Введение к работе
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 отли-чаются значительным варьированием запасов С (оценки колеблются - 20-45 кг/м для
тундровых и 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.
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:
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.
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.
Выявить процессы формирования органического профиля минеральной толщи суглинистых недифференцированных криогидроморфных почв.
Для почв различных экосистем провести определение содержания углерода органогенных и минеральных горизонтов. Оценить запасы углерода для почвенных разностей и для всего региона в целом.
Оценить динамику и направленность изменений почв и запасов почвенного углерода во времени.
Положения, выносимые на защиту:
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.
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.
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.
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.
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 надмерзлот-ное накопление.
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.
Впервые для суглинистых криогидроморфных почв Колымской низменности проведено разделение глеевых и неглеевых горизонтов на основе количественных оптико-химических и минералогических критериев.
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 по-
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, 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.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, вы
водов, списка литературы и приложений. Работа 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. 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».
