Особенности использования льдистых пахотных земель в Центральной Якутии в условиях изменения климата

УДК 551.34.5

Особенности использования льдистых пахотных земель в Центральной Якутии в условиях изменения климата

И.С. Угаров, П.В.Ефремов

Приводятся результаты исследований состояния и тенденции развития агроландшафтов в условиях современного потепления климата. Установлены пространственно-временные закономерности изменения степени пораженности агроландшафтов криогенными процессами и явлениями. Приведены положительные примеры использования противокриогенных мероприятий по восстановлению и улучшению некоторых заброшенных и разрушенной пашен в Центральной Якутии.

Ключевые слова: мерзлота, сезонно-талый слой, повторно-жильный лед, ледовый комплекс, агроландшафт.

Original features of distribution of geocryological processes and phenomena in cryogenic agricultural landscapes are presented. Spatial and temporal characteristics of affection conditions and stages oftransformation of ice-rich agricultural landscapes from a satisfactory condition to a condition ofdisaster by destructive cryogenic processes are established. They are reflected on schematic maps ofreformation and development tendencies of ice-rich agricultural landscapes in conditions of changing environment. Positive results of anti-cryogenic measures on recreation and improvement of plowed fields abandoned and destroyed by cryogenic processes are presented.

Key words: permafrost, active layer, wedge ice, ice complex, agricultural landscape.

П.П. Гаврильев,

Введение

Криолитозона Якутии богата мерзлотными почвами и земельными ресурсами (3083,5 тыс. км2). Из них земельные ресурсы сельскохозяйственного назначения занимают 24,63 тыс. га или

0,008% от общей площади республики [1].

Исследователи указывают на сложность в выявлении закономерностей формирования состояния и функционирования криогенных ландшафтов при сельскохозяйственном землепользовании в условиях короткопериодных изменений элементов климата. Мелиорация и сельскохозяйственное освоение территории криолитозоны вызвали как положительные, так и негативные последствия на экосистемы северных регионов [2-7]. В области многолетней мерзлоты, особенно на территориях с ледовым комплексом, роль геокриологических процессов в формировании состояния и трансформации криогенных агроландшафтов весьма специфична и изучена еще недостаточно. Актуальной проблемой являются оценка

I ГАВРИЛЬЕВ Петр Петрович]- д.г.н., г.н.с. ИМЗ СО РАН,

8(4112) 33-45-74; УГАРОВ Иннокентий Спиридонович -к.г.н., с.н.с. ИМЗ СО РАН, ugarov@mpi.ysn.ru; ЕФРЕМОВ Петр Васильевич - н.с. ИМЗ СО РАН.

состояния и тенденции развития агроландшафтов в условиях современного потепления климата.

методика и объекты исследования

В 1989-1996 гг. Институтом мерзлотоведения СО РАН проводились сезонные (с мая по сентябрь), а с 1996 по 2009 г. круглогодичные режимные наблюдения за мерзлотно-ландшафтным, гидротермическим и эколого-геокриологическим состоянием агроландшафтов. Определялись гранулометрический состав, строение, криотекстура, водно-физические свойства, температура и влажность (льдистость) почв и горных пород, динамика мощности сезонно-мерзлого и сезонно-талого слоев. Изучены состояние верхних горизонтов многолетнемерзлых пород, развитие криогенных процессов и явлений, особенности криоэкологиче-ского состояния и устойчивости агроландшафтов.

Исследования были проведены на полигонах Майя, Кердюген на базовых участках (15 площадках и на более 40 опорных точках) с охватом разнообразных мерзлотных и ландшафтных условий (рис. 1).

В исследованиях закономерностей динамики криогенных процессов и явлений использованы детальные мерзлотные, ландшафтные методы и топографические съемки (М 1:100-1:5000), а так-

Рис. 1. Схема расположения мониторинговых полигонов. Полигоны: 1 - Кердюген, 2 - Хатассы: 3 - Спасская Падь, 4 - Майя, 5 - Амга, 6 - Хоробут

же дешифрирование аэрофотоснимков, принятые в геокриологии.

Результаты и обсуждения

На основе обобщения и анализа материалов мониторинговых исследований, выполненных за период с 1992 по 2008 г., а также литературных источников получены следующие результаты.

1. Выявлены основные закономерности распространения криогенных процессов и явлений в агроландшафтах, подстилаемых породами ледового комплекса (льдистыми грунтами и крупными полигонально-жильными льдами (ПЖЛ)) (рис.2).

Установлено, что повторно-жильными льдами, близкозалегающими от поверхности (1,2-2,5 м), занято от 20 до 60% площадей крупных массивов таежных и долинных земель. Выявлено широкое развитие приповерхностных полигональножильных структур (морозобойных трещин, псевдоморфоз, грунтовых жил и подземных пустот) по частично оттаявшим повторно-жильным льдам вследствие циклических колебаний климата, пирогенеза (пожары) и антропогенных воздействий.

2. При наложении изменений элементов климата (потепление температуры воздуха на 1,5 -2,50С, повышение снегонакопления в 1,5-3 раза выше фоновой нормы в просадочных местах) и антропогенного воздействия активизация криогенных процессов вызвала существенные изменения мерзлотных условий агроландшафтов и, как следствие, нарушение состояния и преобразование агроземель в различной степени, от слабой до очень высокой (табл. 1, 2, рис. 2).

3. Разработана методика оценки степени по-раженности и стадий преобразования агроланд-

Г~11 Н ! Ш-' БЗ-4 Ш'5 Н-‘ Ш-’ Е" Г!-’

[о]-|о|Т]-п Щ-ирГ]-»

Рис.2. Карта-схема степени пораженности агроландшафта криогенными процессами (массив Меняйка на левобережье р. Лены, 2008 г.):

1-4 - степени пораженности агроландшафта (1 - слабая,

2 - средняя, 3 - сильная, 4 - очень сильная); 5 - ПЖЛ мощностью до 10 м; 6 - земляная жила; 7 - подземные пустоты; 8 - термокарстовые просадки; 9 - термокарстовые просадки с водой; 10 -просадки смешанного происхождения; 11 - морозобойные трещины;

12 - термокарстово-эрозионные образования;

13 - западинно-бугристый микрорельеф

шафтов криогенными процессами [3]. По этой методике была оценена степень преобразования агроземель на отдельных мониторинговых полигонах. Так, на массиве Меняйка, освоенного без геокриологических изысканий и без использования противокриогенных мероприятий, площадь агроземель, преобразованных в сильной степени, составляла в 1993 г. лишь 0,5%, а в 2008 г. увеличилась до 21,2%. На массиве Дыргыабай в 2008 г. доля площади кризисного преобразования агроземель увеличилась по сравнению с 1992 г. от 0,03 до 23% (табл. 1, 2).

Приведенные данные свидетельствуют о том, что прослеживается ухудшение современного состояния криогенных агроландшафтов на мониторинговых полигонах Кердюген и Майя. Причем оно отмечено только на сильнольдистых межаласных территориях. Такие земли частично используются под пастбища.

4. Научные и прикладные результаты исследований Института мерзлотоведения СО РАН реализованы при разработке и использовании комплексных противокриогенных мероприятий по восстановлению и улучшению агроземель, разрушенных вследствие вытаивания подземных льдов и развития термокарстовых западин и просадок под отепляющим влиянием расчистки леса, вспашки и орошения [3-4]. Так, в 1987-1989 гг. на массиве Рожа был проведен полный объем противокриогенных мероприятий. С восстановлением этой пашни земледельцы агрофирмы Хатассы в течение 16 лет

Таблица 1

Пораженность криогенными процессами и преобразование агроландшафта массива Меняйка

близ г Якутска за 1993-2008 гг.

Индекс Глубина нросадок, м Степень пораженности агроландшафта Состояние преобразованного агроландшафта % от площади

1993 г. 2006 г. 2008 г.

< 0,1 Очень слабая Удовлетворительное 46,1 0,9 0,0

0,1-0,3 Слабая Напряженное 39,8 45,5 34,9

0,3-0,5 Средняя Критическое 13,6 23,5 23,5

0,5-0,7 Сильная Кризисное 0,5 12,9 21,2

0,7-1,0 Очень сильная Бедственное 0,0 17,2 20,4

Т а б л иц а 2

Пораженность криогенными процессами и преобразование агроландшафта массива Дыргыабай

на правобережье р. Лены за 1992-2008 гг.

Индекс Глубина нросадок, м Степень пораженности агроландшафта Состояние преобразованного агроландшафта % от площади

1992 г. 2006 г. 2008 г.

< 0,1 Очень слабая Удовлетворительно е 99,97 2,0 1,0

2 0,1-0,3 Слабая Напряженное 0,0 4,5 3,1

-Ч 0,3-0,5 Средняя Критическое 0,0 65,8 62,9

0,5-0,7 Сильная Кризисное 0,03 21,7 23,0

0,7-1,0 Очень сильная Бедственное 0,0 6,0 10,0

получали очень высокий урожай, в частности до 118-140 ц/га картофеля.

Таким образом, комплексные научные и прикладные разработки могут способствовать решению важнейших народохозяйственных задач в области рационального использования земель.

5. Естественные и освоенные аласные и пойменные ландшафты имеют относительно благоприятные геокриологические условия для сельскохозяйственного производства, поскольку в таких природных комплексах обычно нет крупных залежей подземного льда и слабо проявляются негативные криогенные процессы. Эти ландшафты обладают большим потенциалом устойчивости при сельскохозяйственном освоении.

Заключение

Полученные результаты могут послужить основой для оценки устойчивости криогенных агроландшафтов и составления разномасштабных пространственно-временных моделей с использованием ГИС, а также для разработки рекомендаций по рациональному использованию сельскохозяйственных земель и охраны окружающей среды.

Данная работа выполнена по проекту СО РАН 7.10.2.5.

Литература

1. Государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды Республики Саха (Якутия) в 2007 г.

- Якутск, 2008. - 164 с.

2. Гаврильев П.П. Термопросадки и деформации поверхности поля при мелиорации долины р.Амги // Криогидрологические исследования. - Якутск, 1985.

- С.148-161.

3. Гаврильев П.П. Мелиорация и рациональное использование земель в Якутии при наличии ледового комплекса: научно-методические рекомендации. -Якутск: ИМЗ СО РАН, 1991а. - 72 с.

4. Гаврильев П.П. Мелиорация мерзлотных земель в Якутии. - Новосибирск: Наука, 19916. - 182 с.

5. Гавpильев П.П., Мандаpов А.А., Угаpов И.С. Гидротермические мелиорации сельскохозяйственных угодий в Якутии. - Новосибирск: Наука, 1984. - 200 с.

6. Угаров И.С., Мандаров А.А. Орошение дождеванием кормовых культур в Центральной Якутии. - Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 2000. - 127 с.

7. Кривощеков В.С. Мелиорация и освоение земель на Чукотке. - Магадан, 2000. - 268 с.