Температурный режим гумусовых горизонтов почв острова Кинг-Джордж, Западная Антарктика

Е. В. Абакумов, М. П. Андреев

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ГУМУСОВЫХ ГОРИЗОНТОВ ПОЧВ ОСТРОВА КИНГ-ДЖОРДЖ, ЗАПАДНАЯ АНТАРКТИКА Введение

Почвы Антарктиды образуются под непосредственным влиянием холодного климата в сухих или влажных условиях. При этом существенную роль в почвообразовании играет вечная мерзлота, распространенная в почвенном профиле на различных глубинах в зависимости от широты местности и локальных рельефных и гидрологических условий. Величины средней годовой температуры воздуха позволили Бокхейму разделить Антарктиду на три экоклиматических региона [1]. В общих чертах субантарктические острова характеризуются среднегодовой температурой воздуха около -1°С, собственно антарктическими ландшафтами считаются те, которые находятся южнее изотермы -8°С. Понятно, что это разделение несколько условно, но все же отражает существенные различия в температурном режиме субантарктического и антарктического поясов. В условиях дефицита климатических ресурсов почвообразования температура воздуха и почвы играет решающую роль в географии почв Антарктиды. На круглогодичных полярных станциях в Антарктиде проводятся регулярные измерения температуры воздуха и поверхности почвы на метеостанциях. Между тем сведения о температуре собственно почв очень редки. По российским станциям данные о динамике температур почв частично опубликованы [2]. При этом были зафиксированы данные о температуре на различных глубинах (с большим интервалом), а не в гумусовых горизонтах. Для анализа динамики состава органического вещества почв в условиях изменяющегося климата необходимы сведения о температурном режиме гумусовых горизонтов. Эти данные также необходимы для анализа закономерностей гумификации в рамках кинетической концепции гумификации [3], предложенной Д. С. Орловым. В связи с вышесказанным целью настоящей работы был анализ динамики температуры гумусовых горизонтов литоземов о-ва Кинг-Джордж в течение года и установление периода биологической активности почв как главного параметра, определяющего направление гумификации.

Объекты и методы исследования

Наблюдения проводили на мысе Неблес-Пойнт, о-в Кинг-Джордж, архипелаг Южные Шетландские о-ва, Западная Антарктика. Остров Кинг-Джордж является одним из самых теплых островов морской Антарктики. Климат п-ова Файлдс — морского типа с малым сезонным ходом температуры. Господствующей воздушной массой, определяющей погоду в этом районе, является субантарктический теплый морской воздух [4]. Условия погоды на о-ве Кинг-Джордж очень неустойчивы. Преобладает сырая, пасмурная погода. Средняя годовая температура воздуха составляет -2,8°С. Обычно в январе-феврале температура положительная (0,7-0,8°С), все остальные месяцы — отрицательная. Наиболее холодный месяц — июнь (среднемесячная температура -7,2°С). Резкие средне-

© Е. В. Абакумов, М. П. Андреев, 2011

суточные колебания температуры не наблюдаются. Годовое количество осадков составляет 729 мм.

По поводу места о-ва Кинг-Джордж в зональной схеме географического распространения почв нет окончательно сформировавшегося мнения. Полуостров Ардли представлен скорее тундровыми растительными ассоциациями с литоземными, криоземными и орнитогенными почвами. На остальной территории о-ва Кинг-Джордж существуют аналогичные участки небольшой площади, похожие на тундры, но все же основная его часть представлена тундропустошами с литоземами, петроземами и криоземами. Сосудистые растения на острове представлены двумя видами: щучкой Deshampsia antarctica и коло-бантусом Colobantus quitensis; доминируют же в составе растительного покрова низшие растения — лишайники, мхи, грибы, водоросли.

Был изучен температурный режим и состав органического вещества двух почв — литоземов, расположенных под щучкой антарктической с небольшой долей мха (Sanion-ia uncinata) и под лишайниковым покровом (Stereocaulon glabrum) с небольшим участием мхов (Sanionia uncinata и Polytrichastrum alpinum). В каждую почву помещали автоматический фиксатор температур — термохрон, рассчитанный на фиксацию температур в течение одного года. Ранее методика применения термохронов в физических исследованиях почв была опробована на кафедре физики почв МГУ им. М. В. Ломоносова и в Институте Биологии Коми НЦ РАН. Термохроны были помещены в почву на глубину 10 см 22 февраля 2008 г., а изъяты из почвы для считывания данных 17 марта 2009 г. Полученные температурные данные сравнивали с данными о температуре воздуха и поверхности почвы на метеоплощадке станции Беллинсгаузен.

Тип гумуса определяли ускоренным пирофосфатным методом [5], метаболический коэффициент — по соотношению уровней базального дыхания почв и микробной биомассы [6].

Результаты исследования и их обсуждение

На рис. 1 приведен годовой ход температуры воздуха и поверхности почв с начала марта 2008 г. до конца марта 2009 г. по данным метеостанции Беллинсгаузен (URL: http:// www.aari.nw.ru).

Для оценки продолжительности периода биологической активности почвы обычно используют число дней с температурой воздуха, превышающей +5°С. Понятно, что в Антарктиде, и даже в Субантарктике, температура воздуха выше пяти градусов наблюдается очень редко. Низшие и высшие сосудистые растения существуют в ландшафтах Антарктиды и осуществляют рост при низких положительных температурах, в том числе и находящихся в диапазоне 0-5°С. Поэтому для антарктических ландшафтов следует рассчитывать период биологической активности (ПБА) для суммы дней с положительной температурой. Из рис. 1 видно, что температура поверхности почвы в среднем несколько выше, чем температура воздуха. Известно, что в Антарктиде почвы прогреваются сильнее, чем воздух [7], поэтому ПБА — важнейший параметр, влияющий на гумификацию, собственно в почве должен быть выше чем в надпочвенном воздухе. Подсчеты ПБА показали, что если за основу брать данные о температуре воздуха, то ПБА составит 95 дней, если температуру поверхности почвы — 112 дней. Таким образом, в течение продолжительного периода, начиная с конца ноября по середину — конец марта на поверхности почвы возможно осуществление биологических процессов.

б

г, °С

-14

Время

Рис. 1. Годовой ход температуры воздуха (а) и поверхности почвы (б) на станции Беллинсгаузен

Результаты измерения температуры гумусовых горизонтов приведены на рис. 2. В литоземе под щучкой ПБА составил около 107 дней и около 120 дней в почвах под лишайниками и мхами. Различия в ПБА под различным типом растительного покрова связаны, по всей вероятности, с разной сомкнутостью поверхностного растительного покрова. Локалитет щучки формирует очень плотную дернину на поверхности почвы, в то время как органогенный горизонт под мхами и лишайниками представлен слабосвязанным и рыхлым органическим материалом. Видимо, именно поэтому почва под щучкой прогревается медленнее, но средняя температура под ней выше.

Если рассчитать величины ПБА традиционным способом, отталкиваясь от границы +5°С, то ПБА будет продолжаться с конца декабря по начало февраля, что соответствует порядкам величин, характерных для тундр Евразии [8]. Это должно приводить к формированию фульватного гумуса и оторфовыванию подстилки, что и получило подтверждение при изучении нами органического вещества почв о-ва Кинг-Джордж (таблица).

мхи и лишайники

б

г, °С

щучка Время

Рис. 2. Годовой ход температуры литоземов под мхами и лишайниками

и щучкой

Характеристики органического вещества почв

Горизонт C , % ox, C ф , % пироф. C , % гк’ Cф , % фк С /Сф гк фк Метаболический коэффициент

Под лишайниками

28,45 5,4 1,12 4,28 0,26 0,01

°2 23,57 4,5 0,51 3,99 0,13 0,03

А 4,20 1,9 0,88 1,02 0,86 0,04

Под щучкой

22,59 4,4 1,10 3,30 0,33 0,03

°2 26,54 6,7 1,51 5,19 0,29 0,01

°3 26,98 7,6 2,46 5,14 0,48 0,01

OA 36,52 2,4 0,44 1,96 0,22 0,03

A 4,00 2,0 0,86 1,14 0,75 0,03

Уровни накопления органического вещества в гумусовых горизонтах сложно назвать низкими, что является дополнительным аргументом для отнесения этих почв к тундровым. При этом состав гумуса характеризуется как гуматно-фульватный, что характерно, скорее, для почв тундр, чем для тундропустошей или полярных пустынь. На степень гумификации органического вещества гумусовых горизонтов оказывает влияние продолжительность периода биологической активности, что подтверждается близкими уровнями показателей Сгк/Сфк и метаболического коэффициента. В связи с этим можно сделать вывод, что состав растительных остатков мало влияет на гумификацию в гумусовых горизонтах, в то время как тип гумуса определяется в основном климатическими условиями. Это подтверждается ранее опубликованными данными [9]. Тем не менее в случае органогенных горизонтов наблюдается определенное влияние состава растительных остатков на тип гумуса, о чем сообщалось ранее [10].

Заключение

Проведенные исследования показали, что по составу гумуса и продолжительности периода биологической активности почв литоземы мыса Неблес Пойнт на о-ве Кинг-Джордж, следует относить, скорее, к почвам тундр, чем к почвам тундропустошей.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 10-04-01181-а).

Литература

1. Bockheim J. G., Hall K. Permafrost, active-layer dynamics and periglacial environments of continental Antarctica // South-African J. Scie. 2002. Vol. 98. P. 82-90.

2. Gilichinsky D., Abakumov E., Abramov A. et al. Soils of Mid and Low Antarctic: diversity, geography, temperature regime / ed. by R. J. Gilkes, N. Prakongkep. Proceedings of the 19th World Congress of Soil Science; Soil Solutions for a Changing World; ISBN 978-0-646-53783-2; Published on DVD; URL: http:// www.iuss.org; Symposium WG 1.4.; Cold soils in a changing world; 2010. Aug. 1-6. Brisbane.

3. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во МГУ, 1992.

4. План управления станцией Беллинсгаузен. СПб.: ААНИИ, 2009. 23 с.

5. Пономарева В. В., Плотникова Т. А. Гумус и почвообразование. Л.: Наука. 1980. 222 с.

6. Method of Soil Analysis. Pt. 2. SSSA Book Series. Madison, USA, 1994.

7. Марков К. К., Бардин В. И., Лебедев В. Л. B и др. География Антарктиды. М.: Мысль, 1968. 438 с.

8. Орлов Д. С., Садовникова Л. К., Суханова Н. И. Химия почв. М.: МГУ, 2005. 558 с.

9. Абакумов Е. В. Источники и состав гумуса некоторых почв Западной Антарктики // Почвоведение. 2010. № 2. С. 538-547.

10. Clace N., Campanella L., Depaolis F., Petronio B. M. Characterization of humic acids isolated form Antarctic soils // Internat. J. environ. analyt. chem. 1995 Vol. 60 (1). Р. 71-78.

Статья поступила в редакцию 20 декабря 2010 г.