5. Почвы России и дистанционные методы их изучения.

5.1. Почвы арктической и субарктической зон (тундра)

Территория северной части России вдоль берега Северного ледовитого океана общей площадью 180 млн га (1,8 млн км²) подразделяется на две зоны: арктическую (пустынно-тундровую) и субарктическую зону тундровых почв.

Климат тундры холодный и суровый. Средняя годовая температура колеблется от 0,2°С на западе (Кольский полуостров) до - 8°С -16°С в Азиатской части (Восточная Сибирь). Сумма температур выше 10°С составляет 400 ̶ 600°С. Продолжительность периода с температурой выше 5°С колеблется от 37 до 90 дней. Среднегодовое количество осадков (с летним максимумом) составляет 300 мм, на западе (Кольский полуостров) ̶ 400 мм, в Восточной Сибири – 140 ̶ 160 мм. Для тундры характерны слабая испаряемость и высокая относительная влажность воздуха летом. Это область распространения многолетней мерзлоты, которая распространяется вглубь от 100 ̶ 130 м (Канинско-Печорская тундра) до 400 ̶ 600 м (Северо-Сибирская тундра).

В короткое лето оттаивает лишь небольшой поверхностный («активный») слой земли, в котором и протекает почвообразование.

В зависимости от климата отдельных провинций, а также от механического состава почвы, характера растительности и рельефа толщина оттаивающего слоя колеблется от 50 ̶ 60 см до 1 ̶ 1,5 м. Наибольшая глубина залегания многолетней мерзлоты от поверхности наблюдается по долинам рек и наименьшая – на болотах с торфяными почвами.

Рельеф тундры преимущественно равнинный, иногда увалистый, с большим количеством термокарстовых озёр и болот. В отдельных регионах рельеф имеет типичные горные формы (Хибины, Полярный Урал, горы Бырранга, Чукотка). В тундре ярко выражены процессы солифлюкации (сползание почвогрунтов по уклону), выпучивания (пучения), вымораживания (трещинообразования) и морозного выветривания.

Результатом этого является широкое развитие специфических «структурных» форм микрорельефа (трещины, каменистые кольца, многоугольники и т.п.). В однородных суглинистых и глинистых породах вымораживание приводит к возникновению морозобойных трещин, которые разграничивают поверхность почвы на многоугольники ̶ полигоны. На каменистых породах в результате вымораживания на поверхности скапливается обломочный материал.

Процессы солифлюкации обусловлены образованием в тундровых почвах сильно переувлажнённого, так называемого тиксотропного слоя. Тиксотропными структурами в физикохимии называют структуры коллоидных веществ, способные при механических воздействиях (встряхивание, удары и т.п.) переходить из состояния геля в состояние золя и затем снова самопроизвольно затвердевать без внешних воздействий. Тиксотропность почв тундры связана с образованием полуторных окислов, и также коллоидных органоминеральных соединений. В условиях даже незначительных уклонов тиксотропный слой в незамерзшем состоянии передвигается как единая тестообразная масса, что приводит к изменению как форм микрорельефа, так и на финском языке строения почвенного профиля.

Выпучивание почвогрунтов также широко распространено в тундре. С ним связано формирование ландшафта бугристой и пятнистой тундры.

Почвообразующие породы. На равнинах почвообразующие породы представлены моренными, водно-ледниковыми и аллювиальными наносами. На морских террасах отложены засоленные породы. В горных районах залегают элювиально-делювиальные отложения коренных горных пород.

Растительность. В тундре отсутствуют леса. Слово «тундра» на финском языке обозначает «безлесное пространство». По составу растительности субарктическая зона тундры подразделяется на подзоны: северную – мохово-лишайниковую, южную – кустарниковую и лесотундру.

Северная подзона характеризуется господством мохово-лишайниковой растительности. Моховые группировки преобладают на суглинистых, а лишайниковые – на грубоскелетных, каменистых почвах.

В этой подзоне широко распространены также кустарниковые тундры, в растительности которых господствуют черника, голубика, верес и др. В южной подзоне развиты мохово-кустарниковые (ерниковые) тундры с хорошо выраженной ярусностью растительности. Верхний ярус представлен карликовой берёзой с примесью кустарниковых ив. Во втором ярусе развиваются черника, брусника, голубика и отдельные травянистые растения. Нижний ярус образован мхами лишайниками. Значительную пестроту растительному покрову придают участки, лишённые растительности или находящиеся в различной степени зарастания («пятнистая тундра»). По тёплым южным склонам на дренированных породах лёгкого механического состава, по долинам рек и морским побережьям встречаются участки с травянистой рас растительностью. Лесотундра или предтундровое редколесье ̶ самая южная часть субарктической зоны, где среди мохово-кустарниковой растительности разбросаны одинокие невысокие чахлые деревья – береза, сибирская ель, сибирская лиственница, а по речным долинам уже встречаются отдельные массивы низкорослых изреженных лесов.

Растительность тундры характеризуется чрезвычайно низкой продуктивностью. Ежегодно в опад поступают небольшие количества органических веществ. Невысокая зольность опада, малое содержание в нем оснований, особенно кальция, неблагоприятный температурный режим, слабая аэрация и бедность бактериальной флоры определяют замедленность разложения опада и синтеза гумусовых веществ.

Почвообразовательный процесс протекает в условиях переувлажнения и недостатка тепла. Медленный темп биологического круговорота веществ, замкнутый водный и солевой режимы являются особенностью почвообразования в тундре. Анаэробное разложение органического вещества в условиях переувлажнения приводит к созданию торфа и восстановительных процессов в минеральной части почвы с образованием глея.

Для почвенного профиля тундровых почв характерна маломощность (от 30 ̶ 60 см до 1 м).

Классификация и свойства тундровых почв. Основные почвы тундры – тундровые глеевые. В их профиле выделяются оторфованная подстилка А₀, маломощный грубогумусовый слой А₁ – 2-6 см (часто несплошной), затем залегает глеевой горизонт G – серый или голубовато-серый с ржавыми пятнами и ниже ̶ почвообразующая порода С.

В тундре, особенно в её южной части, широко распространены болотные почвы, представленные преимущественно низинными торфяниками.

Большинство почв тундры относится к кислым или даже к сильнокислым. Содержание валового гумуса 1 ̶ 4%, в его составе преобладают фульвокислоты (С_г/С_ф = 0,3). Степень насыщенности почв основаниями составляет 20%.

При переходе от южной подзоны тундровых почв к северной заметно снижается кислотность и повышенная степень насыщенности основаниями.

Характерная особенность химического состава большинства тундровых почв – значительное содержание подвижного железа как следствие интенсивного развития глеевого процесса при отсутствие резко выраженного выноса железа. Для механического состава суглинистых почв свойственно высокое содержание крупной пыли, что связано с интенсивным физическим выветриванием и замедленностью дальнейшего химического изменения пылеватых фракций.

Сельскохозяйственное использование тундровых почв весьма ограничено. Тундра имеет большое значение как кормовая база северного оленеводства. В ней сосредоточены основные площади оленеводческих пастбищ страны. Наиболее продуктивные пастбища расположены в мохово-лишайниковых и кустарниковых тундрах. Лишайниковые тундры используются как зимние пастбища, а моховые, травянисто-моховые и ерниковые ̶ как летние. Арктическая тундра менее благоприятна для оленеводства.

В связи с освоением Крайнего Севера важнейшее значение приобретает развитие земледелия в тундре и создание продовольственной базы (овощные и мясомолочные продукты). В субарктической зоне, помимо выращивания овощей в теплицах и парниках, возможна культура открытого грунта. Основные сельскохозяйственные культуры открытого грунта в зоне тундры и лесотундры ̶ картофель, капуста, лук, морковь, кормовые корнеплоды, ячмень на зеленую массу. Перспективно также использование тундровых почв под сеянные травосмеси для молочного животноводства.

Почвы тундры отличаются слабой биохимической активностью, бедностью элементами питания, неблагоприятными водно-воздушными и тепловыми режимами. Поэтому для улучшения их свойств необходимо усиление активности биохимических процессов, улучшения аэрации, теплового режима и внесения удобрений.

Наиболее подходят для усвоения почвы легкого механического состава: они лучше прогреваются, быстрее и на большую глубину оттаивают, имеют лучший естественный дренаж, в них слабее развиты аэробно-глеевые процессы. Поэтому такие почвы быстрее и окультуриваются.

Дешифрирование почвенного покрова каждой природной зоны имеет свои особенности, зависящие от свойств генетических типов почв, а также от особенностей климата, рельефа и растительности.

В тундре взаимные связи почв с растительностью изучены недостаточно и в самых общих чертах выглядят следующим образом (табл.4.4). Видно, что для полигональных почв характерна сильно разреженная растительность, мхи и кустарники индицируют болотно-торфяные почвы в условиях значительного протаивания, а лесные и луговые комплексы характерны для южных границ тундры, где создаются условия для промывного режима и повышенного гумусонакопления. Растительность и мерзлотный микрорельеф образуют пятнистость структуры почвенного покрова и соответственно космического изображения. Основную роль в этом играют небольшие термокарстовые западины с болотами, озерами и торфяниками. Для тундр прибрежных частей и холмисто-останцового рельефа, где на поверхность выходят коренные породы, возникают примитивные почвы, зависящие от свойств субстрата. В целом при движении к югу и территориям более высокоразвитым типам растительности образуется следующий генетический ряд почв: примитивные арктические – глеево-мерзлотные – торфяно-глеевые – торфяные – подзолисто-глеевые – дерново-подзолистые – дерново-луговые.