Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Обзор литературы 8
1.1 Факторы почвообразования и районирования территории Якутии 8
1.2 Особенности генезиса и свойств мерзлотных и мерзлотно-таежных почв 14
1.3 Классификация мерзлотно-таежных почв 22
1.4 Влияние низких температур на плодородие почв и систему почва-растение 26
1.5 Пути оптимизации обстановки 33
ГЛАВА 2 Объекты и методика исследования 40
2.1 Объекты исследования 40
2.2 Методика исследования 47
ГЛАВА 3 Экспериментальная часть 51
3.1 Свойства мерзлотно-таежных почв как индикатор развития криогенеза 51
3.1.1 Содержание подвижных форм железа (Fe), марганца (Mn), кальция (Ca), магния (Mg) в мерзлотно-таежных почвах 51
3.1.2 Гумусовое состояние мерзлотно-таежных почв 64
3.2 Процессы, протекающие в мерзлотно-таежных почвах, как индикатор криогенеза 67
3.2.1 Депонирующая способность мерзлотно-таежных почв к железу (Fe), марганцу (Mn), кальцию (Са) и магнию (Mg) 67
3.2.2 Содержание в мерзлотно-таежных почвах положительно и отрицательно заряженных комплексных соединений железа 72
3.2.3 Влияние низких температур на процессы ионного обмена в почвах 74
3.2.4 Замерзание почвенных растворов как фактор, влияющий на свойства процессы мерзлотно-таежных почв 79
3.2.5 Влияние продуктов разложения растительного опада на свойства мерзлотно-таежных почв 83 3.2.6 Миграция веществ в почвенном профиле под влиянием различных физических полей и геохимических барьеров отдельных горизонтов 87
3.2.7 Особенности микробиологической активности мерзлотно-таежных почв...91
3.2.8. Влияние криогенеза на систему почва-растение и плодородие мерзлотно таежных почв 96
3.3 Влияние криогенеза на образование мерзлотно-таежных почв 101
Выводы 105
Список использованной литературы 107
- Особенности генезиса и свойств мерзлотных и мерзлотно-таежных почв
- Влияние низких температур на плодородие почв и систему почва-растение
- Содержание подвижных форм железа (Fe), марганца (Mn), кальция (Ca), магния (Mg) в мерзлотно-таежных почвах
- Замерзание почвенных растворов как фактор, влияющий на свойства процессы мерзлотно-таежных почв
Особенности генезиса и свойств мерзлотных и мерзлотно-таежных почв
Изучение почв Северо-Востока началось относительно позже, чем в других регионах Севера России. Длительное время имелись сообщения о почвах лишь отдельных частей региона, имелись сведения водно-температурных режимах почв Забайкалья, сведения о почвах Амуро-Алданского междуречья (Герасимов, 1963; Вторушин, 1973). Самые первые сведения получены о почвах бассейнов рек Анадырь и Пенжина и Чукотского полуострова (Сочава, 1930; Городков, 1938). Позже дана характеристика окультуренных пойменных почв Магаданской области (Пасечник, 1957), мерзлотных засоленных почв Центральной Якутии (Еловская, 1966), почв северной части Якутии (Еловская, 1979), почв Ленского и Олекминского районов Якутии (Зольников, 1957), почв южной Якутии (Петрова, 1971). Специальные почвенные исследования проводятся Почвенным институтом (с 1958 г.), Якутским институтом биологии СО РАН (с 198 г.), Магаданским ИБПСДВО РАН (1971 г.).
Иванова О.Г. (2012) указывает следующие лимитирующие факторы в зоне многолетней мерзлоты: 1) климатические: недостаток сена, сухость, избыток влаги, наличие многолетней мерзлоты; 2) особенности почв - застойное переувлажнение, холодность профиля, высокая кислотность, недостаток NPK и микроэлементов, загрязнение тяжелыми металлами, низкое содержание органического вещества, эрозия, дефляция, криотурбация, солифлюкция, термоэрозия, термокарст, тиксотропия, деградация торфяников, паводки.
С точки зрения автора, повышению плодородия почв способствуют: тепловая мелиорация, осушение, дождевание, экранирование мерзлоты, ландшафтное земледелие, известкование, внесение удобрений, поверхностное улучшение, коренное улучшение.
Дягилева А.Т (2012) отмечает низкую устойчивость мерзлотных почв к химическому загрязнению. По данным Вишняковой О.В. (2012) для гумусовых веществ дерново-таежных мерзлотных почв Забайкалья характерно среднее содержание С-52,5%; Н-4,6%; N-3,1%. Фульвокислоты мерзлотных почв содержали меньше азота, чем гуминовые, но были более окисленными. При пониженной биологической активности в почвах сформировались гуминовые кислоты с развитыми алифатическими цепями.
Будажапов Л.В. (2012) отмечает для криоаридных почв высокий аммобилизационный пул азота.
Десяткин Р.В. (2012) отмечает, что в Центральной Якутии возраст почв соответствует периоду последнего оледенения. Образование вечной мерзлоты усилилось 45-56 тысяч лет назад, затем в межледниковое 37-26 тысяч лет назад повысилась роль степных сообществ. Вновь похолодание наступило 14-22 тысячи лет назад. В почвах развивались криоаридное и криогенное андроморфное почвообразование. В почвенном покрове на суглинистых породах развились палевые, а на легких - оподзоленные почвы; в подчиненных элементах ландшафтов мерзлотные гидроморфные почвы, включая аласные.
Как указывает Бронникова М.А. (2012) для криоаридных почв характерно наличие органо-аккумулятивного криогумусового горизонта кремовато-бурой окраски. В почвах идентифицируются в верхних горизонтах гумусовые и железо-гумусовые кутаны, а в нижних - карбонатные кутаны.
Градиент напряженности физических полей почв и физико-химических свойств приводит и к возникновению градиента микробиологической активности в разных горизонтах (Савич, Скрябина, Жадамбаа, 2015). При этом градиент микробиологической активности возникает и в системе почва-растение. Так, по данным Норовсурэн Жадамбаа (Жадамбаа Н., 2007) вертикальная стратификация актиномицетных комплексов (lg Кос) характеризовалась для хвойных лесов Монголии следующими показателями - листья - 4,2; кора - 4,7; травы - 4,4; опад -5,0; отпад 5,7; подстилка 6,2; почва 6,2; а для лиственных лесов соответственно 4,3; 4,6; 4,5; 4,9; 5,6; 5,6; 5,2. При этом содержание Streptomyces на среде казеин-глицериновый агар в породе составляло 8103 КОЕ/г; а в среде Гаузе 7102 КОЕ/г.
Учитывая, что разные горизонты имеют неодинаковый заряд по знаку и плотности заряда, следует признать, что для прогноза миграции веществ в почвенном профиле необходимо учитывать градиенты различных физических полей.
Так, гумусовые и оглеенные горизонты имеют более низкие значения окислительно-восстановительного потенциала, что обуславливает миграцию к ним катионов. К возникновению электрических зарядов приводит и давления, возникающие в слое между многолетней мерзлотой и замерзающим верхним слоем зимой (так называемый пьезоэлектрический эффект) (Водяницкий, 2006; Савич, Скрябина, Жадамбаа, 2015).
Десяткиным Р.В. было исследованы процессы почвообразования в термокарстовых котловиных аласах. Автор выделяет своебразный аласный процесс почвообразования в широко распространенных в криолитозоне элементах рельефа аласах. Впервые озвучены генетические особенности почв аласов, установлена географическая закономерность распространения почв в разных природно-климатических зонах (Десяткин, 2005).
Почвенное районирование Центральной и Западной Якутии проведено Ананко Т.В. с соавторами (2012). В первом округе выделено 22 района Центрально-якутской древнеаллювиальной равнины. Выделены почвы от нейтральных и щелочных недифференцированных карбонатно-палевых типичных до палевых сильноосолоделых, почвы аласов, солоди, чараны, незакрепленные и полузакрепленные пески (тукуланы), перегнойно-глеевые и торфяно-, торфянисто-глеевые болотные низинные. В отдельных районах выделены почвы, близкие по свойствам к черноземам (Акимов, 1980; Ананко, 2012).
Во втором округе Лено-Вилюйской денудационной равнины выделяются ареалы слабокислых и нейтральных слабодифференцированных палевых и оподзоленных почв. Здесь встречаются и мерзлотно-таежные глеевые и глееватые торфянистые почвы, в том числе остаточно-карбонатные, а также лугово-болотные почвы.
В третьем округе моренной и флювиогляциальной Лено-Амгинской равнины выделяются 4 района с преобладанием почв разной степени гидроморфности. На этой территории развиваются мерзлотно-таежные гумусово-дерновые глеевые и глееватые почвы, а также почвы перегнойные и торфянистые болотные и полуболотные.
В четвертом округе денудационных и структурно-денудационных низких плато выделяются пять районов по петро-минералогическим особенностям пород. Преобладают в основном палевые почвы. Горные районы входят в Верхоянскую, Прибайкальскую, Алданскую провинции (Анисимова, 1981; Алексеева, 1980).
Фундаментальные исследования почв Тувы были проведены Носиным В.А. (1963 г.). Жуланова В.Н. (2013 г.) проводит агроэкологическую оценку почв Тувы в своих исследованиях, оценку основных потоков углерода в агроценозах Республики Тувы в связи с изменяющейся системой землепользования.
Руканова Г.В. и Шахтарова О.В. (2012) указывают на следующие признаки почв, возникающие при развитии криогенеза слоистая структура в верхней части профиля, линзовидные и тонкопластинчатые агрегаты, преобладание кутан песчано-пылеватого состава. Срединная и нижняя части профилей юго-востока Большеземельской тундры несли черты таежного почвообразования наличие гумусовых недореликтов, фрагментов глинистых кутан и иллювирования.
Саввинов Д.Д. (2012) отмечает необходимость бережного отношения к почвенному покрову криолитозоны. Это ограничение выпаса скота, регулирование движения транспорта в летнее время, что связано со слабой устойчивостью этих почв к техногенным и зоогенным воздействиям.
Фоминых Л.А. и Золотарева Б.Н. (2012) отмечают, что палеопочвы Колымы значительно отличаются по своим физико-химическим показателям от криоземов современного периода. Корсунова Ц.Д. и Цыбенок Ю.Б. (2012) отмечают изменения углерода микробной биомассы под влиянием криогенных процессов. Ими установлено, что трещины являются каналами переноса микрооганизмов и накопления их в надмерзлотном слое. Показатели микробной биомассы и гумуса в морозобойных трещинах были значительно выше.
Макушкин Э.О. (2012) отмечает, что в условиях длительно талой сезонной мерзлоты также отмечается сезонное изучение грунтов, тиксотропия, наличие морозобойных трещин. В нижних частях профилей почв установлено развитие восстановительного глеевого процесса и в верхнем горизонте развитие окислительно-восстановительных процессов.
Влияние низких температур на плодородие почв и систему почва-растение
Воздействуя на систему почва-растение в течение длительного промежутка времени, указанные физические поля и их градиенты существенно определяют развитие почвообразовательных процессов, а, следовательно, плодородие почв. В то же время, постоянные изменения давления, влажности и температуры вызывают адекватные изменения свойств почв и градиентов различных физических полей в них. Так, например, изменение давления, влажности и температуры приводит к адекватному изменению концентрации СО2 и других газов в почвенном воздухе и, как следствие, к иным показателям Eh, pH, микробиологической активности, содержания водорастворимых форм элементов в почвах. Однако влияние градиентов различных физических полей в системе почва-растение на генезис и плодородие почв рассмотрено недостаточно. Геофизические поля и физические поля антропогенной природы измеряются в разных единицах и, с нашей точки зрения, оценку их воздействия на свойства почв целесообразно проводить по эффекту действия на отдельные свойства.
Изменение градиентов различных физических полей в почве взаимосвязано и взаимообусловлено. Так, при замерзании почв катионы и анионы движутся к промерзающему слою, а при наличии многолетней мерзлоты – к мерзлотному слою (Савич, Саидов, Норовсурэн, 2009; Савич, Кауричев и др., 1999). Это явление обусловлено термопереносом влаги, однако температура существенно влияет на процессы ионного обмена, движение ионов к промерзающему слою обусловлено и возникновением при промерзании градиентом окислительно-восстановительного потенциала. При высоких температурах поверхности отмечается миграция веществ к иссушаемому слою и, в частности, подтяжка железа к верхнему горизонту мерзлотно-таежных почв (Савич, Жуланова, Норовсурэн, 2013).
Одним из основных геофизических полей Земли, определяющих развитие почв, является гравитационное поле. Гравитационное поле Земли существенно меняется от полюсов к экватору, зависит от строения Земли в данном регионе, расположения Луны и планет. Величина гравитационного поля определяет миграцию ряда элементов, в ландшафте, поглощение их растениям. Замораживание почв, вызывая изменение концентрации почвенного раствора, должно влиять и на электрохимические характеристики почвенного раствора. Увеличение ионной силы раствора должно приводить к увеличению электропроводности и к уменьшению сопротивления. Наряду проблемам изучения электрического сопротивления, большое внимание должно уделяться измерениям диэлектрических параметров почв (Поздняков, Гюлалыев, 2004).
Жидкая фаза почвы (электролит) может находиться в почве как в свободном, так и в связанном состоянии благодаря дисперсности почвенного материала. Специфические электрические явления также обусловлены дисперсностью почвенного материала, эти явления во многом определяют закономерности формирования естественных электрических полей и законы распределения искусственно создаваемых электрических полей в почвах (Поздняков и др., 1996).
Замораживание должно изменять состав почвенных растворов, увеличивать в них концентрацию, по мере застывания, чистой воды (Замараев, Савич, 2005).
Вода при замораживании сначала застывает по периферии образца, а затем в центре. При этом соли и различные токсиканты скапливаются в центре образца. Отделяя центр образца от периферической части, можно очистить воду. В то же время, в почвах подобные процессы происходят ежегодно. В первую очередь, такая зона повышенной концентрации солей возникает между слоем многолетней мерзлоты и замерзающим верхним слоем. Возникающая повышенная концентрация солей в незамерзающем слое приводит к усиленному разрушению алюмосиликатов, как при гальмиролизе, существенному изменению структуры, гумусового состояния, микробиологической активности.
Аналогичные процессы протекают во всех почвах. Так, в первую очередь, замерзают слои воды с меньшей концентрацией солей (более удаленные от сорбционных мест, структурных отдельностей). Слои воды ближе к сорбционным местам замерзают позднее и при более низких температурах, как в связи с большей концентрацией солей в них, так и в связи с действием на эти молекулы воды повышенных интенсивностей электрических полей, а также полей другой физической природы, излучаемых сорбционными местами и структурными отдельностями.
С нашей точки зрения, необходимо уточнение состояния Fe, Mn в почвах как типоморфных элементов с учетом депонирующей способности почв, содержания их положительно и отрицательно заряженных соединений, скорости перехода из почвы в раствор.
Не исследовались вопросы влияния на миграцию ионов водорастворимых органических веществ разлагающихся растительных остатков. Особенности генезиса почв не интерпретируются с точки зрения их влияния на плодородие почв. Частичному решению этих вопросов и посвящена выполненная работа. Не ясны процессы миграции веществ в мерзлотно-таежных почвах и влияние на них низких температур. Не ясен генезис мерзлотно-таежных оподзоленных почв при отсутствии промывного типа водного режима. Таким образом, в литературе имеется значительное количество данных о свойствах мерзлотно-таежных почв разных регионов. Однако, классификация этих почв не является общепринятой. Для района Якутии следует выделять карбонатные и засоленные мерзлотно-таежные почвы, что обусловлено спецификой почвообразующих пород региона.
Содержание подвижных форм железа (Fe), марганца (Mn), кальция (Ca), магния (Mg) в мерзлотно-таежных почвах
Все катионы и анионы крайне редко находятся в почве в свободном виде, чаще они связаны в ассоциаты и/или в комплексные соединений, поглощены почвой по типу ионного обмена, комплексообразования, осадкообразования. При этом поливалентные металлы связаны в почвах таежно-лесной зоны в основном в положительно и отрицательно заряженные комплексы с органическими лигандами (Савич, Трубицына, 1990).
Эти комплексы характеризуются определенной молекулярной массой (Карпухин, 2005), разными константами устойчивости (Яшин, 1993), могут быть заряжены как положительно, так и отрицательно (Савич, 2013). В почвенном поглощающем комплексе мерзлотно-таежных почв в основном преобладают ацидоиды (отрицательно заряженные сорбционные места) и при кислой реакции среды увеличивается доля положительно заряженных сорбционных мест (базоидов), представленных гидроокисями железа и алюминия.
Сорбционные места корневых систем растений также заряжены как положительно, так и отрицательно, что определяет селективность корней отдельных культур к определенным ионам. Очевидно, что знак заряда комплексных соединений катионов существенно влияет как на поглощение их почвой, так и на поглощение растениями. В выполненной работе оценено содержание в мерзлотно-таежных почвах положительно и отрицательно заряженных соединений с использованием метода химической автографии на основе электролиза при напряжении 12 В (Савич, 1990).
1. В мерзлотных почвах Якутии присутствуют и положительно, и отрицательно заряженные комплексные соединения Fe.
2. Доля отрицательно заряженных комплексных соединений катионов выше для Fe в иллювиально-гумусовых почвах и ниже в палевых почвах.
3. Наличие в почвах положительно и отрицательно заряженных комплексных соединений катионов определяет их миграцию в почвенном профиле под влиянием градиента рН, Eh, знака и плотности заряда сорбционных мест и геохимических барьеров отдельных горизонтов. 3.2.3 Влияние низких температур на процессы ионного обмена в почвах
Низкие температуры существенно влияют на поглощение ионов почвами. Согласно исследованиям Тютюновой Ф.И. и Антонова-Каратаева И.Н. (1965) и Савича В.И. (1984, 2013 гг.) при низких температурах почвенным поглощающим комплексом при прочих равных условиях интенсивнее поглощаются катионы с меньшей энергией гидратации (К - 80 ккал/г-ион, Са - 375, Mg - 470). При более низких температурах меньше растворимость осадков, менее быстро протекают реакции ионного обмена. В проведенных исследованиях оценивалось поглощение и десорбция катионов из мерзлотно-таежных почв в зависимости от температуры сорбента и десорбента. Полученные данные подтверждают установленные ранее закономерности. Однако в природных условиях этот процесс осложняется уменьшением при низких температурах микробиологической активности почв и увеличением доли грибной микрофлоры, что приводит к изменению состава органического вещества почв и комплексообразуюшей способности почвенных растворов.
В то же время, увеличение в мерзлотно-таежных почвах содержания подвижных соединений железа приводило к увеличению теплового эффекта сорбции почвами фосфатов, что подтверждено и для других почв (Singh, Savich. 2014).
Вытеснение кальция из каолинита, насыщенного CaCl2, в зависимости от температуры из минералов, насыщенных ими. Изменение температуры в течение года тесно связано с изменением влажности. При этом, предыстория развития почв в связи с наличием гистерезиса влияет на закономерности изменения химического состава почв от разбавления (соотношение почва-раствор).
Это подтверждается данными по изменению рН суспензий мерзлотно-таежной почвы при добавлении к 5 г почв 15 и 100 мл воды (рисунок 15). 5,7 1. Низкие температуры почвенного профиля в течение года и на контакте с многолетней мерзлотой изменяют процессы ионного обмена в почвах, растворимость осадков и в сочетании с изменением влажности, определяют гистерезис почв по физико-химическим свойствами, существенно влияют на генезис и плодородие почв. 3.2.4 Замерзание почвенных растворов как фактор, влияющий на свойства процессы мерзлотно-таежных почв
При замерзании почвенных растворов происходит их вымораживание. Замерзшая часть раствора менее минерализована, незамерзшая часть содержит большие концентрации элементов. Теоретически, это приводит к разрушению минеральной части почв под влиянием большей ионной силы растворов. Однако, неясно как изменяется при этом состояние органических соединений. В разных почвах этот процесс должен иметь свою специфику. Должно меняться и соотношение ионов в растворах (Соколов, 2006).
Температура замерзания раствора зависит от рН, содержания гумуса, ионной силы раствора, наличия в нем поверхностно активных веществ. В связи с этим, разные микрозоны почв замерзают в разное время, что определяет процессы миграции. Увеличение концентрации солей, ионной силы раствора приводит к понижению температуры замерзания и повышению температуры кипения почвенных растворов. Увеличение содержания в почвенном растворе гумусовых веществ приводит к испарению вод при более низких температурах и к замерзанию при более высоких.
Замерзание почвенных растворов как фактор, влияющий на свойства процессы мерзлотно-таежных почв
Изучению влияния криогенных процессов на почвообразовательные посвящено значительное количество фундаментальных исследований (Еловская, 1965; Соколов, 2004; Макеев, 1981; Ногина, 1969; Наумов, 1964; Зольников, 1954; Худяков, 1988). К свойствам почв, тесно связанным с развитием криогенных процессов относят листоватое сложение, высокие показатели пористости в надмерзлотных глеевых слоях, повышение гумуса в этих слоях, повышенную языковатость, фульватный состав гумуса, низкую микробиологическую активность, тиксотропию, сетчатую криогенную структуру, накопление полуторных окислов в верхнем слое до 5000 мг/100 г подвижных форм. Согласно исследованиям ряда авторов в криогенных почвах проявляется синхронность протекания ряда процессов – криосолифлюкции, криотурбации, солифлюкции, турбации, трещинообразования, термокарста, сортировки.
Согласно исследованиям Наумова Е.М. (1993)., в гумидных регионах преобладает мезоморфное Al-Fe-гумусовое почвообразование и гидроморфное глеевое и торфяное почвообразование. В семигумидных районах и семиаридных районах преобладают ксероморфное гумусово-аккумулятивное почвообразование, мезоморфно-метаморфическое и криогидроморфное неглеевое почвообразование.
Худяков О.И. (1988) отмечает, что криогенные процессы приводят к внутрипочвенному перемешиванию горизонтов с породой; циклическое проявление криогенных форм рельефа предопределяет дифференциацию почвенного профиля, выраженную в чередовании зрелых и молодых почв.
Криогенный вынос продуктов почвообразования в виде растворов и суспензий за пределы профиля и перераспределение внутри профиля идут одновременно и взаимосвязями. Главным результатом физического выветривания является высокая пылеватость почв (Наумов, Градусов, 1964).
Криогенез приводит к оструктурированию почв и агрегированию в связи с утончением пленок незамерзающей воды, вызывающей сближение частиц и их 102 цементацию соединениями почвенных растворов. Однако, криогенные структуры являются неустойчивыми. По данным Е.М. Наумова (1993) в мерзлотно-таежных почвах протекают следующие почвообразовательные процессы: 1. органо-аккумулятивные (торфяный, дерновый, перегнойный, гумусовый, оторфянивание подстилки); 2. элювиальные (выщелачивание, отбеливание, лессиваж); 3. иллювиального накопления (аморфных Al-Fe-гумусовых соединений, карбонатов, ила, пыли); 4. метаморфические (аморфизация, рубефикация, оглинивание, оглеение, коагуляционное оструктуривание; 5. криогенные (растрескивание, пучение, криотурбация, вымораживание крупнозема, цементация льдом, образование плитчатой структуры).
Низкие температуры приводят к уменьшению скорости реакций, к изменению селективности поглощения почвами отдельных ионов. Это сопровождается изменением свойств почв. Замораживание почв сопровождается увеличением ионной силы незамерзших растворов, что приводит к увеличению разрушения минеральной части почв (гальмиролиз). Также замораживание почв приводит к восходящей миграции железа в верхний слой, к формированию мерзлотно-таежных почв, увеличению содержания подвижного железа.
Резкое понижением температуры воздуха до отрицательных значений приводит к миграции веществ в воздушную среду воды, илистых частиц и водорастворимых соединений.
Развитие динамических напряжений между слоем многолетней мерзлоты и замерзающим верхним слоем приводит к развитию тиксотропии. Замерзание верхнего слоя приводит к поверхностной миграции ионов по склону. Оттаивание подпахотного слоя приводит к боковой миграции ионов по не оттаявшему подпахотному слою.
Проведенными нами исследованиями показано, что влияние криогенеза на генезис и плодородие мерзлотно-таежных почв определяется: влиянием низких температур на процессы ионного обмена в почве, разложение растительных остатков; влиянием низких температур на поглощение биофильных элементов растениями и уровень биопродуктивности угодий, глубину проникновения корней; влиянием мерзлого и замерзающего слоя на давление водяных паров и миграцию элементов и соединений к мерзлому слою на поверхности и в глубине почвенного профиля; влиянием мерзлого подпахотного слоя весной и слоя многолетней мерзлоты на боковую миграцию соединений и развитие солифлюкции; влиянием верхнего замерзающего слоя при наличии близко к поверхности многолетней мерзлоты (на величину давления, оказываемого на незамерзший слой и возникновение тиксотропии); влиянием возникающего давления между слоем многолетней мерзлоты и замерзающим верхним слоем на выпучивание, образование курумов, перемешивание горизонтов; влиянием замерзания воды на ионную силу почвенных растворов при их вымораживании и разрушение алюмосиликатов, структурообразование; изменением векторов миграции веществ в почвенном профиле под влиянием слоя многолетней мерзлоты, промерзающего верхнего слоя (при -50С) и пересыхающего верхнего слоя (при +40С), градиента электрического и магнитного поля.
Образование мерзлотно-таежных почв и формирование их плодородия обусловлено повторяющимися в годовом цикле изменениями свойств почв под влиянием сезонных колебаний влажности, температуры, поглощения биофильных элементов растениями, условий и характера разложений растительных остатков и состава почвенных растворов.
Повторяющиеся изменения описываются петлями гистерезиса, разомкнутость которых определяет необратимые изменения почв. Накапливающиеся количественные изменения переходят в виде скачка (фракталов) в качественные определяющие эволюцию почв. В каждый момент эволюции почв воздействия на них происходит на измененный ранее субстрат и эффект реакции определяется условиями термодинамического равновесия в будущем.
В почве происходят последовательные изменения микробиологической активности, состава разлагающихся растительных остатков, гумуса и других физико-химических свойств почв, структуры и водно-физических, физико-механических свойств. При этом всегда проявляются прямые и обратные связи с созданием новых экологических ниш и новых геохимических барьеров в почвенном профиле. Как правило, в почве одновременно протекают несколько почвообразовательных процессов на разном иерархическом уровне. Между ними проявляются эффекты синергизма и антагонизма. Отмечается последовательная смена этих процессов.