Почвы и почвенный покров Кольского полуострова: история и современное состояние исследований

УДК 631.4

ПОЧВЫ И ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА:

ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

В.Н. Переверзев

Полярно-альпийский ботанический сад-институт им. Н.А. Аврорина КНЦ РАН

Аннотация

Почвенные исследования на Кольском п-ове развивались с 30-х гг. XX столетия по следующим направлениям: генезис и географическое распространение основных типов почв, продуктивность растительного покрова, химический состав растений и минеральный обмен между почвой и растениями в экосистемах, годичная и многолетняя динамика химических элементов в почвах, роль органического вещества в генезисе и плодородии почв, регулирование плодородия почв, проблема загрязнения почв под влиянием аэротехногенных выпадений.

Ключевые слова:

почвы, генезис, минеральный обмен, динамика, органическое вещество, плодородие, загрязнение.

Почвенный покров представляет собой тонкую, обычно менее 1 м, оболочку (педосферу) суши земного шара. Несмотря на маломощность и уязвимость по отношению к внешним воздействиям, почва составляет основное природное богатство любой страны, любой нации. Не случайно В.В. Докучаев, основатель научного почвоведения, назвал почву (наряду с животным, растительным и минеральным мирами) четвертым царством природы. С древнейших времен почва служила предметом приложения человеческого труда для получения средств существования. В наше время многократно возросла экологическая роль почвенного покрова, поскольку именно почва аккумулирует вещества и энергию, регулирует распределение водных масс на поверхности Земли и газовый состав приземного слоя атмосферы, осуществляет нейтрализацию промышленных загрязнений. По образному выражению В.А. Ковды, почвенный покров является защитным экраном жизни на Земле.

Изучение почвенного покрова и почв, его составляющих, является непременным компонентом познания природных условий региона. Почвенные исследования на Кольском п-ове стали проводиться сразу после начала изучения и освоения его природных богатств - в 1920-1930-е гг. Первые, еще разрозненные, исследования были в основном посвящены изучению географических закономерностей распространения почв преимущественно в центральной части Кольского п-ова, вдоль линии железной дороги Кандалакша-Мурманск. Эти работы проводились в основном путем полевых наблюдений без достаточного аналитического обеспечения. Более глубокие географические и генетические исследования почв региона связаны с именем Н.П. Белова, неутомимого исследователя почвенного покрова Кольского п-ова. Сотрудниками центральных институтов: Е.Н. Ивановой, М.М. Мазыро, В.В. Пономаревой, О.А. Полынцевой было проведено изучение почв отдельных районов. Результаты первых почвенно-географических и генетических исследований были обобщены в монографиях [1, 2]. Были составлены почвенные карты Кольского п-ова, вошедшие в состав атласа Мурманской области [3], Государственной почвенной карты СССР и Почвенной карты РСФСР.

Наиболее широкое в географическом плане и в то же время глубокое изучение почв было начато в 1960-е гг., когда по инициативе председателя Президиума Кольского филиала АН СССР

А.В. Сидоренко к группе высококвалифицированных почвоведов, работавших в то время в Полярноальпийском ботаническом саду, примкнуло новое поколение молодых исследователей. Это было время, когда в Академии наук господствовало мнение о необходимости приоритетного развития фундаментальных исследований. В области почвоведения этому требованию отвечал синтез полевых наблюдений с экспериментальными работами, что позволяло не только выявить закономерности генезиса и географического распространения почв на данной территории, но и вскрыть внутренние процессы развития почвы во взаимодействии с факторами почвообразования.

Если представить почву как открытую систему, находящуюся в постоянном массо- и энергообмене с окружающей средой [4], то вырисовываются два пути познания сложных процессов почвообразования и формирования почвенного покрова. Первый из них связан с изучением вопросов взаимосвязи почвы и растений, обмена веществ между ними. На основании изучения биологической продуктивности и химического состава растений возможно получение количественных характеристик минерального обмена элементов в основных экосистемах Кольского п-ова. Это направление было начато в 1950-е гг. по рекомендации акад. И.В. Тюрина и успешно воплощалось его ученицей В.И. Левиной, а затем К.Н. Манаковым, В.В. Никоновым и Г.И. Ушаковой. Результаты этих исследований обобщены в нескольких фундаментальных монографиях [5-9]. Они вскрыли зональные закономерности биологической продуктивности и обмена веществ между почвами и растениями. Проведенные в рамках Международной биологической программы, биогеоценотические исследования представили обширные материалы для глубоких обобщений процессов взаимодействия растительного и почвенного покровов в экосистемах Кольского Севера.

Другим направлением, вытекающим из представления о взаимосвязи почвы и факторов, под влиянием которых она образуется и развивается, является изучение изменений состава и свойств почв во внутригодичном и многолетнем циклах. Эти исследования дают представление о современных процессах эволюции почв и имеют большое теоретическое значение, особенно с точки зрения познания экологической роли почвенного покрова. Они важны также при изучении вопросов загрязнения почв промышленными выбросами. Динамические исследования были начаты также В.И. Левиной и продолжались на протяжении последних десятилетий. В результате этих наблюдений удалось выявить сезонные и многолетние изменения наиболее лабильных форм соединений таких важнейших элементов-биофилов, как углерод, азот, фосфор, кальций и калий. В сочетании с результатами изучения более консервативных показателей (гранулометрического, валового химического состава, форм соединений профилеобразующих элементов - железа и алюминия) эти исследования дают более полное представление о генетических особенностях почв и их современном состоянии. Результаты этих исследований также нашли отражение в ряде монографических работ [10-14]. Большое внимание было уделено изучению органического вещества почв, ведущего фактора формирования почвенного профиля и плодородия почв. В сочетании с изучением генетических особенностей почв выявлены зональные закономерности гумусообразования в подзолистых почвах, профильного изменения содержания и состава гумуса и азотистых соединений, сезонной и многолетней динамики органического вещества и азота в почвах, процессов трансформации растительных остатков и формирования гумусового комплекса почв под влиянием природных и антропогенных факторов [15].

Генетическими исследованиями были охвачены почвы всех природных зон и подзон Кольского п-ова (тундровой, лесотундровой и северотаежной), а также крупных горных систем (Хибинских, Ловозерских, Кандалакшских гор). Результаты этих исследований показали, что на обширной территории Кольского п-ова и прилегающих к нему материковых пространств, в том числе западной части Северной Фенноскандии (в пределах областей Тромс и Финмарк Северной Норвегии) господствуют А^е-гумусовые подзолы, сформировавшиеся на песчаных породах разного происхождения.

Характерной чертой подзолов в Северной Фенноскандии является четко выраженная дифференциация химического состава по профилю, обусловленная проявлением А№е-гумусового процесса. Песчаные породы, на которых сформировались эти почвы, отличаются от аналогичных пород более южных территорий богатым химическим составом ввиду господствующего здесь преимущественно физического выветривания коренных пород без существенной трансформации их минералогического состава.

Выявлены зональные различия генетических особенностей А№е-гумусовые подзолов, в частности, интенсивности профильного распределения валового содержания и аморфных соединений алюминия и железа, а также гумусовых соединений. Тем не менее, зональные различия не выходят за пределы характеристик, свойственных типу А№е-гумусовых подзолов. Следовательно, почвы всех природных зон в пределах территории Северной Фенноскандии относятся к единой генетической общности с некоторыми количественными различиями основных генетических показателей, позволяющими выделить в типе подзолов подтипы. Иллювиально-гумусовые подзолы распространены в подзонах южной тундры и лесотундры, а также в лесном поясе горных массивов; иллювиально-железистые подзолы широко распространены в подзоне северной тайги.

А№е-гумусовое почвообразование протекает на песчаных породах разного происхождения -моренных, флювиогляциальных, морских, а также на элювии коренных пород. Выявлено варьирование генетических характеристик в пределах одного типа почв - А№е-гумусовых подзолов - в зависимости от происхождения почвообразующих пород. Подзолы, сформировавшиеся на хорошо отсортированных безвалунных морских и флювиогляциальных песках, отличаются более значительной выщелоченностью и меньшей контрастностью профиля по содержанию А1 и Fe, особенно их аморфных соединений, по сравнению с подзолами на песчаной морене.

Среди отсортированных пород наиболее бедным химическим составом выделяются морские пески Терского побережья, обогащенные переработанным морем элювием красноцветных песчаников. Сформировавшиеся на них почвы отличаются слабовыраженной профильной дифференциацией химического состава. По совокупности генетических признаков эти почвы могут быть отнесены к самостоятельному типу почв - псаммоземов, входящих в отдел слаборазвитых почв.

Почвы более тяжелого гранулометрического состава (суглинистые и глинистые глееземы) имеют ограниченное распространение и приурочены к выходам на дневную поверхность морских пород, в основном в долинах крупных рек, впадающих в Баренцево море.

Выявлены генетические различия почв природных поясов Хибинских гор и других горных систем, обусловленные высотным градиентом климатических условий и характером почвообразующих пород. Описаны генетические особенности подбуров, сформировавшихся на богатом по химическому составу элювии нефелиновых сиенитов в тундровом поясе Хибинских и Ловозерских гор.

Сложное орографическое устройство территории Кольского п-ова обусловило большое разнообразие и контрастность условий увлажнения почвенно-грунтовой толщи, отражающееся на почвообразовательных процессах и формирующее структуру почвенного покрова. Экологический ряд почв, в генезисе которых отражается влияние возрастающего увлажнения, включает иллювиально-железистые подзолы, иллювиально-гумусовые подзолы, иллювиально-многогумусовые подзолы, торфяно-подзолы. По гранулометрическому и валовому химическому составу подзолы, сформировавшиеся в разных условиях увлажнения, достаточно близки: различия почв по этим признакам статистически недостоверны. В то же время, разный уровень увлажнения сказался на интенсивности дифференциации химического профиля подзолов, которая характеризуется соотношением типоморфных элементов ^ к А1 и Fe). С возрастанием увлажнения дифференциация химического профиля увеличивается. Особенно отчетливо это видно по содержанию в разных горизонтах А1. Наиболее информативными показателями генетических различий почв, обусловленных влиянием гидрологического фактора, является содержание и профильная дифференциация оксалаторастворимых соединений А1 и Fe. Также четко отражают степень увлажнения почв данные по содержанию и составу органического вещества. С возрастанием увлажнения увеличивается мощность подстилки, гумусированность минеральных горизонтов, интенсивность аккумуляции гумусовых веществ, в основном фульвокислот, в иллювиальном горизонте.

Широкое распространение на территории Кольского п-ова имеют почвы гидроморфного ряда -торфяные почвы разного генезиса. По основным показателям физического состояния, зольного состава, физико-химических свойств, состава органического вещества торфяные почвы четко подразделяются на типы: торфяные эутрофные (низинных болот) и торфяные олиготрофные (верховых болот). Почвы переходных (мезотрофных) болот по большинству показателей близки к почвам низинных болот. Выявлены различия химического состава торфяных почв в зависимости от содержания в их составе остатков верховых видов сфагновых мхов.

Почвенный покров территории формируется под влиянием факторов почвообразования, в частности климатических условий (соотношения тепла и влаги) и рельефа, регулирующего водный режим почвенно-грунтовой толщи, который также является фактором распределения почв на территории. На основе почвенной карты масштаба 1:2000000, составленной А.В. Барановской и представленной в Атласе Мурманской области [3], рассчитаны площади, занимаемые отдельными типами почв. Основу почвенного покрова территории Мурманской области составляют иллювиально-железистые подзолы, занимающие около 40% площади суши, и торфяные почвы разного генезиса - более 25%. Значительный удельный вес приходится также на иллювиальногумусовые подзолы, площади которых примерно поровну распределяются между подзонами тундры и лесотундры. Площадь торфяно-подзолов, выделенных на почвенной карте в самостоятельные контуры, невелика - 2% от площади суши. Но следует иметь в виду, что эти почвы входят в

комплексы с другими почвами автоморфного и гидроморфного рядов в связи с пересеченностью рельефа, свойственной большей части территории Мурманской области.

В последнее десятилетие проведено комплексное биогеохимическое изучение экосистем Севера Европы. Территория обследования представляет субконтинентальный уровень и составляет 1.5 млн км2 (вся территория Финляндии, Кольского п-ова, Карелии, Ленинградской и Архангельской областей и север Республики Коми), в пределах которой наблюдается большое разнообразие геологических, ландшафтных и биоклиматических условий. Исследования биогеохимии окружающей среды велись на основе изучения характерных малых водоосборов во всей взаимосвязи образующих ее компонентов: четвертичных отложений, атмосферных осадков, растительности, почв,

поверхностных и груновых вод. Большая часть материала, была получена при проведении крупных международных проектов «Экогеохимическое картирование и мониторинг западной части Мурманской области и соседней территории Финляндии и Норвегии в масштабе 1:1000000» и международного проекта «Экогеохимическое картирование Восточной части Баренц-региона».

Для всей этой обследованной территории определены уровни и варьирование содержания более 40 элементов во всех основных компонентах окружающей среды. На основе сравнения распределения элементов между обследованными средами выявлены особенности поведения их в окружающей среде: поступление с атмосферными осадками, формирование химического состава растений, участие элементов в процессах почвообразования, вынос с поверхностными водами за пределы водосбора. Основным природным фактором регионального распределения содержания многих элементов в растениях, почвах, а также атмосферных осадках и поверхностных водах является биоклиматический фактор. Поэтому во всех поверхностных компонентах окружающей среды не может быть установлена единая фоновая или критическая концентрация элементов. Эти величины должны быть гибкими и зависеть от географической широты местности.

Показано, что аэротехногенное загрязнение посредством прямого или косвенного воздействия изменяет практически все исследованные параметры (несколько сотен) основных компонентов окружающей среды. Определены региональные фоновые, предельно допустимые и дефицитные уровни концентраций более чем 30 элементов в почвах. Показано, что уровень поступления основных катионов от промышленности в регионе достаточен для поддержания кислотного статуса почв индустриальной части Кольского полуострова на фоновом уровне, несмотря на присутствие в регионе одних из самых крупных в мире источников веществ, повышающих кислотность почв [16,

17].

В рамках экологических исследований проведено изучение возможностей биологической рекультивации отвалов обогащения апатитонефелиновых руд и особенностей формирования почвенного профиля на них под влиянием разновозрастного растительного покрова [18, 19].

Развитие сельскохозяйственного производства, начавшееся одновременно с промышленным освоением природных ресурсов, потребовало разработки приемов окультуривания местных почв, казавшихся ранее бесплодными и непригодными для выращивания сельскохозяйственных культур. В первую очередь решались вопросы освоения почв, эффективного применения органических и минеральных удобрений. Все эти пионерные исследования носили прикладной характер без серьезной методологической и теоретической проработки.

Новые разработки, касающиеся окультуривания почв, применения удобрений, основаны на материалах, полученных в ходе генетических исследований окультуренных почв, их состава и свойств, сезонной и многолетней динамики почвенных процессов [18]. Это позволило разработать мероприятия практического характера с учетом степени окультуренности пахотных почв, современных процессов, протекающих в них под влиянием природных и антропогенных факторов. На основе изучения микроэлементного состава освоенных почв разработаны дозы и способы применения новых для сельского хозяйства области микроудобрений [19].

Почвенно-агрохимические исследования позволили определить пути эффективного использования почв для получения экологически качественной сельскохозяйственной продукции, выявили роль органических, минеральных и микроудобрений в создании и поддержании эффективного плодородия окультуренных почв. Разработанные системы применения удобрений позволяют не только поддерживать на высоком уровне эффективное плодородие, но и создавать потенциальное плодородие окультуренных почв как основу устойчивости агрофитоценозов в условиях интенсивного земледелия.

ЛИТЕРАТУРА

1. Полынцева О.А. Почвы юго-западной части Кольского полуострова. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1958. 152 с. 2. Белов Н.П., Барановская А.В. Почвы Мурманской области. Л.: Наука, 1969. 148 с. 3. Атлас Мурманской обл. М.: Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР, 1971. 33 с. 4. Ковда В.А. Проблемы защиты почвенного покрова и биосферы планеты. Пущино: Ин-т почвоведения и фотосинтеза, 1989. 156 с. 5. Манаков К.Н. Элементы биологического круговорота на Полярном Севере. Л.: Наука, 1970. 160 с. 6. Манаков К.Н. Продуктивность и биологический круговорот в тундровых биогеоценозах Кольского полуострова. Л.: Наука, 1972. 148 с. 7. Манаков К.Н., Тертица Н.В. Биологический круговорот в агрофитоценозах Мурманской области. Л.: Наука, 1978. 140 с. 8. Манаков К.Н., Никонов В.В. Биологический круговорот минеральных элементов и почвообразование в ельниках Крайнего Севера. Л.: Наука, 1981. 195 с. 9. Ушакова Г.И. Биогеохимическая миграция элементов и почвообразование в лесах Кольского полуострова. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1997. 150 с. 10. Сезонная динамика почвенных процессов на Полярном Севере / А.В. Барановская, В.И. Левина, В.Н. Переверзев. Л.: Наука, 1969. 119 с. 11. Биологическая активность и азотный режим торфяно-болотных почв в условиях Крайнего Севера / В.Н. Переверзев, Э.А. Головко, Н.С. Алексеева. Л.: Наука, 1970. 99 с. 12. Переверзев В.Н., Иваненко Н.К. Калий в подзолистых почвах Кольского полуострова. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1997. 13. Кальций в подзолистых почвах Кольского полуострова /В.Н. Переверзев, Н.К. Иваненко, Е.А. Кошлева. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2000. 101 с. 14.. Фосфор в подзолистых почвах Кольского полуострова /

В.Н. Переверзев, Е.А. Кошлева, А.М. Чуриков. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1992. 130 с. 15. Переверзев В.Н. Биохимия гумуса и азота почв Кольского полуострова. Л.: Наука, 1987. 303 с. 16. Кашулина Г.М. Аэротехногенная трансформация почв европейского субарктического региона. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2002. Ч. 1. 158 с.; Ч. 2. 234 с. 17. Кашулина Г.М.. Салтан Н.В. Химический состав растений в экстремальных условиях локальной зоны комбината «Североникель». Апатиы: Изд. КНЦ РАН, 2008. 239 с. 18. Переверзев В.Н., Подлесная Н.И. Биологическая рекультивация промышленных отвалов на Крайнем Севере. Апатиты: Изд. КФ АН СССР, 1986. 104 с. 19. Эволюция техногенных ландшафтов (на примере отходов апатитовой промышленности) / Г.А. Евдокимова, В.Н. Переверзев, И.В. Зенкова, М.В. Конейкова, В.В. Редькина. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2010. 146 с. 20. Переверзев В.Н. Культурное почвообразование на Крайнем Севере. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1993. 156 с. 21. Елсаков Г.В. Микроэлементы в сельскохозяйственных почвах и культурах Кольского Севера. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1997. 46 с.

Сведения об авторе

Переверзев Владимир Николаевич - д.с.-х.н., профессор, рук. лаб. почвоведения, e-mail: vnp ereverzev@mail.ru