Криогенные процессы сельскохозяйственных земель в центральной части Якутии

УДК 574.5 572.1.4

Р.В. Васильев

КРИОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ЯКУТИИ

В статье содержится описание криогенных процессов на сельскохозяйственных землях в условиях климата Центральной части Якутии. Изучение этих процессов важно не только для АПК, но и для решения вопросов в промышленном секторе экономики региона.

Несмотря на то, что первые данные о почвах Якутии появились в начале XX века, планомерные исследования почвенного покрова начались с 1950-х годов. Результаты этих исследований стали известны научной общественности, благодаря изысканиям В.Г. Зольникова [1].

Около 25-30% агроземель в Якутии имеют неудовлетворительное состояние, а 10-20% пашен, освоенных после раскорчевки леса, или тысячи гектаров пахотных земель, приходят в негодность из-за значительного ухудшения мерзлотно-экологической обстановки в связи с резкими изменениями климата и антропогенными воздействиями [2]. Это наносит огромный экологический и социально-экономический ущерб, исчисляемый во многих миллионах рублях. Такое положение вызывает необходимость создания научной мерзлотно-экологической базы для рационального использования и охраны земель.

В настоящее время актуально познавать закономерности формирования мерзлотно-гидротермического режима почв, экологического состояния и устойчивости деятельного слоя таежных агроземель и их продуктивности в условиях современного изменения климата и усиления антропогенного воздействия. При этом важно выявить характер развития криогенных процессов и нарушений мерзлотных таежно-палевых почв и деятельного слоя геосистем на обширных межаласных территориях, где развиты мощные ледовые комплексы.

В работе освещены ранее малоизученные мерзлотноэкологические феномены:

а) возникновение за короткий срок (3-8 лет) дестабилизированных (ослабленных) зон в сезонно-талом слое (СТС) в виде подземных пустот, рыхлых грунтовых жил и трещин как очагов экологического риска освоения земель;

б) аномально скоротечные, скачкообразные проявления криогенных процессов и всплески кризисных экологических ситуаций;

в) необратимые криогенные, геологические процессы вплоть до образования озерного термокарста как катастрофы для мерзлотных таежных почв и сельскохозяйственных угодий.

Эти феномены являются результатом ответной реакции криогенных явлений и деятельного слоя геосистем пород ледового комплекса на современные изменения климата и антропогенные воздействия.

В статье излагаются современные представления о закономерностях формирования гидротермического режима почвогрунтов, экологического состояния, неустойчивости и устойчивости мерзлотных таежных земель Центральной части Якутии в условиях богарного и орошаемого земледелия. Также рассматриваются актуальные проблемы экологического районирования и картографирования территорий, рационального землепользования и даны рекомендации по восстановлению нарушенных криогенными явлениями земель.

Предлагаемая работа подготовлена по результатам комплексных мерзлотно-гидротермических и криоэкологичес-ких исследований 1989-2000 гг. в Центральной части Якутии, а также фондовых и литературных источников.

Прошло почти полвека с того времени, как в отечественную литературу вошел термин «мерзлотно-таежные почвы» в качестве типа или подтипа [3]. Е.Н. Иванова и др. выделили криогенные почвы в особую группу почв, в которой специфичность процессов почвообразования связана с мерзлотными явлениями и низкими зимними температурами. Л.Г. Еловской все почвы Якутии были названы мерзлотными [4].

Во второй половине XX века проблема устойчивости геосистем криолитозоны привлекла внимание многих исследователей. Проблема устойчивости мерзлотных природных комплексов и их основных компонентов является ключевой в рациональном использовании и охране сельскохозяйственных земель в области вечной мерзлоты.

В биолого-географической и геоэкологической литературе термин «экосистема» широко применяется как синоним слова геосистема. У разных авторов понятия устойчивости экосистем трактуется по-разному. Так, по Т.П. Куприяновой, устойчивость геосистемы - это способность почвы активно сохранять свою структуру и характер функционирования в пространстве и времени при изменяющихся условиях среды [5]. Данное определение вполне подходит для геосистем вне области вечной мерзлоты. В настоящее время получило широкое признание представление о высокой чувствительности и легкой ранимости природы Севера и Субарктики, включая мерзлотные геосистемы.

В качестве примера здесь рассмотрим сельскохозяйственные земли Мегино-Кангаласского улуса - крупные

массивы Даргыбай Атага, Мундулах, Джагар, расположенные на Тюнгюлюнской и Абалахской террасах р. Лены. Для этой территории характерны таежно-аласные ландшафты с развитыми термокарстовыми процессами и явлениями. Аласами занято около 20% территории. Высота борта аласов достигает 10-20 метров. Межаласные массивы достаточно широко освоены под пашни путем раскорчевки в разные годы [2].

Мерзлотно-таежные агроземли - легко уязвимые криогеосистемы. Основные компоненты таежных агроландшафтов взаимообусловлены и взаимосвязаны, что определяет их мерзлотно-экологическое состояние и устойчивое равновесие. При этом удаление какого-либо компонента и изменение состава или режима одного из них, например, влажности и теплофизических свойств корнеобитаемого слоя почвы при орошении, ведут к изменению теплового режима всего комплекса компонентов, что может повлечь за собой развитие криогенных процессов и явлений.

Основные мерзлотные условия, криогенные процессы и явления создают особенности формирования состояния и устойчивости агроземель и их компонентов. К ним относятся: высокая льдистость грунтов, близкое залегание от поверхности повторно-жильных льдов, изменчивость глубины сезонного протаивания, термокарстовый процесс и просадки, образование подземных пустот и рыхлых грунтовых жил, развитие термоэрозии. Эти мерзлотные процессы и образования, их параметры систематизированы и представлены в табл. 1.

Криогенные процессы и нарушение устойчивости почв проявляются в различных и многообразных формах и ви-

дах - это увеличение мощности сезонно-талого слоя и оттаивание повторно-жильных льдов.

Учитывая тот факт, что на территории Якутии большие площади участков лесного фонда трансформируется в пашни, нарушается температурный режим почвогрун-тов, что приводит к увеличению глубины протаивания почв в 1,5-2,5 раза. Такое влияние имеет не только положительные, но и отрицательные последствия. Оттаивание повторно-жильных льдов приводит к деформации почвы, образованию впадин, подземных пустот и др. криогенным проявлениям.

По данным мерзлотной съемки и литературным данным, ширина повторно-жильных льдов на таежных пашнях Даргыбай Атага и других пахотных землях, расположенных на Тюнгюлюнской и Абалахской террасах р. Лены, достигает 0,8-5 м, а вертикальная мощность - до 25 м [2].

В настоящее время на рассматриваемых сельскохозяйственных землях Мегино-Кангаласского улуса выявлено массовое распространение подземных пустот. Результатом образования подземных пустот является сезонное прота-ивание повторно-жильных льдов. Глубина залегания подземных пустот равна первоначальной глубине залегания повторно-жильных льдов до антропогенного воздействия, а ширина, высота и объем соответственно равны вытаявшему слою повторно-жильного льда. Однако подземные пустоты могут образовываться и в результате естественных процессов - продолжительных дождей. Затем со временем происходит осыпание грунтов сверху, со стенок внутри пустоты, и перемещение пустоты наверх; с уменьшением глубины пустоты на поверхности почвы образуется впадина [2].

Таблица 1

Параметры криогенных нарушений на полигоне Даргыбай Атага

Номера Параметры криогенных просадок и нарушений, м Изменчивость пара-

просадок метров криогенных нарушений, м, 1994

Диаметр (ширина, длина), 1993 г. / 1994 г. Глубина, 1993 г. / 1994 г. диаметр глубина

июнь июль август-сентябрь июнь июль август- сентябрь

1 0,42. 0,60 0,95. 1,62 0,5. 0,6 0,97. 1,8 0,8. 1,2 0,97. 1,8 0,38 0,4 0,38 0,52 0,38 0,52 0,15. 0,6 0,14

2 0,3. 0,91 0,51. 0,94 0,52. 0,95 0,3 0,33 0,34 0,78. 0,45 0,45

0,52. 1 1,3. 1,4 1,3. 1,4 0,35 0,68 0,83

3 0,6. 0,67 0,62. 0,68 0,62. 1,11 0,35 0,35 0,35 0,21. 0,24 0,52

0,7. 1,2 0,83. 1,35 0,83. 1,35 0,37 0,87 0,87

4 0,7. 1,06 0,8. 1,1 0,8. 1,11 0,21 0,21 0,21 0,23. 0,99 0,49

1,03. 2,1 1,03. 2,1 1,03. 2,1 0,27 0,7 0,7

5 0,23. 0,3 0,23. 0,34 0,23. 0,39 ш 0,74 0,72 0,62. 0,81 -0,01

0,8. 1,1 0,85. 1,17 0,85. 1,2 0,74 0,74 0,71

6 0,27. 0,36 0,44. 0,51 0,44. 0,53 0,28 0,31 0,29 0,11. 0,29 0,11

0,55. 0,82 0,55. 0,82 0,55. 0,82 0,39 0,39 0,4

7 0,65. 0,82 0,65. 0,85 0,7. 0,92 0,31 0,29 0,28 0,12. 0,23 0,06

0,82. 0,98 0,82. 0,98 0,82. 1,15 0,37 0,37 0,34

8 0,35. 0,36 0,5. 0,61 0,4. 0,45 0,67. 0,85 0,45. 0,45 0,7. 1 0,56 0,69 0,45 1,45 0,43 1,25 0,25. 0,55 0,82

Небольшие подземные пустоты могут оставаться без явных проявлений в течение длительного времени (до 50 и более лет). На обрабатываемых пахотных землях проявления просадок устраняются путем обработки почвы.

Термопросадки отличаются друг от друга по своему характеру развития. Одни существуют недолго и сразу исчезают после вспашки пашни, другие развиваются постепенно, с каждым годом увеличивая свои размеры.

Предположения о существовании пустот над жильными льдами были предложены П.П. Гаврильевым и были подтверждены проходкой шурфов на нескольких пашнях.

При бурении скважин на термопросадках повторножильные льды обнаруживались примерно в 60-70% от общего количества пробуренных скважин. Таким образом, подземные пустоты могут образовываться не только над повторно-жильными льдами, но и могут быть образованы в результате термоэрозии льдистых грунтов на стыке с повторно-жильными льдами, и обрушение кровли над этими пустотами в результате резких колебаний метеоусловий также вызывает образование термопросадок [6].

Анализируя вышеизложенное, можно сформулировать приоритетные направления научно-исследовательской работы «Изучение криогенных процессов в районах интенсивного и перспективного развития сельского хозяйства и промышленности Якутии»:

1) своевременное выявление и определение места, сроков и характера опасных природных процессов;

2) сведение к минимуму проявления криогенных процессов;

3) разработка превентивных решений и мер по предупреждению проявления криогенных процессов;

4) развитие технологий сельского хозяйства и промышленности в условиях меняющейся окружающей среды.

Для реализации сформулированных приоритетных направлений необходимо усилить ведение мониторинга земель.

Литература

1. Аболин Р.П. Геоботаническое и почвенное описание Лено-Вилюйской равнины, 1929. Т.10. 378 с.

2. Гаврильев П.П., Угаров И.С., Ефремов П.В. Мерзлотноэкологические особенности таежных агроландшафтов центральной Якутии. 2001. С. 3-81.

3. Иванова Е.Н. Систематика почв северной части Европейской территории СССР // Почвоведение. 1956. №1.

4. Еловская Л.Г. Краткие итоги исследования почвенного покрова Якутии, 1962. С. 225-238.

5. Куприянова Т.П. Обзор представлений об устойчивости физико-географических систем // Устойчивость геосистем. М., 1983. С. 7-13.

6. Гаврильев П.П. Термопросадки и деформации поверхности поля при мелиорации долины р. Амги // Криогидрологичес-кие исследования. Якутск, 1985. С. 148-161.

R. V Vasiliev

CRYOGENIC PROCESSES IN AGRICULTURAL AREAS IN CENTRAL YAKUTIA

The article describes the cryogenic processes in agricultural areas in climate of the central part of Yakutia. This research is important for both AIC (Agricultural and Industrial Complex) and industrial sector.

ФФФ-