ОЦЕНКА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕРХНИХ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ ГОРИЗОНТОВ ПЕСЧАНЫХ ОБНАЖЕНИЙ НА СЕВЕРЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ (НА ПРИМЕРЕ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ Р. НАДЫМ)

Природно-антропогенные процессы и охрана ландшафтов

УДК 504.05

DOI: 10.18384/2712-7621-2020-1-31-52

ОЦЕНКА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕРХНИХ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ ГОРИЗОНТОВ ПЕСЧАНЫХ ОБНАЖЕНИЙ НА СЕВЕРЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ (НА ПРИМЕРЕ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ Р. НАДЫМ)

Сизов О. С.12, Лоботросова С. А.3, Соромотин А. В.4

Аннотация.

Цель. Сравнительный анализ физико-химических свойств верхнего слоя грунта песчаных обнажений естественного и антропогенного генезиса, а также фоновых подзолистых почв, с позиции оценки восстановительного потенциала для растительности в северотаежных условиях Западной Сибири.

Процедура и методы исследования. На примере семи песчаных карьеров, расположенных вдоль рр. Надым и Левая Хетта, модельной котловины выдувания вблизи устья р. Хейгияха (Лонгъюган) и двух фоновых лесных участков проведены геоботанические описания, а также выполнен лабораторный анализ почвенных образцов по определению гранулометрического состава, физико-химических свойств и валового содержания оксидов химических элементов. Результаты исследования. Установлено, что нарушенные почвы в обследованных карьерах при общем песчаном составе отличаются как от грунтов котловины выдувания, так и от фоновых подзолистых почв, нейтральной средой и повышенным содержанием обменного фосфора и калия. С позиции возобновления растительности в карьерах, неблагоприятными факторами являются эоловое воздействие на наклонных наветренных поверхностях и заболачивание в замкнутых понижениях, которое приводит к вымоканию корневищ соснового подроста. В пределах котловины выдувания ослаблению ветрового воздействия способствует рост шероховатости за счет дюнного микрорельефа.

Теоретическая и практическая значимость. Установленные значимые различия физико-химических свойств верхнего слоя грунта песчаных обнажений различного генезиса позволят скорректировать и повысить эффективность применяемых технологий биологической рекультивации нарушенных территорий на севере Западной Сибири.

© CC BY Сизов О. С., Лоботросова С. А., Соромотин А. В., 2020.

EVALUATION OF THE PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF UPPER ORGANIC AND MINERAL LAYERS OF SANDY OUTCROPS IN THE NORTH OF WESTERN SIBERIA (BY THE EXAMPLE OF THE MIDDLE FLOW OF THE NADYM RIVER)

O. Sizov12, S. Lobotrosova3, A. Soromotin4

Abstract.

Purpose. A comparative analysis is performed of the physicochemical properties of the upper soil layer of sand sites of natural and anthropogenic genesis, as well as background podzolic soils from the standpoint of assessing the restoration potential for vegetation under northern taiga conditions of Western Siberia.

Methodology and Approach. Based on the example of seven sand pits located along the Nadym and Levaya Hetta rivers, a model blowing basin near the mouth of the Heigiyakha River (Longyugan) and two background forest plots, we have performed geobotanical descriptions and laboratory analysis of soil samples to determine the granulometric composition, physico-chemical properties and total content of oxides of chemical elements.

Results. We have found that the disturbed soils in the surveyed quarries with common sand composition differ both from the soils of the blowing basin and from the background podzolic soils with a neutral environment and a high content of exchange phosphorus and potassium. From the point of view of vegetation renewal in quarries, unfavorable factors are aeolian impact on inclined windward surfaces and waterlogging in closed depressions, which leads to the soaking of the roots of pine undergrowth. Within the blowing basin, the weakening of the wind effect contributes to the increase in roughness due to the dune microrelief.

Theoretical and Practical implications. The established significant differences in the physicochemical properties of the upper soil layer of sandy outcrops of various genesis will allow one to correct and increase the effectiveness of the applied technologies for biological reclamation of disturbed areas in the north of Western Siberia. The results obtained make it possible to justify the need for targeted measures to reduce active aeolian activity on dry river terraces, which have a low potential for natural recovery under conditions of intense anthropogenic impact.

Введение

Широкое распространение на севере Западной Сибири специфических ландшафтов сосново-лишайниковых редколесий на маломощных подзолистых почвах во многом обусловлено обилием водноледниковых осадков [3; 17]. Обстановки формирования и ареалы распространения данных отложений детально изучаются с конца 40-х гг. XX в. Достоверно установлены следы как минимум трех крупных покровных оледенений - самаISSN 2712-7613^

ровского (максимального), тазовского и зырянского (ограниченного), которые сменялись продолжительными морскими трансгрессиями (казанцевской, каргинской)1 [11; 27; 28]. В бассейне р. Надым преобладают отложения тазовского возраста (МИС 6), которые на верхнем геоморфологическом уровне (80-140 м) формируют пологоволнистый рельеф, осложненный элементами конечных стадий оледенения (мореные гряды, камовые холмы), а на среднем уровне (40-80 м) - заболоченные озерно-аллювиальные (зандровые) равнины с остатками озов и древних долин стока ледниковых вод. На нижнем уровне (0-40 м) преобладают морские отложения казанцевской и кар-гинской трансгрессий, однако молодые террасы рек (МИС 1-2) нередко сформированы переотложенными песками, сохраняющими признаки водно-ледникового генезиса [25].

Переотложенные флювиогляциаль-ные пески характеризуется чрезвычайно бедным химическим составом и промывным гидрологическим режимом, что существенно замедляет скорость формирования естественного почвенно-расти-тельного покрова, а в некоторых условиях приводит к образованию специфических для северных широт песчаных пустошей (раздувов) - котловин выдувания, осложненных дюнами, барханами и аккумулятивными валами [3]. Ранее проведенными исследованиями [16] установлено, что общая площадь развеваемых песков в среднем течении р. Надым составляет порядка 235 км2 (1,34% территории), при этом основным районом распространения являются дренированные террасы Надыма и практически всех его притоков - рр. Правая и Левая Хетта, Танлова, Бол. Хуху, Хейгияха. Отдельные эоловые массивы по площади могут достигать 37,21 км2, представляя собой цепь сом1 Государственная геологическая карта РФ (1:

Объяснительная записка. СПб.: ВСЕГЕИ, 1995.

| 2020 / № 1

кнутых в результате ветровой эрозии котловин выдувания [16].

В современных условиях важным ре-льефообразующим фактором становится антропогенное воздействие - в результате строительства объектов инфраструктуры и обустройства месторождений нефти и газа нередко образуются нарушенные участки, которые подвергаются ветровому воздействию [15]. Активизация эоловой деятельности приобрела статус одной из наиболее актуальных экологических проблем в наиболее осваиваемых районах рассматриваемой территории [19]. В качестве наиболее близкого аналога естественных раздувов в настоящее время рассматриваются песчаные карьеры, которые нередко закладываются на сухих песчаных террасах и после окончания добычи могут становиться первичными котловинами выдувания [8].

Длительные наблюдения за динамикой растительности на антропогенных и естественных песчаных обнажениях [2; 5-8; 10; 14; 16; 24] позволили выявить закономерности антропогенных сукцес-сий и видовое разнообразие на каждой стадии зарастания. В целом отмечается высокий естественный потенциал восстановления растительного покрова на оголенных песках, однако в ходе геоботанических исследований редко рассматриваются свойства верхнего плодородного слоя первичных почв, которые во многом определяют успешность и скорость зарастания. В то же время результаты единичных исследований [26] показывают значительные изменения отдельных свойств (гранулометрического состава, влажности и актуальной кислотности) подзолистых песчаных почв, происходящие в результате техногенного воздействия на севере Западной Сибири.

Целью данного исследования является сравнительный анализ физико-химических свойств верхнего слоя грунта песчаных обнажений естественного (котловина выдувания) и антропогенного (песчаные карьеры) генезиса и маломощГеографическая среда и живые системы / Geographical Environment and Living Systems

ISSN 2712-7613^

ных иллювиально-железистых подзолов с позиции оценки восстановительного потенциала для растительности.

Объекты и методы исследования

Территория исследований находится в пределах Надымского района Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО). В физико-географическом отношении она относится к Надымской северо-таежной провинции лесной широтно-зональной области Западно-Сибирской равнины1 [4; 22] и представляет собой слабонаклонную заболоченную равнину, сложенную водно-ледниковыми, морскими и озерно-аллювиальными осадками. Типичными почвами являются торфяно-болотные, глеево-подзолистые и подзолы легкого механического состава с маломощным гумусовым горизонтом [1; 23]. В гидро-морфных условиях формируются кустар-ничково-мохово-лишайниковые и травя-но-сфагновые плоскобугристые болота, в автоморфных - лиственничные, елово-лиственничные и сосново-лиственнич-ные зеленомошно-кустарничковые или лишайниковые редкостойные леса [4]. Многолетняя мерзлота в лесах в верхней части разреза отсутствует.

В ходе полевых работ, которые проводились в августе 2017 г., основными объектами изучения являлись котловина выдувания естественного происхождения, расположенная вблизи устья р. Хейгияха (Лонгъюган) и сухоройные песчаные карьеры на второй террасе рр. Надым и Левая Хетта (рис. 1).

Модельная котловина выдувания (координаты N65°21&26,94" E72°58&02,28") сформировалась в конце голоцена (не позднее 1200 л. н.) на песчаных отложениях второй надпойменной террасы р. Надым [20]. Общая площадь котловины составляет приблизительно 194 га, периметр - около 6400 м. Она имеет вытянутую форму с севера на юг на 2 км и с запада на восток - на 1 км. С северной,

| 2020 / № 1

западной и южной стороны котловину окаймляют аккумулятивные песчаные валы высотой до 10-12 м. С восточной стороны песчаные отложения перекрывают первую террасу и пойму р. Надым. Поверхность котловины осложнена дюнами высотой до 6-7 м, которые движутся со скоростью до 0,5 м/год по поверхности, сложенной плотным аллювием и осложненной полигональной сетью древних морозобойных трещин со следами мерзлотного пучения. В формировании дюн принимают участие ветры преимущественно северо-западного, северовосточного и юго-западного направлений [20]. В западной части котловины в междюнных понижениях формируются своеобразные анклавы - участки с подростом лиственницы, сосны и березы на первично-песчаных почвах. Для анализа физико-химических свойств верхнего слоя почвы отбирались пробы в пределах котловины (вершина дюны, подветренный склон и междюнное понижение), а также в фоновых условиях к югу и западу от котловины (зеленомошные и лишайниковые леса соответственно) (рис. 2).

Рассматриваемые карьеры расположены южнее модельной котловины вдоль автомобильной дороги «Надым-Ягельное». Все карьеры находятся в пределах хорошо дренированной второй террасы рр. Надым и Левая Хетта в двух основных экотопах - сосново-лишайниковых редколесий на иллювиально-железистых подзолах и елово-лиственнично-березо-вых зеленомошных лесах на глеево-под-золистых почвах. Карьеры, площадью от 2 до 8 га, в настоящее время имеют кот-ловино- или западинообразную форму, преобладающими элементами рельефа являются откосы и днища. В карьерах проведена уборка строительного мусора, порубочных остатков и металлолома, сланированы и выположены откосы и днище (угол наклона бортов не превышает 18°). На дне карьеров нередко наблюдается скопление грунтовых вод в виде луж и озер. В некоторых карьерах силами НаГеографическая среда и живые системы / Geographical Environment and Living Systems

Источник: космическая съемка Sentinel-2 Рис. 1. Обзорная схема расположения объектов исследования Fig. 1. Overview layout of research objects

Источник: космическая съемка с сервиса Bing Рис. 2. Пробы в пределах котловины выдувания и фоновых лесов Fig. 2. Samples within the blowing basin and background forests

дымского лесничества в 2012 г. проведена биологическая рекультивация - посадка разновозрастных дичков сосны обыкновенной в количестве 5000 шт./га вручную мечом Колесова. Всего были обследованы 14 карьеров, в 7 из которых проведены подробные геоботанические описания площадок размером 5 на 5 м2 и отобраны по одной пробе верхнего слоя с оголенных песков и с участков первичного восстановления растительности (табл. 1).

Анализ отобранных проб проводился в 2017-2018 гг. в лаборатории института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН в г. Пущино и в лаборатории механики грунтов Института Криосферы Земли ТНЦ СО РАН. Для определения кислотности водной и солевой вытяжек использовался потен-циометрический метод (рН-метр Mettler TOLEDO, Seven Easy pH (Швейцария), гидролитической кислотности - потенцио-метрический метод (по методу Каппена)1, К2О - метод пламенной фотометрии (пламенный фотометр BWB-XP Perfomance Plus, BWB-Technologies, Великобритания), содержание гумуса - гравиметрический метод, Сорг - титриметрический вариант метода Тюрина с окислением в термостате при температуре 140°С [12; 21]. Обменная кислотность, обменные H+ и Al3+ и обменные основания (Ca++, Mg++, K+, Na+) определялись по методу Соколова2, Р2О5 - по методу Кирсанова3 с помощью спектрофотометра UNICO-1200 (США).

Таблица 1

Характеристики исследуемых карьерных выработок

Characteristics of the investigated mine workings

Карьер, № Год образования Координаты Площадь, га Проективное покрытие, % Вид рекультивации (год) Тип фоновой растительности

Источник: составлено авторами на основе архивных космических снимков Ьа^8а1, результатов полевых наблюдений и материалов Надымского лесничества

Для определения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) использовался лабораторный иономер И-160МИ (Россия), гранулометрического состава -лазерный дифракционный анализатор размеров частиц Mastersizer 3000E (Malvern Panalytical, Великобритания), валового содержания оксидов рентгено-флуоресцент-ным методом - спектрометр Спектроскан МАКС-GV (Спектрон, Россия).

Анализ статистических параметров проводился с помощью Microsoft Exel 2016 с вычислением средней величины и

среднего квадратичного (стандартного) отклонения.

Результаты исследований

Растительность на поверхности котловины выдувания формируется неравномерно. Выделяются несколько зон с различными условиями формирования растительного покрова.

ISSN 2712-7613^

ca ovina L.), встречаются также вейник Лангсдорфа (Calamagrostis langsdorffii L.), пижма дваждыперистая (Tanacetum bipin-natum L. Sch. Bip.), щавель злаколистный (Rumex graminifolius Lamb.), ястребинка зонтичная (Hieracium umbellatum L.) и лишайник-кладония звёздчатая (Cladonia stellaris (Opiz) Pouzar et Vezda). В единичном экземпляре можно встретить березу извилистую (Betula tortuosa Ledeb.) и сосну обыкновенную (Pinus sylvestris L.), сосну сибирскую (Pinus sibirica Du Tour). Травостой низкий с общим проективным покрытием не более 15%, видовая насыщенность варьирует от 2 до 8 на 25 м2. Среднее значение массы надземной части растений составляет 2 г/м2.

Карьер № 1 имеет спланированную поверхность, в качестве рекультивации тут были выполнены высадки подроста сосен-дичков (Pinus sylvestris L.) (табл. 2). Древостой в основном состоит из сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), высаженной рядками, но сильно угнетенной (высота до 1 м). Повсеместно наблюдается пожелтевшая хвоя и наличие су-ховершинности. Напочвенный покров практически отсутствует, имеются участки активного раздувания песка. Травяно-моховый ярус состоит из политрихума можжевельниковидного (Polytrichum ju-niperinum Hedw.), накипного лишайника (Parmélia sulcáta Taylor), кладонии звездчатой (Cladonia stellaris (Opiz) Pouzar et Vezda), алекторией охристой (Alectoria ochroleuca (Hoffm.) A. Massai.), овсяницы овечьей (Festuca ovina L.), вейника Лангсдорфа (Calamagrostis langsdorffii L.). По периферии карьера в более благоприятных условиях встречается также сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), лиственница сибирская (Larix sibirica Le-deb.), высотой до 6-7 м (диаметр ствола около 10-12 см). В травяно-моховом ярусе преобладают вороника черная (Émpe-trum nigrum L.), голубика обыкновенная (Vaccinium uliginosum L.), золотарник обыкновенный (Solidago virgaurea L.), кладония оленья (Cladonia rangiferina (L.)

Географическая среда и живые системы / Geographical Environment and Living Systems

Таблица 2

Возраст деревьев в изученных карьерах

Age of trees in studied quarries

Возраст дерева Обилие, по Друде

№ карьера Порода дерева Участок с благоприятными условиями среды (Б), высота (м) Участок с неблагоприятными условиями среды (НБ), высота (м) З О

более 1,5 0,5-1,5 до 0,5 более 1,5 0,5-1,5 до 0,5

Ива 13 - - - - - r 4 Ива - - 3 - - - r 5 Сосна обыкн. 16 16 21 1l 1l 10 sp sol

Сосна обыкн. 19 14 10 20 1l 10 sp r

Прим.: З - зарастающие участки, О - оголенные участки; Обилие по Друде: Sp - растения встречаются редко, покрытие больше 10%; Sol - растения встречаются редко, покрытие меньше 10 %; r - очень редкие растения, менее 10 экземпляров на площадке.

Источник: составлено авторами на основе результатов полевых наблюдений

F. H. Wigg.), брусника обыкновенная (Vaccinium vitis-idaea L.), овсяница овечья (Festuca ovina L.).

Поверхность карьера № 2 не спланирована и имеет бугристый микрорельеф, следы рекультивации отсутствуют, име-еются поверхности с активным раздуванием песка. На угнетенных повышенных участках произрастает сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), осина обыкновенная (Populus tremula L.), сосна сибирская (Pinus sibirica Du Tour) (табл. 2). В тра-вяно-моховом ярусе преобладают такие виды, как политрихум можжевельнико-видный (Polytrichum juniperinum Hedw.), иван-чай узколистный (Chamaenerion angustifolium (L.) Scop.), вейник наземный (Calamagrostis epigeios (L.) Roth), овсяница овечья (Festuca ovina L.), голубика. Более благоприятные условия формируются в средней части склонов по окраинам котловины карьера. В древесном ярусе здесь

преобладает сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), сосна сибирская (Pinus si-birica Du Tour), лиственница сибирская (Larix sibirica Ledeb.), ива трёхтычинко-вая (Salix triandra L.). В травяно-моховом ярусе встречаются голубика обыкновенная (Vaccinium uliginosum L.), вороника чёрная (Émpetrum nigrum L.), брусника обыкновенная (Vaccinium vitis-idaea L.), иван-чай узколистный (Chamaenerion angustifolium L. ScopJ, овсяница овечья (Festuca ovina L.), вейник Лангсдорфа (Calamagrostis langsdorffii L.), политрихум можжевельниковидный (Polytrichum juni-perinum Hedw.).

Карьер № 3 имеет крутые боковые склоны и пониженную, хорошо увлажненную центральную часть. В условиях угнетения произрастает сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), сосна сибирская (Pinus sibirica Du Tour), ива трёхтычинковая (Salix triandra L.), беISSN 2712-7613^

реза извилистая (Betula tortuosa Ledeb.) (табл. 2). В травяно-моховом ярусе произрастает клевер луговой (Trifolium pratense L.), иван-чай узколистный (Chamaenerion angustifolium L. Scop.), овсяница овечья (Festuca ovina L.), поли-трихум торчащий (Polytrichum strictum L.) и кладония альпийская (Cladonia alpina (Asahina) Yoshim.). Почти заросшие участки располагаются по склонам карьера. Здесь произрастают влаголюбивые виды растений, такие, как пушица влагалищная (Eriophorum vaginatum L.), ива прутовидная (Salix viminalis L.), хвощ полевой (Equisetum arvense L.), по-литрихум торчащий (Polytrichum strictum Brid.). На более дренированных участках растет сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), береза извилистая (Betula tortuosa Ledeb.), голубика обыкновенная (Vaccinium uliginosum L.), иван-чай узколистный (Chamaenerion angustifolium L. Scop.), трехреберник не пахучий (ромашка) (Matricaria perforata Mftrat).

Поверхность карьера № 4 имеет неровную бугристую поверхность, на дне присутствуют остатки металолома. На открытых участках в понижениях произрастают такие виды, как овсяница овечья (Festuca ovina L.), вейник наземный (Calamagrostis epigeios (L.) Roth), иван-чай узколистный (Chamaenerion angustifolium L. Scop.), подрост осины обыкновенной (Populus tremula L.).

Карьеры №№ 5, 6, 7 выположены, условия развития растительности практически одинаковые. Здесь проводились посадки сосен-дичков (Pinus sylvestris L.), которые в увлажненных частях угнетены, а по периферии развиваются хорошо (табл. 2). В карьерах №№ 5 и 7 в центральной пониженной части произрастают влаголюбивые хвощ полевой (Equisetum arvense L.), ива трёхтычинко-вая (Salix triandra L.), пущица влагалищная (Eriophorum vaginatum L.). В карьере № 6 центральная часть обводена. На более дреннированых повышенных частях произрастает сосна обыкновенная (Pinus

I 2020 / № 1

sylvestris L.), есть самосев лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.), в тра-вяно-моховом ярусе преобладают такие травы, как иван-чай узколистный (Chamaenerion angustifolium L. Scop.), вейник Лангсдорфа (Calamagrostis langsdorffii L.), овсяница овечья (Festuca ovina L.), брусника обыкновенная (Vaccinium vitis-idaea L.), кладония альпийская (Cladonia alpina (Asahina) Yoshim.), политрихум торчащий (Polytrichum strictum Brid.), голубика обыкновенная (Vaccinium uli-ginosum L.), золотарник обыкновенный (Solidago virgaurea L.). В карьере № 6 преобладают заросли ольховника кустарникового (Duschekia fruticosa (Rupr.) Pouzar).

Вокруг карьеров №№ 1, 2, 5, 7 в фоновых условиях преобладают березово-лиственнично-сосновые лишайниковые леса, вокруг карьеров №№ 3, 4, 6 - елово-лиственничные с примесью сосны, березы и кедра зеленомошные леса (рис. 3).

Результаты проведенных анализов показывают, что практически во всех пробах рассматриваемых объектов преобладают фракции мелкозернистого и крупнозернистого песка (табл. 3). Это определяется общим расположением изучаемых объектов в пределах песчаных аллювиальных отложений второй надпойменной террасы рр. Надым и Левая Хетта.

В естественных условиях котловины выдувания для вершины дюны характерно преобладание мелких фракций мелкозернистого песка (62%) и, в меньшей степени, алеврита (21%). Существенно отличаются отложения в междюнном понижении, где алеврит составляет более 70% и глина - более 15%. Это связано как с эоловой аккумуляцией легкого песчаного материала, выносимого с вершины дюны, так и с процессами морозного выветривания - миграцией вверх по разрезу легких глинистых частиц в результате циклов промерзания и оттаивания (рис. 4).

Гранулометрический состав нарушенных почв в карьерах в целом соответствует составу отложений подветренного

Географическая среда и живые системы / Geographical Environment and Living Systems

Источник: космическая съемка с сервиса Bing1 Рис. 3. Современное состояние рассматриваемых песчаных карьеров Fig. 3. Current status of the considered sand pits

Таблица 3

Гранулометрический состав верхнего плодородного слоя нарушенных почв карьеров и модельной котловины выдувания

Granulometric composition of the upper fertile layer of disturbed quarry soils

and model blowing basin

Объект Размер фракции (мкм), содержание (%)

Карьер № 1 (З) - 1,01 0,83 1,30 0,11 1,70 52,09 40,66 2,31 Карьер № 1 (О) - 0,53 0,60 0,54 0,00 0,10 41,08 52,64 4,51 Карьер № 2 (З) 0,06 1,43 1,50 3,85 4,98 5,91 43,37 33,45 5,46 Карьер № 2 (О) 0,45 2,75 2,89 2,85 2,11 2,97 42,37 39 4,6 Карьер № 3 (З) - - - - - 0,02 21,84 56,73 21,41 Карьер № 3 (О) 0,49 2,81 2,75 2,99 2,01 2,85 42,98 38,39 4,72 Карьер № 4 (О) - 0,51 1,01 2,46 2,43 4,79 50,11 32,16 5,89 0,56

Карьер № 5 (З) - 0,29 0,39 0,55 0,88 0,45 9,81 56,14 31,49 Карьер № 5 (О) - 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 7,98 61,47 30,55 Карьер № 6 (З) 0,16 1,57 2,01 2,18 7,28 12,71 62,03 12,07 - Карьер № 6 (О) - 0,00 0,38 0,21 0,00 0,62 50,38 45,21 3,19 Карьер № 7 (З) 0,79 2,46 2,09 5,28 5,10 5,77 55,41 23,10 - Карьер № 7 (О) - - - - - 0,88 72,55 26,57 - 1 https://www.bing.com/maps.

Прим.: З - зарастающие участки, О - оголенные участки

Источник: составлено авторами на основе результатов гранулометрического анализа проб в лаборатории механики грунтов Института Криосферы Земли ТНЦ СО РАН.

Объект Размер фракции (мкм), содержание (%)

Котловина (вершина дюны) 1,16 1,43 1,03 6,43 12,12 62,21 15,48 0,15

Котловина (подветренный склон дюны) 0,17 1,51 1,02 1,25 0,87 2,25 44,31 43,51 5,11

Котловина (междюнное пониж.) 3,55 12,20 18,16 24,36 18,87 11,45 10,27 1,09 0,05

склона дюны в пределах котловины выдувания, за исключением несколько повышенной доли крупнозернистого песка. Основную долю составляют мелкозернистые (38-44%) и среднезернистые (3642%) пески, содержание глины и алеврита незначительно.

Для благоприятных условий произрастания в карьерах по сравнению с неблагоприятными отмечается незначительное превышение доли алеврита (на 8%) и крупнозернистого песка (на 10%). Однако различия незначительны и, по всей видимости, не оказывают суИсточник: составлено авторами на основе результатов гранулометрического анализа проб в лаборатории механики грунтов Института Криосферы Земли ТНЦ СО РАН.

Рис. 4. Усредненные значения гранулометрического состава верхнего плодородного слоя нарушенных почв карьеров и модельной котловины выдувания

Fig. 4. Averaged granulometric composition of the upper fertile layer of disturbed quarry soils and

model blowing basin

щественного влияния на формирование устойчивого растительного покрова. 3. Физико-химические свойства Верхний плодородный слой всех рассматриваемых объектов характеризуются кислотной средой, при этом в фоновых условиях для глеево-подзолистой почвы

кислотность достигает максимальных значений (4,71), а на отдельных зарастающих карьерах за счет хорошей дрениро-ванности реакция среды приближается к нейтральной (6,78), что соответствует реакции почвообразующих для подзолов песчаных пород (табл. 4).

Таблица 4

Основные физико-химические показатели верхнего плодородного слоя нарушенных почв карьеров, модельной котловины выдувания и фоновых почв

Main physicochemical parameters of the upper fertile layer of disturbed quarry soils, a model blowing basin and background soils

Объект рН рН Гидролитическая кислотность H+ Al3+ Обменная кислотность Eh (ОВП) Сорг. Ca++ Mg++ K+ Р2О5 К2О

(водн.) (KCl) ммоль (+)/100 г мг-экв/100г мВ % ммоль(+)/100 г мг/100 г

Зарастающие участки карьеров

Карьер № 1 5,48 4,32 2,21 0,03 0,67 0,70 280,50 0,15 1,80 0,40 0,06 1,75 2,70

Карьер № 2 6,11 4,61 0,76 0,03 0,19 0,22 272,80 0,06 0,60 0,60 0,02 0,92 0,55

Карьер № 3 5,20 4,31 2,16 0,03 0,57 0,61 332,50 0,19 1,80 0,40 0,05 1,21 2,65

Карьер № 5 6,78 4,58 0,67 0,02 0,31 0,34 299,00 0,03 0,60 1,00 0,02 1,26 0,70

Карьер № 6 5,68 4,34 2,25 0,02 0,67 0,69 300,30 0,09 1,80 0,40 0,06 2,46 2,55

Карьер № 7 5,31 4,42 2,25 0,02 0,53 0,55 308,80 0,24 1,00 0,40 0,02 3,22 1,05

Среднее 5,76 4,43 1,72 0,03 0,49 0,52 298,98 0,12 1,27 0,53 0,04 1,80 1,70

Ст. отклонение 0,59 0,13 0,78 0,01 0,20 0,20 21,21 0,08 0,60 0,24 0,02 0,88 1,04

Оголенные участки карьеров

Карьер № 1 6,04 4,72 0,75 0,02 0,02 0,04 256,40 0,04 2,80 0,40 0,06 3,10 2,85

Карьер № 2 5,82 4,49 0,95 0,02 0,13 0,15 292,20 0,09 2,40 0,40 0,03 0,89 1,50

Карьер № 3 5,78 4,17 2,46 0,03 0,47 0,50 297,60 0,27 8,20 0,40 0,16 2,68 6,80

Карьер № 4 3,95 4,62 0,76 0,03 0,14 0,17 304,50 0,06 1,40 0,40 0,02 0,86 0,70

Карьер № 5 6,20 5,08 0,51 0,02 0,02 0,04 298,20 0,02 2,00 0,40 0,03 1,47 1,20

Карьер № 6 5,91 4,36 1,34 0,06 0,26 0,32 294,20 0,05 4,00 0,40 0,07 4,86 3,00

Карьер № 7 5,72 4,70 0,81 0,02 0,17 0,19 295,20 0,02 1,00 0,40 0,03 1,37 0,70

Среднее 5,63 4,59 1,08 0,03 0,17 0,20 291,19 0,08 3,11 0,40 0,06 2,17 2,39

Ст. отклонение 0,76 0,29 0,66 0,01 0,15 0,16 15,83 0,09 2,45 0,00 0,05 1,46 2,16

Модельная котловина выдувания

Вершина дюны 5,64 4,40 1,94 0,03 0,62 0,65 265,10 0,06 1,80 0,60 0,04 1,01 1,35

Подветренный склон дюны 5,64 4,23 0,78 0,04 1,55 1,60 318,00 0,10 2,20 0,60 0,09 0,47 3,35

Междюнное понижение 5,60 4,67 4,88 0,03 0,19 0,21 218,00 0,06 0,80 0,40 0,02 1,03 0,70

Фоновые условия (среднее по горизонтам А-В)

Иллювиально- железистый подзол (7-40 см) 4,61 4,28 1,50 0,05 0,34 0,39 250,73 0,12 1,20 1,00 0,01 0,71 0,30

Глеево-подзолистая почва (6-52 см) 4,71 3,87 6,13 0,12 2,11 2,23 290,00 0,62 1,60 0,40 0,06 5,30 1,95

Источник: составлено авторами на основе результатов физико-химических анализов проб в Институте физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (г.Пущино).

ISSN 2712-7613^

Общим является также низкое содержание органики (повсеместно менее 1%), а также значение окислительно-восстановительного потенциала в пределах 220-330 мВ.

Гидролитическая кислотность ожидаемо высока для глеево-подзолистой почвы (6,13 ммоль(+)/100г), наряду с повышенным значением обменной кислотности (2,23 мг-экв/100 г), с преобладанием катионов алюминия (2,11 мг-экв/100 г). В междюнном понижении при сопоставимом значении гидролитической кислотности (4,88 ммоль(+)/100 г) существенно снижается обменная (0,21 мг-экв/100 г). Для иллювиально-железистого подзола, вершины и подветренного склона дюны, а также для всех проб в карьерах вне зависимости от восстановления растительности показатели колеблются в пределах 0,5-2,5 ммоль(+)/100 г для гидролитической кислотности и 0,04-0,7 мг-экв/100 г для обменной кислотности (за исключением подветренного склона дюны, где обменная кислотность возрастает за счет кратковременных периодов повышенной влажности).

Содержание обменного кальция и магния также находится на минимальных уровнях - от 0,5 до 2,5 ммоль (+)/100 г. Выделяются локальные повышения значений (до 4,0-8,2 ммоль (+)/100 г) на оголенных участках карьеров в условиях локального заболачивания. Также здесь в условиях отсутствия растительности происходит накопление фосфора и калия (до 4,86 и 6,8 мг/100 г соответственно). Это в целом соответствует показателям глеево-подзолистой почвы и существенно выше фоновых значений иллювиаль-но-железистого подзола. С другой стороны, в карьере № 2 на зарастающем участке наблюдаются низкие значения Р2О5 и К2О (менее 1 мг/100 г), что свидетельствует о неустойчивых условиях для формирования растительности.

В целом вполне очевидно, что, при общем песчаном субстрате материнских пород, основное влияние на дифференI 2020 / № 1

циацию физико-химических показателей рассматриваемых объектов оказывают условия увлажнения. Повышенная дре-нированность постепенно приводит к обеднению химического состава верхних горизонтов, в то время как при формировании на поверхности гидроморфных условий даже на оголенных участках относительно недавно образованных карьеров наблюдается относительное накопление фосфора и калия.

Результаты определения валового содержания оксидов химических элементов показали, что для всех объектов характерна высокая (70-84%) доля БЮ,, что является следствием песчаного состава аллювиальных отложений (табл. 5). Максимальные значения (83-84%) отмечаются для котловины выдувания (вершина и подветренный склон дюны). В междюнном понижении в более гидроморфных условиях повышается доля Л1,03 и Ре,03.

По сравнению с котловиной выдувания в карьерах в среднем на 5-10% ниже содержание Б102 с пропорциональным ростом доли А1,03 и Ре,03. Существенных отличий между зарастающими и оголенными участками в карьерах не наблюдается.

Можно отметить, что фоновые типы ландшафтов также не отличаются по структуре химического состава. Так в карьерах № 1 и № 6, расположенных в березово-лиственнично-сосновых лишайниковых и елово-лиственничных с примесью сосны, березы и кедра зелено-мошных лесах соответственно, выделяются идентичные повышения содержания А1,03 и Ре,03. Вероятно, это связано с локальными геохимическими особенностями, определяющимися особенностями микрорельефа, в частности формированием заболоченных понижений.

В фоновых условиях на длительно стабилизированном участке эоловых песков к западу от котловины в среднем по профилю сформировавшегося иллювиаль-но-железистого подзола сохраняется монокремниевый химический состав (доля

Географическая среда и живые системы / Geographical Environment and Living Systems

Таблица 5

Валовое содержание оксидов химических элементов верхнего плодородного слоя нарушенных почв карьеров, модельной котловины выдувания и фоновых почв

Gross content of oxides of chemical elements of the upper fertile layer of disturbed quarry soils, model blowing basin and background soils

Объект Содержание, %

SiO2,% Al2O3 ^3 K2O TiO2 №2° CaO

Зарастающие участки карьеров

Карьер № 1 72,1 10,7 2,5 2,0 0,8 0,8 0,7

Карьер № 2 78,8 4,5 0,6 1,7 0,2 0,6 0,4

Карьер № 3 78,2 4,7 0,8 1,3 0,3 0,6 0,4

Карьер № 5 74,8 2,4 0,3 0,9 0,2 0,4 0,2

Карьер № 6 73,8 11,3 2,6 2,1 0,8 0,8 0,6

Карьер № 7 75,4 6,6 0,8 2,0 0,3 0,6 0,6

Среднее 75,5 6,7 1,3 1,7 0,4 0,6 0,5

Ст. отклонение 2,58 3,59 1,03 0,48 0,29 0,16 0,20

Оголенные участки карьеров

Карьер № 1 73,2 4,3 1,0 1,5 0,2 0,6 0,4

Карьер № 2 77,3 2,7 0,3 1,1 0,1 0,4 0,2

Карьер № 3 69,6 5,1 0,8 1,1 0,4 0,6 0,3

Карьер № 5 75,8 2,6 0,3 1,1 0,2 0,4 0,2

Карьер № 6 73,7 5,8 0,7 1,4 0,3 0,6 0,4

Карьер № 7 79,0 5,0 0,7 1,0 0,4 0,5 0,3

Среднее 74,8 4,2 0,6 1,2 0,3 0,5 0,3

Ст.отклонение 3,35 1,29 0,27 0,18 0,09 0,07 0,09

Модельная котловина выдувания

Вершина дюны 83,4 3,0 0,6 0,8 0,4 0,4 0,3

Подветренный склон дюны 84,1 3,7 0,4 1,8 0,2 0,5 0,3

Междюнное понижение 69,7 10,6 2,0 1,9 0,8 0,7 0,6

Фоновые условия (среднее по профилю)

Иллювиально-железистый подзол 81,12 2,31 0,34 0,57 0,20 0,45 0,21

Глеево-подзолистая почва 73,33 8,39 1,48 1,70 0,58 0,66 0,51

Источник: составлено авторами на основе результатов химических анализов проб в Институте физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (г.Пущино).

БЮ2 более 80%), в то время как для гле-ево-подзолистых почв повышается доля Л1203 (8%) и Ре203 (1,5%) при снижении доли Б102 до 73%.

Обсуждение результатов

Сильнокислая реакция северо-таеж-ных почв подзолистого ряда является общей закономерностью для рассматриваемой территории, которая определяется высокими концентрациями водорастворимых фульвокислот в верхних горизонтах из-за хвойного опада в условиях переувлажнения [1; 23]. Вниз по профилю кислотность уменьшается из-за снижения концентрации. Результаты проведенного исследования также показали, что в фоновых условиях глеево-подзолиISSN 2712-7613

стой почвы достигаются максимальные значения гидролитической и обменной кислотности, в то время как на нарушенных почвах песчаных карьеров реакция среды близка к нормальной по причине обнажения песчаных материнских пород и установления на короткий период условий хорошей дренированности. Кислотность иллювиально-железистого подзола и песков котловины выдувания имеет промежуточное положение, при этом в междюнном понижении отмечается локальное закисление. Можно сделать вывод, что на нарушенных участках карьеров в отношении кислотности в первое время формируются более благоприятные условия для возобновления растительности, но по мере развития переувлажнения и заболачивания происходит восстановление фоновых значений.

Еще одной общей чертой подзолов, отмечаемой многими исследователями [1; 18; 23], является низкое разнообразие химических элементов всех почвенных горизонтов и материнских пород подзолистых почв, что происходит вследствие водно-ледникового генезиса отложений, которыми сложены террасы рр. Надым и Левая Хетта. В структуре химического состава преобладает кремний с отдельными повышениями содержания алюминия и железа в гидроморфных условиях. В структуре механического состава преобладают рыхлые мелко- и среднезернистые пески, накопление алевритов происходит только на небольших участках понижений, преимущественно под воздействием эоловых процессов. В этом плане исследование показало, что проявляется значимое различие карьеров и иных антропогенных нарушений почвенного покрова от естественных условий котловины выдувания. В пределах котловины за счет чередования дюн и междюнных понижений образуется мозаичная структура поверхности, что снижает интенсивность эолового переноса и позволяет формироваться почвен-но-растительным анклавам вдоль подветренных склонов наиболее высоких дюн.

| 2020 / № 1

В песчаных карьерах со склонов, а при отсутствии водоупора - и со всей поверхности, вынос ветром легких частиц происходит беспрепятственно, что приводит к формированию песчаных сухих пустошей и значительно затрудняет закрепление пионерных видов растительности (рис. 5). Подобная особенность была отмечена также в исследованиях песчаных обнажений Пуровского района [26].

Помимо иссушения и ветрового воздействия, негативное влияние на приживаемость лесопосадок в карьерах оказывает переувлажнение (рис. 6), приводящее к вымоканию корневой системы.

В целом, при благоприятных условиях естественное зарастание карьеров происходит довольно быстро. Некоторые исследователи [13] даже высказывают мнение о том, что для северных территорий рекультивации не требуется, поскольку естественное восстановление леса произойдет быстрее и более качественно. Согласно И. М. Шиловой [24] выделяются следующие стадии:

Исследованиями растительности песчаных пустошей [5; 6; 14] установлено, что на начальных стадиях зарастания песчаного субстрата техногенных и при-родно-техногенных песчаных обнажений появляется небольшое число видов высших растений и лишайников коренных или вторичных биоценозов - от 2 до 11 видов, являющихся в основном анемо-или зоохорными корневищными или плотно дерновинными широко распространенными травами или кустарничками, хорошо адаптированными к рыхлому субстрату: ¡ыпош 1тфйш Ь., CalamagтoГеографическая среда и живые системы / Geographical Environment and Living Systems

Источник: Фото А. В. Соромотина, 2016 г. Рис. 5. Гибель саженцев сосны от подсыхания корневой системы в результате дефляции в карьере № 7 Fig. 5. Death of pine seedlings from the drying of the root system as a result of deflation in quarry No. 7

Источник: Фото А. В. Соромотина, 2016 г. Рис. 6. Вымокание корневой системы саженцев сосны в карьере № 7 Fig. 6. Soaking of the root system of pine seedlings in quarry No. 7

stis epigeios (L.) Roth, Festuca ovina L. s. l., Bromopsis inermis (Leyss.) Holub и др. При движении с севера на юг сокращается длительность стадий сукцессий и за один и тот же временной отрезок можно наблюдать большее количество стадий [10].

Условия для возобновления растительности на зарастающих и оголенных участках песчаных карьеров в целом можно охарактеризовать как экстремальные по целому ряду экологических факторов: низкая влажность, низкое содержание питательных элементов и органики, высокая подвижность субстрата. В этом отношении они близки к фоновым условиям котловины выдувания и сосно-во-лишайникового редколесья, отличаясь только в части краткосрочной нормализации кислотности.

Заключение

Проведенный сравнительный анализ физико-химических свойств верхнего слоя грунта специфических для севера Западной Сибири песчаных пустошей и фоновых лесных автоморфных ландшафтов позволяет сделать следующие выводы.

При этом сначала растет гидролитическая кислотность, а потом обменная.

Статья поступила в редакцию 26.11.2019

БЛАГОДАРНОСТИ

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Ямало-Ненецкого автономного округа в рамках научного проекта №19-45-890008.

ACKNOWLEDGMENTS

The work was supported by the Russian Foundation for Basic Research and the Yamalo-Nenets Autonomous Okrug in the framework of the scientific project No. 19-45-890008.

Литература

REFERENCES

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Сизов Олег Сергеевич - кандидат географических наук, старший научный сотрудник Института проблем нефти и газа РАН (Москва), доцент кафедры геоэкологии факультета геологии и геофизики нефти и газа РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина (Москва); e-mail: kabanin@yandex.ru

Лоботросова Светлана Айратовна - главный специалист ООО «Пургеоком» (Тюмень); e-mail: ravilova85@mail.ru

Соромотин Андрей Владимирович - доктор биологических наук, директор НИИ экологии и РИПР Тюменского государственного университета; e-mail: asoromotin@mail.ru

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Oleg S. Sizov - PhD in Geographical Sciences, senior researcher, Institute of Oil and Gas Problems of the Russian Academy of Sciences (Moscow), associate professor of the Department of Geoecology, Faculty of Petroleum Geology and Geophysics, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (Moscow); e-mail: kabanin@yandex.ru

Svetlana A. Lobotrosova - chief specialist, Purgeokom LLC (Tyumen); e-mail: ravilova85@mail.ru

Andrey V. Soromotin - Doctor of Biological Sciences, director of the Research Institute of Ecology and RIPR Tyumen State University (Tyumen); e-mail: asoromotin@mail.ru

ПРАВИЛЬНАЯ ССЫЛКА НА СТАТЬЮ

Сизов О. С., Лоботросова С. А., Соромотин А. В. Оценка физико-химических свойств верхних органо-минеральных горизонтов песчаных обнажений на севере Западной Сибири (на примере среднего течения р. Надым) // Географическая среда и живые системы. 2020. № 1. С. 31-52. ЭО!: 10.18384/2712-7621-2020-1-31-52

FOR CITATION

Sizov O., Lobotrosova S., Soromotin A. Evaluation of the physical and chemical properties of upper organic and mineral layers of sandy outcrops in the north of Western Siberia (by the example of the middle flow of the Nadym river). In: Geographical environment and living systems, 2020, no. 1, pp. 31-52. DOI: 10.18384/2712-7621-2020-1-31-52