Почвоведение, 2019, № 10, стр. 1157-1162

ВВЕДЕНИЕ

Диагностика криогенных почв часто бывает затруднительной по разным причинам, в том числе в связи с проведением полевых исследований в различные моменты в течение периода ежегодного оттаивания многолетнемерзлых пород (ММП). Если сам факт вклада криогенных процессов в генезис и свойства почв особых сомнений не вызывает, то полное определение криогенной почвы, а тем более почвенного тела, далеко не всегда бывает однозначным. Таксономическое положение и диагностические критерии криогенных почв, как в национальных классификациях, так и в международной, и по сей день вызывают множество вопросов [1, 6, 13, 28, 31].

В классификации почв России [12, 20] используется термин “криозем” как центральный образ почв, сформированных разными криогенными процессами. Термин был предложен Вторушиным [1] для почв с относительно слабо выраженными криогенными признаками. Наумов [19], напротив, считал приоритетными криогенные черты в профиле криоземов на фоне большей или меньшей оглеенности. Для сильнооглеенных криотурбированных почв Наумов [19] и Ливеровский [13] предложили термин “криоглеезем”. Периодическое переувлажнение, как известно, является необходимым условием активного протекания криогенных процессов. Обоснование необходимости выделения гидроморфных, но при этом неглеевых, почв как криоземов в таежной области с резко континентальным климатом и близким к поверхности залеганием ММП было сделано в 1980-х годах И.А. Соколовым: им была дана развернутая экологическая, диагностическая и генетическая характеристика криоземов, как результата специфического криогидроморфного неглеевого почвообразования [21, 22]. В классификационном отношении им были показаны различия в ряду криоземов, соответствующие типовому уровню (криоземы гомогенные и тиксотропные), высказано предложение о выделении общности криоземов на надтиповом уровне. Вместе с тем И.А. Соколов считал, что криогенные почвы являются понятием почвенно-генетическим, а не классификационным. В одной из своих последних работ Макеев [16] предлагает сохранить термин “криогенные почвы” только как собирательный, отражающий историю вопроса, лишив его таксономической нагрузки, что, в целом совпадает с мнением И.А. Соколова и соответствует структуре классификации почв России.

Однако имеющиеся различия в подходах к дальнейшему разделению криогенных почв затрудняют решение классификационных вопросов при подготовке следующей версии классификации почв России, а в ее существующих вариантах [11, 12, 20] отмечаются разночтения в отношении почв на ММП. Примером существенных различий может быть предложение объединить отделы криогенных и криометаморфических почв в единый отдел, генезис почв которого связан с криогенезом.

Исследования, проведенные в последние десятилетия на севере таежной и в тундровой зоне Северной Якутии, показали широкое развитие гидроморфных почв без оглеения или со слабыми его проявлениями. В их профилях преобладают морфологические признаки и химические свойства, обусловленные криогенезом и служащие основанием для выделения новых генетических горизонтов [7]. Наиболее ярко криогенные черты в почвенном профиле выражены в условиях близкого к дневной поверхности залегания ММП – в пределах 1 м.

Исходя из приведенных соображений, анализа новых публикаций и результатов собственных многолетних исследований на Колымской низменности, инициативной группой ИФХиБПП РАН (Пущино) весной 2017 г. была организована онлайн-дискуссия по вопросам классификации и диагностики криогенных почв в представлениях и терминологии современной классификации почв России. В ходе этой дискуссии выделились две основные “горячие точки” для обсуждения:

– многолетняя мерзлота как классификационный критерий: глубина залегания и учет в классификации для криоземов и других почв;

– криоземы и диагностический криогенный горизонт, разделение почв на типы и подтипы.

Целью статьи является предложение дополнений и изменений для современной российской классификации в отношении почв, формирующихся на ММП. По отдельным вопросам в ходе дискуссии было достигнуто согласие, по другим обсуждение не завершилось конкретными результатами для целей классификации.

ОБСУЖДЕНИЕ

Многолетняя мерзлота и глубина ее залегания как ключевой элемент диагностики криогенных почв. Важнейшим аспектом в свете субстантивного подхода к классификации почв, формирующихся в зоне распространения ММП, следует признать необходимость разделения почв по глубине залегания верхней границы ММП в период максимального оттаивания. Этот устойчивый и хорошо диагностируемый показатель в настоящее время не используется в современной российской классификации, хотя практически всеми исследователями факт присутствия мерзлоты в профиле рассматривается в качестве ведущего на высоком таксономическом уровне [9, 15, 23, 27, 30, 31, 33–35]. Так, ранее почвы с залеганием верхней границы ММП в пределах 1 м были отнесены к фации криогенных высокомерзлотных [15] или криоморфным [23], а почвы с залеганием ММП глубже 1 м относились к фации криогенных глубокомерзлотных [15] или к некриоморфным [23]. Напомним, что глубина 1 м рассматривается как элемент диагностики группы почв (Cryosols) в международной классификации – WRB [26] и в канадской классификации [32], а также в “Soil Taxonomy” для порядка Gelisols [29].

Функции ММП в формировании почвенного профиля и свойств почв многообразны. С точки зрения вещественного состава почв близкое к поверхности залегание многолетнемерзлого водоупора огранивает геохимический круговорот веществ в ландшафте профилем почвы. В пределах этого ограниченного объема происходит их вертикальное и латеральное перемещение, перераспределение продуктов почвообразования, легкорастворимых солей и влаги. Многими исследователями отмечалось надмерзлотное накопление различных веществ, в первую очередь, органических, например, явление ретинизации, отмечавшееся еще в 1960-х годах [4, 10, 17]. Многолетними исследованиями почв на Колымской низменности показана роль ММП в накоплении на мерзлотном барьере значительных объемов грубого органического вещества, на основании чего ранее было предложено выделить отдельный диагностический горизонт (CRO), располагающийся между гор. CR и поверхностью ММП [5, 8, 14].

Однако наиболее известными и яркими проявлениями криогенеза в почвенном профиле являются криотурбации, сортировка частиц твердой фазы, формирование нанорельефа поверхности. В этих условиях при осеннем промерзании и возникновении внутри нанополигонов высокого криостатического давления происходит прорыв и излияние на поверхность материала минеральных частей профилей, пятнообразование. Это определяет циклическое развитие почв с перестройкой их профилей: от лишенных поверхностного органогенного горизонта почв (почв пятен) до полностью развитых криоземов [6].

Многолетнемерзлая порода обладает устойчивым положением верхней границы на момент максимального оттаивания в течение десятков – первых сотен лет, которая, однако, способна в той или иной степени изменяться под влиянием климатических флуктуаций. Оценка временных рамок положения этой границы базируется на сведениях о строении и свойствах ММП [24], а также на результатах почти 20-летних наблюдений за мощностью деятельного слоя ведущихся по международной программе CALM на десятках полигонов в зоне распространения ММП [25].

Глубина сезонного оттаивания почв (или мощность деятельного слоя), по мнению большинства исследователей, должна учитываться при диагностике мерзлотных почв. Следует заметить, что сходный критерий – наличие плотной слабовыветрелой скальной породы на глубине не более 30 см – служит основным диагностическим критерием как при выделении отдела литоземов [12, 20], так и Реферативной почвенной группы Leptosols (с глубиной залегания скальной породы до 25 см) в WRB [26].

В современной субстантивно-генетической классификации почв России [20], при характеристике почв отдела криоземов положение верхней границы многолетней мерзлоты не учитывается, тогда как в первом варианте к отделу криоземов были отнесены почвы с набором признаков криогенного почвообразования и “глубинами летнего протаивания 70–90 см” [11, с. 67].

В качестве ведущего признака криогенного почвообразования в настоящее время принимаются криотурбации органического и минерального материала в профиле, формирующие криогенный гор. CR, и почвы с этими признаками рассматриваются на уровне отдела криогенных почв, состоящего из нескольких типов криоземов [12, 20]. В почвах, формирующихся на ММП, но относящихся к другим отделам (глеевые, альфегумусовые и др.), проявление криогенеза также диагностируется преимущественно по наличию криотурбаций, но уже на подтиповом уровне, как “криотурбированные” подтипы. Вместе с тем в описании целого ряда подтипов (глееземы криотурбированные, криогенно-ожелезненные и др.) отмечено близкое положение верхней границы многолетней мерзлоты [20].

Изложенные соображения показывают необходимость учета глубины залегания верхней границы ММП в период максимального оттаивания следующим образом.

1. Предлагается ввести многолетнемерзлые породы, вне зависимости от генезиса и состава, в систему элементов классификации и обозначать индексом ┬С – то есть многолетнемерзлую (имеющую отрицательную температуру в течение двух и более лет подряд и сцементированную льдом) почвообразующую породу. Дополнительный индекс логично вписывается в ряд почвообразующих пород, обозначаемых как С, D, CLM, R, но названных в классификации не наилучшим образом (“некоторые обозначения…” [20, с. 74]). В случае “сухой мерзлоты” (крупнообломочный и песчаный грунт, имеющий отрицательную температуру, но не сцементированный льдом и не обладающий силами сцепления [3]), или для ММП, залегающих вне сферы почвообразования, предлагается использовать индекс ┬R или ┬D соответственно.

2. Особо следует уточнить использование индексов ┬ и ┴, недостаточно корректно применяемых в настоящее время в “Полевом определителе” [20]. В современной отечественной геокриологии [2] индекс ┬ обозначает мерзлые породы, а ┴ – горизонт, располагающийся над кровлей ММП. Таким образом, ММП (“мерзлотный породный признак” [20, с. 73]) и криогенные черты в почвах различных отделов, то есть мерзлотные подтипы в отделах альфегумусовых, железисто-метаморфических и др., рекомендуется обозначать индексом ┬. Имеющийся в классификации индекс ┴ можно использовать при описании надмерзлотных горизонтов на момент проведения полевых исследований (например, ┴G).

3. Минеральные почвы, где диагностическим является криогенный гор. CR и профиль которых подвержен активным криотурбациям, пятнообразованию и нарушению строения горизонтов, а сфера почвообразования полностью ограничена глубиной деятельного слоя ММП и не превышает 1 м, предлагается выделять как криоземы, сохранив за ними соответствующий отдел Криоземы. В отношении названия отдела авторы поддерживают представления И.А. Соколова и О.В. Макеева, считавших термин “криогенные почвы” достаточно общим и неклассификационным.

4. Почвы с другими диагностическими горизонтами (например, глеевым, альфегумусовым, органо-аккумулятивным и др.) и/или с залеганием верхней границы многолетнемерзлых пород глубже 1 м рассматривать как мерзлотные подтипы почв соответствующих отделов классификации. В мерзлотных подтипах различных почв криогенные признаки, в частности криотурбации, могут отсутствовать или быть слабо выражены.

Нередко в зоне распространения ММП, особенно в областях с высокотемпературной или островной мерзлотой, в условиях климатических изменений, антропогенных воздействий или пожаров может происходить опускание границы многолетнемерзлых пород на глубину более 1 м. В этом случае исследуемые почвы также следует диагностировать как мерзлотные подтипы почв других отделов классификации. Подобные явления, вызванные временной динамикой верхней границы мерзлоты, можно наблюдать в районе предтундровых редколесий или на севере таежной зоны, где сильные лесные пожары проходят с частотой 30–50 лет и оказывают значительное влияние, как на положение границы ММП, так и строение верхних почвенных горизонтов, а также гор. CR [18].

Диагностика криогенного гор. CR. Современное определение гор. CR, диагностического для криоземов, выглядит следующим образом [20, с. 49]:

“Представляет собой грязно-бурую или серовато-бурую не глеевую или слабо оглеенную, бесструктурную или слабо оструктуренную минеральную массу суглинистого гранулометрического состава. Горизонт залегает под органогенным горизонтом и непосредственно над мерзлым грунтом. Как правило, он имеет признаки мерзлотных нарушений в виде вихревого рисунка минеральной массы и погребенных фрагментов органогенных горизонтов, часто приуроченных к надмерзлотной части профиля. Минеральная масса может быть насыщена измельченными растительными остатками, в том числе углистыми. Отсутствие ясно выраженного оглеения объясняется преобладанием окислительных условий при низких температурах”.

Критический анализ литературных материалов, обсуждение на сайте http://soils.narod.ru и собственные полевые наблюдения привели к мысли о необходимости дополнений и уточнений приведенного выше определения. Они связаны со следующими особенностями почвообразования в тундрах. Ограниченная мощность профилей криогенных почв, способствует не только сохранению в них влаги, образующейся при сезонном оттаивании, но и активному выделению текстурообразующего льда, криогенному массообмену (в том числе мерзлотной сортировке крупнозема), мерзлотному структурообразованию с дифференциацией структуры по глубине, вертикальному и латеральному перераспределению органического вещества, различных элементов и соединений, а также образованию сезонного мерзлотного микро- и нанорельефа дневной поверхности и поверхности ММП, что в комплексе формирует специфический криогенный гор. CR. На наш взгляд, эти явления были недостаточно учтены в диагностике горизонта, и авторами предлагается следующее определение:

“Криогенный горизонт СR, представляет собой криотурбированную грязно-бурую или серовато-бурую неглеевую или слабо оглеенную, слабо оструктуренную минеральную массу от суглинистого до песчаного гранулометрического состава. Часть вегетационного периода находится в мерзлом состоянии. При оттаивании характеризуется переувлажнением, возможны признаки перераспределения соединений железа в форме узких полос или мелких пятен буровато-ржавых тонов окраски, часто на фоне сизовато-серой компактной почвенной массы, иногда обнаруживаются проявления тиксотропности. Может в значительном количестве содержать обломочный материал, с выраженной мерзлотной сортировкой. Залегает под органогенным горизонтом или прямо с поверхности, непосредственно над многолетнемерзлыми породами. Выражены мерзлотные нарушения в виде вихревого рисунка минеральной массы и/или погребенных фрагментов органогенных горизонтов. Минеральная масса может быть насыщена измельченными растительными остатками, в том числе углистыми. На дневной поверхности выражен криогенный микро- и нанорельеф (полигоны, трещины, солифлюкционные террасы, полосы, пятна или кольца крупнообломочного материала). Диагностирует почвы отдела криоземов”.

В настоящее время, выделяется лишь три типа криоземов на основании сочетания гор. CR с различными поверхностными органогенными горизонтами: типичные с торфяно-подстилочным горизонтом, грубогумусовые и торфяно-криоземы. Участники дискуссии высказали единодушное мнение, что имеющийся набор типов криоземов не в полной мере отражает разнообразие данных почв, и считают целесообразным в следующей редакции Классификации расширить список типов и подтипов криоземов. Так, ранее было предложено ввести тип криоземов надмерзлотно-органо-аккумулятивных с диагностическим гор. CRO, выделяемым по признаку обогащения грубым органическим материалом [8].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенный обзор накопившихся в последние годы информации и он-лайн дискуссия показали значительные различия во взглядах исследователей северных почв, отражающие разные концепции, а также разнообразие почв в ареалах ММП и их динамичность во времени, в частности, зависимость результатов от момента наблюдения. Тем не менее, в процессе дискуссии удалось согласовать некоторые положения, в первую очередь в отношении необходимости учитывать глубину залегания ММП в период максимального оттаивания профилей. Таксономическим уровнем, на котором учтено это свойство, является уровень подтипа для почв разных отделов, например, глееземы мерзлотные, торфяно-подзолы мерзлотные [20].

Вопросы о введении в классификацию характеристик мерзлоты (льдистой, малольдистой или сухой, в разборном скальном грунте), а также проявлений надмерзлотной аккумуляции органического вещества, различных элементов и соединений заслуживают внимания. Такие сведения расширяют представления о почвах, фиксируемые в момент наблюдения, кроме того, они служат основанием для суждений о динамике явлений и прогноза изменений почв при антропогенных воздействиях и/или изменениях климата. Остается также открытым вопрос о классификационном положении криоземов с гор. CR в профиле, но с залеганием ММП глубже 1 м и возможном применении к ним подтипового признака глубокомерзлотный, который формально является видовым.

Определение диагностического криогенного горизонта (CR) было уточнено с учетом накопившихся новых материалов и мнений участников дискуссии. Название отдела, объединяющего почвы с гор. CR, то есть почвы с максимально выраженными проявлениями криогенеза, предлагается сохранить как Криоземы, в котором типы выделяются по комбинациям гор. СR с органогенными. Предложение об объединении отделов криоземов и криометаморфических почв в единый отдел криогенных почв не получило поддержки, в том числе из-за недостатка фактического материала.

Авторы настоящей статьи призывают коллег поддержать обсуждение изложенных дискуссионных вопросов и предложить свое видение решения проблемы классификации и диагностики криоземов на основе обширных данных многолетних полевых исследований.