Почвы тундровой зоны

Тундровая зона расположена к югу от арктической, граничит на юге с таежно-лесной и разделяется на подзоны: высоко-арктическая тундропустошь, средне-арктическая тундра * низко-арктические тундры и лесотундры

Климат зоны отличается небольшим количеством тепла, избыточной увлажненностью. Для тундры свойственны длинная холодная зима и короткое прохладное лето. Средняя годовая температура колеблется от –0,2 ^оС на западе (Кольская провинция) до –9 ^оС и даже до –16 ^оС в азиатской части. Сумма активных температур (более +10 ^оС) составляет от 0^о (арктическая тундра) до 400–600 ^оС (южная тундра и лесотундра). Среднегодовое количество осадков в тундре составляет около 300 мм. Низкие температуры определяют слабую испаряемость (К_у > 1) и высокую влажность воздуха (75–90% летом). Наиболее континентален климат в Северо-Сибирской провинции.

Характерной особенностью зоны является наличие многолетней мерзлоты. За короткое лето оттаивает лишь небольшой поверхностный слой, мощностью от 30–80 см до 1–2 м. Мерзлота служит водоупором и способствует застою влаги.

Рельефбольшей части территории равнинный, местами холмистый, грядовой, с частыми понижениями, занятыми озерами и болотами. В отдельных районах – горный рельеф (Хибины, Полярный Урал, Чукотский горный массив).

В тундре большое значение приобретает микрорельеф, связанный с мерзлотными явлениями: трещино-образованием, пучением, солифлюкцией (текучесть грунта по склону) и тиксотропией (переход коллоидов из геля в золь и обратно). Тиксотропия имеет следующие особенности: 1) образующийся из золя гель не отделяется от дисперсной среды, а застудневает вместе с ней; 2) полученный гель обратим и может быть переведен в золь путем механи-ческого воздействия (встряхивание, помешивание), по прекращению которого золь снова с течением времени переходит в гель. В почвах результатом тиксотропии является возникновение особого рода коагуляционно-тиксотропной микроструктуры, которая характеризуется появлением рыхлого каркаса из коллоидных частиц в основном удлиненной формы, внутри которого находится почвенный раствор. Тиксотропия особенно развита в криогенных почвах.

В результате вышеперечисленных явлений образуются пятнисто-полигональные и бугристые формы рельефа, в которых развиты криотурбационные процессы, обусловливающие микрокомплексность растительного и почвенного покрова.

Почвообразующими породами являются ледниковые, морские и аллювиальные отложения различного гранулометрического состава, часто каменистые. В горных районах они представлены элювием и делювием.

Растительность среднеарктических тундр, например, на равнинах всего Южного острова архипелага Новая Земля представлена различными вариантами, преимущественно пятнистых арктических тундр – моховых, мохово-лишайниковых, лишайниковых и кустарничковых, часто встречаются гипновые болота. Сомкнутость растительного покрова архипелага очень сильно зависит от субстратов – ледниково-морские суглинисто-глинистые равнины отличаются от своих щебнистых цокольных аналогов намного большим проективным покрытием, даже в случаях своего болеесеверного положения. Южнее, но в пределах той же среднеарктической тундры преобладают ивково-моховые тундры и осоково-гипновые (практически без сфагновых мхов) болота, доля кустарничков и карликовой березки невелика. В Сибири в этой зоне наиболее распространены кочкарниковые тундры.

В низко-арктических тундрах преобладают кустарничковые, ерниковые и лишайниковые разновидности с осоково-сфагновыми, часто бугристыми, болотами. По ложбинам стока характерно развитие ивняков, а по долинам рек – хвойно-березовых лесных сообществ.

Лесотундры Русской равнины состоят из двух сменяющих друг друга с севера на юг ареалов: крупноерниковые тундры с островками редколесий и еловые и березовые редколесья. Лесотундры Кольского полуострова – это лишайниковые и зеленомошные с дёреном шведским березовые криволесья и редколесья с редким участием сосны, ели и можжевельника. В Западной Сибири в лесотундрах, наряду с елью и березой, появляется лиственница, а восточнее Енисея полностью преобладают лиственничные редколесья.

В растительном покрове тундры отражается характерная ее особенность – отсутствие древесной (лесной) растительности.

Почвообразование в тундре протекает в условиях переувлажнения, недостатка тепла, низкой биологической активности и охватывает небольшой сезоннооттаивающий слой.

Почвообразование в тундре имеет ряд особенностей: 1) медленный темп всех элементарных почвенных процессов; 2) большая активность мерзлотных процессов, способствующих перемешиванию почвенной массы; 3) замедленность процессов удаления продуктов почвообразования за пределы почвенной толщи из-за наличия мерзлотного водоупора; 4) слабая дифференциация профиля по распределению ила и минеральных компонентов.

Растительность тундры характеризуется низкой продуктивностью и незначительным количеством растительного опада (около 1 т/га). Низкая зольность опада, малое содержание в нем оснований, особенно Са, специфичный биохимический состав, представленный в основном трудноразлагаемыми соединениями (лигнин, смолы, воска, дубильные вещества), неблагоприятный температурный режим, недостаточная аэрация, небольшая биологическая активность определяют слабую степень разложения опада, способствуют консервации органического вещества и образованию грубогумусных и оторфованных горизонтов с значительным количеством легкорастворимых гумусовых соединений фульватной природы. Следует также отметить то, что при криолитогенезе (преобразовании различных горных пород под влиянием мерзлотных процессов) особым образом трансформируется и минеральная часть почв. Минеральная часть тундровых глеевых почв представлена в основном крупнопылеватыми и мелкопесчаными фракциями, возникающими главным образом за счет физического выветривания, поскольку химическое выветривание имеет подчиненное значение. Может наблюдаться агрегация глинистых частиц, приводящая к появлению частиц размерности пыли.

Литолого-геоморфологические факторы приводят к увеличению сложности “рельефно-субстратной матрицы” (многообразие почвообразующих пород по засоленности, карбонатности, щебнистости, склонов по экспозиции и крутизне) - это также увеличивает дивергенцию почвенного покрова.

Иными словами, в условиях низкой энергетики почвообразования высоких широт небольшие локальные изменения факторов (содержание мелкозема в материнской породе и ее состав, ветровой и снежный режимы, термическое влияние моря и ледников, импульверизация солей и др.) существенно меняют тип педогенеза и организацию почвенного покрова на уровне его мезоструктур (в связи с мезорельефом).

Криогенный (мерзлотный) фактор, сильно различающийся в высоких широтах по широте, долготе, а также в зависимости от дренированности и характера субстрата, усложняет почвенный покров на уровне его микроструктур (в связи с микрорельефом).

Таким образом, в тундре господствует болотный тип почвообразования, которому соответствуют следующие элементарные процессы почвообразования: торфообразование, оглеение.

Торфообразование– накопление на поверхности почвы полуразложившихся растительных остатков в результате замедленной их гумификации и минерализации в условиях избыточного увлажнения, которое сказывается на составе растительности. В таких условиях могут произрастать только болотные растения: сфагновые мхи, некоторые виды осок, пушица, клюква, багульник.

В анаэробных условиях интенсивность окислительных процессов сильно ослабляется и органическое вещество до конца не минерализуется. Происходит накопление больших масс опада в виде очеса. Разложение органических остатков протекает в самом верхнем слое очеса, куда чуть-чуть поступает кислород, при участии микроорганизмов – в основном грибов и целлюлозоразлагающих бактерий. При разложении растительных остатков в анаэробных условиях образуется большое количество промежуточных продуктов распада в виде низкомолекулярных органических кислот (масляная, молочная, яблочная, янтарная, лимонная и др.), которые подавляют жизнедеятельность микроорганизмов и приводят к консервации органического вещества в виде торфа.

Глеевый процесс почвообразования, или оглеение почвы, является результатом длительного сезонного или постоянного переувлажнения и развития в анаэробных условиях восстановительных процессов.

Оглеение – биохимический процесс, связанный с жизнедеятельностью анаэробных микроорганизмов. Большую роль в нем играют микроорганизмы, получающие энергию за счет окислительно-восстановительного преобразования органического вещеcтва, соединений Fe, Mn, S. В глеевых горизонтах накапливаются элементы с переменной валентностью в восстановленных формах: FeO, MnO, H₂S, FeS, CH₄. В результате глеевого процесса возникают специфические глинистые минералы, содержащие восстановленные элементы: вивианит Fe₃(PO₄)₂·8H₂O (гидрофосфат Fe²⁺), глауконит, сульфиды тяжелых металлов (PbS, CdS и т.д.). Они имеют сизую, грязно-зеленую, голубую окраску и обусловливают цвет всего глеевого горизонта. Глеевый процесс изменяет только минеральные горизонты, а органогенная часть профиля подвергается торфообразованию.

Почвенное разделение Международной группы по исследованию мерзлотных почв (Goryachkin et al., 2004) в сравнении с ландшафтными разделениями, принятыми в СССР (России).

Средне-арктические, низко-арктические тундры и лесотундры, как видно из данных по факторам почвообразования, являются зоной преобладания равнин с озерно-аллювиальными, моренными и другими рыхлыми отложениями, особенно это касается территории России.

В этих плохо дренированных условиях и гумидном климате преобладают почвы с профилем O-G-CG, выделяемые в классификационной системе 2004 года как тип глееземов (O-G-CG).

В этих почвах под подстилочно-торфяным горизонтом наблюдается яркий сизо-голубой обычно тиксотропный и часто криотурбированный глеевый горизонт. Нижняя часть глеевой толщи имеет преимущественно буровато-сизую окраску и (при утере тиксотропных свойств) творожистую структуру и горизонтальную делимость. Органогенный горизонт этих почв в его нижней части может иметь прослойку грубогумусированного или перегнойного материала, что дает основание для выделения подтипов глееземов грубогумусированных и перегнойных. Весьма широко распространенными почвами южной тундры являются глееземы криометаморфические с профилем (O-G-CRM-C(g)), характеризующиеся сочетанием поверхностного глеевого и срединного криометаморфического горизонтов. Оглеение ограничивается верхними 20-25 см и проявляется в виде яркой голубой окраски.

В наиболее дренированных условиях вершин холмов на суглинистых субстратах довольно широко распространены криометаморфические почвы с профилем

O-CRM-C, в которых подстилочно-торфяный или грубогумусовый горизонт сменяется криометаморфическим горизонтом бурых или серовато-бурых тонов с творожистой, а при обсыхании крупитчатой или мелкокомковато-ореховатой структурой. С глубиной оструктуренность уменьшается и проявляется криогенное плитчатое сложение. Отчетливое оглеение отсутствует, возможны лишь его слабые признаки.

Если в профиле присутствует грубогумусовый горизонт AO, то эти почвы относятся к типу криометаморфических грубогумусовых почв (AO-CRM-C).

В более дренированных условиях здесь сформированы палевые почвы с профилем (AJ-BPL-BCA-Cca),которые характеризуются структурным и железистым метаморфизмом в палево-метаморфическом горизонте BPL – имеющим более насыщенную окраску, чем нижележащие горизонты. Однако основные ареалы палевых почв расположены южнее, в таежной зоне континентальных областей. Наконец, в наиболее сухих и теплых – эутермных условиях в континентальных тундрах под «тундростепями» встречаются литоземы темногумусовые (AU-M) с хорошо выраженным темным гумусовым горизонтом, подстилаемым щебнистым материалом.

На песчаных и щебнистых отложениях большинство почв низко-арктических тундр относится к отделу альфегумусовых почв, а именно, к разным типам и подтипам подбуров (O-BHF-C) и подзолов (O-E-BHF-C). Все они характеризуются высокой кислотностью и ненасыщенностью поглощающего комплекса, а также высоким содержанием органического вещества, причем как в иллювиальных, так и в элювиальных горизонтах, что многими авторами отмечается для почв Севера.

Здесь, особенно в наиболее влажном европейском климате встречаются также почвы, которые из-за мощных органических горизонтов (>10 см) относятся к сухоторфяно-подзолам (TJ-E-BHF-G-CG).

Практически для всех тундровых подзолов характерна потечность гумуса в элювиальных горизонтах, выражающаяся в кремовом оттенке в окраске и в более высоком содержании в них гумуса и подвижных форм оксидов железа и алюминия, чем в подзолистых горизонтах лесотундровых почв. Потечность гумуса связана с очень гумидным климатом и низкими темпами разложения органического вещества в тундре – в этих условиях из подстилки вымывается не связанный с минеральными веществами водорастворимый гумус, который пропитывает верхние горизонты почв.

Среди описанных в тундре и лесотундре подбуров встречается практически тот же набор подтипов, что и для подзолов, большинство которых сильно криотурбированы. Без видимых нарушений хода почвообразования формируются подбуры оподзоленные (O-BHF_e-BHF-C).

Подбуры и подзолы могут встречаться на всей территории тундры и лесотундры, и лишь в качестве общей тенденции можно отмечать постепенное увеличение доли подбуров к северу среди мезоморфных наиболее развитых почв легкого гранулометрического состава.

Помимо альфегумусовых почв,в гумидных тундрах на щебнистых отложениях нередко встречаютсялитоземы перегнойные (H-M),которые отличаются наличием перегнойного горизонта и близким подстиланием плиты, а сухоторфяно-литоземы (TJ-M).

В целом, для почв тундр нужно отметить преобладание процессов трансформации органического вещества, Al-Fe-гумусовой миграции, практически повсеместно встречаемые признаки оглеения. Процессы структурообразования выражены по-разному в зависимости от характера почвообразующих пород: слабо ‑ в условиях легкого состава субстрата и сильно ‑ на суглинисто-глинистых породах. На последних часто встречается криогенное коагуляционное оструктуривание, приводящее к появлению специфической крупитчатой структуры.

Итак, анализ факторов почвообразования показал, что в Арктике с юга на север происходит направленное изменение климатических и литолого-геоморфологических факторов почвообразования, которое обусловливаетразнообразие и мелкоконтурность почвенного покрова полярных областей.

Типичными почвами являются торфяно-глееземы и даже торфяные почвы (T-TT), относящиеся к стволу органогенных и отделу торфяных почв - это почвы с горизонтом торфа мощностью >50 см. В результате мерзлотных пучений и формирования крупных и средних линз сегрегационного льда внутри торфа или торфяно-мелкоземистой толщи формируются торфяные бугры (Рис. 7).

Рис.7. Строение торфяного бугра. Условные обозначения: 1-торф, 2-песчаный материал, 3-суглинок, 4- глина, 5- сегрегации льда , 6 – лед, 7 – граница мерзлоты

В результате пучений торф оказывается в условиях улучшенного дренажа и поэтому начинает разлагаться и минерализоваться - на буграх формируются почвы, относящиеся к подтипу торфяных деструктивных почв (Tmd-TT). В них верхняя часть торфа, который когда-то был накоплен в условиях переувлажнения, в потом попал в более сухие условия, существенно разложен и представляет собой материал, который очень сходен с тем, что бывает в мелиорированных торфяниках средней полосы – сухой, коричневый, легко растирающийся в пальцах.

Наиболее однородные в почвенном отношении переувлажненные ландшафты средне-арктической тундры - это болота на месте бывших озер. Здесь развиты болотные торфяно-глееземы (T-G-CG) с мощностью торфяного горизонта 15-30 см и глубиной мерзлоты около 30 см в сизом глеевом горизонте G.

Набор почвообразующих процессов в почвах средне-арктической тундры, если и сходен качественно, то заметно отличается большей интенсивностью, чем в высоко-арктических тундропустошах. В то же время менее и не так повсеместно выражена роль процессов латерального привноса-уноса вещества. Наряду с процессами трансформацииорганического вещества,здесь существенно проявляются процессы оглеения, криотурбаций и оструктуривания.