Криогенные почвы в долине реки Вилюй, Якутия

Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (проект №19-17-00126), а также в рамках работы междисциплинарной научно-образовательной школы Московского университета «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды»

Введение

Долина среднего течения р. Вилюй располагается в пределах Вилюйской синеклизы – крупной геологической структуры на востоке Сибирской платформы ^[1]. Климатически долина Вилюя фактически является криопустыней, где наблюдается крайне низкое количество осадков в сочетании с сильнейшими (до 80°С) перепадами температуры в течении года. Сплошные многолетнемёрзлые породы ^[2] выполняют на этой территории функцию водоупора, что предотвращает полное опустынивание. Для долины р.Вилюй характерно наличие крупных песчаных массивов с закреплёнными и перевеваемыми поверхностями – тукуланов. Здесь распространены криогенные процессы промерзания, термоэрозии, термосуффозии ^[3], а также обвально-осыпные процессы на высоких крутых склонах и эолового переотложения – на поверхностях дюнных массивов и котловин выдувания на тукуланах ^[4]. Этот район перспективен с точки зрения добычи нефти и природного газа ^[1].

Почвенный покров Центральной Якутии изучен фрагментарно. Районы с подробно описанными почвами чередуются здесь с практически неизученнымми ^[5,6]. Тем не менее, изучение почв и почвенного покрова в среднем течении р. Вилюя важно и с точки зрения поисковой геохимии, поскольку в почвах здесь могут появляться вторичные ореолы рассеивания нефтегазовых углеводородов ^[7], и как способ реконструирования палеогеографических условий Центральной Яктуии наряду с повторно-жильными льдами и слоистыми песчаными отложениями тукуланов ^[4].

Географическое положение

Территория исследования располагается вблизи посёлка Кысыл-Сыр (63°53’19” с.ш., 122°46’09” в.д., высота над уровнем моря – 100 м). Исследованный тукулан Махатта находится в центральной части Центральноякутской равнины – обширной низменности в среднем течении р. Вилюй и р. Лены.

Рис. 1. Схема расположения района исследования

Геологическое строение территории

В геолого-тектоническом отношении территория вилюйского речного бассейна расположена в центральной части Вилюйской синеклизы – надпорядковом элементе Сибирской платформы ^[1]. Геологический фундамент территории среднего течения Вилюя в районе Кысыл-Сыра представлен отложениями Чиримыйской свиты верхнего отдела меловой системы – песками, алевролитами, глинами (в подчинённых прослоях – галечниками). Выше по течению (к западу от Вилюйска) р. Вилюй прорезает толщу отложений Аграфеновской свиты верхнего отдела меловой системы – песков, песчаников, алевролитов. К северо-западу от Вилюйска на поверхность выходят наиболее молодые на этой территории отложения верхнего отдела (плиоцена) неогеновой системы – пески, супеси, суглинки (реже галечники, гравийники). Мощности осадочных отложений Чиримыйской свиты вблизи Кысыл-Сыра достигают 100 м, Аграфеновская свита примерно в 2 раза тоньше – около 50 м, неогеновые отложения маломощные – мощностью не более 15-20 м ^[8]. На левом берегу р. Вилюй неогеновые отложения встречаются намного чаще. Ими сложена значительная часть территории левобережья Вилюя ниже Кысыл-Сыра по течению. Неогеновые отложения (мощностью до 100 м) здесь залегают поверх осадочных пород Линденской свиты верхнего отдела меловой системы – песков с линзами галечников, глин, аргиллитов и бурых углей (мощностью около 200 м) ^[9].

Рис. 2. Фрагмент геологической карты Р-50,51 (Олёкминск) в масштабе 1:1 000 000 в районе п. Кысыл-Сыр. Из Государственная геологическая карта… ^[8]

Рис. 3. Фрагмент геологического разреза дочетвертичных отложений в районе п. Кысыл-Сыр Из ^[8]

Четвертичные отложения и почвообразующие породы

Поверхность правого берега в среднем течении р. Вилюй сложена разновозрастным аллювием. Этот аллювиальный материал имеет возраст от Каргинского (около 39 000 лет) до голоценового (до 11 700 лет) ^[8]. Показанный на карте четвертичных отложений ^[10,11] возраст аллювиальных отложений подтверждается радиоуглеродными датировками, которые были даны для органических остатков, содержащихся в слоях аллювиальных отложений, слагающих системы пойм и надпойменных террас р. Мархи (приток Вилюя), а также 60-метровую толщу Чебединского разреза надпойменной террасы р. Вилюй. Согласно результатам датирования, отложения низкой поймы р. Мархи имеют радиоуглеродный возраст от 3 320 ± 170 до 3 600 ± 150 лет, а расположенная выше по рельефу первая надпойменная терраса образовалась 11 540 ± 140 лет назад. Отложения, слагающие верхний ярус Чебединского разреза террасы р. Вилюй, характеризуются возрастом более 36 000 лет, тогда как в основании террасы залегают отложения, возрастом более 42 000 и 50 000 лет ^[12]. Низкие поймы притоков Вилюя в основном сложены песчаным материалом (редко с горизонтальной слоистостью), высокие поймы и террасы чаще супесчаные и суглинистые с галькой ^[8,12]. В районах Вилюйска, Кысыл-Сыра и в бассейне р. Диппа (левый приток Вилюя) часто встречаются песчаные отложений эолового генезиса – серповидные и копьевидные закреплённые и незакреплённые дюны ^[4,8,9]. Распространением так называемых тукуланов (песчаных криопустынь) данная территория обязана своему геологическом прошлому, в котором здесь наблюдался чрезвычайно холодный экстрааридный климат ^[4].

Рис. 4. Геологический разрез четвертичных отложений Центрально-Якутской равнины. На основе Государственной геологической карты... ^[8]

Рельеф

Исследуемая территория располагается в пределах геоморфологического района Центрально-якутской эрозионно-аккумулятивной равнины, в подрайоне Вилюйской аккумулятивной равнины ^[8,13]. Главными процессами рельефообразования здесь являются аккумуляция наносов (аллювия), а также эрозия берегов р. Вилюй и переотложение осадочных пород, связанное с их эоловым переносом.

Правый берег р. Вилюй характеризуется наличием более широкой поймы, а также полным комплексом из 5 надпойменных террас. По сравнению с правым берегом, левый более крутой, ширина поймы на нём примерно в 2-3 раза меньше, а I и II надпойменные террасы вообще отсутствуют. В отличие от правого берега, на левом берегу III, IV и V высокие надпойменные террасы, а также долины рек-притоков Вилюя имеют резкие эрозионные уступы, ниже которых на склонах вскрываются дочетвертичные породы. На обоих берегах располагаются дюнные массивы тукуланов, отличие в том, что на левом берегу дюнный массив наслаивается прямо на поверхности надпойменных террас, а песчаные дюны правого берега распространены в пределах крупной дочетвертичной равнины ^[14] (табл. 1). Также в южной части тукулана Махатта, в местах разгрузки подземных водных источников, наблюдаются крупные (до 150 м в диаметре) термосуффозионные воронки, интерес к изучению которых в последнее время повышается ^[3].

Таблица 1. Характер и генезис типичных для территории исследования форм рельефа

Геокриологические условия

Нижнеюрские отложения Центральной Якутии имеют сплошное распространение ^[2] и мощность 320 м ^[15]. Бассейн р. Вилюй принадлежит физико-географической стране Северо-Восточная Сибирь и подразделяется на несколько ландшафтных провинций. Территория низменности в районе среднего течения Вилюя относится к трём из них – Оленёкско-Вилюйской полого-увалистой североредколесной, Вилюйской приводораздельной пологосклоновой среднетаёжной и Вилюйско-Сунтарской межаласно-террасовой и древнетеррасовой ^[16]. Характеристики многолетнемёрзлых пород (ММП) этих трёх ландшафтных провинций представлены в табл. 2.

Таблица 2. Мерзлотные факторы формирования ландшафтных провинций территории бассейна р. Вилюй (из Николаевой ^[16])

Многолетнемёрзлые породы в среднем течении Вилюя характеризуются сплошным распространением во всех трёх ландшафтных провинциях. В Вилюйской приводораздельной полого-склоновой среднетаёжной провинции ММП являются высококотемпературными (температуры от –1 до –3 °С), а в Оленёкско-Вилюйской полого-увалистой североредколесной – среднетемпературными (температуры ММП опускаются до –3 - –6 °С) ^[16,17]. Объёмная суммарная льдистость пород низкая – в основном от менее 0,2 до 0,4 % ^[16]. Наличие ММП и подземных льдов обеспечивает наличие здесь ландшафтов в виде аласных термокарстовых котловин ^[2]. Мощность сезонно-талого слоя (СТС) на Лено-Вилюйском междуречье варьирует в зависимости от механического состава пород: торфяной покров оттаивает наименее глубоко – минимальные глубины не превышают 0,5 м, тогда как минимальные глубины сезонного оттаивания песчаных, супесчаных и суглинистых отложений начинаются от 1,5 м (суглинки) и достигают мощности 4,1 м (пески) ^[17]. Центральная Якутия характеризуется развитием таликов в районах русел рек и озёрных котловин. Известны места распространения субаэральных над- и межмерзлотных водоносных таликов на средневозвышенных надпойменных террасах крупных рек и на древней аккумулятивно-денудационной равнине ^[18].

Климат

Метеорологические наблюдения в г. Вилюйске, центре Вилюйского улуса, были начаты почти 160 лет назад, в 1863 г, однако, ввиду сложности круглогодичного обслуживания метеостанции, стали регулярно проводиться лишь с 1898 г. Гидрометеорологические изыскания на западе Якутии активно проводились с 1930-х годов параллельно с геологоразведочными работами в нефтегазоносных районах и местах добычи алмазов, также в их функции входило обеспечение актуальными гидрометеорологическими сведениями центров строительства гидротехнических сооружений (Вилюйской ГЭС и др.) ^[19].

Климат в среднем течении Вилюя относится к резко-континентальному. Формирующийся над центральной Азией примерно с октября по март зимний сибирский антициклон – область наиболее высокого атмосферного давления на Земле, – мощный отрог которого, протягивающийся от оз. Байкал к северо-востоку и покрывающий практически всю территорию Якутии, обеспечивает антициклональный режим погоды в центральной Якутии ^[20]. На территории долины р.Вилюй в течении года наблюдается сочетание низких (до –50°C) зимних, высоких (до +37°C) летних температур воздуха, а также малого количества выпадающих осадков (до 300 мм). Средняя температура воздух в январе составляет –37,8°C, средняя температура июля – 17,9°C, среднегодовая – –9,3°C ^[21] . За последние 120 лет средняя температура воздуха в январе варьировала в широких пределах от –48 (1909 г.) до –25 (2007 г.) °C. Последние 10 лет на метеостанции Вилюйск регистрируются более высокие среднеянварские температуры воздуха, по сравнению с первой декадой XXI века. В целом, присутствует многолетняя тенденция к потеплению зимы. Средняя температура июля в Вилюйском улусе в период с 1900 по 2020 гг. варьировала менее широко, нежели зимняя: наиболее жарким за этот период был июль в 2001 г. (22,5°C), а наиболее прохладным – в 1900 г. (13,1°C). В отличие от января, ход среднеиюльской температуры за последние 120 лет не показал заметной тенденции роста. Наиболее сильно выделяется тенденция к росту среднегодовой температуры, которая колебалась в районе –10, –9°C в начале XX века, и оставалась на том же уровне до 1980-х годов, средние температуры в течении года начали заметно расти с начала 1990-х, а 2020 год вообще стал самым жарким за всю историю метеонаблюдений в этом районе (–4,5°C).

Рис. 5. Климатические характеристики Вилюйского улуса: среднеянварская температура воздуха (А), среднеиюльская температура воздуха (Б), среднегодовая температура воздуха (В) в период с 1900 по 2020 гг. и среднее количество осадков, выпадавших по декадам с 1900 по 2020 гг. (Г) (по данным метеорологической станции Вилюйск (г. Вилюйск, N 63.77; E 121.60; высота над уровнем моря 123 м. По ^[22]

Заморозки (температуры воздуха ниже 0°C) начинаются в среднем около 3 сентября, заканчиваются в районе 30 мая. Средняя продолжительность безморозного периода составляет всего 95 дней. Поверхность песчаной почвы на метеостанции Вилюйск характеризуется среднегодовой температурой –10°С. С мая по сентябрь температура на поверхности почвы положительная, причём в июле она достигает максимума (22°С), сопоставимого со среднеиюльской температурой приземного слоя воздуха. Для периода с октября по апрель характерна отрицательная температура поверхностного горизонта почвы с минимумом в январе, достигающем –41°С ^[21]. Почвы центральной Якутии по температурному режиму их профилей относятся к мерзлотному типу (среднегодовая температура профиля почвы < 0°C), ход температуры почвы на глубине 20 см практически повторяет ход температуры приземного слоя воздуха, отставая от него на 3-5°C, переход температуры почвы через отметку 0°C на глубине 20 см происходит в последней декаде апреля – первой декаде мая. Обратный переход температуры почвы через 0°C, происходящий в конце сентября – начале октября, запаздывает относительно температуры воздуха на 4-10 дней. Сильное влияние на температуру верхних 20 см почвы оказывает мощность снежного покрова. К примеру, в малоснежные зимы верхний горизонты почвы имеет температуру до –25,4°C, тогда как при мощном снежном покрове температура почвы не опускается ниже –12°C. На глубине 100 см колебания температуры происходят в пределах от –10 до 10°C, а на глубине 240 см в течении года уже доминируют отрицательные температуры, а прогревание происходит всего на несколько дней в конце сентября – начале октября (0,5-0,7°C), таким образом, сдвиг температуры почвы по фазе относительно воздуха составляет на этой глубине чуть менее месяца ^[23].

Рис. 6. Среднемесячные температуры поверхности песчаной почвы на метеостанции Вилюйск (глубина 0-5 см) (по данным из ^[21])

Среднегодовое количество атмосферных осадков в среднем течении р. Вилюй составляет 250-300 мм. Количество выпадающих за год осадков на Вилюйской метеостанции варьировало незначительно в период с 1990 по 2020 гг. В среднем наиболее влажными были десятилетия с 1920 по 1930 гг. (288 мм в год в среднем) и с 2000 по 2010 гг. (299 мм в год в среднем), а наиболее сухой – декада 1960-1970, когда влаги выпадало в среднем 238 мм в год ^[22].

Максимальная высота снежного покрова в центральной Якутии достигает 30-50 см. Центрально-якутская низменность характеризуется весьма однообразной динамикой снежного покрова в течении года, что позволяет использовать данные о высоте снежного покрова в течении года на метеостанции в г. Якутске для экстраполяции на всю территорию Лено-Вилюйского междуречья. Выпадение снега в Якутске происходит в начале октября, после чего с первой его декады по первую декаду декабря высота снежного покрова почти линейно увеличивается от 0 до 15-18 см, затем рост мощности снежного покрова замедляется и со второй декады декабря по вторую декаду февраля достигает 25-35 см, выходя на плато. В феврале – марте снежный покров остаётся стабилен, после чего в апреле начинается его стремительное разрушение (с 25-35 до 10 см) ^[24]. Количество дней со снежным покровом в районе Якутска и в других частях центральной Якутии – примерно 203.

Рис. 7. Осреднённая динамика высоты снежного покрова для метеостанции Якутск (1 – защищённое место; 2 – открытое место) (из ^[24])

Гидрологическая сеть

Район исследования расположен в бассейне р. Вилюй – левого притока р. Лены. Активное изучение гидрологических параметров рек бассейна Вилюя, имеющего высокую экономическую значимость, ведётся с середины прошлого века. Тем не менее, немногочисленность имеющихся данных не позволяет использовать большую часть широко известных математико-статистических моделей для описания весьма своеобразного и сложного режима этих рек, формирующегося в результате неравномерного пространственного и внутригодового стока ^[25].

Площадь бассейна р. Вилюй составляет 57 300 км², наиболее крупными гидрологическими объектами на территории бассейна являются притоки Вилюя – реки Чона (правый), Моркока, Марха и Тюнг (левые) ^[25], а также одно из крупнейших в Якутии Вилюйское водохранилище ^[26] и многочисленные озёра ^[27]. Естественный многолетний годовой сток р. Вилюй в верхнем течении составляет примерно 50-60 км³ (гидрологический пост Чернышевский), в среднем течении возрастает до 70 км³ (гидрологический пост Сунтар), а к нижнему достигает уже 150 км³ (гидрологический пост Хатырык-Хомо) ^[26]. Воды Вилюя и его крупных притоков относятся к гидрокарбонатному классу, кальциевой группе (CaHCO₃). Они являются маломинерализованными (минерализация до 166,2 мг/л), очень мягкими (жёсткость до 2,1 мг-экв/л), близкими к нейтральным (pH = 6,9 – 7,9). Содержание взвешенных наносов не превышает 15 мг/л. Содержание растворённого кислорода достигает 13,6 мг/л, показатель содержания органического вещества БПК5 равен 0,4 – 4,9 мг/л, значение показателя ХПК достигает 75,4 мг/л, перманганатная окисляемость (ПО) – 18,7 мг/л, причём по двум последним характеристикам рыбохозяйственные нормативы ПДК превышены ^[28].

Рис. 8. Гидрохимические параметры воды р. Вилюй: содержание главных ионов (А), содержание растворённых кислорода и углекислого газа (Б) и содержание различных форм биофильных элементов (В) (по ^[28])

Растительный покров

По комплексу природно-ботанических признаков изученная территория относится к Вилюйскому округу Центрально-Якутской среднетаежной подпровинции подзоны среднетаежных лесов ^[29]. Эта территория характеризуется преобладанием брусничных и багульниковых зеленомошных лиственничных лесов с сосновыми лесами ^[30]. В структуре древостоя значительно преобладает лиственница сибирская (Larixsiberica L.) – 79,6 %, также обширные площади занимает сосна обыкновенная (Pinussylvestris L.) – 8,6 %, территория, заросшая кустарниками (в основном, ерниками) с преобладанием кедрового стланика (Pinuspumila) занимает 10,6 % площади Вилюйского района Якутии, на долю остальных пород приходится около 1 % ^[31].

Лено-Вилюйское междуречье – территория сосредоточения наиболее крупных массивов сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), тем не менее, особенности произрастания и развития сосновых лесов, окружающих песчаные массивы тукуланов, до сих пор изучены весьма слабо. В основном, в сосновых лесах, как на тукуланах, так и вокруг них, изредка встречается подрост берёзы повислой (Betula pendula), отсутствует кустарниковый ярус, широко развиты кустарничковый ярус с брусникой и черникой (Vaccinum vitis-idaea и Vaccinum myrtillus) обыкновенными, а также широко распространён мохово-лишайниковый покров ^[31]. Флора лишайников Центральной Якутии, описанная Л.Н. Порядиной ^[32], включает 3 семейства (Cladoniaceae – кладониевые, Parmeliaceae – пармелиевые, Stereocaulaceae – стереокаулоновые) и 20 видов, среди которых наиболее часто встречающимися являются Cladonia arbuscula (Wallr.) Flot., Bryoria simplicior (Vain.) Brodo et D. Hawksw. и Stereocaulon glareosum (Savicz) H. Magn. Большая часть изученных видов лишайников (12) относится к бореальным географическим элементам (по классификации географических элементов Окснера, усовершенствованной Н.В. Седельниковой ^[33,34].

Рис. 9. Характерные растительные ассоциации на поверхностях тукуланов (а), поверхности IIНПТ р. Вилюй (б), поверхности I НПТ р. Вилюй (в) и заболоченного днища балки (г)

Почвы и почвенный покров

Согласно исследованию проведённому А.П. Чевычеловым ^[6], на территории Центральной Якутии были выделены 9 зональных, 2 азональных и 7 интразональных типов почв (табл. 3), что говорит об их высоком генетическом разнообразии. Было установлено, что причиной столь значительной дифференциации почвенного покрова в этом регионе являются индивидуальные почвообразовательные макропроцессы, действующие на фоне криогенеза, типичного в целом для Центральной Якутии.

Таблица 3. Систематический список типов мерзлотных почв Центральной Якутии (из ^[6])

Территория исследования характеризуется широким распространением автоморфных палевых почв ^[35] – оподзоленных, карбонатных, осолоделых и серопалевых. Эти почвы помимо гумусо-аккумулятивного, имеют также срединные палево-метаморфический и аккумулятивно-карбонатный генетические горизонты. Палевые почвы обыкновенно имеют небольшую мощность профиля, они слабо дифференцированы по цвету, структуре, гранулометрическому составу, а также характеризуются равномерными профильными распределениями химических элементов. В верхней части профиля реакция близка к нейтральной, в нижней – щелочная, почвенный поглощающий комплекс насыщен основаниями. Характерный тускло-палевый цвет почва имеет ввиду невысокого содержания оксалаторастворимых форм железа ^[35].

Рис. 10. Фрагмент почвенной карты РСФСР в масштабе 1:2 500 000 в районе г. Вилюйска и п. Кысыл-Сыр (на основе Почвенной карты РСФСР…^[36])

В рамках исследуемой территории распространены всего 2 подтипа палевых почв, описанных в классификации и диагностике почв России ^[35] – оподзоленные и осолоделые. Главное их отличие от типичных палевых почв заключается в наличии гумусо-аккумулятивного горизонта с признаком элювиального (AJe) у осолоделых и непосредственно элювиального горизонта E у оподзоленных палевых почв. Развитие этих подтипов палевых почв зависит от сочетания литологического и гидроклиматического факторов: палевые оподзоленные почвы развиваются на опесчаненных легкосуглинистых отложениях в условиях расчленённого рельефа, а подтип осолоделые – на ровных поверхностях с плохо дренируемыми средне- и тяжелосуглинистыми породами, осложнёнными термокарстовыми озёрами ^[35].

Объекты и методы

В качестве объектов исследования нами были выбраны криогенные почвы, входящие в состав почвенного покрова Вилюйского района Якутии. В основном, нами были описаны почвы, характерные для таких элементов речной долины Вилюя, как речная пойма, надпойменные террасы и их склоны, а также сопряжённые с речной долиной элементы эрозионной сети – овраги, балки и термосуффозионные воронки. Территория междуречья представлена в нашей работе лишь одним почвенным разрезом, заложенным на плоской песчаной поверхности тукулана Махатта в его юго-восточной части. Предметом изучения стали морфологические, основные химические и физико-химические свойства почв, такие, как кислотность, содержание легкорастворимых солей и электропроводность.

Морфологическое строение почвенных профилей и особенности почвенных горизонтов были описаны, согласно правилам классификации и диагностики почв России ^[35]. Комплексное описание генетического горизонта почвы включало характеристику однородности окраски, цвета, органолептическое определение влажности, сложения, структуры, гранулометрического состава, наличия включений, новообразований, количества и толщины корней, характера перехода к нижележащему горизонту и формы границы между горизонтами. Кислотность почв, выраженная через значение водородного показателя (pH) была определена потенциометрическим методом в водной вытяжке из почвы в соотношении 1:5 с использованием стационарного pH-метра METTLER-TOLEDO. Общее содержание легкорастворимых солей и электропроводность почв также были измерены в водной вытяжке в соотношении 1:5 с помощью стационарного TDS-EC-метра METTLER-TOLEDO.

Результаты

Почвы и почвенная катена в долине р. Вилюй

На изученной территории долины Вилюя наблюдаются весьма разнообразные условия почвообразования, дифференциация которых обусловлена различными комбинациями почвообразующих пород, степеней дренированности, и особенностей рельефа. Так, на хорошо дренированных породах песчаного гранулометрического состава, слагающих вершинные поверхности и пологие склоны надпойменных террас Вилюя (рис. 12) наблюдаются профили дерново-подзолов и дерново-подбуров иллювиально-железистых (рис. 11Д, Е, Ж; 12а, б, в), для которых характерны одновременное проявление дернового процесса с элювированием железосодержащих частиц из верхней части в нижнюю. Активное протекание последнего процесса также говорит наличие в нижних частях профилей этих почв, обогащённых Fe горизонтальных прослоев – псевдофибров. В частности, дерново-подзол иллювиально-железистый языковатый псевдофибровый маломощный песчаный, разрез которого заложен на вершинной поверхности II надпойменной террасы (рис. 11 Д; 12А), имеет на глубинах 51–115 см горизонт BFff, на рыжевато-буром фоне которого видны многочисленные узкие более тёмные полосы, а в дерново-подзоле иллювиально-железистом псевдофибровом среднемощном песчаном на пологом склоне II надпойменной террасы (рис. 11Е; 12Б) на глубинах 30–55 см расположен горизонт BF’ff – белёсо-палевый с горизонтальными рыжими полосами. На вершинной поверхности I надпойменной террасы был заложен разрез разрез дерново-подбура иллювиально-железистого оподзоленного среднемощного песчаного (рис. 11Ж; 12В), где на уровне признака в горизонтах AYe и BFe проявляется процесс элювиирования, даже наблюдается весьма контрастное новообразование, включённое в горизонт почвообразующей породы. Тёмно-серо-бурая полоса мощностью 5 см выделяется на фоне серовато-палевого песка в горизонте С и, вероятно, имеет повышенное содержание Fe и Mn.

Крутизна песчаного осыпного склона I надпойменной террасы, в средней части которого был заложен разрез серогумусовой ожелезнённой среднемощной песчаной почвы со слаборазвитым профилем (рис. 11З; 12г), обусловливает, во-первых, хорошую дренированность почвы, а во-вторых, незначительное, по сравнению с расположенными выше почвами, проявление элювиального процесса. Так, дифференцированные горизонты почвообразующих пород Cf и Cf’ являются ожелезнёнными, что также различимо визуально по ярко-рыжей окраске Cf и горизонтальным бурым прослоям Cf’. В целом схожие процессы почвообразования протекают на вершинных поверхностях и склонах надпойменных террас, в почвах с одинаковыми гранулометрическим составом и степенью дренированности, которые различаются даже на уровне типов. При этом, при переходе от склона I надпойменной террасы к средней пойме р. Вилюй происходит смена гранулометрического состава почв на среднесуглинистый (рис. 12) и, как следствие, ухудшение степени дренированности. В условиях слабовогнутой пологонаклонной поверхности средней поймы р. Вилюй был заложен разрез стратозёма серогумусового водно-аккумулятивного на погребённой аллювиальной слоистой почве (рис. 11И; 12д). Влажность горизонтов этой почвы в разы выше, по сравнению с расположенными выше по склону.

Рис. 11. Схематические изображения профилей почв, изученных в долине р. Вилюй: А – аллювиальная-серогумусовая; Б – дерново-подзол иллювиально-железистый псевдофибровый на песчаных слоистых древнеаллювиальных отложениях; В – торфяно-глеезём мелкоторфянистый поверхностно-оглееный на погребенной перегнойной мерзлотной на овражном аллювии; Г – погребенная серогумусовая криотурбированная мощная песчаная со слабо развитым профилем под эоловым песчаным наносом на слоистых песчаных отложениях; Д – дерново-подзол иллювиально-железистый языковатый псевдофибровый маломощный песчаный на песчаных древнеаллювиальных отложениях; Е – дерново-подзол иллювиально-железистый псевдофибровый среднемощный песчаный на песчаных древнеаллювиальных отложениях; Ж – дерново-подбур иллювиально-железистый оподзоленный среднемощный песчаный на песчаных древнеаллювиальных отложениях; З – серогумусовая ожелезнённая среднемощная песчаная со слабо развитым профилем на древнеаллювиальных слоистых отложениях подстилаемых валунистыми обломками метаморфических пород; И – стратозём серогумусовый водно-аккумулятивный на погребенной аллювиальной слоистой; К – псаммозём водно-аккумулятивный стратифицированный песчаный на балочном аллювии; Л – псаммозём глееватый поверностно-оглееный песчаный на озёрных отложениях; М – псаммозем глееватый мерзлотный

Низменные поверхности вогнутых доньев эрозионных форм также характеризуются ухудшенным дренажом, вследствие чего в данных ландшафтных условиях развиваются такие почвы, как торфяно-глеезём мелкоторфянистый поверхностно-оглеенный и псаммозём стратифицированный песчаный (рис. 11К) (в днищах балок). При этом главным фактор, обусловливающий различие почв на уровне типа – степень дренированности территории. Широкое днище поверхности балки, где заложен разрез торфяно-глеезёма (рис. 11В), подстилается многолетнемёрзлыми породами на глубине всего 22 см, что выражается в наличии мерзлотного водоупора, который обеспечивает водозастойный тип водного режима. В балке же, в днище которой был заложен разрез псаммозёма стратифицированного водно-аккумулятивного песчаного, мощность сезонно-талого слоя гораздо выше, поэтому в его профиле не наблюдается признаков современной обводнённости и заболоченности – оглеения, перегнивания и т.п.

Также псаммозёмы наблюдаются на склонах и в днищах распространённых в южной части тукулана Махатта термосуффозионных воронок. В нижней части склона термосуффозионной воронки, как и в её днище, глубина залегания многолетнемерзлых пород невысока в обоих случаях, к тому же, одинаковый песчаный гранулометрический состав не даёт оснований считать этот фактор определяющим дифференциацию свойств этих двух почв (рис. 11Л, М).

Рис. 12. Почвенная катена, заложенная на левом берегу р. Вилюй, с указанием мест заложения почвенных разрезов: А - Дерново-подзол иллювиально-железистый языковатый псевдофибровый маломощный песчаный на песчаных древнеаллювиальных отложениях; Б - Дерново-подзол иллювиально-железистый псевдофибровый среднемощный песчаный на песчаных древнеаллювиальных отложениях; В - Дерново-подбур иллювиально-железистый оподзоленный среднемощный песчаный на песчаных древнеаллювиальных отложениях; Г - Серогумусовая ожелезнённая среднемощная песчаная со слабо развитым профилем на древнеаллювиальных слоистых отложениях подстилаемых валунистыми обломками метаморфических пород; Д - Стратозём серогумусовый водно-аккумулятивный на погребенной аллювиальной слоистой

Таким фактором в данном случае является уклон поверхности. Поскольку стенка термосуффозионной воронки наклонена по отношению к днищу примерно на 5–7°, радиально мигрирующая влага не задерживается в надмерзлотных горизонтах, стекая по кровле многолетнемёрзлых пород (горизонту Cg┴) и скапливаясь в днище воронки. Из днища воронки отток влаги происходит значительно медленнее, в связи с чем уже с глубины 15 см вскрывается горизонт подземных вод.

Плоская субгоризонтальная поверхность тукулана Махатта характеризуется специфическим почвенным покровом. Площадь проективного покрытия растительности едва превышает 30%, при этом мощные ветры и песчаный гранулометрический состав поверхности тукулана, ежесезонно промерзающей на глубину более 5 м, в значительной степени лимитирует развитие гумусовых горизонтов. Наличие в стенке разреза на поверхности тукулана мощной грунтовой жилы (мощность около 80 см), материал, слагающий которую, предположительно является палеогумусовым горизонтом серогумусовой почвы [AY]. Эта почва была диагностирована нами, как погребённая серогумусовая криотурбированная мощная песчаная со слаборазвитым профилем под эоловым песчаным наносом (рис. 11Г). Вопрос о том, что же в данном случае должно являться объектом классификации, концептуальный, также возможно классифицирование данной почвы, как псаммозёма эолово-аккумулятивного стратифицированного, если сместить акцент в рассмотрении с материала жилы на вмещающие отложения. Процессы криотурбации наряду с языковатостью границ и наличием многолетнемёрзлых горизонтов в почвенных профилях являются типичными признаками процессов криогенеза в почвах изученного района.

Кислотность и содержание легкорастворимых солей в почве

Значения pH почв варьируют в пределах от 2,81 до 7,61. Реакция среды от сильнокислой до нейтральной. Для большей части почв характерно монотонное распределения значения pH, при этом наиболее часто встречаются значения pH в районе 5-6, что соответствует слабокислой реакции среды. Более кислая реакция характерна для горизонтов с высоким содержанием органического вещества. К примеру, торфяной (Т) и перегнойный (Н) горизонты, характеризующиеся значениями pH 2,81 и 4,78, соответственно. При этом органогенные горизонты с высоким содержанием минеральной части являются менее кислыми, к примеру, в стратозёме горизонты Cr1••aq, rz и [T] кислые и слабокислые (рН = 4,98–5,85). Также кислыми являются горизонты нижней части дерново-подзола (E – BC), имеющие pH от 3,47 до 4,81.

Общее содержание легкорастворимых солей в почвах и связанная с ним напрямую электропроводность не имеют общей тенденции профильного распределения. Одной из часто встречающихся общих черт профильных распределений является повышенная концентрация солей в верхней части почвенного профиля. Отличия от нижележащих горизонтов в содержании легкорастворимых солей могут быть как небольшими (23,6, по сравнению с 18,79), так и весьма значительными (173,1 и 16,79, соответственно). Поверхностно-аккумулятивный тип распределения электропроводности почв предположительно говорит об атмосферном выпадении солей на поверхность почвы с осадками и дальнейшем проникновении вглубь почвы при промывании нисходящими водными потоками. При этом заметно, что большая часть солей, аккумулированных в нижних частях профилей, проявляет максимумы содержания в горизонтах с повышенным содержанием органического вещества: H, [AY] и др. Среднее содержание легкорастворимых солей в профилях почв в районе Кысыл-Сыра примерно 14,3 мг/л, электропроводность этих почв – около 28,6 мкС/см. В некоторых профильных распределениях встречаются ярко выраженные максимальные концентрации солей: до 83,7 мг/л содержит горизонт Т (EC = 173,1 мкС/см), AY – 70,3 мг/л (EC = 140,3 мкС/см).

Таблица 4. Значения водородного показателя, электропроводности и содержания легкорастворимых солей в почвах, исследованных в районе п. Кысыл-Сыр

Дискуссия

Р.В. Десяткиным с соавторами ^[5] в центральной Якутии не были обнаружены профили палевых почв в полном их понимании, к тому же, поверхностный органогенный горизонт был ближе к AY, нежели к светлогумусовому AJ, характерному для палевых почв. На этом основании ими был введён тип дерново-палевых почв, имеющих строение генетического профиля AY – AYe – BPL - BCA┴. Нижний вскрытый аккумулятивно-карбонатный горизонт почвы залегает на слабольдистых многолетнемерзлых породах. Помимо обычных профилей дерново-палевых почв, исследователями были найдены профили почв, горизонты которых характеризовались многими дополнительными признаками, осложняющими строение генетического профиля: дерново-палевой грубогумусированной (AYao – BPL – Вcа) и дерново-палевой осолоделой грубогумусированной, глееватой, криотурбированной, потёчно-гумусовой (подстилка – AYao, e – BPLhi – BPLcr – BCAg,cr). Так, согласно Десяткину ^[5], наложение дернового процесса на частные почвообразовательные макропроцессы – частое явление в Центральной Якутии, что также подтверждают и данные нашего исследования. Описанные Десяткиным с соавторами почвы имеют реакцию профиля от кислой и слабокислой (в верхней части) до нейтральной и слабощелочной (в нижней) – значения pH варьируют от 4,0 до 8,5. Содержание органического углерода (Сорг.) в описанных почвах весьма высоко: до 3,4 % (в пересчёте на гумус – 5,9 %). Дерново-палевые почвы слабо засолены, общее содержание солей достигает 1,6 % (в верхних частях профилей) ^[5]. Значения pH тех почв, описанных Десяткиным ^[5], варьируют в широком диапазоне, при этом в значительной степени попадают и в интервал 2,8 – 7,5, который был установлен нами.

Палевые почвы наряду с лугово-чернозёмными по мере возможностей местного агропромышленного комплекса используются в сельском хозяйстве. Распашка палевых почв приводит к выделению типа агропалевых почв (строение профиля: P – BPL – BCA – Cca), а также агрогетерогенного (признак agr) и постагрогенного (признак pa) подтипов ^[37]. По сравнению с распаханными палевыми осолоделыми почвами, горизонт A палевых осолоделых почв, развивающихся под лесом, характеризуется меньшей плотностью (0,8 г/см³, при 1,3 г/см³ у Апах), а также более кислой реакцией (pH 5,3 при 6,7 у Апах). Также весьма значительно снижается содержание гумуса в горизонте Апах палевой осолоделой почвы в результате окультуривания: горизонт Апах содержит 2,3 % гумуса, тогда как в А невспаханной почвы содержится целых 9,7 % гумуса. Различия же таких свойств, как содержание обменных катионов, суммарное содержание солей и гранулометрический состав почв палевых осолоделых пахотных и непахотных почв незначительны ^[38]. Также, помимо палевых почв, на исследуемой территории присутствуют чернозёмы и солоди. Различия этих двух типов почв заключаются в мощности гумусового горизонта и степени разложенности органического вещества в нём. Если в профиле солоди (A0 – A1A2 – A2 – Bt – BC – C) суммарная мощность переходного горизонта A1A2 с горизонтом дернины равна 12 см, то гумусированная часть профиля чернозёма достигает мощности 22 см. Несмотря на это, содержание гумуса в верхних частях профилей почв практически одинаково – 5,2 % в солоди и 4,4 – 5,4 % в чернозёме. Значение pH чернозёма в среднем выше, чем в солоди: если в солоди водный pH повышается от верхней части профиля к нижней от 5,6 до 6,6, то в чернозёме рост значения происходит от 6,3 до 7,5 ^[39]. Также в районе п. Кысыл-Сыр были описаны мерзлотные подзолистые иллювиально-железистые почвы (строение профиля AO – AEL – Bfi), которые характеризуются относительно равномерным распределением значений pH на протяжении всего профиля – от 6,8 до 7,2, а также крайне низким содержанием солей – ниже 0,04 г/л ^[7]. Иллювиально-железистый подтип у почв изучаемого региона диагностируется весьма часто, поскольку процессы радиальной миграции окисного Fe являются здесь весьма активными. Наша работа также показала, что содержание Fe является одной из основных причин химической дифференциации почвенных профилей. М.В. Оконешниковой ^[40] в бассейне р. Тюнг (левый приток р. Вилюй) был изучен почвенный покров, в составе которого выделялись криозёмы типичные и глееватые (строение профилей: O – CR и Oao – CRg, соответственно), а также торфяно-криозёмы (T – CR) и торфянисто-глеевые почвы (T – Bg). Кроме того, были описаны профили аллювиальных дерновых глееватых (Ad – AB – Bg) и перегнойных (H – B) на низких и средних поймах, а на высоких поймах встречаются переходные от аллювиальных к криозёмам (Oao – B). Все перечисленные почвы имеют низкую физическую плотность (ниже 1,1 г/см³), содержание гумуса от 0,6 до 6,7 % (наибольшее содержание наблюдается в горизонте B почвы, переходной от аллювиальной к криозёму, а наименьшее – в горизонте CRg криозёма глееватого ^[40]. Слабохолмистая поверхность террасы р. Вилюй в районе тукулана Кысыл-Сыр (правый берег Вилюя), занятая парковым кустарничково-лишайниковым сосняком, входит в ареал распространения подзолов иллювиально-железистых ненасыщенных мелкоосветлённых песчаных. Значения pH профиля подзола изученного Павловым и др. ^[41] варьируют в узких пределах 5,01–5,37, что позволяет отнести их к кислым, что в целом соответствует полученным нами данных по кислотности дерново-подзолов на террасах Вилюя в районе тукулана Махатта.

Заключение

Авторами в пределах изученного района в долине р. Вилюй близ тукулана Махатта были заложены 12 почвенных разрезов, 5 из которых вошли в состав заложенной на левом берегу Вилюя почвенной катены от вершинной поверхности I надпойменной террасы до средней поймы реки. Преобладающим типом почвообразующих пород на территории района исследований являются пески мелкие древнеаллювиальные хорошо сортированные, слагающие вершинные поверхности надпойменных террас Вилюя и пологий склон II надпойменной террасы. В данных ландшафтных условиях типично развитие почв, относящихся к дерново-подзолам и дерново-подбурам иллювиально-железистым, в профилях которых высокую выраженность имеют признаки протекания процессов радиальной миграции железа – псевдофибры, специфическая окраска и т.п. Крутой осыпной склон I надпойменной террасы сложен смесью песка мелкого с валунами и дресвой. На нём развиваются профили серогумусовых ожелезнённых почв, которые также имеют визуально выраженные признаки ожелезнения, однако, уже без псевдофибров и т.п. новообразований. В нижней части склона делювиально-коллювиальный шлейф сложен смесью песка мелкого с дресвой, а при приближении к поверхности поймы гранулометрический состав отложений сменяется на средний суглинок аллювиальный, на котором образовался стратозём серогумусовый водно-аккумулятивный. Также в долине Вилюя обнаруживаются такие специфические формы рельефа, как термосуффозионные воронки, днища и склоны которых заняты псаммозёмами. Днища балок в зависимости от степени дренированности, могут быть представлены псаммозёмами водно-аккумулятивными стратифицированными (при улучшенном дренаже) и торфяно-глеезёмами (при затруднённом). Роль ведущего фактора дифференциации в данном случае играет глубина залегания многолетнемёрзлых пород, выражающаяся в наличии мерзлотного водоупора. На поверхности тукулана Махатта почвенный покров в привычном понимании отсутствует, но на глубинах более 10 см обнаруживаются грунтовые жилы, предположительно состоящие из засыпавшегося материала гумусовых горизонтов палеопочв, в дальнейшем сдутых под воздействием эоловых процессов. Почвы долины Вилюя имеют значения pH от 2,81 до 7,61, что соответствует реакциям среды от сильнокислых до нейтральных, при этом среднее значение водородного показателя колеблется в диапазоне 5–6, реакция почв слабокислая. В целом, характерно монотонное распределение значений pH по профилям большей части почв, при этом горизонты, обогащённые органическим веществом, как правило, имеют более кислую реакцию. Среднее содержание легкорастворимых солей в профилях – примерно 14,3 мг/л, электропроводность этих почв – около 28,6 мкС/см. В некоторых почвах максимумы общей минерализации наблюдаются в поверхностных и приповерхностных горизонтах, что говорит об атмосферном происхождении их засоления.

Благодарности

Авторы благодарны Н.В. Торговкину и Е.Г. Егорову за помощь в организации и проведении полевых работ и А.Д.Белик за помощь в полевом изучении почв. Особую благодарность авторы выражают проф. М.И. Герасимовой за помощь в классифицировании и диагностике почв.