Cryogenic soils near the Yeletsky settlement, northeast of the Komi Republic

1. Введение

Арктические и субарктические почвы на севере Большеземельской тундры изучены неоднородно, районы с детально изученным почвенным покровом ^{[2, 6, 22, 23]} соседствуют с практически неисследованными большими территориями. Между тем в почвенном покрове Большеземельской тундры отмечается большая неоднородность, сильно варьирующая по латерали. Эта неоднородность во многом обусловлена наличием многолетнемёрзлых пород ^[24] и интенсивностью процессов криогенеза ^[21]. Полное классификационное определение криогенных почв не всегда бывает однозначным ввиду того, что их исследование происходит в различные моменты в течение периода ежегодного оттаивания многолетнемерзлых пород ^[18]. Более того, современная классификация почв России продолжает дополняться ^[8], в особенности раздел связанный с почвами подверженными криогенезу. В наиболее полной на данный момент работе посвященной почвам Коми ^[1] криогенные почвы определены по классификации почв СССР ^[16] в которой не выделялись почвы из отделов криометаморфических и криогенных почв (табл. 1), что создает дополнительные разночтения при изучения почвенного покрова территории.

Таблица 1. Типы и подтипы криогенных почвы вблизи пос.Елецкий классифицированные по системам классификации почв России ^[15] и Международной реферативной базы почвенных ресурсов ^[29]

В исследуемом районе подробно изучены антропогенные почвы ^[10], горные территории под еловыми редколесьями ^[9] и торфяные олиготрофные почвы Большеземельской тундры в то же время криогенные природные почвы в тундровых ландшафтах изучены в этом районе слабо. Это побудило авторов детально изучить почвенную катену в районе пос. Елецкий.

2. Объект исследования и природные условия

Авторами изучены почвенные профили, вскрывающиеся в окрестностях выпуклобугристого массива близ пос. Елецкий ^[5], на северо-востоке Европейской территории России (рис. 1).

Рис. 1. Склон близ пос. Елецкий, на котором заложена почвенная катена (Фото А. Белик)

Геология

Северо-восток Республики Коми входит в состав восточной (горной) части территории и относится к складчатому сооружению Уральских гор, краевая часть которых сформировалась в начале мезозоя. Область Предуральского краевого прогиба сложена пермскими и триасовыми породами. Западнее Предуральского краевого прогиба расположена обширная область Печорской и Московской синеклиз, разделённых поднятием Тиманского вала ^[11].

Рис. 2. Фрагмент геологической карты дочетвертичных отложений Республики Коми ^[7]

В районе посёлка Елецкий геологическое строение представлено каменноугольными и пермскими отложениями, а к северо-востоку от Елецкого наблюдается выход на дневную поверхность массива, центральная часть которого относится к верхнему рифею, а краевые области имеют ордовик-девонский возраст (рис. 2).

Почвообразующими породами в северо-восточной части Коми, расположенной в пределах Большеземельской тундры, являются покровные пылеватые суглинки, которыми сложена большая часть междуречных поверхностей данного региона ^[23]. Мощность покровных суглинков составляет менее 10 м ^[2]. В низменных ландшафтах почвообразующими породами часто являются торфяники ^[4].

Климат

Климат, по данным метеостанции Елецкая близок к умеренно-холодному. Среднегодовая температура воздуха в среднем близка к –6 °C, хотя варьирует за последние 60 лет от –1,3 до –8,3 °C. Самым холодным месяцем в течение года является февраль, средняя температура которого за многолетний период наблюдений (1924-1989) составила -20,5°С (табл. 2). Самым тёплым месяцем считается июль, в течение которого воздух прогревается до +12,4°С. В целом, средние месячные значения температур воздуха (табл. 3) показывают, что устойчивая положительная температура воздуха держится здесь всего 4 месяца (в период с июня по сентябрь). Амплитуда среднегодовых температур составляет 32,9°С.

Таблица 2. Температура воздуха по метеостанции пос. Елецкий. С сайта http://www.pogodaiklimat.ru/history/23220.htm ^[30]

Таблица 3. Абсолютные минимумы и максимумы температур воздуха, средние максимальные, минимальные и среднегодовые температуры воздуха (°С) по данным метеостанции Воркута ^[19]

Для данного сектора субарктики характерна относительно высокая влажность, обеспечиваемая западным переносом атлантических воздушных масс. Среднемесячное количество осадков в течении года варьирует в узких пределах от 30 до 60 мм. Сумма осадков, выпадающих в течении года равна примерно 500 мм.

На широте Елецкого наблюдаются полярные ночи, в среднем продолжающиеся около 11 дней – с 17 по 27 декабря. Длительность полярного дня составляет 46 суток – с 30 мая по 14 июля ^[31].

Растительность

Наибольшее распространение в районе исследования имеют ерниковые, ивняковые и кустарниковые тундры, а также плоскобугристые болота ^[29]. Растительность в районе Елецкого принадлежит к тундровому и лесотундровому типу. В её составе преобладают княженика, брусника, голубика и др. На вершинах торфяных бугров лишайниковый покров часто нарушен, из-за чего на поверхности образуются голые пятна торфа ^[28]. Характерными особенностями растительного покрова являются мозаичность, быстрая контрастная смена растительных группировок ^[29].

Почвы

Исследуемая территория располагается в пределах Печорской низменности в подзоне южной тундры, в Большеземельской провинции, в Воркутинском округе тундровых поверхностно-глеевых, торфянисто- и торфяно-тундровых глеевых мерзлотных почв ^[1]. На плоских увалах широко распространены процессы застойного переувлажнения поверхностными водами с образованием на обширных пространствах болотно-подзолистых и торфяно-болотных почв Небольшие изменения рельефа в сторону улучшения дренажа поверхности отражаются на характере растительного и почвенного покрова – возникают мелкоконтурные сочетания и мозаичные комплексы полугидроморфных и автоморфных почв ^[1]. В районе пос. Елецкий распространены тундровые подбуры, криометаморфические почвы и торфяно-криозёмы.

Геокриологические условия

Многолетнемерзлые породы в регионе характеризуются массивно-островным по латерали (рис. 3) и сплошным по вертикали распространением, со средней годовой температурой грунта на глубине нулевых годовых амплитуд от –2°C до –5°C. Сезонно-талый слой составляет 1,0 м на торфяниках, и 1,2 м суглинках.

Рис. 3. Схема районирования Тимано-Печорской плиты по степени прерывистости многолетнемерзлых пород. По ^[14]

1 – 5 – геокриологические подзоны: 1 – сплошного, 2 – прерывистого, 3 – массивно-островного, 4 – островного (редкоостровного) распространения многолетнемерзлых горных пород, 5 – преимущественно сплошного распространения талых пород; 6 – южная граница распространения многолетнемерзлых пород

3. Методы исследований

Полевые

Отбор образцов почв, вскрытых разрезами близ Елецкого выпуклобугристого торфяника, производился в конце сентября 2020 г.

Разрезы выкапывались при помощи лопаты. Образцы деятельного слоя почв отбирались из серединной части каждого генетического горизонта при помощи ножей в пластиковые пакеты. Отбор проб почвы сопровождался подробным описанием таких почвенных свойств, как цвет, влажность, сложение, структура, включения, новообразования (тела, образующиеся в почве в результате протекания физико-химических процессов в почвах; их отличие от включений в том, что новообразования развиваются исключительно вследствие внутрипочвенных процессов и не могут быть привнесены извне), корни, переход к нижележащему горизонту и характер границы. Объём каждого образца составлял около 200 г.

Лабораторные

При обработке образцы почв и торфа высушивались при комнатной температуре (+25°С) в течение 48 часов. Затем почвы растирались в фарфоровой ступке фарфоровым пестиком и просеивались сквозь сито с диаметром пор 1 мм (для определения параметров рН и ЕС), а также сквозь сито с диаметром пор 0,25 мм (для определения содержания органического углерода и гумуса).

Почвенная кислотность (рН) и электропроводность (ЕС) были измерены в 21 образце, отобранном из генетических горизонтов почв, вскрытых разрезами на поверхности пологого слона Елецкого выпуклобугристого торфяника. Водные вытяжки почв изготавливались из навесок почв массой 5 г и дистиллированной воды в соотношении 1:5 (для минеральных горизонтов) и 1:25 (для поверхностных органогенных горизонтов). Показатели рН и ЕС водных вытяжек определялись с помощью стационарных рН- и TDS-метра METTLER TOLEDO. TDS-метр METTLER TOLEDO оснащён функцией автоматического пересчёта значений концентрации легкорастворимых солей (г/л) в значения электропроводности (мкС/см).

Определение процентного содержания органического углерода в образцах почв, отобранных на склоне Елецкого плоскобугристого торфяника, было выполнено в лаборатории эколого-геохимического Центра географического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова при содействии Е.В. Терской. Измерения проводились по методу И. В. Тюрина, в основе которого лежит реакция окисления органического углерода в почве избытком иона Cr⁶⁺. Навески сухой просеянной через сито с диаметром пор 0,25 мм почвы помещались в колбы и заливались 10 мл 0,4 М раствора 1/6 хромовой смеси (бихромата калия – K2Cr2O7) в разбавленной (1:1) серной кислоте (H2SO4). После этого пробы оставлялись на 20 минут в прогретом до 150-160°С сушильном шкафу для того, чтобы ускорить процесс окисления органического углерода. Затем остаток Cr в растворе оттитровывался 0,2 М раствором соли Мора - сульфата аммония железа (FeSO₄·(NH₄)₂SO₄·6H₂O) в присутствии 5 капель фенилантраниловой кислоты (C13H11NO2). Процентное содержание Сорг. и гумуса вычислялось по формулам:

С_орг.,% = (V₁-V₂) × M × 0,003 × 100 / m;

где V₁ – количество раствора соли Мора (см³), пошедшее на титрование Cr⁶⁺,

содержащегося в аликвоте хромовой смеси (1/6 K₂Cr₂O₇) – холостой пробе; V₂ – количество соли Мора (см3), пошедшее на титрование Cr⁶⁺, оставшегося после взаимодействия навески почвы с аликвотой хромовой смеси (1/6 K₂Cr₂O₇) ; М – молярность раствора cоли Мора; 0,003 – молярная масса ¼ С (г/моль); 100 – коэффициент перевода на 100 г почвы; m – масса сухой навески почвы.

Процентное содержание органического углерода и гумуса проанализировано в 21 образце почв.

4. Результаты

Описание почвенных профилей

Почвенный разрез в точке EL20-П1 (рис. 5, 6). Координаты: 67,04278° с.ш., 64,26606° в.д. Высота: по GPS - 129 м, по модели Google – 121 м н. у. м. Привязка: 795 м на северо-восток от EL20-2, 819 м на северо-восток от EL20-1. В 50 м – вездеходная дорога. В 2 км к западу от ст. Елецкая. Рельеф: плоская субгоризонтальная поверхность вершины междуречного повышения рек Усы и Елец (рис. 4). Микрорельеф кочковатый, пересечённый эрозионными бороздами. Высота кочек - 10 см, диаметр - 30 см. Растительность: проективное покрытие 100%. Багульник, черника, голубика, береза карликовая, злаки неопределенные, осоки, ягель, зеленые мхи, сфагновые мхи, шикша, плауны.

Рис. 4. Склон близ пос. Елецкий на котором заложена почвенная катена (Фото А. Белик)

Рис. 5. Профиль криометаморфической глееватой почвы (разрез EL20-П1) (Фото А. Белик)

Рис. 6. Схематическое изображение почвенного разреза и свойства криометаморфической почвы в точке EL20-П1

Описание почвенного разреза EL20-П1

О – 0-4 см, плохо разложенная органика, остатки мха и кустарника, крупные фрагменты багульника, цвет темно-бурый, влажный, рыхлый, переход резкий по цвету, гранулометрическому составу, граница слабоволнистая.

CRM1 – 4-24 см, однородно окрашенный, охристо-желтовато-бурый, свежий, структура первого порядка – ореховатая, структура второго порядка – икряная, легкий суглинок утяжеляется до среднего, слабо уплотненный, корни редкие, кустарничковой растительности, до 2 мм диаметром, переход постепенный по цвету.

CRM2 – 24-60 см, слабо неоднородная окраска сереет к низу, фон серовато-охристо-бурый, свежий чуть влажнее вышележащего, структура икряная, легкосуглинистый, уплотненный, темные марганцевые пятна единичные. Едва заметное ожелезнение, корни единичные меньше чем в вышележащем горизонте, переход ясный по цвету и оглеению, граница ровная.

CRM3g – 60-85 см, неоднородно окрашенный, на серовато-охристо-буром фоне сизоватые и рыжие пятна, влажный, ореховато-икряная структура, легкосуглинистый, плотный, ожелезненные пятна диаметром до 5 см, сизоватые пятна вертикально вытянутые клиновидные (оглеение), дресва единичная серого цвета, переход постепенный по выраженности оглеения и включениям.

CRM4g – 85-100 см окраска неоднородная, на серовато-охристо-буром фоне сизые и рыжие пятна горизонтально вытянутые, влажный, среднесуглинистый, икряная структура, плотный, железистые пятна, марганцевые пятна, оглеение, включения дресвы.

Название почвы: Криометаморфическая

Почвенный разрез в точке EL20-П2 (рис. 7, 8). Координаты: 67,04193° с.ш., 64,26427° в.д. Высота: по GPS – 107 м. Рельеф: Микропонижение на пологом склоне, примыкающем к вершине междуречья.

Рис. 7. Профиль торфяно-криозёма (разрез EL20-П2) (Фото А. Белик)

Рис. 8. Схематическое изображение почвенного разреза и свойства торфяно-криозёма в точке EL20-П2

Описание почвенного разреза EL20-П2

Тh - 0-20 см, неравномерно окрашенный, в верхней части более темный, в нижней более светлый, в верху очень темно-серый, внизу серовато-бурый с охристостью. Влажный, легкий суглинок, ореховато-комковатый, слабо уплотненный, включения корней мхов, осок, карл березы до 50%, слабо уплотненный, диаметром до 1 мм, переход ясный по цвету, граница слабоволнистая (20-21 см)

CR - 20-34 см, неоднородно окрашенный, рыжевато-бурый с серыми морфонами, влажный, пылеватый легкий суглинок, слабовыраженная ореховатая структура, уплотненный, новообразования более бурые крупные пятна (гумусовые), маленькие марганцевые пятна до 2 мм диаметром, редкие корни до 1 мм диаметром, переход резкий, граница кармановидная (25-34 см).

[Th] - 34-46 см, неравномерно окрашенный, с субгоризонтальными полосами, серого красновато-бурого цвета, влажный, легкий суглинок к супеси, слабовыраженная ореховатая структура, сильно оторфованный, единичные корни до 1 мм диаметром, уплотненный, берем на 14С, граница слабоволнистая, переход ясный по цвету.

С - 46-54 см, однородно окрашенный, желтовато-серый, пылеватый легкий суглинок, структура очень непрочная, крупитчатая, включения щебня, сильно уплотненный.

Название почвы: Торфяно-криозем

Почвенные разрезы в точках EL20-П3 и EL20-П4 (рис. 9, 11). Координаты: 67,04104° с.ш., 64,26119° в.д. Высота: по GPS – 100 м. Рельеф: Пятнисто-бугорковая тундра, фрагменты, почти лишенные растительности, с полигональными трещинами, невысокие бугры до 40 см высотой до 1 м диаметром. Растительность: карликовая береза, злаки, зеленые мхи, ягель, багульник, сфагновые мхи, лобария. ПП вне пятна 100%, внутри пятна 10-15%.

Рис. 9. Профили торфяно-криозёма глееватого (почва бугра, слева (разрез EL20-П3)) и криозёма глееватого (почва пятна, справа (разрез EL20-П4)) (Фото А. Белик)

Рис. 10. Схематическое изображение почвенного разреза и свойства торфяно-криозёма глееватого в точке EL20-П3

Описание почвенного разреза EL20-П3

Т - 0-24 см однородно окрашен, буровато-темно-серый, сложен из остатков сфагнума, веточек, 50% разложенности, влажный, рыхлый, переход ясный по цвету граница ровная.

CR crm (g) - 24-37 см, неоднородно окрашенный, на светло-охристо-буром фоне горизонтально вытянутые сизоватые и рыже-коричневые пятна до 1,5 см и 0,5 см, соответственно. Влажный, среднесуглинистый, бесструктурный с признаками крупитчатости, слабо уплотненный, плотнее вышележащего горизонта, железистые пятна, корни кустарничков до 1 мм диаметром, переход постепенный.

CRcrm, q - 37-56 см, однородно окрашен, светлый охристо-бурый с оливковым оттенком, влажный, среднесуглинистый, с признаками крупитчатости, бесструктурный, уплотненный, квазиоглеение, включения щебня единичные, единичные корни растительности до 1 мм диаметром, переход постепенный по цвету и новообразованиям.

Cg, crm - 56-73 см, неоднородно окрашенный, на сизовато-охристо-буром фоне, сизоватые и рыже-охристые пятна вертикально ориентированные, шириной до 1 см, влажный, мелкоореховатый, среднесуглинистый, плотный, железистые пятна, оглеение, единичные корни.

Название почвы: Торфяно-криозем глееватый

Рис. 11. Схематическое изображение почвенного разреза в точке EL20-П4.Предполагаемое название почвы – почва бугра – торфяно-криозём глееватый

Описание почвенного разреза EL20-П4

О 0-7(10) см неоднородно окрашенный, 50/50, серовато-бурый и серовато-коричневый, влажный, лс, бс, с признаками комковатости, слабоуплотненный, редкие железистые пятна до 2 мм диаметром, корни трав растений 5% от горизонта до 1 мм диаметром, переход ясный по цвету, граница волнистая

CRcrm, g 7(10)-27 см, неоднородно окрашенный, на светло-охристо-буром фоне горизонтально вытянутые сизоватые и рыже-коричневые пятна до 1,5 см и 0,5 см, соответственно. Влажный, среднесуглинистый, бесструктурный с признаками крупитчатости, слабо уплотненный, плотнее вышележащего горизонта, железистые пятна, корни кустарничков до 1 мм диаметром, переход постепенный.

CRq, crm 27-56, однородно окрашен, светлый охристо-бурый с оливковым оттенком, влажный, среднесуглинистый, с признаками крупитчатости, бесструктурный, уплотненный, квазиоглеение, включения щебня единичные, единичные корни растительности до 1 мм диаметром, переход постепенный по цвету и новообразованиям.

Сg crm 56-73 см, неоднородно окрашенный, на сизовато-охристо-буром фоне, сизоватые и рыже-охристые пятна вертикально ориентированные, шириной до 1 см, влажный, мелкоореховатый, среднесуглинистый, плотный, железистые пятна, оглеение, единичные корни.

Название почвы: Криозем глееватый

Почвенный разрез в точке EL20-П5 (рис. 12, 13). Координаты: 67,040024 с.ш., 64,25956 в.д. Высота: по GPS – 80 м. Рельеф: Переход к бугристому массиву, нижняя часть склона. Растительность: Плотные заросли ивы, травянистый покров плотный, высокий, 100% ПП.

Рис. 12. Профиль торфяно-глеезёма (разрез EL20-П5) (Фото А. Белик)

Рис. 13. Схематическое изображение почвенного разреза и свойства торфяно-глеезёма в точке EL20-П5

Описание почвенного разреза EL20-П5

Разрез мощностью 35 см, на 35 см вода. Из стенок тоже сочится вода.

Тg - 0-10 см, однородно окрашен, иссиня-темно-серый, бесструктурный, сырой, легкосуглинистый, много корней древесных до 5 см в диаметре, рыхлый, корней 50%, граница ровная, переход ясный по цвету и оглеению.

G1 - 10-18 см однородный сизовато-серый, сырой, бесструктурный, легкосуглинистый, включения фрагментов более тяжелого гранулометрического состава. Встречаются корни диаметром до 2 мм, сам горизонт слабо уплотненный, более плотные суглинистые агрегаты, переход ясный по цвету, граница ровная.

Линза 18-21 см – линза О. Темно-серая, зернистая структура, однородно окрашенный, сырой, сренесуглинистый, слабо уплотненный

G2 - 18-24 см, неоднородно окрашенный, на сизовато-сером фоне буро-охристые пятна горизонтальные и вертикально вытянутые, сурой, бесструктурный, среднесуглинистый, уплотненный, железистые пятна, оглеение, единичные корни до 1 мм.

Название почвы: Торфяно-глеезем

Описание ландшафтно-геохимической катены

Рис. 14. Ландшафтно-геохимическая катена

Ландшафтно-геохимическая катена заложена на пологом склоне от его вершины до западного края Елецкого выпуклобугристого торфяника и включает почвенные разрезы EL20-П1, EL20-П2, EL20-П3, EL20-П4 и EL20-П5.

Перепад высот вдоль катены составляет около 40 м при длине заложенной катены 375 м. Склон Елец-Усинского междуречья, спускающийся в направлении западного края Елецкого выпуклобугрстого торфяника имеет слабоволнистую форму (рис. 14). Поочерёдно сменяют друг друга слабовыпуклые и слабовогнутые поверхности.

В геологическом отношении почвенно-геохимическая катена представляет собой монолитное образование, то есть, на протяжении всей длины склона не наблюдается смены почвообразующих пород. Мощность четвертичных отложений в основании катены составляет около 100 м. Нижний слой четвертичных отложений представляет собой морену предпоследнего оледенения мощностью 40-60 м. Она состоит из плотных синевато-серых суглинков и глин ^{[20, 24, 26]}, содержащих разного рода обломочный материал – валуны из местных палеозойских и верхнемеловых пород ^[17]. Морена в свою очередь перекрывает палеозойский осадочный морской фундамент. Выше морены поочерёдно залегают слои водно-ледниковых (флювиогляциальных) песков (мощностью 20-25 м), часто глинистых с мелкой галькой, гравием и валунами, и озёрно-ледниковых суглинков (мощностью до 5 м). Именно последние являются непосредственно почвообразующими породами. Они имеют желовато-охристо-бурый цвет, на глубине 1 м и более содержат грубоокатанные гальку и валуны. В замкнутых понижениях на склоне и в нижней его части, где начинается Елецкий выпуклобугристый торфяник, поверхностные отложения перекрыты слоями торфа мощностью до 0,5, состоящего преимущественно из остатков мхов и лишайников. В нижней части склона в ботанический состав торфа также включены остатки осок и ив (рис. 14).

Почвенно-геохимическая катена представлена четырьмя связанными вертикальными потоками вещества элементарными геохимическими ландшафтами ^[3]: элювиальным (Э) вершины Елец-Усинского междуречья, элювиально-аккумулятивным (ЭА) замкнутого понижения на склоне, трансэлювиальным 1-ого порядка (ТЭ1) пологого склона и супераквальным (СА) подножия пологого склона при переходе к Елецкому выпуклобугристому торфянику ^[3]. Каждому из этих элементарных геохимических ландшафтов соответствуют почвенные разности: криометаморфическая почва (разрез EL20-П1), торфяно-криозём (разрез EL20-П2), криозём глееватый и торфяно-криозём глееватый (разрезы EL20-П3 и EL20-П4) и торфяно-глеезём (разрез EL20-П5). Почвы, вскрытые теми разрезами, которые были заложены в элементарных геохимических ландшафтах замкнутого понижения и подножия пологого склона имели поверхностные торфяные горизонты мощностью 20 и 10 см, соответственно. В профиле торфяно-глеезёма (разрез EL20-П5) на глубине 24 см была вскрыта линза грунтовых вод, что говорит не только о близком залегании уровня грунтовых вод, но и о водозастойном режиме почвы в данном супераквальном геохимическом ландшафте, что не было характерно для почв ландшафтов, расположенных выше по склону, где преградой на пути вертикального распределения влаги могли стать разве что уплотнённые горизонты почвообразующих пород. Микрорельеф в пределах одного элементарного геохимического ландшафта может стать фактором образования весьма контрастного почвенного покрова и, как следствие, различных условий радиальной миграции веществ. Это касается в первую очередь почв торфяных бугров и тундровых пятен на пологом склоне (ТЭ1 ландшафт).

Четыре участка элементарных геохимических ландшафтов характеризуются специфическими растительными ассоциациями. Вершина Елец-Усинского междуречья покрыта типичной тундровой растительной ассоциацией с преобладанием мхов и лишайников, а также большим количеством багульника и берёзы карликовой. Почти аналогичным сообществом характеризуется участок пологого склона, где участки бугров, покрытых берёзой карликовой, багульником и черникой чередуются с вытянутыми перпендикулярно склону тундровыми пятнами с разреженной растительностью. Замкнутое понижение на пологом склоне располагает к развитию здесь мощного мохового покрова с лишайниками, черникой и багульником, тогда как численность берёзы карликовой значительно снижается, по сравнению с вышележащим ландшафтом. Растительность же у подножия пологого склона меняется кардинально: мохово-лишайниковый покров сменяется зарослями ивы высотой до 2 м с травяным ярусом из осоки.

рН и электропроводность почв

Таблица 4. Результаты измерения рН и ЕС (мкС/см) водных вытяжек из образцов почв, отобранных в районе пос. Елецкий в 2020 г.

Почвы в районе пос. Елецкий преимущественно относятся к слабокислым и близким к нейтральным. Значения рН почв варьируют в интервале от 3,93 до 6,97 (табл. 4). Наименьшими значениями рН, как правило, характеризуются поверхностные органогенные горизонты, состоящие из плохо разложившегося органического вещества (О, T). Их кислотность, как правило, составляет около 4,30-4,8. Исключениями являются торфяно-криозём и торфяно-глеезём (разрезы EL20-П4 и EL20-П5) (рис. 11, 13), верхние горизонты которых обладают рН от 5,16 до 5,77. Во всех изученных почвах наблюдается общая тенденция к увеличению значений рН с глубиной. В данном случае исключение составляет лишь горизонт почвообразующей породы С торфяно-криозёма (разрез EL20-П2), для которого характерно значение рН 3,93 (рис. 8).

Электропроводность изученных почв варьирует в пределах от 7,13 до 116,6 мкС/см (табл. 4). При этом наибольшей электропроводностью обладают поверхностные органогенные горизонты, что характерно для всех без исключения описанных разрезов. Нижележащие горизонты, как правило, содержат меньшее количество легкорастворимых солей и, следовательно, менее электропроводны, чем поверхностные. Так, в криометаморфической почве (разрез EL20-П1) при переходе от горизонта О к горизонту CRM1 наблюдается падение электропроводности примерно в 5,7 раза (рис. 6), а в торфяно-глеезёме при переходе от горизонта Tg к горизонту G1 электропроводность снижается в 3,9 раза (рис. 13). Исходя из данных наблюдений, можно сделать вывод, что источником засоления почв на современном этапе развития является атмосферное увлажнение, которое затрагивает поверхностные горизонты почв в наибольшей степени. Проникновению минерализованной влаги вглубь почвенного профиля мешают утяжеление гранулометрического состава горизонтов (криометаморфическая почва, торфяно-криозёмы) и резкая смена окислительно-восстановительной обстановки в почвах (торфяно-криозёмы, торфяно-глеезём), которая приводит к диспергации минеральных частиц и также является фактором утяжеления гранулометрического состава.

Также стоит отметить, что сравнив распределения значений ЕС по профилям криозёма глееватого (почва пятна, разрез EL20-П4) (рис. 11) и торфяно-криозёма глееватого (почва бугра, разрез EL20-П3) (рис. 10), расстояние между элементарными почвенными ареалами которых составляет всего около 0,2-0,3 м, можно сделать вывод о значительном участии растительного покрова в формировании физико-химических свойств почв. Поверхность бугра (высотой около 30 см) покрыта типичной тундровой растительностью (проективное покрытие = 90-95%), а поверхность пятна отличается разреженностью растительности (проективное покрытие = 25-30%). Электропроводность в профиле почвы пятна почти не изменяется (ЕС = 9,11-15,36 мкС/см), тогда как в профиле почвы бугра происходит падение электропроводности почвы с 33,5 до 6,98 мкС/см при переходе от горизонта Т к нижележащему. Поскольку морфологически почвы пятна и бугра различаются мало, вывод о том, что причиной столь разному распределению (как количественному, так и профильному) значений ЕС является свойство растительности усваивать легкорастворимые соли из атмосферных осадков, является вполне закономерным.

Содержание органического углерода и гумуса в почвах

Таблица 5. Содержание органического углерода и гумуса (%) в почвах, отобранных вблизи пос. Елецкий в 2020 г.

Для всех исследованных почв характерно наибольшее содержание как органического углерода, так и гумуса в поверхностном органогенном горизонте (О, Т). Это связано со слабым разложением органического опада, поступающего на поверхность почвы, ввиду суровости климата, низких температур и малого количества солнечной радиации в течение года. Содержание органического углерода в верхних горизонтах почв варьирует в узких пределах и составляет в среднем 6,72% (от 6,52 до 6,84%). Данному содержанию органического углерода соответствует содержание в верхних горизонтах почв гумуса от 11,22 до 11,77%, что является весьма большим количеством, по сравнению с зональными почвами природной зоны смешанных хвойно-широколиственных лесов Европейской Территории России – дерново-подзолистыми (5-7%), но гораздо меньше, чем в зональных почвах таёжной природной зоны – подзолах (до 50%). Ниже в профилях почв наблюдается снижение количества углерода. В торфяно-криозёме глееватом (разрез EL20-П4) и торфяно-глеезёме (разрез EL20-П5) снижение процентного содержания органического углерода происходит плавно: разность содержаний С_орг. в поверхностном горизонте и в лежащем под ним составляет около 1. В то же время в криометаморфической почве снижение % С_орг. наиболее резкое из всех изученных почв. Содержание органического углерода в горизонте CRM1 (2-24 см), по сравнению с О (0-4 см), ниже практически в 6 раз (табл. 4). Для некоторых почв также характерен срединный минимум содержания углерода в профиле почвы, а в нижележащих горизонтах наблюдается рост содержания. Данная тенденция характерна для криометаморфической почвы (разрез EL20-П1) и для торфяно-криозёма (разрез EL20-П2) (рис. 6, 8).

Гранулометрический состав почв

Гранулометрический состав почв, опробованных в сентябре 2020 года в районе Елецкого выпуклобугристого торфяника был изучен в лаборатории почвенно-геохимических исследований географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова под руководством П. П. Кречетова с помощью Л. А. Безбердой. Для определения содержания частиц разных размеров в образцах почв был использован лазерный гранулометр FRITSCH Analysette 22. В основе работы данного прибора лазерное сканирование образца почвы, в результате которого происходит рассеивание лазерного луча взвешенными в воде частицами почвы. Лазерное сканирование проводилось при длинах волн лазерного излучения от 0,8 до 2 000 мкм.

Пробы почв предварительно были перетёрты с пирофосфатом натрия (Na₄PO₇) в фарфоровых мисках. Главными функциями пирофосфата были предотвращение склеивания тонких частиц почвы органическим веществом, а также замена двухвалентных атомов кальция (Ca²⁺) на одновалентные атомы натрия и таким образом разрушение электростатических связей между тонкими частицами почвы. После перетирания образцы почв при помощи пера помещались в ванночку для диспергации с дистиллированной водой в гранулометре, где проба также обрабатывалась ультразвуковыми колебаниями, чтобы разделить слипшиеся частицы. Результаты измерения содержания частиц в каждой пробе представлены в процентах и приведены в табл. 5.

Таблица 6. Содержание частиц диаметрами < 1, 1-5, 5-10, 10-50, 50-250, 250-1000 и >1000 мкм в образцах почв, отобранных вблизи пос. Елецкий в 2020 г.

В основном образцы исследованных почв имеют среднесуглинистый гранулометрический состав. Среднесуглинистые горизонты в основном приурочены к поверхностным и приповерхностным горизонтам, а ниже по профилю почв содержание более тонких частиц увеличивается и гранулометрический состав утяжеляется до тяжелосуглинистого и даже лёгкой глины. В верхней и средней части почвенно-геохимической катены горизонты почвообразующих пород практически всегда характеризуются тяжелосуглинистым гранулометрическим составом, в то время, как в нижней части катены (разрез торфяно-глеезёма) почвообразующая порода является лёгкой глиной. Также лёгкой глиной является почвообразующая порода криометаморфической почвы (разрез EL20-П1) на вершине пологого склона Елец-Усинского междуречья.

Гранулометрической фракцией, содержание которой имеет наибольшую долю в гранулометрическом составе почв, является фракция с диаметром 10-50 мкм. Доля этой фракции составляет около 50%, при этом редко опускаясь ниже 45%. Частицы с размерами 1-5 и 5-10 мкм содержатся в почвах примерно в одинаковых процентных концентрациях: от 10 до 30%. Частицы тоньше 1 мкм и с размерами 50-250 мкм также имеют примерно схожие концентрации: от 1 до 10%, однако, при сравнении профильного распределения долей этих фракций в гранулометрическом составе заметно, что частицы тоньше 1 мкм распределены более равномерно, тогда как частиц размером 50-250 мкм в верхних горизонтах почв содержится примерно в 4 раза больше, чем в нижних. Доля частиц от 1 до 5 мкм, а также от 10 до 50 мкм увеличивается примерно в 2 раза при переходе от верхних горизонтов к нижним, а наименее контрастно распределены частицы 5-10 мкм.

Крупнодисперсные частицы 250-1000 и крупнее 1000 мкм в образцах данных почв практически отсутствуют. К примеру, частицы 250-1000 мкм были обнаружены только в горизонте О криометаморфической почвы (EL20-П1) и в Th торфяно-криозёма (EL20-П2), а частицы крупнее 1000 мкм вообще только в одном горизонте О криометаморфической почвы (EL20-П1).

5. Дискуссия

На водораздельной поверхности рек Уса и Елец на суглинистых мерзлых породах сформировался комплекс из криометаморфических почв, а также криоземов и торфяно-криоземов, обусловленный различиями в микрорельефе, в нижней части катены сформировались торфяно-глеезёмы. Глубина протаивания варьирует от 0,5 до 0,7 м. В нижней части профилей присутствуют признаки оглеения, связанные с надмерзлотным увлажнением ^[22]. В почвах встречаются включения неокатанного обломочного материала – щебня и дресвы. Все почвы изученные в почвах вблизи пос. Елецкийв основном средне и тяжело суглинистые. Торфяно-криозёмы и торфяно-криометаморфические почвы приполярного Урала ^[24] имеют близкий гранулометрический состав, также слабо варьирующий по профилю. Значения рН в почвах вблизи пос. Елецкий варьируют от 3.9 до 6.5, наиболее кислые значения характерны для органогенных горизонтов. В криоземах и криометаморфических почвах приполярного Урала ^[24] значения рН менее вариабельны и находятся в диапазоне от 4.4 до 5.8, при этом более кислые значения также характерны для торфяных горизонтов. В почвах пятен Большеземельской тундры ^[13] значения рН также имеют тенденцию к увеличению вниз по профилю от 4.5 до 5.2, а в торфяных почвах от 3.7 до 4.6. Показатель электропроводности в почвах вблизи пос. Елецкий варьирует от 6.9 до 116 мкС/см, то есть почвы не засолены. Содержание органического углерода определенное методом Тюрина в почвах вблизи пос. Елецкий варьирует от 5,1 до 6,8% в органогенных горизонтах и от 1,2. до 5,13 в срединных горизонтах.

Характерной особенностью изученной катены является формирование криометаморфических почв на автономной позиции, на элювиально-аккумулятивной и транс-элювиальной позиции формируются почвы отдела криозёмов, а в нижней части катены на супераквальной позиции торфяно-глеезёмы. Согласно исследованиям Г.В. Русановой и О.В. Шахтаровой ^[22] специфическая структура в этих почвах формируется благодаря образованию оксидов железа, которые связаны с органическим веществом и способствуют агрегированию почвы. В результате активизации оксидогенеза в этих почвах, особеннов процессе многократного промерзания и отсутствия избытка влаги, формируются криометаморфические горизонты, имеющие бурую окраску и особую икряную структуру ^[22]. Таким образом наименее криометаморфические почвы формируются в наименее увлажненных автономных позициях.

На микробугре высотой 0,4 м, были опробованы почвы собственно бугра в выраженным торфяным горизонтом и почва пятна с значительно менее выраженным органогенным подстилочно-торфяным горизонтом. Почва пятна была определена как криозем глееватый, а почва была определена как торфяно-криозёмглееватый. В системе классификации почв России ^[15] почвы, лишенные верхнего горизонта в результате процессов естественной илиантропогенной эрозии или дефляции, относятся к отделу абраземов. Почвы голых криогенных пятен, “потерявшие” верхние горизонты в результате криогенных процессов предложено выделять как криоабраземы. Слабозаросшие пятна будут относиться к абрадированным криоземам с признаком криотурбированности ^[8]. Такие почвы в классификации почв Россиив данный момент не предусмотрены. Мы не классифицировали почву пятна как абрадированный криозем, поскольку степень зарастания и мощность органогенного горизонта была достаточной для определения почвы как криозема.

6. Заключение

Авторами исследована катена от автономной поверхности междуречья рек Елец и Уса до озерного понижения осложненного выпуклыми буграми пучения. В результате получены следующие выводы:

1. На водораздельной поверхности рек Уса и Елец на суглинистых мерзлых породах сформировался комплекс из криометаморфических почв, а также криоземов и торфянокриоземов, В нижней части катены сформировались торфяно-глеезёмы.

2. Основные процессы, сформировавшие почвенный покров исследуемой территории: криогенное оструктуривание, криогенная турбация, торфонакопление, оглеение в нижней части профиля,

3. Значения рН почв изменяются в диапазоне от 3.9 до 6,5 с более кислыми значениями в органогенных горизонтах

4. В автономной позиции сформировались почвы, где ведущим является процесс криогенного оструктуривания с мощным криометаморфическим горизонтом, в элювиально-аккумулятивного ландшафта ввиду переувлажнения оструктуривание не наблюдается, в нижней части катены ведущим является процесс оглеения.