Почвообразование, почвенный покров и запасы углерода в колымских тундрах и редколесьях

Мергелов, Никита Сергеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Почвообразование, почвенный покров и запасы углерода в колымских тундрах и редколесьях
ВАК РФ 25.00.23, Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Почвообразование, почвенный покров и запасы углерода в колымских тундрах и редколесьях"

оь

□ ОЗ 163 1 16

На правах рукописи

Мергелов Никита Сергеевич

ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ, ПОЧВЕН1ШЙ ПОКРОВ И ЗАПАСЫ УГЛЕРОДА В КОЛЫМСКИХ ТУНДРАХ И РЕДКОЛЕСЬЯХ

25 00 23 - физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

1 7 ЯНВ 2000

Москва - 2007

003163116

Работа выполнена в лаборатории географии и эволюции почв Института географии Российской академии наук

Научный руководитель: доктор географических наук

Горячкин Сергей Викторович

Официальные оппоненты доктор биологических наук, профессор

Васильевская Вера Дмитриевна

кандидат географических наук Конюшков Дмитрий Евгеньевич

Ведущая организация: Институт физико-химических и

биологических проблем почвоведения РАН

Защита состоится «14» декабря 2007 года в 11 часов на заседании Диссертационного совета Д 002 046 03 в Институте географии РАН по адресу 119017, Москва, Старомонетный пер , 29, факс (495) 959-00-33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института географии РАН

Автореферат разослан «12» ноября 2007 года

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат географических наук

Л С Мокрушина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность Природа Севера и особенно Северо-востока Евразии изучена недостаточно Ее исследование и безопасное экологическое освоение является ближайшей перспективой российской науки и экономики Для географии это, прежде всего, многостороннее изучение ландшафтов и их важнейших компонентов - почв

Северо-восток Евразии - преобладающее по площади пространство суши в полярных широтах Земли Поэтому многие глобальные задачи не могут решаться без знания и учета природных и природно-антропогенных процессов, происходящих на этой территории Одним из них является влияние почвенного покрова и циклов углерода (С) на формирование и изменение климата Земли В почвах северных ландшафтов сосредоточена основная доля глобального почвенного углеродного пула (до 30%) (Орлов, Бирюкова, 1995, Честных, Замолодчиков, Карелин, 1999, Кудеяров, 2004, Пулы и потоки углерода , 2007 и др) Известно, что почвы тундры и предтундровых редколесий отличаются значительным варьированием запасов С (оценки колеблются - 20-45 кг/м2 для тундровых и 20-60 кг/м2 для «мерзлотно-таежных» почв (Кобак, 1988), 7,6-13,2 кг/м2 в среднем для зональных почв тундры и лесотундры Якутии (Честных и др , 1999)) В настоящее время требуются более точные данные для получения реальных осредненных характеристик Особенно важными представляются не обобщенные оценки запасов С, произведенные на глобальном уровне, а детальные и дифференцированные оценки локального уровня Решение этой задачи возможно только на основе генетико-географических данных по почвам и почвенному покрову

Нерешенных вопросов генезиса и географии почв Северо-востока Евразии довольно много К ним относятся дискуссионная проблема о характерных признаках минеральной толщи почв - повсеместности или локальности глеевого почвообразования (формирования не только глеевых, но и неглеевых криогидроморфных почв), вопросы диагностики глеевых и неглеевых горизонтов

Недостаточно ясной является концепция образования органопрофилей разных суглинистых криосолей (мерзлотных почв) Большинство вопросов касается судьбы органического вещества (ОВ) в минеральной толще почв, его внутрипрофильного распределения, миграций разных типов и качества мигрирующего ОВ, возможности его аккумуляции в профиле Эти аспекты исследования важны, прежде всего, для выяснения генезиса почв, их классификации, но также необходимы для получения картины географического распределения почв и их картографирования Кроме того, такие данные - основа для корректной оценки запасов почвенного С на территории Северо-востока Евразии, что важно для выявления его глобального распределения и динамики Цель и задачи исследования

Цель: выявить основные пространственно-временные закономерности почвообразования и их влияние на распределение и динамику запасов углерода в почвах тундр и предтундровых редколесий Колымской низменности Задачи:

1 Выявить ведущие факторы и процессы, обуславливающие генезис и разнообразие почв исследуемого региона Установить пространственные закономерности почвообразования Составить карту почвенного покрова, основанную на полевой и космической съемках

2 Установить условия формирования и критерии диагностики криогидроморфных глеевых (тундровые глеевые почвы, глееземы) и неглеевых (слабооглеенных) суглинистых почв Изучить особенности и механизмы процесса оглеения в криогидроморфных почвах Колымской низменности с использованием оптических, химических и минералогических показателей

3 Выявить процессы формирования органического профиля минеральной толщи суглинистых недифференцированных криогидроморфных почв

4 Для почв различных экосистем провести определение содержания углерода органогенных и минеральных горизонтов Оценить запасы углерода для почвенных разностей и для всего региона в целом

5 Оценить динамику и направленность изменений почв и запасов почвенного углерода во времени

Положения, выносимые на защиту:

1 Почвенный покров в предтундровых редколесьях нижней Колымы представлен комбинациями криоземов и глееземов На едомных водоразделах преобладает неглеевое почвообразование На автономных поверхностях педогенез имеет окислительным тренд Глееземы приобретают сплошное распространение в аккумулятивных позициях

2 Для суглинистых почв Колымской низменности характерно высокое содержание и высокие запасы органического углерода В среднем 60% запасов органического углерода автономных почв сконцентрировано в минеральной части профиля

3 Органопрофиль минеральной толщи суглинистых криогидроморфных почв создается комплексом процессов криогенный массообмен, мерзлотная ретинизация, гумусо-накопление за счет разложения корневого опада in situ, наследование содержания Сорг от почвообразующей породы Совместное действие таких процессов обуславливает высокую насыщенность органическим углеродом минеральной толщи

4 Содержание и состав (гидр)оксидов железа в почвах и почвообразующих породах (отложения лессово-ледового комптекса) Колымской низменности оказывают решающее воздействие на проявление глеевых процессов При низком содержании (гидр)оксидов железа редукция Fe не приводит к радикальному изменению цвета горизонта от теплых к холодным тонам Холодный тон глеевых горизонтов обусловлен не только актуальной редукцией Fe, но и цветом литогенной матрицы, содержащей малое количество (гидр)оксидов железа

Научная новизна исследования.

1 Предложена синтетическая концепция формирования органопрофиля суглинистых криогидроморфных глеевых и неглеевых почв, распределяющая рота между процессами поступления, накопления и перераспределения органического вещества в минеральной части профиля Показано, что в почвах региона исследований имеют место внутрипрофильная миграция водорастворимых органических веществ и их надмерзлот-ное накопление

2 Установлены и картографически представлены закономерности распределения запасов Сорг в почвенном покрове предтундровых редколесий бассейна Кошмы Показано, что большая часть углерода автономных почв сконцентрирована в минеральной части профиля

3 Впервые для суглинистых криогидроморфных почв Колымской низменности проведено разделение глеевых и неглеевых горизонтов на основе количественных оптико-химических и минералогических критериев

4 Показано, что пирогенез - один из основных факторов, определяющих динамику растительного и почвенного покрова в предтундровых редколесьях нижней Колымы Все почвы района исследований находятся на различных этапах постпирогенного развития, с чем связаны значительные различия в их классификационном положении

лярных областях Полученные детальные данные по содержанию органического углерода в деятельном слое необходимы для повышения точности прогнозов эмиссии С02 из мерзлотных почв при изменении температурного режима Предложена методика диагностики глеевых и неглеевых почвенных разностей в условиях низкого содержания (гидр)оксидов железа, которая может быть использована в Классификации и диагностике почв России

Апробация работы Материалы диссертации были представлены на 18-м Мировом конгрессе по почвоведению (Филадельфия, США, 9-15 июля 2006 г), IV Международной конференции по криопедологии «Почвы холодных регионов генезис, экология и рациональное использование» (Архангельск-Пинега, 1-8 августа 2005 г), VII Сибирцев-ских чтениях «Почва как природный ресурс Севера» (Архангельск, 1 августа 2005 г.), Международной конференции «Криосфера нефтегазоносных провинций» (Тюмень, 2427 мая 2004 г), Всероссийской конференции «VII Докучаевские молодежные чтения» (Санкт-Петербург, 1-6 марта 2004 г)

По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 4 статьи и 8 тезисов докладов 1 статья принята к печати

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложений Рабога изложена на страницах печатного текста, включая 12 таблиц, 35 рисунков и приложения Список литературы состоит из 120 наименований, в том числе 42 на иностранных языках

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю работы, д г н С В Горячкину и научному консультанту, д с -х н Ю Н Водяницкому Особую благодарность автор выражает своему первому руководителю проф , д г н ВО Таргульяну за постоянный интерес к работе, незаменимые критические замечания и дружескую поддержку Выражаем также глубокую признательность сотрудникам ИФХиБПП РАН д г н С В Губину, Д Г Федорову-Давыдову и д г -м н Д А Гиличинскому, оказавшим неоценимую научную, техническую и человеческую поддержку в полевых исследованиях Автор благодарен д г н С Н Лесовой за проведение рентгенофазового анализа глинистых минералов, д б н Е Ю Милановскому за определение амфифильности органического вещества и помощь в интерпретации полученных результатов, кс.-хн МП Лебедевой за выполнение микроскопического анализа почв, д б н Т X Максимову за предоставленные данные по динамике лесных пожаров Автор благодарит коллектив Северо-восточной научной станции ТИГ ДВО РАН, и, в особенности, С А Зимова и С П Давыдова, а также профессора Университета Аляски (Фэрбэнкс, США) Т Чапина за предоставленную возможность проведения полевых исследований, финансовую поддержку и ценные научные консультации Автор благодарит весь коллектив лаборатории географии и эволюции почв ИГ РАН за внимательное отношение к нашим исследованиям и неизменно полезные советы, улучшившие работу Работа выполнена при поддержке РФФИ и программы Президиума РАН № 16 «Международный полярный год»

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1 Почвообразование в тундрах и предтундровых редколесьях Колымской низменности: основные концепции и актуальные проблемы (обзор литературы).

Изучение почвенного покрова приморских низменностей Северной Якутии, в частности Колымской низменности, осуществляюсь многими исследователями, результаты которых отражены в обзорных публикациях (Караваева и Таргульян, 1963, Караваева, 1969, Тетерина, 1972, Еловская и др , 1979, Соколов, 1980, Ливеровский, 1983, Ма-

житова, 1989, Мажитова и др , 1993, Губин, 1987, 1993, 1994, 1996, 1999, 2001, Наумов, 1973, 1985, 1993, Фоминых, 1997, Фоминых и Золотарева, 2004, Федоров-Давыдов, 1998, Федоров-Давыдов и др , 1998, 2004 и др)

В главе проводится анализ существующих концепций почвообразования на суглинистых породах приморских низменностей Северной Якутии Особое внимание уделяется двум центральным генетическим проблемам (1.1) механизмам формирования холодной сизой окраски почв и, в частности, оглеению, а также (1.2) процессам формирования органического профиля минеральной толщи почв.

(1.1) Как показали многие исследователи (Иванова, 1965, Караваева, 1969, Тете-рина, 1972, Еловская и др , 1979 и др), почвообразование на суглинистых породах континентальных районов Северо-восточной Евразии (в том числе Колымской низменности) сопровождается развитием аюуальных глеевых процессов Наряду с этим, в начале 80-х годов прошлого века для данного района была обоснована концепция криогидро-морфного неглеевого почвообразования (Соколов, 1980) Рядом авторов (Наумов, 1985, Губин, 1987, 1998, 1999, 2001, Фоминых, 1997, Фоминых и Золотарева, 2004) для понимания особенностей формирования почвенного покрова Колымской низменности наряду с биоклиматическими условиями предлагается учитывать историю развития и эволюции ландшафтов с конца плейстоцена - начала голоцена до современности Если в описании морфологии оглеения исследователи, как правило, сходя 1ся, то в трактовке процессов мнения весьма разнообразны Для объяснения холодной окраски почв тундр и предтундровых редколесий Колымской низменности привлекаются концепции актуального и/или унаследованного оглеения Важные вопросы генезиса суглинистых крио-гидроморфных почв сводятся к выявлению причин оглеения, сути механизмов, формирующих холодную сизую окраску, диагностике и разделению глеевых и неглеевых разностей, пониманию закономерностей их пространственного распределения

(1.2) Одна из существенных особенностей суглинистых криогидроморфных глеевых и неглеевых почв, заключается в процессах распределения и накопления в них органического вещества (ОВ) Специфика этих процессов во многом обусловлена криоге-незом, наличием многолетней мерзлоты и составом почвообразующей породы В профиле изучаемых почв ясная морфологическая прокраска гумусом часто выражена только в верхнем горизонте При этом многие исследователи аналитически зафиксировали значительную насыщенность почв ОВ на всю глубину оттаивания (Караваева и Таргуль-ян, 1963, Караваева, 1969, Еловская и др, 1979) Отмечается, что распределение такого бесцветного гумуса (тонкодисперсного ОВ) по профилю характеризуется довольно равномерным пропитыванием всей почвенной толщи с небольшим накоплением в самых нижних — надмерзтотном и мерзлом горизонтах профиля При этом ряд исследователей отмечают присутствие большого количества детрита (крупнодисперсного ОВ) во всей минеральной толще почв и мерзлой породе (Губин, 1987, 1988 и др) В соответствии с литературными данными, процессы, ответственные за накопление, перераспределение и трансформацию органического вещества в минеральных горизонтах суглинистых криогидроморфных почв, могут быть весьма различны В экспериментальной части работы (глава 4 2) изучается вклад таких процессов в формирование органопрофиля минеральной толщи почв

Глава 2 Физико-географическая характеристика районов исследования, объекты исследования.

Объектами исследования стали суглинистые глеевые и неглеевые почвы тундры и предтундровых редколесий Колымской низменности Среднегодовая температура воздуха на севере Колымской низменности варьирует в пределах -11 6 -13 8°С, среднеме-

сячная температура июля — +6 7 +10 9°С Продолжительность периода положительных среднесуточных температур — 110-120 суток Снежный покров держится 8-9 месяцев За год выпадает 200-300 мм осадков, при этом, на летний период приходится 60-100 мм Коэффициент увлажнения 0 6-0 9 Как в пределах тундры, так и предтундровых редколесий наибольшее распространение имеют схожие по составу высокольдистые отложения лессово-ледового комплекса (едомная свита), сформировавшиеся в верхнеплейстоценовое время Отложения расчленены термокарстовыми процессами, имевшими наибольшую активность в период оптимума голоцена, и термоэрозионной деятельностью временных и постоянных водотоков Следует отметить ряд генетических особенностей почвообразующих пород

- Отложения лессово-ледового комплекса представляют собой педолитоседименты, которые, в соответствии с современными представлениями, имеют сложный генезис и были сформированы в результате как озерно-аллювиальных, так и эоловых процессов -Для отложений характерна окраска «холодных» тонов - от серо-сизого, оливкового до коричнево- или буро-серого По данным Ю В Кузнецова (цит по Губин, 1987), среди глинистых минералов преобладают хлорит и гидромусковит, которые также имеют «холодную» окраску

-В толще отложений неоднократно развивались восстановительные условия, в том числе за счет вытаивания подземных льдов, составляющих 30-70% объема породы -Отложения содержат 1-2% ОВ в виде детрита - измельченных полуразложившихся растительных остатков, и сгустков темного гумуса, покрывающих поверхность минеральных зерен (в шлифах) (Губин, 1988) Большая часть ОВ законсервирована в мерзлом состоянии

Тундра. Район исследований располагался на правом берегу Колымы недалеко от ее уегья, а также на мысу Малый Чукочий на правом берегу ус1ьеиой части р Большая Чукочья (70° с ш , 159° в д) Ключевой участок характеризует самую крайнюю полосу северо-субарктической подзоны тундры Для зональных, водораздельных и склоновых, участков характерен бугорковатый, мелкобугорковатый или бугорковато-кочкарный микрорельеф Растительность зональных тундровых участков представлена кустарнич-ково-травянисто-зеленомошными, травянисто-зеленомошно-дриадовыми или пушице-во-зеленомошно-ивовыми ассоциациями

Предтундровые редколесья. Почвы редколесий изучались на правом берегу Колымы в окрестностях п Черский (68° с ш, 161° в д) Одной из наиболее зрелых экосистем является экосистема старовозрастного редкостойного лиственничника (возраст ~ 200 лет) На вершине и центральной части едомных водоразделов развиваются лиственничники со злаково-кустарничково-лишайниково-моховым напочвенным покровом и бугорковатым микрорельефом, в нижней части склона формируются лишайниково-злаково-моховые ассоциации и бугорковато-кочкарный микрорельеф, в долинах временных/постоянных водотоков, дренирующих едомные водоразделы, господствуют зла-ково-мохово-ивовые ассоциации с кочкарным микрорельефом

Сходство почвообразующих пород и геоморфологической ситуации позволяет сравнивать почвы тундры и предтундровых редколесий

Почвы, формирующиеся на отложениях лессово-ледового комплекса, в соответствии с Классификацией почв России (2004) относятся к различным подтипам глееземов и криоземов Свойства некоторых наиболее характерных почв представлены - в таблице 1

Таблица 1. Некоторые свойства суглинистых криогидроморфных почв

Горизонт Глубина, ем рН водн Сорг, % Сгк/ Сфк (Ге203) о, % % м^/кг (Ге203) ю» % Ге„/ Ге„/ Ич, %

Криозем глеевый/Разрез Т6Р2

О 0-2 5,0 - 0,49 1,89 - - 0 26 - -

СИ 2-14 5,7 1,54 0,51 2,15 17 - 0,24 - -

ся 14 40 6,4 1,79 0,47 2,15 18 - 0,22 - .

Сох 40-50 6,5 2,23 0,73 1,97 26 6,64 0,37 0,30 -

Сг(Се) 50-70 7,3 1,14 1,10 1,70 23 6,49 0,65 0,26 -

Криозем глеевый/Разрез Т8Р1

О 0-3 5,2 - - 0,68 1,43 - - - - -

йох 3-10 5,7 1,63 0,89 0,88 2,25 9 7,22 0,39 0,31 17

СЯ 10-16 5,8 1,53 0,62 1,00 1,95 10 6,62 0,51 0,29 16

СЯ 26-33 5,8 2,11 0,74 1,07 2,21 9 6,85 0,48 0,32 16

Сох 33-42 5,7 1,98 0,83 1,04 1,87 9 6,84 0,56 0,27 15

Ог(С8) 42-52 5,9 2,21 1,45 1,58 1,97 10 7,29 0,80 0,27 14

Криозем глеевый/Разрез 19РЗ

СЯ 0,5-3 5,9 1,85 - 0,69 1,64 16 6,17 0,42 0,27 19

3-10 6,4 1,73 - 0,76 1,67 15 6,57 0 46 0,25 20

СК 10-35 7,0 0,91 - 0,92 1,63 16 6,90 0,56 0,24 19

35-54 7,1 2,20 - 0,78 1,67 22 6,14 0,47 0,27 18

Сг(С§) 54-59 7,3 1,81 - 1,46 1,27 27 6,51 1,15 0,20 17

Торфяно-глеезем/Разрез Т9Р7

О 0-2 4,4 - - - - - - -

Т2/ТЗ 2-12 4,7 21,70 - 1,56 1,80 28 - 0,87 - -

вох 10-17 5,2 3,82 - 4,23 5 94 20 - 0,71 - -

Сох 17-45 6,2 1,39 - 1,61 1,81 20 - 0,89 - -

Криозем типичн ый'Разрез 3-2-03

О 0-5 5,9 - - - - - - - - -

сш 5-17 6,5 1,12 0,77 0,34 1,77 41 6,79 0,19 0,26 |7

СЯ2 17-40 6,2 1,18 0,80 0,52 1,69 35 6,82 0,31 0,25 15

сяз 40-57 6,8 1,41 0,74 0,41 1,71 30 6,74 0,24 0,25 17

Примечание -удельная магнитная восприимчивость

Глава 3. Методы исследования.

Применявшиеся методы и методики можно разделить на две группы общие для всех разделов работы (I) и использовавшиеся для решения отдельных задач (II)

(I) Морфологические исследования включали полевое макроморфологическое описание почв (более 100 разрезов) и мезоморфологическое описание отдельных образцов почв (20 обр) под бинокулярным микроскопом (увеличение X 10-40) Содержание органического углерода (Сорг) определяли по методу Тюрина с фотометрическим окончанием по Орлову, Гриндель (1969), а также методом сухого сжигания на С-И анализаторе

(II) 1) Изучение процессов формирования холодной сизой окраски. Цвет почв

определяли в смешанных образцах на спекгроколориметре «Пульсар» с интегральной сферой по системе С1Е-Ь*а*Ь*, которая в декартовых координатах количественно отражает вклад четырех основных цветов По оси абсцисс - степень красноты (+а*) и зеле-ности почвы (-а*), по оси ординат - степень желтизны (+Ь*) и синевы (-Ь*) Точка в начале координат характеризует серый цвет Третья ось, перпендикулярная плоскости а*-Ь*, определяет светлоту почвы Ь* от 0 до 100 После обработки пероксидом водорода определяли изменение красноты Да* После окисления гумуса как конкурирующего пигмента, значение красноты меняется Величина Да* > 0 в почвах с развитым оксидо-генезом железа и Да* < 0 в почвах, где основной пигмент - сизые глинистые минералы

Согласно методике (Водяницкий и др , 2004), определяли содержание условного красного пигмента Нет уел в почве Химический критерий оглеения. Использовали критерий Швертмана, который представляет собой отношение оксалагорастворимого железа к ди-тиониторастворимому (Fe0 Fea) Критерий оксидогенеза железа в почве характеризует долю свободного железа от валового - Fed Fe^ Количество валового железа определяли рентген-флуоресцентным методом на приборе Tefa-6111 Магнитный критерий оксидогенеза железа Степень оксидогенеза оценивали по удельной магнитной восприимчивости х, которую определяли на приборе каппа-бридж KLY-2 Критерий окисленности железа Мессбауэровская спектроскопия, определяющая валовое количество Fe2+ и Fe3+, позволяет оценить масштабы оксидогенеза Fe Для этого используется показатель окисленности железа Ко = Fe3+ (Fe2+ + Fe3+) Мессбауэровская спектроскопия проводилась на спектрометре Ms-1104Em в режиме постоянных ускорений с источником 57Со в матрице хрома при комнатной температуре Редокс-критерий оглеения Согласно Международной базе почвенных данных (1998), глееземы диагностируются по значению показателя парциального давления водорода в почвенном растворе гН < 19 Показатель гН рассчитывался на основе данных по полевому определению Ен в почвенном растворе, а также рН

Проводились рентгенодифракционный анализ илистой фракции и микроскопический анализ песчано-пьпеватой (>50мкм) фракции глеевых я неглеевых горизонтов

2) Изучение процессов, формирующих органический профиль минеральной части почв Колымской низменности: (а) проведен анализ распределения Сорг по 60 профилям, (б) проанализирована зависимость различных типов профильного распределения Сорг от типа почв (глеевые, неглеевые), зональной принадлежности (тундра, предтундровые редколесья), типа органогенных горизонтов, (в) проведен анализ профильного распределения водорастворимого ОВ (по данным УФ-фотометрирования водных вытяжек (соотношение почва-раствор - 1 10) при длине вочны ЗбОнм), (г) проведен анализ соотношения подвижных и неподвижных фракций ОВ в почвах и почвообра-зующей породе, а также соотношения биомассы корней и запасов Сорг, (д) определено содержание гидрофобных и гидрофильных фракций ОВ в профиле криозема глеевого, (е) проведен тест на характер изменения окраски почв при обугливании ОВ (t нагрева образцов=200°С, при данной температуре начинается окисление органических компонентов без существенных изменений минеральных)

3) Изучение пространственно-временных закономерностей почвообразования. Исследования почвенного покрова проводили в предтундровых редколесьях на правом берегу Колымы в окрестностях п Черский (68° с ш, 161° в д) на ключевом участке общей площадью 128,4 км2 В основу исследования легли данные полевых наблюдений (всего 85 разрезов), космические снимки высокого разрешения (Ikonos, разрешение 1x1м) Вся полученная информация сведена в виде электронной карты почвенного покрова составленной в ГИС Maplnfo Professional 6 0 (масштаб 1 2300) Для расчетов запасов углерода использовались данные собственных полевых исследований, литературные данные, прямые расчеты содержания Сорг, объемных весов, площади выделов из составленной карты почвенного покрова Запасы углерода в каждом почвенном выделе рассчитывались на глубину сезонного протаивания

Глава 4 Особенности педогенеза почв колымских тундр и предтундровых редколесий.

4.1 Глеевое и неглеевое почвообразование.

Полевые исследования показали, что в тундровой зоне на вершинах и центральной части склонов едомных водоразделов формируются преимущественно минеральные почвы, разной степени оглеения в зависимости от формы и степени дренированное™

конкретного водораздела, которые в соо1ве1ствии с Классификацией почв России (2004) относятся к различным подтипам глееземов и криоземов Нижние части склонов заняты торфяно-глееземами Почвенный покров забочоченных термокарстовых котловин (ала-сов) представлен органогенными почвами, а осушающихся аласов - минеральными -торфяно-глееземами

В предтундровых редколесьях характерный тип катен следующий на вершине и центральной части едомных водоразделов непосредственно под лиственничниками со злаково-кустарничково-лишайниково-моховым напочвенным покровом формируются криоземы палево-метаморфизованные/типичные, в нижней части склона под лишайни-ково-злаково-моховыми ассоциациями - торфяно-криоземы глееватые, в долинах временных/постоянных водотоков, дренирующих едомные водоразделы под злаково-мохово-ивовыми ассоциациями - торфяно-глееземы

41.1 Морфологические особенности почв

4 111 Макроморфологические исследования показали, что минеральные профили суглинистых криогидроморфных почв изучаемого района представлены сочетаниями горизонтов с индексами СЯ(В), СК£(В§), вг и Сох В горизонтах "СЯ(В)" отсутствуют явные макроморфологические признаки оглеения, горизонты имеют однородную окраску коричнево-серых, буро-серых тонов К горизонтам "С11§^)" мы относим субстраты, имеющие разчичные признаки глееватости, в виде отдельных слабо- среднеконтра-стных сизых пятен на общем «теплом» фоне, возможно формирование ржаво-бурых морфонов Горизонты редуцированного глея "вг" - это однородно окрашенные в «холодные» (серые, сизые) тона субстраты В случае окисленного глея "Сох" на общем «холодном» фоне имеются ржаво-бурые пятна разной контрастности и размера, часто формируется мраморовидная окраска с чередованием серо-сизых и ржаво-бурых морфонов Как показано выше, для однородно окрашенных горизонтов основным топом является серый цвет, что крайне затрудняет почевую диагностику глеевых и неглеевых разностей В соответствии с К тарификацией почв России (2004) признаки оглеения в криоземах могут быть представлены лишь глееватыми горизонтами, тогда как в глеезе-мах, не может быть глееватых/неглеевых I оризонтов В связи с этим представляется целесообразным разделять три группы криогидроморфных суглинистых почв профильно-неоглеенные - криоземы (возможны лишь признаки глееватости;, профилыго-оглеегшые - глееземы и промежуточную группу почв, в профиле которых присутствуют как глее-вые (в), так и неглеевые горизонты (СЯ) Последней группе мы дали рабочее название «криоземы глеевые», осознавая при этом дискуссионный характер такого словосочетания

4 112 Классические мезоморфотипы горизонтов СЯ(В) и вг схожи - основной тон охватывает все компоненты массы, однако в первом случаем это коричнево-буро-серые оттенки, во втором - серо-сизые (сплошной или разлитой глей) Такие мезоморфотипы редко встречаются в чистом виде, однородная картина осложняется очагами окисления или восстановления Бе Горизонты CRg(Bg), вох характеризуются пятнистым мезоморфотипом, что в отличие от однородно окрашенных горизонтов облегчает их диагностику (различение от неглеевых субстратов) В горизонтах СК^(В§) наиболее часто образуются прикорневые, трещинные, напедные формы глея В горизонтах Оох -наоборот внутрипедные, а в трещинах и по ходам корней образуются окисленные формы Бе

41.2. Оптические, химические и минералогические показатели глеевых и неглеевых горизонтов

Для корректной диагностики горизонта, установления его генезиса необходимо помимо морфотогических характеристик использовать комплекс показателей

Цвет почв. Очень низкие значения красноты а* и желтизны Ь* (табл 4 12 1) говорят о незначительном содержании красно-бурого пигмента, роль которого в почвах выполняют (гидр)оксиды железа и Ре-органические соединения Расчет показывает, что содержание условного красного пигмента почти во всех образцах (Нет уел) близко к О Исключение составляет горизонт окисленного (мраморовидного) глея вох в торфяно-глееземе (разрез Т9Р7), где содержание дитиониторастворимых соединений достигает 5 9%, здесь Нет уст = 0 27

Таблица 41.2.1 Оптические свойства минеральных горизонтов суглинистых криогидро-

морфных почв

Название почвы/ Горизонт Глубина, Цвет в системе С1Е- Цвет в системе С1Е- Расчетный

№ разреза см Ь*а*Ь* показатель

(до обработки Н1О2) (после обработки Н202) Да*

Ь* а* Ь* а* Ь*

Криозем глеевый/ Сох 40-50 48,5 1,5 13,1 60,5 1,2 18,2 -0,3

Т6Р2 аг(сЙ) 50-70 49 8 0,7 12,2 59,1 0,1 15,8 -0,6

Криозем г1еевый / аох 3-10 56,3 1,7 18,6 63,9 1,3 21,3 -0,4

Т8Р1 ся 10-16 56,8 1,9 18,4 62,4 1,4 20 2 -0 5

ся 26-33 55 9 1,9 18,4 62 0 1,8 21,2 -0,1

вох 33-42 55,4 1,8 17,4 62,3 1,1 19,5 -0,7

42-52 50,5 1,8 13,2 62,8 0,6 15,4 -1,2

Криозем глеевый/ ся 0,5-3 52,5 1,0 14,4 62,3 0,6 18,6 -

Т9РЗ СЯ8" 3-10 51,4 1,0 13,4 62,9 0,7 183 -0 3

ся 10-35 53,6 0,8 14 5 61,3 0,8 19,0 0,0

СЯё'" 35-54 49,9 0,8 12,0 62,0 0,4 17,1 -0,4

Ог(С8) 54-59 51,8 0,1 9,0 62,2 -0,9 11,9 -1,0

Торфяно-криозем 12-23 53,6 1,5 15,0 61,1 1,8 19,8 0,3

пеевый/ Ог(С?) 23-35 51,0 0,4 10,5 62,3 -0,2 14,5 -0,6

Т9Р5

Торфяно-глеезем/ бох^ 10-17 49,7 5,4 21,1 57,4 6,2 26,7 0,8

Т9Р7 вох 17-45 53,4 1,3 15,4 59,2 1,7 20,0 0,4

Криозем глеевый/ СЯВ" 8-18 52,7 1,4 16,3 61,7 1,4 19,8 0,0

Т10Р2 сяг" 18-35 53,1 1,2 15,5 59,9 1,3 18,7 0,1

58-60 53,7 0,1 12,5 64,1 -0,6 16,6 -0,7

Достоверно различать тона глеевых и неглеевых горизонтов криогидроморфных почв ни по красноте а*, ни по желтизне Ь* не удается Варьирование характеристик цветового тона низкое а* от 0 до 2 (за исключением горизонта окисленного глея вох,!), аЬ* от 9 до 21

У большинства образцов из горизонтов СЯ, и О после обработки пергидролем краснота снижается, то есть возрастает зеленостъ Да* <-13 За счет окисления и снятия маскирующих пленок гумуса усиливается вклад в цвет «зеленых» (в системе С1Е-Ь*а*Ь*) литогенных минералов Снижение красноты указывает на отсутствие вклада в цветовой тон бурых частиц (гадр)оксидов железа, которые должны были бы обеспечить увеличение красноты а* при снятии маскирующего эффекта органического вещества

Таким образом, цветовые характеристики свидетельствуют о слабом развитии процесса оксидогенеза Ре в изучаемых почвах

Окислительно-восстановительные условия почв. В двух разрезах почв (Т9РЗ и Т9Р5) определяли значения Ен и рН Полученные значения величин были пересчитаны в показатель парциального давления водорода гН Его значения оказались различными в двух почвах В криоземе глеевом (разрезе Т9РЗ), развивающемся в верхней части склона, значения гН высокие от 30 0 в верхнем горизонте СЯ до 26 0 в гор й(С£) Согласно Международной базе почвенных данных (1998), эти значения выше критического (19) и, значит, актуального оглеения в сизом горизонте в(С£) нет

В торфяно-криоземе глеевом (разрез Т9Р5), развивающемся в нижней части склона, где у поверхности располагается слой торфа толщиной 10см, ситуация иная за счет снижения рН В горизонте Т значения показателя гН = 21 0, а в горизонте CRg'" они опускаются до 20 0, то есть - до критического уровня Значит, в минеральной части профиля возможна актуальная редукция Fe3+ до Fe + Остается неясной минералогическая форма Fe3+ как будет показано ниже, содержание (гидр)оксидов железа в почвах крайне незначительно, поэтому не исключено участие в редукции части Ре(Ш)-смектитов

Минералогия железа На мессбауэровских спектрах образцов как глеевых, так и неглеевых горизонтов не обнаружено секстетов, ответственных за гематит аРег03 и ге-тит aFeOOH Это говорит об отсутствии (гидр)оксидов Fe с достаточно крупными и упорядоченными частицами При этом критерий окисленности Fe (Ко), характеризующий долю Fe3+ в валовом содержании железа, в неглеевых горизонтах CR равен 0,610,67 и снижается в горизонтах Gr(Cg) до 0,48-0,60 В обоих случаях значения критерия окисленности железа следует признать низкими с токи зрения развития оксидогенеза Fe, но не предельными для глеевых горизонтов

Два дублета от ионов Fe2+ отвечают характеристикам биотита (Гончаров и др, 1982), а два дублета от ионов Fe3+ близки характеристикам ожелезненного монтмориллонита (Пермяков, 2005, Cardile et all, 1987) Рентгендифракционный анализ илистой фракции почв показал, что смектит представлен не индивидуальными частицами, а входит в состав смешаннослойных слюда-смектит и хлорит-смектиг образований Кроме смектит-содержащих минералов вклад в дублеты Fe3+ могут вносить и другие Fe(III)-соединения В частности, небольшое количество ионов Fe3+ может входить в состав дисперсных частиц i идроксидов железа, но отличить их от параметров Fe3"1 в смектит-содержащих минералах не представляется возможным при мессбауэровском анализе, выполненном при комнатной температуре

При низком содержании (гидр)оксидов железа редукция Fe может распространяться на филлосиликаты с минимальным цветовым изменением горизонта На возможность данного процесса указывают следующие факты а) низкое содержание несиликатных форм железа (прежде всего, (гидр)оксидов Fe, что подтверждается отсутствием секстетов на мессбауэровских спектрах и колориметрическим анализом), б) снижение показателя окисленности железа Ко в горизонтах G(Cg) В условиях низкого содержания несиликатных форм увеличение доли Fe(II) среди общего Fe=Fe(IÍ)+Fe(ÍII) образца можно объяснить изменением валентного состояния железа в силикатах В кислой восстановительной среде редукция, вероятно, захватывает Ре(Ш)-смектиты, которые редуцируются до Fe2+, о чем говорит низкое значение редокс-потенциала гН Окисление новообразованного Fe2* до FeOOH может сформировать окисленный глей Gox, включая мраморо-видную разновидность

Магнитный критерий. У изученных почв очень низкая магнитная восприимчивость %=(9-41)х10'8, что указывает на отсутствие сильно магнитных минералов и на слабое развитие оксидогенеза Fe

Химия железа. В исследованных почвах содержание оксалаторастворимых соединений железа (Ре2Оз)0 колеблется от 0 7 до 4 2% Содержание дитинитрастворимых соединений железа (Ре20з)а следует признать высоким - от 1 до 6% (табл 1) Однако селективность действия вытяжек на изучаемые почвы вызывает ряд вопросов

В криогидроморфных почвах Колымы критерий Швертмана как будто работает его значение выше в горизонтах G, чем в CR(B) (рис 4 12 1) Но некоторые факты вызывают сомнение, например высокое содержание дитионитрастворимых (несиликатных) соединений Fe Поскольку почвы изучены с помощью мессбауэровской спектроскопии, то можно проконтролировать величину (Ре20з)а Высокое содержание (Fe203)d = 1 3-2 0%

не согласуется с отсутствием секстетов на мессбауэровских спектрах. Следовательно, вполне вероятно снижение селективности дитионит-цитрат-бикарбоната и растворение им не только (гидр)оксидов железа, но и Ре(Ш)-силикатов.

Слабоупорядоченные, легкорастворимые Fe(III)-монтмориллониты составляют основной резерв железа при химическом экстрагировании. Такое влияние реактива Мера-Джексона хорошо известно (Во-дяницкий, 2006). Реактив Тамма быстро растворяет неустойчивый биотит (Келлерман и др., 1965).

Нужно подчеркнуть, что критерий Швертмана разработан для почв с высоким содержанием минералов железа, где процесс редукции реализуется за счет растворения Ре(Ш)-(гидр)оксидов. В криогидроморфных почвах тундры оксидогенез железа выражен слабо. Химический критерий оглеения Швертмана оказывается эффективным по чисто формальным причинам - из-за разной растворимости Fe-силикатов, в частности биотита, реактивом Тамма, а ожелезненного смектита - реактивом Мера-Джексона. Не случайно значение критерия Швертмана иногда заметно превышает 1, что противоречит условию аддитивности экстрагируемых форм свободных соединений железа. Отношение (Fe^ : Fe[ot) в почвах тундры (0,20-0,32) подтверждает малое исходное содержание Ре-(гидр)оксидов и слабое развитие оксидогенеза железа (табл. 1). Если значения содержания Fed из-за частичного растворения Fe-силикатов завышены, то оксидогенез железа следует считать еще менее продвинутым.

4.1.3 Процессы формирования холодной «глеевой» окраски почв.

Известно, что количество и состав (гидр)оксидов железа («оксидно-железистая матрица») может оказывать существенное влияние на способность субстрата к трансформации в процессе выветривания и почвообразования. Наиболее сильное влияние «оксидно-железистая матрица» оказывает на почвообразовательные процессы, в которых активное участие принимает железо: рубефикация, брюнификация, альфегумусовая миграция и, в особенности, оглеение.

В настоящей работе используется морфосубстратное понятие «глея» как минеральной массы, имеющей монотонно «холодную» окраску (серую, сизую, зеленую) или представленную чередованием морфонов «теплых» и «холодных» тонов, и приобретшую данные морфохроматические признаки в результате многообразного по формам восстановительного и/или окислительно-восстановительного метаболизма соединений железа. В Международной базе почвенных данных (1998) в качестве основного процесса, определяющего сизый («холодный») тон оглеенного горизонта рассматривается редукция (гидр)оксидов железа: Fe(OH)3 —» Fe2+. Таким образом, необходимым условием для начала процесса оглеения является наличие в субстрате объекта редукции - (гид-ро)оксидов железа, которые могут изначально содержаться в литоматрице или же быть новообразованными в результате почвенного оксидогенеза. Для почв Европы, при исследовании которых и сформировалось предложенное Г.Н.Высоцким (1905) понятие «глей», это условие казалось само собой разумеющимся и до сих пор специально нигде не оговаривается. При высоком содержании (гидр)оксидов Fe их редукция приводит к

UJaeprnvEM-ta

Рис. 4.1.2.1. Отношение Feo/Fea (коэффициент Швертмана) в глеевых (G(Cg)), глееватых (CRg(Bg)) и неглеевых (CR(B)) горизонтах

радикальному изменению цвета горизонта от теплых к холодным тонам, что характерно для почв Русской равнины

Но во многих областях мира «оксидно-железистая матрица» существенно иная, в частности, в почвах и почвообразующих породах Колымской низменности Здесь, как показали наши исследования, общий оксидогенез Fe развит слабо (что доказано колориметрическим анализом и мессбауэровской спектроскопией), а почвообразующая порода имеет преимущественно восстановленную малооксидную литоматрицу - отложения лессово-ледового комплекса в основном холодных тонов Низкое содержание минералов-оксидов железа в субстрате влияет на специфику процесса оглеения Диагностировал) последний по сизому холодному тону горизонта необходимо с большой осторожностью В силу слабого развития оксидогенеза Fe неглеевые горизонты суглинистых криогидроморфных почв по цвету мало отличакнся от глеевых Существуег высокая вероятность сохранения сизого цвега от материнской породы В таких условиях возможна также редукция Fe(III) в решетке филлосиликатов при несущественном изменении цвета субстрата Таким образом, природа конкретного сизого горизонта может быть различной Горизонты «холодных» тонов можно определить как 1) глей (актуальный или унаследованный), образовавшийся в результате редукции Ре-(гидр)оксидов, 2) глей, где «холодный» тон бедного Ре-(гидр)оксидами субстрата не изменился либо слабо усилился в результате редукции Fe(III) в решетке филлосиликатов, 3) почвообразующая порода с низким содержанием красно-бурого пигмента - Ре(Ш)-(гидр)оксидов

Возникает вопрос - можно ли отнести описанные процессы метаболизма Fe к ог-леению По нашему мнению, можно, однако оглесние имеет четко выраженную специфику, связанную с генезисом почвообразующей породы и ее свойствами (низкое содержание (гидр)оксидов Fe) На таких субстратах морфологические признаки оглеения выражены гораздо слабее, чем на богатых (гидр)оксидами железа, где их редукция приводит к радикальному изменению цвета горизонта от «теплых» к «холодным» тонам

Включать ли специфический процесс редукции Fe(III) в решетке филлосиликатов в понятие «оглеения» - вопрос спорный Прежде всего, потому что такой процесс, по-видимому, существенно не меняет цвет субстрата, что является диагностическим признаком оглеения (глея)

4.2 Органическое вещество в суглинистых криогидроморфных почвах: концепция формирования органопрофиля минеральной толщи.

В формировании органического профиля минеральной части почв могут участвовать следующие процессы

• Гумусонакопление за счет разложения корневого опада in situ (Караваева, 1963, Иг-натенко, Хакимзянова, 1970, Игнатенко, 1971, 1972, Васильевская, 1980 и др )

• Криогенный массообмен При морозном растрескивании, солифлюкции, пучении, пятнообразовании и т д органогенные горизонты могут погребаться на значительные глубины, в результате происходит обогащение деятельного слоя почв opi аническим веществом Со временем погребенное органическое вещество измельчается за счет многократного шлирообразования и частично трансформируется в грубогумусовые соединения (Douglas and Tedrow, 1959, Tarnocai and Smith, 1992, Michaelson et al, 1996, Bockheim et al, 1998, Ping et al, 1998, Игнатенко, 1971, Губин, 2001 и др)

• Мерзлотная ретинизация, т е миграция водорастворимых органических веществ (ВОВ) в глубь профиля к холодному фронту многолетней мерзлоты, механическая задержка ВОВ над мерзлотным водоупором и их постепенное накопление (консервация) в минеральной толще в связи с замедленностью разложения (Караваева, Тар-гульян, I960,1963, Игнатенко, 1971, 1978, Васильевская, 1980)

• Наследование высокого содержания Сорг от почвообразующей породы В почвообразующих породах Колымской низменности (отложения лессово-ледового комплекса) исходно (по отношению к современному почвообразованию) содержится 1-2% (до 3%) Сорг, это органическое вещество наследуется современными почвами (Губин, 1999 и др )

На рис 4 2 1 представлены разработанные нами «идеальные» модели распределения Сорг по профилю минеральной почвы Графики отображают действие каждого процесса в отдельности на «чистый» субстрат» - незатронутую почвообразованием породу

Содержание Сорг Содержание Сорг минеральная поверхность почвы

Содержание Сорг Содержание Сорг

мерзлая порода

Криогенный массообмен

Гумусонакопление за счет разложения корневого опада ш эни

Мерзлотная ретинизация пропитывание ОВ минеральной толщи

Наследование Сорг от почвообразующей породы

Рис 4 2 1 Типы профильного распределения Сорг - «идеальные» модели

Разнообразие органопрофилей реально существующих почв представлено на рис 4 2 2 Общее количество проанализированных профилей - 60

Ссрг %

асо ад 400 боо ад) 0001—

Ссрг %

000 2,00 4 00 6 00 8,00

Аккумулятивный - с единственным максимумом в верхней части профиля (45% от общего числа профилей)

Со вторым максимумом в надмерз-лотной части профиля (43,3%)

С максимумом в центральной часта профиля (11,7%)

Рис 4 2 2 Типы профильного распределения Сорг в минеральной толще почв Все рассматриваемые профили обнаружили высокое содержание Сорг в своей минеральной части (0,7-7,5%) В 45% случаев профильное распределение Сорг близко к аккумулятивному с единственным максимумом в верхней части В более чем половине профилей отмечается второй максимум Сорг 43,3% - непосредственно над мерзлым горизонтом, 11,7% - в центральной части Принципиально схожая картина наблюдается и для профильного распределения ВОВ Аккумулятивное распредетение имеют 35,7% профилей В таком же количестве профилей фиксируется надмерзлотный максимум ВОВ В 28,6% случаев максимум ВОВ отмечается в центральной части профиля

Цветная вставка

до нагревания после нагревания

Рис. 4.2.7. Изменение окраски образца горизонта при нагревании.

| Масштаб представления 1 : 70 ООО

Условные обозначения

| Криоземы палево-метаморфизованные; торфяно-криоземы глееватые

| Криоземы типичные, перегнойные и глееватые; торфяно-криоземы глееватые

| Криоземы типичные, глееватые; торфяно-криоземы глееватые

| Криоземы глееватые

Я Криоземы-глееватые; торфяно-криоземы глееватые

| Криоземы глееватые; глееземы типичные

О Глееземы типичные; торфяно-глееземы перегнойно-торфяные

В Торфяно-глееземы полигонов; глееземы типичные и перегнойные валиков

| Глееземы перегнойные

Ш Глеземы перегнойные; торфяно-глееземы типичные

| Торфяно-глееземы; торфяные олиготрофные остаточно-зутрофные

| Торфяно-литоземы типичные

| Торфяно-литоземы типичные; литоземы перегнойные типичные; каменистые пятна

Ц Торфяно-литоземы типичные; литоземы перегнойные типичные

| Аллювиальные дерновые глееватые

Каменистые россыпи

Ш Реки, озера

Ц Населенные пункты

Рис. 5.1.1. Состав почвенного покрова ключевого участка (128,4 км2) в предтундровых редколесьях нижней Колымы (фактический масштаб карты - 1:2300; масштаб представления - 1:70000)

Средняя мощность деятельного слоя, с»

данные отсутствуют 40- 45 46 - 50 51 - 55 56- 60

■ 61 - 65

■ 66-70 В 71 - 80

■ 81 - 90

■ 91- 100

■ 101 -110 ■ Реки, озера

Населенные пункты

Рис. 5.2.1. Средняя мощность деятельного слоя в различных почвенных комбинациях

Запасы Сорг, кг/мЛ2

0,2 - 3

4 - 6

7 - 9

10 -12

£ 13 -15

Ш16 -18

■ 19 -21

■ 22 -24

■ 25 -27

■ 28 -30

■ 31 -33

■ 34 -36

Масштаб представления 1 : 70 000

Рис. 5.2.2. Запасы углерода в деятельном слое.

Отношение подвижных и неподвижных фракций органического вещества в большинстве случаев значительно выше в почве (современном деятельном слое), нежели чем в мерзлой почвообразующей породе (рис 4 2 3) Данный факт указывает на существенный привнос подвижного органического вещества в профиль современной почвы, что в свою очередь свидетельствует в пользу процесса мерзлотной ретинизации

В большинстве случаев распределения биомассы корней и запасов Сорг не совпадают (рис 4 2 4) Биомасса корней в изучаемых почвах всегда распределена аккумулятивно, в то время как запасы углерода имеют различные типы распределения, при этом сохраняя достаточно высокие значения в верхней части минеральной толщи По-видимому, процесс гумусонакопления за счет разложения корней in situ определяет максимум Сорг лишь в приповерхностной части профиля

Подвижные фр-и

Неподвижные фр-и

кг/м2

Л 10

20 30 40 50

60 ■

Отношение подвижных и неподвижных фракций в разных почвах

Среднее отношение подвижных и неподвижных фракций в почвообразу ющей породе

л 10 У

б 20 -и

н 30 -

a, i

40 -

м 50 60

Распределение

биомассы

корней

-Распределения запасов Сорг

Рис 4 2 3 Соотношение подвижных и непод- Рис 4 2 4 Распределение биомассы корней и вижных фракций органического вещества в поч- запасов Сорг вах и почвообразующей породе (подвижные фракции 1а фракция ФК, I фракции ГК и ФК, II фракция ФК, неподвижные фракции II фракция ГК, III фракции ГК и ФК, негидролизуемый остаток)

Однозначная зависимость между распределением Сорг и типами почв, типами органогенных горизонтов не выявлена (рис 4 2 5) Почвы с одинаковыми типами органо-профилей встречаются как в тундре, гак и в предтундровых редколесьях Географическая специфичность явления надмерзлотного накопления органического вещества выражена крайне слабо Несмотря на широкое распространение надмерзлотной аккумуляции Сорг ее проявление в пределах однородных объектов (географической зоны, типа почв, сочетания органогенных горизонтов) носит нестабильный характер

Случайность проявления того или иного типа распределения свидетельствует против гипотезы исключительно педогенного (гумусонакопление за счет разложения корневого опада in situ, мерзлотная ретинизация) происхождения органопрофилей Наиболее очевидным процессом, контролирующим высокое разнообразие органопрофилей, является криогенный массообмен, степень проявления которого крайне неоднородна в пространстве

10 о

А. (1) - криогидроморфные глеевые почвы (42 профиля); (2) - криогидроморфные не-глеевые почвы (18 профилей), ю

В. (1) - тундра (49 профилей); (2) - пред-тундровые редколесья (11 профилей)

С. (1)-гор-т О; (2)-гор-ты СЬ-Т; (3)-гор-ты 0+А1; (4) - гор-т А1; (5) - отсутствуют (почвы пятен)

Рис. 4.2.5. Встречаемость различных, типов профильного распределения Сорг в зависимости от типа почвы (А), зональной принадлежности (В) и типа органогенных горизонтов (С)

Типы распределения Сорг: ОН - аккумулятивный с единственным максимумом в верхней части;

11 - со 2-ым максимумом в надмерзлотной части; 1Ш - со 2-ым максимумом в центральной части

Примечание: за 100% в (А) и (В) принято количество профилей в каждой группе

Гидрофильные фракции обнаружены во всех горизонтах почвы, в том числе и над-мерзлотных (рис. 4.2.6). Иначе говоря, даже в нижних горизонтах присутствует привнесенное водным раствором органическое вещество, определенные фракции которого накапливаются над мерзлотой (гидрофильная фракция 1) - имеет место миграция водорастворимого органического вещества (мерзлотная ретинизация).

Содержание фр-ий, %

Гидрофильные фракции

Гидрофобные фракции /7

номера пиков

-♦—1 - гидрофил —2 - гидрофил 4,-3 - гидрофоб 4 - гидрофоб

Относительное содержание хром, фракций ОВ, %

Гидрофильные Гидро фобные

1 2 3 4 5 6

тз 58,61 17,35 9,59 14,44 0 0

АЬ 66,22 10,71 6,53 0 12,58 3,96

СШ 52,39 6,96 4,15 20,7 10,34 5,46

СЧ2 38,26 17,05 13.06 31,64 0 0

С 55,61 10,4 5,86 28,13 0 0

Рис. 4.2.6. Соотношение гидрофильных и гидрофобных фракций ОВ криозема глеевого (тундра)

Известно, что ВОВ может быть бесцветным (Яшин и др , 2001) Нагревание образцов горизонтов CR и CRg до 200°С, сопровождающееся окислением ОВ, привело к равномерному изменению окраски во всей массе образца (рис 4 2 7 - цветная вкладка) Это свидетельствует, что минеральный материал равномерно пропитан бесцветным тонкодисперсным органическим веществом, и величина содержания Сорг включает не только детрит, но и собственно бесцветное ОВ Если бы значения Сорг обуславливались лишь детритной органикой, изменение окраски было бы точечным Таким образом

а) Все проанализированные профили (количество - 60) обнаружили высокое содержание Сорг в своей минеральной части (0,7-7,5%) Практически в половине случаев (43,3%) фиксируется надмерзлотный максимум Сорг

б) Фактический органопрофиль формируется в результате сочетания всего комплекса выделенных процессов

- Вклад углерода почвообразующей породы в картину распределения Сорг в деятельном слое имеет место, но незначителен Гораздо большую роль играют современные процессы преобразования и перераспределения органического вещества

- Гумусонакопление за счет разложения корней in situ обуславливает лишь верхний максимум Сорг

- Наибольшую роль в поступлении и перераспределении ОВ в минеральной толще почв играют процессы криогенного массообмена и мерзлотной ретинизации, обеспечивая максимумы Сорг в средней и надмерзлотной частях профиля

в) Нестабильность проявления феномена надмерзлотной аккумуляции Сорг и высокое разнообразие органопрофилей обусловлены криогенным массообменом

Глава 5. Почвенный покров и запасы почвенного углерода.

5.1 Почвенный покров В главе представлены результаты исследования почвенного покрова предтундровых редколесий на правом берегу Колымы в окрестностях п Черский (68° с ш, 161° в д), на ключевом участке общей площадью 128,4 км2 Составленная карта (рис 5 1 1 - цветная вставка) дала возможность на примере почвенного покрова предтундровых редколесий свести в единое целое результаты наших исследований по основным генетическим проблемам криогидроморфных почв Колымской низменности При составлении карты учитывались результаты наших исследований в области диагностики глеевых и неглеевых разностей и особенности органопрофиля криогидроморфных почв

Почвенный покров региона на макроуровне представлен комбинациями горных и предгорных литоземов, суглинистых криогидроморфных почв едомных поверхностей, суглинистых криогидроморфных и органогенных почв пойм

Почвенный покров едомных поверхностей представлен мезокомбинациями крио-земов и глееземов Педогенез на автономных поверхностях под старовозрастными сук-цессиями (квазиклимаксный редкостойный лиственничник) имеет преимущественно окислительный тренд На плакорах преобладает неглеевое почвообразование, неоглеен-ные или слабооглеенные разности - криоземы, занимают до 70% едомных пространств Глееземы имеют сплошное распространение лишь в аккумулятивных позициях

В пойменных ландшафтах преобладает глеевое почвообразование, в горных ландшафтах - неглеевое

Исследования почвенного покрова тундры на отдельных ключевых участках, позволили провести сравнение пространственных закономерностей почвообразования в тундре и предтундровых редколесьях

В предтундровых редколесьях по сравнению с южной и типичной тундрами на породах единого генезиса (отложениях лессово-ледового комплекса) почвенный покров более стабилен В зоне редколесий существенно меньше выражены процессы криогенного массобмена солифлюкция, пучение, лятнообразование Имеются разтичия в мощности деятельного слоя, которая на момент максимального протаивания обычно на 1020 см больше в предтундровых редколесьях, чем в тундре Различия проявляются и по выраженности морфологических признаков оглеения почв южной и типичной тундры и почв предтундровых редколесий В целом, в почвах предтундровых редколесий оглее-ние выражено слабее, чем в тундре В тундре наиболее распространенным типом почв на плакорах являются почвы, которые можно классифицировать как пееземы и криозе-мы глеевые В предтундровых редколесьях - криоземы типичные, палево-метаморфизованные и глееватые

5.2. Пространственные закономерности распределения запасов углерода в предтундровых редколесьях Колымской низменности.

Для почв различных типов экосистем предтундровых редколесий Колымской низменности быта рассчитаны запасы органического углерода деятельного слоя, раздельно оценены запасы Сорг органогенных и минеральных горизонтов Полученные данные представлены в ГИС (МарШо Рго1ез5Юпа1 6 0) в виде самостоятельных картографических слоев по мощности деятельного слоя (рис 5 2 1 - цветная вставка), запасам углерода в минеральных и органогенных горизонтах (рис 5 2 2 - цветная вставка) Величина среднего запаса общего органического углерода в деятельном слое криогенных суглинистых почв - высокая - 15,1 кг/м2 Общие запасы почвенного углерода региона площадью 128,4 км2 составляют 1 9 Мт В среднем окото 60% запаса Сорг деятельного слоя приходится на минеральные горизонты

Наибольшее количество углерода (до 30,1 кг/м2) содержится в Гтееземах (Классификация почв России, 2004), занимающих в ландшафте аккумулятивные позиции и имеющих большую мощность органогенных горизонтов, а также в аллювиальных дерновых почвах (34,7 кг/м")

Наши данные опровергают распространенное представление, что на северо-востоке Евразии, в частности, на территории Котымской низменности, органическое вещество накапливается преимущественно на поверхности, в верхней органогенной части почв, в виде подститки, торфа или грубого гумуса Проведенные расчеты показали, что запасы углерода в минеральной части плакорных почв (рассчитанные на глубину деятельного слоя) в большинстве случаев превышают запасы Сорг в поверхностных органогенных горизонтах (торфянистых, грубогумусовых) В минеральных горизонтах почв, формирующихся в предтундровых редколесьях Колымской низменности на отложениях лессово-ледового комплекса (едома), может содержаться до 85% углерода профиля почвы (Криоземы глеевые и типичные - Классификация почв России, 2004) Лишь для почв, развивающихся в аккумулятивных позициях (тоги, овраги, термокарстовые депрессии - аласы и т д), а также на поймах, запасы Сорг преобладают в органогенных горизонтах (доля Сорг минеральных горизонтов < 50%) Однако и из этого правила существуют исключения - в аллювиальных дерновых почвах прирусловых валов поймы р Колымы в минеральных горизонтах может содержаться до 74% запасов углерода всей почвы

Феномен высокой насыщенности органическим углеродом минеральной толщи суглинистых криогидроморфных почв обоснован нами в главе 4 2

Глава 6. Пространственно-временные изменения почвенного покрова.

6.1. Эволюция и динамика глеевых и неглеевых почв тундры.

Как показано в главе 4.1, в криогидроморфных почвах тундры Колымской низменности общий оксидогенез железа развит слабо, а почвообразующая порода имеет преимущественно восстановленную малооксидную литоматрицу. Однако, полностью отрицать современное образование (гидр)оксидов Fe невозможно. Более того, современное почвообразование имеет окислительную направленность. Анализ разнообразия профилей криогидроморфных почв Колымской низменности, проведенный с применением новых оптико-химических критериев диагностики показал, что: а) для почвенного покрова региона характерно сочетание как оглеенных (глееземов), так и не оглеен-ных/слабоогленных почв (криоземов), что диагностировалось ранее по макроморфоло-гическим показателям; б) в профиле оглеенных почв сочетаются глеевые и неглеевые

На водораздельных участках на окислительный тренд педогенеза указывает тот факт, что горизонты с менее выраженными морфо-хроматическими признаками оглеения преобладают в верхней части профиля (рис. 6.1.1). Это может быть также обусловлено следующими причинами: а) современным надмерзлот-ным оглеением, явно превалирующим над поверхностным; б) реликтовым оглеением горизонтов нижней части профиля.

Совпадение оптико-химических характеристик надмерзлотных глеевых горизонтов и горизонтов мерзлой оглеенной породы свидетельствует в пользу унаследованности оглеения вых редколесий Кольмской низменности нижней части профиля.

(по данным полевых описаний). Q развитии оксидогенеза также свиде.

тельствуют более высокие значения красноты а* (табл. 4.1.2.1) и коэффициента окис-ленности железа Ко (0,61-0,67 против 0,48-0,60) в верхних минеральных горизонтах почв, а также наличие горизонтов редуцированного глея лишь в нижней надмерзлотной части профиля.

Возможно, что имеющиеся пусть и в малых количествах (гидр)оксиды железа образовались в почвах in situ в ходе современного почвообразования. В термокарстовых депрессиях и на склонах может иметь место латеральный привнос железа.

Такая картина осложняется локальными флуктуациями. Анализ пространственного распределения почв в предтундровых редколесьях Колымской низменности показывает, что наиболее оглеенные разности находятся в ожидаемых, наиболее гидроморф-ных позициях. В автономных позициях формируются неглеевые либо слабооглеенные почвы. То есть, пространственное распределение глеевых почв подчинено современным факторам (мезо-, микрорельеф, рельеф кровли мерзлой толщи - характер нижней 1рани-цы СТС).

Таким образом, специфическими чертами почвообразования изучаемых почв являются:

1. «Сильная реликтовая составляющая» - почвы развиваются на изначально бедных (гидр)оксидами железа субстратах, сформированных ранее при участии восстановительных процессов. Это сильно сглаживает морфологическую картину, формируемую

горизонты.

% профилей с определенным горизонтом

О 20 40 60 ВО

о«

Ц Cft.'i

НК'Й)

Рис. 6.1.1. Соотношение глеевых и неглеевых горизонтов в профилях криогидроморфных почв тундры и предтундро-

актуальным оглеением и затрудняет отдечение последнего от унаследованных признаков

2 Слабый современный оксидогенез жечеза в автономных почвах Окислительные процессы, получившие развитие после завершения периода термического оптимума и до наших дней, недостаточно интенсивны, чтобы высвободить бочьшие кочичества несиликатного железа, но достаточны, чтобы сформировать оксидно-железистую магрицу

3 На фоне имеющейся оксидно-железистой матрицы получает развитие актуальный процесс оглеения, низкой интенсивности и без яркого морфологического проявче-ния, характерного дтя субстратов богатых (гидр)оксидами железа

4 В профиле современных почв могут сочетаться два фронта оглеения - реликтовый и актуальный Первый представлен в основном морфотипом редуцированного глея над мерзлотой, второй - окисленным глеем, либо глее-ватым горизонтом в верхней части профиля Такая схема не абсолюта Полностью исключить влияние современных восстановительных процессов на сизый надчерзлотный горизонт нельзя, однако, они скорее вносят вклад в поддержание унаследованного

морфотипа (редуцирован- Рис 6 1 2 Схеш ЭВ01ЮЦИИ (динамики) почв адаса* (мыс м ный глеи) нежели в его Чукочий)

формирование * . рассматриваются только минеральные профили почв

Перечистенные осо- ** . горизонты с индексом в включают морфотипы редуциро-бенности почвообразова- ванного и окисленного гтея ния продемонстрированы

на примере эволюции (динамики) почв аласов (рис 6 1 2)

В дополнение к гипотезе ЕМ Наумова, Л А Фоминых, БН Золотаревой (1993, 1997, 2004), рассматривающих оглеение как реликтовое свойство породы (почв), связанное с историей развития и эволюции ландшафта (например, едо-ма—>алас—»осушающийся алас), наши данные указывают на унаследовапность низкого содержания (гидр)оксидов Ре от породы На такую сложную литогенную и факторно-экологическую матрицу накладываются современные окислительно-восстановительные процессы, в том числе и оглеение, что сильно затрудняет расшифровку глеевой «записи» почв

Приведенные случаи не описывают всего разнообразия изменений почв и почвенного покрова В гидроморфных позициях, в том числе и современных заболоченных аласах, устойчиво доминируют восстановительные условия

На наш взгляд, описанный характер почвообразования не удается полностью вписать в концепцию криогидроморфного неглеевого почвообразования И А Соколова, так как последняя подразумевает стабильность окислитечьной (во всяком случае, не восста-

Окислительный тренд, обусловтсн эволюцией ландшафта на уровне мезоре 1ьефа (озеро алас-дренированный алас) и макрокличатическими условиями, сопровождается окси-до|енезоч Ре низкой интенсивности

Термокарстовое озеро

Заболоченный алас

СИ ся

с** в

с с

Дренированный алас

ск

СЯа СЯ

Восстановительный тренд, обу-стовтен изменениями микрорельефа, сезонными климатическими фл> ктуа циями, сопровождается развитием актуальных глеевых процессов

новитедьной) обстановки. Хотя автономное на уровне мезорельефа почвообразование находится в целом в окислительном тренде, однако сильно осложнено локальными и актуальными восстановительными флуктуациями. Ряд исследованных почв отнесен к типу криоземов во многом по формальным критериям.

6.2 Пирогенная трансформация почвенно-растительного покрова предтунд-ровых редколесий Колымской низменности.

До настоящего времени сведений о пожарах и связанном с ними функционировании экосистем на северном пределе распространения древесной растительности Колымской низменности практически нет. В ходе настоящего исследования обнаружено, что в предтундровых редколесьях северо-востока Колымской низменности на породах единого генезиса, на одних и тех же элементах рельефа в непосредственной близости сосуществуют экосистемы, соответствующие различным этапам постпирогенного лесовозобновления.

Одной из наиболее зрелых экосистем района исследования (окрестности пос. Черский) является квазиклимаксный редкостойный лиственничник (возраст ~ 200 лет). Наряду с ним широко распространены экосистемы сомкнутого высокопродуктивного лиственничника (возраст 30-60 лет), редкостойного молодого лиственничника (средний возраст 60 лет). Направленность постпирогенных сукцессий зависит, прежде всего, от характера (низовой, верховой - преобладают низовые) и интенсивности пожара. Существенным оказывается также наличие в первые годы после пожара достаточного количества жизнеспособных семян. При выполнении последнего условия сукцессия может пойти по пути формирования чрезвычайно плотного лиственничника, который впоследствии саморазреживается (рис. 6.2.1).

Квазиклимаксный редкостойный лиственничник

Сомкнутый лиственничник

Рис. 6.2.1 Последовательность смены постпирогенных сукцессий

При сильном пожаре и отсутствии семян могут сформироваться безлесные участки с кустарничково-травянистым покровом, устойчивые к появлению лиственницы в течение как минимум 30 лет. Однако впоследствии эти участки также заселяются лиственницей. Формируется редкостойный лиственничник.

Общие на первых послепожарных этапах закономерности трансформации почвенного покрова (увеличение глубины протаивания, увеличение влажности почвы за счет вытаивания шлирового и жильного льда, усиление степени оглеенности, интенси-

фикация криотурбационных процессов) на следующих этапах претерпевают изменения в зависимости от направленности постпирогенной сукцессии (рис 6 2 2 )

|д (4, годы)

ю 100 1д (I, годы)

1000

Рис 6 2 2 Изменение свойств почв в зависимости от давности пожара и/ити типа постпирогенной сукцессии

посчедовательное послепожарное развитие редкостойного лиственничника -о- развитие через стадию сомкнутого лиственничника

Время, прошедшее Постпирогенные этапы возобновления растите чьности

с момента послед-

него пожара, годы

0 Старовозрастный (квазиклимаксный) редкостойный лиственничник

1 Гарь без древесной растительности

2 Гарь без древесной растительности

30 Гарь без древесной растительности

(кустарничково-травянистая стадия)

60 Редкостойный лиственничник

60 Сомкнутый лиственничник

200 Старовозрастный (квазиклимаксный) редкостойный лиственничник

Развитие после пожара сомкнутого лиственничника, которому сопутствует мощный ли-шайниково-кустарничково-моховый (доминируют мхи) напочвенный растительный покров, приводит к стабилизации почвенного покрова Не успевают развиться термокар-сювые процессы Мощность деятельного слоя резко уменьшается (с 120-140см до 3050см) Морфологические признаки оглеения и криотурбаций в профиле выражены сла-

мхи.

кустарнички, злаки.

лиственница

лишайники.

злаки.

мхи

растительный покров

^^ИИ^ИмЙн еральная поверхность 1

многолетняя мерзлота ■

Рис. 6.2.3. Соотношение поверхности растительного покрова, минеральной поверхности почвы и подошвы деятельного слоя (старовозрастный (квазиклимаксный) редкостойный лиственничник)

бо. При разреживании густого лиственничника усиливается парцеллярность напочвенного растительного покрова, уменьшается доля мхов, увеличивается присутствие лишайников. Напочвенный растительный покров редкостойного старовозрастного лиственничника состоит из регулярно чередующихся кустарничково-моховых и мохово-лишайниковых парцелл-полигонов.

Различия в теплоемкости мхов и лишайников - парцеллообразующих растений приводят к неоднородности в глубине протаивания, варьирование которой также носит регулярный характер (рис. 6.2.3). Средняя мощность сезонно-талого слоя под кустарничково-моховой парцеллой - 25см, под мохово-лишайниковой - 45см. На безлесных участках с кустраничково-травянистым покровом даже спустя 30-40 лет после пожара наблюдается большая мощность деятельного слоя 90-120см, проявляются термокарстовые процессы - закладывается полигональный микрорельеф. Блюдцеобразные понижения (диаметр 1-4м) соответствуют местам пересечения ледяных жил, которые частично протаивают при уничтожении растительного покрова при пожаре, вызывая тем самым термопросадки (относительные превышения 20-50см). Профиль почвы свидетельствует об интенсивных процессах криогенного массообмена.

Эффект быстрого увеличения при пожаре глубины протаивания (на более чем 100% за первый год), способной сохраняться на данном уровне в течение длительного времени, приводит к уникальному пути эволюции конкретной почвы, когда в почвообразование быстро и на существенный срок включаются нижележащие, как правило, ог-леенные слои породы. Такой тип эволюции возможен лишь в криолитозоне. Более того, увеличение мощности деятельного слоя приводит к вытаиванию шлирового, а иногда и жильного льда, при этом высвобождается избыточное количество влаги, стимулирующее в условиях затрудненного дренажа процесс оглеения. Все это приводит к изменению классификационного статуса конкретной почвы, вплоть до типового уровня (Классификации почв России, 2004) (рис. 6.2.4). Так почва, диагностируемая до пожара как криозем палево-метаморфизованный/типичный, в зависимости от фактического прироста глубины протаивания, степени исходной оглеенности породы, наличия ледяных жил и т.д., может быть после пожара отнесена к криозему глееватому, глеевому или даже к глеезему (рис. 6.2.4).

Криозем палево-метаморфизованный; типичный

Увеличение мощности деятельного слоя

Оглеенные горизонты унаследованы от почвообразующей пороОы

Увеличение мощности деятельного слоя; увеличение влажности и развитие оглеения при вытаивании подземных льдов

оглеенные горизонты сформированы современным оглеением и/или унаследованы ст породы

Рис 6.2.4. Схема постпирогенной эволюции почв

Оттаявшая порода, содержит существенные запасы органического углерода (в среднем - 1-2%). Вовлечение такого субстрата в почвообразование, может привести к включению прежде законсервированного Сорг в современные циклы, и как следствию, увеличению эмиссии С02 с поверхности почвы. В районе исследований пожары носят преимущественно антропогенный характер.

6.3 Динамика запасов углерода в почвах предтундровых редколесий в связи с пожарами.

Как показано в главе 6 2 постпирогенные почвенно-растительные сукцессии носят циклический характер При одинаковых литологических и геоморфологических условиях это позволяет оценить динамику почвенных свойств, в том числе запасов углерода Для обеспечения сопоставимости данных запасы уперода в минеральных горизонтах рассчитывались для слоя мощностью 50см Запасы углерода органогенных горизонтов рассчитывались на их фактическую мощность Закономерности изменения запасов углерода в зависимости от давности пожара, типа сукцессии не столь очевидны (рис 6 3)

от давности пожара и/или типа постпирогенной сукцессии I - последоватечьное послепожарное развитие редкостойного лиственничника II- развитие через стадию сомкнутого чиственничника Примечание тегенда - см рис 6 2 2

Постпирогенное уменьшение запасов углерода наиболее существенно в органогенной части профиля (Д= -3,4 кг/м2 С) Вслед за ожидаемым снижением в первые годы после пожара запасы углерода в органогенных горизонтах постепенно увеличиваются, достигая через 60 лет первоначальных значений (в пределах варьирования величины) (тип сукцессии I) или даже превышая их (тип сукцессии II) (Д= 1,7 кг/м2 С) Последнее характерно для экосистемы сомкнутого лиственничника с мощным моховым покровом, способствующим активному торфонакоплению

Изменение запасов углерода в минеральных горизонтах носит иной характер Для I типа сукцессии спустя 30 лет после пожара зафиксировано сокращение пула уперода в минеральных горизонтах (Д= -1,6 кг/м2 С), с резким ростом в следующей временной точке опробования (60 лет) (Д= 2,5 кг/м2 С) Такой «неочевидный» скачок, по-видимому, контролируется двумя факторами мощностью СТС и криотурбациями По нашим данным (рис 6 2 2), спустя 30-60 лет после пожара, глубина протаивания уменьшается, стремясь к своим первоначальным значениям, одновременно с этим наибольшее развитие получает процесс криогенного массообмена (оценивался косвенно по морфочогиче-ским признакам) Криотурбации в условиях подступающей кровли мерзтоты и уже сформированного органогенного мата, наиболее интенсивно обогащают минеральную толщу органическим веществом Схожая тенденция наблюдается и для II типа сукцес-сий (30 летний минимум здесь не зафиксирован, возможно, вследствие отсутствия точки опробования)

Таким образом, воздействие пожаров на пул почвенного углерода не однозначно В первые годы после пожара наблюдается «классическое» снижение запасов углерода органогенных горизонтов, однако на ботее поздних стадиях возникает постпирогенный

эффект избыточного (по отношению к первоначальному) накопления ОВ на минеральной поверхности В свою очередь такие пирогенные последствия как опускание-поднятие кровли мерзлоты и интенсификация криогенного массообмена в условиях активного накопления органического вещества верхних горизонтов могут приводить к увеличению пула углерода минеральной толщи

При изучении процессов формирования органопрофиля почв предтундровых редколесий следует учитывать пирогенный фактор

Выводы

1 Анализ разнообразия профилей суглинистых почв Колымской низменности с применением новых оптико-химических критериев диагностики показал, что

(а) в предтундровых лиственничных редколесьях педогенез на автономных поверхностях под квазиклимаксными растительными сукцессиями имеет преимущественно окислительный тренд Неглеевые (слабооглеенные) почвы, криоземы, занимают до 70% едомных пространств Глееземы имеют сплошное распространение лишь в аккумулятивных позициях

(б) в почвенном покрове тундр на едомных отложениях глееземы имеют большее распространение, но при этом на дренированных водоразделах современный педогенез также как и в редколесьях имеет окислительную направленность

2 (а) Количество и состав (гидр)оксидов железа в суглинистых почвах и почво-образующих породах Колымской низменности (отложения лЬссово-ледового комплекса) оказывают существенное воздействие на проявление глеевых процессов Холодный тон глеевых горизонтов почв обусловлен не только актуальной редукцией Fe, но и цветом почвообразующей породы При низком содержании в породе (гидр)оксидов железа их редукция не приводит к радикальному изменению цвета субстрата от теплых к холодным тонам

(б) На фоне бедной (гидр)оксидами Fe литогенной матрицы в современных автономных почвах сочетаются актуальные окислительные и восстановительные процессы В верхних минеральных горизонтах идет оксидогенез Fe низкой интенсивности, формируется окраска «теплых» тонов Морфологические признаки этого процесса частично или полностью стираются при актуальном восстановлении Ре-(гидр)оксидов Общая окислительная направленность автономного (на уровне мезорельефа) почвообразования сильно осложнена локальными и актуальными восстановительными флуктуация-ми

(в) В профиле суглинистых глеевых почв могут сочетаться два фронта оглее-ния - реликтовый и актуальный Первый представлен в основном морфотипом редуцированного глея над мерзлотой, второй - окисленным глеем, либо глееватым горизонтом в верхней части профиля «Сильная реликтовая составляющая» подтверждается совпадением оптико-химических характеристик надмерзлотных глеевых горизонтов и мерзлой оглеенной породы Актуальные восстановительные процессы поддерживают сохранение сизых надмерзлотных горизонтов

3 Предложена синтетическая концепция формирования органопрофиля минеральной толщи криогенных суглинистых почв Наибольшую роль в поступлении и перераспределении ОВ в минеральных горизонтах играют процессы криогенного массообмена и мерзлотной ретинизации, с которыми связаны максимумы содержания Сорг в средней и надмерзлотной частях профиля Гумусонакопление за счет разложения корней in situ обусловливает лишь верхний максимум Сорг Вклад углерода почвообразую-

щей породы в картину распределения Сорг в деятельном слое имеет место, но значительно уступает современным процессам преобразования и перераспределения ОВ

4 Ветичина среднего запаса органического углерода в деятельном слое суглинистых почв предтундровых редколесий - высокая - 15,1 кг/м2 Наибольшее количество углерода (до 30,1 кг/м2) содержится в глееземах, занимающих в ландшафте аккумулятивные позиции и имеющих большую мощность органогенных горизонтов, а также в аллювиальных дерновых почвах (34,7 кг/м2)

Запасы углерода в минеральной части плакорных почв (рассчитанные на гчубину деятельного слоя) в большинстве случаев превышают запасы Сорг в поверхностных органогенных горизонтах (торфянистых, грубогумусовых) В минеральных горизонтах почв, формирующихся в предтундровых редколесьях Колымской низменности на отложениях лессово-ледового комплекса (едома), может содержаться до 85% уперода профиля почвы Лишь для почв, развивающихся в аккумулятивных позициях (логи, овраги, термокарстовые депрессии - аласы и т д), а также на поймах запасы Сорг преобладаю! в органогенных горизонтах В среднем 60% запаса Сорг деятечьного стоя приходится на минеральные горизонты

5 (а) Одним из основных факторов, определяющих динамику растительного и почвенного покрова в предтундровых редкочесьях северо-востока Колымской низменности, является пирогенез От силы и давности пожара зависит тип сукцессий, глубина протаивания мерзтоты, интенсивность криотурбаций, степень оглеенности профиля, а также запасы углерода деятельного слоя Все плакорные почвы района исследований находятся на различных этапах постпиро1енного развития, формируя неоднородноаь почвенного покрова

(б) Результаты воздействия пожаров на пул почвенного углерода неоднозначны В первые годы после пожара наблюдается ожидаемое снижение запасов углерода органогенных горизонтов (Д= -3,4 кг/м2 С), однако на более поздних стадиях возникает постпирогенный эффект избыточного (по отношению к первоначальному) накопления ОВ на минеральной поверхности (Д= +1,7 кг/м2 С) Такие последствия пожаров как опускание-поднятие кровли мерзлоты и интенсификация криогенного массообмена в условиях активного накопления органического вещества верхних горизонтов могут приводить к увеличению пула углерода минеральной толщи (Д= +2,5 кг/м2 С) Время необходимое для восстановления после сильного пожара исходных запасов почвенного Сорг составляет- 60-200 лет

Список публикаций

Статьи

1) Н.С. Мергелов Почвенно-растительный покров и его пирогенная трансформация в пред-тундровых редколесьях Колымской низменности Статья в сб Материалы по изучению русских почв Вып 5 (32), Изд-во С -Петерб Ун-та, 2004, с 94-98

2) Д Г Федоров-Давыдов, С П Давыдов, А И Давыдова, С А Зимов, Н С. Мергелов, В Е Остроумов, В А Сороковиков, А Л Холодов, И А Митрошин Пространственно-временные закономерности сезонного протаивания почв на севере Колымской низменности // Криосфера Земли, 2004, Том VIII, № 4, с 15-26

3) D G Fyodorov-Davydov, V A Sorokovikov, V Е Ostroumov, A L Kholodov, I A Mitroshin, N S. Mergelov, S Р Davydov, S A Zimov, and A I Davydova Spatial and Temporal Observations of Seasonal Thaw in the Northern Kolyma Lowland // Polar Geography, Vol 28, No 4, 2004 P 308-325

4) H С. Мергелов. Генезис органопрофилей суглинистых криогидроморфных почв Северо-востока Евразии Статья в сб Материалы VII Сибирцевских чтений «Почва как природный ресурс Севера», Архангельск, 2005, с 53-58

5) Ю Н Водяницкий, Н.С. Мергелов, С В Горячкин Диагностика оглеения в условиях низкого содержания оксидов железа (на примере почв тундры Колымской низменности) // Почвоведение, №3,2008

Тезисы

6) D G Fyodorov-Davydov, V A Sorokovikov, A L Kholodov, V Е Ostroumov, S V Gubm & D A Gilichmsky, N.S Mergelov, S P Davydov & S A Zimov Spatial and temporal observations of the seasonal thawing in the Northern of Kolyma lowland // Permafrost Extended abstracts reporting current research and new information of 8-th International Conference on Permafrost Zurich, Switzerland, 2003 P 41-42

7) Н.С, Мергелов Типы распределения углерода по профилю суглинистых криогидроморфных почв Северо-востока Евразии и их генетическая интерпретация П Материалы Международной конференции «Криосфера нефтегазоносных провинций», Тюмень, 2004 С 152-153

8) N.S. Mergelov. Local-Scale Mapping of Cryosols and Carbon Pools in North-East Eurasia // Materials of the IV International Conference on Cryopedology "Cryosols Genesis, Ecology and Management", Arkhagelsk-Pmega, August 1-8,2005 P 49-50

9) D G Fyodorov-Davydov, A L Kholodov, S P Davydov, A A Merekalova, N.S Mergelov Seasonal Thaw in Soils of the North Yakutia Tundra Landscapes // Materials of the IV International Conference on Cryopedology "Cryosols Genesis, Ecology and Management", Arkhagelsk-Pmega, August 1-8,2005 P 47-48

10)DG Tyodorov-Davydov, N.S Mergelov, LA Fommikh, SV Maximovich Soil Cover of the Kolyma Lowlands's Coastal Edomas // Materials of the IV International Conference on Cryopedology "Cryosols Genesis, Ecology and Management", Arkhagelsk-Pinega, August 1-8, 2005, P 47-48

11) N S. Mergelov. Origin of organic carbon pools in Kolyma Cryosols Phenomenon of organic carbon impregnation in mineral honzons // 18th World Congress of Soil Science, Philadelphia, USA, 9-15 July 2006 Abstracts P 490

12)YuN Vodyamtskn, N.S. Mergelov Problem of Gley Diagnostics Color and Iron Chemistry m Cryosols of Kolyma Lowland // 18lh World Congress of Soil Science, Philadelphia, USA, 9-15 July 2006 Abstracts P 685

13)ДГ Федоров-Давыдов, Н.С. Мергелов, ММ Морозов Почвенный покров приморских едом Колымской низменности // Материалы международной конференции «Криогенные ресурсы полярных регионов», том 2, Салехард, 2007 С 113-116

Подписано в печать 09 11 2007 г Исполнено 09 11 2007 г Печать трафаретная

Заказ № 972 Тираж 110экз

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш , 36 (495) 975-78-56 www autoreferat ru

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Мергелов, Никита Сергеевич

Введение.

Глава 1. Почвообразование в тундрах и предтундровых редколесьях Колымской низменности: основные концепции и актуальные проблемы.

1.1 Механизмы формирования холодной сизой («глеевой») окраски почв

1.2 Криогидроморфные глеевые почвы.

1.3 Криогидроморфные неглеевые почвы.

1.4 Процессы формирования органического профиля минеральной толщи почв.

Глава 2. Физико-географическая характеристика районов исследования, объекты исследования.

2.1 Физико-географическая характеристика районов.

2.2 Объекты исследования.

2.2.1 Тундра.

2.2.2 Предтундровые редколесья.

Глава 3. Методические подходы к исследованиям.

3.1 Изучение процессов формирования холодной, сизой окраски почв.

3.2 Изучение процессов, формирующих органический профиль минеральной части почв.

3.3 Изучение пространственно-временных закономерностей почвообразования.

Глава 4. Особенности педогенеза почв колымских тундр и предтундровых редколесий.

4.1 Глеевое и неглеевое почвообразование.

4.1.1 Морфологические особенности почв.

4.1.2 Оптические, химические и минералогические показатели глеевых и неглеевых горизонтов.

4.1.3 Процессы формирования холодной «глеевой» окраски почв.

Глава 5. Почвенный покров и запасы почвенного углерода.

5.1 Почвенный покров.

5.2 Пространственные закономерности распределения запасов углерода в предтундровых редколесьях Колымской низменности.

Глава 6. Пространственно-временные изменения почвенного покрова.

6.1 Эволюция и динамика глеевых и неглеевых почв тундры.

6.2 Пирогенная трансформация почвенно-растительного покрова предтундровых редколесий Колымской низменности.

6.3 Динамика запасов углерода в почвах предтундровых редколесий в связи с пожарами.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Почвообразование, почвенный покров и запасы углерода в колымских тундрах и редколесьях"

Актуальность. Природа Севера и особенно Северо-востока Евразии изучена недостаточно. Ее исследование и безопасное экологическое освоение является ближайшей перспективой российской науки и экономики. Для географии это, прежде всего, многостороннее изучение ландшафтов и их важнейших компонентов - почв.

Северо-восток Евразии - преобладающее по • площади пространство суши в полярных широтах Земли. Поэтому многие глобальные задачи не могут решаться без знания и учета природных и природно-антропогенных процессов, происходящих на этой территории. Одним из них является влияние почвенного покрова и циклов углерода (С) на формирование и изменение климата Земли. В почвах северных ландшафтов сосредоточена основная доля глобального почвенного углеродного пула (до 30%) (Орлов, Бирюкова, 1995; Честных, Замолодчиков, Карелин, 1999; Кудеяров, 2004; Пулы и потоки углерода., 2007 и др.). Известно, что почвы тундры и предтундровых редколесий отличаются значительным л варьированием запасов С (оценки колеблются - 20-45 кг/м для тундровых и

О 1

20-60 кг/м для «мерзлотно-таежных» почв (Кобак, 1988); 7,6-13,2 кг/м в среднем для зональных почв тундры и лесотундры Якутии (Честных и др., 1999)). В настоящее время требуются более точные данные для получения реальных осредненных характеристик. Особенно важными представляются не обобщенные оценки запасов С, произведенные на глобальном уровне, а детальные и дифференцированные оценки локального уровня. Решение этой задачи возможно только на основе генетико-географических данных по почвам и почвенному покрову.

Нерешенных вопросов генезиса и географии почв Северо-востока Евразии довольно много. К ним относятся дискуссионная проблема о характерных признаках минеральной толщи почв - повсеместности или локальности глеевого почвообразования (формирования не только глеевых, но и неглеевых криогидроморфных почв), вопросы диагностики глеевых и неглеевых горизонтов.

Недостаточно ясной является концепция образования органопрофилей разных суглинистых криосолей (мерзлотных почв). Большинство вопросов касается судьбы органического вещества (ОВ) в минеральной толще почв, его внутрипрофильного распределения, миграций разных типов и качества мигрирующего ОВ, возможности его аккумуляции в профиле. Эти аспекты исследования важны, прежде всего, для выяснения генезиса почв, их классификации, но также необходимы для получения картины географического распределения почв и их картографирования. Кроме того, такие данные - основа для корректной оценки запасов почвенного С на территории Северо-востока Евразии, что важно для выявления его глобального распределения и динамики.

Цель и задачи исследования.

Задачи:

1. Выявить ведущие факторы и процессы, обуславливающие генезис и разнообразие почв исследуемого региона. Установить пространственные закономерности почвообразования. Составить карту почвенного покрова, основанную на полевой и космической съемках.

2. Установить условия формирования и критерии диагностики криогидроморфных глеевых (тундровые глеевые почвы, глееземы) и неглеевых (слабооглеенных) суглинистых почв. Изучить особенности и механизмы процесса оглеения в криогидроморфных почвах Колымской низменности с использованием оптических, химических и минералогических показателей.

3. Выявить процессы формирования органического профиля минеральной толщи суглинистых недифференцированных криогидроморфных почв.

4. Для почв различных экосистем провести определение содержания углерода органогенных и минеральных горизонтов. Оценить запасы углерода для почвенных разностей и для всего региона в целом.

5. Оценить динамику и направленность изменений почв и запасов почвенного углерода во времени.

Положения, выносимые на защиту:

1. Почвенный покров в предтундровых редколесьях нижней Колымы представлен комбинациями криоземов и глееземов. На едомных водоразделах преобладает неглеевое почвообразование. На автономных поверхностях педогенез имеет окислительный тренд. Глееземы приобретают сплошное распространение в аккумулятивных позициях.

2. Для суглинистых почв Колымской низменности характерно высокое содержание и высокие запасы органического углерода. В среднем 60% запасов органического углерода автономных почв сконцентрировано в минеральной части профиля.

3. Органопрофиль минеральной толщи суглинистых криогидроморфных почв создается комплексом процессов: криогенный массообмен, мерзлотная ретинизация, гумусонакопление за счет разложения корневого опада in situ, наследование содержания Сорг от почвообразующей породы. Совместное действие таких процессов обуславливает высокую насыщенность органическим углеродом минеральной толщи.

4. Содержание и состав (гидр)оксидов железа в почвах и почвообразующих породах (отложения лёссово-ледового комплекса) Колымской низменности оказывают решающее воздействие на проявление глеевых процессов. При низком содержании (гидр)оксидов железа редукция Fe не приводит к радикальному изменению цвета горизонта от теплых к холодным тонам. Холодный тон глеевых горизонтов обусловлен не только актуальной редукцией Fe, но и цветом литогенной матрицы, содержащей малое количество (гидр)оксидов железа.

Научная новизна исследования.

1. Предложена синтетическая концепция формирования органопрофиля суглинистых криогидроморфных глеевых и неглеевых почв, распределяющая роли между процессами поступления, накопления и перераспределения органического вещества в минеральной части профиля. Показано, что в почвах региона исследований имеют место внутрипрофильная миграция водорастворимых органических веществ и их надмерзлотное накопление.

2. Установлены и картографически представлены закономерности распределения запасов Сорг в почвенном покрове предтундровых редколесий бассейна Колымы. Показано, что большая часть углерода автономных почв сконцентрирована в минеральной части профиля.

3. Впервые для суглинистых криогидроморфных почв Колымской низменности проведено разделение глеевых и неглеевых горизонтов на основе количественных оптико-химических и минералогических критериев.

4. Показано, что пирогенез - один из основных факторов, определяющих динамику растительного и почвенного покрова в предтундровых редколесьях нижней Колымы. Все почвы района исследований находятся на различных этапах постпирогенного развития, с чем связаны значительные различия в их классификационном положении.

Практическая значимость работы. Данные по запасам углерода в почвах Колымской низменности и модель накопления и перераспределения органического вещества в минеральной толще почв, могут быть использованы при расчетах углеродного цикла в северных экосистемах, а также при прогнозе климатических изменений в полярных областях. Полученные детальные данные по содержанию органического углерода в деятельном слое необходимы для повышения точности прогнозов эмиссии С02 из мерзлотных почв при изменении температурного режима. Предложена методика диагностики глеевых и неглеевых почвенных разностей в условиях низкого содержания (гидр)оксидов железа, которая может быть использована в Классификации и диагностике почв России.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 18-м Мировом конгрессе по почвоведению (Филадельфия, США, 9-15 июля 2006 г.); IV Международной конференции по криопедологии «Почвы холодных регионов: генезис, экология и рациональное использование» (Архангельск-Пинега, 1-8 августа 2005 г.); VII Сибирцевских чтениях «Почва как природный ресурс Севера» (Архангельск, 1 августа 2005 г.); Международной конференции «Криосфера нефтегазоносных провинций» (Тюмень, 24-27 мая 2004 г.); Всероссийской конференции «VII Докучаевские молодежные чтения» (Санкт-Петербург, 1-6 марта 2004 г.).

По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 4 статьи и 8 тезисов докладов. 1 статья принята к печати.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю работы, д.г.н. С.В.Горячкину и научному консультанту, д.с,-х.н. Ю.Н.Водяницкому. Особую благодарность автор выражает своему первому руководителю проф., д.г.н. В.О.Таргульяну за постоянный интерес к работе, незаменимые критические замечания и дружескую поддержку. Выражаем также глубокую признательность сотрудникам ИФХиБПП РАН д.г.н. С.В.Губину, Д.Г.Федорову-Давыдову и д.г.-м.н. Д.А.Гиличинскому, оказавшим неоценимую научную, техническую и человеческую поддержку в полевых исследованиях. Автор благодарен д.г.н. С.Н.Лесовой за проведение рентгенофазового анализа глинистых минералов, д.б.н. Е.Ю.Милановскому за определение амфифильности органического вещества и помощь в интерпретации полученных результатов, к.с.-х.н. М.П.Лебедевой за выполнение микроскопического анализа почв, д.б.н. Т.Х. Максимову за предоставленные данные по динамике лесных пожаров. Автор благодарит коллектив Северо-восточной научной станции ТИГ ДВО РАН, и, в особенности, С.А.Зимова и С.П.Давыдова, а также профессора Университета Аляски (Фэрбэнкс, США) Т.Чапина за предоставленную возможность проведения полевых исследований, финансовую поддержку и ценные научные консультации. Автор благодарит весь коллектив лаборатории географии и эволюции почв ИГ РАН за внимательное отношение к нашим исследованиям и неизменно полезные советы, улучшившие работу. Работа выполнена при поддержке РФФИ и программы Президиума РАН № 16 «Международный полярный год».

Заключение Диссертация по теме "Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов", Мергелов, Никита Сергеевич

Выводы

1. Анализ разнообразия профилей суглинистых почв Колымской низменности с применением новых оптико-химических критериев диагностики показал, что: а) в предтундровых лиственничных редколесьях педогенез на автономных поверхностях под квазиклимаксными растительными сукцессиями имеет преимущественно окислительный тренд. Неглеевые (слабооглеенные) почвы, криоземы, занимают до 70% едомных пространств. Глееземы имеют сплошное распространение лишь в аккумулятивных позициях. б) в почвенном покрове тундр на едомных отложениях глееземы имеют большее распространение, но при этом на дренированных водоразделах современный педогенез также как и в редколесьях имеет окислительную направленность.

2. (а) Количество и состав (гидр)оксидов железа в суглинистых почвах и почвообразующих породах Колымской низменности (отложения лёссово-ледового комплекса) оказывают существенное воздействие на проявление глеевых процессов. Холодный тон глеевых горизонтов почв обусловлен не только актуальной редукцией Fe, но и цветом почвообразующей породы. При низком содержании в породе (гидр)оксидов железа их редукция не приводит к радикальному изменению цвета субстрата от теплых к холодным тонам. б) На фоне бедной (гидр)оксидами Fe литогенной матрицы в современных автономных почвах сочетаются актуальные окислительные и восстановительные процессы. В верхних минеральных горизонтах идет оксидогенез Fe низкой интенсивности, формируется окраска «теплых» тонов. Морфологические признаки этого процесса частично или полностью стираются при актуальном восстановлении Ре-(гидр)оксидов. Общая окислительная направленность автономного (на уровне мезорельефа) почвообразования сильно осложнена локальными и актуальными восстановительными флуктуациями. в) В профиле суглинистых глеевых почв могут сочетаться два фронта оглеения - реликтовый и актуальный. Первый представлен в основном морфотипом редуцированного глея над мерзлотой, второй -окисленным глеем, либо глееватым горизонтом в верхней части профиля. «Сильная реликтовая составляющая» подтверждается совпадением оптико-химических характеристик надмерзлотных глеевых горизонтов и мерзлой оглеенной породы. Актуальные восстановительные процессы поддерживают сохранение сизых надмерзлотных горизонтов.

3. Предложена синтетическая концепция формирования органопрофиля минеральной толщи криогенных суглинистых почв. Наибольшую роль в поступлении и перераспределении ОВ в минеральных горизонтах играют процессы криогенного массообмена и мерзлотной ретинизации, с которыми связаны максимумы содержания Сорг в средней и надмерзлотной частях профиля. Гумусонакопление за счет разложения корней in situ обусловливает лишь верхний максимум Сорг. Вклад углерода почвообразующей породы в картину распределения Сорг в деятельном слое имеет место, но значительно уступает современным процессам преобразования и перераспределения ОВ.

4. Величина среднего запаса органического углерода в деятельном слое суглинистых почв предтундровых редколесий - высокая - 15,1 кг/м2. л

Наибольшее количество углерода (до 30,1 кг/м ) содержится в глееземах, занимающих в ландшафте аккумулятивные позиции и имеющих большую мощность органогенных горизонтов, а также в аллювиальных дерновых почвах (34,7 кг/м ).

Запасы углерода в минеральной части плакорных почв (рассчитанные на глубину деятельного слоя) в большинстве случаев превышают запасы Сорг в поверхностных органогенных горизонтах (торфянистых, грубогумусовых). В минеральных горизонтах почв, формирующихся в предтундровых редколесьях Колымской низменности на отложениях лессово-ледового комплекса (едома), может содержаться до 85% углерода профиля почвы. Лишь для почв, развивающихся в аккумулятивных позициях логи, овраги, термокарстовые депрессии - аласы и т.д), а также на поймах запасы Сорг преобладают в органогенных горизонтах. В среднем 60% запаса Сорг деятельного слоя приходится на минеральные горизонты.

5. (а) Одним из основных факторов, определяющих динамику растительного и почвенного покрова в предтундровых редколесьях северо-востока Колымской низменности, является пирогенез. От силы и давности пожара зависит тип сукцессий, глубина протаивания мерзлоты, интенсивность криотурбаций, степень оглеенности профиля, а также запасы углерода деятельного слоя. Все плакорные почвы района исследований находятся на различных этапах постпирогенного развития, формируя неоднородность почвенного покрова. б) Результаты воздействия пожаров на пул почвенного углерода неоднозначны. В первые годы после пожара наблюдается ожидаемое снижение запасов углерода органогенных горизонтов (Д= -3,4 кг/м С), однако на более поздних стадиях возникает постпирогенный эффект избыточного (по отношению к первоначальному) накопления ОВ на

-л минеральной поверхности (Д= +1,7 кг/м С). Такие последствия пожаров как опускание-поднятие кровли мерзлоты и интенсификация криогенного массообмена в условиях активного накопления органического вещества верхних горизонтов могут приводить к увеличению пула углерода минеральной толщи (Д= +2,5 кг/м С). Время необходимое для восстановления после сильного пожара исходных запасов почвенного Сорг составляет - 60-200 лет.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Мергелов, Никита Сергеевич, Москва

1. Андреев В.Н., Перфильева В.И. Растительность Нижнеколымской тундры // Растительность и почвы субарктической тундры. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1980.

2. Андреев В.Н., Нахабцева С.Ф. Подзоны Якутской тундры // Биологические проблемы Севера. Тез. докл. VI симпозиума, вып. 3. Якутск, 1974, с. 40-45.

3. Александрова В.Д. Геоботаническое районирование Арктики и Антарктики. Д., 1977.188 с.

4. Бабанин В.Ф., Трухин В.К, Карпачевский И.О., Иванов А.В., Морозов В.В. Магнетизм почв. М.-Ярославль, 1995.222 с.

5. Васильевская В.Д. Почвообразование в тундрах Средней Сибири. М.: Наука, 1980. 235 с.

6. Васильевская В Д., Иванов В. В., Богатырев Л.Г. Почвы Севера Западной Сибири. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986.227 с.

7. Веригина К.В. К характеристике процессов оглеения почв // Труды Почвенного института АН СССР. М., 1953. Т.41. с. 198-252.

8. Водяницкий Ю.Н. О растворимости реактивом Тамма железистых минералов // Почвоведение. 2001. № 10. с. 1217-1229.

9. Водяницкий Ю.Н. Химия и минералогия почвенного железа. М.: Почв, ин-т им. В.В.Докучаева, 2003.238 с.

10. Водяницкий Ю.Н Химия, минералогия и цвет оглеенных почв. М.: Почв, ин-т им. В.В.Докучаева, 2006. 170 с.

11. U. Водяницкий Ю.Н., Шишов JJ.J1. Изучение некоторых почвенных процессов по цвету почв. М.: Почв, ин-т им. В.В.Докучаева, 2004. 88 с.

12. Втюрин Б.И Подземные льды СССР. М., 1975.

13. Высоцкий Г.Н. Глей. Избранные сочинения. Т.2. Изд. АН СССР. М.: 1962. с. 70-91.

14. Гончаров Г.Н., Зорина М.Л., Сухаржевский С.М. Спектроскопические методы в геохимии. Л-д. Изд. ЛГУ. 1982. 290 с.

15. Губин С.В. Палеогеографические аспекты почвообразования на Приморских низменностях Якутии. Пущино. 1987. 27 с.

16. Губин С. В. История развития почв колымской низменности в голоцене // Естественная и антропогенная эволюция почв. Под. ред. И.В. Иванова. Пущино, 1988. с. 44-51.

17. Губин С. В. Почвенные образования заключительного этапа формирования лёссово-ледовых отложений // Итоги фундаментальных исследований криосферы Земли в Арктике и Субарктике. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1997.С. 19-24.

18. Губин С. В. Голоценовая история формирования почв на приморских низменностях Севера Якутии // Почвоведение, 2001, №12, с. 1413-1420.

19. Еловская Л.Г. Классификация и диагностика мерзлотных почв Якутии. Якутск, 1987. 172 с.

20. Зайдельман Ф.Р. Естественное и антропогенное переувлажнение почв. С-Пб.: Гидрометеоиздат. 1992.285 с.

21. Зонн С.В. Железо в почвах. М.: Наука, 1982.206 с.

22. Иванова Е.Н. Некоторые закономерности строения почвенного покрова в тундре и лесотундре побережья Обской губы // О почвах Урала, Западной и Центральной Сибири. М.Т Изд-во АН СССР, 1962.С.49-116.

23. Иванова Е.Н., Караваева Н.А., Забоева ИВ., Таргульян В.О. Основные подтипы тундровых глеевых почв // Биологические основы использования природы Севера. Сыктывкар: Коми кн. изд-во, 1970. с. 94-99.

24. Иванов В.В., Богатырев Л.Г. К характеристике процесса оглеения в тундровых почвах (Западный Таймыр) // Вестник Моск. ун-та. Сер. 6, 1970. № 6. с. 72-77.31 .Игнатенко ИВ. Почвы восточно-европейской тундры и лесотундры. М.: Наука, 1979. 279 с.

25. Игнатенко ИВ. Почвы бассейна р. Кары и их зональное положение // Почвоведение. 1971. № 2. С. 3-16.

26. Игнатенко И.В., Хакимзянова Ф.И. Почвы и запасы фитомассы некоторых типов Карской тундры // Материалы симпозиума по рациональному использованию иохране воспроизводимых ресурсов Крайнего севера. Свердловск: наука, 1970. с. 215-217.

27. Каплина Т.Н., Гетерман Р.Е., Лахтина О.В. и др. Дуванный яр опорный разрез верхнеплейстоценовых отложений Колымской низменности // Бюл. Ком. по изуч. четвертичного периода. 1978. № 48. с. 49-65.

28. Каплина Т.Н. и др. История развития ландшафтов и мерзлых толщ Колымской низменности по радиоуглеродным, криолитологическим и палинологическим данным // Геохронология четвертичного периода. М.: Наука, 1980, с. 171-189.

29. Караваева Н.А. Тундровые почвы Северной Якутии. М.: Наука, 1969.208 с.

30. Караваева Н.А., Таргульян В.О. Об особенностях распределения гумуса в тундровых почвах Северной Якутии // Почвоведение. 1960. № 12. С. 36-45.

31. Караваева Н.А., Таргульян В.О. К изучению почв тундр Северной Якутии // О почвах Восточной Сибири. М., 1963. с. 53-72.

32. Кауричев И.С., Орлов Д.С. Окислительно-восстановительные процессы и их роль в генезисе и плодородии почв. М.: Колос, 1982.246 с.

33. Келлерман В.В., Цюрупа И.Г. Источники подвижного железа в почве // Почвоведение. 1965. № 10. С. 53-61.

34. Классификация и диагностика почв России // Под ред. JI.JL Шишова, В.Д. Тонконогова, И.И. Лебедевой, М.И. Герасимовой. Почв, ин-т им. В.В.Докучаева, 2004. 341 с.

35. Кобак К. И. Биотические компоненты углеродного цикла. JL: Гидрометеоиздзт, 1988.246 с.

36. Кудеяров В.Н. Современные оценки углеродного цикла в глобальном масштабе и на территории России // Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии. Под. ред. Н.П. Лаверова. Пущино, 2004. с. 17-26.

37. Кузнецов Ю.В. О вещественном составе верхнеплейстоценовых и голоценовых отложений в обнажении Чукочьем//Проблемы криолитологии. 1979. Вып. 8. с. 136-144.

38. Ливеровский Ю.А. Почвы тундр Северного края // Труды Полярной комиссии. 1934. Вып. 19.112 с.

39. Ливеровский Ю.А. Почвы Крайнего Севера и некоторые вопросы их генезиса и классификации // Почвоведение. 1983. № 5.с. 5-15.

40. Мажитова Г.Г. Об особенностях почвообразования на едомах Колымской низменности // Почвоведение. 1989. № 9. с. 15-25.

41. Мажитова Г.Г. Новые данные о географии почв на Северо-Востоке Азии // Материалы 1-ой Международной конференции "Криопедология" (Криогенныепочвы: влияние криогенеза на процессы и особенности почвообразования). Пущино, 1992. с. 26-31.

42. Макеев О.В. Почва, мерзлота, криопедология // Почвоведение, 1999, № 8. с. 947957.

43. Милановский Е.Ю. Гумусовые вещества как система гидрофобно-гидрофильных соединений. Автореф. дисс.доктора биологических наук. М., 2006. 94 с.

44. Михайлова Н.А., Орлов Д.С. Оптические свойства почв и почвенных компонентов. М.: Наука, 1986.118 с.

45. Наумов Е.М. Главные типы генетических почвенных профилей и особенности почвенного покрова таежной зоны Крайнего Северо-Востока Азии // Матер. Всес. Симпозиума «Биологические проблемы Севера». Ч. 1. Магадан, 1973. с. 48-55.

46. Наумов Е.М., Цюрупа ИТ., Наумова М.А. Особенности миграции веществ в почвах крайнего Северо-Востока // Почвы и растительность мерзлотных районов СССР. Магадан, 1973 с. 67-74.

47. Наумов Е.М., Градусов Б.П. Особенности таежного почвообразования на Крайнем Северо-Востоке Евразии. М.: Колос, 1974.147 с.

48. Наумов Е.М. Палеопедокриологические аспекты почвенного покрова ВосточноСибирского приледоморья // Тез. докл. VII съезда ВОП. Ташкент, 1985. 4.1. с. 73.

49. Наумов Е.М., Турсина Т.В., Верба М.Н. Мерзлотно-таежные почвы Северо-Востока Азии // Почвоведение. 1985. №6. с.5-16.

50. Наумов Е.М. Почвы и почвенный покров Северо-Востока Евразии. Дисс.докт. с.-х.н. М. 1993. 63 с.

51. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990. 325 с.

52. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н. Запасы углерода органиченских соединений в почах российской Федерации // Почвоведение. 1995. №1. с. 21-32.

53. Пермяков Е.Н. Влияние структурных и кристаллохимических особенностей монтмориллонита на технологические свойства бентонитовых и полиминеральных глин. Автореф. дисс.канд. техн. наук. Казань, 2005. 19 с.

54. Попов А.И. Особенности литогенеза аллювиальных равнин в условиях сурового климата// Изв. АН СССР. Сер. географ. 1953. №2. с. 50 72.

55. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России. Под ред. акад. Г.А. Заварзина, Москва, изд-во Наука, 2007. 315 с.

56. Романовский Н.Н. Формирование полигонально-жильных структур. Новосибирск: Наука, 1977.213 с.

57. Соколов И.А. Гидроморфное неглеевое почвообразование // Почвоведение. 1980а. № I.e.21-32.

58. Соколов И.А. О разнообразии форм гидроморфного неглеевого почвообразования // Почвоведение. 19806. №2. с. 5-18.

59. Соколов И.А. Теоретические проблемы почвоведения. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1993.232 с.

60. Соколов И.А. Почвообразование и экзогенез. М., Почвенный институт им. В.В.Докучаева, 1997.244 с.

61. Соколов И.А., Наумов Е.М., Конюшков Д.Е. Место криосолей в системе WRB -международной справочной базы по почвенным ресурсам // Итоги фундаментальных исследований криосферы Земли в Арктике и Субарктике. Новосибирск: Наука, 1997. с. 325-337.

62. Соколов И.А., Конюшков Д.Е. Почвы и почвенный покров северной циркумполярной области // Почвоведение, №11,1998.

63. Таргульян В.О., Герасимова М.И., Целищева Л.К, Шоба С.А. Оглеение и морфотипы глея// Почвоведение, 1987, №7, с. 16-24.1..Temepma JI.B. Почвы Колымской низменности // Почвы и ботанические исследования в Якутии. Якутск. 1972. с. 50-63.

64. Томирдиаро С.В. Лёссово-ледовая формация Восточной Сибири в позднем плейстоцене и голоцене. М: Наука, 1980.184 с.

65. Томирдиаро С.В., Черненький Б.И. Криогенно-эоловые отложения Восточной Арктики и Субарктики. М.: Наука, 1987.198 с.

66. Федоров-Давыдов Д.Г., Макеев О.В. Эволюция почв полигональных болот Колымской низменности в ходе их зарастания и трансформации // Почвоведение, № 5,1998, с. 577-585.

67. Федоров-Давыдов Д.Г., Губин С.В., Макеев О.В. Содержание подвижного железа и возможность оглеения в почвах Колымской низменности // Почвоведение, №2, 2004, с. 158-170.

68. Фоминых JI.A. Особенности почвообразования в Колымских тундрах // Почвоведение. 1997. № 8. С. 917-926.

69. Фоминых Л.А., Золотарева Б.Н. Происхождение и эволюция почв суглинистых междуречий на Приморских равнинах Севера // Динамика арктических побережий России. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. с.220-233.

70. Фоминых Л.А., Золотарева Б.Н. Особенности формирования почвенного покрова Колымской субарктики в связи с историей развития рельефа // Современные проблемы почвоведения в Сибири. Материалы. Межд. конф. Т. 2. Томск, 2000. с. 456-460.

71. Фоминых Л.А., Золотарева Б.Н. Экологические особенности глееземов Российской Арктики // Почвоведение, 2004. № 2. с. 147-157.

72. Честных О.В., Замолодчиков Д.Г., Карелин Д.Г. Запасы органического углерода в почвах тундровых и лесотундровых экосистем России // Экология, 1999, №6. с. 426-432.

73. Яшин И.М., Шишов JI.JI., Раскатов В. А. Почвенно-экологические исследования в ландшафтах. Учебное пособие. М.:МСХА, 2000. 560 с.

74. Bockheim J.G., Kimble J.M., Tarnocai С., Ping C.L. Gelisols: a newly proposed order in Soil Taxonomy // Cryosols in Classification Hierarchy, 1997, P. 11-14.

75. Bohn, H.L. Estimate of organic carbon in world soils. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1976, 40, P. 468-470.

76. Cardile C.M., Childs C.M., Whitton J.S. The effect of citrate / bicarbonate / ditionite treatment on standard and soil smectites by 57Mossbauer spectroscopy // Austral. J. Soil Res. 1987. V. 25. N2. P. 145-154.

77. De Jong E. Magnetic susceptibility of Gleysolic and Chernozemic soils in Saskatchewn // Can. J. Soil Sci. 2002. V. 82. P. 191-199.

78. Douglas L.A., Tedrow J.C.F. Organic matter decomposition rates in Arctic soils. Soil Sci., 1959, 88:305-312.

79. Favre F„ Tessier D., Abdelmaula M., Genin J.M., Gates W.P., Boivin P. Iron reduction and changes in cation exchange capacity in intermittently waterlogged soil // Eur. J. Soil Sci. 2002. V. 53. P. 175-183.

80. Heal O.W., Flanagan P.W., French D.D., MacLean Ir.S.F. Decomposition and accumulation of organic matter in tundra // Tundra Ecosystems: A Comparative Analysis. Cambridge: University Press, 1981. № 7. P. 587-633.

81. Johnson PL., Kelley J.J. Dynamics of carbon dioxide and productivity in an arctic biosphere // Ecology. 1970. V. 51. №1. P. 73-80.

82. Kelley JJ., Weaver D.F., Smith B.P. The variation of carbon dioxide under the snow in Arctic // Ecology. 1968. V. 49. № 2. P. 358-361.

83. Mazhitova G.G. Classification of Cryosols in Russia // Cryosols. 2004. P. 611-626.

84. Manceau A., Drits V.A., Lanson В., Chateigner D., Wu J., Huo D., Gates W.P., Stucki J.W. Oxidation-reduction mechanism of iron in dioctahedral smectites. 2. Structural chemistry of reduced Carfield nontronites // Am. Mineral. 2000b. V. 85. P. 153-172.

85. Mackay J.R. Ice-wedge cracks, western arctic coast // The Canadian Geographer. 1989. V. 33. № 4. P. 365-368.

86. McKeague J.A., Day J.H. Dithionite- and oxalate-extractable Fe and A1 as aids in differentiating various classes of soils // Can. J. Soil Sci. 1966. V. 46. P. 13-22.

87. Michaelson G.J., Ping C.L., Kimble J.M. Carbon storage and distribution in tundra soils of Arctic Alaska. U.S.A. Arctic and Apl. Res., 1996. 28(4)414-424.

88. Michaelson G.J., Ping C.L Soil organic carbon and C02 respiration at subzero temperature in soils of the Arctic. Alaska J. of Geophy. Res., 2003. 108 (D2).

89. Michaelson G.J., DaiX.Y., Ping C.L Organic matter and bioactivity in Cryosols о Arctic Alaska // Cryosols. Ed.: J.M. Kimble. 2004. P. 463-477.

90. Munch J. C., Ottow J. C. G. Preferential Reduction of Amorphous to Crystalline Iron Oxides by Bacterial Activity // Soil Science 1980. V. 129. P. 15-21.

91. Oechel W.C., Hastings S.J., Vourlitis G., Jenhins M., Rlechers G„ Grulke N. Recent change of arctic tundra ecosystems from a net carbon dioxide sink to a source // Nature. 1993. V. 361. № 6412. P. 520-523.

92. Oechel W.C., Vourlitis G„ Hastings S.J. Cold-season C02 emission from Arctic soils. Global Biogeoch. Cycles, 1997. 11:163-172.

93. Ogawa H. Litter production and carbon cycling in Pasoh Forest // Malayan Nature J. 1978. V.30. P. 367-373.

94. Ping C.L., Bockheim J.G., Kimble J.M., Michaelson G.J. Characteristics of cryogenic soils along a latitudinal transect in Arctic Alaska. J. of Geophy. Res. 1998. 103(D22):28,917-28,928.

95. Rhoton F.E., Bigham J.M., Norton L.D., Smeck N.T. Contribution of magnetite to oxalate-extractable iron in soils and sediments from the Maumee River basin of Ohio // Soil Sci. Soc. Am. J. 1981. V. 45. N 3. P. 645-649.

96. Raich J.W., Nadelhoffer K.J. Bekiwground Carbon allocation in forest ecosystems: global trends // Ecology. 1989. V. 70. № 5. P. 1346-1352.

97. Roden E.E., Zachara J.M. Microbial reduction of crystalline Fe(III) oxides: influence of oxide surface area and potential for cell growth // Environ. Sci. Technol. 1996. V.30. P.1618-1628.

98. Romanovsky V.E., Osterkamp Т.Е. Thawing of the active layer on the coastal plain of the Alaskan Arctic // Permafrost and Periglac. Process. 1997. 8. p. 1-22.

99. Russian-American seminar on cryopedology and global chance, November 15-16, 1992. Pushchino, 1993. P. 341-349.

100. Schwertmann U. Occurrence and formation of iron oxides in various pedoenvironment // Iron in soils and clay minerals. NATO. Dordrecht: Reidel. 1988. p. 267-308.

101. Svensson B.H., Veiim A.K., Kjelvik S. Carbon losses from tundra soils // Fennoscandian tundra ecosystems. Part 1. Plant and microorganisms. Berlin, Heiddelberg, N1: Springer-Verlaa (Ecological Studies, 16), 1975. P. 279-286.

102. Tarnocai C., Smith C.A.S., Fox C.A. International tour of permafrost affected soils. The Yukon and northwest territories of Canada. Ottawa, 1993.197 p.

103. Tedrow J.C.F. Soils of the polar landscapes. New Brunswick: Putgers University Press, 1977. 638 p.

104. Torrent J., Barron V. Diffuse reflectance spectroscopy of iron oxides I I Encyclopedia of Surface and Colloid Science. 2002. P. 1438-1446.

105. Vodyanitskii Yu.N., Mergelov N.S. Problem of gley diagnostics: color and iron chemistry in Cryosols of Kolyma Lowland // World Congress Soil Sc. July 9-15, 2006, Philadelphia, Penn. USA. Abstracts. P. 685

106. Weber M.G. Forest soil respiration in eastern Ontario jack pine ecosystems // Can. J. For. Res. 1985. V. 15. №6. P. 1069-1073.

107. Whalen S.C., Reeburgh JV.S. A methane flux time series for tundra environments // Global diogeochem. cycles. 1988. № 2.

108. World Reference Base for Soil Resources. World Soil Reports 84. ISSS\ISRIC\FAO, Rome, 1998, 88 p.

109. Zachara J.M., Fredrickson J. K, Li S., Kennedy D. W., Smith S.C., Gassman P.L. Bacterial reduction of crystalline Fe3+ oxides in single phase suspensions and subsurfase materials // Am. Miner. 1998. V. 83. P. 1426-1443.

110. Zimov S.A., Davydov S.P., Voropayev Yu. V., Prosiannikov S.F., Semiletova I. V. et al. Winter biotic activity and production of C02 in Siberian soils: A factor in the greenhouse effect. J. Geophys. Res., 1993.98. P. 5017-5023.

Информация о работе

Мергелов, Никита Сергеевич
кандидата географических наук
Москва, 2007
ВАК 25.00.23

Диссертация

Почвообразование, почвенный покров и запасы углерода в колымских тундрах и редколесьях - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы