Криогенные почвы в долине реки Чара, Забайкалье

Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ (грант № 20-05-00782), в рамках госбюджетной темы 1.4. Антропогенная геохимическая трансформация компонентов ландшафтов, номер ЦИТИС: 121051400083-1

Введение

В качестве объектов исследования в статье выбраны разрезы криогенных почв, заложенных летом 2022 г. в долине р. Чары (Чарская котловина, северо-восточное Забайкалье) на разных гипсометрических уровнях – два из них располагаются на семиметровой террасе р. Чары, один – на плоской вершине хребта Удокан, окаймляющего Чарскую котловину с юго-востока. Таким образом, нами были рассмотрены почвы, относящиеся к различным высотным поясам, контрастная смена которых здесь наблюдалась ранее. Почвы в долине р. Чары были диагностированы нами как глеезёмы криогенно-ожелезнённые, а на вершине Удокана был изучен профиль почвы, отнесённый к торфяно-литозёмам. В целом, описанные и диагностированные авторами почвенные профили встраиваются в общепринятые представления о структуре почвенного покрова этой территории, к тому же, дополняя и уточняя их.

Помимо морфологических описаний почв и выводов о ведущих почвообразовательных процессов, были также сделаны выводы о профильных распределениях химических и физико-химических свойств изученных почв. Для выполнения этой задачи авторами была проведена лабораторная обработка 6 образцов почв из двух разрезов. В числе проведённых нами видов химико-аналитических работ были определение кислотности почв и содержания в них легкорастворимых солей в водной вытяжке, определение карбонатной щёлочности этих почв, а также содержания органического углерода и анализ гранулометрического состава почв.

Изучение всех компонентов ландшафта Чарской котловины в последнее время приобретает весьма важное значение в связи с активизацией разработки крупнейших в России (и вторых в мире) разведанных запасов медных руд месторождения «Удоканская медь» и сопутствующим развитием всей прилегающей территории. Поскольку качественное освоение и развитие территории, особенно с таким неоднородным ландшафтом, как в Чарской котловине, невозможно без результатов детальных исследований природы, необходимо последующее углублённое изучение разнообразия почв, структуры почвенного покрова, а также разнообразных почвенных свойств.

Географическое положение

Разрезы криогенных почв были заложены авторами в начале июля 2022 г. в долине р. Чары. Территория исследования располагается в юго-западной части Чарской котловины (также называемой Верхнечарской впадиной), окружённой хребтами Кодар на северо-западе и Удокан на юго-востоке. Исследования почв были проведены на двух ключевых участках. Один из них (56°45’38.72’’ с.ш., 118°11’30.12’’ в.д.) находится непосредственно у берега р. Чары в районе впадения в неё ручья Беленького (рис. 1). Примерно в 10 км к северу от этого участка располагается тукулан Чарские Пески и село Чара, в 8 км к северо-востоку – пгт Новая Чара и одноимённая станция Байкало-Амурской железнодорожной магистрали (БАМ). Второй – на вершине хребта Удокан (рис. 2) на высоте около 1400 м (56°39’41.20’’ с.ш., 118°22’36.44’’ в.д.), в 5 км к северу от него расположен посёлок Удокан.

Рис. 1. Ландшафт долины р. Чары в районе впадения в неё руч. Беленького (слева вдали – урочище Чарские Пески и хр. Кодар). Фото Д.О. Сергеева, сделанное с помощью БПЛА DJI Mavic Air

Рис. 2. Ландшафт курума на склоне хр. Удокан. Фото А.П. Гинзбурга

Геологическое строение территории и четвертичные отложения

В геологическом плане северо-восточная часть Забайкальского края представляет собой чрезвычайно сложную систему. Преимущественный генезис пород, распространённых здесь - магматический, гранитоиды занимают более 70% площади территории в более чем 800 000 км². Эти образования приурочены к Монголо-Охотскому (Монголо-Забайкальскому) подвижному поясу. Его формирование происходило в архей-раннемеловое время и включало шесть крупных этапов магматизма:

1. Венд–ранний Кембрий: заложение каледонской эвгеосинклинали, основной вулканизм с ультраосновными интрузиями.

2. Кембрий–Силур: формирование внешних карбонатных прогибов в смежных с эвгеосинклиналью районах, массовое образование гранитов.

3. Девон: орогенная активизация, локальное развитие кислого и смешанного вулканизма. Интрузии щелочноземельных сиенитов, гранитов и аляскитовых гранитов.

4. Карбон–Пермь: тектономагматическая активизация, интрузивные серии габбро-монцонит-сиенитового, щелочно-сиенитового и щёлочно-гранитового состава.

5. Триас–Мел: серия тектономагматических активизаций с заложением вулканотектонических структур, наложенных впадин с интрузиями нормального и щёлочноземельного гранодиорит – гранит-лейкогранитового ряда и излияниями базальтоидов.

6. Четвертичный период – рифтообразование и излияние щелочных базальтоидов.

Геологический фундамент территории Чарской котловины преимущественно сложен архее-протерозойскими толщами магматических пород. В основном это граниты, гранодиориты, габбро, габбро-диориты и т.п. отложения, относящиеся к нижнему и верхнему архею и нижнему протерозою. Эти толщи пронизаны нижнепротерозойскими (граниты, гранодиориты, габбро, нориты, габбро-нориты, габбро-диориты, серпентиниты) и позднеюрскими (граниты, гранодиориты, диориты и кварцевые диориты, граносиениты, монцониты) интрузиями. В некоторых местах на поверхность выходят осадочные породы раннемелового, средне- и позднеюрского возраста, а также нижнепалеозойских массивов. К югу от котловины открывается плиоцен-нижнечетвертичное звено вулканогенных образований преимущественно основного состава.

Четвертичные отложения занимают практически всю территорию днища котловины. Наиболее молодые из них - голоценовые русловые фации аллювия в долине р. Чары песчаного гранулометрического состава. По правому и левому берегу Чары суглинистые отложения имеют озёрный генезис (позднеплейстоценового-голоценового возраста), в предгорьях хребтов Кодар и Удокан перекрытыми сверху ледниковыми и водно-ледниковыми отложениями: галечниками, валунниками, гравием.

Рельеф территории

Чарская котловина представляет собой вытянутую с юго-запада на северо-восток межгорную впадину с достаточно широким плоским днищем, ограждённую с северо-запада более крутым и высоким хребтом Кодар (высоты до 3 072 м), а с юго-востока – более низким и пологим Удоканом (высоты до 2 561 м). Ширина котловины в средней её части – около 35 км, длина – в районе 125 км.

Отметки абсолютных высот на топографических картах этого района в центральной части котловины – от 695 (долина р. Чары в районе впадения р. Апсат) до примерно 792 м (дюнный массив урочища Пески). К северу от пгт Новая Чара на высоту до 925,5 м над уровнем моря возвышается холм, вершина которого считается самой высокой точкой равнинной части котловины.

Рис. 3. Схематический профиль Чарской котловины: 1 – коренные породы, перекрытые маломощными рыхлыми отложениями; 2 – несортированные пески и супеси конусов выноса и подгорных шлейфов с обилием валунов и гальки; 3 – валунные супеси морен; 4 – песчаные отложения террас; 5 – пески, супеси и суглинки пойм и низких надпойменных террас; 6 – лиственничные леса; 7 – лиственнично-сосновые и сосново-лиственничные леса; 8 – лиственничные редколесья; 9 – ерники; 10 – заболоченные луга и болота, из ^[1]

Большая часть днища котловины сложена полигенетичными осадочными отложениями значительной мощности, под которыми периодически обозначаются выходы коренных пород, например, в виде цепи сопок высотой до 200 м (рис. 3). В целом, для котловины характерно преобладание водно-ледниковых и аллювиальных супесчаных супесчаных и песчаных отложений, в основном песков мелких, в центральной части, а по краям – широкое распространение ледниковых валунно-галечных супесей и пролювиальных щебнисто-галечных отложений. Материал обоих ярусов рельефа существенно переработан процессами криогенеза ^[1].

Рис. 4. Основные части хребта Удокан: 1 – предгорья северного склона; 2а – район господства резкорасчленённых гольцов; 2б – район господства плосковершинных гольцов; 3 – Верхнекаларская котловина; 4 – предгорья южного склона, из ^[1]

Кайнозойский подъём всей горной страны Забайкалья считается одним из важнейших агентов формирования горного рельефа территории края, так как именно благодаря этому событию были сформированы современные чередования горно-долинных участков, расчленённость территории. Тектонические поднятие и опускания в итоге привели к наличию здесь системы горных хребтов (Кодар, Удокан, Каларский, Янкан и др.) и межгорных котловин (Чарской, Верхнекаларской и др.). Поднятие хребта Удокан сопровождалось излияниями базальтов и созданием обширных вершинных базальтовых плато. Затем современный облик горного рельефа формировался под влиянием последовательной смены нескольких эпох горно-долинного оледенения с межледниковьями, в ходе которых крупные реки (Чара, Витим и др.) прорезали плотные магматические породы ^[1]. В настоящее время хребет Удокан, в зависимости от геолого-геоморфологических условий подразделяется на 4 основных части (рис. 4). Северные предгорья представляют собой субширотно вытянутые пологие плосковершинные гряды высотами до 1200 м, после чего в высокогорье широки площади, занятые плосковершинными гольцами, а территорию депрессии, занятую Верхнекаларской межгорной котловиной, окружают резкорасчленённые гольцы (см. рис. 4).

Геокриологические условия

Территория исследования располагается в области сплошного распространения многолетнемёрзлых пород. Средние температуры многолетней мерзлоты значительно различаются в зависимости от геоморфологических условий залегания мёрзлых отложений, а также в зависимости от их литологического состава. Средние температуры мёрзлых почв на поверхностях (в период с 2006 по 2014 гг.) варьируют от +1,5°С (глыбисто-щебнистые отложения долины руч. Клюквенный, высота 1338 м) до -6,7°С (курум на склоне восточной экспозиции хр. Удокан, высота 1712 м). Температура почвы на глубине подошвы деятельного слоя тоже варьирует в достаточно широких пределах: от 0,3°С (массив развеваемых песков, высота 735 м, глубина 1 м) до -9,4°С (курумный склон юго-западной экспозиции, высота 1155 м)^[2]. На площадке CALM (Circumpolar Active Layer Monitoring program), находящейся вблизи впадения руч. Беленького в р. Чару, глубины сезонного оттаивания изменяются от 0,48 до 0,93 м, при этом наиболее частые средние значения варьируют в пределах 0,62-0,68 м ^[2]. На глубине 0,5 м сезонные колебания температуры почвы уже абсолютно не повторяют по форме графика те, что наблюдаются на её поверхности, лишь 4-5 месяцев в году значительно отличаясь от своего постоянного значения 0 градусов по Цельсию. Амплитуда температуры почвы на глубине 0,5 м за 2007–2008 г. составила 15 градусов (от +1 до -14°С), тогда как на глубине 1,3 м за аналогичный период она равна примерно 11 градусам. В то же время на поверхности почвы амплитуда температур за 2007 - 2008 г. достигла 60 градусов (от +25 до –35°С). Двухгодовой ход температуры почвы курумника (высота 1155 м) на склоне хребта Удокан на глубинах 0,38, 0,95, 1,5 и 2,05 м в значительной степени больше повторяют по форме график хода температуры приземного слоя воздуха, а амплитуды имеют значения от -34 до +25°С (на поверхности) и от –30 до +5°С (на глубине 2,05 м) ^[3].

Сезонное протаивание на террасах и пойме Чары начинается в первых числах мая и заканчивается в октябре, а мощность сезонно-талого слоя почв сильно варьирует от 0,5 до 1,0–3.5 м ^[4]. Небольшие мощности снежного покрова, малое количество осадков и широкие амплитуды температур воздуха в течение года привели к тому, что на плоской части днища котловины получили широкое распространение многочисленные формы полигонального рельефа и повторно-жильные льды (ПЖЛ) ^[5-7], которые многие исследователи ошибочно ^[8] считали реликтами плейстоценовой эпохи, поскольку оценивали их возраст косвенно по положению в рельефе, а также по гранулометрическому составу вмещающих их отложений – песков средних и крупных с прослоями гравия и галечников ^[8]. Особенно часто ПЖЛ включены в отложения первой надпойменной террасы р. Чары. Согласно результатам радиоуглеродных датировок, полученных Ю.К. Васильчуком с соавторами ^[6,7], ледяные жилы имеют радиоуглеродный возраст от 7 840 ± 60 до 10 230 ± 95 лет, что соответствует раннеголоценовому возрасту. Значения δ¹⁸O и δ²H, полученные в ходе анализа стабильных изотопов кислорода и водорода в талой воде из ПЖЛ, равны в среднем –23‰ и –180‰, соответственно. При пересчёте изотопных данных в палеотемпературные удалось установить, что среднезимние температуры в зимние периоды оптимума голоцена (10–7,5 тысяч лет назад) могли быть холоднее современных на 2–3°C, а среднеянварские – на 3–4°C, что способствовало образованию в песчаных отложениях террас р. Чары весьма крупных (до 7 м высотой) ПЖЛ ^[5-7].

Климат

Климатическим условиям Чарской котловины в целом свойственны черты климата, характерные для большей части Восточной Сибири, при этом местные физико-географические факторы создают на территории котловины мезо- и микроклиматические особенности. Климат относится к резко-континентальному типу, что обусловлено удалённым положением от морей ^[9-12]. Основным элементом общей циркуляции атмосферы северного полушария, который формирует климат региона, является сибирский (азиатский) антициклон – область повышенного давления над северо-востоком континентальной частью Евразии ^[10].

Средняя температура воздуха в течение года, по данным метеорологической станции в с. Чара (широкая равнинная часть днища котловины) составляет ‒7,8°C, в среднем опускаясь в январе до ‒31,8°C с историческим минимумом ‒57°C. В июле температура воздуха в среднем находится на уровне +16,8°C, однако нередки случаи повышений до +30°C и более (исторический максимум +34°C). Температура ниже 0°C держится в Чаре в течение 207 дней, ниже ‒10°C – около 162 дней ^{[9, 11]}.

На склонах хребтов, окаймляющих Чарскую котловину, при подъёме вверх наблюдается ярко выраженная температурная инверсия. Так, например, если среднеянварская температура воздуха в с. Чара (высота над уровнем моря 708 м) составляет ‒31,8°C, то на метеорологических станциях в п. Нижний Ингамакит на отроге хребта Удокан (1069 м над уровнем моря) ^[9] и пос. Удокан в узкой высокогорной долине на хребте Удокан (1570 м над уровнем моря) ^[12] она выше - ‒28,9 и ‒29,2°C, соответственно (рис. 5, А). Эта закономерность хорошо прослеживается в апреле, когда температуры воздуха в Чаре и Удокане в среднем весьма близки (‒3,2 и ‒3°C, соответственно), а в Нижнем Ингамаките примерно на 4°C ниже (см. рис. 5А).

Рис. 5. Средние месячные температуры воздуха (А) и количество выпадающих осадков (Б) в январе, апреле, июле и октябре, а также высота снежного покрова и средние месячные температуры на поверхности почвы (В)

Среднегодовое количество осадков в данном регионе значительно различается в зависимости от высоты над днищем котловины. В с. Чара среднегодовое количество выпадающих осадков равно 328 мм, тогда как при подъёме на хр. Удокан оно увеличивается сначала примерно в 1,5 раза (до 455 мм в п. Нижний Ингамакит), а затем более чем в 2 раза (до 679 мм в п. Удокан). Наибольшая влажность воздуха наблюдается летом, когда в июле в среднем выпадает до 80–87 мм/мес осадков (в Чаре), а зимой воздух иссушается почти до полного отсутствия осадков (не более 4 мм/мес в январе на всех трёх метеостанциях). Отсутствие влажных воздушных масс объясняется прежде всего активной деятельностью Сибирского антициклона ^{[9, 10]}.

Наличие такой температурной «ступени» на высоте около 1000 м над уровнем моря обеспечивает также инверсивный высотный профиль распределения количества выпадающих осадков. Во все сезоны года, кроме весны, на метеорологической станции Нижний Ингамакит фиксируется большее количество осадков, по сравнению с Чарой и Удоканом. Особенно эта разница заметна осенью, когда в среднем выпадающие в Нижнем Ингамаките 30 мм осадков в месяц примерно вдвое превосходят их уровень в Чаре (15,8 мм/мес) и Удокане (16,3 мм/мес) (рис. 5Б).

Невысоким зимним количеством осадков в с. Чара (3,4 мм/год) объясняется относительно небольшая мощность снежного покрова в этом районе – своего максимума она достигает в феврале, он равен 14 см. Стабильный снежный покров в Чаре устанавливается к ноябрю (8 см) и держится до конца марта (12 см), а в апреле – мае его мощность снижается до 1–3 см ^[4]. Полностью снежный покров разрушается к концу мая, переставая препятствовать потокам солнечного тепла, прогревающим поверхность почвы +16 – +21°C (рис. 5В).

Гидрологическая сеть

Гидрологические объекты на исследуемой территории представлены рекой Чарой и её притоками – мелкими и средними реками и ручьями. Чара берёт своё начало на склонах хребта Кодар и в оз. Большое Леприндо и протекает по площади котловины в северо-восточном, а далее – в северном направлении. В районе пгт. Новая Чара и с. Чара в неё впадают несколько средних и малых притоков – реки Верхний Сакукан, Средний Сакукан, Анарга (левые), Нирунгнакан, Наминнгакан, ручей Беленький (правые). Сама река Чара относится к бассейну р. Лены, являясь её правым притоком наряду с р. Олёкмой, с которой она соединяется незадолго до впадения последней в р. Лену.

Около 5% площади бассейна р. Лены – одного из крупнейших речных бассейнов России и мира, - расположено в северной части Забайкальского края, где также формируется примерно 7% стока р. Лены ^[13]. Относящиеся к этому бассейну крупные реки – Олёкма, Чара, Бугарихта, Каренга и Куанда относятся преимущественно к горному типу с большими уклонами и бурным течением ^[14]. Длина р. Чары составляет 851 км, площадь водосбора – 87,6 тысяч км². Она имеет преимущественно снеговой и дождевой тип питания ^[15]. На р. Чаре расположена два гидрологических поста – с. Чара и г/п Большое Леприндо. На обоих этих постах среднегодовые значения расхода воды значимо (коэффициенты корреляции превышают 0,4) связаны с количеством атмосферных осадков, при этом распределение стока внутри года весьма неравномерно ввиду контрастных по влажности сезонов: в течение тёплого периода года на реках проходят дождевые паводки (чаще всего в июле и августе, на которые приходится наибольшее количество осадков и, как следствие, речного стока) ^{[13, 15]}.

Рис. 6. Внутригодовой ход количества атмосферных осадков и расхода воды, осреднённых по территории исследования: 1 – количество атмосферных осадков, мм; 2 – среднемесячный расход воды, м³/с (р. Каренга, г/п с. Тунгокочен). По Н.В. Рахмановой и др. ^[15]

Более 80% речного стока формируется в весенне-летний период (рис. 6), а в зимний, особенно на малых водотоках, сток вообще прекращается в связи с полным истощением запасов грунтовых вод и их промерзанием. Также в зимний период на реках региона в большом количестве проявляются ледовые явления, такие как ледостав, наледеобразование, забереги, шуга. Длительность всех ледовых явлений на Чаре и её притоках равна примерно 228 дням, при этом Чара характеризуется одним из наиболее поздних в регионе осреднённым сроком наступления ледостава: стабильный лёд устанавливается здесь в районе 27 октября (данные г/п Большое Леприндо) (для сравнения, на р. Каренга, на г/п в с. Тунгокочен, в среднем ледостав наступает 9 октября). Окончание всех ледовых явлений происходит в интервале между 8 и 21 мая ^[15]. Наледи, как один из самых распространённых типов ледовых явлений на реках северного Забайкалья, являются серьёзным осложнением инженерно-геологических условий региона. Образование наледей обычно протекает в течение 5–6 месяцев, таяние занимает около 1–2 месяцев, тем не менее, в северной части края продолжительность разрушения в основном определяется объёмами наледей. Особо крупные из них, как, например, Муруринская наледь в верхнем течении р. Чары в отдельные годы полностью не разрушается ^{[16, 17]}. Климатические изменения последних лет, выраженные в виде роста среднегодовых температур воздуха от ‒3,5 до ‒0,5°C (по данным метеорологической станции в г. Чита) и незначительного увеличения среднегодового количества осадков, привели к тому, что уровни грунтовых вод понизились, а объёмы вод, аккумулированные в таликах уменьшились. Из-за этого подземные воды, ранее участвовавшие в наледеобразовании, значительно быстрее срабатываются и трансформируются в точках разгрузки в поверхностный и подрусловой сток. По этой причине крупные наледи, которые ранее образовывались ежегодно с вероятностью около 100% теперь формируются эпизодически, а объёмы особо крупных наледей в северном Забайкалье (Среднесакуканской, Нижнегамакитской, Муруринской и др.) уменьшились на 20–30%, что значительно больше обычных колебаний в годовом цикле ^[16].

Растительный покров

По схеме природного районирования Забайкальского края исследованный район относится к Кодарскому гольцовому (альпийскому) району природного округа Становое нагорье. В центральной части района лесной пояс на южном склоне представлен в основном лиственничниками. До 1100–1200 м в подлеске их, наряду с кедровым стлаником (Pinus pumila), встречается берёза растопыренная (Betula divaricata), в напочвенном покрове преобладают мхи. Выше местами появляются второй ярус из берез повислой (Betula pendula) и каменной (Betula ermanii), в подлеске господствует кедровый стланик, много ольховника (Duschekia fruticosa), в покрове преобладают мхи. На плоских участках, сложенных мореной, встречаются лиственничники с подлеском из кедрового стланика, с мощным ягельным покровом. С 1400–1500 м появляются лиственничные редколесья с мощным ягельным покровом, а на южных склонах – низкорослые рощицы из березы каменной, чередующиеся с зарослями стланика.

Для высокогорья типично широкое развитие фрагментов альпийской растительности, на северном склоне занимающих значительные площади, красочных лужаек, рододендронников (рис. 7), тальников. На северном, более влажном склоне типично широкое распространение рощ из березы каменной, местами ельников; большие площади находятся под зарослями стланика ^{[18, 19]}.

Рис. 7. Растительный покров высотного пояса гольцов с багульником, рододендроном золотистым и кедровым стлаником (фото А. Гинзбурга)

Флористическое разнообразие в Чарской котловине весьма велико, а изолированное положение в рельефе приводит к тому, что некоторые растительные сообщества здесь проявляют уникальные свойства и сочетания. А.В. Гаращенко ^[18] в ходе масштабного геоботанического обследования территории Чарской котловины выделил здесь 384 вида сосудистых растений и составил их систематические списки с указанием мест и особенностей условий обитания. Согласно результатам нескольких сезонов полевых исследований экспедиций Флора Сибири (1988–2003 гг), этих видов здесь насчитывается 854 в составе 77 ботанических семейств. Наиболее многочисленны виды из семейств осоковые (101 вид), астровые (85 видов) и мятликовые (67 видов) ^[19].

Почвы и почвенный покров

С точки зрения почвенно-географического районирования, версия которого представлена в Атласе Забайкалья ^[20], исследованный нами район относится к Муйско-Удоканскому высокогорному округу Северо-Прибайкальской горной провинции Восточно-Сибирской мерзлотно-таёжной области лиственно-лесной зоны серых лесных мерзлотных почв. В свою очередь эта зона входит в состав более крупного географического пояса – Бореального (умеренно-холодного). Своеобразными особенностями этого почвенно-географического региона считаются следующие условия почвообразования: короткий биологический цикл, резко расчленённый горный рельеф местности, грубообломочный состав почвообразующих пород, наличие многолетнемёрзлых пород ^[2,5,6].

Почвенный покров Забайкалья, как и многих других восточных регионов России, до сих пор изучен недостаточно детально. Причиной тому сочетание огромной площади территории со сложными климатическими условиями и недостаточной её хозяйственной освоенностью. Н.А. Ногина в своей диссертации, посвящённой почвам и почвенному покрову Забайкалья ^[21], отмечает, что по состоянию на середину XX века даже на обзорных почвенных картах почвенный покров территории Забайкалья, Якутии и Дальнего Востока был изображён провизорно, на основе результатов общего анализа природной обстановки, а более подробные региональные исследования почв из раза в раз демонстрировали их специфичность.

Первые данные о почвах и почвенном покрове территорий к востоку от озера Байкал относятся к 1880-м годам, когда стали проявляться отрывочные сведения о существовании здесь чернозёмов и солончаков, а также широком распространении песчаных и каменистых массивов. В начале XX века (1909 – 1913 гг.) были организованы так называемые экспедиции Переселенческого Управления, работами по изучению почв в ходе которых руководил К.Д. Глинка. Большая часть этих исследований была проведена в степных и лесостепных котловинах Забайкалья, горнотаёжные районы при этом не изучались. Несмотря на отмеченное многими исследователями почв того времени своеобразие почв и структур почвенного покрова, ни одного типа почв, не встречаемого на Европейской части России, выделено не было. В монографии Л.И. Прасолова ^[22] был подытожен этот этап накопления знаний о Забайкальских почвах и их географическом распространении. К главным выводам географического характера относятся следующие:

1) характер распределения почв по территории Забайкалья в значительной степени определяется рельефом ввиду большей части площади, занятой горными системами

2) самые низкие (600–800 м над уровнем моря) участки межгорных депрессий заняты сухостепными ландшафтами с каштановыми почвами, выше, на уровне 800–1000 м развиваются чернозёмы, а на высотах 1000–1200 м над уровнем моря формируются серые лесные почвы (в Классификации и диагностике почв России ^[23] – серые), не образующие сплошных поясов на склонах котловин. В горной тайге преобладают подзолистые почвы (рис. 8)

Рис. 8. Схема высотной поясности склона межгорной депрессии в Забайкалье на момент конца 1920-х годов, по Л.И. Прасолову ^[22]. Высотные ландшафтные пояса: 1 – горнотаёжные, 2 – горнолесные, 3 – разнотравно-злаковые, 4 – сухостепные

В 1932 году экспедиция ЛОВИУА под руководством С.В. Зонна проводила исследования почвенного покрова на территории степных и лесостепных участков бассейна р. Селенги, был уточнён ряд представлений о географическом распространении почв в регионе, а также уточнены их морфологические и аналитические свойства. В этот же период начали точечно проводиться детальные почвенные съёмки с целью крупномасштабного картографирования сельскохозяйственных угодий колхозов и совхозов. Активизации и интенсификации освоения природных ресурсов российского Дальнего Востока поспособствовало критическое состояние промышленной и сельскохозяйственной отраслей СССР в годы после второй мировой войны. Необходимость освоения в первую очередь минерально-сырьевой базы Забайкалья ознаменовала также и новый этап в изучении природы в общем и почвенного покрова региона в частности. Масштабная исследовательская деятельность была организована сотрудниками Почвенного института имени В.В. Докучаева (Москва), СОПСа АН СССР (Москва), Иркутским университетом имени Жданова и др. Были проведены многочисленные маршрутные исследования горнотаёжных районов, почвенные съёмки всех степных и лесостепных территорий Бурятии, а также начато полустационарное изучение почв в районах, активно используемых в сельском хозяйстве. Как результат этого этапа, было описано значительно большее, чем до этого принято было считать, своеобразие местных почв: если ранее в классификационном плане морфологические особенности выражались лишь в названиях почв мелких таксономических единиц, то начиная с 40-50-х годов XX века в общесоюзную классификационную систему были введены несколько новых типов почв, формирующихся при неглубоком залегании многолетнемёрзлых пород.

Наибольшее внимание в связи со своей высокой плодородностью привлекают забайкальские чернозёмы ^{[21, 24-26]}. Согласно Н.А. Ногиной ^[21], сухостепные ландшафты, обрамляющие наиболее гиспометрически низкие и сухие участки рельефа межгорных котловин, на высотах 800–1000 м над уровнем моря, заняты ареалами почв чернозёмного типа. В её диссертации внутри типа чернозёмов выделяются три подтипа: чернозёмы малогумусные («бедные») мучнисто-карбонатные переходные к каштановым, чернозёмы среднегумусные мучнисто-карбонатные и чернозёмы малокарбонатные и бескарбонатные (рис. 9).

Рис. 9. Структуры почвенного покрова высотного пояса степей на пологих склонах межгорных котловин Забайкалья. Ландшафты: 1 – луговые степи, 2 – настоящие степи, 3 – пышные луга, 4 – сухие степи, по ^[21]

Высотный подпояс, занятый лугово-степными растительными ассоциациями, имеет весьма однородный почвенный покров: все автономные позиции рельефа с незатруднённым дренажом характеризуются ареалами мало- и бескарбонатных чернозёмов, а в депрессиях наблюдаются мерзлотно-луговые карбонатные (и редко солончаковатые почвы). В расположенном ниже подпоясе настоящих степей разнообразие условий почвообразования наибольшее в рамках всего пояса степей: автономные позиции заняты чернозёмами среднегумусными мучнисто-карбонатными, в депрессиях развиваются чернозёмно-луговые и луговые глубоко промерзающие почвы. Также на этих территориях встречаются не обнаруживающие приуроченности к определённым элементам рельефа луговые солончаки, не имеющие здесь широкого распространения. Малогумусные мучнисто-карбонатные чернозёмы распространены широко в подпоясе пышных лугов ^[21], где подчинённые позиции в рельефе занимают ареалы лугово-чернозёмных почв (иногда при участии луговых солончаков). Нижняя часть подпояса степей граничит с днищем котловины, где расположен сухостепной пояс с каштановыми почвами (рис. 10). Почвы сухостепного пояса следует также рассмотреть отдельно.

Рис. 10. Структуры почвенного покрова высотного пояса сухих степей на днищах межгорных котловин Забайкалья. Ландшафты: 1 – сухие степи, 2 – лугово-сухостепные низменности с солёными озёрами, по ^[21]

По сравнению с гиспометрически выше лежащим поясом степей, сухостепной пояс, занимающий наиболее низкие участки межгорных котловин, характеризуется не таким разнообразным рельефом, а следовательно, и почвенным покровом. Н.А. Ногина ^[21] выделяет здесь два преобладающих типа почв – каштановые мучнисто-карбонатные и тёмно-каштановые ^{[21, 25]}. В комплексах с каштановыми почвами часто наблюдаются солонцы, которые, по сути, являются здесь переходным звеном между каштановыми почвами в автономных позициях рельефа и соровыми и луговыми солончаками на низменных участках котловин солёных озёр (см. рис. 10). Расстояние этого перехода в условиях днищ межгорных котловин существенно сужено, что локально создаёт весьма контрастный почвенный покров, участки которого окружены обширными территориями, где покров менее контрастен. На двух-трёхчленных почвообразующих породах контрастного гранулометрического состава, на глубине контакта которых обеспечивается влагозастой во влажные периоды года, формируются луговато-каштановые почвы.

Рис. 11. Структуры почвенного покрова высотного пояса тайги на склонах межгорных котловин Забайкалья. Ландшафты: 1 – северо- (верхне-) таёжные, 2 – среднетаёжные, 3 – южнотаёжные, по ^[21]

Занимающий промежуточное между тайгой и степями положение высотный пояс лесостепей представлен сочетанием мерзлотно-таёжных почв с чернозёмами, иногда с каштановыми почвами. В особенности часта такая ситуация в восточном Забайкалье на склонах восточной экспозиции, наиболее сухих, где ареалы каштановых почв могут наблюдаться на высотах до 2000 м над уровнем моря, то есть, практически на границе горно-таёжного пояса. При большой глубине сезонного протаивания многолетнемёрзлых пород (3–5 м) и в условиях сочетания влажных берёзовых лесов с подлеском из ивы и ерника с лугами могут развиваться почвы, которые не имеют аналогов в почвенном покрове Европейской территории России – глееватые, остепнённые или собственно мерзлотные лугово-лесные ^[21].

Почвенный покров горно-таёжного высотного пояса различен как в высотном, так и в долготном отношении. Изменения в структуре и составе почвенного покрова наблюдаются при продвижении снизу вверх, от южнотаёжного подпояса к северотаёжному, а также с запада на восток – от западной (более сухой) части Забайкалья к восточной (более влажной). В нижней части таёжного высотного пояса фон почвенного покрова составляют горные мерзлотные дерново-таёжные почвы. К выходам песчаных массивов приурочены редкие ареалы почв, относящихся к подзолистому типу. В выше расположенном подпоясе средней тайги доминируют мерзлотно-таёжные почвы иногда с признаками оподзоленности, которые особенно ярко проявляются в восточной части края. По песчаным массивам и выходам сильно гравелистых отложений развиты глубоко промерзающие иллювиально-железистые подзолы. В депрессиях и на слабо дренированных отложениях формируются мерзлотно-болотные почвы. В северной (верхней) тайге в почвенном покрове наиболее широко представлены горные мерзлотно-таёжные поверхностно-ожелезнённые и поверхностно-оглеенные почвы в западной части Забайкалья. В восточной части аналогичную роль фона почвенного покрова играют горные мерзлотно-глеетаёжные и горные иллювиально-железистые подзолы (рис. 11).

Большая часть площадей гольцов – верхнего из высотных поясов, - занята каменистыми крупноглыбистыми россыпями, совсем лишёнными мелкозёма. В связи с этим, почвенный покров здесь фрагментарен. В западной части Забайкальского края, особенно на склонах хребтов, обращённых в сторону оз. Байкал, распространены горно-тундровые почвы. Горно-луговые (субальпийские) почвы приурочены в основном к участкам, где в зимний период скапливаются большое количество снега – к днищам каров и троговых долин. На склонах хребтов западного Забайкалья, имеющих восточную экспозицию, распространены гольцово-пустошные почвы, а горно-тундровые почвы встречаются только в тех местах, где скапливается больше влаги – депрессиях и на плохо дренируемых поверхностях. В восточных районах горно-тундровые почвы вновь приобретают широкое распространение и встречаются в автоморфных позициях, горно-пустошные почвы встречаются здесь редко, в основном в особо ксерофитных позициях (рис. 12).

Рис. 12. Структуры почвенного покрова высотного гольцов на вершинах и привершинных поверхностях хребтов Забайкалья. Ландшафты: 1 – горно-тундровые, 2 – горно-луговые, по ^[21].

Примечание: З – запад, В – восток

Наиболее актуальной мелкомасштабной почвенной картой на территорию Забайкальского края считается карта масштаба 1:2 500 000 из Национального Атласа Почв России ^[27]. На ней территория северо-восточного Забайкалья легко дифференцируется от окружающей территории, для которой характерен горный рельеф. В таком масштабе почвенный покров котловины представляется как сочетание подзолов иллювиально-железистых с торфянисто- и торфяно-глеевыми болотными почвами (глеезёмами торфянистыми и торфяными болотными). Почвообразующие породы в днище котловины при этом строго дифференцированы: в центральной части распространены песчаные отложения, а в северо-западной части котловины почвы образуются на кислых метаморфических и изверженных породах.

Аналогичную информацию о современном состоянии почвенного покрова даёт также более ранняя почвенная карта РСФСР ^[28], за тем лишь исключением, что в качестве почвообразующих пород на ней рассматриваются в пределах котловины только пески.

Объекты и методы

В качестве объектов исследования рассматриваются профили криогенных почв, почвенный покров и почвенно-геохимические катены, представляющие собой высотные спектры почв на склонах хребтов Кодар и Удокан. Непосредственно нами были описаны три разреза криогенных почв: два из них на плоской субгоризонтальной поверхности семиметровой террасы р. Чары в 30–60 м от уреза реки, один – на вершине хребта Удокан на плоской пологонаклонной поверхности курума ^[29]. Для более подробного анализа таких свойств почвенного покрова, как разнообразие почв, структура и высотные спектры, были привлечены дополнительные литературные и почвенно-картографические данные. Помимо морфологических особенностей почвенных профилей и свойств почвенного покрова нами были исследованы химические и физические свойства этих почв – кислотность, общее содержание легкорастворимых солей, содержание органического углерода, гранулометрический состав.

При составлении морфологических описаний почвенных профилей и классификации почв была использована классификация и диагностика почв России ^[23].

Кислотность почв (pH) и содержание легкорастворимых солей (TDS, мг/л) измерялись в водных вытяжках в соотношении 1:5 потенциометрическим и кондуктометрическим методами с помощью стационарных pH-метра и EC-TDS-метра METTLER TOLEDO. В обоих случаях вытяжка изготавливалась из навески почвы массой около 5 г, растёртой фарфоровым пестиком в фарфоровой ступке, просеянной сквозь сито с диаметром пор 1 мм.

Содержание органического углерода в почвах (C_орг.) было измерено методом И.В. Тюрина с фотометрическим окончанием. Навеска почвы массой около 1 г, растёртая фарфоровым пестиком в фарфоровой ступке, просеянная сквозь сито с диаметром пор 0,25 мм, заливалась 10 мл 0,4 М 1/6 хромовой смеси (бихромата калия – K₂Cr₂O₇, разбавленного (1:1) в серной кислоте – H₂SO₄). Для ускорения протекания реакции окисления органического углерода вытяжки хромовой смеси в течение 20 минут нагревались в сушильном шкафу при 150–160 °C, затем остужались, после чего остаток иона Cr⁶⁺ в вытяжке оттитровывался 0,2 М раствором соли Мора (FeSO₄·(NH₄)₂SO₄·6H₂O) в присутствии 5–6 капель фенилантраниловой кислоты (C₁₃H₁₁NO₂). Содержание органического углерода в пробе почвы определялось по следующей формуле:

где V₁ – количество раствора соли Мора (см³), пошедшее на титрование Cr⁶⁺, содержащегося в аликвоте хромовой смеси (1/6 K₂Cr₂O₇) – холостой пробе; V₂ – количество соли Мора (см³), пошедшее на титрование Cr⁶⁺, оставшегося после взаимодействия навески почвы с аликвотой хромовой смеси (1/6 K₂Cr₂O₇); М – молярность раствора cоли Мора; 0,003 – молярная масса ¼ С (г/моль); 100 – коэффициент перевода на 100 г почвы; m – масса сухой навески почвы.

Гранулометрический состав почв был определён методом лазерной гранулометрии с предварительной растиркой навески почвы с пирофосфатом натрия. Масса почвенной навески, растёртой в фарфоровой ступке резиновым пестиком во избежание разрушения минеральных зёрен, составляла 2–3 г. После взвешивания к навеске пипеткой добавлялись 3–5 капель пирофосфата натрия (Na₄PO₇), который использовался для дополнительной диспергации коллоидных частиц почвы.

Щёлочность почв, вызываемая нормальными карбонатами (CO₃^2-), была измерена в водной вытяжке в соотношении 1:4. Навеска воздушно-сухой почвы массой 5 г заливалась 20 мл дистиллированной воды и профильтровывалась сквозь бумажный фильтр «Белая лента» с диаметром пор 0,12 мм в конические колбы. Затем к фильтрату приливались две капли индикатора метилового оранжевого (0,1 % в H₂O), после чего смесь титровалась 0,02 М раствором ½ H₂SO₄, конечная точка титрования фиксировалась по резкой смене окраски раствора с жёлтой на бледно-оранжевую. Вычисление щёлочности от растворимых карбонатов производилось по формуле:

где V_H2SO4 – объём раствора ½ серной кислоты, пошедший на титрование пробы почвы; M – молярность ½ раствора серной кислоты; V_tot – объём дистиллированной воды, взятый для изготовления водной вытяжки почвы; V_al – объём водной вытяжки почвы, взятый для определения щёлочности; m – масса навески (г); 2 – коэффициент для перевода из бикарбонатов в карбонаты; 100 – коэффициент для выражения результата на 100 г почвы.

Результаты

Морфологические свойства почв

Согласно правилам морфологического описания почвенного профиля, предлагаемым в классификации и диагностике почв России ^[23], изложенным в полевом определителе почв ^[30], авторами были описаны следующие свойства почв: мощность, цвет, влажность, сложение, структура, гранулометрический состав (органолептически), включения, новообразования, количество и размеры корней растений, характер перехода и форма границы.

Разрез почвы Ch-S-22-1 (56°45’38.72’’ с.ш., 118°11’30.12’’ в.д.) заложен на ровной субгоризонтальной поверхности 7–метровой террасы реки Чары примерно в 30 м от её уреза реки (рис. 13), на высоте 3–3,5 м над уровнем реки (абс. высота = 728 м над уровнем моря), под заболоченной редкостойной постпирогенной лиственничной тайгой с берёзой карликовой, кедровым стлаником в древесно-кустарниковом ярусе, а также багульником болотным, осоками и мохово-лишайниковым покровом. Соотношение мхов с лишайниками примерно 5:1 в составе проективного покрытия.

О – 0–11 см, тёмно-бурый, слабо разложенный, состоящий из растительных остатков трав и кустарничков, мха и лишайников, влажный, рыхлый, обильно пронизанный корнями диаметром 2–5 мм, переход постепенный по степени разложенности остатков.

О’ – 11–20(25) см, тёмно-бурый, темнее, чем вышележащий горизонт, средней степени разложенности, состоящий из растительных остатков трав и кустарничков, мха и лишайников, влажный, рыхлый, пронизан корнями диаметром 2 – 5 мм, переход ясный по наличию мелкозёма, цвету и структуре, граница волнистая.

G – 20 (25)–26(30) см, ярко-рыжий, мокрый, уплотнённый, тиксотропный, мелкопесчаный заиленный, бесструктурный, с сизоватыми пятнами, переход ясный по цвету, граница волнистая.

CG – 26 (30)–34 см, сизо-серый, мокрый, плотный, тиксотропный, мелкопесчаный заиленный, бесструктурный, с небольшими рыжими пятнами, переход резкий по верхней границе ММП, граница ровная.

CG┴ – 34… см, аналогичный вышележащему по цвету, супесчано-легкосуглинистый, заиленный, многолетнемёрзлый, массивной криогенной текстуры, низкольдистый (визуально содержание льда ≤ 30%).

Название почвы: глеезём криогенно-ожелезённый криотурбированный мерзлотный

Рис. 13. Профиль почвы Ch-S-22-1 – глеезём криогенно-ожелезённый криотурбированный мерзлотный

Разрез почвы Ch-S-22-2 (56°39’41.20’’ с.ш., 118°22’36.44’’ в.д.) заложен на вершине ровной поверхности хребта Удокан, примерно в 3 км от вершины г. Клюквенный Голец и в 2 км от дамбы хвостохранилища месторождения «Удоканская медь», на высоте примерно 1300 м над уровнем моря, на хорошо дренированной каменистой булыжниковой поверхности курумника с редкостойным кедровым стлаником (рис. 14) . Поверхности булыжников покрыты покровом из накипного лишайника.

T – 0–12(27) см, тёмно-бурый, грубогумусовый, валунно-щебнистый, размеры валунов – до 15 см в поперечнике. Состоит из остатков мха, лишайников средней степени разложения и кедрового стланика, пронизанный корнями диаметром до 2 см, переход постепенный, по наличию мелкозёма и размерам булыжников.

R – 12(27)–40 см, тёмно-бурый, валунно-щебнистый, размеры валунов – до 50 см в поперечнике, редко встречаются корни толщиной до 0,5 см, весь горизонт содержит небольшие включения торфа высокой степени разложения, с малым количеством мелкозёма (до 20 %).

Название почвы: торфяно-литозём мерзлотный

Рис. 14. Профиль почвы Ch-S-22-2 – торфяно-литозём мерзлотный

Разрез почвы Ch-S-22-3 (56°45’33.31’’ с.ш., 118°11’9.68’’ в.д.) заложен на ровной субгоризонтальной поверхности 7-метровой террасы реки Чары примерно в 60 м от её уреза, на высоте 3–3,5 м над уровнем реки (абсолютная высота = 730 м над уровнем моря), под редкостойной лиственничной тайгой с берёзой карликовой, кедровым стлаником в древесно-кустарниковом ярусе, багульником болотным, осоками и мохово-лишайниковым покровом (рис. 15).

O – 0–4 см, тёмно-бурый мохово-лишайниковый покров с примесью осок, багульника болотного, берёзы карликовой, обильно пронизан корнями древесных видов диаметром до 2 см, переход резкий по степени разложения опада, граница ровная.

Opyr – 4–11(13) см, тёмно-бурая подстилка средней степени разложения, сырая, рыхлая, пронизанная корнями берёзы карликовой, багульника, трав диаметром до 1 см, включения крупных (до 2 см в поперечнике) чёрных угольков, переход резкий по цвету и наличию мелкозёма.

CG – 11(13)–18(25) см, светло-серо-бурый с желтизной, влажный, уплотнённый, мелкопесчаный заиленный, бесструктруный, с небольшими (до 2 мм) корешками, с едва заметными рыжими бесформенными пятнами, с хорошо выраженными зёрнами SiO­­₂ (светлые, прозрачные), переход резкий по наличию оглеения и железистых пятен, граница волнистая.

G– 18 (25) – 44 см, сизо-серый с ярко-рыжими пятнами неправильной формы, вертикально ориентированными, по корням лиственниц (до 15 см), влажный, плотный, мелкопесчаный заиленный бесструктурный, с небольшими корешками берёзы (до 2 мм) и одним большим корнем лиственницы диаметром 3 см, с железистыми вертикально-ориентированными пятнами, с хорошо выраженными зёрнами SiO_­­2 (светлые, прозрачные), переход резкий по верхней границе ММП, граница ровная.

CG┴ – 44… см, аналогичен вышележащему по цвету, многолетнемёрзлый, массивной криогенной текстуры, низкольдистый (визуально содержание льда ≤ 30%).

Название почвы: глеезём криогенно-ожелезнённый мерзлотный

Рис. 15. Профиль почвы Ch-S-22-3 – глеезём криогенно-ожелезнённый постпирогенный мерзлотный

Рис. 16. Схематические изображения профилей почв, описанных в долине р. Чары: а) глеезём криогенно-ожелезнённый криотурбированный мерзлотный; б) торфяно-литозём мерзлотный; в) глеезём криогенно-ожелезнённый постпирогенный мерзлотный

Физические и химические свойства почв

В процессе проведения комплекса анализов физических и химических свойств почв нами были исследованы pH, общее содержание легкорастворимых солей, содержание органического углерода и гранулометрический состав 6 образцов почв, отобранных в долине р. Чары и на хребте Удокан.

Значения pH в изученных профилях почв варьируют от 4,85 до 5,44, такие значения позволяют отнести их к почвам со слабокислой реакцией профиля. В торфяно-литозёме на куруме (рис. 16А) разница кислотности почвы весьма значительна (0,38 единиц), что говорит о контрастных условиях развития мелкозёмистой фракции на разных глубинах, при этом в профиле подбура иллювиально-железистого (рис. 16Б) кислотность распределяется ещё более неравномерно по профилю. Наиболее кислым является верхний горизонт Opyr, где pH опускается до 4,85, после чего начинает медленно возрастать, достигая своего максимума (5,3) в горизонте G на глубинах 18(25)–44 см. Диапазон значений pH в профиле подбура иллювиально-железистого на 7-метровой террасе р. Чары равен 0,45 единиц. В целом, обе почвы демонстрируют одну и ту же тенденцию в распределении значений pH в профиле: верхний горизонт значительно более кислый, по сравнению с нижележащими. Наиболее кислые горизонты почв визуально приурочены к наиболее высоким содержаниям органического вещества, продуктами разложения которого, по-видимому, и являются слабые органические кислоты, определяющие кислотность обстановки в горизонтах.

Напротив, содержание легкорастворимых солей в двух почвенных профилях сильно различается. Если в профиле торфяно-литозёма на хребте Удокан верхний горизонт O значительно более засолён, чем нижележащий R (18,86 и 8,1 мг/л, соответственно) (рис. 16А), то в профиле подбура иллювиально-железистого из долины р. Чары распределение значений TDS гораздо равномернее: среднее значение составляет 15,32 мг/л, варьируют значения при этом весьма узко – от 13,6 в верхнем горизонте Opyr до 16,71 в самом засолённом нижнем мёрзлом CGf┴ (рис. 16Б). По-видимому, повышенная засолённость верхних горизонтов почв может свидетельствовать о том, что легкорастворимые соли могут возникать в них в результате атмосферных выпадений с осадками. При этом почвы на вершине Удокана значительно сильнее дифференцированы по содержанию солей, по сравнению с долиной Чары. В то же время, вершина Удокана – более сухое место, по сравнению с нижними высотными ярусами горного ландшафта котловины, поэтому, возможно, высокая влажность может являться причиной более равномерного распределения содержания солей, поскольку влага проникает более глубоко и промывает, выравнивая профильное распределение.

Рис. 17. Профильные распределения pH, TDS, CO₃^2-, C_орг. и содержания различных гранулометрических фракций (по Н.А. Качинскому) в профилях почв долины р. Чары: а) Торфяно-литозём мерзлотный; б) Глеезём криогенно-ожелезнённый постпирогенный мерзлотный

Щёлочность почв, обусловленная растворимыми карбонатами, относительно низка. В изученных профилях почв она варьирует в пределах от 2,4 до 4,8 ммоль(-)/100 г. В среднем в разрезе почвы на вершине хребта (Ch-S-22-2) карбонатная щёлочность ниже, чем в почве в долине р. Чары (Ch-S-22-3). Верхние горизонты в целом более щелочные, чем нижние: щёлочность горизонта T равна 3,2 ммоль(-)/100 г, что на 0,8 ммоль(-)/100 г выше, чем в горизонте R. Также наибольшая карбонатная щёлочность наблюдается в верхней части горизонта G, где достигает значения 4,8 ммоль(-)/100 г, а ниже снижается до 4 ммоль(-)/100 г. Поверхностно-аккумулятивный характер распределения карбонатной щёлочности, предположительно, связан с привносом карбонатов в почвы с атмосферными осадками, что согласуется с повышенным содержанием легкорастворимых солей в профилях почв, которое детектируется особенно в верхних горизонтах.

Содержание органического углерода в почве, разрез которой заложен на вершине хребта Удокан, достигает 37,8 %, а в горизонте R, расположенном ниже, кардинально снижается и равняется 9,34 %. В среднем, в почве на террасе р. Чары органического углерода содержится значительно меньше. В верхнем горизонте его содержание составляет 6,8 %, а в нижележащих минеральных горизонтах уменьшается примерно до 0,9–1,4 %. Повышенное содержание органического углерода в верхних частях профилей криогенных почв Чарской котловины маркирует органо-аккумулятивный процесс, как один из ведущих почвообразовательных процессов здесь. В то же время значительные различия между содержанием С_орг. в верхних и нижних горизонтах почв свидетельствует о неглубоком проникновении этого процесса в профиль почвы из-за неблагоприятных климатических условий.

Таблица 1. Некоторые химические и физико-химические свойства почв долины р. Чары и хр. Удокан

Гранулометрический состав изученных почв довольно однороден. Это касается как сравнения содержания гранулометрических фракций в почвах двух ландшафтов, так и профильного распределения содержания этих фракций в почвах. Согласно классификации почв подзолистого типа почвообразования по гранулометрическому составу Н.А. Качинского, применяемой в рамках Классификации и диагностики почв России ^[23], обе рассмотренных почвы относятся к почвам супесчаного гранулометрического состава (см. табл. 1). Содержание частиц физической глины в них находится в пределах от 10 до 20 %. Причём профильное распределение содержания этих частиц весьма однородно в обеих почвах: в торфяно-литозёме на курумнике содержания физической глины увеличивается к нижней части профиля от 16,7 до 18,8 %, а в глеезёме криогенно-ожелезнённом на надпойменной террасе верхняя часть профиля характеризуется почти неизменным содержанием физической глины в 11,0–11,2 %, а в самом нижнем мерзлотном горизонте G┴ возрастает до 14,8 % (см. табл. 1).

Таблица 2. Гранулометрический состав почв долины р. Чары и хр. Удокан

Более детальный анализ гранулометрического состава почв и распределения процентных концентраций в нём по горизонтам даёт понять, что торфяно-литозём обладает более однородным распределением этих свойств в своём профиле. В наибольшей степени представлены в нём фракции частиц диаметром 10–1000 мкм, то есть, диаметром больше, чем частицы физической глины. Их доли составляли от 24,5 до 30,1 % (табл. 2).

Такая однородность гранулометрического состава по профилю и преобладание крупной фракции в нём говорит о начальной стадии почвообразования и пока ещё незначительной переработке минеральных зёрен почвообразовательными процессами. В то же время в гранулометрическом составе глеезёма криогенно-ожелезнённого наиболее крупная из мелкозёмистых фракций почвенных частиц (

Дискуссия

Разнообразие почв изученного района

На протяжении всего периода изучения разнообразия почв в районе Чарской котловины различные авторы, выполнявшие полевые описания почв, относили изученные разрезы к нескольким основным типам. Н.А. Ногиной ^[21] здесь были выделены чернозёмы малокарбонатные, чернозёмы мучнисто-карбонатные и чернозёмы мучнисто-карбонатные «бедные» в высотной зоне степей. Каштановые и тёмно-каштановые были обнаружены в приуроченной к днищу котловины сухостепной зоне. В горно-лесостепном высотном поясе Н.А. Ногиной были описаны профили тёмно-серых лесных почв, а также мерзлотных лугово-лесных, а в расположенном выше горно-таёжном поясе было зафиксировано наибольшее типовое разнообразие: горные мерзлотно-таёжные поверхностно-ожелезнённые, горные мерзлотно-таёжные обычные, горные мерзлотные дерново-таёжные и подзолы железистые ^[21]. Составители почвенной карты Забайкальского края в Национальном атласе почв ^[27] отмечают распространение трёх основных типов почв на его территории: горные подбуры преимущественно распространены в пределах Хэнтэй-Чикойского нагорья на юго-западе, на низменных равнинах юго-востока края, пересечённых относительно невысокими хребтами Нерчинским, Урюмканским, Борщовочным и др. в основном представлены почвы, относящиеся к чернозёмному типу, в центральной и северной части доминирующим типом почв с структуре почвенного покрова являются подзолы (иллювиально-железистые и иллювиально-гумусовые). Чарская котловина представляет собой равнинный участок, на возвышенных частях которого в основном представлены подзолы иллювиально-железистые и иллювиально-гумусовые, то есть, почвенный покров северо-восточной части Забайкалья в данном масштабе карты (1:2 500 000) дифференцируется на горные и равнинные подзолы. Низменные участки котловины заняты ареалами глеезёмов торфянистых и торфяно-болотных, что частично подтверждается данными нашего исследования на семиметровой надпойменной террасе р. Чары ^[27]. Окружающие котловину горные территории, как отмечается на почвенной карте РСФСР ^[28], заняты горными подбурами сухоторфяными на низких участках склонов, а вершины практически лишены почвенного покрова, на его месте на карте отмечается распространение выходов плотных пород и каменистых россыпей ^[30,31].

Предметом рассмотрения Г.Д. Чимитдоржиевой и Э.В. Цыбиковой ^[32] было выбрано своеобразие каштановых почв в южных котловинах Сибири. Авторами отмечается, что в сухостепной зоне Удинской котловины (Бурятия) каштановые почвы имеют несколько иной оттенок гумусного горизонта А, нежели аналогичные почвы западной Сибири и Европейской части России, оттенки горизонта более тёплые коричневые, а не бурые, зафиксированные в полевых описаниях почв Орловой в 1990 г. в Европейской части России, Тищенко и Рыдлевской в 1936 г. на Алтае и Заварзиной и Деминой в 1999 г. в районе Курска (цит. по ^[32]). В каштановых почвах Иволгинской и Удинской котловины были описаны почвы с весьма схожим строением профиля (А – АВ – Вк – Ск), в которых, помимо основных для каштановых почв процессов почвообразования, слабо проявляются дополнительные признаки солонцеватости ^[32]. Помимо отмечаемых многими исследователями каштановых и лугово-каштановых почвы в днищах котловин Забайкалья, в структуре почвенного покрова степной зоны Баргузинской котловины (урочище Верхний Куйтун. Бурятия) важное место занимают криогумусовые (почвенный профиль АК – ВСА – ВСАСса – Сса – 2Саа), агрокриоаридные (почвенный профиль Pw, r – AK – BPL(BCA) – BCA – BCACca – Cca – 2Cca – 3Cca) и агрокриогумусовые (почвенный профиль P – BPL – BCA – BCACca – Cca – 2Cca) почвы, что значительно обособляет её от многих других межгорных котловин Сибири ^[33].

В горных районах западной части Забайкалья Л.Л. Убугуновым и др. ^[34] в рамках ствола первичного почвообразования были выделены торфяно-литозёмы и литозёмы грубогумусовые, по описаниям весьма близкие к обнаруженным нами в ходе настоящего исследования на хр. Удокан.

Диагностика почв, профили которых были вскрыты разрезами Ch-S-22-1 и Ch-S-22-3, затруднительна. С одной стороны, такие свойства, как тиксотропность, и сильное оглеение указывают на то, что эти почвы, скорее всего, относится к типу глеезёмов (отделу глеевых почв). Предположение о глеезёмах особенно напрашивается при диагностике почвы в разрезе Ch-S-22-1, где к собственно морфологическим свойствам почв добавляется также заболоченность поверхности. Дополнительным аргументом в пользу того, чтобы отнести рассматриваемые почвы к глеезёмам, служат картографические данные, которые указывают на наличие здесь ареалов глеезёмов торфянистых и торфяно-болотных ^{[27, 28]}. В качестве контраргумента к этой точке зрения можно привести то обстоятельство, что различные исследования почв в низменных участках межгорных котловин Забайкалья отмечают наличие признаков засолённости в них ^{[21, 35]}, а в исследованных нами почвах ни одного из перечисленных ими признаков не обнаружено ни морфологически, ни химико-аналитически. Однако довод против возможности назвать эту почву глеезёмом – горизонт, описание которого изначально было интерпретировано, как признаки BFg, в первую очередь ярко-рыжий цвет этого горизонта, который характерен для иллювиально-железистого горизонта профилей отдела альфегумусовых почв ^[23]. Этот довод приобретает дополнительную силу, поскольку при описании глеезёмов байкальской природной территории ^[36] указывается, что глеевый горизонт в них сизо-серый, охристо-жёлтый, либо сизо-чёрной пятнистости, но не ярко-рыжий или красный. Тем более, что на фотоматериалах, приложенных к работе Л.Л. Убугунова и др. ^[34] глеевый горизонт однороден, не дифференцирован по цвету.

М.И. Герасимова при обсуждении полученных нами результатов, предположила, что при диагностике почв на семиметровой террасе Чары и поиске их положения в местной структуре почвенного покрова следует обратить внимание на недавний лесной пожар в редкостойном лиственничнике, в котором как раз был заложен разрез Ch-S-22-1. Изучению трансформации свойств почв в результате верховых и низовых природных пожаров в таёжных лесах посвящены диссертация В.Г. Тарабукиной ^[37], обзорная статья А.А.Дымова и др. ^[38], раздел об охране лесных ресурсов Республики Коми от пожаров и их последствий ^[39] и др. Почвы гарей уплотняются, в них повышаются удельная и объёмная массы, сокращается водопроницаемость и улучшается аэрация надмерзлотных горизонтов ^[37]. В свете этих данных ярко-рыжий горизонт в верхней части оглеенной толщи профиля почвы Ch-S-22-1 можно рассматривать, как результат улучшения воздухопроницаемости верхнего горизонта, либо же полного его уничтожения в результате пожара, о чём свидетельствует окраска, характерная для окисленных форм железа (Fe³⁺) в аэробных условиях. В то же время ухудшение водопроницаемости почвы могло как раз привести к тому, что повысился уровень грунтовых вод, из-за чего условия почвообразования из более располагающих к альфегумусовым почвам трансформировались в более подходящие для глеевых. Профиль почвы Ch-S-22-3, где не так сильно выражено окисление восстановленных форм железа, а также почти не проявляется тиксотропность, однако присутствуют явные признаки прошедшего в прошлом лесного пожара в виде угольков в постпирогенном горизонте Opyr, возможно, следует воспринимать как подбур, ранее трансформировавшийся в глеезём, а в настоящий момент возвращающийся к своему первоначальному состоянию. Аналогичные процессы самовосстановления криогенных почв (Cryozems and Podburs) после лесных пожаров в лиственничниках описаны А.А.Дымовым и др. ^[38].

Химические и физико-химические свойства почв

Исследования, углублённые в разнообразие почв чернозёмного типа, проводимые в западном Забайкалье, во-первых, сообщают о том, что чернозёмы низменных равнин в целом морфологически сходны с теми, что наблюдаются в межгорных котловинах северо-востока ^[32,40], во-вторых, указывают на то, что свойства чернозёмов западного Забайкалья менее благоприятны для ведения сельскохозяйственных работ, по сравнению с восточно-забайкальскими в межгорных котловинах. Содержание гумуса в верхних горизонтах А1 западно-забайкальских чернозёмов варьирует от 3,5 до 5,3 % ^[41], тогда как в почвах Чарской котловины это содержание составляет от 4,3 до 6,6 % ^[21]. Содержание общего азота в почвах двух частей Забайкальского края примерно равнозначно, оно составляет от 0,16 до 0,33 % (восток) и от 0,05 до 0,52 % (запад). Аналогичная ситуация с почвенной кислотностью в водной вытяжке. Так, pH чернозёмов западного Забайкалья от 6,6 до 8,9, а в восточном – от 5,7 до 8,2. Тем не менее, именно западное Забайкалье ввиду более удобного для проведения агротехнических мероприятий рельефа более освоено в сельскохозяйственном плане. Каштановые почвы степной зоны юго-западного Забайкалья, изученные В.К. Кашиным и Г.М. Ивановым ^[42] на предмет загрязнения хромом, характеризуются водным pH от 6,8 до 8,2. Содержание гумуса в них составляет 1,3–2,6 %, что в среднем сходно с результатами, отмеченными Н.А. Ногиной ^[21]: 0,2–3,5 %. Чернозёмы мучнисто-карбонатные в западном Забайкалье содержат 2,4–3,7 % гумуса, как и серые лесные почвы, среднее содержание гумуса в которых в районе 2,7 % ^[42].

Пахотные серые лесные почвы Западного Забайкалья, исследованные в Дульдургинском районе Агинского Бурятского автономного округа Читинской области, демонстрируют сходные значения кислотности (pH 5,8 – 6,7), однако средние значения этого показателя здесь ниже, чем в степных зонах на днищах межгорных котловин ^[43], причём авторы отмечают, что пахотные почвы примерно на 1 единицу pH кислее, чем почвы целинных участков: 6,7 и 5,7, соответственно. Содержание гумуса в этих почвах не превышает 4 %, особенно сильно снижаясь при переходе от верхнего горизонта к нижележащим: от 3,92 до 1,27 и менее %. Аналогичные результаты измерения pH серых лесных почв, задействованных в сельскохозяйственном производстве АПК «Алханай» (Могойтуйский хр., Читинская область (в настоящее время – Забайкальский край)), при этом содержание гумуса в верхних пахотных горизонтах этих почв (А1) достигало 4,95 %, постепенно уменьшаясь к горизонту АВ1 и ниже до 1,48 % ^[44].

Криогумусовые и агрокриоаридные почвы, встреченные при изучении почвенного покрова урочища Верхний Куйтун в Баргузинской котловине характеризуются похожим на исследованные нами почвы гранулометрическим составом: наиболее массово представлены фракции 250–1000 мм и 50–250 мм. Последняя из них нередко составляет около 50 и более % от всего гранулометрического состава. Содержание физической глины в профиле примерно равное обнаруженному нами в ходе гранулометрического анализа, в целом, содержание фракции тоньше 10 мкм составляет от 3 до 19 %, что соответствует песчаным и супесчаным почвам ^[33]. Каштановые почвы Удинской и Иволгинской котловин, напротив, более тяжёлые по гранулометрическому составу. Содержание частиц физической глины в них иногда достигает 27,8 %, что по градациям Н.А. Качинского соответствует легкосуглинистому составу. Для многих из описанных почв [32–36] характерны либо равномерные, либо возрастающие с глубиной концентрации физической глины в профилях почв.

Заключение

Проведённые авторами исследования морфологических и физико-химических свойств почв долины р. Чары летом 2022 г. показали, что описанные почвы на террасе р. Чары на супесчаных древнеаллювиальных отложениях относятся к стволу постлитогенного почвообразования, отделу глеевых почв, типу глеезёмов. На уровне подтипов почвы были разделены на криогенно-ожелезнённые криотурбированную мерзлотную и криогенно-ожелезнённую постпирогенную мерзлотную. Почва на куруме на плоской вершине хр. Удокан была классифицирована авторами как торфяно-литозём мерзлотный.

В случае с диагностикой глеезёмов возникли определённые неоднозначности, связанные с проявлением в профиле этих почв некоторых морфологических и физико-химических свойств, обычно характерных для типа подбуров. К таковым относятся ярко-рыжая окраска верхней части горизонта G, который из-за неё возможно интерпретировать, как иллювиально-железистый горизонт BF в подбуре, тем более, что типичный для глеезёмов Забайкалья горизонт G обычно не дифференцирован, имеет равномерную сизую окраску. Также супесчаный гранулометрический состав этих почв довольно лёгок для глеезёма. Тем не менее, такие факторы, как тиксотропность (проявляющая, впрочем, лишь в одном из двух разрезов на террасе), повышенная влажность, сильное оглеение, заболоченность поверхности и т.п. являются, на наш взгляд, достаточными основаниями, чтобы классифицировать эти почвы как глеезёмы.

С постпирогенностью лиственничников, в которых были заложены разрезы, связано наше следующее предположение о том, что представленные два разреза почв на надпойменной террасе относятся к разным стадиям развития этих почв. В результате возникших здесь разное время назад лесных пожаров физические свойства почв изменились следующим образом: аэрация верхнего горизонта почв улучшилась, водопроницаемость в нижней части профиля – напротив, затруднилась, что привело к изменению промывного режима подбуров на характерный для глеезёмов водозастойный, из-за чего возникло и оглеение. Описанный различными авторами процесс самовосстановления почв гарей как раз может быть представлен здесь на примере двух этих профилей почв, поскольку признаки недавно прошедшего пожара были встречены нами лишь в одном из двух разрезов, а во втором постпирогенный подтип был присвоен почве лишь по наличию угольков в горизонте Opyr. Соответственно, динамическая трансформация подбура в глеезём под недавно горевшем лиственничником находится на начальной стадии, а под лесным участком, где пожар был ранее, самовосстановление подбура уже продвинулось дальше.

Помимо морфологических нами были изучены химические и физико-химические свойства почв. Водородный показатель кислотности почвы pH имеет значения от 4,9 до 5,4. Для обоих изученных профилей почв характерно незначительное увеличение кислотности почв с глубиной. Общее содержание легкорастворимых солей в почве (TDS) характеризуется поверхностно-аккумулятивным типом распределения. Значения TDS варьируют не слишком широко – от 8,1 до 18,9 мг/л. Щёлочность, обусловленная нормальными карбонатами, в этих почвах также относительно невелика. Значения CO₃^2- распределены по профилю достаточно равномерно, варьируют от 2,4 до 4,8 ммоль(-)/100 г почвы. Содержание органического углерода в почвах дифференцировано как между профилями, так и внутри них. Торфяно-литозём характеризуется содержанием С_орг. 9,3–37,8 %, а глеезём – диапазоном содержания С_орг. 0,9–6,8 %. В наибольшей степени органическим углеродом обогащены верхние органогенные горизонты, а нижележащие горизонты содержат его гораздо меньше, что говорит о не столь глубоком проникновении процессов почвообразования вглубь профиля. По гранулометрическому составу почвы, напротив, незначительно отличаются друг от друга. В классификационной системе Н.А. Качинского они соответствуют супесчаным почвам, о чём свидетельствует доля фракции физической глины от 10 до 20 %. Содержание физической глины составляет в изученных почвах 11,0–18,8 %. В торфяно-литозёме доля наиболее крупной мелкозёмистой фракции (диаметр частиц 250–1000 мкм) наряду с остальными фракциями крупнее физической глины (>10 мкм) составляет до 30%. В глеезёме при этом доля этой фракции значительно ниже, а практически половина частиц, содержащихся в нём, имеют диаметр 50–250 мкм.

Таким образом, нами были изучены морфологические и физико-химические свойства почв, с помощью чего было определено их место в классификации почв данной местности, а также в структуре почвенного покрова, которое подтверждается литературными и картографическими данными более ранних исследований. В дальнейшем полученные нами результаты, отчасти носящие характер предварительных, могут быть использованы при комплексном описании ландшафта долины р. Чары, а также для различных узких почвенно-геохимических исследований в этом регионе.

Благодарности

Авторы благодарны заведующему лабораторией геокриологии ИГЭ РАН Д.О. Сергееву за организацию полевых работ и м.н.с. ИКЗ ТюмНЦ СО РАН В.А. Паламарчук за помощь при отборе и обработке полевых материалов. Авторы глубоко признательны профессору кафедры геохимии ландшафтов и географии почв, д.б.н. М.И. Герасимовой за помощь и советы при классифицировании почв.