Структура почвенного покрова Сибирских Увалов: Северо-таежная подзона Западной Сибири

Освоение природных ресурсов Западной Сибири, особенно во второй половине XX в., характеризуется активным развитием нефтегазового комплекса в таежной зоне. Ландшафтно-экологическая изученность этой территории является очень слабой и фрагментарной. Достаточно сказать, что до настоящего времени на всей территории Ямало-Ненецкого и большей части территории Ханты-Мансийского автономного округа никогда не проводилось среднемасштабного почвенного картографирования (не говоря уже о крупномасштабном). Существующие темпы развития инфраструктуры в районах интенсивной нефтедобычи намного опережают темпы исследований природных комплексов. Это связано с обширностью территории, ее труднодоступностью и неосвоенностью, а также с недостатком средств финансирования федеральных программ мониторинга.

Общеизвестно, что одной из особенностей сибирских северотаежных ландшафтов, в целом, и почвенного покрова, в частности, является их ранимость в результате различного рода индустриальных воздействиях, приводящих к деградации. Для того чтобы предотвратить или уменьшить негативные влияния на почвенный покров, необходимо при планировании природопользования рассматривать его особенности, с точки зрения совокупности почв определенной территории, обязательно учитывая при этом характер взаимосвязи как между самими почвами, так и факторами почвообразованиязнать историю развития почвенного покрова и образующих его компонентовуметь прогнозировать процессы эволюции почвенного покрова в естественных условиях и в результате антропогенеза, т. е. необходимо изучение структуры почвенного покрова. Работы такого рода для таежной зоны Западной Сибири проводятся крайне редко. Почвенному покрову Сибирских Увалов, как геоморфологическому району Западно.

Сибирской равнины занимающему около 10% ее территории, уделено еще меньше внимания.

Отсюда вытекают цель и задачи работы.

Основная цель исследований.

Описать структуру почвенного покрова Сибирских Увалов и слагающих ее компонентовпредложить гипотезу эволюции почвенного покрова Сибирских Увалов в голоцене.

Задачи исследований:

1. Дать характеристику морфологических, физико-химических и химических свойств почвенных индивидуумов (ПИ), являющихся элементарными почвенными единицами;

2. Охарактеризовать элементарный почвенный ареал (ЭПА), являющийся элементарной единицей почвенного покрова (7777), обладающий содержанием, геометрией и имеющий определённое место в почвенных комбинациях и экологию;

3. Описать почвенные комбинации (ПК), как составные части структуры почвенного покрова (СПП).

4. Определить влияние основных элементарных почвенных процессов (ЭПП) на формирование почвенных профилей в разные периоды голоцена. Сформулировать гипотезу эволюции почв осевой части Сибирских Увалов в голоцене.

Объекты исследований.

Типичность экологических ситуаций большинства районов нефтегазодобывающего комплекса севера Западной Сибири позволяет вести детальные наблюдения за состоянием природной среды на малых площадях, с дальнейшей экстраполяцией результатов наблюдений на достаточно большие площади сопредельных регионов и с минимальными затратами труда. Учитывая это и сознавая необходимость создания и осуществления региональной программы ландшафтно-экологических исследований, в 1995 году по предложению и при финансовой поддержке администрации г. Ноябрьска, Институтом почвоведения и агрохимии СО РАН совместно с Институтом леса и древесины СО РАН и ЗАО «ДИГЕР» был создан экологический полигон для осуществления долговременного мониторинга за состоянием природной среды и природных экосистем в зоне воздействия городской промышленности, городского населения и нефтедобычи.

Район исследования расположен в центральной части Сибирских Увалов и имеет почти 25-летнюю историю промышленного развития, связанного с освоением нефтяных и газовых месторождений. Созданный здесь экологический полигон представлен несколькими участками общей площадью более 100 км, которые охватывают различные ландшафтные ситуации как естественные, так и с различной интенсивностью и формой антропогенного воздействия.

Институт почвоведения и агрохимии СО РАН с начала образования экологического полигона ведет на нем и на сопредельных с ним территориях режимные наблюдения за состоянием почвенного и растительного покрова, поверхностных, почвенно-грунтовых и болотных вод.

В основу данной работы положены материалы, полученные в результате крупномасштабного почвенного картографирования территорий Спорышевского и Западно-ноябрьского месторождений нефти, маршрутных съемок на прилегающих к ним территориях и исследований на экологическом полигоне в целях мониторинга. Все исследования проводились в составе комплексных биологических экспедиций (ИПА СО РАН, ЦСБС СО РАН, ИЛиД СО РАН) совместно с ЗАО «ДИГЭР» в районе г. Ноябрьска в период с 1995 по 1999 гг.

Объектами исследований явились: почвенные индивидуумы, элементарные почвенные ареалы, почвенные комбинации и СПП в целом Сибирских Увалов.

Методы исследования.

Почвенное картографирование проводилось согласно «Инструкции по крупномасштабным почвенным обследованиям земель Российской Федерации» под редакцией Рс^сНИИземпроект (1993), в масштабе 1:25 000, с использованием аэрофотоснимков залета 15.08.94 г., спектрозональных космических снимков залета 19.07.92 г. и топокарт того же масштаба. При диагностике почв и обозначении горизонтов использовались «Классификация и диагностика почв СССР», 1977 года и «Классификация почв России», 1997 года.

Исследования почв проводились путем сопряженного профильно-генетического и почвенно-географического метода. Это позволило определить свойства почвенных индивидуумов, характер и механизм взаимосвязи между компонентами почвенного покрова и условиями почвообразования (рельеф, растительность, грунтовые воды, многолетнемерзлые породы).

Анализ почв проводился по общепринятым методикам в лабораториях ИПА СО РАН.

При классификации почвенных комбинаций использовалась таксономическая система, предложенная В. М. Фридландом [76, 78]. Для мор-фометрической характеристики элементарных почвенных ареалов, почвенных комбинаций и структуры почвенного покрова в целом, были использованы количественные показатели, предложенные разными авторами [10, 19, 76, 81, 83].

Научная новизна.

Выявлен набор основных элементарных почвенных процессов, формирующих почвенные профили основных типов почв Сибирских Увалов и показана роль каждого из этих процессов в разные периоды голоцена и на современном этапе.

Получены новые данные по строению профилей подзолов разной степени гидроморфизации и подзолов, законсервированных под слоем ма-ло-и среднемощных олиготрофных торфов.

Описаны основные почвенные комбинации образующие структуру почвенного покрова Сибирских Увалов, а также механизмы дифференциации почвенного покрова.

Определен возраст отдельных звеньев почвенной катены и средние скорости горизонтального смещения границ почвенных разностей.

Предложена гипотеза эволюции почв и почвенного покрова северотаежной зоны Западной Сибири в голоцене.

Теоретическая и практическая значимость.

В результате проведенных исследований были впервые составлены крупномасштабные почвенные карты двух месторождений нефти (Спо-рышевского и Западно-Ноябрьского), на твердой основе и в электроном виде. Составленные карты можно использовать в качестве эталонных участков (ключи-площадки) при крупнои среднемасштабном почвенном картографировании труднодоступных территорий северо-таежной подзоны Западной Сибири, применяя метод экстраполяции результатов картографирования на всю территорию. Изученные почвенно-геоморфоло-гические профили, установившие связь почв с основными элементами рельефа, также могут быть использованы при картографировании в качестве ключей-профилей.

Полученные данные по морфогенетическим особенностям структуры почвенного покрова Сибирских Увалов дополняют имеющийся фактический материал по характеристике почв и почвенного покрова северотаежной зоны Западной Сибири.

Предложенная гипотеза эволюции почв и почвенного покрова северотаежной зоны Западной Сибири в голоцене дает возможность прогнозировать развитие почвенного покрова в естественных условиях и при различных видах антропогенной нагрузки. Полученные экспериментальные данные и теоретические выводы могут быть использованы при проведении дальнейших целенаправленных исследований в северотаежной зоне Западной Сибири.

Защищаемые положения.

1. Основные элементарные почвенные процессы, обусловившие формирование почв Сибирских Увалов — это Al-Fe-гумусовый, элюви-ально-глеевый и торфообразование.

2. Основу структуры почвенного покрова Сибирских Увалов составляют сложные подчиненно-гидроморфные сочетания-вариации с механизмом дифференциации почвенного покрова по минеральному составу и увлажнению, имеющие водно-миграционный характер перемещения масс между компонентами.

3. Почвенный покров осевой части Сибирских Увалов — это эволюционный ряд гидроморфизации подзолов альфегумусовых (иллювиаль-но-железистых).

Апробация работы. Материалы и основные выводы диссертации докладывались и обсуждались на II Международной конференции «Криопедология 97» (Сыктывкар, 1997), научной конференции «Экологическое состояние и ресурсный потенциал естественного и антропогенно-измененного почвенного покрова», (Владивосток, 1998), Международном симпозиуме «Динамика болотных экосистем в северной Евразии в голоцене» (Петрозаводск, 1998) и почвенных семинарах ИПА.

Публикации.

Опубликовано 6 работ по теме диссертации.

Структура диссертации. Работа состоит из 5 глав, введения и выводов. Библиографический список использованной литературы включает 83 источника. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста, иллюстрирована 30 таблицами, 19 рисунками и 16 фотографиями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Вся территория Евразии по особенностям СПП разделена В. М. Фридландом на 21 страну. Сибирские Увалы входят в состав страны диф-ференцированно-увлажненных автономно-гидроморфных сочетаний Западной Сибири. Автономно-гидроморфные сочетания приурочены к плоским водоразделам с почвообразующими породами среднеи тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Поток влаги в таких почвенных комбинациях идет от выше залегающих по рельефу гидроморфных почв к полугидроморфным почвам мезопонижений.

Сибирские Увалы по своим орографическим особенностям представляют собой возвышенную, всхолмленную часть Западно-Сибирской равнины. По отношению к прилегающим территориям они возвышаются на 50−100 м. Расчлененность рельефа и легкий гранулометрический состав пород обеспечивают хорошую дренированность территории. В свою очередь, дренированность территории Сибирских Увалов обусловливает господство на ней подчиненно-гидроморфных, а не автономно-гидроморфных комбинаций характерных для Западно-Сибирской равнины. Гидроморфные почвы занимают пониженные элементы рельефа и поток влаги идет не от них, а наоборот к ним. В этом заключается своеобразие Сибирских Увалов по отношению к прилегающим пониженным равнинам.

В структуре почвенного покрова Сибирских Увалов преобладают мезокомбинации с ведущей ролью сочетаний. Приурочены они к элементам мезорельефа осевой, наиболее дренируемой части Сибирских Увалов, которая представляет собой холмисто-увалистую равнину. Именно здесь господствуют дифференцированно-увлажненные подчиненно-гидромор-фные сочетания. Микрокомбинации с ведущей ролью комплексов и пят-нистостей приурочены к элементам микрорельефа плоских заболоченных водоразделов в переходной, к пониженным равнинам, части Сибирских.

Увалов. Довольно широко распространенные, эти микрокомбинации имеют также дифференцированно-гидроморфную природу, но относятся к ав-тономно-гидроморфному генетико-геохимическому разряду. Степень их контрастности значительно ниже, чем у мезокомбинаций, что и определяет ведущую роль последних в значительной неоднородности почвенного покрова Сибирских Увалов.

Основными факторами, обусловливающими формирование и распространение перечисленных ПК, служат рельеф, грунтовые воды, криогенные и термокарстовые процессы.

Компоненты сочетаний контрастно отличаются друг от друга по степени гидроморфизма и в совокупности образуют полный ряд увлажнения от автоморфных до гидроморфных почв. Факторы образования сочетаний не связаны с процессами почвообразования, а определяются рельефом. Процесс формирования рельефа — первиченпроцесс формирования сочетаний протекает на уже сформированном рельефе. Характер взаимосвязи между компонентами сочетаний односторонний: от компонентов верхних элементов рельефа к компонентам, расположенным в нижних элементах рельефа. Обратная связь отсутствует.

Компоненты комплексов менее контрастно отличаются друг от друга. Характер взаимосвязи между компонентами комплексов двусторонний. Факторы образования комплексов связаны с почвообразованием.

По структуре почвенного покрова территорию Сибирских Увалов можно разделить на два района. Первый, с господством мезоструктур, располагается вдоль осевой части Сибирских Увалов. Как уже отмечалось выше, он представляет собой холмисто-увалистую равнину, сложенную флювиогляциальными, в основном, песчаными отложениями. Второй район, с господством микроструктур, располагается по периметру первого. Он представляет собой пониженную слаборасчлененную равнину, сложенную как флювиогляциальными, так и озерно-аллювиальными, в основном, легкои среднесуглинистыми породами.

Мезоструктуры первого района представлены сложными подзоло-болотными сочетаниями-вариациями. Компонентный состав таких сочетаний состоит из альфегумусовых подзолов, имеющих разную степень гид-роморфизации.

Глубокоразвитые профили всех изученных подзолов имеют четкую дифференциацию на элювиальную и иллювиальную части по содержанию физической глины, ила, гумуса, кремнезема и полуторных окислов. Степень дифференциации профиля увеличивается в ряду от автоморфных подзолов иллювиально-железистых до полугидроморфных иллювиально-гумусовых, затем опять снижается у гидроморфных торфяно-подзолов.

Альфегумусовые подзолы относятся к сильнокислым, очень слабо-гумусированным, с низкой емкостью поглощения и высокой ненасыщенностью основаниями почвам. Гранулометрический состав их песчаный.

Элементарные почвенные ареалы альфегумусовых подзолов характеризуются разнообразным геометрическим строением. Самую простую геометрию имеют ЭПА автоморфных подзолов. Форма их, обычно округлая, сложение — монолитное или слаборасчлененное. Самое сложное геометрическое строение наблюдается у ЭПА полугидроморфных подзолов иллювиально-гумусовых и гидроморфных торфянисто-подзолов. Они имеют полосчато-кольцевые или древовидные формы, сложение их силь-норасчлененное и даже изрезанное. ЭПА остальных компонентов имеют переходные формы.

Характер генетико-геохимических взаимосвязей между компонентами сочетания водно-миграционный однонаправленный: от автоморфных подзолов элювиальных ландшафтов к торфяно-подзолам супераквальных трансаккумулятивных ландшафтов.

Эволюция структуры почвенного покрова с ведущей ролью сочетаний за период голоцена сопровождается изменением компонентов, состава компонентов, геометрического строения ЭПА компонентов и генетической взаимосвязи между компонентами сочетаний. Причиной таких изменений является различная интенсивность развития элементарных почвенных процессов на разных этапах голоцена, связанная с изменением климата, а также различное соотношение интенсивности этих процессов на разных элементарных ландшафтах.

В формировании почвенного покрова во временном отрезке голоцена выделяется несколько периодов. Первый: конец предбореального — начало атлантического времени. Характеризуется преобладанием элювиально-иллювиальных процессов и соответственно, почв с элювиально-иллювиальным профилем. Второй: середина атлантического — начало суб-бореального времени, характеризуется наибольшей интенсивностью развития процесса торфообразования и формированием профилей торфяных почв поверх почв с элювиально-иллювиальным профилем. Третий период: середина суббореала, характеризуется возникновением вторичной мерзлоты в профиле торфяных почв и консервацией профилей подзолов под слоем замерзшего торфа. Четвертый период: конец суббореала — настоящее время. Появление комплекта элементарных почвенных процессов, обусловивших развитие современной структуры почвенного покрова. Этот комплект состоит из двух основных элементарных почвенных процессов — А1-Fe-гумусового и элювиально-глеевого, а также из четырех процессов (ог-леения, оруденения, торфообразования и криогенного), которые могут накладываться на основные. Возникновением почв кольцевого пояса.

В целом, за время голоцена, на рассматриваемой территории, изначально, наблюдается сокращение площадей почв с выраженными элювиально-иллювиальными процессами и увеличение площадей торфяных почв с выраженным в них процессом торфообразования.