Cryosols в сезонномерзлотных ландшафтах Селенгинского Среднегорья

Переходная островная криолитозона в Селенгинском среднегорье, согласно схеме геокриологического районирования, занимает 45 % [Гарагуля, Гордеева, 2002]. Это зона неустойчивого термодинамического равновесия, где многолетняя мерзлота быстро деградирует при воздействии внешних условий теплообмена [Смирнова и др., 2012]. Деградация мерзлоты в Байкальском регионе происходит в форсированном режиме, что показано в росте средней годовой температуры воздуха [Куликов и др., 2014]. Продолжается аридизация экосистем, увеличивается частота засух, усиливается испаряемость. Криолитозона на потепление климата реагирует увеличением глубины сезонного протаивания, в почвенном покрове мерзлотные почвы могут эволюционировать в сезонномерзлотные.

Важным фактором дифференциации почвенного покрова является микрорельеф. На водоразделах Селенгинского среднегорья формируется бугристо-западинный рельеф, на склонах — солифлюкционные террасы. Такой остаточномерзлотный микрорельеф получил название криогенной морфоскульптуры. Формирование палеокриогенных структур связано с деградацией многолетней мерзлоты при переходе от плейстоцена к голоцену [Алифанов, 1995; Гугалинская, 1982].

Мерзлотные почвы в Селенгинском среднегорье формируются под влиянием криогенных процессов. Длительное сезонное промерзание грунтов обусловлено особенностями физических и физико-химических процессов. Периодическое промерзание-протаивание оказывает влияние на образование криогенной почвенной структуры.

В настоящее время в условиях изменения климата исследованию мерзлотных почв и их классификационному положению уделяется пристальное внимание [Лупачев и др., 2019; Tarnocai and Bockheim, 2011].

Цель работы — описать морфогенетические особенности почв, формирующиеся в условиях длительной сезонной мерзлоты Селенгинского среднегорья, уточнить их классификационную принадлежность.

Объекты и методы

Ландшафты Селенгинского среднегорья находятся на границе южно-сибирских лесов и северо-монгольских степей. Эта переходная зона занимает экотонное положение между аридными и гумидными областями Палеоарктики, где ведущая роль принадлежит климату [Иметхенов, 1997].

Селенгинское среднегорье расположено в переходной климатической зоне между резко континентальным климатом (Dwc) и холодным семиаридным климатом (Bsk) (обновленная карта мира климатической классификации Кёппена — Гейгера) [Peel et al., 2007].

В Селенгинском среднегорье многолетнемерзлые породы представлены островным распространением, их мощность составляет 50–80 м. Cреднегодовая температура мерзлых толщ от -0.2 °C до -1.0 °C [Экологический атлас... 2015]. Рельеф является главным фактором, который определяет температурный режим горных пород. Зимой при господстве сибирского антициклона наблюдается температурная инверсия холодных воздушных масс, что приводит к сильному промерзанию и иссушению почв.

Объектами исследования послужили дерново-криометаморфические грубогумусированные оподзоленные остаточно-карбонатные почвы под сосново-лиственнично-березовыми рододендроново-богаторазнотравными лесами и дерново-криометаморфические грубогумусовые оподзоленные палево-метаморфизованные почвы под березовыми с примесью лиственницы, сосны, осины кустарничково-разнотравными лесами, которые развиваются в приводораздельной части склона северо-западной экспозиции хр. Цаган-Дабан Селенгинского среднегорья на лессовидных суглинках (рис. 1).

Использовались профильно-генетический, сравнительно-географический методы. Морфологическое описание почвенных горизонтов проводилось согласно Б. Г. Розанову [Розанов, 2004]. Физические и химические свойства почв определены с использованием общепринятых методов [Воробьева, 2006]. Гранулометрический состав определялся пипеточным методом по Н. А. Качинскому [Полевые и лабораторные методы... 2001]. Железо проводилось в вытяжках Тамма и Мера — Джексона. Индексы цвета почвенных горизонтов определялись в сухом состоянии по шкале Манселла [Mansell, 1992]. Типы почв определены согласно Классификации и диагностике почв России [Классификация... 2004], Полевому определителю почв России [Полевой... 2008], World Reference Base for Soil Resources [IUSS Working Group WRB, 2022].

аб вг

Рис. 1. Дерново-криометаморфическая грубогумусированная оподзоленная остаточно-карбонатная почва под сосново-лиственнично-березовым рододендроново-богаторазнотравным лесом и дерново-криометаморфическая грубогумусовая оподзоленная палево-метаморфизованная почва под березовым с примесью лиственницы, сосны, осины кустарничково-разнотравным лесом (а, б — разрез 2А-Ц-Д-10; в, г — разрез 4-Ц-Д-10)

Результаты и обсуждение

Морфологическое строение и свойства почв. Разрез 2А-Ц-Д-10 (51º21'35,4 " N и 107º34'16,5 " E) расположен на склоне северо-западной экспозиции хр. Цаган-Дабан, трансэлювиальная позиция. Крутизна — 3°–4°. Абсолютная высота — 904 м над ур. м. Растительность — лиственнично-сосново-березовый рододендроново-богаторазнотравный лес. Старая гарь. Доминанты — Rhododendron dauricum L., Vaccinium vitis-idaea subsp., Pyrola rotundifolia L., Carex pediformis C. A. Meyer. Содоминанты — Fragaria vesca L., Rubus saxalitis L., Rosa acicularis Lindley, Galium boreale L., Sanguisorba officinalis L., Spiranthes amoena (Bieb.) Sprengel, Cypripedium guttatum Sw. Проективное покрытие — 80 %.

Почва — дерново-криометаморфическая грубогумусированная оподзоленная остаточно-карбонатная на лессовидном суглинке (Eutric Cambic Cryosol (Folic, Nechic, Siltic, Protocalcic)).

Формула профиля: О (0–2,5 см) — AYao (2–7/10 см) — CRMe (7/10–36 см) — CRMf (36–65 см) — ↓Cca (65–91 см). Подстилка представлена опадом листьев, веточек, хвои. Горизонт AYao имеет буровато-темно-серый цвет до черного (10YR 3/2), неоднородный, рыхлый, свежий, среднесуглинистый. Граница слабоволнистая, переход по цвету. Горизонт CRMe желтовато-бурый с отбеленностью (10YR 5/3), свежий, комковато-крупитчатый, плотный, среднесуглинистый, пористый. Включения древесных корней, щебня и хряща. Граница неясная, переход постепенный, слабозаметный по цвету и по увеличению количества хряща. Горизонт CRМf желтовато-бурый (10YR 5/6), свежий, комковато-крупитчатый, плотный, легкосуглинистый, пористый. В нижней части горизонта имеются охристые, образованные оксидами железа, тонкие псевдофибры. Включения корней, щебня и хряща. Граница ровная, переход по увеличению щебня. Горизонт ↓Сса желтый (10YR 6/8), ниже чередуются желтые и белесые слои (10YR 6/5), свежий, супесчаный, бесструктурный, очень плотный. Включения щебня. Слабое вскипание от HCl.

Для дерново-криометаморфической грубогумусированной оподзоленной остаточно-карбонатной почвы характерна небольшая мощность гумусовоаккумулятивного горизонта (2–10 см) с высоким содержанием органического вещества разной степени разложения с дальнейшим падением гумуса вниз по профилю (табл. 1). Тип гумуса — гуматно-фульватный с преобладанием первой фракции фульвокислот (табл. 3). Реакция среды в горизонте AYao нейтральная, слабокислая в криометаморфических горизонтах, щелочная в почвообразующей породе. Почва насыщена основаниями по всему профилю, в поглощающем комплексе преобладают катионы кальция. Содержание железа в вытяжках Тамма и Мера — Джексона повышенное в горизонте CRMe. Гранулометрический состав — средне- и легкосуглинистый (табл. 2). В целом доминирует фракция мелкого песка и крупной пыли.

Разрез 4-Ц-Д-11 (51º18’52’’ N и 107º34’59’’ E) заложен на склоне югозападной экспозиции хр. Цаган-Дабан, трансэлювиальная позиция. Крутизна — 2°–3°. Абсолютная высота — 913 м над ур. м. Растительность — березовый с примесью лиственницы, сосны, осины кустарничково-разнотравный лес. Старая гарь. Доминанты — Fragaria vesca L., Rubus saxatilis L., Bromopsis iner-mis (Leysser) Holub. Содоминанты — Maianthemum bifolium (L.) F. W. Schmidt, Galium boreale L., Artemisia gmelinii Web. ex Stechm, Aster alpinus L. Проективное покрытие — 15–20 %. Почва — дерново-криометаморфическая грубогумусовая оподзоленная палево-метаморфизованная на лессовидном суглинке (Eutric Cambic Cryosol (Folic, Nechic, Siltic)).

Формула профиля — О (0–2 см) — АО (2– 9/12 см) — AY(9/12-20/23 см) — CRMe,f (20/23–50 см) — CRMpl (50–78 см) — ↓BC (78–100 см). Подстилка из опада листьев, хвои, веточек. Грубогумусовый горизонт серовато-темный до черного (10YR 3/2), слаборазложившийся, хорошо отделяется от минеральной части. Граница волнистая, переход резкий. Серогумусовый горизонт буровато-темно-серый до черного (10YR 3/2), свежий, комковатый, плотноватый, легкосуглинистый. Включения древесных и травянистых корней, углистый прослой. Граница волнистая, переход по цвету. Горизонт CRMe,f неоднородно окрашен, преобладает охристо-бурый цвет (10YR 5/4), по светло-бурым участкам на гранях структурных отдельностей — скелетана. Структура зернистокомковатая, свежий, плотный, легкосуглинистый, пористый. Включения угольков, корней. Горизонт CRMpl (10YR 6/4) буровато-палевый, свежий, плотный, ореховато-комковатый с признаками глыбистости, среднесуглинистый. Включения корней. Горизонт ↓BC буровато-палевый (10YR 6/4), свежий, плотный, зернисто-комковатый, легкосуглинистый.

Для дерново-криометаморфической грубогумусовой оподзоленной палево-метаморфизованной почвы характерно поверхностное поступление органического вещества с формированием грубогумусового горизонта мощностью 7(10) см, фульватно-гуматный тип гумуса с преобладанием 1 фракции гуминовых кислот. Содержание органического вещества высокое в грубогумусовом горизонте, среднее в дерновом горизонте. Реакция среды находится в слабокислом диапазоне. Почва насыщена основаниями, преобладают катионы кальция. Содержание железа в вытяжках Тамма и Мера — Джексона невысокое.

Некоторые химические свойства почв

Таблица 1

Горизонт, глубина, см	pH H2O	C орг.	СО2	Поглощенные катионы		Hr*	СНО,%	Формы Fe2O3, %
				Ca2+	Mg2+
		%		ммоль(+)/100 г почвы				Fe2O3o	Fe2O3d
Дерново-криометаморфическая грубогумусированная оподзоленная остаточно-карбонатная почва (pазрез 2А-Ц-Д-10)
AYao (2-7/10)	6,9	13,39**	–	45,9	7,0	5,3	91	0,65	1,37
CRMe (7/10-36)	6,1	0,48	–	13,5	7,2	1,5	93	1,02	1,41
CRMf (36-65)	6,5	0,27	–	10,4	3,4	0,8	95	0,74	1,03
↓Cca (65-91)	7,8	0,44	–	12,0***		–	–	0,13	0,91
Дерново-криометаморфическая грубогумусовая оподзоленная палево-метаморфизованная почва (pазрез 4-Ц-Д-11)
АО (2-9/12)	6,4	15,60**	-	37,8	29,7	8,8	89	0,40	1,80
AY (9/12-20/23)	6,0	3,92	-	33,8	16,3	3,5	94	0,64	2,10
CRMe,f (20/23-50)	6,0	0,47	-	14,0	10,0	1,4	92	0,60	1,00
CRMpl (50-78)	6,2	0,24	-	21,3	13,8	1,1	97	0,36	1,56
↓BC (78-100)	6,5	0,16	-	23,0	11,0	0,9	97	0,28	0,80

Примечание: прочерк — не определялось, * — гидролитическая кислотность, ** — потеря при прокаливании, *** — емкость поглощения, СНО — степень насыщенности основаниями, Fe₂O₃o — содержание в вытяжке Тамма, Fe₂O₃d — содержание в вытяжке Мера — Джексона

Таблица 2

Горизонт, глубина, см	С, %	Гуминовые кислоты				Фульвокислоты					Нерастворимый остаток	Сгк/Сфк
		1	2	3	Σ	1а	1	2	3	Σ
Дерново-криометаморфическая грубогумусированная оподзоленная остаточно-карбонатная почва (pазрез 2А-Ц-Д-10)
AYao (2-7/10)	13.4	6	8	11	25	5	15	1	9	30 1	55	0.83
Дерново-криометаморфическая грубогумусовая оподзоленная палево-метаморфизованная почва (pазрез 4-Ц-Д-11)
AY (9/12-20/23)	3.92	19	9	14	42	3	18	6	8	35 1	77	1.2

Таблица 3

Горизонт, глубина, см	Содержание фракций, %; размер частиц, мм
	1,0–0,25	0,25–0,05	0,05–0,01	0,01–0,005	0,005–0,001	< 0,001
Дерново-криометаморфическая грубогумусированная оподзоленная остаточно-карбонатная почва (pазрез 2А-Ц-Д-10)
AYao (2-7/10)	1	28	35	7	26	3
CRMe(7/10-36)	1	26	39	5	10	19
CRMf (36-65)	7	35	35	4	6	13
↓Cca (65-91)	34	44	3	1	5	13
Дерново-криометаморфическая грубогумусовая оподзоленная палево-метаморфизованная почва (pазрез 4-Ц-Д-11)
AY (9/12-20/23)	0	19	56	8	10	7
CRMe,f (20/23-50)	0	31	43	2	10	14
CRMpl (50-78)	1	16	47	9	10	17
↓BC (78-100)	1	18	52	7	9	13

Групповой и фракционный состав гумуса

Гранулометрический состав почв

Исследованные профили дерново-криометаморфической грубогумусированной оподзоленной остаточно-карбонатной и дерново-криометаморфической грубогумусовой оподзоленной палево-метаморфизованной почвы характеризуются присутствием органогенного горизонта разной степени разложения и дернового горизонта буровато-темно-серого цвета. Криометаморфические горизонты CRMe имеют желтовато-бурый и охристо-бурый с отбеленностью цвет. Скелетаны на поверхности структурных отдельностей свидетельствуют о признаке оподзоливания. Специфической особенностью криометаморфических горизонтов является комковато-крупитчатая, зернисто-комковатая, ореховато-комковатая с признаками глыбистости структура. Размер структурных отдельностей — 2–3 мм. Такая криогенная структура формируется при разрушении шлировой текстуры, когда минеральное вещество расслаивается при воздействии замерзающей влаги [Классификация и диагностика... 2004]. С глубиной к почвообразующей породе структура ослабевает, появляется мерзлотная слоистость.

Горизонт ↓Сса почвенного профиля 2А-Ц-Д-10 характеризуется щелочной реакцией среды, в гранулометрическом составе преобладают фракции крупного и мелкого песка, чередуются желтые и белесые слои. Карбонаты представлены криптокристаллическим кальцитом, который осаждается на геохимическом барьере почвенными растворами при чередовании условий резкого иссушения и увлажнения [Сымпилова, Бадмаев, 2019].

Палево-метаморфизованный признак в горизонте CRMpl почвенного профиля 4-Ц-Д-11 характеризуется наличием буровато-палевой окраски, связанной с присутствием незначительного количества дитионитрастворимых форм оксида железа [Полевой определитель... 2008]. Данный подтип почвы выделяется как переходный к палевым почвам.

Ранее на юге Витимского плоскогорья Юго-Восточного Забайкалья в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород была выявлена дерново-криометаморфическая грубогумусовая оподзоленная почва [Гынинова, Бадмаев, 2021]. Данные почвы формируются в трансэлювиальных ландшафтах под березово-лиственничными рододендроново-разнотравными лесами. Диагностическим признаком этих почв является активная гумификация и значительное содержание глинистого компонента, связанного с вулканическими породами.

Заключение

Впервые в приводораздельных позициях Селенгинского среднегорья на лессовидных суглинках выявлены и изучены дерново-криометаморфические грубогумусированные оподзоленные остаточно-карбонатные и дерново-криометамор-фические грубогумусовые оподзоленные палево-метаморфизованные почвы. Для этих почв характерны следующие почвообразовательные процессы: гумусо-накопление с формированием органогенного горизонта разной степени разложения и криогенное оструктуривание минеральных горизонтов, которое происходит за счет длительного сезонного промерзания грунта.