Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Экологические особенности почвообразования и схема биологической рекультивации на Крайнем Севере России

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Экологические особенности почвообразования и схема биологической рекультивации на Крайнем Севере России"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова

Р Г 5 ОД

на правах рукописи

" 6 ФЬи

УДК 581.5:631.4:502.654 (470.1/2)

АРЧЕГОВА Иииа Борисовна

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ И СХЕМА БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ РОССИИ

11.00.11 — охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора биологических наук в форме научного доклада

Москва

Работа выполнена в Институте биологии Коми Научного Центра

Уральского отделения Российской Академии Наук

Официальные оппоненты: — Член-корреспондент РАД Доктор биологических наук, профессор Ю.И. Чернов

— Доктор биологических наук, профессор ВД Василевская

— Доктор биологических наук, профессор Н.Г. Васильев

Ведущее научное уреждение: — Сыктывкарский государственный университет, химико-биологический факультет

Защита диссертации состоится 1 марта 1995 г. в 14 часов на заседании специализированного совета Д.002.48.03 при Институте проблем экологии и эволюции им. А.Н.Северцова РАН. 117071, Москва, В-71, Ленинский проспект, 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем эколопш и эволюции им. А.Н.Северцова РАН

Автореферат разослан "_"_ 1995 г

Ученый секретарь специализированного совета кандидат географических наук

И.Н. Янковская

ОБИТАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Запасы природных ресурсов, сосредоточенные на севере России, из-за суровых природных условий еще и в первой половине XX века оставались слабо разработанными. Однако уже со второй половины века северные территории стали объектом все усиливающейся производственной деятельности, связанной с разработкой недр.

При этом слабая заселенность не создавала препятствий для внедрения на Север, а малая мощность биоты и отсутствие земледелия в традиционных формах порождали иллюзию легкости освоения без существенных разрушительных последствий для природы и людей. Однако весьма скоро стало ясно, что такие представления ошибочны. Результатом активизировавшегося антропогенного воздействия стало разрушение природных комплексов па значительных по площади территориях. Этому содействовало чрезвычайно медленное самовосстановление растительности, изменение режима промерзания—протаивания, нарушение равновесия теплового баланса, развитие ускоренной эрозии (смыв, размыв) и разрастание в связи со всем этим размероз первоначального техногенного нарушения. Дальнейшее промышленное развитие регионов Севера не может быть успешным без учета особенностей их природных условий. Поскольку перспективность Севера с его огромными запасами энергетических ресурсов для развития России несомненна, то приобретает насущную необходимость разработка комплекса приемов, обеспечивающих регулируемый устойчивый процесс восстановления биоты на посттехногенных территориях.

В докладе изложены результаты многолетнего (более 30 лет) полевого и экспериментального изучения на востоке европейской части зоны тундры тундровых почв как структурного компонента биогеоценоза. С позиций системного подхода рассматриваются особенности развития освоенных почв как объекта культурных биоценозов (агроценозов); на основе теоретического обобщения почвенных исследований рассматриваются принципы и практические приемы биологической рекультивации разрушенных природных экосистем.

Работа выполнялась в лаборатории почвоведения и отделе геоботаники н рекультивации Института биологии Коми Научного Центра Уральского отделения Российской Академии Наук.

Цель исследований. Разработать методологию и предложить практические приемы рекультивации с учетом специфики почвообразования на Крайнем Севере России. В связи с этим решались задачи: изучить характерные черты почв наиболее распространенных типов водораздельной территории; изучить качественный состав и профильную дифференциацию гумуса в этих почвах; выявить влияние промерзания как важного экологического фактора на формирование характерных особенностей почв; рассмотреть сельскохозяйственное (земледелие) воздействие на почвы тундры; разработать принципиальную схему и практические приемы биологического восстановления биогеоценозов на техногенных территориях в тундре.

Научная новизна. Получены подробные материалы по составу, содержанию гумуса в почвах микрокомплексов наиболее распространенных типов водораздельных тундровых ландшафтов; впервые с привлечением лизиметрического метода дана характеристика процесса миграции водорастворимых компонентов в целинных и освоенных почвах с учетом сезонного промерзания.

Впервые в модельном опыте по специально разработанной методике оценено воздействие сезонного промерзания на формирование гумусового (новообразованного) профиля. Обобщение результатов натурных и экспериментальных исследований системных позиций позволило объяснить причину повышенной уязвимости к техногенным (особенно механическим) воздействиям тундровых биоценозов, их медленного самовосстановления.

Впервые с системных позиций обобщен материал длительного изучения освоенных тундровых почв, предложена схема культурного почвообразования в разных типах агроценозов с учетом специфических условий Крайнего Севера; экологически обоснованным (зональным) типом сельскохозяйственного использования тундровых земель является залужение.

Впервые на основе изучения целинных и культурных почв тундры обосновывается концепция восстановления почвы как структуры экосистемы, базовым приемом биологической рекультивации предлагается залужение, основанное на использовании местных видов трав, рассматриваются другие, нетрадиционные биологические приемы восстановления тундровых биоценозов.

Практическая значимость. Исследования положены в основу разработанной схемы (системы) зонального типа сельскохозяйственного нс-

пользования земель в тундре, подтвержденные мониторингом хозяйственно-используемых многолетних тундровых агроценозов. Разработанная схема природовосстановления (биологической рекультивации) техногенных территорий па Севере, используется при составлении проектов промышленных, транспортных и других сооружений на Севере, а также в рекомендациях по бнорекультаващга. Предложенная концепция рекультивации может быть использована в северных регионах России.

II региональном совещаниях почвоведов (1968, 1972), на совещании "Гумус и его роль в почвообразовании и плодородии", на И, III, IV, V п VI съездах почвоведов (1966, 1970, 1977, 1981), на VII, VIII, IX и XI симпозиумах "Биологические проблемы Севера" (1976, 1979, 1981, 1986), I н II Международных конференциях "Освоение Севера и проблема рекультивации" (1991, 1994), на I Международной конференции по криогенезу (1992), на Российско-американском семинаре. (1992), конференциях ISCORD'94 и Arctic Opportunities (Финляндия, 1994) и др.

Публикации. Автором по теме доклада опубликовано 42 крупных работы общим объемом более 40 пл., в том числе монография 'Тумусообразование на Севере Европейской территории СССР", а также 3 монографические работы под редакцией автора, всего опубликовано 80 работ.

» В формировании особенностей почвенных и гу\(усовых профилей в тундре определяющее значение имеет режим промерзания;

• Освоенные почвы тундры — группа антропогенных почв с характерными типовыми чертами морфологии и свойств, обусловленными специальным агрорежимом;

• Концепция биологической рекультивации с учетом специфики тундрового почвообразования.

Личный вклад автора состоит в постановке проблемы, разработке программ и методических приемов исследований, организации и проведении исследований, выполнении специальных анализов, обработке ре-

[. Материалы исследований докладывались на I и

зультатов, их обобщении, составлении практических рекомендаций, организации внедрения рекомендованных практических приемов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Воркутннский район, где проводились исследования автора, расположен на юго-востоке Болыпеземельской тундры между координатами 67° — 67°40'с.ш и 63° — 65°в.д. С востока он ограничен западными отрогами Полярного Урала, с севера Пай-Хоем, а с северо-запада — поднятием Чернова. На описываемой территории наиболее полио развиты равнинные тундры с хорошо выраженным подзональным разделением (Производительные силы Коми АССР, 1954). Названный район относится, по А.Н. Алисову (1947), к Атлантико-Арктической климатической области, где летом преобладают массы арктического холодного воздуха. Среднегодовая температура воздуха -б.З°С.

Территория района исследований представляет собой полого-холмистую равнину. Основными элементами рельефа являются холмы, собранные в гряды, чаще ориентированные с северо-востока на юго-запад. Холмисто-грядовые формы чередуются с обширными иногда заболоченными понижениями. Характерным элементом являются "полосы стока", по которым совершается сток поверхностных вод. Своеобразие современного рельефа связано с ясно выраженной полигонально-блочной структурой строения поверхности, обусловленной системой полигональных морозных трещин разных уровней. "Полосы стока" являются типичными межблочьями на уровне мезоструктур.

Гидрографическая сеть представлена весьма разветвленной системой рек и ручьев, относящихся к бассейну р. Печоры. Река Воркута и верховья р. Усы — наиболее крупные реки района.

Преобладающей почвообразующей породой являются покровные пылеватые суглинки и супеси — тонкодисперсные, неслоистые, лишенные обломочного материала отложения.

В районе исследования вечная мерзлота имеет сплошное распространение. В мерзлотном состоянии находятся четвертичные отложения, мощность мерзлой толщи достигает 130 м. Для почвообразования наиболее важное значение имеет глубина залегания вечкомерзлой толщи, которая зависит от рельефа, механического состава грунтов, мощности и плотности счегоясгс яокрезг. Наиболее суровый температурный режим

свойственен вершинам выпуклых холмов, где верхний уровень мерзлой толщи находится па глубнне от 0.3-0.3 до 1.5 м. на склонах н плоских возвышениях вечномерзлая толща опускается до 1.3 — 1.8 (2.0) м. Медленное оттаивание на фоне пониженного нспарепня влаги п значительного количества атмосферных осадков способствует повышенному увлажнению почв, развитию в них поверхностного оглеения и тиксо-троннмх свойств. Особенно большая роль в выветривании принадлежит мерзлотным процесса, с ними связано накопление пылеватой фракции (до 80 % от суммы всех механических фракций).

Растительность Воркутинского района относится к тундровому типу, который представлен преимущественно кустарничково-моховой ер-никовой тундрой. Карликовая березка составляет первый ярус, высота его колеблется значительно в зависимости от конкретных условий. Кус-тарничково-травянистьш ярус развит слабо, в напочвенном покрове преобладают мхи и лишайники. Более дренированные участки заняты ершг-камн-зелеиомошными, а относительно более влажные — ерниками дол-гомоцшыми, в депрессиях представлены бугристо-мочажинные комплексы.

В плакорных условиях водоразделов на похрсЕных суглинках преобладают пятинсто-бугорксватьш к бугорковатый типы ландшафтов, причем первый нз них характерен для выпуклых вершин и верхних частей склонов резко выраженных холмисто-грядовых форм рельефа, а второй развит на пологах склонах плоско-возвышенных участкоз водоразделов.

Почвенный покров как и растительный имеет ясно выраженную комплексность, обусловленную степенью проявления мерзлотных процессов и явлений. В пятнисто-бугорковатом типе ландшафта трехчленный почвенный микрокомплекс представлен слабо выпуклыми пятнами разной степени зарастания (до 30%), бугорками пучения (50-60%), окаймляющими пятна, и межбугсрковатыми слабо пониженными моховыми участками. Бугорки, образованные пучинными процессами, характеризуются выпуклыми вершинами и крутыми склонами, в разрезе всегда ядро из сводчато-изогнутых минеральных слоев.

Двучленный комплекс на пологах склонах представлен почвой бугорков и межбугорковых, вытянутых между ними понижений. Бугорки (60-70%) не нмеют минерального ядра, высота их колеблется от 10-20 до 25 см и связана с разной мощностью мохово-травянистого слоя.

Шзш. Хорошо известно, что еще в конце прошлого столетия В.В. Докучаев выделил тундровое почвообразование в особый таи. Однако в течение длительного времени отсутствие достаточного фактического ма-

териала о строении и свойствах почв Крайнего Севере обуславливало дискуссионность выделения типа тундровых почв. В 30-е годы появляется ряд работ, в которых рассматривались почвы тундры европейской и азиатской частей России, почвенные исследования на Севере продолжились активно с 50-х годов (В.Н. Городков, 1932, 1939; A.A. Григорьев, 1956; E.H. Иванова, H.A. Колосов, 1937; E.H. Иванова, O.A. Полынцева, 1952; H.A. Караваева, В.О. Таргульян, I960; Ю.А. Ливеровский, 1964; И.Т. Ливеровская-Кошилева, 1964; И.И. Дергачева, B.C. Дедков, 1977; И.В. Игнатенко, 1979; В.Д. Васильевская, 1980 н Ар.).

С 60-х годов нами начато изучение особенностей морфологического строения, профильной дифференциации химического состава и вертикального распределения гумуса в автоморфпых почвах названных выше основных типов ландшафтов и в их освоенных аналогах. В работах (Арчегова И.Б., 1967, 1968, 1972 а, б, 1974, 1977, 1979, 1982) показано, что почвы названных типов ландшафтов водораздельной тундры объединяет одинаковый тип строения профиля, характеризующийся наличием горизонтов — A0Aup*) — Си — Bg. Минеральная толща под горизонтом" Bg отличается отсутствием морфологических признаков оглеения, тик-сотропности, характеризуется хорошо выраженной ореховатой (призмовидно-ореховатой) структурой с бурой лакировкой и белесым супесчаным материалом по граням структурных отдельностей. Еще глубже этот слой сменяется оглеенным (надмерзлотное), бесструктурным тяжелым суглинком. Многочисленные собственные наблюдения показывают, что в строении профиля отличия между элементами микрокомплексов проявляются главным образом в изменении мощности органогенного слоя. И хотя колеблется она существенно — от 1-5 см на пятнах и межбугорковых участках до 15-25 см на буграх — однако принципиальная схема строения всей минеральной толщи при этом сохраняется.

Следует отметить такую своеобразную и характерную морфологическую черту тундровых почв, как гумусовые затеки. Они наблюдаются па границе между бугорками и пятнами (или межбугорковыми понижениями). Гумусовый затек резко выделяется на сизовато-сером (голубоватом) фоне тиксотропного оглеенного слоя темно-серой гумусовой окраской, суглинистая масса затека иногда имеет выраженную зернистую (морозную) структуру.

Затеки формируются, по нашим наблюдениям, по системам морозных трещин, за счет просачивания по ним в период оттаивания крупно-

— гумусовый горизонт криогенно-коагуляционного генезиса (Арчегова, 1972)

дисперсных органических продуктов, поскольку масса тшссотропного слоя в талом состоянии характеризуется очень низкой водопроницаемостью. Вглубь по морозным трещинам затек проникает до 30-50 см, ограничиваясь мощностью тиксотропного слоя, находящегося в зоне наиболее активных сезонных мерзлотных процессов.

Наиболее важной особенностью рассматриваемых почв тундровых комплексов является весьма резкая морфологическая гранта между органогенной (горизонты А0, Аир) и минеральной (гор. Gu, Bg) частями профиля, что согласуется с таким же резким падением к верхнему минеральному слою численности беспозвоночных и микрофлоры (Стенипа, 1975), холичества подземных органов растительного сообщества. Так, по нашим данным (Арчегова, 1972), в органогенной часта профиля тундровых почв сосредоточено до 90 % массы корней от массы нх в 50 см слое.

Отмечаемые своеобразные черты морфологического строения профиля почв рассматриваемых типов ландшафтов, несомненно, определяются комплексом экологических условий. Для mix характерно медленное оттаивание и прогревание минеральной толщи. Это ограничивает освоение ее вглубь живыми организмами, которые состредотачиваются в быстро прогреваемом и аэрируемом органогенном слое. Биоценоз функционирует, следовательно, достаточно автономно от минеральной породы, замыкаясь на органогенном слое, продуцируемом нм же. Особую экологическую роль играют мхи. Благодаря их способности использовать то минимальное количество питательных веществ, которое поступает с атмосферными осадками, оии смогли осваивать самые суровые условия обитания. Другая нх важнейшая особенность, нарастая кверху, не терять связи постепенно отмирающей части с живой, послужила предпосылкой для образования специфического органогенного субстрата. Подобно губке моховой слой впитывает атмосферную влагу, удерживая ее, сохраняя при этом определенный запас воздуха. Удерживаемые с влагой легко растворимые элементы питания становятся доступными корням растений, поселяющихся на этом своеобразном субстрате, на его же поверхности накапливаются их отмирающие остатки. Чрезвычайно важны симбиотические отношения мхов с азотфиксирующимн водорослями в обеспечении поселяющихся растений азотом, на случайную роль играет корневая микориза (вообще ризосферная микрофлора) в питании растений.

Следствием их особенностей является способность органогенного слоя легко отделятся от подстилающего минерального горизонта, его можно свернуть валиком подобно ковру вместе с низкорослой расги-

ские системы, однако, чутко реагируют на изменение условий на поверхности в связи с типом микрорельефа. Иными словами, естественная почвенная микрокомплексность преимущественно отражает биоценоти-ческие изменения на поверхности, при этом практически не затрагиваются свойства минеральных слоев. Результаты химического анализа (табл. 1) подтверждают это.

В суглинистых тундровых поверхностио-глеевых тиксотрошых почвах четко выражена биогенная аккумуляция в органогенном слое элементов питания (азот, фосфор, калий), кальция, магния (других элементов — бногенов). Минеральная часть профиля сравнительно слабо дифференцирована по элювиально-иллювиальному типу (как это характерно для подзолистых почв таежной зоны). Элювиальным является по-верхностно-глеевый тиксотропный горизонт (Ок). На песчаных породах элювиально-иллювиальный тип дифференциации минеральной части профиля так же слабо выражен (Арчегова, 1968).

Несомненно, эти особенности связаны с застойным, мерзлотного типа режимом влажности в течение короткого безморозного периода и криогенным восходящим перемещением некоторых мобильных компонентов (Арчегова, Цьшапова, 1967; Арчегова, 1979). Существенную роль играет снижение продуктивности растительного сообщества, медленное разложение растительных (кустарниково-моховых) остатков, накопление грубого гумуса на поверхности минерального субстрата, относительно шикая концентрация мшрациошю-способных органических веществ, воздействующих па минеральную массу. Это подтверждают лизиметрические исследования (гл. 2).

Отмеченное своеобразие становится более ясным прн сравнении с почвами соседней, таежной зоны — подзолистыми, характеризующимися морфологически а химически в целом четким делением минерального профиля по элювиально-иллювиальному типу (схема профиля а0-а2-в).

Таким образом, морфологическое строение автоморфпых тундровых суглинистых поверхностио-глеевых ночз н нх химические показатели имеют определенное своеобразие, отражающее ькологаческие условия тундры.

Глава 2. Лизиметрические исследования

Дня получеши представления о составе мигрирующих в минеральную часть профиля растворов использовали лизиметрический метод впервые в условиях тундры. Применили лизиметры-сосуды, водосбор

Таблица 1

Результаты общих анализов целинных суглинистых почв

Гидролитическая Поглощенные Азот

Горизонт Глубина, рн кислотность Гумус, % гидролизуемый Фосфор Калий

см водный К=1.75 Са++

мг-экв/100 г почвы мг/100 г почвы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Тундровая торфянисто-поверхностно-глеевая (ровный моховой участок)

А0 1-4 5.30 40.84 43.17 9.28 - - - -

А 4-18 4.50 124.27 35.51 3.78 - - 8.28 -

А 18-19 4.60 94.32 22.72 10.82 83.76 19.59 11.48 -

АоА)Криог 19-20 5.10 24.30 7.63 5.05 24.31 10.53 3.92 13.03

А^риог 20-21 5.10 20.30 7.89 2.12 4.04 12.58 2.84 -

А1криог 21-23 4.95 11.62 1.80 1.10 1.82 3.13 3.55 5.71

Тундровая поверхностно-слабоглеевая (пятпо)

АоА1криог 0-0.5(1) 5.80 - 158.86 29.01 3.98 4.83 16.81 29.77

0.5(1)-15 5.20 - 3.02 1.43 0.90 1.29 10.37 7.69

В 15-25 5.25 - 3.15 2.20 . 0.68 1.60 16.73 9.51

в, 25-35 4.95 - 4.20 2.36 0.66 0.97 17.46 10.26

35-50 5.15 - 6.76 3.07 0.62 1.61 17.29 12.01

ч>

Окопчание табл. 1

1 1 2 3 4 5 | 6 7 8 1 9 I 10

Тундровая торфянисто-поверхностпо-глеевая (бугорок)

А1КРИОГ 22-26 4.45 3.07 1.04 13.04 3.67 3.80 18.21

оп 26-40 4.90 1.10 0.55 1.65 3.20 - 15.07

в 40-50 5.15 1.47 0.41 0.92 0.96 10.48 19.71

в, 50-60 5.25 3.15 1.35 0.55 0.96 11.48 8.17

60-70 5.40 6.17 2.47 0.44 1.29 11.64 17.35

осуществляли через воронку (0 15 см), непосредственно связанную с полиэпиеновым сосудом-приемннком, нз которого собиравшиеся растворы отсасывали через специальную трубку. Лизиметрические установки помещали в 3-5-кратной повторности под органогенный слой основных элементов микрокомплексов; под глеевым слоем удалось регулярно получать воды из-за нарушений лизиметров пучинными процессами. За 4-х леший период наблюдений (Арчегова, 1979) в общем регулярно и в наибольшем количестве воды поступали весной. В летний период, т.е. с момента схода снега и до середины августа, удавалось собирать воды только во влажный год. Более регулярно получали осенние (с середины августа и до начала промерзания) воды, но в меньшем, чем весной количестве. Из органогенного слоя всех элементов мнкрокомплексов изученных типов поступают слабокислые, низкоминерализованные растворы, с невысокой концентрацией органического углерода, чаще менее 20 г/л (табл. 2), причем заметных отличий между элементами мнкрокомплексов не наблюдается. Правда, следует отметить, что концентрация Сорг. в растворах из микроорганогенного слоя пятна, близка по величине к другим элементам мнкрокомплексов, что связано со значительным участием в составе растительных остатков водорослей. Этим же объясняется более высокая концентрация кальция и близкая к нейтральной величина рН. Сезонные колебания состав растворов проявились незначительно, хотя можно заметить тенденцию к увеличению осенью в водах концентрации Сорг.. Так, в водах нз под органогенного слоя бугорка концентрация Сорг. весной и осенью составляла соответственно 8-16 и 17-35 мг/мл в разные годы наблюдений, а из под пятна — 13-25 и 17-27 мг/г (Арчегова, 1979, 1982).

Приведенные материалы согласуются с теми, которые были получены накш ранее с помощью лизиметрических хроматографическпх колонок (Арчегова, Цыпанопа, 1968), и свидетельствуют о характерном для современных условий тундры малоемком биологическом круговороте органического вещества. Отмеченное становится более наглядным при сопоставлении состава лизиметрических вод из органогенных слоев почв лесной (таежной) и тундровой зон (Шилова, 1965; Арчегова, 1976, 1979, 1982). Из обобщенных данных (табл. 3) видно резкое уменьшение к северу концентраций Сорг., снижение кислотности растворов и нх общей минерализации. Важно так же в связи с этими данными обратить внимание не только на сокращение к северу длительности периода активной жизнедеятельности биоты, но и чрезвычайно ограниченной возможности в течение этого периода активного взаимодействия органических веществ с минеральной массой из-за низкой водопроницаемости поверх-

Состав лизиметрических вод поверхлостно-глеевых почв тундровых микрокомплексов в среднем по годам исследований (мг/л)

Горизонт, под которым расположен лизиметр, см РН Сх2" Са К N3 Ре А1 51 Р N Остаток

сухой прокаленный

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Пятнисто-бугорковатьш микрокомплекс, бугорок, 1974-1975 гг.

Ао 13 см 6.0 12.5 3.7 0.9 1.1 1.0 0.2 0.1 0.7 0.001 Не опр. 28.6 12.0

А1 криог 16 см 5.7 16.8 4.6 1.7 2.2 1.0 0.5 0.2 1.1 0.004 Не опр. 49.8 17.7

То же, 1976-1977 гт.

Ао" 0.8 28.9 2.9 2.4 3.3 1.2 0.3 0.2 5.6 0.008 1.1 48.0 29.2

А\ криог 5.7 10.0 4.0 4.2 0.7 6.4 0.6 0.4 3.8 0.004 0.6 61.2 33.7

Тот же микрокомплекс, слабо заросшее пятно. 1974-1975 гг.

А0А1 криог 1 см 6.5 10.7 10.1 1.4 1.2 1.1 0.8 0.2 1.8 0.001 Не опр. 68.0 28.3

То же, 1976-1977 гг.

А0А1криог 6.6 27.4 6.5 2.6 2.0 1.5 0.5 0.2 2.3 0.004 1.3 92.3 48.7

Бугорковатьш микрокомллекс, бугорок, 1974-1975 гг.

Ао 15(17) см 5.5 21.8 6.6 2.2 3.1 0.9 0.6 0.3 0.9 0.010 Не опр. 65.4 27.6

АоА1 криог 22 см 5.4 19.1 3.9 0.8 1.5 0.9 0.7 0.5 0.1 0.004 Не опр. 42.5 19.5

" Водно-растворимое органическое вещество

" В 1977 г. за исключением весны воды в лизиметры не поступили (по погодным условиям)

Окончание табл. 2

1 2 1 з | 4 I 5 6 7 1 1 9 10 11 1 12 1 13 14

То же, 1976-1977 гг.

А0 6.8 3.6 5.7 2.7 0.7 0.3 0.1 0.1 1.2 0.007 0.6 23.3 18.1

А0А1криог 5.5 15.5 9.4 3.8 1.7 0.9 0.6 0.4 1.9 0.003 1.2 61.6 31.5

Тот же микрокомплекс, межбугорковая поверхность, 1974-1975 гг.

Ао 5 см 5.9 17.3 5.3 2.7 1.5 0.7 0.7 0.1 2.9 0.003 1.0 59.9 27.9

А0А1 криог 7 см 6.1 12.6 3.8 1.8 1.2 0.8 0.9 0.6 5.4 0.002 Не опр. 38.2 16.2

в« 22 см 5.7 6.2 3.1 1.5 0.9 1.7 2.1 1.3 0.5 0 Не опр. 79.0 62.0

"** С весны 1976 г. воды из горизонта не поступали

Сравнительные данные о составе лизиметрических вод подзолистых и тундровых суглинистых почв (мг/л)

Горизонт, глубина РН Сх2" Са Мв К N3 Бе А1 5102 Остаток Примечание

лизиметра, см сухой прокаленный

А0,4 А, , 12

Ао, 5 А0А1 , 7

4.06 4.74

5.20 5.50

136 59

122 70

26.3

8.8

12.9 5.9

Дерново-подзолистая почва

8.3 13.0 2.64 4.9 2.9 6.5 336

4.5 3.2 2.4 3.6 1.4 7.4 152

Типичная снльноподзолистая

5.1 1.5 1.2 1.1 0.1 10.6 166

2.5 3.7 1.5 4.4 7.0 7.11 204 Тундровая торфянисто-поверхностно-глеевая

А0А1 криог. 5.48 17 9.3 3.6 1.4 1.6 0.9 0.9 2.2

52

А0А1 криог.

5.73 13.4 5.9 4.9 1.8 0.9 0.8 0.5 9.8 54

156 69

72 135

25

24

Средние за 5 лет Средние за 3 года

Средние за период исследования. Моховой бугорок Пучинный бугорок

* Воднорастворимое органическое вещество

ностно-глеевого гаксотрошюго слоя. Существенное значение приобретают абиогенные процессы (мерзлотный фактор) в преобразовании органических (органо-мннеральных) компонентов трансформации растительных остатков.

Таким образом, характерные черты гумусового профиля как в количественном, так и в качественном отношениях связаны с существенной ролью мерзлотного фактора, преломленного в первую очередь через биологические процессы (ослабление интенсивности биологического оборота органического вещества).

Рассмотренные данные позволяют заключить, что в тундре ослаблен процесс трансформации малозольных кустарниково-моховых растительных остатков, низка продуцируемость дисперсных продуктов, слаба связь биоты с минеральным субстратом.

Общепризнанно, что превращение органического (растительного) вещества — гумусообразозание — является ведущим процессом почвообразования. Генетически гумусообразованне составляет часть глобального процесса утилизации отмирающей части биомассы в сухопутных растительных сообществах, проявляясь в виде биологического круговорота органического вещества. Внешне этот процесс реализуется в зависимости от конкретных условий в своеобразном морфологическом облике почвы — типе ее гумусового профиля, маркируемом аккумуляцией водоустойчивого сложного комплекса продуктов трансформации растительного материала относительно постоянного состава — гумусом. Ко-Л1гчествеш!ые и качественные характеристики гумусового профиля связаны с продуктивностью, составом растительного сообщества, а такхже активностью жизнедеятельности соответствующего ему комплекса организмов (зоонаселений, микробиологического сообщества) экосистемы, контролируемых географическими условиями. Изучение химических особенностей географических типов гумусовых профилей дает возможность классифицировать на биогеоцеиотическом уровне почву, прогнозировать ее изменения под воздействием внешних для экосистемы факторов, а так же в случае разрушения экосистемы разрабатывать приемы восстановления как органичной биоценотической структуры.

Характеристика запасов растительной массы. С учетом микрокомплексного характера растительного покрова надземную фнтомассу определяли по элементам микрокомплекса на площадках 0.25 м2 в пятикрат-

пой повториоста. Определив процентное соотношение (глазомерко на специальных площадках) элементов микрокомплексов, можно охарактеризовать в целом запас фитомассы для типа ландшафта. Запас корней определяли до глубины 45-50 см, отбирая монолиты 10x20 см и на мощность слоя. Кор1ш отмывали на сите с размером ячеек 0.25 мм (Арчсгова, 1972).

Контрастность распределения фитомассы сильнее выражена в пят-нисто-бугорковатом типе ландшафта. Общий запас растительной массы составил в обоих широко распространенных типах тундры — бугоркова-том и пятнисто-бугорковатом, в первом — 38.2, а во втором 32.3 т/га. Доля кустарников и кустарничков от общей массы на бугорках, где они преимущественно развиты, составляет 13-30%. Масса травянистых растений около 1%, основная доля приходится на мхи, а на пятнах, особенно зарастающих значительно участие лишайников. Таким образом, общий запас растительной массы складывается в основном из массы лишайниково-мохового оторфованного слоя, в котором структура растения сохраняется даже в самой нижней части.

Послойный учет корневой массы показывает, что подавляющая масса их сосредоточена в органогенном слое (до 90% от общего количества в учитываемой толще). В песчаной почве до глубины 10 см (гор. А[Аг) сосредоточено более 80% количества массы корней в слое до 40 см. Таким образом, подавляющая масса растительного материала в виде слаборазложившихся кустарниково-(древесно)-моховых остаткоз аккумулируется па поверхности минеральной толши.

Профильное содержание и состав дисперсного органического ве-ИШИ характеризуется следующим! особенностями.

На рис. 1-2 видно, что кривые вертикального распределения содержания гумуса характеризуются резким прогибом к оси абсцисс под органогенным слоем (Арчегова, 19726, 1968а, 1974, 1985, 1986). Под глее-во-тнксотропным слоем содержание гумуса снова прогибается к осн абсцисс, далее кривая остается почти параллельной ей на значительном протяжении, причем содержапие характеризуется сходной величиной (0.3-0.4%) во всех элементах микрокомплексов. По существу, как видно на рис. 1-2, гумусовый профиль складывается из двух резко разграничивающихся частей — органогенной, где сосредоточена подавляющая масса почвенного органического вещества, и малогумусной минеральной части профиля, в которой глеево-тиксотропньш горизонт выделяется накоплением дисперсных органических веществ. Мощность н состав органогенного слоя определяют протяженность гумусового профиля и накоп

ленне органических дисперсных веществ в гор. вц разных элементов мнкрокомплексов.

Оскжннм (аут)

С гумуса СаО

Рис.1. Распределение гумуса и подвижных минеральных соединений по профилю тундровых почв: поверхност-но-глеевая (пятно) — 1; торфянисто-поверхностко-глеевая — 2; тундровая освоенная — 3.

Такой характер гумусового профиля согласуется с поверхностным типом аккумуляции растительных остатков, лшнайннково-мохового состава и ннзхон скоростью нх трансформации. Наш специальный опыт показал, что живая часть мхов, помещенная в капроновый мешочек в верхнюю часть органогенного слоя на бугорхе, за год практически не разложилась, оторфованиая часть — на 1.5-6.4%, а лишашшково-моховая растительность пятна — па 8.3%. Заметим, что и в лабораторных опытах при оптимальных температурных условиях и увлажнении степень разложения таких же растительных остатков так же была низкой (в среднем около 10-13%).

Сопоставление типа гумусовых профилей исследованных тундровых суглинистых почв с подзолистыми (таежными) выявляет как. сходство, так и отличие (Арчегова, 1974, 1975, 1989, 1992). Сходство состоит в

резком отделении слоя аккумуляции слаборазложившегося органического вещества от малогумусной минеральной части профиля, что определяется в обеих зонах, (по по разным причинам) поверхностным накоплением растительных остатков. Отличие проявляется в заметном накоплении дисперсного гумуса в поверхностном глеево-тнхсотропном слое тундровых почв и отсутствии такового под органогенным слоем в подзолистых почвах, где кривая содержания гумуса сохраняет на значительную глубину почта параллельно оси абсцисс направление под гор. АоАь при количестве гумуса 0.3-0.4%.

_& _ <! зой » 100В _а 6 л 50й г юо*

АоАГ "

До» 0 АоАхр-

С,20-и

в2Ч

\

/

Ахр_

< ^

2 Моховой учалох.

а б * 50* г 100Я

^ Мощный моховой бугорок

Рис.2. Качественный состав гумуса в тундровых почвах: торфянисто- по-верхностно-глесвая (1, 2) и торфяно-поверхностно-глеевая (3); А — состав гумуса в % к С5ал.; с — сумма гуминовых кислот, б — кислоторастворимая фракция 1а, « — сумма щелочерастворимых фракций фульвокислот, г — нерастворимый остаток.

г

Отличия связаны с характерным для тундровых почв режимом промерзания—оттаивания, на который оказывает влияние мощность мохово-растнтельного слоя. С увеличением ее замедляется темп промерзания и скорость оттаивания. Очень медленное оттаивание глубокой сезонной мерзлоты создает как бы ряд временных водоупорных горизонтов, постепенно перемещающихся вглубь по мере оттапвашга минеральной толщи. Талый тиксотропный слой характеризуется очень низкой фильтрующей способностью, что и обеспечивает в его массе застой водо-

растворимых компонентов и их адсорбцию минеральной массой. Пропитанность массы тнксотропного слоя водорастворимыми веществами усилена! благодаря "подвешиваиию" влаги, чему способствует весьма резкий по физическому состоянию переход тиксотропной части в подстилающий хорошо оструктурепнын "сухой" слон. Фиксация органо-минералышх соединений, пропитывающих водоудерживающий поверх-ностно-глеевый слой, происходит под воздействием зимнего промерзания, способствующего коагуляции даже при низкой концентрации вещества в почвенной влаге. С этим же, а так же с восходящей криогенной миграцией связана аккумуляция органо-минеральных веществ в нижней части оргашгческого слоя (формирование гор. АирН0г)-

Таким образом, специфические мерзлотные условия обуславливают формирование в тундровых почва пропитанпо-гумусового типа, распределение дисперсных органических веществ.

ду И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (1957, 1975); содержание валового углерода в органогенном слое определяли по Анштетту в модификапи В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (1957).

Как показала анализы, качественный состав гумуса резко изменяется под органогенным слоем. Торфянистый слой в почвах всех элементов ландшафтов характеризуется небольшим количеством растворимых органических веществ, аккумуляция их наблюдается на границе с минеральной толщей, где выделяется уже отмеченный небольшой по толщине горизонт Акр1ЮГ с содержащим гумуса 4-8 (10)%. В составе его гумуса наиболее высокое (по профилю) количество гуминовых кнелот (ГК) первой фракции (непосредственно растворимой в щелочи). Гумино-вые вещества связаны в основном с оксидами железа и алюминия: содержание кальция и магния низкое — 20-43 мг-зкв. па 100 г гумуса.

Минеральная толща характеризуется практически фульвокислот-ным (ФК) составом. Заметим, что в глеево-тнксотропном слое имеются ГК, но не первой фракции, как в гор. А^риог ♦ а второй фракции, выделяемой в щелочной вытяжке после предварительной обработки почвы кислотой. Не исключено, что появление второй фракции ГК при обработке в ходе анализа сильно-диспергированной массы глеевого слоя связано с переходом в раствор органо-минеральных коллоидов, которые при подкислешш щелочной вытяжки выпадают в осадок и рассматриваются как вещества группы ГК.

В составе ФК преобладают первая и третья фракции, то есть вещества легко растворимые и наиболее прочно закрепленные мпиераль-

ной массой. Заметим, что характерная для подзолистых почв первая фракция ФК, с которой связывается эффект оподзолив алия, в тундровых почвах содержится в небольшом и не дифференцированном по профилю количестве, без характерного в таежных почвах, иллювиального накопления.

Процесс вертикальной дифференциации качественного состава гумуса, в тундровых почвах, как показывают данные, ясно связан с осаж-децнем на границе раздела между органогенной и минеральной частями профиля неустойчивых к осаждению крупно-дисперсных продуктов трансформации растительных остатков, представленных комплексом ГК и ФК 1-й фракции. Кроме того, в образовании гумусово-аккумулятив-ного слоя (гор. Аир„ог), как и в формировании своеобразного гумусового профиля в целом в тундровых почвах существенную роль играют мерзлотные процессы.

Гумусовый затек, как показали многочисленные наблюдения, образует водомиграционноспособные органические вещества, сравнительно свободно стекающие из органогенного слоя по морозобойным трещинам в поверхностно-глеевом слое, причем затек имеет не только вертикальное, но и горизонтальное направление. Содержание гумуса в затеках колеблется около 2.0-2.5%, отношение углерода ГК к углероду ФК близко к единице. Растворимая чисть гумуса представлена комплексами ГК и ФК 1 и 3-й фракций, связанными с оксидами алюминия (Зфр.). Негад-ролизуемый остаток составляет более 50%. Существенное отличие состава гумуса в гумусовом затеке от вмещающей массы глеевого слоя связано с регулярным просачиванием в морозобойные трещины недифференцированной смеси продуктов разложения, которые фиксируются в нем после оттаивания слоя (как бы консервируется), способствует закреплению наступающее сезонное промерзание. По составу гумуса гумусовый затек имеет генетическое сходство с гор. Аир.юг-

Глава 4. Результаты экспериментального изучения влияния промораживания на почвенное органическое вещество.

Связь между присущими тундровым почвам чертами морфологического строения, их физико-химическими свойствами и мерзлотным режимом тундровой зоны подчеркивалась многими исследователями (Ливеровский, 1934, 1964; Иванова, Полынцева, 1952; Крейда, 1958; Иг-натенко, 1964, 1979; Макеев, 1975).

Поскольку развитие тундровых почв идет в условиях ослабления биологических процессов, сокращения периода активности биологиче-

ского фактора, большая роль зимнего проморажпзапия продуктов почвообразования, в первую очередь органических, требует более детального изучения. Такие исследования проводились лишь эпизодически и в небольшом объеме при изучении некоторых почв (Дергачев, Дедков, 1977), поэтому автором были предприняты собственные исследования, результаты которых изложены в монографии "Гумусообразование на Севере европейской территории СССР" (1985).

Объектами собственных исследований были гумпновые вещества различных типов почв, а также водорастворимые новообразованные продукты разложения растительных остатков и органические вещества лизиметрических вод. Промораживали как растворы гумусовых веществ, так и почвенные образцы с последующим извлечением гумуса и изучением его свойств. Иными словами, воздействию отрицательных температур подвергали гумусовые вещества с нарушением и без нарушения их связи с минеральной массой. Особое внимание было уделено модельным опытам, в которых использовали насыпные колонки. Этот прием позволил смоделировать почвенный гумусовый профиль и изучить воздействие промораживания на новообразованный "почвенный" гумус.

Промораживание' растворов гумусовых веществ, извлеченных из разных типов почв, водорастворимых продуктоз разложения растительных материалов, а также мигрирующих с лизиметрическими водами сопровождалось фракцированием гетеродисперспых водорастворимых органических веществ, вещества фракций различались по составу и свойствам.

Под влиянием промораживания гумусовых веществ в почвенных образцах (без нарушения связи с минеральной массой) их состав преобразуется в результате развития процессов криогенной дегидратации, коагуляции и дезинтеграции. При этом выраженность процессов в количественном отношении различна и связана с исходным составом гумуса, формирующимся из разного растительного материала, в разных географических условиях.

Модельный опыт проводили в стеклянных колонках диаметром 3-5 см и высотой 15 см. Колонки на 3/4 высоты заполняли кварцевым песком, отмытым от железа, или суглинком (образец из гор. В сильноподзолистой почвы), предварительно пропущенным через сито 1 мм. Нижний конец закрывали тонкой капроновой сеткой и присоединяли к приемному сосуду. Поскольку в природных условиях как тундровой, так и таежной зои растительные остатки аккумулируются преимущественно на поверхности минеральной толщи, а разложение их происходит в те-

чение непродолжительного периода с биологически-активными температурами, то и в опыте моделировали эти условия.

Схема опыта включала: 1) формирование гумусового профиля в модельных колонках при разложении растительных остатков (луговая глее-во-тимофеечная смесь) на поверхности минеральной массы в условиях промывного, ограниченно-промывного и застойного режима увлажнения; 2) промораживание новообразованного в модельных колонках почвенного гумуса.

Разложение продолжалось 1.5-3 месяца. По окончании разложения почвенных остатков часть опытных колонок разбирали на выделившиеся слои, и после доведения до воздупшо-сухого состояния в послойных образцах определяли состав новообразованного гумуса по В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (1975), минеральные компоненты определяли по ходу анализа гумуса из ОЛн сернокислой вытяжки. Другие аналогичные колонки разбирали сразу же помещали в холодильник и промораживали циклами (б-10 циклов). После оттаивания колонки разбирали также по морфологически выделившимся слоям, а затем послойно определяли свойства новообразованного гумуса в воздушно-сухих образцах.

Чтобы иметь представление о составе и свойствах водорастворимых продуктов разложения, мигрирующих в минеральную массу колонок, одновременно навески такого же растительного материала, помещенные в капроновые мешочки, разлагали на воронках Бюхиера в течение того же периода. Состав определяли без и после промораживания.

Примерно через 1.5 месяца в минеральной массе отчетливо выделился гумусовый слой серого, в конце опыта темно-серого цвета. На суглинистой колонке разложилось при свободной фильтрации влаги в среднем за три месяца 78% от взятой для опыта массы. Фильтраты под колонкой, собранные в процессе опыта, характеризовались незначительной концентрацией Сорг.. кальция и магния, опалесцировали (от присутствия илистых частиц).

Морфологически в суглинистых колонках сформировался гумусовый "профиль", в котором под слоем разлагавшимися органическими остатками (удаленными после окончания срока разложения) выделилась серо-бурая иловатая органо-минеральная корочка, под нею слой 1,5-2 см, темно-серо-бурой окраски — "гор. А", далее следовал подгумусовьш слой более светлой серо-бурой окраски, толщиной 1.5 см ("гор. АВ"). Глубже суглинистая масса сохраняла коричнево-бурую окраску, свойственную суглинку до опыта. На продольном срезе была ясно выражена сплошная прокраска гумусом суглинистой массы "гор. А".

Изучение шлифов показало, что для слоя аккумуляции новообразованного гумуса характерны черно-бурые крупные сгустки, свободно рассеянные в минеральной массе, а также мелкие овальные формы, собранные в стяжения, в которых четхо просматривается скопление мелких, плотных, черных зернистоподобных форм. Масса точечного (дисперсный) гумуса днффузно рассеяна, иногда концентрируется в значительном количестве на глинистых скорлупах, иногда в плазме между крупными минеральными зернами. Под гумусовым слоем к низу колонки практически исчезают крупные сгустки, преобладают мелкие округлые темно-бурые образования, точечный гумус рассеян в плазме. В колонке, находившейся также в условиях промывного режима, но без разлагавшихся растительных остатков, верхний слой толщиной 1.5-2.0 см выделялся ясным осветлением, обилием пор, трещин, рыхлым сложением. Обращают на себя внимание частые в этом слое песчаные частицы со снятыми гумусо-глинисто-железистовыми пленками, отчего непосредственно под осветленным, выделился в сравнении с повышенным содержанием тонко-пылеватой и илистой фракций, а также оксидов железа, алюминия и кальция. В среднем из двух колонок со 100 мл воды выносилось 10 мг тонких минеральных частиц. Нижняя часть колонки характеризовалась уплотненным сложением. В общем можно отметить, что систематическое промывание водой суглинистых колонок без новообразованного гумуса вызвало усиление пептизацгш суглинистой массы, дезагрегацию, облегчивших перемещение тонких фракций с нисходящим током влага.

Состав гумуса в молельной колонке. Максимальное содержание Сорг. характеризует органо-минеральную корочку, образованную накоплением грубодисперсных продуктов разложения (АОВ). Под нею в суглинистой массе закрепляются водошнрационноспособные вещества, образующие "гор. А". Глубже содержание Сорг. остается практически таким же, как в суглинке до опыта.

До опыта растворимое органическое вещество в суглинке было представлено группой ФК, почти поровну распределенных между 1, 2 и 3-й фракциями (таб. 4). В органо-аккумулятивных "горизонтах" новообразованных профилей характерным является появление группы ГК, а в ее составе ГК-1, доля которых в сумма ГК составляет 30-70%.Иначе говоря, ГК-1 четко связаны только с аккумуляцией новообразованного органического вещества. Коэффициент характеризуется небольшой величиной. Вторая фракция ГК, присутствовавшая в суглинке до опыта, несколько увеличивается после опыта в верхнем слог, в неболь-

Таблица 4

Состав гумуса в опытной суглинистой колонке (1), % от См, (промывной режим)

Образец Сш, % Гуминовые кислоты Фульвокнслоты Сгк/Сок риг/мл фракций 1 и 2

1 1 2 i 3 | сумма 1а 1 2 1 з | сумма

Органоминераль-

ная корочка 2.80 10.3 15.9 0 26.2 3.7 19.4 0.6 14.6 38.3 0.68 6.8

"Гор. А" 0.37 5.3 123 10.5 0 15.8 13.5 2.7 20.9 13.5 50.1 0.31 10.8

1-й подгумусо-

вый слой 0.23 4.3 8.3 0 12.6 17.4 4.2 35.3 8.7 65.6 0.19 10.8

П-й подгумусо-

вый слой 0.23 0 10.8 0 10.8 17.4 8.7 24.0 13.0 63.1 0.20 12.0

Нижний слой

колонки 0.23 0 8.5 0 8.5 17.3 8.7 26.1 17.4 69.5 0.10 -

Гумусовый

затек 0.85 19.1 12.4 0 31.5 5.5 5.4 11.3 13.7 35.9 0.87 8.4

Суглинок до

опьгга 0.21 0 7.0 0 7.0 10.7 2.4 12.2 12.6 37.9 - 12.4

Примечание: Числитель — содержание гумиповых кислот фракции 1, в % от См,; знаменатель — то же в пересчете на величину прибавки валового содержания гумуса. 1а, 1-3 — фракции

шом количестве она отмечена в нижней части "профиля" (как до опыта). При этом ясно выраженную тенденцию к возрастанию вниз от аккумулятивного слоя величины коэффициента оптической плотности ГК (в модельном опыте это ГК-2). Как можно видеть в составе фульвокнслот (ФК), характерными, начиная с "гор А", являются 1-ая фракция (кислоторастворимая), а также 1 и 2 фракции (щелочнорастворимые). При этом, поскольку для опыта был взят суглинок (из гор. В подзолистой почвы), исходно содержавшей именно эти фракции ФК, то после опыта наблюдается только количественное пополнение одноименных фракций. Сопоставление аналитических данных и микроморфологаче-ского изучения опытных колонок показывает, что только в "гор. А" (вместе с органогенной корочкой) наблюдаются рассеянные в плазме облаковндные сгустки аморфного органического вещества, которые, возможно, связаны с происхождением с относительно крупнодисперс-hbu.ni веществами, определяемыми анализом, как ГК-1. Вместе с этим, в "гор. А" диффузно рассеянный в плазме точечный гумус и его обильные скопления на глинистых скорлупах, иногда сплошные наплывы,("покрывала"). Можно полагать, что с этим:, связаны с преобладающими в "гор. А" фракциями ФК. В подгумусовой части колонки содержатся те же микроформы гумуса, хотя и в заметно меньшей концентрации.

В условиях застойного увлажнения к концу опыта в колонке отчетливо выделился слой 2 см толщиной, серо-сизоватой окраски, па общем буроватом фоне светло-серый оттенок прослеживался еще на 2 см вглубь, глубже, почти до дна колонки цвет суглинка оставался, как до опыта коричневато-бурым. На продольном разрезе хорошо заметна мра-моровидная окраска верхнего слоя, обусловленная наличием осветленных мнкрозон, довольно часты черно-бурые мнкроконкредин, по-видимому, новообразованные. Суглинистая масса в целом уплотнена, бесструктурна.

В колонках с застойным режимом влаги также для верхнего слоя характерны ГК-1, хотя содержание их ниже, в целом наблюдается увеличение ФК.

Изучение шлифов показало, что органическое вещество представлено гумусовыми пленками вокруг минеральных зерен, скоплениями точечного гумуса на глинистых скорлупах. Отмечен размыв глинистых скорлуп, особенно в подгумусовом слое.

В порах, особенно в крупных воздушных полостях наблюдалось "защемление" мигрирующих растворов, которые были отнесены к "гумусовым затекам". В них скапливается черно-бурая коллоидная мас-

са, оседающая на суглинке. Отношение углерода ГК к углероду ФК близко к 1, среди ГК преобладает 1-ая фракция, а среди ФК — 2-я и 3-я. Величина выделенных из новообразованной смеси водо-

растворимых веществ из органогенной корочки из "гумусового затека" существенно не отличается. В затеке как бы консервируется та смесь водорастворимых новообразованных веществ, которая в процессе миграции через минеральную массу преобразуется сама и изменяет состав минеральной массы. Это наблюдалось в опыте проявлением системы взаимообусловленных слоев по выносу — накоплению веществ, традиционно рассматриваемых как почвенный профиль. Дифференциацию новообразованного органического вещества подобную описаниой нами в природном долгосрочном опыте наблюдали И.С. Кауричев, Базилинская (1980). Ранее бьши высказаны В.В. Пономаревой (1964) представления о связи строения минерального профиля лесной (подзолистой) почвы с дифференциацией мигрирующей в. минеральную тояшу смеси органических компонентов, а позже об этом же писала Л.И. Александрова (1980).

Результаты модельного опыта показали, что с биологическим превращением растительных остатков при положительной температуре связан прежде всего аккумулятивный эффект, обеспечивающий ослабление потерь минеральных компонентов, в том числе глинистых (илистых) частиц из верхней части суглинистой колонки, благодаря коагуляции крупнодисперсных органических веществ. Внешним выражением является формирование гумусового слоя. Это довольно ясно выясняется при сравнении с разлагавшимся па поверхности растительным материалом и без него. Даже в краткосрочном модельном оньгге проявились существующие в природных условиях разнонаправленные процессы: био-генно-аккумулятивный и комплекс абиогенных процессов растворения— переноса—осаждения. Последние в зависимости от природных (зональных) типов гидротермического режима и большей или меньшей степени водомиграциоиного процесса обуславливают фракционирование органических веществ в дифференциацию минеральной породы под слоем аккумуляции Сорг., на серию взаимосвязанных слоев.

Обобщение собственных данных (Арчегова, Федорович, 1988) н литературных материалов позволяют отнести биогенно-гумусово-аккумулятивный слой к специфическому образованию, связанному с функционированием живого в своей системе (биоценотической) и являющемуся эволюционно выработанным приспособлением растительных сообществ к существованию в земных условиях. Серия слоев в минеральной породе под биогеоцеиотической системой является следствием

функционирования живого сообщества и генетически связана с комплексом абиогенных процессов, степень проявления которых в зависимости от комплекса климатических условий закономерно (географическая зональность) изменяется. В условиях Севера разный характер рассматриваемых образований особенно ясно проявляется, главным образом, из-за возрастающей суровости условий жизнеобеспечения для растительных сообществ.

промораживали циклами по 7-10 дней с суточным оттаиванием и добавлением порции воды, всего от б до 10 циклов. Во всех промороженных колонках в верхнем слое сформировалась посткриогенная сетчатая текстура, происходила агрегация оргаио-минеральиой массы.

Глубже гумусового слоя агрешрованность выражена слабее, морозные микротрещины наблюдаются до дна колонки. В колонках, промороженных без слоя растительных остатков, резче проявились пучение минеральной массы и морозная трещиноватоеть.

В промывной колонке органическое вещество в гумусовом слое представлено крупными сгустками овальной и вытянутой формы гумо-нами, собранными в агрегаты. Обращает еще на себя внимание усиление окраски до темио-серо-бурой, что, возможно, связано с копцептрнрова-ннем железистых пленок, агрегированием гумусо-глшшстой плазмы. В целом же после промораживания заметно концентрирование диффузного точечного гумуса плазмы между зернами минералов, коагуляция гумусо-глшшсто-железнстой плазмы, стягаванне ее в агрегаты. Наблюдаются гумусо-железистые хлопья, железистые красно-бурые патеки, вокруг минеральных зерен, особенно заметные в слабо промывных и застойных колонках. Сравнение аналитических данных с микроморфологическим строением показывает, однако, что ео всех вариантах опыта промораживание способствовало как агрегированию (коагулированию) коллоидов, так и усилению пептизнрования органо-минералыюй массы. Особенно возросла пептизируемость минеральной массы в промороженной (промывной режим) колонке без новообразованного гумуса, хотя в ней наблюдались то-же явления агрегирования плазмы в верхнем слое, отмечена криогенная сортировка частиц, агрегаты характеризовались чешуйчатым сложением. Можно полагать, что такое двоякое воздействие связано, с одной стороны, с вымораживанием избыточной влага, облегчающим коагулирование коллоидов и агрегирование органо-миперальнон массы, с другой — с раздроблением относительно крупных частиц при замерзании тонких пленок влага (Ананян, 1979), заполняющих микро-трешиньг в зернах минералов. При свободном оттоке избытка влаги в

ходе оттанвання возможна миграция раздробленной минеральной массы и легкорастворимых компонентов за пределы колонки.

Таким образом, воздействие промораживания имеет разносторонний эффект в зависимости от объекта, его состава. Однако ясно выявляется коагулирование, агрегирование в смеси органических и органо-мннеральных (насыщенной органическим веществом минеральной массы) веществ. В минеральной массе, свободной от органических веществ, по-видимому, существенен дезинтегрирующий эффект от фазовых переходов влага.

Итак, сезонному промерзанию в процессе трансформации растительных остатков, т.е. в биологическом обороте органического вещества, принадлежит существенная роль. Благодаря цикличности сезонных проявлений (промерзание—оттаивание) промораживание обуславливает не только закрепление оргапо-минеральных продуктов, яо и их накопление в зоне активных биологических процессов, т.е. способствует сохранению аккумулятивного слоя.

В.В. Пономарева и Т.А. Плотникова (1980) утверждали, что леса живут в значительной мере за счет автономного, надпочвенного круговорота элементов между живыми организмами и их отмирающими остатками, поступающими в лесах в основном на поверхность почвы. "Аккумулятивным, питающим горизонтом лесных подзолистых почв служит в основном подстилка, в которой сосредоточены корни, микроорганизмы и мезофауна". Именно поверхностная корневая система лесов способствует перехвату элементов питания в самом начале пути мигрирующих вглубь водных потоков.

По характеру водно-минерального пнташи кустарниковая растительность и древесная существенно не отличаются, специфическая же роль мохово-торфяиистового слоя как своеобразного субстрата, обеспечивающего питание высшей фотосинтезирующей растительности, становится еще более резко выраженной. Иными словами, происходит экологически обусловленная дальнейшая, в сравнении с таежным биогеоценозом, автономизация растительности в обеспечении себя не только физическим! условиями существования, но и водно-шшеральным питанием. Растительное сообщество не устремляется вглубь в поисках питательных веществ, а использует тот запас, который обеспечивает само же; растительное сообщество, перейдя на автономное питание, как бы оградило себя от неблагоприятных внешних условий, обеспечив себе относительно стабильное существование через свои собственные ресурсы. Можно, таким образом, заключить, что минеральная толща не связана прямо с биоценозом, между нею и растительным сообществом существует спе-

цнфическое оргапо-аккумулятавное образование (гумусовый слой), представляющее собой непосредственно биоценотнческую структуру. Происхождение и вещественный состав его связаны с растительным сообществом. Механизм биологического оборота, органического (растительного) материала обеспечил "экономное" использование поглощенного неживого, проводя его через звенья трофической цепи биоценоза. Биологический оборот совершается в зоне скопления растительного материала, где аккумулируется сложная смесь продуктов трансформации растительных остатков — гумус, точнее, почвенное органическое вещество (Д.С. Орлов, 1975, 1985).

Сформированный в опытной суглинистой колонке "гумусовый профиль" по вертикальной дифференциации содержания и состава гумуса имеет сходство с природными подзолистыми и тундровыми почвами.

Усиление мерзлотных процессов и явлений обуславливает в минеральной породе ослабление нисходящей миграции влага, застой сопровождается усилением признаков оглеения, с одной стороны, с другой — пропитыванием тонкодисперсными органическими веществами и их закреплением в поверхностном минеральном слое. Таким образом, происходит преобразование минеральной часта профиля в новых (по сравнению с таежной зоной) экологических условиях. Можно полагать, что с дальнейшим ухудшением условий происходит еще большее уменьшение емкости биологического оборота органического вещества вплоть до критической величины в арктических пустынях, и практического выклинивания оргаио-аккумулятнвного слоя, т.е. по существу исчезновения почвы как природного тела.

АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТУНЛРОВЫХ ЭКОСИСТЕМ

Матералы исследования тундровых почв широко распрастраненных типов ландшафтов послужили базой для осмысления результатов антропогенного воздействия на тундровые почвы. По типу воздействия можно выделить целенаправленное замещение природных биогеоценозов (БГЦ) и их почв на агроценозы (АГЦ) и преобразование тундровых целинных почв. Другой тип связан с разными видами техногенных воздействий, результатом которых является нарушение в разной степени вплоть до полного разрушения природных комплексов. Негативные последствия такого вмешательства в природную среду, нарушающее особенно резко на Севере динамическое биосферное равновесие, обусловили в последнее время усиление исследований в этом регионе по природовосстановленшо (биорекультивации). Это многоаспектные исследования, составляющие

одно из важных направлений природоохраной деятельности в широком ее понимани. В этих исследованиях успешно может использоваться опыт сельскохозяйственого освоения тундровых земель.

Глава 5 Сельскохозяйственное преобразование тундровых биогеоценозов

. Развитие сельскохозяйственных очагов вокруг промышленных центров обусловило появление в тундре освоенных почв. В районе наших исследований первые шаги в освоении тундровых земель были сделаны в 40-х годах, сведения об опытах содержаться в работах E.H. Ивановой и O.A. Полынцевой (1952). В связи с организацией в Заполярье животноводческих совхозов в конце 50-х годов начались интенсивные опытные работы по изучению приемов освоения земель тундры для выращивания трав на силос. Эти исследования завершились разработкой метода залужения материковой тундры, который был успешно использован в Заполярных совхозах (Хантимер, 1974; Хантимер н др., 1979). В связи с этим наряду с целинными почвами нами изучались освоенные нх варианты. В соответствии с таном фитоценоза формируется два ряда культурных почв — тундровые пахотные .оглеешше под однолетними культурами и тундрово-задерненные поверхностно-глеевые под многолетним! травами. Большое внимание в исследованиях автора уделено почвам многолетних агроценозов. Материалы наших исследований обобщены в работах "Биогеоценол отческие исследования на сеяных лугах в восточноевропейской тундре"(1979), "Условия к эффективность кормопроизводства в тундре" (1988), "Экологические основы управления продуктивностью агрофнтоценозов восточно-европейской тундры" (1991) и в ряде статей. В названных работах рассматривается формирование культурной почвы в процессе становления стабильного многолетнего агроценоза — сеяного луга и его долголетнего развития.

Принятая система обработки почвы в заполярных совхозах заключается в многократном дискозании или фрезеровании в разных направлениях участка целины тракторной бороной ВДТ-2.2. При этом достигается рыхление минерального слоя на глубину 10-15 см с одновременным измельчением и частичной заделкой растительных остатков. При освоении целины под влиянием целинной обработки почвы упичтожается растительность и разрушается биологически-активный гумусово-аккумуля-тивный горизонт, их остатки частично заделываются в поверхностно-глеевьш тиксотропный горизонт. Таким образом, после освоения целинных почв окультуриванию подвергается поверхностно-глеевый горнзоит,

бедный органическим веществом, питательными элементами, пеблагс-причтиьш по физоческим свойствам (бесструктурный, переувлажпепын, тиксстропный, лишенный пор аэрации). Заделапные при освоении в горизонт 0(,. остатхи моховаон подстилки, кустарников остаются длнтель-пое время (до 18 лет) слаборазложившимися. Это обусловлено характерным для климатических условий тундры медленным темном пх разложения. Однако, сохраняющиеся длительное время кустарннчково-мохозые растительные остатки способствуют улучшению в освоеппой почвке водио-возяуцшых условий для роста культурных растений. Формирование биогеино-аккумулятивного слоя в новых условиях слабо связано с потенциалом целинной почвы. В его образовании главпую роль играют агрорежим и тап фитоценоза. Коренная перестройка естествепо-го фитоценоза под влиянием с/х освоения обуславливает специфический морфолоппескнй облик и химические свойства культурных почв. Приведенные ниже краткие описания морфологического строения культурных почв дают представлеие об их отличительных чертах в соответствии с типом агроненоза. При этом оба примера относятся к одному и тому же местоположению — вершина водораздельного холма и одинаковой длительности существования в агрорежиме — около 15 лет на момент описания. Тот же ти использования сохраняется и до настоящего времени, т.е. более 30 лет, причем устойчивыми остаются и типовые черты почв. До освоения территория была занятя ерннково-моховой пятпнсто-бугорковатой тундрой.

Поле овса. Тундровая пахотная погерхностно-глеевая почва. АПах 0-9(14) см Суглинок средний, темно-серый, слабозлажный, крупио-комховатый непрочной структуры, много корней, есть остатки углей, граница неровная. В8 9(14)-2б си Суглинок средний, ' сяетло-ксричпевый, редко (¿и остаточный) охристые и светло-сизые пятна, сильно уплотнен,

("плужная" подошва) В1 26-46 см Суглинок средний, коричнезый, редко в верхней части горизонта ржавые и черные точечные новообразования, мелкоореховая структура, обильная белесая присыпка.

Вг 46-84(86) см Суглинок тяжелый, темно-коричневый, есть ржавые и черные мнкрохснкрещш, ореховатая структура, плотный, обильная белесая присыпка. ВС 84(86)-100 см Суглинок тяжелый, коричневый, есть охристые пятна, круппоореховатая структура, плотный, много обломков коренных пород.

Сеяный луг, лисохвостно-мятликовый травостой Адсрн. 0-4(6) см Задернованный суглинистый, сильно уплотнен

массой корней, влажный, есть ржавые пятна. А1 5(б)-8(11)см Суглинистый коричнево-серый с ржавыми и сизоватыми пятнами. Много корней трав, уплотнен, структура слабо выражена, непрчно-комковатая. Влажный. Есть остатки слаборазложившейся моховой подстилки, заделанной при основании.

Далее строение аналогично выше приведенному.

По описаниям видно, что после освоения и соответствующего режима использования преобразования охватывают верхнюю часть глеево-тиксотроппого слоя (на глубину обработки), слабо или почти не рас-прастрапяясь глубже, что согласуется с массовым распрастранением корней культурного собшества в том же слое. В пахотном слое наличие "плужной подошвы" является характерным признаком этого ряда культурных почв. В обеих почвах под культурным слоем сохраняются сезонное оглеение и слабая тиксотропиость.

Многолетние наблюдения показали, что под многолетними травами становление биогеоценоза со специфическими чертами почвы (дернина) оформляются в течение первого десятилетия жизни трав (6-8 лет). Определившиеся в первое десятилетие характерные морфологические черты освоенного слоя и и его химические показатели стабильно воспроизводятся в последующие десятилетия под продуктивным (15-20 ц/га сухой массы) многолетним сообществом при регулярном воздействии антропогенного фактора (удобрение, уход). Задернованный гумусово-аккумуля-тивньш слой характеризуется слабокислой реакцией, высоким содержанием гумуса, Са, Mg и главных питательных элементов (табл. 5), а так же улучшением физических свойств, режима оттаивания и прогреваши. Дернина сохраняет достаточно устойчивую биологическую прочность и ■ прочность на разрыв решетки корневой системы. Соответственно на 20-й и 25-й годы жизни травяного сообщество оба показателя составляли 11.8-10.4 и 5.3-3.2 кг/см2 (Арчегова и др., 1988, 1991). Для сравнения, под 4-летним травостоем величины общей биологической прочности дернины и связанной с корневой массой составляли, соответственно, 7.6 кг/см2 и 2.8 кг/см2 (определния прочности дернины выполнены Е.С. Братенковой по методу Эренгаса, 1964).

Замена естественного тундрового кустарпичково-мохового растительного сообщества на многолетнее сеяное травяное сообщество в процессе залужения сопровождается развитием новых связей в системе растительность — субстрат, что внешне проявляется в формировании ново-

Таблица 5

Результаты общих анализоз культурных тундровых суглинистых почв

Гидролити- Поглощенные Азот Подвижные По Тамму

Горизонт Глуби- рН ческая кис- Са++ МЯ++ Гумус, гадроли- р2о5 к2о Ге20з, АЬОз,

на, см водный лотность мг-экв па 100 г % зуемый % %

К=1.75 мг на 100 г

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Тундровая поверхностно-глеевая задернованная (18-летпнй луг)

Адерн. 0-5 6.45 не опр. 18.89 0.96 6.34 7.66 85.23 25.07 пе опр. не опр.

А1 5-8(10) 6.05 не опр. 15.13 2.86 4.10 3.97 21.09 26.36 пе опр. пе опр.

В 8(10)-

14(16) 5.75 не опр. 6.71 2.34 1.72 3.61 8.16 8.16 не опр. пе опр.

21-й год жизни

Адерн. 0-5 6.3 8.2 1.2 5.5 11.5 50.3 18.9

А, 5-10 6.2 5.9 1.4 3.2 8.1 20.5 9.8

В! 10-15 6.3 5.6 1.5 2.8 5.3 18.5 11.4

30-й год жизни

Адерн.А1 (сме-

шанный из

9 образцов) 0-10 6.5 45.3 4.2 . 8.8 9.9 26.0 13.3

и> и>

Окончание табл. 5

I 1 2 3 4 5 1 6 | 7 8 1 ^ 1 10 | П 1 12

Тундровая "пахотпая" (15-летняя)

А па* 0-10 4.50 11.29 3.13 0.81 5.46 15.98 17.40 18.84 0.46 . 0.36

в 10-17 4.55 8.84 1.65 6.80 1.58 3.96 2.16 7.62 0.63 &.33

В| 17-26. 4.70 9.01 1.60 1.40 1.24 3.12 6.63 5.25 0.56 0.22

-«»- 26-36 4.75 6.84 4.22 3.21 0.98 2.27 12.80 7.86 0.42 0.21

В2 36-46 5.10 6.14 6.53 3.62 0.54 1.42 14.33 10.65 0.34 0.28

-«»- 46-56 5.30 4.98 8.18 2.02 0.52 1.14 17.34 12.71 0.49 0.28

го почвенного объекта — тундровой задернованной поверхностно-остаточно-глеевой почвы культурного (антропогенного) ряда. Эта почва представляет собой структуру своеобразного культурного биогеоценоза (агроценоза, АГЦ), вне которого она не существует. В отличие от почв однолетних культурных посевов (пахотные) в многолетних АЩ не только значительная часть растительной массы остается на поверхности почвы, но н само сообщество характеризуется непрерывным развитием в многолетней динамике. Накопление на поверхности почвы травянистых остаткоз влияет на температурный, водно-воздушный режимы, способствуя меньшей их сезонной контрастности, в сравнении с пахотными почвами.

Изучение состава лизиметрических вод (Биогеоценологические исследования на сеяных лугах.., 1979) показало, что наиболее обильные сборы вод в весенний период, поступление летне-осенних вод зависит от погодных условий этнх периодов.

Старолуговые почвы характеризовались слабокислыми растворами, в общем невысокой концентрацией минеральных компонентов (табл. б), среди которых преобладали калышй и мапшй. Содержание водорастворимого углерода в растворах из-под гор. АдсрвА1 старолуговых почв в общемнесколько выше, чем из органогенного слоя целинных почв, ясно выражена сезонная динамика (отмечается повышение Сорг. в осенпих водах), что несомненно связано с разным составом растительных остаткоз. Однако эта разница невелика, что отражает, видимо, малую скорость биологической трансформации веществ, обусловленную общей суровостью климата репюна. Это подтверждают данные распределения гумуса. Его содержание в почвах сеяных лугов резко понижается под дерновым гумусовым слоем, что свидетельствует о ясной локализации как источника растительного материала, так и активного процесса его транс-формашга в наиболее благоприятного для живого комплекса культурном слое.

Как и другие свойства, формирование гумусового статуса культурной задернованной почвы происходит в течение первых 5-8 лет жизии сеяного луга. Источником органического вещества являются, главным образом, травянистые остатки, в том числе корни, органические же удобрения вносятся только при посеве трав (в отличие от посевов однолетних трав).

Новый тумусово-аккумулятивньш задернованный слой характеризуется довольно высоким содержанием гумуса (табл. 7).

В отличие от глеево-тиксотрошюго горизонта в составе гумуса культурного слоя гушшовые вещества составляют до трети валового со-

и>

С7\

Таблица 6

Состав лизиметрических вод (мг на 1 л) почв многолетних сеяных лугов

Горизонт, Дата Остаток

глубина за- взя- Объем, рН Сх2* Са Мк К Ыа Бе А1 Р N

ложения ли тия мл сухой прока-

зимегра, см вод ленный

1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

15-летний луг 1973 г.

АЖР. 8(12) Осень 600 - 34.3 6.6 9.0 - 0.90 1.70 2.30 0.005 3.1 - -

В1 Осень 600 5.7 12.0 9.8 12.7 - 0.60 1.20 3.10 0.003 3.1 - -

1974 г.

Адер. Весна 500 5.3 15.0 3.4 2.0 0.20 1.0 0.20 0.70 0.23 0.002 - 32.8 16.4

в, Весна 600 6.0 21.9 9.1 1.4 0.60 0.6 0.10 1.30 0.37 0.001 - 105.0 72.6

Адср. Осень 150 5.2 36.4 3.1 0.7 1.20 0.7 0.90 0.10 0.05 0.036 - - -

1975 г.

Адер. Весна 2000 5.5 14.7 8.5 1.5 1.70 1.8 0.30 0.10 0.30 0 2.6 74.0 33.7

Адер. Лето 600 5.5 20.8 6.4 1.4 1.40 1.2 0.50 0.10 2.57 0.006 2.1 64.5 29.3

В1 Лето 800 5.5 8.9 9.1 2.7 0.90 3.3 0.90 0.05 4.95 0.022 - 72.0 49.5

Адер. Осень 500 5.6 23.8 5.3 1.1 0.80 0.9 0.60 0.40 2.01 0.002 - 71.0 48.2

В, Осень 900 5.4 - 13.4 4.3 0.70 2:9 0.30 0 1.54 0.002 - 103.0 65.1

Окончапие табл. 6

1 1 2 3 | 4 5 6 1 7 8 | 9 10 | П 1 12 | 13 1 14 | 15 I 16

1976 г.

Адср Весна 1000 8.8 10.3 7.0 3.4 - 0.30 0.20 4.80 0.002 2.7" 40.0 24.1

В! Весна 300 6.2 8.0 6.6 9.2 - 0.30 0.10 5.10 0.002 - 69.0 55.0

Адер. Осеш> Вод нет

Вх Осень Вод пет

18-летшш луг

1976 г.

Адер. Осень 100 - 44.6 4.6 0.9 11.7 3.26 0.30 0.11 4.39 0.002 2.3" - -

1977 г.

Адер. Весна 1000 6.5 22.2 17.5 10.8 2.98 6.52 0.42 0.48 1.92 0.004 0.80" 181.5 109.6

** Водорастворимое органическое вещество " N-N03

и»

и>

оо

Фракционно-групповой состав гумуса освоенных почв (% к валовому)

Таблица 7

Горизонт Сш, % Гумииовые кислоты Фульвокислоты Сумма всех Сгк/СФК

Глубина, см к почве 1 | 2 | 3 | сумма 1а 1 1 1 2 | 3 | сумма фракций

Тундровая поверхностио-гпеевая задернованная (травы 18-го года жизни)

Адерв. 0-5 3.69 23.7 0 11.0 34.7 3.1 15.1 0 6.9 25.1 59.8 1.38

А, 5-8(10) 2.38 21.2 1.5 9.5 32.2 3.2 17.4 0 8.9 29.5 61.7 1.09

В 8(10)-14(1б) 0.99 4.9 6.6 0 11.5 4.6 10.2 16.5 8.1 39.4 50.9 0.29

Тундровая поверхностно-глеевая задернованная (травы 15-го года жизни)

Адерн. 0-10 3.35 16.5 0 6.8 23.3 3.8 8.8 10.6 4.7 27.9 51.2 0.83

Тундровая — поверхностно-глеевая старопахотная

Аплх. 0-5 2.10 13.1 3.9 5.1 22.1 4.8 12.1 10.2 4.8 31.9 54.0 0.69

5-10 1.74 13.7 11.2 5.4 30.3 5.4 15.4 15.5 5.8 42.0 72.3 0.72

держания углерода (19-й, 21-Й год жизни луга). При этом в группе гуми-повых кислот (ГК) преобладают 2 и 3 фракции. При отношении углеро-. да ГК к ФК в гор Gtx равном 0.3-0.6, в культурной почве опо возрастает до 0.9-1.3. Преобразование гумусового статуса под многолетним травянистым сообществом происходит в количественном отношении (накопление гумусовых веществ) замедленно, что связано с коротким биологически активным периодом в тундре. При этом в почве накапливаются вещества сравнительно неглубоко трансформированные, т.е. органическое вещество имеет грубогумусовьш тип. Об этом можно судить, как по сравнительно низкой концентрации органического углерода в почвенных растворах, так и по менее существенной, чем можно было бы ожидать под травами, доле гуминовых веществ при довольно высоком валовом содержании гумуса. Иначе говоря, эколопгческие условия накладывают определенные ограничения на интенсивность процесса гумусообразова-ния под травянистой растительностью, т.е. на развитие дернового процесса. Состав и содержание гумуса по профилю в почве сеяных лугов сходны с ними в почвых естественных лугов — тундровых луговин. (Арчегова и др., 1988)..

Итак, по функциям освоенный слой представляет собой почву культурного биоценоза, его внутреннюю структуру. Мощностъ^окульту-ренного слоя практически ограничивается мощность " культурной почвы.

В условиях тундры сеяные многолетние агроцепозы являются экологически оптимальным приемом сельскохозяйственного использования тундровых земель. Это определяется: посевом приспособленных к суровым условиям многолетних трав, подобранных из местной флоры, способностью пх начинать вегетацию сразу же после схода cuera, формирование в течение непродолжительного периода дернины, способствующей предохранению освоенной площадн от развития эрозии. Необходимость ежегодной обработки культурной почвы и длительный период от посева до отрастания однолетних трав (овес) в связи с несоответствием сезонной ритмики развития создает благоприятные условия для проявления ускоренной эрозии.

Многие негативные процессы с/х практики являются результатом экстенсивного использования естественного почвенного ресурса, причина которого лежит в недоработках теории земледелия. В настоящее время все еще распрастранен традиционный взгляд на плодородие почвы как на запас в ней элементов питания, причем речь идет обычно только о трех элементах — азоте, фосфоре, калии в доступной для растений форме, а так же в доступпой растениям воде.

В критических для живого условиях тундры с особенной ясностью выясняется, что с/х земледелие связано не просто с улучшением природной почвы, а с формированием нового биогеоценоза (что по существу происходит и в других зонах) и новой, адекватной ему почвы. Принципиально в формировании культурного биогеоценоза главной является задача приведения в соответствие друг другу структур, базовых в любой биогеоценотической системе: растительного (культурного) сообщества, живого комплекса и субстрата.

Результат освоения поверхностно-глеевых почв водораздельной моховой ерииковой тундры показывает, что под влиянием особого культурного почвообразовательного процесса формируется и особая почва, не наследующая черты бывшей целинной (Арчегова и др., 1991, 1994). Главную роль при этом играет тип агроценоза и уровень агротехники, направленные на формирование механизма биологического оборота растительного вещества (рис. 3).

Обобщение земледельческого опыта в последнее время приводит многих исследователей к заключению о фундаментальном значении органического вещества в окультуривании почвы (Лыков и др., 1984; Ки-рюшин и др., 1993). В целях формирования в освоенном субстрате биологического комплекса, активно работающего в иных условиях по сравнению с целинными биогеоценозами, возможно дополнительное заражение микроорганизмами, регулирование их активпоети в трансформации органического материала (Арчегова, Козловская, 1983; Козловская и др., 1988).

Плодородие почвы, вообще говоря, является специфической характеристикой состояния любого конкретного биогеоценоза, выражаемой оптимальной продуктивностью растительного сообщества, поэтому плодородие почвы естественного БГЦ не может быть тем же для почвы АГЦ.

Естественные и культурные почвы являются самостоятельными образованиями, развивающимися под воздействием специфических и со-мостоятельных процессов почвообразования. Эти положения определяют необходимость учета в практике земледелия требования экологического н социально-экономического обоснования выбора агротехники.

Почва лесного (таежного) биогеоценоза

Почва культурного биогеоценоза

Растительное сообщество, животный ( микро-тоонаселение) комплекс

Растительное д сообщество, эйивотнын комплекс

Почва тундрового (ерниково-мохового) биогеоценоза

Сенный луг_

Антропогенный фактор

^--------

Растительное сообщество, животный (микро-, зоонасе-ление) комплекс

Пашня Антропогенный фактор

Растительное сообщество, Л по» животный комплекс

Рис. 3. Схема сельскохозяйственного преобразования целинных зональных почв.

Глава 6. Техногенные воздействия на природные экосистемы, принципы и практические приемы бнологичексой рекультивации с учетом специфики структурного строения северных экосистем.

Целенаправленное, т.е. земледельческое, преобразование естественных экосистем является одним из наиболее древних типов антропогенного воздействия на природную среду. История взаимоотношения человеческого общества со средой своего обитания в последнем столетен приобретала все более драматический характер. Это, как известно, связано с быстрым развитием технических возможностей, обеспечивающих попек и освоение природных ресурсов в ранее малодоступных частях земли, в частности на Крайнем Севере. При этом технические возможности опередили биологические научные исследования в этом регионе, что определило обострение экологической ситуации в результате проявления непрогнозировавшихся процессов. Так, например, разбаланенрование теплообмена, водного режима при техногенных нарушениях привело к бурному развитию ускоренной эрозии (термоэрозии) в разных формах -смыв, размыв.

Несмотря .на признание существенной роли экологического фактора в жизнедеятельности общества, до сих пор природная среда обычно в первую очередь оценивается как источник природных ресурсов (сырья), пространство для размещения производства и лишь затем, как среда обитания человека. Такой подход отражает экстенсивный тнп взаимодействия общества с природой.

В настоящее время все более осознается катастрофичность последствий экстенсивного взаимодействия общества с природой. Глобальные масштабы негативных изменений природной среды в результате такого типа развития экономики заставляют переосмысливать проблему охраны природы, — в первую очередь с точки зрения сохранения благоприятных условий для жизни человека. В связи с этим существенное значение приобретает разработка приемов биологической рекультивации. Однака еще не преодолено представление о рекультивации как частом приеме, восполняющем, главным образом, утраченные с/х земли, т.е. ценный земельный фонд.

Вместе с тем, специфический тип хозяйствования северных народов обуславливает остроту решений природоохранной проблемы, поскольку она тесно переплетается с социалыю-экономическнм развитием не только на локальном уровне. На новом этапе технического развития челове-

чества, уже охватившем Крайний Север, становится очевидной недостаточность усиления тольхо природоохранной деятельности, связанной с мерами преимущественно запретительного характера. Необходима разработка новой концепции отношений с природой, в которой существенное место должна занимать проблема природовосстаповлення, предусматривающая ие только приемы создания устойчивых вторичных биогеоценозов, но и системной организации территории. В общем важно, что биологическая рекультивация приобретает, по видимому, более широкое понимание.

При разработке природсвосстаиовительной концепции должны учитываться климатические условия, специфика техногенных воздействий, необходим достаточный объем научной информации о биоте, как сложной системе, опыт формирования культурных экосистем, возможности управления ими и др.

Как известно, техногенные воздействия на природные системы по типу рлзноплаповы, разнообразны по вещественному составу выбрасываемых компонентов, как правило чуждых составу природных биоценозов. Различаются по деятельности непосредственного и последействую-щего эффекта. Понимание сложности техногенных воздействий и особенностей биоценотических систем позволяет выработать оптимальную для конкретных условий схему рекультивации (восстаповлепня) разрушенной экосистемы (постгехногениой площади).

Углубленные исследования тундровых почв как биоценотнческой структуры позволяют понять причину повышенной уязвимости тундровых БГЦ к разного рода техногенным воздействиям, быструю их разру-шаемоСть и медленное самовозобновление.

Результаты техногенного воздействия на северные экосистемы в свете отмеченных структурных их особенностей наглядно проявились в тундре Ямала, где, кроме Воркуты, проводятся наблюдения и заложены опыты по рекультивации.

Одним из наиболее рзснрастраненных видов нарушения целостности растительного и почвенного покрова являются транспортные. Так, при интенсивной эксплуатации дороги, которую мы наблюдали в районе рабочего поселка на Ямале, происходит полное разрушение растительного покрова и органлгенного слоя, обнажение глеевого тиксотропного слоя. Колеи достигают глубины 30-40 см. Дорога очень скоро становится из-за этого непроезжей, нарушенная площадь продолжает расширяться за счет соседней территории, достигая ЗС0-400 м в ширину. На оставлен«! же части дорога шшералыш суглинистая масса подсыхает с поверхности, но при механических нагрузках вновь переходит в жидко-

вязкое (зыбунное) состояние, поскольку мерзлота опускается вглубь. За-растаине таких дорог происходит чрезвычайно медленно.

При обустройстве буровых так же происходят транспортные нарушения почвешю-растительного покрова, хотя имеются участки, слабона-рушенные и даже практически ненарушенные, в частности между вездеходными проходами.

Другим фактором нарушения являются разливы буровых растворов. Так, например, на расстоянии около 30 м от бурового снаряда в разрезе наблюдали: 1 слой 0-11 см практически буровой раствор; второй слой 11-18 см — погребенный под буровым раствором органогенный горизонт целинной почвы, видны корни, остатки мохово-торфянистого горизонта. Далее вглубь следуют, до 42 см фрагменты торфянистого горизонта, перслоеные сизо-серым суглинком (глеевого тиксотроппого слоя). С 42 см — мерзлота. На таких участках до 8-10 лет восстановление растительно-почвенного покрова не происходит.

Рядом с этим сохранился участок исходной ивняковой осоково-пушицево-моховой тундры. Напочвенный покров местами нарушен и уплотнен транспортом, ивы, травянистые растения несут следы механического повреждения, почва тундровая, торфянисто-глеевая, слабо нарушенная.

Таким образом .вокруг буровых создается зона техногергых нарушений, связанная со складированием и разливом по поверхности бурового раствора, других продуктов (химическое загрязнение), а так же с механическими повреждениями почвешю-растительного покрова.

В результате этого па буровых площадках частично или полностью разрушенными оказываются растительность и органогенный слой. О свойствах нарушенной почвы можно судить по данным табл. 8. При выраженном рельефе на участках с интенсивным движением гусеничного транспорта усиливаются термокарстовые процессы, термоэрозия. Разрушением охватывается и минеральная толща. Такие участки дорог забрасываются, параллельно прежнему прокладывается новый путь, в результате ширина трассы можел существенно возрастать. С изменением растительно-почвенной компоненты ландшафта происходит преобразование в результате самого коренного типа ландшафта. В связи с этим надо отметить, что одним из важных вопросов, но недостаточно разработанным в данном регионе, является вопрос о типизации природно-аптропогепных ландшафтов с установлением границ их распрастранения. Систематизируя свои наблюдения, можно выделить ряд сильнонарушенных почв в случае полного уничтожения органогенного слоя (гор. Ао, Ат и Акр), ряд средненарушенных — при сохранении фрагментов гор. Аг и Акр, ряд

слабоиарушениых почв, характеризующихся только деформацией сложения (уплотнения) верхних почвенных слоев без их смещения.

Площадь 50-75% которой занято сильиопарушешшми почвами, должна быть отнесена к категории силыюнарушеишлх, от 25 до 50% — средиенарушенных и менее 25% — слгбонарушенных техногенных территорий. В соответствии с прицеленной системетизацией обследуемой территории можно рекомендовать интенсивность врсстановптельных мер.

На слабонзрушешшх территориях можно ограничится природоохранными мерами, т.е. достаточно прекратить техногенное (транспортное) воздействие. При средней степени нарушения может потребоваться, в зависимости от типа БГЦ и расположения (например на склоне) посев трав на нарушенных участках, внесение удобрении.

На сильнонарушеиных техникой территориях необходим полный комплекс интенсивных мер восстановления.

В разработке методологии и приемов биологической рекультивации ■ плодотворен системный подход. Рассматривая с его позиций северные БПД, надо подчеркнуть резко проявляющуюся в экстремальных условиях взаимозависимостьвсех компонентой природного комплекса и возможность стабильного функционирования его только при сохранении целостности БГЦ как системы. Концептуальная база и практические приемы рекультивации с учетом учетом специфики природных, климатических условий Севера рассмотрены в работах "Биологическая рекультивация на Севере, 1992, Газопровод Ямал-Центр..., 1993", в статьях.

Тесно взаимносвязаниые между собой структуры БГЦ з суровых условиях Севера весьма резко локализованы практически на поверхности толщи рыхлой минеральной породы, в маломощном мохово-травянистом слог, что делает весь БГЦ легко подверженным разрушению при различных техногенных (особенно транспортных) нагрузках. Повышенная уязвимость обусловлена тем, что при нарушеииях в первую очередь растительного сообщества, разрушается вся система — маломощный оргаио-аккумулятивный слой и населяющий его бнокомплекс.

При техногенных воздействиях в условиях вечной мерзлоты нарушается тепловой баланс, поддерживаемый благодаря теплоизоляционному эффекту, создаваемому не только нопочвеииым растительным покровом, а всем органо-аккумулятивным слоем. Результат разбаланенровання проявляется, в частности, в весьма бурном развитии ускоренной эрозии, тгрмоэрозии л других сопутствующих явлений. В итоге разрушение охватывает площадь большую, чем первоначально затронутая непосредственным техногенным воздействием. Изменения в связи с нарушением

биологической системы охватывают весь ландшафт в целом, меняют рельеф местности и другие параметры. Подтверждает все отмеченное ма-териЭй.уже рассмотренный в предшествующих главах.

По состоянию природной среды, повышенной ее уязвимости и слабой способности самовосстанавливаться Север является регионом, к которому1 для решения экологической проблемы нельзя подходить с природоохранной концепцией, разработанной для земледельческих районов. При этом, учитывая чрезвычайно медленное развитие ратсительности и подверженность ускоренной эрозии незащищенных грунтов, нельзя допускать разрыв во времени между окончанием техногенного воздействия и восстановлением территории.

Концепция ускоренного восстановления техногенной территории на Крайнем Севере опирается на собственные многолетние исследования в тундре. Методические подходы, сама концепция и другие материалы, освещающие практические приемы биологической рекультивации, рассмотрены в работах (Арчегова, 1992, 1993, 1994). Их обобщение позволило определить не только причину легкой нарушаемость механическим воздействием автоморфных тундровых экосистем, стало ясно, что медленное самовосстановление определяется в значительной мере неблагоприятными свойствами субстратов, которые обнажаются при разрушении почвенно-растительных структур.

Изучение процесса самозарастания показало, что при полоном разрушении растительного сообщества оно начинается с пионерной стадии. Постепенно проходя стадии сукцессии, растительность на каждом этапе создает необходимые почвенные (субстратные) условия за счет накопления органического вещества. Одной из стадий чвляется многолетнее травянистое сообщество. В конкретных условиях эта стадия сукцессии характеризуется определенной группой видов из местной флоры, которые проявляют при зарастании наибольшую ценотическую активность.

Для средней части России процессы зарастания разных типов техногенных местообитаний изучены довольно подробно, чего нельзя сказать о зоне тундры. Объясняется это тем, что при активном промышленном освоении этого региона, при практическом отсутствии земледельческой деятельности вопрос о рекультивации нарушенных земель долго не стоял, поскольку земли рассматривались как малоценные в с/х отношении. Лишь менее двух десятков лет назад начались планомерные исследования по рекультивации на европейскм Крайнем Севере.

Как уже было выше отмечено, побудительным толчком явилось усиление эрозии, загрязнения прунефте- и газодобыче и др. негативные

последствия, связанные с освоением природных небналогических ресурсов.

Наблюдения за процессом естественного восстановления далп возможность сформулировать главные принципы, которые могут быть в основе приемов культурного процесса восстаповления нарушенных территорий: 1) ускорение хода воссановительной сукцессии культурными приемами создания травянистого многолетнего сообщества п 2) использование для этих целей видов местной флоры с высокой цепотнческой активностью.

Исходя из представлений о приоритете биологического фактора в формировании почвы и ее (почвы) неразрывной связи с конкретным типом зрстительного сообщества, мы пришли к заключению, что восстановление зонального типа биогеоценоза должно опираться на создание благоприятных субстратных условий с помощью интенсивных с/х приемов, ориентированных на специфические черты экологических уловнй Крайнего Севера, т.е. на земледельческий процесс.

При разработке приемов биорекультнвацин был использован наш опыт сельскохозяйственного освоения тундры. Метод залужещш, т.е. создание искусственных многолетних продуктивных лугов, представляет базовый прием ускоренной биологической рекультивации в суровых климатичексих условиях, поскольку он отвечает главным принципам ускоренного природовосстановления.

Причем важно подчеркнуть, что методической базой разработанпоп концепции прнродовостаиовлення является системный подход. С его позиций разрабатываемые практические мероприятия имеют комплексный характер, т.е. по настоящему эффективны условия могут быть только при восстановлении экосистемы как единства растительного сообщества, субстратного биокомплекса, перерабатыващего растительные остатки, и субстрата, т.е. адекватной типу биоценоза почвы.

В общем рекультивация — культурный процесс, для осуществления которого комплекс практических мероприятий определяется в соответствии с целевым назначением восстанавливаемой территории. Особенностью рекультивации на Крайнем Севере является воссоздание вторичного (по отношению к разрушенному) зонального типа БГЦ. Именно это позволяет сохранить экологическое равновесие, устойчивость региона (и не только его). Однако при разработке комплекса практических приемов необходимо учитывать специфику структурного строения тундровых БЩ и низкий продуктивный потенциал верхних минеральных слоев, обуславливающий медленное самовосстановление посттехногенной площади. Разработанная на изложенной концептуальной основе

схема восстановления разрушенных земель включает два этапа. При формировании концепции природовосстановления на Крайнем Севере, как было отмечено, прием зал ужения рассматривается как базовый. В целях ускоренного природовосстановлени (УПВ) он представляет первый этап, на котором происходит закрепление техногенного субстрата для предупреждения развития ускоренной эрозии, а также воссоздание плодородного слоя (новой почвы). На первом этапе в полном объеме осуществляется необходимый комплекс агротехнических мероприятий, т.е. осуществляется культурный земледельческий процесс.

Проблема природовосстановления приобретает значение фундаментального научного направления, причем развитие его связано с необходимостью решения задач экологического плана в комплексе с социально-экономическими.

Это требует разработки количественных показателей, критериев для оценки предельной нагрузки, после которой биогеоценоз как система разрушается.

Особое внимание следует обратить на загрязнение сухопутных и водных экоситем прн добыче и транспорте нефти, газа.

Другой важной группой оценочных критериев и показателей в рамках разработанного нами концептуального подхода является та, с помощью которой можно определять качество процесса биорекультивации и стадию его завершения в соответствии с природными условиями и типом социально-экономического развития конкретной территории. В решении этих задач важным инструментом является организация и проведение мониторинга на целинных, техногенных и восстанавливаемых площадях в разных частях севера.

Поскольку центральной системообразующей структурой биогеоценоза является растительное сообщество, то главное внимание должно быть направлено на состав растительного (культурного) сообщества, которое могло бы обеспечить эффективное воссоздание почвы. Систематические многолетние набдюдепня показали необходимость привлечения видов преимущественно из местной флоры, адаптированных к суровым условиям региона. В числе их мятлики, лисохвост, некоторые виды овсяниц, регперия, бекманния и некоторые другие.

Обладающие высокой задерняющей способностью именно многолетние травы обеспечивают в агрорежиме восстановление почвы и ее биологической активности, т.е. восстановление механизма биологического круговорота органического вещества.

В настоящее время нами обобщаются результаты изучения первого этапа биологической рекультивации на опытных полигонах в Хальмерью

(восточно-европейская тундра) н на п-ове Ямал (месторождение Бова-ненково), можно отметить, что к 4-му году под многолетними травами при регулярном внесении удобрений оформляется задернованный гумусовый слой, густо переплетенный корнями трав, четко выделяющийся по окраске. Толщина слоя — 7-10 см. Почва характеризуется как морфологическими, так агрохимическими показателями, сходными с таковыми у почв сеяных лугов. На площадках, где после посева трав, удобрения не вносили, растения не развивались, в течение этого же периода самовосстановление находилось на пачальной стадии. Однако на площадках, где сохранились фрагменты органо-аккумулятивного слоя целинной почвы, даже без удобрений высеянные травы укреплялись, хотя развитие их проходило медленно. В дальнейшем на опытных полигонах будут продолжены наблюдения за ходом развития второго этапа — замещения травянистого сообщества на зональный (вторичный) БЩ.

Регулирование темпа восстановления на этом этапе может осуществляться путем формирования более сложного по составу и структуре травянистого сообщества, усиления биологической активности круговорота растительных остатков.

Как показали наблюдения, роль органических удобрений при проведении первого этапа рекультивации велика, причем лучший результат дает биологически активизированное удобрение (навоз, компост).

В связи с этим, нами разработан (с участием и под руководством автора) метод изготовления биологически активного компоста (БИАК) с помощью приемов биотехпологии из крупнотоннажного отхода бумажного производства — гидролизного лштшна в смеси с птичьим пометом и опилками. Этот метод позволяет изготавливать в заводских, т.е. регулируемых условиях, органическое удобрение в течение 3-3.5 недель, тогда как традиционное компостирование требует от 3 до 6(9) месяцев. Кроме того, с учетом отдаленности территорий, подлежащих рекультивации, в изготовленную компостную массу могут быть добавлены минеральные элементы питания растений, микробиологические препараты п семена многолетних трав. Это позволит совместить в одной операшш внесение удобрений и посев трав. Нетрадиционный агротехнический прием испы-тьшается на опытных полигонах в тундровой зоне (формы, сроки, дауьл).

По нашим данным, продолжительность 1 этапа может бьггь ограничена 4-5 годами.

Травостой рекультивированных земель может использоваться для заготовления кормов близрасположеиными животноводческими хозяйствами. Кроме того, методом залужения может быть восстановлена

часть нарушенных оленьих пастбищ. В этом случае необходимо соблюдать приемы ухода за травостоем дня сохранения его продуктивности.

При отсутствии потребности в регулярной хозяйственной эксплуатации рекультивируемых территорий можно ограничиться подкормкой минеральными удобрениями в течение двух — трех лет закрепления почвы многолетними травами, накопления органического вещества.

В дальнейшем это искусственно созданное травянистое сообщество, по нашим наблюдениям, будет замещаться растительным комплексом, характерным для ненарушенных условий, что можно рассматривать как 2-й этап прнродовосстановления. Его главным содержанием должно стать преобразование сеяного луга в зональный вторичный тип Б ГЦ; с соответствующим преобразованием почвы и становлением механизма биологического оборота органического вещества.

Многочисленные факты в других географических зонах, такие как облесение невыкашиваемых суходольных лугов в таежной зоне, образование залежей на старых пашнях в степях — это также результат "ассимиляции" культурного БГЦ зональным типом растительности. Следовательно, УПВ является сложным процессом, который представляет собой, по крайней мере, двухэтаппый процесс, антропогенноуправляе-мый, регулируемый на 1-м этапе. Продолжительность в целом УПВ может быть определена скоростью прохождения 1-го этапа и укладываться в 15-20 лет.

Таким образом, биологическая рекультивация представляет собой по существу проводимых операций культурный (на первом этапе земледельческий) процесс, целенаправленный независимо от конечного объекта, т.е. результатом рекультивации может бьпъ функционирующая экосистема культурная (сельскохозяйственное угодье) или естественная (сухопутная или водная). До сих пор бытующее представление о восстановлении отдельных природных ресурсов — растительности, плодородия почв и др. представляется упрощенным, не обеспечивающим эффективное восстановление нарушенного экосистемного равновесия.

Ускоренное восстановление техногенной территории эффективно в том случае, если имеется обеспечение семенами зимостойких видов трав. Опыт семеноводства трав в условиях сплошного распространения вечной мерзлоты есть на востоке страны (Денисов, 1983; Денисов, Яковлев, 1980). Нами разработана и внедрена в практику агротехника семеноводства в тундре, с учетом характерных особенностей Европейского Северо-Востока. Итак, с системных позиций рекультивацию на Крайнем Севере следует рассматривать как процесс ускоренного восстановления на посттехногенной территории вторичной зональной экосистемы. Био-

логические приемы осуществляются в комплексе, предусматривающем создание растительных сообществ и плодородного субстрата с помощью агротехнических средств на первом этапе и восстановление вторичного и зонального типа БГЦ — на втором с соответствующим преобразованием почвы в зональный типике.ч).

С биологической рекультивацией связано в перспективе восстановление биоразнообразия на посттехногенной территории.

Говоря в целом о проблеме прнродовосстановленпя, необходимо, очевидно, отметить необходимость теоретического обоснования приемов создания и управления природно-техническнми системами, организации посттехногенных ландшафтов, что, конечно, должно учитывать социально-экономические аспекты в проблеме восстановления природных комплексов. Например, восстановление методом залужеикя части оленьих пастбищ может стать напряжение, связанное с нарушением базы оленеводства — традиционной отрасли хозяйства на Крайнем Севере.

С другой стороны, большие финансовые затраты на восстановление нарушенных природных систем помогут осознать целесообразность (или ее отсутствие) расширения промышленного освоения природных ресурсов на Крайнем Севере, перейти к позиции разумной достаточности в природопользовании. По-видимому, это и будет приближение к идеям, развивавшимся В.И. Вернадским о ноосфере.

ВЫВОДЫ

1. Почвы тундровых микрокомплексов, наиболее широко распространенных в автоморфных местоположениях типов ландшафтов, характеризуются единым типом морфологического строения, представленным схематическим профилем — Ао+Аир — Ок — В8. Наиболее важной особенностью строения природных тундровых почв является резкая граница между органогенной и минеральной частями профиля, что согласуется с накоплением в органогенном слое основной массы корней, максимальной численностью беспозвоночных, микроорагаизмов, аккумуляцией гумуса и элементов-биогенов. В связи с этим в пределах микрокомплексов почвы различаются в основном на количественном уровне только в верхней, биогенно-аккумулятивной части, что обусловлено колебаниями экологических условий в связи с характером микрорельефа. Минеральная толща испытывает слабое воздействие со стороны биоты.

2. Лизимитрические исследования показали, что из-под органогенного слоя в минеральную толщу поступают растворы низкоминерализованные, слабо-кислые, с низким содержанием водорастворимого органического вещества. Это отражает закономерное в экологических условиях тундры ослабление процессов трансформации малозольных кустарни-ково-моховых растительных остатков.

3. Впервые проведенное подробное изучение воздействия промораживания на состав гумуса в специальном модельном опыте показало, что под влиянием промораживания гумусовых веществ в почвенных образцах (без нарушения связи их с почвенной массой) состав новообразованного гумуса диференцируется по профилю в результате развития процессов коагуляции. Степень количественного проявления изменений гумуса связяна с условиями увлажнения.

Сопоставление аналитических данных и микроморфологического изучения колонок позволило связать гумииовые вещества с облаковид-ными образованиями, которые не отмечены в нижней части модельного профиля. Наиболее обильные скопления течного гумуса на глинистых скорлупах (иногда сплошные наплывы), возможно, связаны с поглощением новообразованных дисперсных веществ (типа фульвокислот).

4. Воздействие промораживания на новообразованный "гумусовый профиль" имеет разносторонний эффект в зависимости от условий формирования объекта. Главный эффект связан с коагулированием, агрегированием органо-мннеральных веществ, закреплением зоне образования крупнодисперсных новообразованных продуктов разложения растительного материала.

Аккумуляция гуминовых веществ обеспечивает ослабление потери минеральной массы (илистых частиц) из верхнего слоя опытных колонок с разлагавшимся на поверхности растительным материалом и без него.

5. Профильное распределение содержания и состава гумуса характеризуется ясно выраженной аккумуляцией на поверхности минеральной толщи грубогумусового органического вещества с максимальным по профилю содержанием группы гуминовых веществ (гуминовых кислот, ГК); на границе с минеральной частью формируется гумусо-аккумуля-тивный маломощный слой криогенно-коагуляциониого генезиса (гор. Аг1р).

Минеральная толща под органогенным слоем характеризуется низким содержанием и резко иным качественным составом гумуса, обязан-

ным закреплению водомиграционных веществ группы фульвокислот (ФК); при застое растворов в теплый и существеном воздействии промораживания в зимний периоды формируется пропитаино-гумусовый тип накопления дисперсных органических веществ в глеево-тиксотропном слое.

6. Особенности морфологического строения тундровых почв определяются комплексом экологических факторов, обуславливающих пространственное сближение биотических компонентов экосистемы; суровый режим промерзания-оттаивания и связанные с ним неблагоприятные свойства, ограничивая возможность освоения биотой минеральной толщи,обуславливают сокращение зоны биологического оборота веществ, замыкающейся в пределах небольшого по мощности поверхностного, биологически активного слоя, продуцируемого самой биотой.

Особенности структурного строения тундровых БГЦ являются причиной их легкой уязвимости к техногенным воздействиям и медленного самовосстановления, что чревато дальнейшим увеличением нарушенной территории (термоэрознй).

7. Формирование профиля культурных суглинистых почв происходит на базе поверхностно-глеевого слоя. Под влиянием многолетнего травянистого сообщества (сеяный луг) формируется маломощная культурная почва — тундровая задернованная поверхностно(остаточно)-глеевая, котоая функционирует только в рамках культурного агроцеггоза при соблюдении агрорежима. В старолуговых почвах содержание водорастворимого гумуса остается в лизиметрических водах низким, хотя и несколько большим, чем в целинных почвах. Это отражает слабую интенсивность биологической трансформации растительных, травянистых в том числе, остатков в зоне тундры. Распределение содержания и качественнее состав... гумуса характеризуются аккумуляцией подавляющей части запасов в освоенном (культурная почва) слое, з составе гумуса существенно выше, чем в глеевом горизонте до окультуривания, содержание ГК. Минералльная масса под окультуриваемым слоем характеризуется слабым или отсутствием увеличения содержания гумуса, состав его — фульвокислотный.

8. Естественные и культурные почвы являются самостоятельными образованиями, развивающимися под воздействием специфических и самостоятельных процессов почвообразования, отражающих зональные особенности природных условий Крайнего Севера.

Почва сеяного луга своеобразная природная модель, подтверждающая высказанные нами соображения о биологической сущности почвообразования (ясных в связи с этим границах почвенного тела} функционирования почвы в рамках конкретной (природной или культурной) биопенотической системы. Подчеркивается, что при сельскохозяйственном освоении происходит не простое улучшение целинной почвы с помощью набора агротехнических приемов и средств, а формирование новой почвы в рамках нового типа биоценоза и воздействия агро-фактора.

Принципиальной задачей в формировании культурной почвы является приведение в соответствие друг другу базовых структур биогеоценоза (любого типа) — растительного культурного сообщества, живого комплекса и освоенного субстрата с учетом экологических условий региона.

9. Методологические подходы и основные принципы биологической рекультивации сформулирован^ы' с системных позиций.

Биологическая рекультивация с учетом специфики строения северных БГЦ имеет целью процесс ускоренного природовосстановления, предпологающий возобновление в конечном звене вторичной зональной экосистемы на посттехпогенной территории.

С опорой на материалы изучения процесса самовосстановления в условиях Крайнего Севера к основным принципам построения практических приемов биорекультивации относится формирование многолетнего травянистого сообщества и использование в этих целях преимущественно видов местной флоры.

10. Базовый прием рекультивации — метод залужеиия — создание сеяных лугов, обеспечивающих на фоне агрорежима задернение субстра- . та, восстановление биогепно-аккумулятивного слоя и предотвращение эрозии.

11. Приводится общая схема биорекультивации с учетом специфики условий Севера, которая представляет собой двухэтапный процесс — "интенсивный" с использованием агроприемов и "ассимиляционный", на котором происходит замещение культурного биогеоценоза на вторичный зональный, общая длительность периода рекультивации около 15-20 лет (1 этап около 5-6 лет).

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО TF.MK ДИССЕРТАЦИИ

1. Арчегова И.Б. Состав гумуса тундровых почв в районе Воркуты. // Изв. Коми фил. ВГО, 1964, №9. с.78-82.

2. Арчегова И.Б. Почвенный покров и элементы микрорельефа Воркутинской тундры // Изв. Коми фил. ВГО, 1967. №11. с.55-63.

3. Арчегова И.Б. Опыт по замораживанию растворов гумусовых кислот // Почвоведение, 1967. №6. с.58-63.

4. Арчегова И.Б. Органическое вещество почв Восточно-Европейской тундры. // Биологические исследования в Коми АССР. - Сыктывкар, 1968 (Тр. Коми фил. АН СССР, №18). с.46-56.

5. Арчегова И.Б. Песчаные почвы тундры // Почвоведение, 1968. №7. с.41-44.

6. Арчегова И.Б. Состав органического вещества в почвах южной подзоны Европейской тундры (Воркута) // Биологические основы использования природы Севера.- Сыктывкар, 1970. с.135-141.

7. Арчегова И.Б., А.Н.Цыпанова. К вопросу о миграции железа и органического вещества в почвах Восточно-Европейской тундры (Воркута). Химия, генезис и картография почв.- М.: Наука, 1968. с.33-36.

8. Арчегова И.Б. Характер гумусированного горизонта в суглшшс-тых тундровых почвах на северо-востоке Европейской части СССР // Экология, 1972а. №5. с.64-67.

9. Арчегова И.Б. Особенности гумусообразовання в почвах Воркутинской тундры. Сыктывкар, 19726. 60 с.

10. Арчегова И.Б. О характере процессов почвообразования в некоторых ландшафтах Воркутинской тундры // Материалы по почвам Коми АССР. Сыктывкар, 1972в. с.38-46.

11. Арчегова И.Б. О гумусовых профилях некоторых таежпых и тундровых почв Европейской части СССР II Почвоведение, 1974. №3. с.23-28.

12. Арчегова И.Б., И.В.Забоева. Криогенные проявления в почвах Коми АССР. Сыктывкар, 1974. 35 с.

13. Арчегова И.Б. Химический состав лизиметрических вод. Продуктивность и круговорот элементов в фитоценозах Севера. JI.: Наука, 1975. с.68-83.

14. Арчегова И.Б., Н.А.Антонов. Освоение тундровых земель // Земледелие, 1976. №8. с.38-40.

15. Арчегова И.Б., E.H. Бушуева. Подвижные вещества в почвах Воркутинской тундры // Генетические особенности и плодородие таежных и тундровых почв. Сыктывкар, 1976. с.55-61

16. Арчегова И.Б., Н.С. Котелина, Е.С. Братенкова и др. Изменение травостоя и почвы в процессе развития сеяных лугов в тундре // Ботан. журн., 1977, 5, с. 654-663.

17. Арчегова И.Б., Н.С. Котелина. Вопросы рационального использования земель в тундре // Географ, аспекты охраны флоры и фауны на северо-востоке Европейской часта СССР. Сыктывкар, 1977. с.61-68.

18. Арчегова И.Б., М.В. Гецеп, Н.С. Котелина и др. Изменение свойств почв н альгофлоры под влиянием длительных посевов многолетних трав в Восточно-Европейской тундре: межвр. конф. "Развитие и значение водорослей в почвах Нечерноземья". Пермь, 1977. с.б-8.

19. Арчегова И.Б., И.С. Хантимер, Н.С. Котелина и др. Сеяные луга в тундре. Сыктывкар, 1979. 45с.

20. Арчегова И.Б. Некоторые наблюдения за восходящей миграцией железа и гумусовых веществ под влиянием промерзания в опыте и природе // Биол. науки, 1979. 8.

21. Арчегова И.Б., Н.С. Котелина, В.А. Мартьшенко. Формирование и развитие агрофитоценозов в тундре // Биогеоценологические исследования на сеяных лугах в Восточно-Европейской тундре. Наука, Л.: 1979. с.20-54.

22. Арчегова И.Б. Химический состав лизиметрических вод в тундровых почвах // Биогеоценологические исследования на сеяных лугах в Восточно-Европейской тундре. Наука, Л.: 1979. с. 129-145.

23. Арчегова И.Б. Влияние промораживания на сорбцию, состав, свойства гумусовых веществ (по данным лабораторных исследований) // Почвоведение, 1979. 11. с.39-50.

24. Арчегова И.Б., Н.С. Котелина, Л.К. Групина. Формировать культурных биогеоценозов в тундре // Влияние антропогенных факторов на тундровые экосистемы. ВИЛАР. 1981. М.: с.44-54.

25. Арчегова И.Б. Некоторые особенности почв ВосточноЕвропейской тундры по лизиметрическим данным // Почвоведение, 8, 1982.

26. Арчегова И.Б., Н.С. Котелина, В.А. Иванов и др. Эффективность залужения тундры. Сыктывкар. Тр. Коми фил. АН СССР, 1983

27. Арчегова И.Б., И.С. Хантимер, Н.С. Котелина и др. Об экологических аспектах освоения Воркупшской тундры // Антонов Н.А., Арчегова И.Б. и др. Кормопроизводство в тундре, сер. препр. "Научн. ре-ком. нар. хоз.". Коми фил. АН СССР. 1983., вып. 40, 28с.

28. Арчегова И.Б., Л.С. Козловская. Влияние некоторых видов беспозвоночных на разложение растительных остатков и состав новообра-

зованных веществ // Биогеоценологаческие исследования хвойных фи-тоценозов на Севере. Сыктывкар, Тр. Коми фш. АН СССР, 1983, 59.

29. Л.С. Козловская, И.Б. Арчегова, Н.И. Ракова. Биохимическое воздействие почвенных беспозвоночных на растительные остатки: Болотные биоценозы и их изменение в результате антропогенного воздействия. Л.: Наука, 1983. с.24-46.

30. Арчегова И.Б. Воздействие промораживания на состав новообразованного гумуса // Изв. АН СССР. Сер. биоя., вып. 3. 1983.

31. Арчегова И.Б. Изменение состава гумуса в образцах некоторых почв после их промораживания // Почвоведение, 1984. 8

32. Арчегова И.Б. Гумусообразование на севере Европейской территории СССР. Л.: Наука, 1985. 136с.

33. Арчегова И.Б., Л.К. Грунина, Н.С. Котелина и др. Эколого-фитоценотические процессы при залужении тундры // Сообщества Крайнего Севера и человек. М.: Наука, 1985.

34. Арчегова И.Б., В.А. Федорович. О биологической сущности почв. Сыктывкар, 1988. 40с.

35 Арчегова И.Б., И.А. Антонов, А.Ф. Шарков. Условия п эффективность кормопроизводства в тундре. Сыктывкар, 1989. 135с.

36. Арчегова И.Б. Географические аспекты гумусообразовапия // Современные проблемы гумусообразования. Сыктывкар, 1986. с.20-34.

37. Archegova I.B., N.S. Kotelina. A perennial agrocenosis is an optimal nature, conservation model of the agricultiral exploitation of tundra soils: Proc. ccnf. "Arctic research advances and prospects". Part 2. 1988.

38. Арчегова И.Б., Н.С.Котелина, Л.К.Груплша. Формирование тундровых культурных биогеоценозов: Общие проблемы биогеоценоло-ши. Л.: Наука, 1990.

39. Арчегова И.Б. и др. Экологические основы управления продуктивностью агрофитоценозов восточно-европейской тундры. Л.: Наука, 1991. 153 с.

40. Арчегова И.Б. О гумусе в связи с нетрадиционным пониманием почвы// Почвоведение, 1992. №1.

41. Арчегова И.Б. и др. Биологическая рекультивация на Севере (вопросы теории и практики). Сыктывкар, 1992. 104 с.

42. Арчегова И.Б. Некоторые принципиальные подходы к охране и восстановлению природной среды // Газопровод Ямал-Центр. Прогноз изменений и приемы восстановления природной среды. Сыктывкар, 1993. с.17-24.

с lí'ZC¿Г ,

ВОССТАНОВЛЕН!® ПОСТТЕХНОГЕНННХ ТЕРРИТОРИЙ НА СЕВЕРЕ (США БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ)

задача - ПОДГОТОВКА К БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ

задача - ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЗОНАЛЬНОГО ТИПА БИОГЕОЦЕНОЗОВ

ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕКУЛЬТИВАЦИЯ

БИОЛОШЧЕСКАЯ РЕКУЛЬТИВАЦИЯ

I этап - "ИНТЕНСИВНЫЙ" задача - ПРОТИВОЭРОЗИОННАЯ ЗАШИТА ТЕХНОГЕННОГО СУБСТРАТА, РАЗВИТИЕ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ

метод - ЗАЛУЕЕНИЕ

Г Г этап - "АССИМИЛЯЦИОШИЙ" задача - ВОССТАНОВЛЕНИЕ ВТОРИЧНЫХ ЗОНАЛЬНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ

МЕТОД управления - МОНИТОРИНГ

ВТОРИЧНЫЕ ЗОНАЛЬНЫЕ БИОГЕОЦЕНОЗЫ