Криоэкологический мониторинг пахотных земель Центральной Якутии

Землеустройство, кадастр и мониторингземель

УДК 551.343

КРИОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПАХОТНЫХ ЗЕМЕЛЬ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ

DOI: 10.24411/1728-323X-2019-16141

П. В. Ефремов, научный сотрудник, Институт мерзлотоведения СО РАН им. акад. П. И. Мельникова, pvefremov@mpi.ysn.ru, Якутск, Россия

За последние 30 лет в Центральной Якутии ухудшилось криоэкологическое состояние пахотных земель. По данным исследований, 45 % пашен, освоенных 50—60 лет назад путем вырубки леса, пришли в негодность из-за активизации процессов термокарста. В критическом состоянии находятся сотни тысяч гектаров агроземель. Это наносит огромный экономический и экологический ущерб региону. Основная цель работы — выявление влияния современного потепления климата на развитие термокарста на пашнях. В статье использованы материалы крио-экологического мониторинга пахотных земель, проводимого Институтом мерзлотоведения в таежной зоне Центральной Якутии. В 1992—2017 гг. были выполнены комплексные исследования динамики гидротермического режима почвогрунтов, мощности сезонного протаива-ния, развития криогенных процессов и явлений. Потепление климата в 1986—1989 гг. стало причиной для развития термокарста на пашне. В 2005—2008 гг. большая высота снега в зимний период и повышение температуры воздуха в летнее время повлияло на увеличение сезонно-талого слоя почвогрунтов и на дальнейшее развитие термокарста на полигоне. Это привело к необратимой деградации многих пахотных земель в Центральной Якутии.

In Central Yakutia, the cryoecological state of croplands has significantly deteriorated during the recent 30 years. It is reported that 45 % of the croplands created by forest clearing over the last 50—60 years have become worthless due to enhanced thermokarst activity. Hundreds of thousands of hectares are in a critical state. This causes large ecological and economic losses in the region. The purpose of the study is to examine the effects of climate warming on thermokarst development in the croplands using the data from cryoecological monitoring conducted by the Melnikov Permafrost Institute in the Central Yakutian taiga zone. During the period from 1992 to 2017, integrated investigations were conducted to study the changes in the soil hydrothermal regime and active layer thickness, as well as the development of cryogenic processes and phenomena. Warmer air temperatures in 1986—1989 triggered the development of thermokarst in the ploughed fields. Deeper winter snow cover and higher summer air temperatures in 2005—2008 caused an increase in the active-layer thickness and further thermokarst expansion. This has resulted in irreversible degradation of farmlands in many areas of Central Yakutia.

Ключевые слова: пахотные земли, потепление климата, ледовый комплекс, криогенные процессы, термокарст, температура воздуха.

Keywords: croplands, climate warming, ice complex, cryogenic processes, thermokarst, air temperature.

Введение. В последние 30 лет в Центральной Якутии ухудшилось криоэкологическое состояние используемых пахотных земель. По данным исследований, 45 % пашен, освоенных 50—60 лет назад путем вырубки леса, пришли в негодность из-за активизации процессов термокарста и термоэрозии. В критическом состоянии находятся сотни тысяч гектаров агроземель. Это наносит огромный экономический и экологический ущерб региону. Основная цель работы — выявление влияния современного потепления климата на развитие термокарста на пахотных землях. В статье использованы материалы криоэкологичес-кого мониторинга пахотных земель, проводимых в таежной зоне Центральной Якутии на правобережье р. Лена. Основным из мониторинговых полигонов является залежь (заброшеная пашня) Дыргыабай общей площадью 157 га. В настоящее время она используется как пастбище для скота.

Методика. В 1992—2017 гг. были выполнены комплексные исследования динамики гидротермического режима почвогрунтов, мощности сезонного протаивания, развития криогенных процессов и явлений. Круглогодичные наблюдения за температурой грунтов деятельного слоя на полигоне Дыргыабай стали более детально проводить с 1998 г. До этого температуру измеряли только в теплое время. В настоящее время измерения проводятся по 6 термогирляндам, установленных на глубинах от 2,0 до 10 м, 1 лог-геру ТЯ-52 на глубине 1,6 м (в лиственничном лесу), находящимся на различных участках полигона. При этом были использованы методики, принятые в мерзлотоведении, географии, экологии. Они подробно изложены в следующей работе [1].

Результаты и обсуждение. На начальном этапе исследования бурением скважин по всей пашне были обнаружены повторно-жильные льды (ПЖЛ). Зондировочные скважины, пробуренные до глубины 15 м, не смогли вскрыть нижнюю границу залегания жильных льдов. По данным бурения и по глубине близко находящихся котловин аласов Чюйя, Майя, Абалах вероятно, что мощность ПЖЛ достигает 15—25 м. Ширина верхнего среза ПЖЛ варьирует от 0,8 до 3,0 м. Размеры полигональных решеток — 6—6,5 м. Глубина залегания льдов составляла в среднем на пашне

Годы

Рис. Динамика среднегодовой температуры воздуха

гидрологического года (октябрь—сентябрь) по данным метеостанции Якутск, 1932—2006 гг.

1,8—2,2 м. Многолетнемерзлые отложения характеризуются высокой объемной льдистостью 0,4—0,7 с учетом мощных ПЖЛ.

В 1992 г. на самой пашне отмечалась весьма слабая степень деформации. Имелись несколько небольших термопросадков. Но зачастую при бурении скважин и проходке шурфов встречались подземные пустоты на глубине от 0,4 до 0,8 м. Начиная с 1993 г. криоэкологическая обстановка резко изменилась. Были выявлены и обследованы многочисленные новые проявления моро-зобойных трещин, термопросадок, провалов по всей пашне. Что же стало причиной для бурного развития термокарста на пашне?

На рисунке приведены данные среднегодовой температуры воздуха гидрологического года (с октября по сентябрь месяц следующего года) с 1932 по 2006 г. Из графика видно, что было незначительное потепление климата в 1960-х годах. С 1973 по 1976 г. также было незначительное потепление со среднегодовой температурой воздуха —9,9 °С. Все это чередовалось с похолоданием климата. С 1982 г. в течение 5 лет стояла одинаковая среднегодовая температура (—9,8 °С). С 1987 г. климат начал резко теплеть. В 1989 г. среднегодовая температура составила —8,4 °С. По сравне-

нию с 1986 г. потеплела на 1,4 °С. В последующие годы были небольшие похолодания до —8,8 °С. Но видно, что идет дальнейшее потепление климата. Резкое потепление климата с середины 1980-х годов повлияло на бурное развитие термокарста на пашне.

В 1994 г. на площадке 2 образовалось небольшое проседание поверхности пашни размером 4 х 5 м, глубиной до 0,4 м. В последующие годы оно прогрессировало и в данное время превратилось в западинно-бугристое микропонижение длиной 95 м, шириной от 30 до 49 м и максимальной глубиной от края пашни 1,88 м. С 1999 г. на участке размером 20 х 20 м производилось измерение поверхности нивелиром. За шесть лет максимальная усадка межполигональной ложбины увеличилась от 1,54 до 1,88 м. Местами днище опустилось до 0,5 м. Полигональные бугры постепенно разрушаются накапливаемой талой и дождевой водой.

В последние 35 лет в Центральной Якутии наблюдается заметное повышение среднегодовой температуры воздуха, обусловленное в основном потеплением зимних периодов. По данным Скачкова Ю. Б., с 1992 по 2012 г. (за 20 лет) было 14 теплых, 4 аномально теплых и только 2 зимы в норме [2, с. 204]. И ни одной холодной и аномально холодной зим. По данным логгера начиная с зимы 2003 до 2007 г. минимальная температура грунта повысилась с —8,6 до —4,0 °С. Но в следующем году температура грунта стала понижаться, хотя зимний сезон 2007—2008 гг. считается аномально теплым и многоснежным. В этом сезоне почти до марта было мало снега. Только в марте выпала четырехмесячная норма осадков.

В западинном микропонижении влажность почвогрунтов сезонно-талого слоя (СТС) в последние годы не опускалась ниже 25 % от веса. На полигональном бугре до 2004 г. мощность СТС доходила до 3,20—3,30 м. В марте 2006 г. при бурении 10-метровой скважины обнаружили, что верхняя кромка многолетней мерзлоты опусти-

Пораженность криогенными процессами и преобразование поверхности полигона Дыргыабай,

1994-2017 гг.

Глубина просадок, м Степень пораженности агроландшафта Состояние преобразованного агроландшафта 1994 г. 2007 г. 2017 г.

% от площади

< 0,1 Очень слабая Удовлетворительное 98,1 2,9 -

0,1-0,3 Слабая Напряженное 1,5 3,5 1,1

0,3-0,5 Средняя Критическое 0,4 72,5 60,3

0,5-0,7 Сильная Кризисное - 16,2 28,5

0,7-1,0 Очень сильная Бедственное - 4,9 11,1

142

№ 6, 2018

лась до 5 м. Мощность СТС увеличилась до 4,5—5,0 м. Летом температура грунта на глубине 3,2 м доходила до 1,7—2,3 °С, зимой не опускалась ниже —0,3—0,4 °С. В зимнее время накопление снега происходит неравномерно по площади полигона, влияя на температуру почвогрунтов агро-ландшафта. Большая мощность снежного покрова в начале зим 2005—2006 и 2006—2007 гг., высокая предзимняя влажность, теплые зимы вызвали замедленное промерзание СТС и сокращение периода охлаждения грунтовой толщи. Это также повлияло на дальнейшее развитие термокарста.

По классификации профессора П. П. Гаври-льева по степени пораженности криогенными процессами и явлениями была сделана оценка состояния полигона по годам [1, с. 156]. С каждым годом состояние и устойчивость залежи ухудшается. В 2007 г. по сравнению с 1994 г. доля площади критического преобразования увеличилась от 0,4 до 72,7 % (таблица). Доля площади кризисного состояния выросла на 16,2 %, а доля бедственного — на 4,9 %. В 2017 г. по сравнению с 2007 г. состояние агроландшафта еще ухудши-

лось. Доля площади бедственного состояния выросла на 6,2 %, а кризисного — на 12,3 %. Доля площади удовлетворительного состояния совсем исчезла.

Заключение. Повышение температуры воздуха совместно с теплыми зимами с середины 1980-х годов привело к развитию термокарста в начале 1990-х годов на полигоне Дыргыабай. Раннее или позднее образование устойчивого снежного покрова значительно влияет на температуру грунтов деятельного слоя. Высокая предзимняя влажность совместно с теплыми зимами приводят к замедленному промерзанию СТС и сокращению периода охлаждения грунтовой толщи.

Современное потепление климата вызвало дальнейшее развитие термокарстовых образований на полигоне Дыргыабай. В данное время на нем преобладает критическое состояние поверхности. В последние годы дюедя, находящаяся в восточной части полигона, полноводна независимо от погодных условий. Все это говорит о том, что продолжается деградация многолетнемерз-лых пород пахотных земель.

Библиографический список

1. Гаврильев П. П., Угаров И. С., Ефремов П. В. Мерзлотно-экологические особенности таежных агроландшафтов Центральной Якутии. — Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО РАН, 2001. — 196 с.

2. Скачков Ю. Б. Роль аномальных зим в межгодовой изменчивости термического режима многолетнемерзлых пород Центральной Якутии // Десятое сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу: Материалы докладов / Под. ред. М. В. Кабанова. — Томск, 2013. — С. 200—208.

CRYOECOLOGICAL MONITORING OF CROPLANDS IN CENTRAL YAKUTIA

P. V. Efremov, Research Scientist, Melnikov Permafrost Institute, pvefremov@mpi.ysn.ru, Yakutsk, Russia References

1. Gavriliev P. P., Ugarov I. S., Efremov P. V. Merzlotno-jekologicheskie osobennosti tajozhnyh agrolandshaftov Central'noj Jakutii [Ecology of permafrost terrain in taiga agrolandscapes in Central Yakutia]. Yakutsk, Permafrost Institute, SB RAS Press, 2001. 196 p. [in Russian]

2. Skachkov Y. B. Rol' anomal'nyh zim v mezhgodovoj izmenchivosti termicheskogo pezhima mnogoletnemerzlyh porod Central'noj Jakutii. Desjatoe sibirskoe soveshhaniepo klimato-jekologicheskomu monitoringu: materialy dokladov. Pod red. M. V. Kab-anova [The role of anomalous winters in interannual variability of the permafrost thermal regime in Central Yakutia. Tenth Siberian Workshop on Climate-Ecological Monitoring: Proceedings, edited by M. V. Kabanov]. Tomsk, 2013. P. 200—208. [in Russian]