валовой запас элементов питания, реакция почв, содержание микроэлементов).

3.Идентичные по своим показателям свойства, определяющие отношение почв к обработке.

4. Потребность в мелиоративных мероприятиях.

5. Присутствие вредных для растений веществ.

6. Характер и интенсивность процессов эрозии.

Карта экспертно-ггрогиозной оценки плодородия почв Крайнего Северо-Востока (Рис. 6) включает 15 уровней, соответствующих крупным природно-территориальным комплексам, и 41 градацию, отвечающую почвенным комбинациям более низкого ранга.

1 Востотао-СжЗирское царе

(Чткотское море)

|Вер»вго»о море|

Условные обозначения:

1-ЕШЭ б-ГГ^П-СЯЭД

2-ЕЗЭ 7-ЕНЭ Г2-ЕЙ2

3-Ё23 8-ЕНЭ13-!-

4-ЕхЗ 9-Е3314-1

15-1

| Охотское море}

Рис. 5. Карта распределения уровней продуктивности почвенно-растительных комплексов на территории Крайнего Северо-Востока России.

Чукотское море

Берингово море

га 8

ш I «1 9

оа 2 ШШ10

пш 3 ГПТЛ"

(ИЗ 4 ■и12

ш 5 ИЯ13

ш 6 И14

Рис. 6. Карта пространственного распределения градаций уровня плодородия почв на территории Крайнего Северо-Востока

России.

Своеобразие природных условий региона определяет большое разнообразие механизмов нарушения земель, в т.ч. криотурбацию, криосолифлюкцию, термокарст, термоэрозию и т.д. Сложность решения проблемы оценки изменения состояния земель заключалась в том, что природные системы, помимо присущей им динамичности, содержат в себе компоненты с циклическими или случайными флуктуацкями. В этой связи для каждого из намеченных видов воздействия,или их допустимых сочетаний, предсказывалось ожидаемое изменение окружающей среды и сравнение его с изменением, которое должно было бы произойти при отсутствии воздействия.

При разработке экспертно-прогнозной оценки устойчивости почв Крайнего Северо-Востока к антропогенным воздействиям (Игнатенко, Пугачев, 1975, 1980; Игнатенко и др., 1987; Пугачев, Богданов, 1992) учитывалось сочетание 4 основных факторов (табл.12): I -механического состава почвы; 2 - наличия или отсутствия многолетней мерзлоты и её льдистости; 3 - количества атмосферных осадков, 4 - запасов, структуры и продуктивности фитомассы.

Карта прогноза устойчивости (Рис. 7) почвенного покрова ь нарушению его экологической сбалансированности предназначена для предупреждения негативных трендов почв вследствии хозяйственной деятельности. При этом учитывается два типа нарушений: аналитический (проявление только одного вида воздействия) и синтетический (несколько видов нарушений, действующих одновременно).

Экспертно-прогнознал оценка скорости естественного восстановления техногенных ландшафтов основана на сочетании климатических показателей (радиации, тепла, влаги, света) на территории региона (Хлыновская, 1988), позволяющем наделить 3 основных варианта (Рис. 8): 100-79%, 79-58%, 58-27% от оптимума.Для первого из них характерно поступление на поверхность (апрель-сентябрь) 71 икал/см*^ суммарной радиации, сумма среднесуточных температур выше 5°С - 1000-1200°, продолжительность теплого времени года -100-110 дней, коэффициент увлажнения (по Иванову) - 0,8-1,4 единица. В этих условиях развиваются лесотундровые фитоценозы с узкими лентами пойменных лесов. По мере уменьшения теплообеспечен-ности в направлении приледоморья и береговой полосы Берингова моря , комплекс внешней среды приближается к нижней границе существования растительности. Между крайними значениями условий жизнедеятельности растительного покрова региона существует множество промежуточных вариантов, включающих изменение фитомассы от 70 т/га

Таблица 12.

Воздействие антропогенных факторов на почвы Крайнего Северо-Востока России

Бланке воздействия, развитие процессов20^

со со

Примечание: М.-механические; П.-пкрогенные. х) 1-слабая, 2-умеренная, 3-сильная, 4-очень сильная, 5-катастрофическая. хх)СЗ-отсутствие, ЕЗ-слабое, Б32-активное,

ИИ—ИНФРМЛТИПКП^

Рис. 7. Карта устойчивости экосистем Крайнего Северо-Востока России к антропогенным воздействиям.

Рис. 8.'Карта районирования территории Крайнего Северо-Востока России по скорости естественного восстановления земель, нарушенных открытыми горными работами, % от оптимума.

(100—79^ от оптимума) в континентальных районах до 4-6 т/га (6-8%) в зоне влияния холодных морей. Предположительно, что аналогично происходит изменение скорости естественного восстановления техногенных ландшатов при условии эдентичности литогенной основы, харак тера и степени горно-технического воздействия на природную среду.

2. Экологические основы использования почвенных ресурсов

Почвы Крайнего Северо-Востока характеризуются низкой устойчивостью к нарушениям экологического равновесия (Игнатенко, Пугачев, i960; Пугачев, 1984; Келезнов, 1988 и др.). Их способность противостоять антропогенным воздействиям определяется криогенным фактором, свойствами генетических горизонтов, строением профиля, положе нием в рельефе, естественно динамическими тенденциями развития лан шафтов, структурой и особенностью функционирования почвенно-расти-тельных комплексов.

Интегральная характеристика основных типов почв региона (табл. 13) отражает целесообразность хозяйственного использования почвенных ресурсов в системе 3-х групп показателей: I - лимитирующих факторов, 2 - биологической продуктивности и уровня плодородия, 3 - потребности в мелиоративных мероприятиях. В разработанной нами легенде-матрице (на основании дифференциации природных факторов) почвы Крайнего Северо-Востока разделяются на ряд хозяйственно-экологических групп, характеризующихся определенным спектром состава, свойств, продуционных параметров и уровня естественного плодородия.

В обобщенном виде легенда схемы рационального использования и оптимизации агроэкологического состояния почв включает в себя три основных блока.

Первый блок располагается в числителе формулы и состоит из климатических факторов: I - недостаток тепла, 2 - сухость климата, 3 - избыток влаги, 4 - наличие многолетней мерзлоты; почвенных факторов: 5 - застойное переувлажнение, 6 - холодность профиля, 7 - высокая кислотность, 8 - недостаток HPK и микроэлементов, 9 - загрязнение тяжелыми металлами, 10 - низкое содержание органического вещества; наличия эрозионных процессов: II - дефляция, 12 - криотурбация, 13 - солифлюкция, 14 - термоэрозия, 15 - термокарст, 16 - деградация торфяников, 17 - тиксотропия, 18 - паводковые явления.

Второй блок, располагающийся в знаменателе, включает в се-

Таблица 13.

Экологические основы рационального использования почв Крайнего Северо-Востока России

а £ Почвы Экологические параметры почв Национальное природопользо-

ж « Климатический блок Экспертно-прогнозный блок вание

К увл. Лимитирую-Уровень Уровень Устой- Направле-Оптимиза-§ § щие свои- продук- плодо- чивость ния ис- ция сос-о о ства почв тивности родия пользова- тояния а х___ния_

I 2 3 4 5 б 7 8 9 10

Примитивные щебнистые 400 1,0 1,6,8,11 г- 0,47 I - Ограниченное -

3 о « ш Аркто-тундровые 400 1,5 1,4,6,12 0,47-0,48 II I Ограниченное -

генные комш тундры Тундровые глеевые 600 1,5 1,4,12,15 0,48-0,50 Ш-1У 2 Оленеводство 1,4,5,11

Тундровые элювиально- глеевые 800 1,5 1,4,12,15 0,53-0,56 1У 3 Оленеводство 1,4,5,11

о X £ Подбуры тундровые 400 1,0 2,8,10,11 0,47-0,48 III 3 Ограниченное -

Глееземы 1000800 0,56,9 2,4,6,7,8 0,58-0,61 УН 4 1У 3,4,6,7,11

5 О X к з и а> о Криоземы 1000800 0,56,9 2,4,6,7,8 0,58-0,61 УШ 4 1У 3,4,6,7,11

ей 55 аз О) 3 с-« и о Р к о а. ■ Таежные глеевые и глееватые 12001000 0,61,0 2,4,6,7,8 0,61-0,64 1Х-Х 5 И-1У 3,5,6,7,11

Пойменные почвы

х х и о ® о

ги!?

ао со » я

ИЗ к Г О)

V®

го

<3 Со

СП

со

оо

аи о о

го

НО

о о 8'

со <2

оо

<1 о

<1 Со

N 42

Болотные почвы и их криогенные комплексы

«►3

о я о о о В ф>9>

а | о

го ыо оо

- 00 I

СО

а> 1—1

1-1

ся

О!

ел со

а>

го сл

оо

2 I

• УЗ

-О I

СО «

аз

нн

сл

I—I

СП

8 6

СП

го сл

Почвы тайги и их криогенные комплексы

-з я й-2 И.о

со К

ъТ

го

оо

ст>

Ь-1

<ь 2

оо

-о

оо

МО

о1

. «О

•о I

с» 00

<ь

<о

о> от

-гр-

: I тепловые мелиорации, 2 - осушение, 3 - дождевание, 4 -:таивание мерзлоты, 5 - ландшафтное земледелие, 6 - иэвесткова-е, 7 - внесение органических и минеральных удобрений, 6 - пользование агромелиорантов, 9 - поверхностное улучшение лугов, - коренное улучшение лугов, II - экранирование мерзлоты.

Третий блок определяет возможность: I - получение относи-льно хорошего урожая всех холодостойких культур, II - ранне-елых овощных и холодостойких кормовых культур, III - холодо-'ойких овощных, кормовых культур и картофеля, 1У - предпочти-льное развитие оленеводства (в ограниченных размерах земледе-е), У - возможность очагового растениеводства при условии под-ра наиболее нетребовательных к теплу, скороспелых культур, У1-.стениеводство в полузащищенном грунте.

Оптимизация агроэкологического состояния почв преследует оей целью выявление ограничивающего фактора внешней среды, вы-р наиболее оптимального направления освоения и ведения эколо-[чески сбалансированного почвенно-адаптивного земледелия. При •ом обеспечение охраны почвенных ресурсов базируется на учете обенностей функционирования почв в целостной системе конкрет-[х ландшафтов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итогом многолетней работы по изучению почв Крайнего Северо-¡стока является разработанная экологически обоснованная концеп-[я рационального использования почвенных ресурсов, на основе (енки особенностей функционирования экосистем региона, их трано-рмации в процессе проведения открытых горных работ и сельскохо-[йственного производства.

Сопоставление данных учета общей биомассы и её динамики в го-[Чном цикле биологического круговорота, сопряженный анализ раэ-[чных органов растений, прироста и опада, почв и подстилающих по-|Д позволили выявить основные моменты обмена веществ в системе 1Чва-растение и характер влияния этого процесса на почвообразо-1ние, наметить научно-обоснованные меры по оптимизации естест-;нных и антропогенных почвенно-растительных комплексов в различ-IX природных зонах рассматриваемой территории страны.

Основные положения концепции базируются на оценке биопродуци-[ных параметров, роли биологичесвого круговорота в формировании

профиля доминирующих типов почв, пространственной дифференциаци: компонентов биомассы, выявлении воздействия техногенеза на сост! ние природной среды, устойчивости почв к антропогенному прессу, обоснованию принципов рекультивации нарушенных земель, разработ] нетрадиционных экологически сбалансированных технологий ведения земледелия применительно к условиям длительно-сезонной и многол! ней мерзлоты, системе экспертно-прогнозных почвенно-экологичесю карт. Основополагающими выводами диссертации являются следукци<

1. Обеспечение охраны и рационального использования почвет ресурсов региона основывается на учете особенностей функциониро! ния почв в целостной системе каждого лендшафта, применении экол( гически обоснованных технологий освоения земель. Важным фактороь влияющим на устойчивость поверхности угодий при использовании тз дровых и болотных мерзлотных почв, является степень дренирование ти, включая уклон местности, характер микрорельефа и водопроницг мость сезоннопротаивающего слоя. В силу данных причин создание здесь благоприятных условий для ведения хозяйственной деятельное ти обеспечивается применением специальных инженерных мероприяти} по предотвращению криогенной деформации поверхности угодий в со-четации с четким целевым обоснованием направленности (пашня, сенокос, пастбище) сельскохозяйственного производства. Повышение эффективности использования пойменных и подзолистых почв достигается посредством принципиально новой технологии их освоения, заключающейся в утилизации растительной массы и органогенных горизонтов целинных аналогов, оптимизации гидротермических парамет ров, ограничении вовлечения в пахотный слой иллювиальной части профиля.

2. Повышение устойчивости и продуктивности агроэкосистем ба зируется на почвенно-экологических принципах, основанных на опти мальном использовании биоклиматических и минеральных ресурсов ре гиона, потенциального плодородия, детальном учете криогенного фа тора, особенностей роста и развития возделываемых культур на холодных почвах, сбалансировании элементов минерального питания с генетическими особенностями почв, взаимосвязи размеров применени средств химизации с планируемым урожаем и состоянием природной среды, приоритетном расширении площади сельскохозяйственных угод за счет рекультивации нарушенных земель.

3. Рациональное использование почвенных ресурсов региона ор ентировано на экологически возможное сбалансирование факторов пр

родной среды и антропогенных воздействий с учетом их регламентации с природно-климатическими условиями конкретной местности и мирового опыта освоения северных территорий в целом.

4. Система землепользования имеет экологически обусловленную функционально-динамическую комплексность, опирающуюся на совокупность экологических функций почв и других компонентов ландшафтов, их пространственно-временной изменчивости. При этом объективность привязки систем к специфике местных условий достигается тремя уровнями: зональным, региональным и ландшафтным.

5. Практическая реализация эколого-ресурсной оценки почв региона в большинстве случаев преследует цель не сохранение их первоначальных параметров, а оптимизацию показателей, определяющих устойчивое и качественное плодородие.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Повышение плодородия почв в значительной мере может быть достигнуто посредством применения в качестве мелиорантов горных пород, отходов горно-добывающей и перерабатывающей промышленности. Комплексное использование минеральных ресурсов, внедрение безотходных и малоотходных технологий на основе разработанной градации уровней потенциального почвенного плодородия позволит более успешно решать задачи формирования собственной продовольственной базы, снизит напряженность экологической ситуации.

2. Экономическая эффективность использования материалов диссертации в практической деятельности заключается в

- обеспечении оперативного пвиска и предоставлении информации о состоянии и ожидаемых изменениях экосистем, создание электронных •экологических справочников;

- увеличении биопродуктивности сельскохозяйственных угодий с наименьшими материально-трудовыми затратами на основе экологически обоснованных технологий;

- внедрении ресурсосберегающих технологий при создании устойчивых кормовых угодий и восстановлении нарушенных земель.

3. В условиях прогрессирующего вовлечения экосистем Крайнего Северо-Востока в сферу влияния хозяйственной деятельности представленная работа может рассматриваться в качестве комплексной программы рационального использования почвенных ресурсов, с учетом экологически целесообразного сбалансирования состояния природных комплексов и антропогенных воздействий.

СПИСОК OCHOFHtJX ПУБЛИКАЦИЙ, ОТРАЖАЮЩИХ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Охрана кедровостланиковых ландшафтов Северного Охотоморья // Проблемы охраны природной среды Северо-Востока СССР.- магадан, 1975. -С. 120-123, (в соавт.).

2. Об особенностях биологического круговорота в кедровостланиковых зарослях Северного Охотоморья // Почвенный криогенез и мелиорация мерзлотных и холодных почв. - М.:Наука, 1975,-С. 208-211, (в соавт.).

3. О химическом составе кедрового стланика // Биология и продуктивность растительного покрова Северо-Востока. - Владивосток,

Т/1Г»Л ЛЧ L ТЛТ rnrt / I \ г • ~ «

1976. - С. I3I-I37, (в соавт.).

4. Запас и структура общего органического вешества в кедровостланиковых зарослях Северного Охотоморья // Там же. С. 138158, (в соавт.).

5. Морфолого-генетическая характеристика почв территории стационара // Компоненты биогеоценозов Северного Охотоморья // Компоненты биогеоценозов тундролесий Северного Охотоморья. -Владивосток, 1976. - С. 62-101, (в соавт.J.

6.Физико-географические условия Северного Охотоморья и гидротермический режим почв // Там же. - С. 5-23, (в соавт.).

7. Структура биомассы пятнистых тундр Крайнего Северо-Востока СССР П Структурно-функциональные особенности естественных и искусственных биогеоценозов. - Днепропетровск, 1978. -

8. Экология сухоторфянистых почв Крайнего Северо-Востока СССР // Тез. докл. Х1У Тихоокеанского научного конгресса. Секция АП.-Москва, 1979. - С. 138-139, (в соавт.).

9. Вопросы охраны и естественной рекультивации тундровых ландшафтов Чукотки // Тез. докл. Там же. - С. 34-35, (в соавт.).

10.Запасы и структура растительной массы в горных ландшафтах Северного Охотоморья // Биологический круговорот в тундро-лесьях юга Магаданской области. - Владивосток, 1979. - С. 5-15, (в соавт.).

II.О торфонакоплении в интенсивно дренированных почвах Крайнего Северо-Востока СССР // Там же. - С. I34-I45, (в соавт.).

12.Динамика растительной массы и биологический круговорот в горно-тундровых и кедровостланиковых ландшафтах Северного Охотоморья // Там же. - С. 92-124, (в соавт.).

13.Почвы, запасы растительной массы и продуктивность крупнокустарниковых тундр юго-восточной Чукотки // Биологическая продуктивность почв и ее увеличение в интересах народного хозяйства. - Москва, 1979. - С. 26-27. (в соавт.).

. 14.Биомасса горно-тундровых фитоценозов Крайнего Северо-Востока СССР // Тез. докл. У III симпозиума "Биологические проблемы Севера".- Апатиты, 1979. - С. ЗБ-37.

15.Биологическая продуктивность некоторых фитоценозов Магаданской области // Тез. докл. науч.-практ.конф. "Комплексное экономическое и социальное развитие Магаданской области."-Магадан, 1980. - С. 120-122, (в соавт.).

16.06 устойчивости и активности восстановления нарушенных ландшафтов Магаданской области // Там же. - С. 21-24, (в соавт.).

17.Устойчивость горных ландшафтов Крайнего Северо-Еостока СССР к антропогенным воздействиям // Тез. докл.науч.-практ.конф.

"Пути интенсификации сельского хозяйства Крайнего Севера".-Магадан, 1980. - С. 32-34, (в соавт.).

18.Подзолистые А1-Ре-гумусовые почвы Магаданской области //География и генезис почв Магаданской области. - Владивосток, 1980. - С. 123-142, (в соавт.).

19.Структура почвенного покрова горных тундр хребта Большой Ан-начаг // Горные тундры хребта Большой Анначаг. - Владивосток, 1980. - С. 54-67, (в соавт.).

20.Биологический круговорот в биогеоценозах Охотоморской горной провинции / Почвоведение, 1980. №. - С. 43-54, (в соавт.).

21.Биологический круговорот в горных тундрах северного побережья Охотского моря /Экология, 1981. №6. - С. 82-85, (в соавт.).

22.Трансформация растительного опада в почвах Охотоморской горной провинции / Экология, 1983. - С. 8-13, (в соавт.).

23.Продуктивность растительного покрова Крайнего Сегеро-Еостока СССР // Тез.докл. X симпозиума "Биологические проблемы Севера" Магадан, 1983. - С. 209-210.

24. К оценке ресурсов лекарственных растений на юге Магаданской области // Тез.докл. совещания "Проблемы продовольственного

и кормового использования недревесных и второстепенных лесных ресурсов". - Красноярск, 1983. - С. 254, (в соавт.).

25.Запасы и структура биомассы зарослей кедрового стланика бассейна Верхней Колымы / География и природные ресурсы, 1983. №2. - С. 61-65.

26,Изменение химического состава опада в ландшафтах кедрового стланика // Роль подстилки в лесных биогеоценохах. - М. :Наука, 1983. - С. 164-165.

27.Запасы биомассы и элементы биологического круговорота в сообществах пояса горных тундр // Почвенный ярус экосистем горных тундр хребта Большой Анначаг. - Владивосток, 1984. - С. 134-

28.Почвы горных тундр // Там же. - С. 49-91, (в соавт.).

29.Вопросы рационального использования кедрового стланика //Тез. докл.конф. "Комплексное развитие производительных сил Магаданской области". - Магадан, 1984. - С. 55-57.

30.Продуктивность и биологический круговорот в экосистемах Крайнего Северо-Еостока СССР // Современные проблемы географии экосистем. - Москва, 1984. - С. 122-123.

31.Оценка продуктивности почвенно-растительного покрова Крайнего Северо-Ростока // Тез.докл. XI симпозиума "Биологические проблемы Севера",- Якутск, 1986. - С. 79-80, (в соавт.).

32.Естественное восстановление техногенных ландшафтов Чукотки // Там же. - С. 126-127, (в соавт.).

33.Рекультивация нарушенных земель на арктическом побережье Чукотки // Тез.докл.Рсесоюэн.совещ. "Советаенствование мелиорации земель".- Москва, 1986. - С. 20-22, (в соавт.).

34.£лияние окультуривания на состав и свойства аллювиальных дерновых почв юга Магаданской области // Пути повышения эффективности земледелия на Северо-Еостоке : Науч.-техн.бюл./МоЙИИСХ СВ. - Новосибирск, 1988. Вып. I. - С. 9-17, (в соавт.).

35.Проблемы рационального использования пойменных земель Магаданской области // Проблемы освоения пойм северных рек. - М.: Агропромиздят, 1987. - С. 57-60, (в соавт.).

36.Оценка кормовых ресурсов арктического побережья Чукотки // Кормовая база и продуктивность северных оленей : Сб.науч. тр. - Новосибирск, 1988. - С. 20-24.

37.Почвообразование в техногенных ландшафтах арктического побережья Северо-Еостока СССР / Рестник ЛГУ. Серия 3. -1989.-Еып. 2(10). - С. 99-103, (в соавт.).

38.Основные направления мелиорации мерзлотных почв в условиях Северо-Востока // Тез.докл.Есесоюзн.конф."Теория почвенного криогенеза".- Путцино, Т989. - С. 105-106, (в соавт.).

39.Биологический круговорот в экосистемах Северо-Бостока Евразии // Тез.докл.УIII Есесоюзн.съезда почвоведов. - Новосибирск, 1989. Кн. II. С. 260.

40.Перспективы сельскохозяйственного использования земель в арктических районах Магаданской области // Резервы повышения эффективности земледелия на Крайнем Северо-Еостоке : Науч. техн.бюл. / ЕАСХНИЛ Сиб.отд-ние. - Новосибирск, 1989.-Вып. 1/2. - С. II-I6, (в соавт.).

41.Перспективы использования природных цеолитов для повышения урожайности однолетних кормовых культур // Там же. - С. 4954, (в соавт.).

42.Почвы Чукотского автономного округа и перспектигы их сельскохозяйственного использования // Там же. - С. 16-22, (в соавт.).

43.К оценке эффективности микроудобрений на аллювиальных почвах приохотскои зоны // Там же. - С. 57-60, (в соавт.).

44.Основные аспекты концепции оптимизации плодородия почв Крайнего Северо-Востока // Проблемы развития земледелия на Крайнем Северо-Еостоке : Науч.-техн.бюл. / МЗНИИСХ СВ. - Новосибирск, 1990. - Еып. 1/2. - С. 3-6.

45. Агрохимические параметры почв земледельческих районов Крайнего Северо-Бостока // Там же. - С. 6-16, (в соавт.).

46.Агрогеохимические приемы оптимизации плодородия почв Крайнего Северо-Востока // Там же. - С. 38-42, (в соавт.).

47.A.C.I7I6630, I7I663I. Способ выравнивания поля с тер/окарсто-вым микрорельефом поверхности, заявка 4432474. -Госкомизоб-ретений. 1991, (в соавт.).

48.А.с.171о992. Способ мелиорации холодных почв. Заявка 4847070. -Госкомизобретений, 1991, (в соавт.).

49.Содержание тяжелых металлов в аллювиальных почвах // Совершенствование сельскохозяйственного производства в магаданской области : Сб.науч.тр./МЗНИИСХ СВ. - Новосибирск, 1991.-С. 10-18, (в соавт.). ,,

50.Гумусное состояние почв Крайнего Северо-Бостока // Там же. -С. 45—51.

51.Влияние окультуривания на состав и свойства подзолистых AI-Fe-гумусовых почв юга Магаданской области // Интенсификация кормопроизводства в Магаданской области : Науч.техн.бюл./ МЗНИИСХ СБ.-Новосибирск, 1991.-Еып.1/2.-С.30-35, (в соавт.).

52.Биологическая продуктивность экосистем Крайнего Северо-Еосто-ка // Почвы Субарктики: генезис и рациональное использование. -Владивосток:ДЕ0 РАН, 1992. - С. 5-20, (в соавт).

53.Почвы Крайнего Северо-Востока: особенности функционирования, охрана, рациональное использование // Пути совершенствования сельскохозяйственного производства на Крайнем Северо-Еостоке: Сб.науч.тр./ЗНИИСХ СЕ.- Новосибирск, 1992. - С. 100-107.

54.Б^опродуционные параметры экосистем Крайнего Северо-Еостока

55.Использование луговой растительности для рекультивации нарушенных земель на Северо-Еостоке России // Интенсификация луговодства на севере Тихоокеанского региона:Науч.-техн.бюл./ ЗНИИСХ СР.-Новосибирск, 1993. - Еып.1,- С. 9-12, (в соавт.).

56.Strategy of agricultural use of cryogenic soils in northeast Russia //Proceeding of the 1st Circumpolar Agricultural Conference. - tfhitehorse, Canada, 1994. - P. 215-216, (в соавт.).

Информация о работе

Пугачев, Алексей Александрович
доктора биологических наук
Владивосток, 1995
ВАК 03.00.27

Автореферат

Похожие работы