Общие черты географии почв, факторы и особенности почвообразования в арктической и тундровой областях

ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ЗАКОНОМЕРНОСТЯХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЧВ. ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ И ПОЧВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Суровые климатические условия высоких широт, вечная мерзлота и разнообразные мерзлотные явления, молодость ландшафтов, недавно освободившихся от ледника или моря, слабое функционирование биоты определяют главные особенности выветривания и почвообразования. Северная граница тундры совпадает с июльскими изотермами +2…+4°С, т. е. с северным пределом распространения высших растений; ее южная граница приблизительно соответствует изотерме июля +10°.

Неблагоприятные для развития почв черты климата заключаются в низкой теплообеспеченности, краткости периода активного почвообразования, недостатке влаги в арктических почвах и избытке ее в тундровых, в сильных ветрах, разрушающих почву и препятствующих развитию растений. Недостаток тепла определяет фрагментарность растительного покрова, медленное зарастание минерального субстрата, малую мощность деятельного слоя, слабую проработанность материнских пород почвообразованием.

Почвенный покров отличается фрагментарностью: маломощные почвы чередуются с «полупочвами» — голыми пятнами, обрамленными каменными кольцами или бордюрами из мхов с полукустарничками, а также непочвенными образованиями — скалами, солифлюкционными полосами, «каменными морями». В распределении зрелых автономных почв и в строении почвенного покрова отчетливы зональные закономерности, показанные на карте факторов зональности В. М. Фридланда (см. рис. 1.3) как горизонтальная зональность с преобладанием термического фактора. Различия в базовых климатических показателях между широтными подзонами значительны (табл. 4.1), как и дифференциация климатических условий по долготе, т. е. четко выделяются провинции с разной степенью континентальности климата. Поэтому в анализе географии почв высокоширотных территорий, начиная с самых ранних обобщений, сочетаются зональные и региональные элементы (см. рис. 4.1, 4.4).

Арктические ландшафты занимают крайне малые площади на островах Северного Ледовитого океана и азиатском побеХарактеристики климата арктической и тундровой зон Европейской России (но климатическому атласу СССР, 1960).

режье: равнинные варианты встречаются на Северной Земле и Новосибирских островах, в северо-восточной части Таймыра; горные — на Земле Франца-Иосифа, Северном острове Новой Земли, в горах Бырранга. Иногда полярно-пустынную (Караваева, Таргульян, 1978), или ледяную (Городков, 1939), зону отделяют от собственно арктической.

Тундры Евразии простираются сплошной полосой по побережью Северного Ледовитого океана, смещаясь к северу на приокеанических западных территориях и на самых континентальных сибирских равнинах и заходя далеко на юг по горным хребтам северо-востока Сибири. Они разделяются на три подзоны большинством географов и почвоведов, многие считают целесообразным объединение южных тундр с лесотундрой, как переходной полосой к таежной зоне, находившейся под лесом во времена климатических оптимумов голоцена.

Согласно представлениям о зональности, каждой почвенной подзоне на равнинах соответствует определенная зональная почва (тип или подтип), которая представляет собой «центральный образ» полноразвитой автономной почвы на суглинках. Таковы арктотундровые и тундрово-глеевые почвы в арктической и типичной тундрах, тундровые ди (/х/)еренцированные (оподзоленные и/или поверхностно-оглеенные) в южной тундре и лесотундре. Позднее в систему автономных тундровых почв были введены почвы на легких породах (не специфические для тундр и выделявшиеся обычно в таежной зоне), приняты во внимание провинциальные.

Рис. 4.1. Зоны и подзоны тундр (по Городкову, 1939):

/ — лесотундра; // — южная тундра; ///, IV — типичная тундра; V, V/ — арктическая тундра; VII — ледяная зона (горы Арктики); А — Урал; Б — Бырранга; В — Чукотско-Анадырские горы; Г — Корякские горы; Л — Верхоянская дуга Типы автономных почв Крайнего Севера (по Ливеровскочу, 1983).

Примечание. Курсивом выделены зональные почвы.

черты почвообразования, а также эволюционные стадии почв и место их в почвенном комплексе (табл. 4.2). В результате сильно увеличено количество выделов тундровых почв, диагностика их не стала более ясной, а различия между почвами не всегда достаточно очевидны, кроме того, нарушилась простая зональная схема.

Переоценка зональных почвенно-географических концепций в 60−70-х гг. XX в. оказала известное влияние и на генетико-географические представления о почвах Крайнего Севера. Приоритет зональных принципов уступил место субстантивно-генетическому подходу, т. е. рассмотрению географических закономерностей с позиций почвообразовательных процессов и конкретных свойств почв. Так, Н. А. Караваева и В. О. Таргульян (1978) основное значение в географии высокоширотных почв придают комбинациям почвообразовательных процессов, формирующим типы почвообразования, но не обнаруживающим прямых корреляций с зональными условиями (рис. 4.2). Типы почвообразования имеют разную интенсивность проявления в разных ландшафтных зонах; преобладание того или иного типа в целом соответствует почвенной зоне. Границы выделенных таким образом почвенных и ландшафтных зон не совпадают.

Типы почвообразования связываются с атмосферным увлажнением, литологическими и химическими свойствами материнских пород, положением почвы в определенных условиях рельефа и/ или удаленностью от моря. Если первичная зональная схема предполагает соответствие каждой подзоне определенной автономной почвы, то в более поздних географо-генетических построениях подчеркивается одинаковость набора, но различная интенсивность элементарных почвообразовательных процессов от Арктики до южной тундры. Они включают: оглеение, торфонакопление, гумусообразование по типу мулль-модер, карбонатизацию, альфегумусовый процесс, субаэральное соленакопление, образование «почв-пленок» в субстрате пятен. Степень выраженности процессов зависит от зонального положения почвы.

Сочетание субстантивного и факторного подходов к группировке почв Севера, включая и северотаежные, привело И. А. Соколова с соавторами (1982) к выделению несколько иных почвенных таксонов, следовательно, иных пространственных закономерностей. Группировка почв представлена в виде сложной «факторно-экологической матрицы», основанной на общих оценках атмосферного климата и почвообразующих пород.

По горизонтальной оси матрицы расположены классы немерзлотных и мерзлотных почв, подразделяющихся по увлажнению на ультрагумидные и гумидные (а мерзлотные еще и на семигумидные, семиаридные и аридные). По вертикальной оси матрицы классы почв выделены по сочетанию термических условий и типов почвообразующих пород следующим образом. В пределах каждого термического пояса (очень холодный, холодный, умеренно холодный) различаются группы и подгруппы почвообразующих пород. Кроме плотных силикатных и карбонатных пород выделены две группы рыхлых пород: суглинистых и.

Рис. 4.2. География основных типов почвообразования и почвенные зоны Севера (по Караваевой и Таргульяну, 1978).

Ландшафтные юны и подзоны: I — таежная; II — тундровая (подзоны тундр: ар —.

арктическая, тп — типичная, юж — южная); III — арктическая; IV — полярно-пустынная Типы почвообразования: А — глее вое. Б — подзолистое, В — альфсгумусовое, Г — органогенное, Д — дерновое, Е — гумусовое карбонатное, Ж — безгумусовое засоленное Почвенные зоны: I — дифференцированные глеевые, глесподзолистые и подзолы; 2 — гомогенно-глеевые и подбуры; 3 — дерновые арктические и карбонатные арктические; 4 — безгумусовые засоленные щебнистых с песчаными. Они разделяются на подгруппы кислых, основных и карбонатных; отдельную подгруппу составляют кварцевые пески.

Ячейки матрицы заняты разнообразными почвами, среди которых много дерновых (арктических и арктотундровых, глееватых, альфегумусовых) и глееземов, есть также альфегумусовые — подзолы и подбуры, сподоземы, криоземы и ксероземы (термины авторов, предложенные для отражения скорее свойств почв, чем условий почвообразования).

В последние годы в обсуждении «географо-генетических проблем XX века» для почв Арктики и Субарктики особенно большое значение придается локальным (геогенным) факторам дифференциации почвенного покрова, например конфигурации и размерам площади суши, ветровому и снежному режимам, содержанию мелкозема в материнской породе, им пульверизации солей с моря и т. д. В суровых климатических условиях подобные слабые локальные изменения факторов почвообразования вызывают «азональные нарушения», или «эксцессы», распространяющиеся, как показали недавние исследования, на значительные площади и осложняющие проявление зональных закономерностей (Горячкин, Караваева, Таргульян, 1997; Горячкин, Караваева, Глазов, 2000).

Тем не менее при определенных различиях в подходах к географии высокоширотных почв следующие положения можно считать общепризнанными.

• ? С севера на юг возрастает интенсивность почвообразования и, следовательно, мощность почвенных профилей, доля зрелых почв в составе почвенного покрова. Эти изменения, как и смена преобладающих растительных сообществ, носят зональный характер.
• ? Наряду с зональными закономерностями существенна роль фациальных, влияющих на расположение зон, состав и строение почвенного покрова; на их основе выделяются провинции, различающиеся степенью континентальности климата.
• ? Почвенному покрову свойственна микронеоднородность — комплексность. Комплексы разнообразны по составу и геометрическим формам; с севера на юг доля зональных почв в них увеличивается, формы комплексов связаны с мерзлотными деформациями и различны в минеральных и органических грунтах.

Таким образом, географо-генетические группировки почв, предлагаемые разными авторами, основываются как на зональных принципах, так и на характеристиках почвенного профиля — его строении, степени зрелости, гранулометрическом составе, химизме горизонтов, а также на представлениях о почвообразовательных процессах. Рассмотрим основные группы процессов, протекающих в арктических и тундровых почвах.

Роли вечной мерзлоты в почвообразовании, выветривании, генезисе рельефа и многих других аспектах формирования и.

Рис. 4.3. Криотурбапии в минеральном субстрате.

устойчивости ландшафтов посвящена обширная литература. Толщи мерзлых пород имеют мощность в десятки и первые сотни метров и температуру на 2−4° ниже нулевой^[1], в речных долинах мерзлота часто отсутствует.

Все многообразие воздействий мерзлоты на почвы можно условно разделить на 2 группы: «пассивные», постоянно влияющие на ход основных процессов, и «активные», динамичные, время от времени вызывающие перемешивание массы почвы, нарушение границ горизонтов, усиливающие неоднородность почвенного покрова. Обе группы присущи арктическим и тундровым почвам, вторая проявляется преимущественно в тундрах на фоне постоянного избытка влаги в тундровых ландшафтах.

Близкое к дневной поверхности положение мерзлоты (от 0,5 до 1,5−2 м) определяет приповерхностную локализацию биохимических и биологических процессов, замедленность физико-химических реакций в почвах, обилие разнообразных криотурбаций (рис. 4.3.). «Запирание» почвенного профиля мерзлотой, как говорят исследователи тундровых почв, другими словами, затрудненный дренаж, ограничивает вынос продуктов почвообразования, и в нижних, надмерзлотных, горизонтах накапливаются водорастворимые вещества, в том числе органические. Противоположной точки зрения придерживается И. А. Соколов (1997), считающий избыточное увлажнение скорее фактором выноса продуктов почвообразования, чем их накопления. Вынос осуществляется путем латеральных миграций по кровле мерзлоты, ему также способствует развитие систем морозобойных трещин.

Комплексность почвенного покрова является следствием криопедотурбаций и суровости климата, ее формы разнообразны и отражают степень континентальности климата и состав субстрата. Преобладающая часть комплексов содержит примитивные почвы пятен, которые могут располагаться как на микроповышениях, так и в микропонижениях, образуя регулярную сетку, причем превышения составляют всего 20−50 см. При ограниченном развитии растительности на щебнистых грунтах формируются каменные многоугольники. Комплексность почвенного покрова ясно отражается неоднородным, пятнистым распределением растительности: от пятен водорослей на голой минеральной поверхности до мохово-осоково-пушицевых сообществ в наиболее благоприятных условиях, от лишайниково-водорослевых ценозов пятен до сложных трехъярусных ерников, чередующихся со сфагновыми торфяниками в южной тундре.

Поступление органического вещества в почву невелико (табл. 4.3), а его дальнейшая трансформация тормозится не только непосредственно климатом и мерзлотой, но и малой заселенностью почв микроорганизмами и мезофауной. Среди органоаккумулятивных горизонтов в тундровых почвах преобладают торфяные различной мощности, реже встречаются грубогумусовые и перегнойные, крайне редко — аккумулятивно-гумусовые (дерновые). Верхние горизонты почв в Арктике, имеющие мощность 2−7 см, скорее перегнойные или гумусовые; горизонты торфа там не формируются из-за сухости климата.

Таблица 4.3

Характеристики биологической продуктивности сообществ арктической и тундровой зон (по Базилевич и лр., 1986).

Материнские породы — морские и ледниковые глины и суглинки, аллювиально-озерные супеси и суглинки, щебнистые элювиально-солифлюкционные отложения — вносят свой вклад в разнообразие почв и строение почвенного покрова. Узкие полосы приморских равнин нередко содержат легкорастворимые соли, принесенные нагонными ветрами. Плотные породы сравнительно редко являются почвообразующими в равнинных европейских тундрах, за исключением Кольского побережья и полуострова Канин; в сибирских равнинных тундрах они отсутствуют, хотя на Таймыре почвообразующие породы местами содержат обломочный материал. В Западной Сибири среди рыхлых пород преобладают пески и супеси. Рыхлые карбонатные породы встречаются редко.

Наряду с общими для высокоширотных территорий чертами географии почв, рассмотренными выше, отметим общие особенности почвообразования в Арктической и Тундровой областях:

• ? цикличность развития почв и их постоянная молодость как следствие мерзлотного перемешивания. Наблюдаемый исследователем профиль отражает обычно определенную стадию эволюции почвы, которая, не достигнув зрелости, может вернуться вновь к нуль-моменту;
• ? слабая дифференциация профиля, сочетание унаследованных от материнских пород текстур с криогенными структурами;
• ? незначительный педоморфизм минеральной массы, выражающийся в сохранности состава первичных минералов, элементов строения глинистого материала материнской породы и ряда физико-химических свойств почв;
• ? замедленное преобразование органического вещества и формирование слаборазвитого гумусово-аккумулятивного, грубогумусового или перегнойного горизонта в автономных почвах и торфяного — в почвах с дополнительным увлажнением.

• [1] Характеристика мерзлых пород — «криолитоюны», их образования, свойств, распространения дана в учебниках по физической географии России.