The problem of salinization activation in soils of the south of Eastern Siberia and Mongolia in connection with climate aridization

В последние десятилетия в мире широко обсуждается проблема аридизации климата и процесса опустынивания, а также их последствия, вызывающие деградацию земель, в частности, связанную с усилением засоления почв в аридных и семиаридных регионах (Конвенция ООН…, 1994; Ковда, 1980; Зонн, 1997; Роза нов, 1992; Залибеков, 2011; Behnke, 2012; Climate and Land Degra dation, 2005; Dregne, 2002; Geist, 2005; Le Hou´erou, 1996 и др.). Разрабатываются десятки возможных сценариев развития климата на планете (IPCC, 2001; Mitchell et al., 2004) .

По данным А.Н. Золотокрылина (2005), анализирующего климатические условия на равнинах Центральной Азии, “характерной особенностью климатических изменений указанного региона является одновременное уменьшение осадков в одном регионе и увеличение в другом”. Автор приходит к выводу, что изменение регионального климата в Центральной Азии колеблется согласно специфике субрегионов, и потому нет оснований предполагать, что тенденция аридизации будет распространяться по всей территории в течение следующих десятилетий. В другой работе (Золотокрылин и др., 2007) говорится о том, что “нет основания утверждать о систематическом расширении аридизации и усилении ее интенсивности на территории Монголии”, хотя в отдельных регионах Центральной Азии она локально проявляется. Это подтверждают и данные других публикаций (Национальный до клад…, 2019) .

Ранее авторами были подробно изучены климатические особенности территории и гранулометрический состав автоморфных почв сухостепной зоны юга Восточной Сибири и их влияние на своеобразие почв региона (Рухович и др., 2019) . Было установлено, что здесь господствуют почвы легкого гранулометрического состава, редко засоленные в автоморфных ландшафтах (Панкова, Черноусенко, 2018; Черноусенко, Курбатская, 2017) .

Цель данной статьи – рассмотрение проблемы, связанной с изменением климата в степных, сухостепных и пустынных регионах юга Восточной Сибири и Монголии, и выявление возможного влияния этого процесса на засоленность почв данных регионов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Для решения этой проблемы на территорию юга Восточной Сибири в местах распространения засоленных почв были собраны и проанализированы материалы, характеризующие климатические показатели за последние 50–60 лет по 11 метеостанциям, расположенным в 8 межгорных котловинах (Минусинская, Улуг-хемская, Убсунурская, Каргынская, Баргузинская, Тункинская, Еравненская, Удинская) и на юге Бурятии в Селенгинском среднегорье (Кяхта). Расположение метеостанций и их синоптические индексы (пятизначный уникальный цифровой индивидуальный идентификатор метеостанции, утверждаемый Всемирной Метеорологической Организацией (№ ВМО)) показаны на рисунке 1. Все метеостанции расположены в районах, на территории которых распространены засоленные почвы.

Анализировались следующие климатические показатели: среднегодовая температура воздуха, испаряемость, суммарное годовое количество осадков, коэффициент увлажнения и континентальность климата (Черноусенко, Хитров, 2019) . В данной работе дополнительно был рассчитан и проанализирован коэффициент (индекс) аридности климата, позволяющий оценить направленность процесса аридизации в котловинах юга Восточной Сибири, а также установить, как этот процесс будет сказываться на засолении почв этих регионов. Индекс аридности рассчитывался по формуле: IA=ΣР 1-12 / (5.12 · Σt 4-10 + 306) (Мезенцев, Карнацевич, 1969) . Где IA – индекс аридности, ΣР 1-12 –сумма осадков за год в мм, Σt 4-10 – сумма среднемесячных температур теплого периода (апрель – октябрь). Расчет по этой формуле приведен по нескольким причинам. Используемые для расчетов данные есть на всех метеостанциях, в отличие от данных по эвапотранспирации, которые используются в расчетах западных исследователей (UNESCO, 1977;   Le Hou´erou, 1996; Trabucco, Zomer, 2009;

Рис. 1. Расположение метеостанций юга Восточной Сибири, данные которых были использованы в работе. 1 – № 29862 Абакан; 2 – № 29866 Минусинск; 3 – № 30636 Баргузин; 4 – № 30745 Сосново-Озерское; 5 – № 30811 Тунка; 6 – № 30823 Улан-Удэ; 7 – № 30925 Кяхта; 8 –№ 36096 Кызыл; 9 – № 36099 Сосновка; 10 – № 36278 Мугур-Аксы; 11 – № 36307 Эрзин.

Fig. 1. Location of weather stations in the south of Eastern Siberia, the data of which were used in the work. 1 – No. 29862 Abakan; 2 – No. 29866 Minusinsk; 3 – No. 30636 Barguzin; 4 –No. 30745 Sosnovo-Ozerskoye; 5 – No. 30811 Tunka; 6 – No. 30823 Ulan-Ude; 7 – No. 30925 Kyakhta; 8 – No. 36096 Kyzyl; 9 – No. 36099 Sosnovka; 10 – No. 36278 Mugur-Aksy; 11 – No. 36307 Erzin.

Кроме того, расчет с использованием данных по эвапотранспира-ции не всегда приводит к удовлетворительным результатам, тогда как данные, полученные по формуле Мезенцева, Карнацевича (1969), разделили исследуемую территорию более логично и соответственно их ландшафтам.

Оценка степени аридности территории проводилась по классификации, предложенной Лобовой с соавт. (1977), на основе этого индекса аридности (IA): крайне аридные – < 0.16; сильно аридные – 0.16–0.30; аридные – 0.31–0.45; субаридные – 0.46–0.60; слабо аридные – 0.61–0.80; периодически аридные – 0.8–1.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Климат котловин юга Восточной Сибири очень и резко континентальный. Это криоаридные территории, где среднегодовые температуры воздуха отрицательные, хотя в некоторых районах в последние годы наблюдается переход среднегодовых температур в положительные значения (Улан-Удэ, Кяхта (Бурятия)). В районах распространения засоленных почв юга Восточной Сибири наблюдается значительный (выше, чем по миру в целом) достоверный тренд увеличения среднемноголетних среднегодовых температур воздуха. Так, с 1950 г. по 2012 г. рост приповерхностной среднегодовой температуры над сушей по миру в целом составил 0.9– 1.2 ^оС, по России он был выше – 1.2–1.4 ^оС (Второй оценочный доклад..., 2014) . На юге Восточной Сибири с 1955 г. по 2015 г. максимальный рост температуры воздуха наблюдался в Туве – 2.5–3.7 ^оС; ниже в Минусинской котловине – 1.7–2.8 ^оС, еще ниже в Бурятии – 1.5–1.8 ^оС; коэффициент детерминации для скользящих средних за 20 лет (R²) составил 0.9–0.95, критерий Стьюдента 19–35, т.е. изменения достоверны (Черноусенко, Хитров, 2019) . Максимальная скорость роста температуры воздуха в Туве приближается к наибольшей скорости, отмеченной на Арктическом побережье России, где она составила более 0.7 ^оС за 10 лет (Второй оценочный доклад..., 2014) .

Изменение суммарного годового количества осадков не имеет однозначной тенденции. В ряде котловин наблюдалось их достоверное снижение (Убсунурская, Каргынская котловины Тувы). Однако в большинстве котловин изменение осадков было не достоверно, т. е. практически не изменилось, а в Минусинской котловине наблюдался небольшой, но достоверный тренд роста годовых осадков. Изменение испаряемости и КУ (по Высоцкому – Иванову) было разнонаправлено. Коэффициент увлажнения в ряде котловин Тувы (Убсунурская) и Бурятии (Еравненская, Удинская) снижался, в других, наоборот, возрастает (Баргузинская, Тункин-ская котловины Бурятии и Минусинская котловина). В остальных котловинах КУ практически не изменился (Черноусенко, Хитров, 2019). Таким образом, судя по КУ, однозначной направленности процесса аридизации климата в котловинах юга Восточной Сибири не наблюдалось. Более точно это определяется по коэффициенту аридизации, который и был нами рассчитан.

Расчет коэффициента (индекса) аридизации климата в целом подтвердил этот факт, хотя в большинстве котловин, за исключением Минусинской, наблюдалась тенденция к росту аридизации (рис. 2, 3 и 4). Как видно из рисунка 2, в Туве коэффициент арид-ности ( К ар ) падал, что свидетельствует о росте аридизации, особенно сильном в Убсунурской (Эрзин) и Каргынской (Мугур-Аксы) котловинах юга Тувы. Изменения К ар , согласно критерию Стьюдента, достоверны (t=-11 – -22).

Рисунок 3 демонстрирует достоверный тренд снижения ари-дизации в Минусинской котловине на территории Хакасии и на юге Красноярского края.

Рис. 2. Динамика коэффициента аридности и тренд скользящих среднемноголетних значений коэффициента аридности за 20 лет в разных    котловинах

Тувы.

Fig. 2 . Dynamics of the aridity coefficient and the trend of moving average long-term values of the aridity coefficient over 20 years in different basins of Tuva.

Рис. 3. Динамика коэффициента аридности и тренд скользящих среднемноголетних значений коэффициента аридности за 20 лет на юге Минусинской котловины.

Fig. 3. Dynamics of the aridity coefficient and the trend of moving average long-term values of the aridity coefficient over 20 years in the south of the Minusinsk depression.

Критерий Стьюдента (t) угла наклона регрессии составил для Минусинской котловины (t = 4.8 – 7.4 для Абакана и Минусинска соответственно), что свидетельствует об уменьшении аридности климата в этом регионе за последние 50 лет.

Изменение К ар в Бурятии показано на рисунке 4. За исследованный период К ар во всех котловинах Бурятии, кроме Тункин-ской, несколько снизился, что говорит о росте аридизации климата за последние 60 лет. Наиболее сильно это проявилось в Удинской котловине (Улан-Удэ). В Баргузинской и особенно в Еравненской котловине рост аридизации был не столь велик, но значения К ар перешли через границу диапазона (по классификации Лобовой с соавт., 1977) , и эти котловины перешли в более аридную категорию к настоящему времени.

Согласно классификации, предложенной Лобовой с соавт. (1977), категория аридности имеет некоторый диапазон, поэтому, несмотря на тренд роста или снижения аридизации, в большинстве котловин за последние 50–60 лет смены категории аридности не произошло. Так, несмотря на снижение аридизации, Минусинская котловина осталась в категории аридных (центральная часть) и субаридных (наветренные предгорья). Несмотря на рост аридно-сти, Каргынская высокогорная котловина Тувы и Улугхемская (центральная часть) остались в категории сильноаридных; Удинская (Бурятия) – аридных; Тункинская (Бурятия) – слабоаридных. Тем не менее, ряд котловин изменили категорию аридности– Еравненская и Баргузинская котловины Бурятии из слабоаридных перешли в категорию субаридных; Убсунурская – из аридной в сильноаридную.

Согласно критерию Стьюдента (t) угла наклона регрессии, увеличение степени аридности при уменьшении К ар , достоверны (t колеблется в пределах -3 – -22).

Рис. 4. Динамика коэффициента аридности и тренд скользящих среднемноголетних значений коэффициента аридности за 20 лет в разных котловинах Бурятии.

Fig. 4. Dynamics of the aridity coefficient and the trend of moving average longterm values of the aridity coefficient over 20 years in different basins of Buryatia.

Таким образом, статистическая обработка климатических параметров по данным 11 метеостанций юга Восточной Сибири показала, что однонаправленного процесса аридизации климата в котловинах этого региона не наблюдается. Этот вывод подтверждает вывод А.Н. Золотокрылина (2005) о разнонаправленности климатических изменений и в других регионах Центральной Азии.

Для того чтобы решить проблему возможной активизации процесса засоления на территории котловин юга Восточной Сибири, испытывающих аридизацию климата, авторами были привлечены материалы по семиаридным и аридным территориям Монголии, где проблема засоления и ее связь с климатическими показателями, в первую очередь с аридностью климата, была рассмотрена ранее (Панкова, 1992; Панкова, Конюшкова, 2013; Панкова, Конюшкова, 2013а; Гунин и др., 2018) . Монголия рассматривалась авторами как природная модель, по которой анализировалось распространение и особенности засоления автоморфных и гидроморфных почв и климатических показателей сухих степей и пустынь Монголии.

Как показали данные исследования, площади распространения засоленных почв в аридных (пустынных), субаридных (полупустынных), а также в сухостепных зонах Монголии не связаны напрямую с климатическими показателями, характеризующими климат аридных территорий Монголии (Панкова, 1992) . Было показано, что чрезвычайно высокая аридность климата не приводит к широкому развитию засоления в автоморфных пустынных и сухостепных почвах Монголии, что продемонстрировано на рисунке 5.

Как было показано ранее (Панкова, 1992; Панкова, Рубцова, 1983) , небольшой процент участия засоленных почв в пустынных и сухих степях Монголии в первую очередь связан с малым распространением соленосных пород, а не с современным климатом. В Монголии формирование засоленных автоморфных почв происходит на мел-палеогеновых здасоленных породах (рис. 6, р. 225П) и практически отсутствует в почвах, формирующихся на пролювиальных незасоленных отложениях. Эта же закономерность наблюдается в котловинах юга Восточной Сибири.

Сумма солей, %

0    0,02   0,04  0,06  0,08

Рис. 5. Разрез 225Е. Монголия, низкая равнина Галбын-Гоби (восточная часть). Серо-бурая на аллювиально-пролювиальных отложениях (Панкова, 1992) .

Fig. 5. Profile 225E. Mongolia, the low plain of Galbyn-Gobi (eastern part). Gray-brown on alluvial-proluvial deposits (Pankova, 1992) .

Засоленность в автоморфных почвах аридных регионов проявляется в районах распространения девонских гипсоносных красноцветов. В качестве примера приведен солевой профиль южного чернозема, Минусинская котловина, юг Восточной Сибири (рис. 6, р. 40Х-12).

Иная картина наблюдается в почвах гидроморфных ландшафтов. Здесь процесс соленакопления напрямую связан с гидроморфизмом и аридностью климата. Изучение засоленных гидроморфных почв пустынь Монголии позволило утверждать, что они приурочены к природным оазисам, озерным котловинам и к долинам рек, а их засоленность в первую очередь определяется арид-ностью климата и увеличивается с ее ростом. При изучении засоления гидроморфных почв в оазисе Эйхийн-Гол в крайнеаридных пустынях Монголии авторами было зафиксировано наличие злостных солончаков, содержащих до 40–60% легкорастворимых солей в поверхностных горизонтах (рис. 7).

Разрез 40Х-12

Анионы смоль(экв)/кг Катионы

Сумма солей, %

Рис. 6a. Солевые профили засоленных автоморфных почв. Разрез 40Х-12. Юг Восточной Сибири, Минусинская котловина, Хакасия. Чернозем южный солончаковый сульфатный с гипсом средней степени засоления на элювии плотных гипсов 53.522 с. ш., 90.9327 в. д., 324 м н.у.м. (Черноусенко Г.И.).

Fig. 6a. Salt profiles of saline automorphic soils. Profile 40X-12. South of Eastern Siberia, Minusinsk depression, Khakassia. Southern solonchak sulfate chernozem with gypsum of medium salinity on eluvium of dense gypsum (Chernousenko G.I.).

Разрез 225 П

Анионы смоль(экв)/кг Катионы

-60    -40    -20     0

20     40     60

га

vo

•  140

SO4      — ■ — Cl

—*— HCO3

—•— Na

га vo

Рис. 6б. Солевые профили засоленных автоморфных почв. Разрез 225П. Монголия, Заалтайское Гоби. Древняя терраса сложенная красноцветами. Крайнеаридная на красноцветах мел-палеогеновых отложений (Панкова, 1992) .

Fig. 6b. Salt profiles of saline automorphic soils. Profile 225P. Mongolia, Trans-Altai Gobi. Ancient terrace folded by red beds. Extreme arid on the red beds of the Cretaceous-Paleogene deposits (Pankova, 1992) .

Разрез 46

Анионы смоль(экв)/кг Катионы

-1000     -500       0        500      1000

• • SO4        ■ Cl       —*— HCO3

Ca          Mg     —•— Na

Сумма солей, %

Рис. 7а. Монголия, оазис Эйхийн-Гол. Солончаки – разрез 46 (Панкова, 1992) .

Fig. 7а. Mongolia, oasis Eihiyn-Gol. Solonchaks – profile 46 (Pankova, 1992) .

Разрез 4

Анионы смоль(экв)/кг Катионы

Сумма солей, %

10         20

• S общ.

S токс.

Рис. 7б. Монголия, оазис Эйхийн-Гол. Солончаки – разрез 4 (Панкова, 1992) .

Fig. 7b. Mongolia, oasis Eihiyn-Gol. Solonchaks – profile 4 (Pankova, 1992) .

При этом данные почвы формируются на слабоминерализованных, почти пресных грунтовых водах (Панкова и др., 2015) .

Ранее для степной зоны по всей территории России был проведен сравнительный анализ распространения засоленных почв и климатических параметров по широте 53°44´ (Калинина и др., 2016) . Из всех анализируемых климатических показателей наибольшая связь с наличием засоления почв выявилась с КУ Высоцкого – Иванова. Зависимость процента засоленных почв и КУ обратно пропорциональная. При этом 0.5 ≤ КУ ≤ 0.85 является необходимым, обязательным, но недостаточным условием для развития засоления, т. к. в ряде случаев при высокой дренированно-сти даже при КУ = 0.6 засоление почв отсутствует. При КУ больше 0.85 засоление почв обычно не встречается (Калинина и др., 2016) .

Таким образом, проявление процесса засоления в гидроморфных ландшафтах напрямую связано с аридностью климата и дренированностью территории, на широту распространения засоленных автоморфных почв большое влияние оказывает палеогеографические особенности региона (Панкова, 2007) .

Роль континентальности климата в процессах современного соленакопления в настоящее время относительно слабо изучена. Картографический анализ, проведенный авторами ранее по широте 53°44´, показал отсутствие зависимости доли засоленных почв от коэффициента континентальности (Калинина и др., 2016) . Тем не менее, очевидно, что низкие температуры в условиях аридного и континентального климата приводят к сильному промерзанию почв, трансформации солевых новообразований и подтягиванию солей к зоне промерзания. Проблема роли промерзания почв в процессах соленакопления пока недостаточно изучена.

Анализ материалов, характеризующих засоленность почв котловин юга Восточной Сибири, в целом подтверждает вышеприведенные выводы, полученные при изучении почв Монголии. Здесь также широко распространены гидроморфные засоленные почвы, которые в основном приурочены к озерным депрессиям, нередко бессточным, и долинам рек. Питание этих озер часто происходит за счет разгрузки подземных минерализованных вод (озера Хакасии, Тувы, Бурятии). Значительный вклад подземного пи- тания был отмечен и для почв Казахстана (Иванов, Глазовский, 1979). Автоморфные засоленные почвы имеют незначительное распространение, и их наличие определяется присутствием засоленных пород.

В заключение остановимся на возможных особенностях формирования засоленных территорий котловин в свете влияния аридизации климата на водный режим почв. При аридизации климата можно ожидать сокращение влаги в почвенной толще, поступающей за счет осадков. При этом важным моментом является ритм выпадения осадков и длительность периодов в году, когда КУ < 1 (Рухович и др., 2019). В рассматриваемых регионах выпадение осадков имеет четкий максимум (июль, август), причем в ряде котловин (Улугхемская, Тува) в летний период, несмотря на аридизацию, количество осадков возросло (Черноусенко, Хитров, 2019). При равномерном в течение года снижении КУ можно ожидать общего уменьшения нисходящих потоков почвенной влаги и уменьшения питания грунтовых вод за счет атмосферных осадков. В этом случае возможно расширение площадей почв, где капиллярная кайма опустится, и восходящее движение влаги прекратится (разрыв капиллярной каймы). При этом нарушается один из механизмов накопления солей в верхних почвенных горизонтах, что, впрочем, не означает их отсутствия в нижней части профиля почв. Такой механизм снижения площадей распространения процессов засоления предполагает значимое влияние атмосферных осадков на УГВ. В данной работе рассматриваются почвы межгорных котловин. Основным источником питания гидроморфных территорий здесь является речной сток и выклинивающиеся подземные воды. Оба источника формируются накоплением влаги в горах и не связаны напрямую с аридизацией климата котловин. В связи с этим авторы считают, что уменьшение атмосферного питания грунтовых вод гидроморфных почв котловин не скажется на уровне их гидроморфизма. Это отличает водные режимы котловин от обширных равнинных территорий (Казахстан, юг Европейской России и др.), где аридизация климата может привести к снижению УГВ, разрыву капиллярной каймы и, как следствие, к снижению площадей распространения засоления почв (Иванов, 1992). Этот процесс может проявиться, главным образом, в полугидромофных почвах, которые имеют незначительное распространение на юге Восточной Сибири и в Монголии и в данной статье не рассматривались.

ВЫВОДЫ

• 1.    В настоящее время в котловинах юга Восточной Сибири, так же, как и в регионах южной Монголии, однонаправленного изменения климата в связи аридизацией не наблюдается. В ряде регионов за последние 50–60 лет (Минусинская котловина) наблюдается снижение аридизации, хотя изменения категории (степени аридности) не произошло. В других котловинах, несмотря на тенденцию роста аридности за этот период времени, территории не изменили категорию аридности (Каргынская и Улуг-хемская котловины Тувы, Удинская, Тункинская Бурятии). Тем не менее ряд котловин перешел в более аридную категорию: Ерав-ненская и Баргузинская котловины Бурятии из слабоаридных перешли в категорию субаридных; Убсунурская – из аридной в сильно аридную (по классификации Лобовой с соавт., 1977) .

• 2.    Анализ материалов, характеризующих засоленность автоморфных почв, свидетельствует о том, что проявление засоления как в Монголии, так и в котловинах юга Восточной Сибири связано в первую очередь с засоленностью почвообразующих пород, а не с аридностью климата.

• 3.    Современный процесс засоления в условиях межгорных котловин юга Восточной Сибири и Монголии, определяемый аридностью климата, связан с гидроморфизмом, поэтому усиление аридности климата в этих условиях, вероятнее всего, приведет к активизации засоления почв.

• 4.    Проблема влияния континентальности климата на процесс соленакопления требует дальнейшего изучения.

Часть 1. Эхийн-гол – природниковый оазис Заалтайской Гоби. М.: Тов-во научных изданий КМК, 2018. 216 с.