Почвоведение, 2023, № 4, стр. 417-432

ВВЕДЕНИЕ

Специфические сочетания факторов и быстрые пространственные смены их параметров, по сравнению с равнинными ландшафтами, становятся наиболее значимыми для почвообразования в горных областях. Пестрота почвенного покрова зависит от абсолютной высоты хребтов, солярной и ветровой экспозиции склонов, температурных инверсий, химико-минералогического состава почвообразующих пород и характера растительного покрова [3, 10, 32]. Состав и химическая активность веществ, образующихся в результате минерализации и гумификации растительного опада и активно мигрирующих по почвенному профилю, в значительной степени определяют морфологические и генетические особенности почв. В этой связи сопряженное изучение ландшафтно-экологических условий почвообразования и особенностей генезиса почв во взаимосвязи с характером изменения растительного покрова является актуальной проблемой географии почв.

Интересным объектом в этом отношении является Собь-Елецкая долина Полярного Урала, отличающаяся богатым петрографическим и химическим составом горных пород (ультраосновные, основные, кислые и карбонатные), что обеспечивает широкое разнообразие почв. Наличие многочисленных горных массивов определяет формирование высотной поясности, а минералого-петрографическое разнообразие слагающих горных пород в значительной степени влияет на растительность [22].

Несмотря на длительную историю исследований почв горной ландшафтной зоны Полярного Урала [1, 2, 11, 17, 20, 29, 34, 36, 44, 45], вопросы генезиса, диагностики и классификации этих почв, высотно-поясной дифференциации почвенного покрова и роли пестроты минералогического состава почвообразующих пород до сих пор остаются слабоизученными. Распределение почв на территории исследования в значительной мере определяется как характером рельефа, который представлен преимущественно среднегорными массивами с отметками высот от 700 до 1500 м над ур. м., так и спецификой высотной поясности растительного покрова [5]. Литературные данные пространственного размещения типов и подтипов почв в системе высотного градиента от подножия до вершины склона горных хребтов Полярного Урала являются единичными [1, 11]. К настоящему времени наименее исследованными на Полярном Урале являются почвы, формирующиеся на продуктах выветривания горных пород основного и ультраосновного состава [20, 41].

Актуальность исследований подобных объектов определяется не только региональной значимостью, но и необходимостью решения ряда фундаментальных задач с учетом современных наработок субстантивно-генетической классификации почв России. Особенности почвообразования и выветривания на элювии массивно-кристаллических пород основного состава в условиях гумидного полярно-бореального климата в настоящее время хорошо изучены [8, 12, 18, 28, 29]. Показано, что направление почвообразования на кристаллических породах обусловлено составом пород и степенью их устойчивости к процессам выветривания минеральной матрицы, обогащенной слоистыми силикатами [7, 18, 19, 41]. Учитывая широкое географическое распространение магматических пород основного состава в различных биоклиматических и литолого-геоморфологических условиях формирующиеся на них почвы имеют как полноразвитые, так и маломощные профили, относящиеся к отделам альфегумусовых (подбуры), структурно-метаморфических (буроземы) и слаборазвитых (петроземы). При этом в ряде случаев многие из этих почв хроматически дифференцированы по подзолистому типу. Как отмечает Лесовая с соавт. [19, с. 407] для решения “вопросов генезиса, географии и классификации почв на плотных породах необходимо накопление и последующее обобщение конкретных данных по этим почвам в различных регионах и на различных по составу плотных породах”.

Учитывая труднодоступность и фрагментарность почвенно-географических исследований Полярного Урала, в настоящее время представляется необходимым более детальное изучение почвенного покрова этого региона, в том числе методом катенарного подхода, чему не уделялось достаточного внимания в предшествующие годы.

Цель работы – на основании сравнительного исследования морфологических и физико-химических свойств установить генетические особенности почв, формирующихся на массивно-кристаллических породах основного состава, в системе высотной поясности Полярного Урала.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Район исследований находится на Полярном Урале в пределах природного парка “Полярно-Уральский” (Ямало-Ненецкий автономный округ) и охватывает разные участки склона хребта Рай-Из (рис. 1). Климат континентальный, среднегодовая температура по данным метеостанции “Рай-Из” (870 м над ур. м.) составляет – 8.2°С, среднегодовое количество осадков 700–1000 мм, средняя продолжительность безморозного периода 49 сут [6]. Согласно геокриологическому районированию, для этой зоны характерна островная мерзлота [23]. Мощность многолетнемерзлых пород определяется высотной поясностью, геолого-гидрологическими и различными локальными факторами (крутизной и экспозицией склонов). На абсолютных отметках 150 и 700 м над ур. м. мощность мерзлой толщи составляет 90 и 400 м соответственно. В верхних частях выположенных склонов широко развиты криогенно-пятнистые формы микрорельефа, солифлюкционные террасы, выпучивание щебнистого и гравийно-дресвяного материала из рыхлых отложений. Горные хребты имеют сглаженную форму и относятся преимущественно к гольцовому среднегорному типу рельефа с абсолютными отметками 800–1000 м, отдельные высоты достигают 1300 м. Почвообразующие породы на исследуемом профиле представлены мелкоземисто-щебнистыми продуктами выветривания серпентинизированных дунитов и базальтов с примесью переотложенного кислого аллохтонного ледникового материала.

Рис. 1.

Район исследований.

Согласно схеме почвенно-географического районирования, территория исследования относится к гольцово-тундровому типу поясности Полярно-Уральской горной почвенной провинции [21, 32]. Преобладающими типами почв в структуре вертикальной поясности являются тундровые подбуры (нижний пояс), которые сменяются с высотой горными примитивными почвами и каменистыми россыпями (пояс гольцов). На горных склонах выражены следующие пояса растительности: подгольцовый 200–300 м над ур. м., горно-тундровый 300–800(900) м над ур. м., гольцов > 800/900 м над ур. м. [9].

Подгольцовый пояс занимает нижние части склонов до высоты 200–300 м над ур. м. и в основном представлен лиственничными редколесьями из Larix sibirica. В качестве небольшой примеси в древостоях нижней части пояса встречается ель сибирская (Picea obovata). Выше 300 м над ур. м. распространены горные тундры, которые на Полярном Урале расположены ниже по сравнению с Приполярным и Северным Уралом и другими горными сооружениями северной Евразии [10]. Кроме того, здесь по хребтам широко распространены каменистые россыпи и скалы с очень разреженной растительностью, что объясняется суровым климатом региона, отличающимся в вегетационный период большой влажностью и низким количеством тепла [34]. В горных тундрах вследствие контрастности экологических условий, особенно в низкогорной части, почвенный покров отличается большой комплексностью и неоднородностью, с мозаичной структурой растительного покрова. Для гольцового пояса (выше 800–900 м над ур. м.), представляющего собой обширные поля каменных россыпей и скалистых останцов, характерно полное отсутствие сомкнутых растительных группировок [9].

Полевые исследования проводили методом заложения почвенно-геоморфологического профиля (катены) протяженностью около 1.5 км (рис. 2). В качестве непосредственных объектов исследования выбрали 7 ключевых участков от ареала лиственничных редколесий подгольцового пояса (разрез 1, 151 м над ур. м.) до верхней платообразной части хребта Рай-Из (разрез 7, 1033 м над ур. м.). Классификация и диагностика почв дана согласно Полевому определителю почв России [25]. Описания растительности выполняли с применением стандартных для геоботаники методик [16]. Индексы цвета почвенных горизонтов определяли по шкале Манселла [42].

Рис. 2.

Профили почв в катене на склоне хребта Рай-Из: 1 – лиственничные редколесья, 2 – кустарничково-зеленомошная тундра, 3 – злаково-осоковый луг, 4 – дриадовая тундра, 5 – осоково-лишайниковая тундра, 6 – осоково-зеленомошная тундра, 7 – подстилание плитой, 8 – каменистые россыпи, 9 – № почвенного разреза, 10 – горизонтальный масштаб.

Физико-химические свойства почв определяли в экоаналитической лаборатории, а также в отделе почвоведения Института биологии Коми НЦ УрО РАН. Количество общего углерода (С_общ) и азота (N_общ) в почвах измеряли методом газовой хроматографии на CHNS-O-элементном анализаторе ЕА 1110 (Carlo Erba, Италия). Относительные погрешности измерения общего углерода ±δ = 3.5, 10, 15 и 23% при содержании С_общ 30.0–100.0, 5.0–30.0, 2.0–5.0, 0.1–2.0% соответственно; общего азота ±δ = 11, 20 и 29% при содержании N_общ 0.600–5.00, 0.0400–0.60, 0.0100–0.040% соответственно¹¹. В образцах с ${\text{р}}{{{\text{Н}}}_{{{{{\text{Н}}}_{{\text{2}}}}{\text{О}}}}}$ > 6.5 объемно-метрическим методом с помощью кальциметра Eijkelkamp (SA07, США-Нидерланды) [ISO 10693]²² определяли содержание карбонатов. Абсолютная погрешность в пересчете на карбонат кальция составляет ±Δ = ±2.1 г/кг. Выявленное отсутствие карбонатов во всех объектах позволяет считать измеренный общий углерод почв углеродом органических соединений (С_орг).

Обменные формы Са²⁺ и Mg²⁺ экстрагировали из почв раствором хлорида аммония, с(NH₄Cl) = = 1 моль/дм³. Количество аморфных и слабоокристаллизованных соединений Fe³⁺ и Al³⁺ определяли методом Тамма, свободных форм Fe³⁺ – методом Мера–Джексона [30]. Содержание катионов в растворе хлорида аммония и реактиве Тамма измеряли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой Spectro Ciros Spectro Arcos. Относительная погрешность измерения содержания ионов кальция и магния составляет ±δ = 30%, ионов алюминия и железа(III) – 28%. Содержание ионов железа в вытяжке Мера–Джексона исследовали фотометрически.

В работе использовали принятый в отечественном почвоведении понятийно-терминологический аппарат. Авторы отдают отчет в относительной условности использования термина “обменный магний”. Вероятно, в NH₄Cl-вытяжку переходят не только собственно обменные формы элемента, но и продукты растворения магнийсодержащих минералов. Таким образом, данный термин используется не столько в соответствии с его истинным значением, сколько в соответствии с методом его количественного определения. О наличии подобных методических проблем, возникающих при исследовании почв на ультраосновных породах, и необходимости специальных исследований указано ранее [20].

Значений рН почв измеряли на универсальном иономере Анион-4100 (Россия), относительная погрешность измерения ±0.1 ед. рН. Гранулометрический состав почв исследовали методом Качинского с диспергацией и кипячением в присутствии NaOH, валового состава – рентгенофлуоресцентным методом (VRA-33). Идентификацию пород проводили с помощью петрографического изучения шлифов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Исследуемые почвы макрокатены приурочены к разным элементам мезорельефа и относятся к гольцово-тундровому типу высотной поясности. В растительных сообществах в местах заложения разрезов выявлено 68 видов сосудистых растений, 11 видов мхов и 15 видов лишайников. Согласно литературным данным, в локальных флорах на ультраосновных массивах данного района число видов сосудистых растений уменьшается до 99–130 видов по сравнению с локальной флорой, приуроченной к кислым породам, где насчитывается 190 видов [37]. Данная закономерность подтверждается на исследуемых участках, где относительно низкое флористическое разнообразие сообществ связано с наличием основных и ультраосновных пород. Кроме того, формированию сомкнутого растительного покрова препятствуют периодический снос каменного материала и активизация формирования криогенных форм микрорельефа в виде пятен-медальонов.

В результате высокой щебнистости с закономерным увеличением содержания скелетно-грубообломочной фракции с глубиной и провальной фильтрационной способности мерзлота в почвах отсутствует.

Пояс лиственничных лесов и редколесий. Лесная растительность в районе исследований занимает предгорную и низкогорную зону, а также межгорные депрессии (150–200 м над ур. м.). Лесные сообщества образованы Larix sibirica, Picea obovata, Betula pubescens. Формируясь в экстремальных климатических условиях, древостои характеризуются невысокой (до 0.4–0.5) сомкнутостью крон, небольшими значениями таксационных показателей (высота и диаметр стволов), упрощенной вертикальной структурой (1–2 древесных полога).

Разрез 1 заложен в нижней части пологого склона северо-восточной экспозиции хребта Рай-Из (табл. 1). Координаты: 66°57′18.8″ N, 65°37′02.1″ Е. Растительное сообщество – лиственничник ерниково-голубично-воронично-зеленомошный (Montano-Laricetum betuloso nanae-vaccinioso uliginosi-empetroso hermaphroditi-hylocomiosum, табл. 1).

Строение профиля: O(0–5 см)–Oao(5–7 см)– BFе(7–10 см)–BHF(10–20 см)–ВС(20–40 см). Почвы отчетливо дифференцированы на генетические горизонты и диагностируются по наличию признаков оподзоливания в виде осветленных линз (2–3 см) оподзоленного горизонта е (окраска по Манселлу 5YR 7/1) с содержанием щебня до 30%. Залегающий ниже горизонт BНF имеет желтовато-бурую окраску (10 YR 4/4–5/4) и отличается увеличением содержания мелкой дресвы и щебня, при резком преобладании хорошо окатанной гальки с размерами 3–4 см. На нижней поверхности плитчатых обломков пород присутствуют тонкие Al–Fe-гумусовые пленки (10R 3/3). С 20 см скелетно-грубообломочная фракция резко преобладает (80%), содержание мелкозема крайне незначительно. Почва: подбур оподзоленный иллювиально-гумусово-железистый [25] или Entic Podzol (Skeletic) по [40].

Разрез 2 заложен на пологом склоне северо-восточной экспозиции хребта Рай-Из на верхнем пределе распространения древесных пород. Растительное сообщество лиственничное редколесье ерниково-кустарничково-кладониевое (Montano-Laricetum betuloso nanae-fruticuloso-cladinosum).

Строение профиля: O(0–5 см)–Oao(5–8 см)–ВН(8–20 см)–ВС(20–30)–С(30–50 см). Органогенные горизонты состоят из слоев растительных остатков разной степени разложения, в нижней части – грубогумусированный материал (смесь различных по степени разложения органических остатков с минеральными компонентами). Горизонт ВН имеет коричневато-кофейную (10YR 3/3) окраску, густо пронизан корнями кустарничков. Включения уплощенной формы плиток пород, которые часто поставлены “на ребро”, на нижней стороне горизонтально ориентированных плиток имеются размытые темные аллохтонные гумусово-железистые пленки (20–30% от площади поверхности отдельно взятой породы), под щебнем обычно пустоты. В нижележащих горизонтах (ВС–С) происходит постепенное увеличение содержания дресвы (легко крошится в руках) и щебня (50–70% от площади горизонта), на нижней поверхности которых диагностируются аналогичные тонкие пленки с размытыми границами. Почва: подбур иллювиально-гумусовый [25] или Entic Podzol (Skeletic) по [40].

Физико-химические свойства сравниваемых подбуров отражают характерные свойства: кислую и слабокислую реакцию среды (разрез 1) с переходом в нижних горизонтах в нейтральную (разрез 2), что связано с различиями почвообразующих пород. Наличие кислого аллохтонного ледникового материала в разрезе 1 (включения хорошо окатанной гальки) приводит к выраженному процессу оподзоливания с дифференциацией валовых форм R₂O₃ и оксалаторастворимых соединения железа по элювиально-иллювиальному типу (табл. 2, 3). В гранулометрическом составе подбуров преобладают песчаные и крупнопылеватая фракции (табл. 4), что наряду с высоким содержанием крупнозема (частиц >1 мм) обеспечивает промывной тип водного режима и отсутствие морфохроматических признаков оглеения. Профильное распределение углерода и азота имеет регрессивно-аккумулятивный характер, что совпадает с литературными данными по аналогичным почвам горных редколесий из Larix sibirica Приполярного и Северного Урала [14, 26].

Пояс горных тундр. Горно-тундровые растительные сообщества занимают господствующее положение в растительном покрове в пределах высотного пояса (200–650 м над ур. м.). Вертикальная дифференциация растительного покрова в значительной степени определяется геоморфологическими (крутизна склона) и экспозиционными условиями. Согласно исследованиям различных авторов [9, 22], на склонах северной, северо-восточной экспозиций Полярного Урала наблюдается снижение границ высотных поясов растительности по сравнению с южной экспозицией.

Разрез 3 заложен в нижней части полого склона северо-восточной экспозиции хребта Рай-Из. Растительный покров – кустарничково-дриадовая тундра (Fruticuleto-dryadosum). Выше по склону – сплошной плащ крупноглыбистых осыпей (размеры глыб 0.5–1 м), который в нижней части распадается в виде языков-полос и спускается до подгольцового пояса лиственничных редколесий. На перегибе склона (от пологого участка до начала крутого склона с крутизной 45°–50°) в условиях ветровой тени крупных глыб (>1.5–2 м) скапливается толща снега, талые воды которого вплоть до конца июля увлажняют поверхность почвы. На дневной поверхности в месте заложения разреза (наряду с переотложенным каменным материалом в виде узких “языков”) присутствуют крупные плиты и отдельные глыбы пород, что в совокупности со слабым уклоном общей поверхности (3°–4°) создает слабый сток. Между глыбами пород отчетливо выражен криогенно-пятнистый характер микрорельефа: пятна-медальоны с суглинистым мелкоземом занимают до 30–40% поверхности.

Строение профиля: О(0–2 см)–Н(2–10/12 см)–G/Gox(10/12–25 см)–BG(25–55 см)–CG(55–70 см). Почва диагностируется по наличию маломощной подстилки О, темноокрашенного (10YR 3/1) мажущейся консистенции перегнойного горизонта Н, который резко переходит в серию глеевых горизонтов разной степени выраженности: Gox, BG, CG. Горизонт Gox бесструктурный, влажный средний суглинок с сизо-голубой окраской(5Y5/1–5/2), где 30–40% вертикального среза занимают охристо-ржавые пятна (2.5YR 4/4) и тонкие полосы, локализованные в основном по ходам корней. Горизонт BG характеризуется сизовато-бурой (2.5Y 4/4) однородной окраской, более влажный, легкий суглинок, в нижней части тиксотропный (содержание щебня ~30%). На глубине 55–70 см увеличивается содержание щебня и крупных пород, сочится вода. Подстилающие породы – серпентинизированные дуниты, которые встречаются по всему профилю. Почва – глеезем перегнойный окисленно-глеевый [25] или Reductaquic Gleysol (Thixotropic) [40].

Значительная обводненность почв и недостаточная аэрация вызывают развитие восстановительных процессов и оглеение минеральной толщи. Физико-химические свойства отражают нейтральную реакцию среды по всему профилю с резко убывающим типом содержания органического вещества в минеральных горизонтах с отчетливой дифференциацией профильного распределения валовых форм R₂O₃, а также оксалато- и дитиониторастворимых форм соединений железа в горизонтах G–Gox. Распределение C и N по профилю имеет регрессивно-аккумулятивный характер с максимальным содержанием в органогенном и перегнойно-гумусовом горизонтах и с резким убыванием в минеральных. В гранулометрическом составе мелкозема преобладают крупнопылеватая и песчаные фракции, благодаря которым почвы при длительном характере увлажнения и низких температурах приобретают тиксотропные свойства в нижних горизонтах.

Разрез 4 заложен в средней части склона, имеющей крутизну 4°–5°. В растительном покрове осоково-зеленомошная тундра (Caricetum hylocomiosum). В геоморфологическом плане данный участок представляет собой нагорную террасу. На дневной поверхности встречаются полосы переотложенного каменного материала, имеющие размеры до 8–10 м в длину и до 1 м в ширину, которые в настоящее время зарастают мхами и сосудистыми растениями (Carex arctisibirica, Carex atrofusca, Rhytidium rugosum, Dicranum flexicaule). Микрорельеф не выражен.

Строение профиля: AYao,rz(0–3 см)–АY(3–20 см)–AB (20–40 см)–BC (40–55 см)–C(55–70 см). Под хорошо разложившейся одернованной подстилкой формируется серогумусовый горизонт AY темно-серой окраски (10YR 3/2–4/2) опесчаненный легкий суглинок, мелкокомковато-зернистая структура, обильно переплетен корнями трав. Сформированный ниже горизонт AB имеет серую окраску (10YR 6/2), опесчаненный средний суглинок, содержание дресвы и щебня 40%, слабовыраженная мелкокомковатая структура. Горизонты ВС и С характеризуются зеленовато-сизой окраской, влажный средний суглинок, содержание щебня и остроугольной дресвы 60–75%. Отличительная особенность рассматриваемой почвы – равномерное проникновение корней по всему профилю до глубины 50–55 см из-за включений пологонаклоненных уплощенной формы пород (“под острым углом”). Наличие зеленовато-сизой окраски почвенного мелкозема в значительной степени определяется “цветовой окраской” пород. Согласно [25], почвы диагностируются как серогумусовые типичные отдела органо-аккумулятивных почв или Skeletic Phaeozem [40].

Разрез 5 заложен в средней части склона крутизной 8°–10°. В 10 м выше по склону находятся крупноглыбистые россыпи (>2–3 м) серпентинитов с характерной темно-зеленой окраской, между ними на дневной поверхности в виде плаща залегает рыхлый мелкоземисто-щебнистый слой при полном отсутствии растительности. На месте заложения разреза в растительном покрове дриадовая тундра (Dryadosum). Около 15–20% от общей поверхности занимают глыбы и скопления щебня. Между ними отчетливо выражены мерзлотные сортированные полигоны в виде каменных колец размерами 40–60 см (занимают до 10% от общей площади), на поверхности щебень с размерами 3–10 см.

Строение профиля: O(0–2 см)–АY1(2–8 см)–AY2(8–20 см)–AB(20–45 см)–BC(45–70 см). Почвенный профиль имеет близкое морфологическое строение с разрезом 4 и, согласно [25], относится к серогумусовым типичным; Skeletic Phaeozem [40]. Отличительные особенности: наличие переотложенного опесчаненного легкосуглинистого материала (делювиальный нанос) на глубине 2–8 см и крупных глыб пород (40–50 см и более) по всему профилю. При этом в верхней части профиля отчетливо выражена мерзлотная сортировка скелетно-грубообломочного материала: уплощенной формы плитняк пород поставлен “на ребро”, а на поверхности почвы выражены сортированные полигоны в виде каменных колец. Вышеуказанные признаки механических перемещений твердофазного материала под влиянием криогенных процессов позволяют выделить на уровне рода криосортированный подтип серогумусовых почв, что отмечается в работе Хитрова и Герасимовой [35] по предлагаемым изменениям в новой версии Классификации почв России.

В рассматриваемых почвах гумусово-аккумулятивный процесс является основным элементарным процессом почвообразования. Особенности поступления и трансформации органического вещества, процессы гумификации и миграции продуктов гумификации приводят к формированию относительно мощной толщи серогумусовых грубогумусированных (АYао, АY) и переходных горизонтов (AB). В поверхностных горизонтах (0–2 см) величина потерь при прокаливании с-оставляет 65–67%, в его составе преобладают слабо- и среднеразложившиеся растительные остатки. Невысокая теплообеспеченность, значительная крутизна склонов и резкий сброс повышенных атмосферных осадков (в том числе в результате боковой миграции продуктов гумификации) отражают заторможенное преобразование органических остатков. Профильное распределение органического вещества в минеральной части имеет равномерно-аккумулятивный характер, C/N равно 12–15, что свидетельствует о низкой интенсивности биологического круговорота. Сравнительно-географический анализ литературных данных показывает, что рассматриваемые почвы могут формироваться на различных почвообразующих породах (магматических, метаморфических, в том числе карбонатных) и являются одним из самых высокогумусированных в условиях горно-лесного и горно-тундрового высотных поясов Полярного, Приполярного и Северного Урала [13–15, 26, 36].

Гольцовый пояс. Растительный покров гольцового пояса (900–1033 м над ур. м.) характеризуется отсутствием сомкнутых растительных группировок, которые представляют собой ранние стадии сингенетических сукцессий [17]. Основную площадь в этом поясе занимают каменистые россыпи – огромные поля нагромождений крупных глыб разных размеров, среди которых локально развиваются фрагменты фитоценозов горных тундр.

Разрез 6 заложен в верхней части полого склона. В 50 м от места заложения разреза (ниже по склону) крутой обрыв. Более 95% от общей поверхности занято глыбами перидотитов с размерами 0.5–2 м, представляющих собой скопление несортированного неокатанного материала с характерной буровато-охристой окраской поверхности. Накопление мелкозема происходит в небольших мезопонижениях на площади до 2–4 м² в результате переотложения продуктов выветривания, очевидно, привнесенных водно-ледниковыми потоками при горном оледенении. На данных участках в растительном покрове фрагментарно представлены осоково-лишайниковые сообщества (Caricetum cladinosum).

Строение профиля: O(0–2 см)–Gcf(2–10 см)–G(10–25 см)–BG(25–40 см)–ВС(40–50 см)–С(50–60 см). Под маломощным слоем талломов лишайников формируются легкосуглинистые глеевые горизонты сизо-голубой окраски (5Y 4/1) G–BG. В нижней части глеевого горизонта отчетливо выражена ржаво-охристая (2.5YR 4/8) кайма мощностью 1–2 см (микрогоризонт cf). В средней части профиля включения обломков пород размерами 5–10 см (до 20% от площади горизонта), пленки выветривания на их поверхности отсутствуют. По ходам тонких корней и на контакте мелкозема с нижней поверхностью щебня ярко выражены ржаво-бурые пятна (5YR 4/6). С глубиной содержание обломков пород закономерно увеличивается (60–75%), с 60 см идет резкое (литологическое) подстилание массивной плиты, являющейся водоупором. Почва глеезем криогенно-ожелезненный [25] или Reductaquic Gleysol [40].

Разрез 7 заложен на платообразной вершине хребта Рай-Из. Координаты 66°57′14.9″ N, 65°29′34.2″ Е. На поверхности находятся среднеглыбовые россыпи перидотитов (>98% от всей площади поверхности) и скалы виде останцов высотой до 5 м. Крупные глыбы перидотитов, а также щебень покрыты тонкой автохтонной пленкой (10R 5/8), которая легко царапается ножом, на сколе внутренняя поверхность породы более темная. В теневой части скальных выходов вплоть до начала августа сохраняется снег мощностью 1–1.5 м, который интенсивно тает. Растительный покров фрагментарный, представлен осоково-зеленомошными сообществами (Caricetum hylocomiosum).

Строение профиля: O(0–2 см)–Oao(2–5 см)–Ghi(5–10 см)–Gcf(10–20 см)–BG@(20–42 см). Органогенные горизонты представлены среднеразложившимся подстилочно-торфянистым горизонтом О темно-серой окраски мощностью 4–5 см, в нижней части которой присутствует грубогумусированный материал, представляющий собой смесь различных по степени разложения органических остатков с минеральными компонентами. Горизонт Ghi (5–10 см) пропитан органическим веществом и имеет темную серовато-оливковую окраску (5Y 3/2), мелкозем среднесуглинистый, слабоуплотнен. Переход в нижележащий горизонт резкий, граница волнистая. Залегающий ниже среднесуглинистый влажный, очень плотный горизонт Gcf (10–20 см) характеризуется неоднородной окраской: на общем темно-сизом фоне (5Y 4/1) ярко-ржавые пятна (10R 3/6), в нижней части горизонта охристо-ржавого цвета (2.5 YR 4/6) сплошная кайма толщиной 1–1.5 см. Горизонт BG@ имеет оливково-серую окраску (5Y 4/2) и отличается наличием криотурбированного горизонта в виде S-образного изгиба интенсивно темно-серого (10YR 3/2) материала более тяжелого по гранулометрическому составу. Характерная особенность данного профиля практически полное отсутствие включений обломочного материала и резкое подстилание массивной плиты с 42 см. Почва: глеезем криогенно-ожелезненный потечно-гумусовый криотурбированный [25], Turbic Gleysol (Abruptic) [40].

Общей особенностью гранулометрического состава сравниваемых глееземов (разрезы 6 и 7) является резкое преобладание крупнопылеватой и песчаных фракций, составляющих 61–80% от суммы всех гранулометрических фракций. В условиях холодного гумидного климата и превышения количества осадков над величиной испарения, высокое содержание пылеватых частиц при затрудненном внутрипочвенном дренаже вызывает развитие восстановительных процессов и оглеения минеральной толщи почв [4, 31]. Значения рН водной вытяжки глеевых горизонтов слабокислые с постепенным переходом в нижних горизонтах в нейтральную. Выражена отчетливая дифференциация профиля по валовому содержанию железа, а также оксалато- и дитиониторастворимых форм этого элемента с минимумом в глеевых горизонтах и с максимумом в горизонтах с признаками криогенного ожелезнения (Gcf). Распределение C и N по профилю имеет регрессивно-аккумулятивный характер, почвенное органическое вещество характеризуется низким обогащением азотом (величина отношения C/N составляет 11–18), что характерно для аналогичных глееземов Приполярного и Северного Урала [11, 26, 39] и других горных областей [4, 24, 27, 43]. В разрезе 8 в нижней части профиля выражены признаки криотурбаций в виде S-образного изгиба интенсивно темно-серого (10YR 3/2) материала, что сопровождается несколько повышенным содержанием органического вещества по сравнению с вышележащим горизонтом.

Сравнительный анализ литературных данных показывает о широком распространении глееземов в различных секторах Ямальского региона (в том числе в предгорных ландшафтах Полярного Урала) и отличающихся тиксотропностью, близким подстиланием мерзлотного экрана, проявлением различной степени интенсивности редоксиморфных признаков [1, 2, 38].

Почвообразующие породы. В почвах лиственничных редколесий (разрезы 1 и 2) и горных тундр (разрезы 3–5) распределение обломков пород в почвенных горизонтах происходит с закономерным нарастанием (увеличение преобладающих размеров и общего количества обломков) с глубиной. В верхних и средних горизонтах вышеуказанных разрезов мелкий щебень и остроугольная дресва при незначительном надавливании легко крошится в руках, представляя собой в значительной степени материал, преобразованный в результате физической дезинтеграции и внутрипочвенного выветривания. Крупный остроугольный щебень и подстилающие глыбы пород представлены серпентинизированными дунитами и базальтами, которые встречаются в разных соотношениях во всех исследуемых разрезах. В разрезе 5 по валовому химическому составу порода соответствует ультраосновной (содержание SiO₂ 45.51%), остальные элементы в порядке убывания расположены следующим образом: MgO (40.39%), Fe₂O₃ (9.88%), Al₂O₃ (2.06). Валовой химический состав пород в разрезах 3 и 4 отличается несколько повышенным содержанием оксида кремния (49.4%), что позволяет отнести их к породам основного состава. При изучении шлифов пород выявлено, что в них преобладают обломки основных и ультраосновных пород – серпентинизированных дунитов и базальтов, которые имеют нематобластовую и микропорфировую структуру. По оливину выражены замещения слоистыми силикатами: диагностированы серпентин и хлориты. В результат постмагматических изменений плагиоклазы подверглись интенсивной соссюритизации: в отдельных зернах отмечается замещение псевдоморфозами поликристаллических глинистых образований (иддингсит), а по серпентину развивается эпигенетический тремолит-актинолит, который в результате метасоматоза замещается хлоритом.

Валовой химический состав мелкозема в исследуемых почвах резко отличается от пород увеличением содержания кремнезема и алюминия. Просмотр образцов крупных фракций почвенного мелкозема (1.0–0.25 и 0.25–0.1 мм) под увеличением выявил, что кроме породообразующих минералов подстилающей породы с характерными для нее морфоструктурными особенностями в составе песчаных фракций присутствует кварц. Очевидно, что наличие кварца отражает примесь переотложенного аллохтонного (более кислого) ледникового материала морены. Наиболее ярко влияние аллохтонного материала выражено в верхних минеральных горизонтах глееземов (разрезы 6 и 7) с максимальным содержанием SiO₂ (69–75%). Общим для всех изученных почв является увеличение значений ${\text{р}}{{{\text{Н}}}_{{{{{\text{Н}}}_{{\text{2}}}}{\text{О}}}}}$ с глубиной. При широком колебании значений ${\text{р}}{{{\text{Н}}}_{{{{{\text{Н}}}_{{\text{2}}}}{\text{О}}}}}$ (от 4.65 до 7.36) горизонты С всех профилей имеют нейтральную либо слабощелочную реакцию. Щелочность почвенного раствора (при экспериментально доказанном отсутствии в почвах карбонатов) связана с гидролизом гидрокарбоната магния.

Как показано Лесовой с соавт. [20] разрушение минералов на хребте Рай-Из, прежде всего оливина, обусловливает преобладание в почвенном поглощающем комплексе магния, что приводит к специфическому (без наличия легкорастворимых солей и карбонатов Ca и Mg) “магнезиальному ощелачиванию” профиля. Ионы магния, высвобождающиеся силикатов с высоким содержанием этого элемента, прежде всего оливина, обусловливают значения рН в нейтрально-щелочном диапазоне.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Впервые для горной территории Полярного Урала получены детальные морфолого-генетические характеристики почв на массивно-кристаллических породах основного состава в системе высотных поясов хребта Рай-Из. Установлены ландшафтно-экологические особенности почвенно-растительного покрова на верхнем пределе распространения лиственничных редколесий (подбуры), горных тундр (глееземы, серогумусовые почвы) и пояса холодных гольцовых пустынь (глееземы). Суровые климатические условия (короткий вегетационный период, отрицательные значения среднегодовых температур воздуха, избыточное увлажнение) способствуют низкой интенсивности биологического круговорота и замедленной трансформации органического вещества поверхностных (подстилочно-торфянистых) и гумусовых горизонтах. Специфика факторов и условий почвообразования (мозаичность растительного покрова, гидротермический режим, различная мощность мелкоземисто-щебнистой толщи и др.) обусловливают в пределах катены разное проявление и сочетание элементарных почвообразовательных процессов: поверхностное накопление грубогумусовой подстилки, гумусонакопление, оглеение и криогенное ожелезнение, альфегумусовое илювиирование, дезинтеграция щебня/дресвы до стадии мелкозема.

Результаты исследований расширяют представление о высотно-поясном разнообразии почв лиственничных редколесий и горных тундр Полярного Урала, их генезисе и географии и могут служить основой для почвенного цифрового картографирования изученной территории с учетом использования новой версии Классификации и диагностики почв России (2004–2008). На основании полученных данных может быть составлен кадастр особо ценных почв Полярного Урала с дальнейшим включением в качестве основы региональной системы эталонных и редких почв Уральской горной страны в Красную книгу почв Российской Федерации.