Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ УЧЕНИЯ О СТРУКТУРЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА (Литературный обзор) 10
ГЛАВА II. ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ 18
II. 1. История развития рельефа 18
II.2. Почвообразующие породы 21
II.З. Климат 24
II.4. Растительность 26
II.5. Гидрография и гидрология 31
ГЛАВА III. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ТИПОВ ПОЧВ СИБИРСКИХ УВАЛОВ 34
III.1. Фациальные особенности и классификация почв... 34
III.2. Условия залегания по рельефу 36
III.3. Альфегумусовые подзолы 41
III.3.1. Подзолы иллювиально-железистые 41
III.3.2. Подзолы глубинно-глееватые 55
III.3.3. Гидроморфные торфяно-подзолы 69
III.4. Глее-подзолистые оторфованные почвы 78
III.5. Болотные почвы 87
ГЛАВА IV. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ПОЧВЕННЫХ АРЕАЛОВ, ПОЧВЕННЫХ КОМБИНАЦИЙ И СТРУКТУРЫ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА СИБИРСКИХ УВАЛОВ 95
IV.1. Общие положения 95
IV.2. Основные черты структур почвенного покрова Сибирских Увалов 101
IV.3. Характеристика структур почвенного покрова с ведущей ролью сочетаний 103
IV.3.1. Морфологические свойства элементарных почвенных ареалов компонентов сочетания 104
IV.3.2. Генетико-геохимические связи 114
IV.3.4. Характеристика структур почвенного покрова с ведущей ролью комплексов и пятнистостей 116
ГЛАВА V. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПОЧВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ РОЛЬ В ЭВОЛЮЦИИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА СИБИРСКИХ УВАЛОВ В ГОЛОЦЕНЕ 123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 133
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАН
НОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 137
- НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ УЧЕНИЯ О СТРУКТУРЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА (Литературный обзор)
- История развития рельефа
- Условия залегания по рельефу
- Основные черты структур почвенного покрова Сибирских Увалов
- ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПОЧВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ РОЛЬ В ЭВОЛЮЦИИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА СИБИРСКИХ УВАЛОВ В ГОЛОЦЕНЕ
Введение к работе
Освоение природных ресурсов Западной Сибири, особенно во второй половине XX в., характеризуется активным развитием нефтегазового комплекса в таежной зоне. Ландшафтно-экологическая изученность этой территории является очень слабой и фрагментарной. Достаточно сказать, что до настоящего времени на всей территории Ямало-Ненецкого и большей части территории Ханты-Мансийского автономного округа никогда не проводилось среднемасштабного почвенного картографирования (не говоря уже о крупномасштабном). Существующие темпы развития инфраструктуры в районах интенсивной нефтедобычи намного опережают темпы исследований природных комплексов. Это связано с обширностью территории, ее труднодоступностью и неосвоенностью, а также с недостатком средств финансирования федеральных программ мониторинга.
Общеизвестно, что одной из особенностей сибирских северотаежных ландшафтов, в целом, и почвенного покрова, в частности, является их ранимость в результате различного рода индустриальных воздействиях, приводящих к деградации. Для того чтобы предотвратить или уменьшить негативные влияния на почвенный покров, необходимо при планировании природопользования рассматривать его особенности, с точки зрения совокупности почв определенной территории, обязательно учитывая при этом характер взаимосвязи как между самими почвами, так и факторами почвообразования; знать историю развития почвенного покрова и образующих его компонентов; уметь прогнозировать процессы эволюции почвенного покрова в естественных условиях и в результате антропогенеза, т.е. необходимо изучение структуры почвенного покрова. Работы такого рода для таежной зоны Западной Сибири проводятся крайне редко. Почвенному покрову Сибирских Увалов, как геоморфологическому району Западно-
Сибирской равнины занимающему около 10% ее территории, уделено еще меньше внимания.
Отсюда вытекают цель и задачи работы.
Основная цель исследований.
Описать структуру почвенного покрова Сибирских Увалов и слагающих ее компонентов; предложить гипотезу эволюции почвенного покрова Сибирских Увалов в голоцене.
Задачи исследований:
Дать характеристику морфологических, физико-химических и химических свойств почвенных индивидуумов (ПИ), являющихся элементарными почвенными единицами;
Охарактеризовать элементарный почвенный ареал (ЭПА), являющийся элементарной единицей почвенного покрова (ПП), обладающий содержанием, геометрией и имеющий определённое место в почвенных комбинациях и экологию;
Описать почвенные комбинации (ПК), как составные части структуры почвенного покрова (СПП).
Определить влияние основных элементарных почвенных процессов (ЭПП) на формирование почвенных профилей в разные периоды голоцена. Сформулировать гипотезу эволюции почв осевой части Сибирских Увалов в голоцене.
Объекты исследований.
Типичность экологических ситуаций большинства районов нефтегазодобывающего комплекса севера Западной Сибири позволяет вести детальные наблюдения за состоянием природной среды на малых площадях, с дальнейшей экстраполяцией результатов наблюдений на достаточно большие площади сопредельных регионов и с минимальными затратами труда. Учитывая это и сознавая необходимость создания и осуществления региональной программы ландшафтно-экологических исследований, в 1995 году по предложению и при финансовой поддержке администрации г. Ноябрьска, Институтом почвоведения и агрохимии СО РАН совместно с Институтом леса и древесины СО РАН и ЗАО «ДИГЕР» был создан экологический полигон для осуществления долговременного мониторинга за состоянием природной среды и природных экосистем в зоне воздействия городской промышленности, городского населения и нефтедобычи.
Район исследования расположен в центральной части Сибирских Увалов и имеет почти 25-летнюю историю промышленного развития, связанного с освоением нефтяных и газовых месторождений. Созданный здесь экологический полигон представлен несколькими участками общей площадью более 100 км , которые охватывают различные ландшафтные ситуации как естественные, так и с различной интенсивностью и формой антропогенного воздействия.
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН с начала образования экологического полигона ведет на нем и на сопредельных с ним территориях режимные наблюдения за состоянием почвенного и растительного покрова, поверхностных, почвенно-грунтовых и болотных вод.
В основу данной работы положены материалы, полученные в результате крупномасштабного почвенного картографирования территорий Спорышевского и Западно-ноябрьского месторождений нефти, маршрутных съемок на прилегающих к ним территориях и исследований на экологическом полигоне в целях мониторинга. Все исследования проводились в составе комплексных биологических экспедиций (ИПА СО РАН, ЦСБС СО РАН, ИЛиД СО РАН) совместно с ЗАО "ДИГЭР" в районе г. Ноябрьска в период с 1995 по 1999 гг.
Объектами исследований явились: почвенные индивидуумы, элементарные почвенные ареалы, почвенные комбинации и СПП в целом Сибирских Увалов.
Методы исследования.
Почвенное картографирование проводилось согласно "Инструкции по крупномасштабным почвенным обследованиям земель Российской Фе- дерации" под редакцией Ро^сНИИземпроект (1993), в масштабе 1:25000, с использованием аэрофотоснимков залета 15.08.94 г., спектрозональных космических снимков залета 19.07.92 г. и топокарт того же масштаба. При диагностике почв и обозначении горизонтов использовались «Классификация и диагностика почв СССР», 1977 года и «Классификация почв России», 1997 года.
Исследования почв проводились путем сопряженного профильно-генетического и почвенно-географического метода. Это позволило определить свойства почвенных индивидуумов, характер и механизм взаимосвязи между компонентами почвенного покрова и условиями почвообразования (рельеф, растительность, грунтовые воды, многолетнемерзлые породы).
Анализ почв проводился по общепринятым методикам в лабораториях ИПА СО РАН.
При классификации почвенных комбинаций использовалась таксономическая система, предложенная В.М. Фридландом [76, 78]. Для мор-фометрической характеристики элементарных почвенных ареалов, почвенных комбинаций и структуры почвенного покрова в целом, были использованы количественные показатели, предложенные разными авторами [10, 19,76,81,83].
Научная новизна.
Выявлен набор основных элементарных почвенных процессов, формирующих почвенные профили основных типов почв Сибирских Увалов и показана роль каждого из этих процессов в разные периоды голоцена и на современном этапе.
Получены новые данные по строению профилей подзолов разной степени гидроморфизации и подзолов, законсервированных под слоем ма-ло-и среднемощных олиготрофных торфов.
Описаны основные почвенные комбинации образующие структуру почвенного покрова Сибирских Увалов, а также механизмы дифферен- циации почвенного покрова.
Определен возраст отдельных звеньев почвенной катены и средние скорости горизонтального смещения границ почвенных разностей.
Предложена гипотеза эволюции почв и почвенного покрова северотаежной зоны Западной Сибири в голоцене.
Теоретическая и практическая значимость.
В результате проведенных исследований были впервые составлены крупномасштабные почвенные карты двух месторождений нефти (Спо-рышевского и Западно-Ноябрьского), на твердой основе и в электроном виде. Составленные карты можно использовать в качестве эталонных участков (ключи-площадки) при крупно- и среднемасштабном почвенном картографировании труднодоступных территорий северо-таежной подзоны Западной Сибири, применяя метод экстраполяции результатов картографирования на всю территорию. Изученные почвенно-геоморфоло-гические профили, установившие связь почв с основными элементами рельефа, также могут быть использованы при картографировании в качестве ключей-профилей.
Полученные данные по морфогенетическим особенностям структуры почвенного покрова Сибирских Увалов дополняют имеющийся фактический материал по характеристике почв и почвенного покрова северотаежной зоны Западной Сибири.
Предложенная гипотеза эволюции почв и почвенного покрова северотаежной зоны Западной Сибири в голоцене дает возможность прогнозировать развитие почвенного покрова в естественных условиях и при различных видах антропогенной нагрузки. Полученные экспериментальные данные и теоретические выводы могут быть использованы при проведении дальнейших целенаправленных исследований в северотаежной зоне Западной Сибири.
Защищаемые положения.
1. Основные элементарные почвенные процессы, обусловившие формирование почв Сибирских Увалов — это Al-Fe-гумусовый, элюви-ально-глеевый и торфообразование.
Основу структуры почвенного покрова Сибирских Увалов составляют сложные подчиненно-гидроморфные сочетания-вариации с механизмом дифференциации почвенного покрова по минеральному составу и увлажнению, имеющие водно-миграционный характер перемещения масс между компонентами.
Почвенный покров осевой части Сибирских Увалов — это эволюционный ряд гидроморфизации подзолов альфегумусовых (иллювиаль-но-железистых).
Апробация работы. Материалы и основные выводы диссертации докладывались и обсуждались на II Международной конференции "Криопедология 97" (Сыктывкар, 1997), научной конференции "Экологическое состояние и ресурсный потенциал естественного и антропогенно-измененного почвенного покрова", (Владивосток, 1998), Международном симпозиуме "Динамика болотных экосистем в северной Евразии в голоцене" (Петрозаводск, 1998) и почвенных семинарах ИЛА.
Публикации.
Опубликовано 6 работ по теме диссертации.
Структура диссертации. Работа состоит из 5 глав, введения и выводов. Библиографический список использованной литературы включает 83 источника. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста, иллюстрирована 30 таблицами, 19 рисунками и 16 фотографиями.
Некоторые аспекты учения о структуре почвенного покрова (литературный обзор)
История учения о структуре почвенного покрова, как раздела географии почв, делиться на три периода. Первый период связан с введением общих понятий почвоведения и географии почв; с выявлением основных факторов почвообразования и с изучением основных закономерностей общего строения почвенного покрова суши.
Первое научное определение почвы было дано В.В. Докучаевым, им же были определены основные факторы почвообразования и выявлены общие закономерности генезиса и географии почв [25].
Термин «комбинации почв» введен Н.М. Сибирцевым [68] в 1900 году. Им же введено понятие «пестрота почвенного типа», под которым он понимал устойчивое повторение почв для каждой данной местности, обусловленное различиями факторов почвообразования. Основными факторами образования почвенных комбинаций Н.М. Сибирцев считал рельеф и почвообразующие породы.
Дальнейшие предпосылки для иерархического подразделения ПК были сделаны Г.Н. Высоцким в 1906 году и Н.А. Димо с Б.А. Келлером в 1907 г. Н.А. Высоцкий [11] в своих схемах строения почвенного покрова в зависимости от «оро-климатических» условий для лесной, лесостепной, степной и сухостепной зон, показал характер взаимосвязи между почвами разных элементов рельефа, а также степень их проявления в разных почвенных зонах. Он, не давая понятие мезорельефу и связанным с ним почвенным комбинациям - «сочетаниям», предопределил их. Н.А. Димо и Б.А. Келлер [24] дали описание комплексов полупустынной зоны Прикаспийской низменности, показав связь почв с микрорельефом.
Обобщение многочисленного материала по строению почвенного покрова отдельных регионов было проведено С.С. Неуструевым. В 1915 году, в статье «О почвенных комбинациях равнинных и горных стран» [51], он дал понятие о микро- и мезорельефе. Соответственно рельефу он разделил почвенные комбинации на комплексы и сочетания. Описывая почвенные комплексы, он обратил внимание на наличие «контрастности в почвах соседних пятен» и указал на одновременность формирования микрорельефа и почвенного комплекса [52]. В зависимости от характера увлажнения почв, приуроченных к разным элементам рельефа, он разделил почвы на «гидроморфные» - с грунтовым увлажнением и «автоморфные» -с атмосферным увлажнением.
Л.И. Прасоловым в 1905 г. в работе «Опыт разделения Самарской губернии на "естественные районы"» [56] (преимущественно по почвам), изложены задачи и методика почвенного районирования.
Таким образом, основоположники современного научного почвоведения, обратив внимание на существование в почвенном покрове любой территории закономерно чередующихся почвенных комбинаций и, четко сформулировав определения некоторым из них, создали теоретическую основу учения о структуре почвенного покрова. Следует, однако, основное внимание этими исследователями было уделено макронеоднородностям почвенного покрова, характеризующим зонально-провинциальное и вертикальное строение почвенного покрова суши.
История развития рельефа
История формирования Сибирских Увалов, как Обь-Енисейской системы субширотных поднятий, начинается с неогена, когда в результате изменения направленности тектонических движений и перестройки климата, впервые за длительную историю формирования рельефа Западно-Сибирской равнины, в пределах Сибирских Увалов, образовалась область развития денудационных процессов. К югу и северу от нее получили широкое распространение денудационно-аккумулятивные равнины. В раннем плейстоцене рельеф Сибирских Увалов представлял собой платообразные, местами слегка всхолмленные невысокие возвышенности. Становление современного рельефа Сибирских Увалов произошло в позднечетвертич-ную эпоху. Тобольское время характеризуется как этап, когда произошло орографическое и геоморфологическое оформление Сибирских Увалов [2,3,4].
В среднем и позднем плейстоцене происходит погружение территорий, расположенных севернее Сибирских Увалов. Территория самих Увалов, находясь в Обь-Енисейской зоне поднятий, геоморфологически обособляется. Эти неотектонические движения способствовали разобщению водосборов бассейна Оби и бассейнов Надыма, Пура и Таза [3,4].
Дальнейшую эволюцию рельефа Сибирских Увалов вызвало оледенение. В самаровское и тазовское время Увалы были перекрыты ледниковыми отложениями. В толще четвертичных отложений, по данным М.А. Сухоруковой [71], присутствуют два моренных горизонта, которые могут быть сопоставимы с самаровским и тазовским.
Существование системы молодых морфоструктур Сибирских Увалов к началу максимального оледенения обусловило пространственное размещение как ледниковых фаций, так и морфологических типов ледникового рельефа: холмистого моренного на «материках» и плоскоравнинного, зандрового в пределах палеодепрессий. Таким образом, ледниковая аккумуляция создала морфоскульптуру Сибирских Увалов [4].
Голоценовая эпоха считается эпохой консервации рельефа и его выравнивания [3, 4]. В это время происходит некоторое выравнивание рельефа вследствие накопления в понижениях делювиальных осадков, а также за счет торфонакопления в пониженных элементах рельефа. Формируется своеобразный мезо- и микрорельеф крупно- и плоскобугристых сфагновых болот. Данный рельеф описан в работах Н.И. Пьявченко [58, 59], В.И. Орлова [54], Б.В. Мизерова и др. [47].
На формирование мезо- и микрорельефа оказывают влияние криогенные процессы. Так, формирующиеся в результате криогенеза бугры пучения имеют высоту 6-12 м, а диаметр их достигает 120 м. При термокарстовых просадках образуются замкнутые микро- и мезозападины. Возникновение полигонального микрорельефа связано с морозобойным растрескиванием мерзлотных пород [26], образованием повторно-жильных льдов [65] и дальнейшим их протаиванием.
Условия залегания по рельефу
Почвенно-геоморфологический профиль (рис. 4, II) заложенный на одном из ключевых участков Западно-Ноябрьского месторождения нефти (рис. 4, I), включает почвы, чаще всего встречаемые на плоских заболоченных водоразделах в переходной, к пониженной равнине, части Сибирских Увалов.
Как видно из рисунка 3, к наиболее повышенным элементам рельефа -вершинам хорошо выраженных увалов, увалообразных повышений и редких грив - приурочены автоморфные альфегумусовые подзолы иллювиально-железистые и иллювиально-железистые языковатые (карманистые). Эти почвы имеют промывной тип водного режима, уровень грунтовых вод находится за пределами почвенного профиля и не оказывает влияние на его формирование.
Склоны увалов, увалообразных повышений и грив, а также слабо приподнятые всхолмленные территории, заняты подзолами глубинно глееватыми (иллювиально-железистыми, иллювиально-железисто гумусовыми и иллювиально-гумусовыми). На формирование профиля этих почв оказывают влияние грунтовые воды, залегающие в нижней части почвенного профиля, а также процессы замерзания-оттаивания. В частности, действие элювиально-глеевого процесса связано с сезонным (в основном весенним) застаиванием влаги над длительно промерзающем слоем этих почв.
На обширных межувалистых пространствах, а также на плоских водоразделах в переходной части от Сибирских Увалов к пониженным акку-мулятивно-денадуционным равнинам, формируются болотные почвы. Эти территории имеют выровненную поверхность, слабую расчлененность и, соответственно, слабую дренированность, близкое залегание грунтовых вод. Развитию болотообразовательного процесса способствуют фациальные особенности климата и физические свойства слагающих Сибирские Увалы пород. Преобладание осадков над испарением обеспечивает постоянное избыточное увлажнение территории. Легкий механический состав пород, характеризующийся высокой водопроницаемой и низкой водоудерживающеи способностью, приводит к перераспределению атмосферных осадков от наиболее повышенных элементов рельефа в аккумулятивные его формы.
Большую часть заболоченной территории занимают болотные оли-готрофные (верховые) почвы. Среди основных массивов верховых болот, узкими полосами вдоль водотоков, встречаются торфяные мезотрофные почвы.
По периферии болот, в переходном пространстве между болотами и увалами, под заболоченными лесами, распространены альфегумусовые торфяно-подзолы. Они, также, часто встречаются в неглубоких межувалистых депрессиях.
Основные черты структур почвенного покрова Сибирских Увалов
Вся территория Евразии по особенностям СПП разделена В.М. Фридландом [78] на 21 страну. Сибирские Увалы входят в состав страны дифференцированно-увлажненных автономно-гидроморфных сочетаний Западной Сибири. Автономно-гидроморфные сочетания приурочены к плоским водоразделам с почвообразующими породами средне- и тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Поток влаги в таких почвенных комбинациях идет от выше залегающих по рельефу гидроморфных почв к полугидроморфным почвам мезопонижений.
Сибирские Увалы, как уже отмечалось выше, по своим орографическим особенностям представляют собой возвышенную, всхолмленную часть Западно-Сибирской равнины. По отношению к прилегающим территориям они возвышаются на 50-100 м. Расчлененность рельефа и легкий гранулометрический состав пород обеспечивают хорошую дренирован-ность территории. В свою очередь, дренированность территории Сибирских Увалов обусловливает господство на ней подчиненно-гидроморфных, а не автономно-гидроморфных комбинаций характерных для Западно-Сибирской равнины. Гидроморфные почвы занимают пониженные элементы рельефа и поток влаги идет не от них, а наоборот к ним. В этом заключается своеобразие Сибирских Увалов по отношению к прилегающим пониженным равнинам.
В структуре почвенного покрова Сибирских Увалов преобладают мезокомбинации с ведущей ролью сочетаний. Приурочены они к элементам мезорельефа осевой, наиболее дренируемой части Сибирских Увалов, представляющей собой холмисто-увалистую равнину. Именно здесь господствуют дифференцированно-увлажненные подчиненно-гидроморфные сочетания. Микрокомбинации с ведущей ролью комплексов и пятнисто-стей приурочены к элементам микрорельефа плоских заболоченных водоразделов в переходной, к пониженным равнинам, части Сибирских Увалов. Довольно широко распространенные, эти микрокомбинации имеют также дифференцированно-гидроморфную природу, но относятся к авто-номно-гидроморфному генетико-геохимическому разряду. Степень их контрастности значительно ниже, чем у мезокомбинаций, что и определяет ведущую роль последних в значительной неоднородности почвенного покрова Сибирских Увалов.
Основными факторами, обусловливающими формирование и распространение перечисленных ПК, служат рельеф, грунтовые воды, криогенные и термокарстовые процессы.
Компоненты сочетаний контрастно отличаются друг от друга по степени гидроморфизма и в совокупности образуют полный ряд увлажнения от автоморфных до гидроморфных почв. Факторы образования сочетаний не связаны с процессами почвообразования, а определяются рельефом. Процесс формирования рельефа - первичен; процесс формирования сочетаний протекает на уже сформированном рельефе. Характер взаимосвязи между компонентами сочетаний односторонний: от компонентов верхних элементов рельефа к компонентам, расположенным в нижних элементах рельефа. Обратная связь отсутствует.
Основные элементарные почвенные процессы и их роль в эволюции почвенного покрова сибирских увалов в голоцене
Взаимодействие перечисленных в главе III факторов почвообразования привело к развитию на исследуемой территории трех основных элементарных почвенных процессов: Al-Fe-гумусового, элюеиально-глеевого и торфообразования.
Под Al-Fe-гумусовым понимается процесс мобилизации железа и алюминия минеральных плёнок кислыми гумусовыми веществами и последующего их выноса без глубокого разрушения минеральной части в элювиальном горизонте. Сопутствующим Al-Fe-гумусовому процессу всегда является железисто-гумусово-иллювиалъный, который приводит к накоплению аморфных окислов железа вместе с гумусом, вынесенных сверху. Совместное действие этих процессов приводит к образованию почв с элювиально-иллювиальным профилем.
Под элювиалъно-глеееым процессом понимается процесс внутри-почвенного сезонного "оглеения" под воздействием периодического переувлажнения надмерзлотнои верховодкой. Во время оттаивания почвы, в результате появления нисходящего тока воды, этот процесс сопровождается перемещением продуктов распада органических веществ и частично продуктов разрушения минеральных соединений из верхней части профиля в водоупорные иллювиальные горизонты.
Под торфообразоеанием (торфонакоплением) понимается процесс консервации полуразложившихся или неразложившихся растительных остатков вследствие их замедленной минерализации, приводящий к образованию торфяных горизонтов.
На разных этапах голоцена, в зависимости от глобальных изменений климата, названные элементарные почвенные процессы проявлялись с различной интенсивностью. Это нашло отражение в строении профилей разных типов почв исследуемой территории.
Проанализировав опубликованные в литературе [41, 42, 43] данные по 19 разрезам из торфяников средней, северной тайги и лесотундры Сибири с радиоуглеродными датировками, на предмет скорости торфонакоп-ления и, имея собственные показатели средней мощности торфа в различных элементах рельефа, построен график горизонтального роста болот в голоцене для осевой наиболее расчлененной части территории Сибирских Увалов.
