close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Генезис и современное состояние почвенно-геокриологического комплекса бугристых болот европейского северо-востока России

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Пастухов Александр Валериевич
ГЕНЕЗИС И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
ПОЧВЕННО-ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
БУГРИСТЫХ БОЛОТ
ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРО-ВОСТОКА РОССИИ
03.02.13 – Почвоведение
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Томск – 2018
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении
науки Институте биологии Коми научного центра Уральского отделения
Российскй академии наук.
Научный консультант:
доктор биологических наук, профессор
Кулижский Сергей Павлинович
Официальные оппоненты:
Абакумов Евгений Васильевич, доктор биологических наук, профессор РАН,
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет»,
кафедра прикладной экологии, профессор
Бляхарчук Татьяна Артемьевна, доктор биологических наук, Федеральное
государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга
климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской
академии наук, лаборатория мониторинга лесных экосистем, ведущий научный
сотрудник
Чевычелов Александр Павлович, доктор биологических наук, Федеральное
государственное бюджетное учреждение науки Институт биологических
проблем криолитозоны Сибирского отделения Российской академии наук,
лаборатория генезиса и экологии почвенно-растительного покрова, главный
научный сотрудник
Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение
науки Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения
Российской академии наук
Защита состоится 25 октября 2018 г., в 14 час. 00 мин. на заседании
диссертационного совета Д 212.267.09, созданного на базе федерального
государственного автономного образовательного учреждения высшего
образования «Национальный исследовательский Томский государственный
университет», по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36 (Главный корпус
ТГУ, аудитория 224).
С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке и на официальном
сайте федерального государственного автономного образовательного
учреждения высшего образования «Национальный исследовательский Томский
государственный университет» www.tsu.ru.
Материалы по защите диссертации размещены на официальном сайте ТГУ:
http://www.ams.tsu.ru/TSU/QualificationDep/cosearchers.nsf/newpublicationn/PastukhovAV25102018.html
Автореферат разослан «___» июля 2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор биологических наук, доцент
Симакова Анастасия Викторовна
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Болота играют значительную роль в регулировании
общепланетарных процессов. Они занимают около 3 % поверхности суши, в торфе
бореальных и субарктических болот заключено около 15-30 % глобальных запасов
органического углерода (Limpens et al., 2008). В настоящее время в масштабе Земли
ненарушенные (находящиеся в естественном состоянии) болота являются слабым
поглотителем углерода (~1014), умеренным источником эмиссии метана (~3•1013) и очень
слабым источником оксида азота (~2•1010 г/год) (Frolking et al., 2011). Мерзлотные
полигональные и бугристые болота среди всех болот России занимают 5.3 и 14.6 %
соответственно и содержат огромный пул связанного углерода (Вомперский и др., 1994;
2005).
2001-2016 гг. были зафиксированы как самые теплые года на планете за всю историю
климатических наблюдений, начиная с 1880 г. (https://climate.nasa.gov/; дата обращения
27.10.2017). Современное глобальное изменение климатических условий, наиболее
выраженное в арктических и субарктических областях, может привести к ускорению
процессов деградации огромных природных хранилищ органического углерода – торфяных
залежей бугристых болот, что будет способствовать быстрой минерализации органического
вещества торфа и эмиссии парниковых газов (Schuur et al., 2008, 2015; Vonk et al., 2012).
Считается, что субарктические бугристые болота чрезвычайно уязвимы к климатическому
потеплению, и поэтому они могут превратиться из резервуара-поглотителя углерода в его
источник (White et al., 2000; Schädel et al., 2014).
В настоящее время, несмотря на наличие большого количества сведений о свойствах
бугристых болот (Васильчук и др., 2008; 2017; Максимова, Оспенников, 2012; Hugelius et al.,
2012; Инишева и др., 2013; 2016; Biasi et al., 2014; Swindles et al., 2015; Vasilevich et al., 2018),
теоретические и методологические аспекты проблем их формирования остаются
дискуссионными. Необходим комплексный анализ генезиса и современного состояния
почвенно-геокриологического комплекса бугристых болот на разных уровнях их
организации – от почвенного покрова до молекулярного уровня, раскрывающего специфику
строения органических соединений торфа.
Теоретические и прикладные, природоохранные и агропроизводственные аспекты
биосферно-экологических функций органического вещества почв и многолетнемерзлых
пород во многом связаны с проблемой устойчивости запасов почвенного углерода (Семенов,
Когут, 2015). Важно качественное1 и количественное определение запасов углерода как в
пространстве, так и во времени в максимально высоком разрешении и с минимальной
прогнозной ошибкой. Мало информации о функциональных характеристиках и свойствах
бугристых болот, которая необходима для рассмотрения генезиса, эволюции и качественного
прогноза изменений их торфяных залежей в будущем.
Цель исследования – выявить основные свойства и закономерности развития
почвенно-геокриологического комплекса бугристых болот европейского северо-востока
1
Каким образом повышение температуры и количества осадков в регионе может влиять на состояние
органического вещества и запасы углерода в разных почвах
3
России, оценить устойчивость органического вещества торфяной залежи к разложению в
связи с прогнозируемыми климатическими изменениями.
Задачи исследования:
1. Изучить строение и свойства почвенно-геокриологического комплекса бугристых
болот.
2. Определить закономерности трансформации органического вещества бугристых
болот, используя известные и впервые выявленные химические маркеры.
3. Выявить особенности генезиса и динамики бугристых болот в голоцене.
4. Оценить вклад бугристых болот в современные и прогнозные запасы почвенного
углерода в тундровых и лесотундровых экосистемах европейского северо-востока России.
5. Разработать гипотезу об устойчивости органического вещества бугристых болот в
условиях современного потепления климата.
Положения, выносимые на защиту
1. Содержание стабильных изотопов углерода δ13C, индексы н-алканов и состав
полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в дополнении к широко
используемым параметрам ботанического состава торфа и палинологических спектров
являются объективными маркерами изменения климата и этапов генезиса бугристых болот в
голоцене.
2. Органическое вещество торфа устойчиво к разложению при деградации многолетней
мерзлоты вследствие повышения уровня грунтовых вод и сохранения анаэробных условий
катотелма. Изменение гидрологических условий, способствующих увеличению мощности
акротелма (сточный термокарст и термоэрозия), является главным фактором, нарушающим
текущее состояние почвенно-геокриологического комплекса бугристых болот и ускоряющим
минерализацию органического вещества.
3. Пространственно-прогнозное моделирование распределения почвенного углерода
показывает, что при увеличении температур и количества осадков в районе исследований
значимого изменения запасов углерода в бугристых болотах в ближайшие несколько
десятилетий не произойдет. Бугристые болота являются резервуарами-поглотителями
углерода на протяжении большей части своей истории, поэтому и в долгосрочной динамике
в условиях климатических изменений их торфяные залежи будут устойчивы к деградации.
Научная новизна. Впервые охарактеризовано пространственное распределение
почвенного углерода в различных подгруппах2/подтипах почв и их генетических горизонтах
в районах с мозаичным почвенно-растительным покровом в тундре и лесотундре
европейского северо-востока России. Показано, что вклад бугристых болот, занимающих
17.6 % региона исследований, в общие запасы почвенного углерода составил 45.7 %.
Рассчитанное по умеренному (E GISS) и экстремально высокому (HadCM3) климатическим
сценариям, пространственно-прогнозное моделирование продемонстрировало изменение
региональных запасов почвенного углерода в зависимости от факторов окружающей среды
(объединенные таксоны почв, топография мезорельефа, климатические характеристики).
2
Согласно международной реферативной базе WRB (2014) основным почвенным таксоном является почвенная
группа, примерно соответствующая почвенному типу по Классификации и диагностике почв России (2004).
4
На основе качественного и количественного анализа состояния торфяной залежи
бугристых болот и подстилающих их минеральных отложений установлены маркеры,
выявляющие этапы формирования бугристых болот и четко идентифицирующие зоны
акротелма и катотелма.
Раскрыты особенности генезиса, эволюции и современного состояния бугристых болот
европейского северо-востока России. Периоды аградации многолетней мерзлоты сменялись
периодами ее деградации, при этом последние не приводили к катастрофичному ускорению
процессов минерализации органического вещества торфа и эмиссии парниковых газов.
Доказано, что 64-78 % исторического времени3 органическое вещество торфов современных
бугристых болот было незамерзшим и незаконсервированным, но защищенным от
минерализации в анаэробных условиях торфяной залежи. Бугристые болота являлись
резервуарами-поглотителями углерода, их торфяные залежи были устойчивы к деградации
на протяжении большей части своего существования.
Теоретическая и практическая значимость. Разработаны три практикоориентированные пространственно-временные модели для долгосрочного прогноза
изменения запасов углерода при разных климатических сценариях. Расчетные результаты
являются основой для мониторинговых исследований и прогнозирования изменений
почвенного покрова.
Полученные
результаты
рекомендованы
предприятиям
нефте-,
газои
угледобывающего комплекса, строительства, жилищно-коммунального и дорожного
хозяйства в Республике Коми и Ненецком автономном округе при оценке состояния
компонентов окружающей среды на территориях месторождений полезных ископаемых,
проектируемых нефте- и газопроводов, высоковольтных линий электропередач, дорог и
других объектов инфраструктуры. Глобальное потепление климата наряду с увеличением
антропогенной нагрузки уже в ближайшей перспективе могут способствовать сокращению
площади и мощности многолетней мерзлоты, с ее полной деградацией на современной
южной границе криолитозоны и привести к ландшафтно-геохимическим и гидрохимическим
изменениям при строительстве и эксплуатации объектов инфраструктуры.
Построена цифровая карта запасов почвенного органического углерода площадью
18132.55 км2 с разрешением 100 м в 1 пикселе. Для ее создания использована методика
управляемой классификации и тематической интерпретации спутниковых изображений и
цифровых моделей рельефа с применением пространственно привязанной базы данных
почвенных профилей в программной среде ERDAS Imagine 2014 и ArcGIS 10.2. Построенная
карта будет использована для уточнения циркумполярных мировых баз данных запасов
углерода (http://bolin.su.se/data/ncscd/; дата обращения 27.10.2017).
Результаты работы включены в подразделы Атласа почв Республики Коми (2010) и
внедрены в учебном процессе: в лекционных курсах, лабораторных практикумах и при
выполнении курсовых и дипломных работ по дисциплинам, входящим в учебный план
Сыктывкарского государственного университета им. П. Сорокина по почвоведению, химии
3
Точкой отчета является начало накопления торфа. Для большей части исследуемых бугристых болот
торфонакопление началось в конце бореального – начале атлантического периода (около 8500-8000 лет назад)
5
почв и экологии при изучении вопросов генезиса, классификации, диагностики тундровых и
лесотундровых почв и бугристых болот.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на Европейском конгрессе
почвоведов Eurosoil-2008 (Австрия, 2008); Генеральной Ассамблее наук о Земле EGU 2011 и
EGU 2015 (Австрия, 2011 и 2015); конференции Международного географического союза
IGU 2015 (Москва, 2015); международной конференции по педометрике (Кения, 2013);
международных конференциях по изучению многолетней мерзлоты: 10th ASSW (Норвегия,
2009), IPY-2010 (Норвегия, 2010), IPY-2012 (Канада, 2012), TICOP (Салехард, 2012), 14th
ASSW (Польша, 2013), Earth Cryology (Пущино, 2013), EUCOP (Португалия, 2014), ICOP
(Германия, 2016); международных конференциях по проблемам изменения климата: «Global
conference on global warming» (Турция, 2008), «Chapman conference on abrupt climate change»
(США, 2009), «The Earth Living Skin» (Италия, 2014), ISTAS (Франция, 2014); Всероссийских
конференциях (Сыктывкар, 2007-2017; Киров, 2014; Томск, 2016); на заседании Института
почвоведения Университета Гамбурга (2015); на заседаниях отдела почвоведения, ученого
совета Института биологии Коми НЦ УрО РАН (2015, 2016) и ученого совета Института
биологии, экологии, почвоведения, сельского и лесного хозяйства Томского
государственного университета (2016).
Степень достоверности результатов исследований. Полученные результаты и
выводы достоверны, так как все измерения проведены на поверенном оборудовании
современными физико-химическими методами в экоаналитической лаборатории и ЦКП
«Хроматография» Института биологии Коми НЦ УрО РАН, Институте почвоведения
Университета Гамбурга, Центре прикладных исследований изотопов Университета
Джорджии, ЦКП «Геохронология кайнозоя» Института археологии и этнографии СО РАН,
лаборатории геологии кайнозоя Института геологии Коми НЦ УрО РАН, лаборатории
болотных экосистем Института биологии КарНЦ РАН.
Оценка достоверности результатов базируется на анализе разностороннего полевого и
лабораторного материала с использованием статистических методов. Подбор объектов
исследования
осуществляли
по
зонально-генетическому
принципу.
Отбор
и
пробоподготовку почв и торфа проводили по ГОСТ 28168-89 и ГОСТ 17644-83
соответственно. Теоретические расчеты размеров выборки почвенных проб и фактическое
количество повторностей в данном исследовании являются достаточными и статистически
достоверными (ГОСТ 8.207, 2006, ГОСТ Р ИСО 5725-5-6, 2002). Для статистических
расчетов применены пакеты программ Excel 2010 и Statistica 10 (Statsoft Inc., США).
Авторская гипотеза об устойчивости органического вещества торфяной залежи
бугристых болот в условиях современного потепления климата построена на обширном
экспериментальном материале, который опубликован в научных журналах высокого
экспертного уровня. Каждый из аспектов исследований по рассматриваемой проблеме автор
лично докладывал на многочисленных симпозиумах и конференциях с содержательным
обсуждением их результатов с отечественными и зарубежными специалистами.
Личный вклад автора в работу заключается в постановке проблемы, формулировке
цели и задач, планировании и проведении научных экспериментов, получении исходных
данных, их анализе, обсуждении и обобщении, а также разработке теоретических
6
положений. Диссертационная работа является результатом 12-летних исследований автора
(2007-2018 гг.). Материалы, послужившие основой для ее написания, получены и обобщены
при реализации плановых тем фундаментальных научно-исследовательских работ отдела
почвоведения Института биологии Коми НЦ УрО РАН; поддержаны грантами Президиума
РАН (№ 12-П-4-1065; 15-15-4-46); отделения биологических наук РАН (№ 12-Т-4-1006);
РФФИ (№№ 11-05-90720-моб_ст, 12-04-31759-мол_а, 13-05-90776-мол_нр, 14-05-31111мол_а, 16-04-00749-а); программами Фонда содействия отечественной науки (2008-2009 гг.);
международными проектами: CARBO-North № 036993 (2006-2010), CryoN (2009-2014),
FiWER (2011-2015), ПРООН/ГЭФ 00059042 (2013-2016), CliSAP (Hamburg Research Topic
B1: Arctic and Permafrost Regions) (2015). Автор являлся научным руководителем и (или)
ответственным исполнителем разделов и тем.
Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации
опубликованы в 36 работах, в том числе 34 статьях (вклад автора составляет 70 %) в
изданиях, рекомендованных ВАК РФ, из них 17 включены в базы Web of Science и/или
Scopus.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 319 страницах, состоит из
введения, 10 глав, заключения, списока литературы, включающего 453 наименований (в том
числе 244 на иностранных языках) и четыре приложения. Содержит 59 рисунков, 33
таблицы.
Благодарности. Автор признателен своим учителям и коллегам за постоянную,
искреннюю помощь, поддержку, консультации и ценные советы при проведении
исследований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1. История исследований и современные представления о бугристых болотах.
Развитие прогнозного картографирования (обзор литературы)
Данная глава посвящена истории исследований бугристых болот, а также
демонстрирует их современное состояние и проблемы их изучения. В работах отечественных
и иностранных ученых (Kihlman, 1890; Богдановская-Гиенэф, 1938; Пьявченко, 1949, 1955;
Попов, 1967; Достовалов, Кудрявцев, 1967; Белопухова, 1972; Шполянская, Евсеев, 1972;
Прозоров, 1974; Евсеев, 1976; Юрковская, 1992; Ruuhijarvi, 1960, 1962, 1983; Lundquist, 1951;
Sjörs, 1965, 1983; Vorren, 1972; Dierssen, 1982; Moen, 1985; Васильчук, Лахтина, 1986;
Seppälä, 1986; 2011; Инишева и др., 2013, 2016 и др.) заложены основы современных
представлений о бугристых болотах, проделаны многочисленные попытки уточнить их
морфологическую классификацию, дана разносторонняя характеристика криогенного
строения, морфологии и их генезиса. Рассмотрены новые методы прогнозного почвенного
картографирования (McBratney et al., 2003; Козлов, Сорокина, 2012; Савин, 2012 и др.),
оценки углеродного баланса бугристых болот (Botch et al., 1995; Tarnocai et al., 2009;
Hugelius et al., 2013; Семенов, Когут, 2015 и др.) и долгосрочного прогнозирования их
изменений в будущем (Knoblauch et al., 2013; Schadel et al., 2014; Treat et al., 2015 и др.).
Анализ современных публикаций позволил сделать вывод о том, что несмотря на рост
интереса и публикаций о бугристых болотах многие теоретические и методологические
7
аспекты их экологии, генезиса и эволюции слабо разработаны. Актуальным остается
качественное и количественное определение современных и прогнозных запасов почвенного
углерода в условиях климатических и сопряженных с ними изменений в экосистемах.
Глава 2. Объекты, методология, методы исследований
2.1. Характеристика района и объектов исследований
Регион исследований находится на северо-востоке европейской части России
(территориях Республики Коми, Ненецкого и Ямало-Ненецкого автономных округов).
Почвообразующими породами являются четвертичные отложения сложного фациального
строения (Национальный атлас почв …, 2011). От тундры до средней тайги климат –
умеренно-континентальный, умеренно-холодный. В тундре и лесотундре среднегодовая
температура воздуха составляет около -5 °С, в крайне северной тайге – около -4 °С, в
средней тайге – около 0 °С. В последние 20 лет фиксируется отчетливый рост температур
воздуха и почв в регионе (Гиличинский и др., 2000; Чудинова и др., 2001; Мажитова,
Каверин, 2007; Каверин, Пастухов, 2017). Результаты прогнозного моделирования
показывают, что почти вся приповерхностная многолетняя мерзлота исчезнет к концу этого
столетия почти до побережья Баренцева и Карского морей (Chadburn et al., 2017).
Приведена
характеристика почвенного покрова исследуемой
территории.
Таксономические названия почв даны в соответствии с Пояснительной запиской к листу Q41 Воркута (2011), Классификацией и диагностикой почв России (2004) и WRB (2014). При
этом цели и задачи исследования определяли выбор классификационной системы.
Примерная корреляция названий основных почвенных таксонов исследуемых ключевых
участков приведена в таблице 1.
Таблица 1 – Примерная корреляция названий основных почвенных таксонов исследуемых
ключевых участков
Почвенные группы
(WRB, 2014)
Группы/типы почв (Классификация
и диагностика почв СССР 1977 г.,
легенда к листу Q-41 «Воркута»)
Отделы/типы почв (Классификация и
диагностика почв России, 2004)
Автоморфные почвы4
Gleysols
Тундровые глеевые и
поверхностно-глеевые мерзлотные
Тундровые глеевые (немерзлотные)
Stagnosols
Тундровые поверхностно-глеевые
Gleyic Retisols
Глееподзолистые
Retisols
Типичные подзолистые
Entic Podzols
Тундровые иллювиальногумусовые, в том числе
оподзоленные
Cryosols
Глееземы, глееземы
криометаморфические
Глееземы
Органо-криометаморфические и
глееземы криометаморфические
Светлоземы иллювиальножелезистые текстурнодифференцированные
Подзолистые, в том числе с
микропрофилем подзола
Подбуры, в том числе подбуры
оподзоленные
4
Правомерность использования классического термина “автоморфные” применительно к суглинистым
тундровым почвам, которые обычно оглеены даже при формировании на плакорах, подвергается сомнению
(Соколов, 1993), поэтому этот термин сохранен лишь для удобства использования в последующем.
8
Продолжение таблицы 1
Albic Podzols
Подзолы
Полугидроморфные почвы
Торфянисто- и торфяно-глеевые
Histic Cryosols
мерзлотные почвы
Торфянисто- и торфяно-глеевые
Histic Gleysols
почвы (немерзлотные)
Торфянисто- и торфяноHistic Retisols
подзолисто-глееватые
Торфянисто- и торфяноHistic Podzols
подзолисто-глееватые
иллювиально-гумусовые
Гидроморфные почвы
Тундровые мерзлотные
Cryiс Histosols
остаточно-торфяные (бугров)
Болотные почвы мочажин,
Fibric Histosols
торфяно-болотные верховые
Аллювиальные почвы
Fluvisols
Аллювиальные
Прочие почвы
Regosols
Не выделялись
Подзолы
Торфяно-глееземы
Торфяно-глееземы
Торфянисто- и торфяно-подзолистоглееватые
Торфянисто- и торфяно-подзолистоглееватые иллювиально-гумусовые
Торфяные олиготрофные
деструктивные
Торфяные олиготрофные
Аллювиальные
Слаборазвитые
В качестве главных объектов исследований охарактеризованы бугристые и
полигональные болота (Пьявченко, 1955; Кац, 1971), на которых формируются почвы
бугристых комплексов: остаточно-торфяные бугров и болотные верховые торфяные почвы
мочажин (таблица 2). Полигональные болота рассмотрены в сочетании с плоскобугристыми
комплексами. Бугристые болота изучены во всех природных подзонах, где они встречаются
на исследуемой территории: тундре, лесотундре и крайне северной тайге. В соответствии с
рисунком 1 исследованы гидротермический режим и физико-химические свойства торфяных
залежей бугристых болот, расположенных в пределах бассейна р. Уса (основной приток
р. Печора), вдоль современной границы леса (4 группа – ключевые участки Сейда, Роговая 1,
Роговая 2 и 5 группа – бугристо-топяные комплексы Колва 1 и Колва 2) (таблица 2)
(Пастухов, Каверин, 2016; Каверин и др., 2016), а также на южном пределе распространения
многолетней мерзлоты (6 группа – бугристо-топяные комплексы Инта 1, Инта 11, Инта 3,
Инта 4 и ключевой участок Вода-Ты) (таблица 2 и 3) (Пастухов и др., 2017а, б).
Для детального определения пространственной вариации почвенных свойств в
пределах торфяного бугра на участке Сейда был произведен отбор проб почв, и выполнены
морфологические описания вдоль двух траншей длиной 10 м, заложенных от центра плоской
вершины до средней части склона торфяного бугра (далее – катена «пятно – склон бугра»).
Торфяное пятно покрывает большую часть плоской вершины бугра. В соответствии с
рисунком 2 опорные разрезы/скважины (с послойным отбором образцов торфа до глубины
2.5 м) характеризуют почвы центральной части торфяного пятна, приуроченного к плоской
вершине бугра (I); валика, окаймляющего торфяное пятно (II); склоновую поверхность
периферической части бугра (III). При морфологическом описании уделено внимание не
только на особенности строения и свойств СТС, но и ММП.
9
Таблица 2 – Характеристика ключевых участков
Название
Координаты
ключевого участка
n
Почвы / Комплексы почв
%
Подзона
распростран
ения ММП
Тип болота5
1. восток Большеземельской тундры
127-километровая
мегатрансекта
Трехкилометровая
106 Плоскобугристый
полоса
в
комплекс: болотные
направлении северопереходные почвы
восток – юго-запад,
мочажин и болотные
от
68°00’
с.ш.,
переходные
65°09’ в.д.
до
деградирующие почвы
67°13’ с.ш.,
бугров
63°42’ в.д.
2.6
Преимущест
венно
сплошное
распростран
ение ММП
Травяно-кустарничково-мохово-лишайниковые на буграх
(Cladina mitis, С. rangijerina, Dicranum elongatum,
Sphagnum fuscum, S. Russowii, Ledum decumbens, Rubus
chamaemorus) и пушицево-осоковые в мочажинах
(Sphagnum lindbergii, S. riparium, Carex rariflora, C.
rotundata, Eriophorum russeolum) плоскобугристые северовосточноевропейские южнотундровые
2. северо-запад Большеземельской тундры
нижняя часть бассейна Участок в пределах
р. Черная
68°11’- 68°35’ с.ш.,
56° - 57° в.д.
5
105 Комплексы почв
полигональных болот6 с
сухоторфяными
мерзлотными почвами
торфяных бугров и
торфяными
олиготрофными почвами
мочажин
16.8 Сплошное
Полигональные болота на данном участке часто образуют
распростран болотные системы, в которых полигональные комплексы
ение ММП
сочетаются с плоскобугристыми.
Травяно-кустарничково-мохово-лишайниковые на валиках
(Cetraria сиcullata, С. delisei, С. nivalis, Cladina spp.,
Aulacomnium turgidum, Dicranum elongatum, Sphagnum
lenense, Ledum decumbens, Rubus chamaemorus), пушицевоосоково-гипновые и травяные в трещинах и мочажинах
(Calliergon stramineum, Drepanocladus exannulatus, Carex
rariflora, C. rotundata, Eriophorum medium, E. russeolum)
полигональные северо-восточноевропейские
северотундровые
Используется классификационная схема растительного покрова болотных массивов, предложенная Т.К. Юрковской (1992).
Плоскополигональные комплексы представляют собой бугры-многоугольники высотой до 0.7 м, разделенные ложбинами (трещинами). Для валиково-полигональных
комплексов характерно, что края полигона (валики) приподняты над его центральной частью, т.е. они состоят из валиков, блюдцеобразных западин в центральной части
полигонов и трещин. Однако в природе эти морфологические разности не столь резко отграничены, имеются все постепенные переходы между ними. Полигональные
болота часто образуют болотные системы, в которых полигональные комплексы сочетаются с бугристыми, поэтому при анализе почвенного покрова в целом трудно
выделять почвенные комплексы полигональных и бугристых болот отдельно друг от друга.
6
Продолжение таблицы 2
3. юго-восток Большеземельской тундры
бассейн р. Падимей- Участок в пределах
Вис (левый приток 67°37’- 68°02’ с.ш.,
р. Коротаиха)
62°49’ - 63°53’ в.д.
94
То же
10.9 Преимущест
венно
сплошное
распростран
ение ММП
То же
4-5. северная граница распространения леса
Средняя
часть Участок в пределах
бассейна
р.
Уса 66°42’ - 67°30’ с.ш. и
(основной приток р. 59°00’ - 63°10’ в.д.
Печора)
• Сейда
• Роговая
• Колва
103 Комплексы
17.6 Массивнокрупнобугристых болот:
островное
торфяные олиготрофные
распростран
мерзлотные почвы (Cryic
ение ММП
7
Histosols ) с близким
залеганием
ММП
и
сезонно-промерзающие
торфяно-олиготрофные
(Fibric Histosols) почв
мочажин
Ерниковые (Betula nana) травяно-кустарничково-моховолишайниковые на буграх (Cetraria nivalis, Dicranum
elongatum, D. congestum, Polytrichum alpestre, Ledum
palustre, Vaccinium uliginosum, V. vitis-idaea, Rubus
chamaemorus) и пушицево-осоково-гипново-сфагновые в
мочажинах (Sphagnum lindbergii, Drepanocladus fluitans,
Carex rariflora, C. rotundata, Eriophorum russeolum)
крупнобугристые североевропейские лесотундровые
6. южная граница современной криолитозоны
междуречье рр. Косъю Участок в пределах
– Кочмес – Лемва – 65°22’ - 66°19’ с.ш. и
Кожим, являющихся 59°18’ - 61°16’ в.д.
притоками р. Уса
(бассейн р. Печора):
Инта и Вода Ты
18
То же
15.7
Редкоостров
ное
распрострае
ние ММП
0
Длительное
устойчивое
сезонное
промерзание
То же
7. средняя тайга – модельный участок «Ляли»
бассейн
р.
Ачим Участок в пределах
(левый
приток
р. 61°92’ - 61°99’ с.ш. и
Вымь Вычегодского 50°18’ - 50°39’ в.д.
речного бассейна)
53
Болотные верховые
торфяные (Fibric
Histosols)
Сосново-пушицево-кустарничково-сфагновые (Sphagnum
angustifolium, S. fuscum, Chamaedaphne calyculata,
Eriophorum vaginatum, Pinus sylvestris)
северовосточноевропейские верховые
Примечание: n – количество описанных почвенных разрезов; % – процент бугристых болот от общей площади ключевого участка.
7
Название почвенного комплекса приведено согласно Международной реферативной базе WRB (2014)
11
Таблица 3 – Физико-химические свойства исследуемых бугристых болот
Глубина.
см
0-5
5-15
15-25
25-35
35-45
45-55
65-74
80-90
100-110
120-130
140-150
170-190
190-230
260-320
350-360
360-370
490-500
590-600
990-1000
0-3
10-20
30-40
50-60
70-80
95-105
105-120
130-140
160-175
190-210
220-240
260-280
280-300
310-340
410-420
800-810
990-1000
0-10
10-20
Тип
отложений
Живой очес
Верховой
торф
То же
Низинный
торф
То же
» »
» »
» »
Ботанический
состав торфа
pH
H 2O
pH
КСl
С, %
C/N
H/C
O/C
Бугор высотой 4.0 м (Инта 1; 65°54' с.ш, 60°26' в.д., 166 м н.у.м.)
4.1
3.5 46.1±1.5 28.3 1.36 0.55
δ13C, ‰
δ15N, ‰
-27.98±0.04
-0.52±0.27
3.5
2.7
47.6±1.5
36.5
1.27
0.51
-
-
То же
3.3
2.6
46.9±1.5
24.9
1.38
0.51
-25.71±0.10
1.40±0.43
Осоково-гипновый
3.5
2.8
46.7±1.5
21.0
1.34
0.52
-26.46±0.01
-0.03±0.12
То же
3.6
2.9 47.9±1.5 22.4 1.30 0.48
» »
4.0
3.2 46.7±1.5 21.0 1.29 0.50
-27.71±0.23
» »
4.8
3.9 46.9±1.5 21.9 1.34 0.49
-27.35±0.09
» »
4.3
3.4 47.6±1.5 23.1 1.27 0.37
-27.92±0.02
Осоковый, древес» »
4.3
3.4 47.1±1.5 22.9 1.25 0.40
-28.02±0.05
но-осоковый
» »
То же
4.9
3.9 46.7±1.5 24.8 1.26 0.37
-27.89±0.09
» »
» »
5.4
4.3 48.7±1.6 24.7 1.20 0.41
» »
» »
5.2
4.1 47.0±1.5 30.5 1.21 0.48
-26.75±0.10
» »
» »
5.2
4.1 46.7±1.5 32.0 1.16 0.45
-27.13±0.21
» »
Гипновый
5.3
4.3 45.6±1.5 45.5 1.24 0.51
-28.22±0.11
» »
То же
51.0±1.6
-29.14±0.17
Супесь
» »
5.6
4.6 1.31±0.2 13.6
-25.20±0.17
Суглинок
» »
4.1±0.7
-28.33±0.18
То же
» »
1.1±0.2
-25.39±0.06
» »
» »
1.0±0.2
Бугор высотой 3.0 м (Инта 11; 66°05'05,9"с.ш, 59°58'32,3"в.д., 60 м н.у.м.)
Живой очес
3.4
2.7 46.9±1.5 32.2 1.30 0.54
-26.41±0.06
Травяно-сфагноПереходный
вый, пушицево4.1
3.2 48.1±1.5 31.2 1.27 0.48
-25.89±0.13
торф
сфагновый
То же
То же
3.5
3.0 49.6±1.6 25.2 1.32 0.46
-25.78±0.01
» »
» »
3.9
3.3 49.8±1.6 23.2 1.26 0.45
-25.65±0.08
Пушицево» »
4.5
3.5 49.7±1.6 25.2 1.26 0.44
-26.37±0.09
сфагновый
» »
То же
4.6
3.9 40.6±1.3 27.9 1.22 0.62
-25.93±0.01
» »
» »
4.7
3.4 50.3±1.6 24.4 1.29 0.44
-25.83±0.06
» »
» »
4.4
3.6 49.5±1.6 30.4 1.25 0.46
-25.93±0.01
» »
» »
4.6
3.6 50.0±1.6 29.2 1.24 0.44
-26.73±0.15
» »
» »
4.7
3.7 48.2±1.5 26.8 1.22 0.48
-27.50±0.04
Низинный
Вахтово-хвощо4.5
3.7 48.3±1.6 29.7 1.18 0.43
-27.30±0.02
торф
вый, хвощовый
То же
То же
4.6
3.7 45.6±1.5 26.6 1.12 0.45
» »
» »
4.7
3.8 45.0±1.4 27.6 1.13 0.44
-27.95±0.00
Суглинок
» »
4.8
3.9 1.54±0.3
-27.86±0.08
То же
» »
0.9±0.2
-26.31±0.15
» »
» »
1.2±0.2
-24.74±0.05
» »
» »
0.8±0.2
Бугор высотой 2.5 м (Вода-Ты; 65°25' с.ш, 60°49' в.д., 378 м н.у.м.)
Кустарничкововерховой
дикрановый,
3.4
2.8 49.0±1.6 27.2 1.15 0.47
-27.53±0.07
торф
кустарничковопушицевый
переходный Кустарничково3.6
2.8 51.5±1.7 22.3 1.21 0.41
-27.17±0.09
торф
пушицевый
0.14±0.51
-0.35±0.34
0.07±0.14
Кустарничковый
0.32±0.32
0.04±0.59
-0.41±0.12
-0.55±0.03
-1.42±0.35
0.05±0.04
-0.41±0.50
-0.18±0.20
0.79±0.15
1.37±0.16
-0.55±0.60
-1.59±0.32
-1.35±0.42
-0.75±0.03
-1.00±0.26
-0.77±0.21
-1.00±0.50
-0.50±0.15
-0.33±0.01
0.10±0.05
0.26±0.48
1.23±0.42
0.23±0.19
1.32±0.13
-
-0.66±0.12
-1.30±0.79
Продолжение таблицы 3
низинный
торф
30-40
50-60
70-80
80-90
100-110
120-130
140-150
160-170
180-190
292-310
То же
» »
» »
» »
» »
» »
» »
» »
» »
0-5
живой очес
5-10
То же
10-20
20-30
30-40
50-60
»
»
»
»
70-80
» »
90-100
110-120
140-150
170-180
190-200
»
»
»
»
»
0-10
10-20
40-50
60-70
75-95
95-115
115-130
»
»
»
»
»
»
»
»
»
верховой
торф
переходный
торф
То же
низинный
торф
То же
» »
» »
Осоково-пушицевый, кустарничково-осоковый,
3.9
3.0 47.5±1.5 29.2 1.17 0.51
хвощово-осоковоивовый
То же
4.1
3.2 46.8±1.5 30.3 1.18 0.52
» »
4.2
3.3 46.5±1.5 27.1 1.16 0.52
» »
4.2
3.3 46.8±1.5 28.7 1.16 0.52
» »
4.1
3.2 46.1±1.5 31.6 1.20 0.54
» »
4.1
3.2 46.9±1.5 26.1 1.19 0.51
» »
4.1
3.2 46.7±1.5 28.7 1.17 0.53
» »
4.0
3.1 46.8±1.5 30.3 1.21 0.53
» »
3.9
3.1 47.4±1.5 25.1 1.13 0.49
» »
5.1
3.9 39.7±1.5 27.2 1.16 0.49
Бугор высотой 5.0 м (Колва 1; 67°01’ с.ш., 56°55’ в.д., 97 м н.у.м.)
3.8
2.8 41.6±1.3 27.0 1.37 0.57
Травяно-сфагновый, пушицево3.7
2.8 49.8±1.6 19.3 1.34 0.46
сфагновый
» »
3.6
2.8 49.5±1.6 18.7 1.30 0.46
» »
3.8
3.0 49.5±1.6 19.7 1.30 0.47
» »
4.2
3.3 50.0±1.6 21.6 1.25 0.47
» »
4.4
3.5 48.9±1.6 20.7 1.32 0.48
Пушицево4.7
3.9 49.5±1.6 25.1 1.16 0.46
сфагновый
» »
4.6
3.7 50.2±1.6 22.5 1.24 0.43
» »
4.9
4.1 48.8±1.6 23.7 1.14 0.45
» »
5.0
4.2 47.3±1.5 25.1 1.08 0.47
» »
5.1
4.3 47.6±1.5 23.1 1.07 0.47
» »
5.1
4.2 47.9±1.5 23.3 1.10 0.46
Бугор высотой 2.5 м (Инта 3; 66°04' с.ш., 60°05' в.д., 66 м н.у.м.)
Политриховый
4.1
3.3 48.3±1.5 19.2 1.37 0.47
-27.10±0.13
0.17±0.44
-27.54±0.22
-28.02±0.03
-28.06±0.08
-28.63±0.23
-28.16±0.10
-28.37±0.10
-28.56±0.09
-27.88±0.01
-
-0.81±0.93
-0.41±0.52
0.05±0.20
-0.46±0.31
0.26±0.46
-0.17±0.45
0.10±0.20
-
-26.84±0.36
3.45±0.40
-27.57±0.08
1.62±0.02
-26.92±0.11
-27.58±0.12
-27.67±0.03
-27.97±0.37
0.09±0.05
0.88±0.13
1.03±0.69
0.61±0.66
-28.25±0.13
-0.18±0.59
-28.57±0.01
-27.61±0.08
-27.72±0.24
-27.51±0.10
-27.59±0.27
-0.01±0.02
-0.09±0.19
0.08±0.04
0.35±0.13
0.04±0.58
-
-
0.44
-
-
То же
5.1
4.3 49.6±1.5 19.1 1.11 0.42
Осоково-вахтовый, хвощовый,
5.5
4.7 49.3±1.5 18.2 1.13 0.39
ивово-хвощовый
То же
50.2±1.6
» »
50.4±1.6
» »
49.0±1.5
Бугор высотой 1 м (Инта 4; 66°04' с.ш., 59°52'' в.д., 54 м н.у.м.)
-
-
-
-
-
-
Кустарничковый
4.9
4.3
47.9±1.5
19.4
1.26
низинный
Сфагновый
3.9
2.9 43.2±1.5 53.6 1.30 0.65
торф
Осоково-гипновый 3.6
4-28
То же
2.7 43.8±1.5 75.1 1.27 0.66
28-50
» »
То же
4.0
3.1 51.4±1.6 35.3 1.29 0.37
суглинок
50-80
» »
4.7
3.6
2.6±0.5 44.6
95-110
То же
» »
4.7
3.3
0.6±0.2 18.3
Примечание: С, % - массовая доля общего углерода, %, ± – стандартное отклонение. Прочерк – не определяли.
0-4
-
13
Группы участков:
1 – восток Большеземельской тундры; 2 – северо-запад Большеземельской тундры; 3 – юговосток Большеземельской тундры; 4-5 – северная граница распространения леса; 6 – южная
граница современной криолитозоны; 7 – средняя тайга – модельный участок «Ляли»
Примечание: Среднемесячные температуры воздуха и суммы осадков за 1961-2015 гг.
построены на основе данных Центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей
среды Республики Коми. Границы криолитозоны (южный предел распространения
редкоостровной и островной многолетней мерзлоты) проведены по состоянию на: 1991 г. –
Геокриологическая карта СССР (1998), 2015 г. – Обзорная криологическая карта Республики
Коми и Ненецкого автономоного округа (2015), 2080 г. – прогноз по модели GIPL2.1 (Stendel
et al., 2011)
Рисунок 1 – Исследуемый регион с ключевыми участками (группы участков 1-7),
обозначенными условными значками
В связи с прогнозируемым повышением среднегодовых температур на 3-4 °С в регионе
к 2100 г. (ACIA, 2004) был выбран ключевой участок в подзоне средней тайги (7 группа –
Ляли), расположенный в бассейне р. Ачим (приток р. Вымь Вычегодского речного бассейна),
в области длительного сезонного промерзания. Среднегодовые температуры воздуха
колеблются от 0° С для среднетаежного участка «Ляли» до -4º C для крайне северной тайги и
до -6º C для тундровых участков, и эта разница сопоставима с прогнозируемым повышением
среднегодовых температур к концу 21-го века по региональной климатической модели
HIRHAM (версия 5) (Christensen et al., 2006).
14
I
II
III
I – стратиграфия пятна, II – стратиграфия краевой зоны пятна, III – стратиграфия склона
бугра
Рисунок 2 – Морфологическое строение почвенно-геокриологического комплекса по катене
«пятно – склон бугра»
2.2. Методологические подходы и методы исследований
Методологической основой исследований явился системный подход и рассмотрение
бугристых болот как экосистем, функционально связанных с геоморфологическим
положением, климатическими характеристиками, гидрологическими и геокриологическими
условиями. Бугристые болота были изучены на различных иерархических уровнях –
почвенный покров, бугристое болото, торфяной бугор, генетические горизонты торфяной
залежи, молекулярный уровень органических соединений торфа (таблица 4).
Подбор объектов осуществляли по сравнительно-географическому принципу с учетом
настоящей и прогнозируемой геокриологической обстановки в регионе.
Анализ ботанического состава торфа был проведен Н.В. Стойкиной (Институт
биологии КарНЦ), полевые геоботанические описания и интерпретация результатов
отдельных видов макроостатков растений – к.б.н. Н.Н. Гончаровой (Институт биологии Коми
НЦ УрО РАН) и д.б.н. О.Л. Кузнецовым (Институт биологии КарНЦ). Спорово-пыльцевой
анализ был выполнен к.г.-м.н. Т.И. Марченко-Вагаповой (Институт геологии Коми НЦ УрО
РАН) с помощью цифрового биологического микроскопа «Motic BA 300» при увеличении
420. Радиоуглеродное датирование торфа было проведено методом AMS д-р А.Е. Черкинским
15
(Университет Джорджии, США). Данные температурного мониторинга были получены при
помощи логгеров фирмы Onset Hobo и обработаны к.г.н. Д.А. Кавериным (Институт
биологии Коми НЦ УрО РАН).
Таблица 4 – Показатели и методы изучения бугристых болот в исследуемом регионе
Иерархический уровень изучения
Почвенный покров
Показатель
Доля бугристых болот в
почвенно-растительном покрове,
запасы органического углерода
Метод исследования*
Пространственно-прогнозное
моделирование, картографические,
сравнительно-географические,
полевые методы
Геоботанические описания, споропыльцевой анализ, мониторинг СТС
и ММП
Растительный покров,
палинологический состав торфа,
температурный режим
Строение почвенноПолевые и аналитические методы,
Торфяной бугор
геокриологического комплекса,
анализ ботанического состава
ботанический состав торфа
Содержание 12С, 13С, 14С, 14N, 15N,
Ионно-молекулярный уровень
Моделирование, газовая
полиаренов, н-алканов, состав и
органических соединений торфа
хроматография, масс-спектрометрия
содержание органических кислот
* При обработке данных использовали методы одномерной и многомерной статистики
Бугристое болото
Количественный химический анализ почв был выполнен на базе Института биологии
Коми НЦ УрО РАН и в Институте почвоведения Университета Гамбурга (Institut für
Bodenkunde, Universität Hamburg). Элементный количественный анализ органических
соединений углерода, водорода и азота определяли на автоматическом (CHNS-O)анализаторе EA 1110 (Carlo Erba Instruments) (ФР.1.31.2016.23502, № 88-17641-004-2016).
Кислоторастворимый органический углерод – по методу Тюрина с фотометрическим
окончанием (ГОСТ 26213-91). Общее содержание углерода органических соединений
водных вытяжек из почв определяли методом высокотемпературного каталитического
окисления с бездисперсионной ИК-регистрацией на анализаторе общего углерода ТОС VCPH
по методике измерений М-02-2405-09 (ГОСТ Р 52991-2008). Низкомолекулярные
органические соединения в вытяжках – методами газо-жидкостной хроматографии и
хромато-масс-спектрометрии (Шамрикова и др., 2012). Групповой и фракционный состав
гумуса – по схеме Тюрина в модификации Пономаревой и Плотниковой со
спектрофотометрическим окончанием измерения содержания органического углерода в
вытяжках (Пономарева, Плотникова, 1980). Для сравнительной оценки гумусового состояния
почв использовали систему Орлова и Бирюковой (2005). Зольность торфа определяли
прокаливанием при температуре 800 °С до постоянной массы (ГОСТ 27784-88), рН водной и
солевой суспензий – потенциометрически (Теория и практика…, 2006; ГОСТ 26423-85;
ГОСТ 26483-85). Гидролитическую (общую потенциальную) кислотность – с 1 моль/дм3
CH3COONa (рН 8.2), аликвоты экстрактов титровали с помощью 0.01 моль/дм3 NaOH (ГОСТ
26212-91). Объемную плотность торфяных и минеральных горизонтов определяли в трех
повторностях; эти значения были использованы для расчета пулов элементов. Пулы углерода
и азота рассчитывали по Р. Хиэдерер и М. Кочи (Hiederer, Kochy, 2011). Значения
стабильных изотопов δ13C и δ15N были получены в Институте почвоведения Университета
Гамбурга на изотопном масс-спектрометре (Delta V; Thermo Scientific, Dreieich, Germany),
соединенным с элементным анализатором (Flash 2000; Thermo Scientific). Концентрации CH4
16
и CO2 при лабораторном эксперименте искусственной инкубации торфа8 – методом газовой
хроматографии (GC 7890; Agilent Technologies, Böblingen, Германия). Содержание
полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в бугристых болотах определяли,
основываясь на международной методике Агентства защиты окружающей среды США
(метод 8310) (US EPA, 1986) и отечественной методике, принятой Государственной службой
наблюдения за состоянием окружающей природной среды (экологического мониторинга)
(ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.39-03) (2003). Экстракцию ПАУ и н-алканов осуществляли при помощи
автоматической системы ускоренной экстракции растворителями ASE-350 (Dionex, США) в
ЦКП «Хроматография» Института биологии Коми НЦ УрО РАН. Качественное и
количественное определение содержания ПАУ было выполнено к.б.н. Д.Н. Габовым методом
обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии в градиентном режиме
и спектрофлуориметрическом детектировании на хроматографе Люмахром (Люмэкс,
Россия). Газохроматографический анализ н-алканов был проведен д.х.н. И.В. Груздевым на
хромато-масс-спектрометре TRACE DSQ (Thermo, США) в режиме полного ионного тока
(энергия электронов 70 эВ). Идентификация компонентов была произведена д.х.н. И.В.
Груздевым с использованием программного обеспечения Xcalibur Data System (ver. 1.4 SR1)
и библиотеки масс-спектров NIST05 (ver. 2.0, 220 тыс. соединений). Определение
окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) почв выполняли в полевых условиях
портативным pH-метром WTW 3110 SET 2 (Германия).
Аналитические данные обрабатывали методами математической статистики (Дмитриев,
1995) с использованием пакета программного обеспечения и Statistica 10 (Statsoft Inc., США),
пакета программ Microsoft® Excel 2010 и его надстройки модуля GRAPHS (Новаковский,
2010).
Для построения региональной цифровой почвенной карты, включающей в себя
открытую пространственную базу данных почвенных свойств, в данном случае, запасов
углерода, был использован метод управляемой классификации и тематической
интерпретации спутниковых изображений и цифровых моделей рельефа с применением
пространственно привязанной базы данных почвенных профилей (Каверин,…Пастухов и др.,
2012; Пастухов и др., 2016). Масштаб (разрешение карты) был обусловлен размером и
частотой выборки почвенных проб (бόльшая часть почвенных образцов отобрана по
трансектам с интервалом 100 м), масштабом имеющихся топографических карт (М
1:100000), разрешением спутниковых снимков (15 м), разрешением растров рельефа SRTM
(90 м в 1 пикселе).
8
Три навески каждого образца инкубировали в аэробных и три в анаэробных условиях в закупоренных
бутылках в темноте и при постоянной температуре +4° С в течение 510 дней. Для анаэробного инкубирования в
каждую навеску добавляли 5-20 мл дистиллированной воды (объем воды определяли по массе образца таким
образом, чтобы торф был полностью покрыт водой), после чего газовая среда в свободном пространстве в
бутылке была заменена на чистый азот (N2). Для аэробного инкубирования газовую среду оставляли
неизменной, т.е. в бутылке была атмосфера окружающего воздуха. Количество эмитируемых СО2 и СН4 в
инкубационных бутылках рассчитывали с учетом концентрации газов, находящихся в свободном пространстве
над торфом, в воде, принимая во внимание закон Генри, по которому при постоянной температуре
растворимость газа в данной жидкости прямо пропорциональна давлению этого газа над раствором. Эмиссия
выделяемых газов рассчитывалась из линейной аппроксимации количества CO2 или CH4 в бутылках с учетом
сухого веса навесок торфа, выраженного в граммах.
17
Для пространственно-прогнозного моделирования запасов углерода в регионе был
применен метод scorpan-SSPFe (пространственная функция предсказания почв с
пространственно автокоррелированными ошибками / soil spatial prediction function with
spatially autocorrelated errors/) (МсBratney et al., 2003). Для построения прогнозной матрицы
(карты) запасов углерода полученные данные о запасах углерода в сочетании с цифровой
матрицей рельефа GMTED2010 (Danielson, Gesch, 2011), производных от нее
геоморфометрических величин (Shary et al., 2002), матрицы средних температур и осадков
(Hijmans et al., 2005) были статистически объединены. Расчет топографических признаков и
статистическую обработку данных проводили с использованием программного пакета
«Аналитическая ГИС Эко» (Шарый и др., 2011). Для расчета прогноза изменений запасов
углерода к 2050 г. применяли два климатических сценария. E-GISS – умеренная модель
Годдарского института космических исследований, НАСА (США). HadCM3 (Hadley Centre
Coupled Model, версия 3) – экстремально высокая модель Центра Hadley (Великобритания),
построенная на базе атмосферно-океанической общей циркуляционной модели (AOGCM).
Глава 3. Бугристые болота в структуре почвенного покрова европейского северовостока России
Выявлены географические закономерности распространения различных типов почв и
бугристых болот в регионе исследований. Показано, что комплексы бугристых болот могут
занимать от 2.6 до 17.6% от общей площади групп ключевых участков. Используя только
спутниковые снимки даже очень высокого разрешения, такие как QuickBird, практически
невозможно отличить тундровые болотно-глеевые мерзлотные (Histic Cryosols) и тундровые
мерзлотные остаточно-торфяные бугров (Cryic Histosols). Несмотря на широту
географического охвата, большое количество (479) исследованных разрезов (таблица 2) и
согласованность полученных результатов с литературными данными, во многих случаях
коэффициент вариации может достигать 20-50% между типами тундровых болотно-глеевых
мерзлотных почв (Histic Cryosols), где мощность органогенных горизонтов по
классификационным критериям может варьировать от 10 до 40 см, и тундровых мерзлотных
остаточно-торфяных почв бугров (Cryic Histosols) (мощность торфа должна превышать 40 см
по критериям WRB, IUSS, 2014). Например, на участке Сейда мощность торфа на одном
бугристо-топяном комплексе составляет от 1 до 4.5 м, тогда как на другом – менее 40 см.
Корректное пространственное представление мозаичности почвенного покрова, особенно
для оценки запасов углерода – сложная задача, пути решения которой детально раскрыты в
последующих главах.
В исследуемых полигональных и бугристых болотных комплексах на буграх
представлены сухоторфяные мерзлотные почвы, в мочажинах торфяные олиготрофные
почвы. Многие исследователи отмечали, что нет четкой границы между полигональными,
плоско- и крупнобугристыми торфяниками, и даже возможно выделение нескольких типов
комплексов в пределах одного болотного массива. Еще Н.И. Пьявченко определил, что
плоскобугристые торфяники являются дальнейшей стадией эволюции плоскополигональных
торфяников в результате вытаивания ледяных клиньев, разрушения краев полигонов и
выноса талого торфа в мочажины, а крупнобугристые торфяники образуются в результате
18
дальнейшей денудации и «округления» плоскобугристых торфяников под влиянием
термокарста и водной эрозии (Пьявченко, 1955). Поэтому в дальнейшем в работе наиболее
детально рассматриваются комплексы бугристых болот, распространенные вдоль южной
окраине криолитозоны (юг тундры – лесотундра – крайнесеверная тайга), где по
утверждению большинства исследователей следует ожидать их быстрого разрушения, таяния
многолетней мерзлоты, декомпозиции органического вещества и увеличения эмиссии
парниковых газов.
Глава 4. Строение и свойства почвенно-геокриологического комплекса бугристых
болот
4.1. Ботанический состав
Проведен анализ ботанического состава торфа (таблица 3) и палинологических
спектров торфяных залежей бугристо-топяных комплексов на примере Вода Ты, Инта 1,
Инта 11, Инта 12, Колва (Пастухов и др., 2015; Пастухов и др., 2016; Пастухов и др., 2017).
Показано, что генезис исследуемых бугристых болот значительно отличался в зависимости
от их геоморфологического положения и гидрологического режима. Например, на
предгорном участке Инта 11 формирование болота происходило по схеме развития
большинства таёжных верховых болот: от эвтрофных облесённых и безлесных сообществ
болотных сообществ через промежуточную стадию к переходному и далее верховому
болоту. Смена стадий была обусловлена изменением водно-минерального режима по мере
накопления и нарастания торфяной массы. Болото на равнинном участке Инта 1 развивалось
в относительно постоянных условиях водно-минерального режима. Эти особенности
обусловили достаточно большую вариабельность физико-химических свойств торфа.
4.2. Физико-химические свойства и гидротермический режим
Для оценки современного экологического состояния бугристых болот проводили
мониторинг их температурного режима в пределах СТС и верхних ММП (таблицы 5 и 6).
Кровля ММП повторяет неровности рельефа. Мощность СТС на торфяных буграх
варьировала от 30-60 см под кустарничковой растительностью до 40-70 см в почвах пятен,
возрастая с увеличением мощности снежного покрова зимой. Глубина СТС, осредненная по
данным мониторинговой площадки в зоне лесотундры, в сентябре 2013 г. составила 49 см,
при этом в почвах пятен средняя глубина протаивания была равна 51 см, в почвах бугров,
покрытых кустарниковой растительностью – 45 см, в торфяных олиготрофных почвах
мочажин – более 130 см (Каверин, Пастухов и др., 2015). Температуры почвы на оголенных
торфяных пятнах, как правило, лишь частично покрытых лишайниками и практически
полностью лишенных снежного покрова, на 0.7-4 °С ниже. При этом охлаждающий эффект
усиливался из-за высокой температуропроводности высокольдистых торфяных горизонтов в
зимний период. Влажность в СТС резко возрастала в предзимний период на фоне высокого
уровня осадков и снижения испарения. Массовая влажность/льдистость в ММП в 3-7 раз
выше, чем в СТС (Каверин, Пастухов, 2013).
19
Таблица 5 – Диапазон (min… max) основных температурных показателей в почвах пятна
(верхняя строка) и склона бугра (нижняя строка) в лесотундре в 2007-2012 гг.
Показатель
Среднегодовая температура, °С
0
–4.9…–0.7
–1.8…0.5
Глубина измерений, см
20
50
–4.7…–0.6
–4.6…–1.7
–1.9…–0.6
–2.0…-1.0
120
–4.4…–1.8
–0.4…–0.3
Сумма среднесуточных температур, °С·дней
положительных
отрицательных
719…1004
532…902
–2508…–1276
–1264…–804
497…818
164…237
–2204…–1040
–841…–440
18…89
0…0
–1709…-708
–713…–350
0…0
0…0
–1507…–657
–580…–349
Таблица 6 – Среднегодовая температура почв в торфяных буграх крайне северной тайги
°C
Глубина измерений, см
Гидрологический
год
0
20
50
100
200 300
500
1000
Инта 1
2013-2014
-1.2
-1.2 -1.3
-1.2
-1.9 -1.4
-0.9
-0.4
2014-2015
0.6
-0.2 -1.1
-1.0
-1.1 -1.0
-0.8
-0.5
Инта 11
2013-2014
0.9
0.1
-0.4
-0.5
-1.1 -0.8
-0.4
-0.1
2014-2015
1.5
0.5
-0.4
-0.4
-0.5 -0.4
-0.3
-0.1
Колва
2014-2015
0.3
-0.4 -1.0
-0.8
-1.4 -1.3
-0.9
-0.8
Значения среднегодовых температур ММП бугристых болот на южной границе
криолитозоны на глубине 10 м (так называемых «нулевых» колебаний температур) могут
составлять всего –0.1 °С (Инта 11, таблица 6). Тем не менее, торфяные бугры накапливают
достаточно большой запас холода зимой, что способствует охлаждению ММП и сохранению
мерзлоты в летний период. Этот факт подтверждает стабильность и очень низкие темпы
разрушения торфяных бугров на исследуемых участках даже при возрастании
среднегодовых температур воздуха на фоне потепления климата.
Неоднородность состава и свойств органического вещества торфяных горизонтов в
СТС и ММП нашла свое отражение в изменениях физико-химических параметров в
соответствии с рисунком 3 (таблица 3). Во всех бугристых болотах, за исключением плоских
и маломощных (Инта 4, мощность торфа 50 см) и антропогенно-нарушенных бугров
(Колва 2), можно обозначить три слоя: 0-70 см, примерно равный мощности СТС; 70-190 см
– верхний слой ММП (по-видимому, торф здесь образовался к концу суббореала (SB-3), а в
период последнего малого климатического оптимума находился в талом состоянии); глубже
190 см до контакта с минеральными отложениями – нижний слой ММП.
Содержание углерода органических соединений в почвах и подстилающих ММП
варьирует от 35 % до 50 %, азота – 1.2-2.9 %. Торф верхнего 10-см слоя бугров и мочажин
имеет минимальную зольность (5-10 %). Различия четко проявляются при оценке
профильного изменения величины C/N, характеризующей степень разложения торфа и его
обогащенность азотом. Ядро бугров, как правило, составляют сизовато-бурые супеси и
суглинки.
20
I
II
III
Условные обозначения: А – весовая влажность, %, Б – рН солевой (KCl) вытяжки, В – C, %,
Г – соотношение C/N, Д – сумма Ca+Mg, смоль(экв)/кг
Рисунок 3 – Физико-химические свойства почв и подстилающих многолетнемерзлых пород
оголенного торфяного пятна (I), краевой зоны бугра (II), склона бугра (III)
Выявленное постепенное повышение рН с глубиной: от кислых значений в СТС до
слабокислых в глубоких льдистых горизонтах (обычно ниже 5-6 м) не прерывается в зонах
глубоких контактов между торфяными и подстилающими суглинистыми отложениями.
Закономерность изменения значений рНвод главным образом определяла наличие в торфе и
суглинках органических соединений кислой природы.
Индикаторами изменений ботанического состава и процессов разложения являются
разницы значений стабильных изотопов δ13C и отчасти δ15N. Положительные температуры во
всей толще бугристых болот (подобная ситуация происходила на протяжении голоценового
климатического оптимума) теоретически должны были способствовать усилению
биодеградации органического вещества, что приводит к увеличению доли устойчивых пулов
21
углерода и относительному уменьшению значения δ13C. В исследованных нами бугристых
болотах изотопные профили в целом имеют достаточно равномерный характер. Тренд
повышения значений δ13C с глубиной проявляется в основном с глубин более 2 м, что
указывает на аккумуляцию слаборазложившегося торфа в анаэробных условиях.
Незначительные изменения значений стабильных изотопов (большая часть которых на
данных бугристых болотах составляет -25…-28‰ δ13C) отражают, прежде всего,
неоднородность ботанического состава торфа и смены водно-минерального питания, но не
интенсивность процессов разложения торфа. Значения стабильных изотопов азота δ15N в
почвах и, особенно, в растениях определяются комплексом взаимосвязанных факторов, что
создает проблемы с интерпретацией экспериментальных данных. В рассматриваемых
бугристых болотах большой разброс значений δ15N указывает на различия ботанического
состава и трофности торфа.
4.3. Соотношения н-алканов
Для расшифровки и анализа изменений окружающей среды, источников накопления
торфа и его генезиса в качестве маркерных коэффициентов используют соотношения налканов в соответствии с рисунком 4. В некоторых горизонтах ряда ключевых участков
исследованных бугристых болот концентрации длинноцепочечных углеводородов, в
частности значения CPIalkane очень высоки, сумма «нечетных» многократно превышает сумму
«четных» алканов, что свидетельствует об обилии в торфе остатков сосудистых растений.
При этом концентрации «нечетных» алканов явно не зависят от типа торфа, сопоставимые
максимальные и минимальные значения фиксировали и в верховом, и в переходном, и в
низинном торфе. Максимальные значения «нечетных» алканов отмечали в торфе с
наименьшим разложением, что указывает на крайне низкую деградацию органического
вещества. Минимальные значения «нечетных» алканов наблюдали на контакте торфа с
минеральными отложениями. Этот факт объясняется тем, что на начальных этапах
торфонакопления не сразу происходило установление анаэробных условий, и органическое
вещество торфа частично минерализовалось. Верхние 70-80 см большинства торфяников
демонстрируют большую вариабельность индексов CPIalkane и суммы н-алканов (Пастухов и
др., 2018). Наименьшие значения CPIalkane, которые указывают на условия, благоприятные
минерализации органического вещества, были характерны для бугров с эродированными
верхними слоями торфа (Инта 3 и Вода Ты), большая часть которых лишена растительного
покрова и представляла собой оголенные торфяные пятна. Остальные болота, на буграх
которых преобладает кустарничковая растительность и дикрановые мхи, обозначающие
относительно сухие условия, имели высокие значения CPIalkane. В нижней части
многолетнемерзлой части профиля значения CPIalkane свидетельствовали о сменах
гидрогеологических условий, происходивших на протяжении голоцена, что хорошо
согласуется с нашими исследованиями ботанического и палинологического состава
(Пастухов, Каверин, 2016; Пастухов и др., 2016).
22
Условные обозначения: Инта 1; Инта 11; Вода Ты; Колва; Инта 3; Инта 4
По горизонтали – значения индексов; по вертикали – глубина профиля, см
Рисунок 4 – Индексы н-алканов на торфяных буграх ключевых участков
В исследованых бугристых болотах относительно высокие значения индекса воска Pwax
(≥0.7) (Инта 1 и Вода Ты) указывали на господство высших сосудистых растений. В верхних
слоях торфа отдельные значения Pwax достигали 0.8 и выше, а индекса воды Paq – ниже 0.4.
Это свидетельствует о преобладающем вкладе деревянистых кустарничков и кустарников,
которые произрастают/произрастали в относительно сухих условиях на торфяных буграх.
Вместе с тем, обращает на себя внимание факт, что значения Paq>0.6 и Pwax≤0.5 характерны
для СТС и верхних ММП бугров (Инта 11), в которых доминируют сфагнум и пушица, торф
переходный, и, очевидно, что избытка влаги при формировании этих слоев не наблюдалось.
В литературе было также отмечено, что сфагновые мхи могут расти и в более сухих условиях
и также вносят значительный вклад в содержание С25 алканов (Vonk, Gustafsson, 2009),
поэтому отношения Paq и Pwax для палеореконструкции бугристых болот могут быть менее
достоверны.
4.4. Полициклические ароматические углеводороды
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) – высокомолекулярные
органические соединения, основными структурными элементами которых являются
соединенные между собой бензольные кольца (Шурубор, 2000). Высокая химическая
устойчивость ПАУ в сочетании с кислой и анаэробной средой катотелма способствует
крайне низкой деградации ПАУ. В исследованных бугристых болотах концентрации всех 14
определенных ПАУ сильно отличаются. Общее содержание (сумма ПАУ) находится в
23
диапазоне 150-3700 нг/г, при средней концентрации 1500±1000 нг/г, однако такой большой
разброс объясняется большим вкладом тяжелых9 ПАУ (рисунком 5).
Условные обозначения: И1 – Инта 11, И11 – Инта 11, В – Вода Ты, К1 – Колва 1, К2 –
Колва 2, И3 – Инта 3, И4 – Инта 4.
Рисунок 5 – Распределение низко- (2-4-ядерных) и высокомолекулярных (5-6-ядерных)
полициклических ароматических углеводородов в бугристых болотах
Практически во всех профилях, за исключением маломощного торфяника (Инта 4),
содержание 6-ядерного бенз[ghi]перилена в некоторых слоях торфа может превышать
верхний предел определения – 2000 нг/г или быть близким к нему, достигая 1800 нг/г (Вода
Ты). Концентрации 5-ядерных ПАУ в целом ниже, они представлены в основном
дибенз[a,h]антраценом, среднее значение которого во всех профилях равно 66 нг/г, но в
отдельных слоях участков Инта 1 и Инта 11 достигает 570 и 1000 нг/г соответственно.
Содержание бенз[b]флуорантена (BbF) варьирует в пределах нескольких десятков нг/г, за
исключением предгорного мезоевтрофного болота (Инта 11), где концентрация BbF
достигает 280 нг/г. Количество других 5-ядерных ПАУ: бенз[k]флуорантена и наиболее
9
Легкие ПАУ – низкомолекулярные 2-4-ядерные ПАУ. Тяжелые ПАУ – высокомолекулярные 5-6-ядерные
ПАУ, содержат больше четырех бензольных колец, менее подвержены разложению в окружающей
естественной среде и более токсичны.
24
канцерогенного среди ПАУ бенз[а]пирена было незначительным. В профилях бугристых
болот концентрации легких ПАУ достаточно однородны. Наибольший вклад среди них
вносят 2–3-ядерные ПАУ, флуорен и фенантрен, составляя 141 и 57 нг/г соответственно,
тогда как содержание антрацена в основном незначительно. В составе торфа из 2-ядерных
ПАУ также в большом количестве представлен нафталин, в среднем 92 нг/г. Концентрации
4-ядерных ПАУ в основном близки к нулю, за исключением нескольких горизонтов с явно
выраженными максимумами пирена (до 260 нг/г) и хризена (до 400 нг/г), которые
объясняются специфическим ботаническим составом торфа10.
Как общее содержание ПАУ, так и содержание отдельных составляющих сильно
различаются в зависимости от ботанического состава и трофности торфа бугристого болота.
Данный факт особенно выражен на маломощных (50 см) недавно сформированных
торфяных отложениях (Инта 4). Концентрация отдельных ПАУ в более древних слоях торфа
значительно выше. Однако значительное содержание легких ПАУ (нафталин, флуорен и
фенантрен) указывает на стабильность анаэробных условий, обеспечивающих сохранение и
накопление ПАУ в бугристых болотах на протяжении голоцена. В то же время, в некоторых
поверхностных горизонтах (Колва 1, Колва 2 и Инта 3) концентрации ПАУ значительно
ниже таковых в более глубоких слоях, что свидетельствует о наступлении аэробных условий
и происходящей биодеградации. Малая доля сходства B[ghi]P с другими ПАУ указывает, что
он не зависит от концентраций прочих ПАУ (Пастухов и др., 2017). Кроме того, он наиболее
иммобилен и устойчив в анаэробной среде, вместе с тем достаточно быстро разлагается при
аэробных условиях. Очевидно, что 6-ядерный бенз[ghi]перилен может являться достаточно
надежным индикатором сохранения органического вещества на протяжении голоцена и в
будущем, даже при условии оттаивания многолетней мерзлоты, так как анаэробные условия
будут сохраняться.
Таким образом, детальный анализ почвенно-геокриологического комплекса бугристых
болот показал, что изменения в ботаническом составе отражаются и в физико-химических
особенностях торфа, по которым четко идентифицируются три слоя: СТС – примерно
равный слою акротелма. При этом примерно лишь в верхних 20 см, то есть в наиболее
аэрируемом слое, преобладают окислительные условия, которые способствуют разложению
органического вещества торфа. Второй и третий слои – ММП представляют собой
дифференцированный слой катотелма, в котором органическое вещество практически
полностью законсервировано от дальнейшего разложения. Следовательно, увеличение
минерализации торфа возможно только при установлении аэробных условий на фоне
деградации многолетней мерзлоты.
Глава 5. Эволюция бугристых болот в голоцене
Особенностью морфологии бугристых болот являются торфяные бугры с минеральным
ядром высотой от нескольких десятков сантиметров (мелкобугристые болота) до нескольких
метров (крупнобугристые болота). Нарастание бугра в высоту связано с увеличением
ледяной линзы-ядра (гидролакколита). После растрескивания поверхности и таяния ледяного
10
Отсутствие послепожарных углей исключает их пирогенное происхождение, а удаленность исследуемых
участков от промышленных объектов свидетельствует об отсутствии техногенных загрязнений.
25
ядра бугор может разрушиться. Может также формироваться миграционный бугор
(Васильчук и др., 2011). Плоскобугристые торфяники формируются в результате
неравномерного роста мхов, когда на поверхности залежи образуются отдельные локальные
повышения (кочки, гряды), а также в результате термоэрозии по повторно-жильным льдам.
Однако, даже на отдельно взятом бугристом болоте, которое рассматривается в данной
работе, выделяются как крупные бугры округлой формы, так и плоские, в том числе и
немерзлотные грядово-мочажинные и грядово-мочажинно-озерковые комплексы. При
объяснении причин возникновения многолетнемерзлых торфяников главным фактором
считают снижение поверхности болот под влиянием эрозионных и термокарстовых
процессов (Пьявченко, 1955). Бугры рассматривают как останцы былой поверхности болот,
пока еще не разрушенные эрозией и термокарстом (Прозоров, 1974; Boreal peatland…, 2006).
Существует и другая группа гипотез, согласно которым формирование бугристых болот
связано с процессами мерзлотного пучения (Достовалов, Кудрявцев, 1967; Васильчук и др.,
2011; Seppälä, 1986; 2011; Осадчая, Тумель, 2012). Мы полагаем, что последняя объясняет
образование эфемерных мерзлых бугорков высотой до 50-60 см посреди широких и
переувлажненных мочажин. Как уже было отмечено выше, многие исследователи
утверждают, что следует ожидать быстрого разрушения комплексов бугристых болот, таяния
многолетней мерзлоты, декомпозиции органического вещества и увеличения эмиссии
парниковых газов. Однако мы считаем, что торфяные залежи бугристых болот являются
достаточно устойчивыми болотными экосистемами даже при климатических изменениях.
Для этого детально рассмотрим их эволюцию на протяжении голоцена.
Мощность торфа в бугристых болотах зависит от возраста и динамики накопления
торфа до его замерзания. Кроме того, увеличение мощности торфа значительно влияет на
уплотнение торфяной залежи, которая, как правило, возрастает с глубиной. Многочисленные
линзы льда в бугристых болотах также способствуют уплотнению торфа.
Так, плотность торфа в исследованных бугристых болотах в основном колеблется от
0.062-0.080 г/см3 в моховых слоях до 0.116-0.192 г/см3 в кустарниковых. Содержание
органического вещества (потери при прокаливании) составляет свыше 95 % в СТС, а в ММП
находится в основном в пределах 90 %, за исключением сфагновых слоев, где оно
уменьшается до 80-85 %. В подстилающих торфяную залежь суглинках/супесях содержание
органического вещества резко падает до <5 % (таблица 3).
Современную скорость накопления торфа определяют двумя основными методами:
определение баланса углерода по первичной продуктивности болотных растений (NPP),
измерения потоков газов – СО2 и СН4 (эмиссия с поверхности почв) и выноса растворенного
органического углерода (DOC) болотными водами; применение моделей аккумуляции торфа,
базирующихся на исторических сведениях о функционировании болотной экосистемы
вместе с данными о плотности торфяного профиля, его возрасте (Инишева и др., 2013).
Проведенные в 2014 г. измерения потоков CH4 показали, что за период активной
эмиссии метана (ПЭМ=137 сут.) с поверхности олиготрофных пушицево-сфагновой топи и
многолетнемерзлого бугра с кустарничково-сфагновым растительным покровом (Инта 11)
выделилось в атмосферу около 12 и 1 г/м2 CH4 соответственно. Удельный поток с
поверхности торфяных пятен мерзлотного бугра за этот период составил 0.5 г/м2. Торфяные
26
бугры, покрытые растительностью, за весь период измерений выполняли функцию стока CH4
в исследованном болоте, его величина составила 0.36-0.1 г/м2. И хотя в целом по всему
болоту суммарная эмиссия CH4 с площади всех исследованных сообществ за 137 суток
составила около 2.5 т, потери углерода связанные с эмиссией CH4, составили лишь
0.04 тС/га, что в 10 раз меньше, полученных значений для болот средней тайги Республики
Коми (Мигловец и др., 2015). Таким образом, можно сделать вывод о том, что бугристое
болото (Инта 11) и торфяные бугры, в частности, являются стоком углерода, и в настоящий
момент, хотя и в незначительных масштабах, происходит торфонакопление.
Согласно модели вертикального роста болот, включающей акро- и катотелм, слой
акротелма сам по себе не является накопителем торфа, но действует как селективный блок
предварительной обработки растительного материала перед передачей его в катотелм –
истинный резервуар торфонакопления. Потери (разложение) органического вещества в
катотелме крайне незначительны (на один-два порядка меньше, чем в акротелме), поэтому
ими можно пренебречь. Однажды установившись, мощность акротелма остается примерно
постоянной при относительном постоянстве условий окружающей среды. Однако, два
процесса – и рост бугра, и эрозия его вершины – протекают одновременно. Сосуществование
этих процессов продолжается до тех пор, пока нижняя граница СТС (которая примерно
равна в мерзлотных торфяных буграх акротелму) не начнет заглубляться в подстилающие
высокольдистые ММП (катотелм). Это приводит к началу термокарста, сопровождающемуся
последующим разрушением бугра. Доказательством этого является присутствие на
бугристых болотах торфяных пятен, в том числе зарастающих, на низких и разрушенных
буграх (Каверин, Пастухов, 2013). Мощность акротелма изменяется, в связи с чем могут
резко ускоряться процессы разложения органического вещества (Пастухов и др., 2017).
История развития торфяных отложений позволяет качественно реконструировать
разложение и накопление углерода и выявить эволюционные стадии формирования
бугристых болот. В плакорных лесах до заболачивания происходил достаточно быстрый
круговорот углерода, который быстро минерализовался и вымывался в аэробных условиях.
Результаты радиоуглеродного анализа показывают, что накопление торфа началось в
позднем бореале (BO-2) в крайне северной тайге (Инта 1 и Инта 11) приблизительно 8300 лет
назад, в лесотундре (Сейда) – около 8000 лет назад. Затем болотный торф постепенно
накапливался, с максимальной скоростью в середине атлантического периода до 1.4-1.5
мм/год, климат был теплее современного на 3-4 °С, сумма осадков выше на 50-75 мм
(Климанов, 1986). Накопление торфа происходило в анаэробной немерзлотной среде в
течение 5000 лет (около 64-78 % всего времени существования исследуемых болот). Лишь
кратковременно в верхних (аэрированных) горизонтах акротелма торф подвергался
аэробному разложению, но затем вновь погружался в насыщенные водой анаэробные
условия катотелма, где происходил его медленный анаэробный распад. Аградация мерзлоты
2200 лет назад еще более затормозила разложение углерода торфа ниже деятельного слоя.
Вместе с тем формирование торфяных бугров способствовало хорошей аэрации СТС летом.
Во время последующей деградации многолетней мерзлоты и усиления термокарстовых
явлений бугры в крайне северной тайге деградировали (2200-850 лет назад), и торф вновь
оказался в условиях медленного анаэробного разложения катотелма. Последняя реаградация
27
многолетней мерзлоты, начавшаяся около 800 лет назад, вновь подавила распад торфа в
глубоких слоях. В современное потепление климата растительный покров торфяных бугров
препятствует оттаиванию мерзлоты. При иссушении поверхности бугров происходит смена
моховых фитоценозов лишайниками и формирование оголенных торфяных пятен. Но сухой
торф имеет повышенные теплоизоляционные свойства и препятствует дальнейшему
протаиванию ММП. Разрушение бугров происходит при ведущей роли ветровой и
термоэрозии, однако в то же время идет медленное торфонакопление.
Глава 6. Чувствительность органического вещества бугристых болот
к потеплению (инкубационный эксперимент)
Бугристые болота, находящиеся на современном южном пределе криолитозоны, при
таянии многолетней мерзлоты могут превратиться из основного резервуара-поглотителя
углерода в его источник. При этом углекислый газ является основным продуктом
минерализации органического вещества в почвах при аэробных условиях, тогда как в
водонасыщенных грунтах в анаэробной среде, выделяется CO2 и CH4. Пропорция выделения
этих анаэробных продуктов зависит от преобладания процессов метаногенеза над
поглощением метана в почве, а также от других анаэробных реакций, эмитирующих СО2
(например, денитрификация, сульфатредукция). Очень важным является количественное
определение соотношения CO2 и CH4, высвобождающихся из известного объема
органического вещества, для определения биологических результатов воздействия таяния
многолетней мерзлоты на изменение климата, так как СН4 имеет в 28-34 раз больший
потенциал глобального потепления (GWP) при расчете на 100-летний период (Myhre et al.,
2013). Для решения этой задачи был проведен инкубационный эксперимент, в ходе которого
оценивалась скорость минерализации органического вещества торфа и эмиссия СО2 и CH4 в
искусственных аэробных и анаэробных условиях при температуре +4° С в течение 510 дней в
образцах торфа трех ключевых участков бугристых болот, взятых из сезонно-талого (AL),
переходного (TL) и многолетнемерзлого слоев (PL).
Неоднородность состава и свойств органического вещества торфяных горизонтов в
СТС (AL) и ММП (TL, PL и DPL) обозначает три зоны: 0-70 см – примерно равна мощности
AL; 70-190 см – верхний слой ММП (TL+PL) (торф здесь образовался к концу среднего
суббореала (SB-3), а в период последнего малого климатического оптимума находился в
талом состоянии) (Пастухов и др., 2016); и глубже 190 см до контакта с минеральными
отложениями – нижний слой ММП (DPL).
6.1. Скорость минерализации многолетнемерзлого органического вещества в аэробных и
анаэробных условиях
Скорость эмиссии CO2 была различной в образцах трех ключевых участков в
соответствии с рисунком 6. Максимальные скорости эмиссии достигали 88.1±9.7 мкг/сутки
на 30-й день инкубации в аэробных условиях и 25.3 мкг/сутки на 65-й день инкубации в
анаэробной среде в образцах PL (Инта 11). Эмиссия CO2 была самой высокой в аэробных
условиях в течение первого месяца, за исключением DPL, где максимум значений
наблюдался на 37-й день эксперимента.
28
А
Б
Эмиссия CO2 определена в течение всего 510-дневного периода инкубационного
эксперимента и представлена в мкг CO2, выделяемого из 1 г углерода за 1 сутки.
Вертикальные планки погрешностей обозначают стандартное отклонение от среднего
содержания (каждую пробу определяли в трехкратной повторности)
Рисунок 6 – Скорость эмиссии CO2 в аэробных (А) и анаэробных (Б) условиях в
сезонно-талом (AL), переходном (TL), многолетнемерзлом (PL) слоях и слое
многолетнемерзлого торфа, находящегося на контакте с минеральными отложениями (DPL)
(ключевые участки Инта 1, Инта 11 и Колва)
Затем скорость эмиссии СО2 значительно убывала в образцах участков Инта 1 и
Инта 11 примерно до 187 дня эксперимента, в дальнейшем оставаясь почти без изменений.
На участке Колва скорость эмиссии за весь период наблюдений оставалась практически
неизменной, за исключением AL, где выделение СО2 снизилось с 12.7±2.1 мкг/сутки до
29
8.1±2.2 мкг/сутки к концу эксперимента. Скорость эмиссии СО2 при анаэробных условиях
увеличивалась, достигнув максимума к 65-76-му дням эксперимента, за исключением AL на
участке Инта 1 и AL, TL и PL на участке Колва, где эмиссия CO2 была самой высокой уже на
15-й день. Однако затем быстро убывала до конца эксперимента. К 510 дню эмиссия CO2
была в 1.5-10 раз ниже начальных значений. При этом при аэробных условиях скорость
эмиссии СО2 была всегда в 2-5 раз выше, чем в анаэробных условиях на каждом участке в
большинстве образцов. Важно отметить, что в анаэробных условиях на всех участках
скорость эмиссии СО2 в PL была наименьшей, более высокой в TL и самой высокой в AL.
Таким образом, можно полагать, что при деградации многолетней мерзлоты и оттаивании
мерзлотных слоев TL и особенно PL минерализация торфа будет минимальной в анаэробных
условиях.
Эмиссию CH4 не наблюдали во всех образцах, за исключением слоя TL профиля
Инта 1, где выбросы CH4 были зафиксированы в крайне незначительных количествах,
начиная с 292 дня эксперимента, и достигали к 510 дню 0.11±0.1 мкг/сутки. Ранее отмечено,
что скорость продукции метана в исследованных образцах многолетней мерзлоты достигала
своего максимума через 200-1200 дней (Knoblauch et al., 2013). Результаты множества
анаэробных инкубационных экспериментов, проводившихся при различных температурах с
разными типами почв, демонстрировали временной промежуток от начала инкубации до
наступления максимальных темпов эмиссии метана, так называемое время запаздывания
(Treat et al., 2015). Время запаздывания зависит не только от температуры и влажности
образцов, используемых в эксперименте, но и от окислительно-восстановительного
потенциала и от динамики микробных сообществ, поскольку максимальная скорость
эмиссии метана достигается в условиях обеднения альтернативных электроноакцепторов и
установления метаногенных микробных сообществ (Knorr et al., 2009). Возможно, это
связано с функциональной дестабилизацией микробных сообществ при отборе проб, их
хранении и подготовке к эксперименту. Очевидно, что и в нашем случае следует ожидать
значительного увеличения эмиссии метана, если инкубационный эксперимент будет
проводиться в течение более длительного времени.
6.2. Доля минерализованного органического вещества за время инкубационного
эксперимента
Общее количество минерализовавшегося углерода органических соединений торфа к
концу инкубационного периода (к 510 дню) с очень высокой достоверностью коррелировало
(r = 0.98, p <0.001) с максимальной скоростью эмиссии CO2 в аэробных условиях при
отсутствии корреляции при анаэробных условиях (R = -0.22). Величина потери при
прокаливании статистически значимо коррелировала с эмиссией CO2 только в аэробных
условиях – r = -0.65, p <0.05. При этом аналогичной значимой корреляции при анаэробных
условиях не наблюдали (r = -0.01). К 510 дню эксперимента при аэробных условиях общий
объем СО2, выделившегося в расчете на 1 г углерода в анализируемом образце, составил 3.419.8 мг (в среднем 9.2 мг), тогда как в анаэробных условиях – только 0.47-15.4 мг (в среднем
3.23 мг).
30
Доля минерализованного углерода в конце инкубационного периода отличалась, как в
трех исследованных участках, так и между слоями торфа: AL, TL и PL.
В анаэробных условиях доля минерализованного углерода к 510-му дню эксперимента
в AL (0.29-0.56 %) был значительно выше, чем в мерзлотных слоях – TL (0.08-0.50 %) и PL
(0.04-0.21 %). В аэробных условиях максимум минерализации наблюдали в образцах из АL
только на участке Инта 1 (1.05±0.29 % от исходного углерода было минерализовано до CO2),
тогда как на участке Инта 11 максимальные значения были отмечены в PL – 1.98±0.04 %, на
участке Колва – в образцах из DPL – 0.55±0.50 %.
Эмиссию CH4 наблюдали только в TL на участке Инта 1. При этом количество метана,
выделенного из исследуемых образцов при анаэробных условиях, составило крайне
незначительные величины от исходного количества углерода – 0.0066±0.0008 %. Мы
объясняем это небольшой продолжительностью эксперимента.
Несомненно, результаты инкубационного эксперимента являются дискуссионными, но,
вместе с тем, они подтверждают авторскую гипотезу об устойчивости органического
вещества бугристых болот к минерализации, особенно в анаэробных условиях. Так,
проведенные расчеты 1200-дневного инкубационного эксперимента с голоценовыми и
плейстоценовыми мерзлотными торфяными отложениями Северо-Восточной Сибири
показали, что за 100 лет будет минерализовано 15.1 % от всего органического вещества в
аэробных условиях в виде CO2 и 1.8 % – в анаэробных условиях в виде CH4 (Knoblauch et al.,
2013). На всех 3-х бугристых болотах (Инта 1, Инта 11, Колва) при анаэробных условиях
эмиссия CO2 из PL была значительно меньше, чем из AL, следовательно, органическое
вещество в PL устойчиво к минерализации даже при оттаивании. При аэробных условиях
многолетнемерзлое органическое вещество (PL), заключенное в бугристом болоте Инта 11,
теоретически является наиболее неустойчивым к минерализации по сравнению с другими
участками, так как в PL фиксировали максимальную скорость эмиссии CO2. Однако даже
при столь короткой продолжительности эксперимента был очевиден тренд снижения
скорости эмиссии в PL с одновременным небольшим постепенным снижением эмиссии в AL
и TL.
Эти результаты согласуются с результатами наших исследований (Пастухов, Каверин,
2016), выполненных в районах сплошного и несплошного распространения многолетней
мерзлоты, в которых предполагается, что таяние многолетней мерзлоты будет
способствовать заболачиванию и сохранению анаэробных условий, что существенно
ограничит разложение органического вещества даже оттаивающего торфа.
Глава 7. Определение эталонных значений запасов почвенного углерода в бугристых
болотах и почвах европейского северо-востока России
Для оценки пространственной неоднородности запасов почвенного углерода были
составлены почвенные карты ключевых участков (Сейда, Роговая 1, Роговая 2, Ляли)
масштаба 1 : 25000 (Пастухов и др., 2013). Карты создавали на основе дешифрирования
спутниковых снимков Landsat ETM+ и QuickBird методом автоматической управляемой
классификации (supervised classification) в программной среде ERDAS IMAGINE 9.0 и
ArcGIS 9.1. Спутниковые снимки были преобразованы в растровые карты, содержащие
31
информацию о почвенном типе для каждого класса пикселей. Однотипные растровые
области были генерализованы и затем конвертированы в векторные полигоны. Финальные
векторные карты были получены в виде шэйп-файлов (.shp) в программном пакете
ArcGIS 9.1 (Каверин,…Пастухов и др., 2012). Средние значения почвенного углерода
(кг C/м2) для каждой группы почв подсчитывали как среднее арифметическое значение
содержания углерода в отобранных почвенных образцах для каждой группы и подгруппы
почв каждого из ключевых участков (таблица 7). Подсчитанные средние значения в
дальнейшем использовали как эталонные для подсчета запасов углерода в регионе.
Таблица 7 – Запасы почвенного углерода в основных почвенных группах ключевых участков
Почвенная
группа*
Folic
Stagnosols
Stagnosols
Fluvisols
Histic Fluvisols
Histic Gleysols
Fibric Histosols
Прочие
0-30 см
Слои почв и подстилающих пород, кг/м2
0-100 см Всего**
Орг
Мин
Криот
Южная тундра (Роговая 1, 2, Сейда)
8.7±3.2
15.0±3.7 15.0±3.7 4.0±2.2
5.9±2.2
6.0±1.3
8.9±3.3
7.0±2.3
9.1±8.9
5.6±1.7
10.2±2.0
13.0±1.7
18.1±4.5
17.5±2.7
33.3±22.5
9.7±0.6
11.0±4.1
-**
Мерзл
-
Мощн.
⊥
см
12±3
-
n
22
10.2±2.0 2.1±0.9 8.1±1.9
6±3
16
13.0±1.7 1.4±0.6 11.6±1.4
4±3
9
18.1±4.5 3.4±4.9 14.7±4.5
8±7
9
17.5±2.7 4.4±2.5 13.2±2.3
15±6
6
54.1±36.445.6±34.9 8.5±3.6
127±54
17
9.7±0.6 2.4±1.9 7.1±2.2
5±4
3
Роговая 1
Cryic Histosols 24.6±9.1 71.3±20.1 100±46.2 87.7±49.1 12.8±9.2
47.3±13.3 119±60 47±13 7
Cryosols
14.5±4.5 30.2±26.4 30.2±26.4 5.8±3.3 10.3±1.4 14.2±27.6 5.8±4.0
13±9 50±29 7
Роговая 2
Cryic Histosols 17.6±5.0 57.0±9.6 78.3±31.866.8±33.7 8.4±3.8
3.1±8.3 44.0±30.5 110±65 53±5 7
Cryosols
9.6±4.6 28.0±12.8 28.0±12.8 8.0±5.4 6.3±6.8 13.8±13.2 11.5±11.9 24±9 48±15 11
Сейда
Cryic Histosols 21.2 ±12.5 62.2 ±11.7 147±52.5 137±52.4 9.6±2.0
111±48.7 256±111 55±7 32
Cryosols
10.1±4.9 16.9±6.0 16.9±6.0 7.7±5.8 6.4±2.9
2.7±4.5 1.6±1.6
15±7 66±16 7
Средние
10.8
28.7
39.5
25.0
11.7
1.5
13.6
86±113
153
запасы
Средняя тайга (Ляли)
Stagnosols
13.1±6.0 20.1±8.8
7.5±4.8 12.6±4.0
10±6
4
Fluvisols
5.1±1.9
6.7±3.2
2.6±1.3 4.1±1.9
7±3
4
Histic Fluvisols 18.9±12.4 26.3±16.6
14.0±9,3 12.3±7.2
20±4
4
Histic Gleysols 15.3±5.7 23.2±8.6
6.9±2,5 16.3±6.0
12±2
4
Fibric Histosols 9.3±4.1 71.6±3.4
68.7±2.5 2.9±0.9
87±10
7
Histic Retisols
9.2±3.4 11.6±4.3
8.1±3.0 3.6±1.3
13±3
11
Retisols
8.0±3.0 13.8±5.1
6.2±2.3 7.6±2.8
5±2
10
Albic Podzols
3.9±1.6
5.1±1.7
3.0±2.1 2.1±0.6
3±1
5
Histi-Albic
7.7±2.8 10.7±3.9
4.4±1.6 6.3±2.3
11±2
4
Podzols
Средние
8.2
16.1
10.9
5.3
53
запасы
*Названия почв даны по Международной реферативной базе (WRB, 2014).
**Всего – для минеральных почв содержание углерода рассчитывалось для 0-100 см, для органогенных почв
(Histosols) – для 0-300 см.
Условные обозначения: Орг – органогенные; Мин – минеральные; Криот – криотурбированные, Мерзл –
Мерзлотные горизонты; Мощн. – мощность органогенных горизонтов; ⊥ – верняя граница многолетней
мерзлоты; n – число исследованных профилей. Прочерк – не определяли.
Глава 8. Карта запасов почвенного углерода бассейна среднего течения р. Уса
В диссертации описана методика составления почвенной карты, включающей в себя
открытую пространственную базу данных почвенных свойств, например, содержание
32
запасов углерода (Пастухов и др., 2016). Для территории южной тундры–лесотундры
(бассейн среднего течения р. Уса, площадью 18132.55 км2) построена цифровая почвенная
карта масштабом 1 : 300000 с тематическим разрешением 15 почвенных групп и подгрупп по
классификации WRB (IUSS, 2014). В соответствии с рисунком 7 эта карта в дальнейшем
использована в Главах 8 и 9 для изучения зависимости содержания почвенного углерода от
факторов окружающей среды, что позволило провести пространственно-временнόе
моделирование и рассчитать прогнозные изменения запасов углерода в бугристых болотах и
почвах.
Рисунок 7 – Карта запасов почвенного органического углерода (кг/м2) бассейна среднего
течения р. Уса (для построения карты использована управляемая автоматическая
классификация с автоматической корректировкой в зависимости от характеристик рельефа)
Глава 9. Пространственное моделирование запасов углерода в бугристых болотах и
почвах европейского Северо-Востока России
При изучении зависимости содержания запасов почвенного углерода от факторов
окружающей среды (почва, рельеф и климат) на региональном уровне основная задача
заключалась в построении максимально точной генерализованной линейной модели
пространственного распределения запасов углерода на южном пределе европейской
криолитозоны, которая включает в себя: 1) реальные пространственно привязанные полевые
33
данные запасов углерода в основных почвенных группах, 2) климатические данные
(температура воздуха и сумма осадков), 3) геоморфологические данные (количественные
характеристики рельефа). Применение такого подхода позволило значительно увеличить
пространственное разрешение (до 300 м в 1 пикселе) и уменьшить прогнозную ошибку. В
Главе 10 на основе этих данных построены прогнозные модели и определены запасы
углерода для 2050 г. с использованием различных климатических сценариев E-GISS и
HadCM3.
Построена пространственная модель запасов углерода для южной тундры–лесотундры
средней части бассейна р. Усы, учитывающая не только таксоны почв, но и характеристики
климата и рельефа (Пастухов, 2016а):
ln(C)А110 = 0.02626⋅И1Pиюл+16.92 – 0.1617⋅Риюн–5.29 – 0.00369⋅И2Z–4.17 +
+ 0.04225⋅И2rotП+2.66 + 8.487,
где R2 = 0.840 (Degr = 1.5 %11), P<10–6, ln – натуральный логарифм; A110 – выборка из
110 усредненных точек наблюдения, в которых были определены запасы углерода; 0.02626, –
0.1617, –0.003690, 0.04225 – коэффициенты регрессии; И1 и И2 – предикторы, обозначающие
органогенные и минеральные почвы с органогенным горизонтом 0-10 см соответственно;
нижние индексы +16.92, –5.29, –4.17, +2.66 – значения t-статистик12, Pиюл и Риюн – сумма
осадков июля и июня, Z – абсолютная высота, rotП – одна из преобразованных (верхний
индекс П) морфометрических величин13, обозначающих расчлененность рельефа.
Данная модель показывает, что на 84 % пространственное распределение запасов
углерода – ln(C) – зависит от таксонов почв, характеристик климата (осадки июня Риюн и
июля Риюл) и рельефа (Z – высота, rot – расчлененность рельефа); все предикторы значимы в
модели. Главным было различие между бугристыми болотами и другими таксонами почв
(индикатор И1 отличает органогенные почвы от остальных таксонов почв). Другими
важными факторами были осадки июня Риюн, учитывающие высоту местности член И2Z и
расчлененность рельефа местности член И2rotП.
Показано, что запасы углерода в органогенных почвах (бугристых болотах)
практически не зависят от изменяемых характеристик климата и рельефа, тогда как запасы
углерода в минеральных таксонах почв существенно связаны с данными характеристиками,
что и вызывает небольшое увеличение оценки средних запасов углерода при их учете.
Поэтому средние запасы углерода, существующие к настоящему времени и предлагаемые в
литературе, могут недостаточно точно отвечать более реалистичным средним, рассчитанным
с учетом как таксонов почв, так и характеристик климата и рельефа.
11
Показатель деградации Degr = 100⋅(R2/R2Pred – 1) можно использовать для оценки качества предсказаний
модели в новых точках наблюдения. Эмпирический критерий Degr < 50 % применен как критерий успешности
верификации по методике Аллена для не слишком больших объемов выборки (< 120) в области экологии,
почвоведения и сельского хозяйства, но не в технических дисциплинах, где теснота связи отклика с
предикторами может быть значительно больше (Шарый и др., 2011).
12
Эти t-статистики зависят от выбранного уровня значимости (везде ниже P = 0.05) и числа степеней свободы
n-k-1, равного везде ниже 105 (n есть объем выборки 110, k есть число предикторов 4).
13
Для статистического анализа морфометрические величины преобразовывали по формулам для нормализации
их распределения (Shary et al., 2002).
34
Глава 10. Прогноз изменения запасов почвенного органического углерода при
различных климатических сценариях на северо-востоке европейской России
Рассчитаны три пространственно-временные генерализованные линейные модели
(ГЛМ) запасов углерода, на основе которых построены прогнозы изменения запасов
углерода на 2050 г. при умеренном климатическом сценарии – E-GISS и экстремально
высоком – HadCM3 (Пастухов, 2016б). В построенных прогнозных моделях на 83% запасы
почвенного органического углерода зависят только от факторов окружающей среды
(расчлененность рельефа, климатические показатели) без учета экологической инерции. В
модели № 1 в качестве изменяемых климатических показателей использованы средние
осадки июля и июня, в модели № 2 учитывались максимальная температура июля и средние
осадки июня, в модели № 3 – максимальная температура июля и средние осадки июля и
июня.
По умеренному климатическому сценарию E GISS прогнозируется снижение
современных средних запасов углерода в почвах изученной территории по модели № 2 – на
1.03 кг/м2 (-3 %) и по модели № 3 – на 1.27 кг/м2 (-3.47 %), тогда как по модели (1)
прогнозируется депонирование углерода в почвах на 1.80 кг/м2 (+5 %). При этом важно
отметить, что изменение запасов углерода, согласно этим моделям, будет происходить в
первую очередь в торфяно-минеральных и минеральных почвах, тогда как запасы в
органогенных почвах (бугристых болотах) практически не зависят от изменяемых
характеристик климата и рельефа.
Аналогичным образом по этим трем моделям были рассчитаны средние изменения
климатических характеристик к 2050 г. по экстремально высокому сценарию HadCM3. По
данному сценарию прогнозируется катастрофическое снижение запасов углерода: по модели
№ 1 – на 76 %, по модели № 2 – почти на 81 %, по модели № 3 – на 84 %, что естественно
невозможно в природных условиях. Включение в пространственно-временные модели
осадков и температуры дает возможность оценить их совместное действие. Все
климатические предикторы были статистически значимыми.
Рассмотрение трех пространственно-временных моделей с разными климатическими
предикторами для одной выборки и для двух прогнозных климатических сценариев
демонстрирует сходство результатов и устойчивость прогноза. Необходимо понимать, что
прогноз изменения запасов углерода рассчитывали без учета экологической инерции
(задержку во времени процессов преобразования почвенного углерода не учитывали).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Теоретическое обобщение фактического материала позволяет обосновать гипотезу об
устойчивости органического вещества и сохранении торфяных залежей бугристых болот
европейского северо-востока России на современном этапе их эволюции.
Охарактеризованы строение и свойства почвенно-геокриологического комплекса
бугристых болот с использованием современных аналитических методов. Выявлен ряд
маркеров, показывающих неоднородность состава и свойств органического вещества
торфяных горизонтов в сезонно-талых слоях (СТС) и многолетнемерзлых породах (ММП).
Наряду с ботаническим и палинологическим составом, фиксируемые различия в содержании
35
стабильных изотопов углерода δ13C, соотношениях C/N и н-алканов, составе
полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) выступают в качестве маркеров,
отражающих особенности формирования и функционирования бугристых болот на
протяжении от голоцена до современного периода и служат основой установления
параметров изменения окружающей среды и источников накопления торфа.
Выявлены особенности генезиса и эволюционные стадии бугристых болот. Таяние
многолетней мерзлоты способствует заболачиванию и сохранению анаэробных условий, что
существенно ограничивает разложение органического вещества оттаивающего торфа.
Установлено, что на протяжении большей части своей истории и в настоящее время
бугристые болота и торфяные бугры, в частности, являлись резервуаром-поглотителем
углерода. В настоящее время фиксируется незначительное накопление торфа. Современное
разрушение торфяных бугров происходит в результате ветровой эрозии и термоэрозии, но
практически не приводит к развитию термокарста. Протаивание мерзлых торфяных массивов
с поверхности начинается лишь при разрушении торфяных бугров или в условиях
затрудненного поверхностного стока, когда возможно образование озер и мочажин.
Впервые проведена оценка скорости разложения органического вещества в бугристых
болотах при изменении климата. Выявлено, что на всех исследованных участках бугристых
болот при анаэробных условиях эмиссия CO2 из ММП была значительно меньше, чем из
СТС, то есть органическое вещество в ММП устойчиво к минерализации даже при
оттаивании.
В зонах распространения многолетней мерзлоты (от сплошной в типичной и южной
тундре до изолированно-островной в южной лесотундре и крайне северной тайге)
изучаемого региона заключены огромные запасы почвенного углерода, который достаточно
устойчив к минерализации в анаэробных условиях даже при деградации многолетней
мерзлоты. С использованием комплекса полевых, аналитических и картографических работ
была составлена база данных, содержащая все доступные описания профилей для среднего
течения бассейна р. Уса с расчетом запасов почвенного углерода, описанием растительности
и почв в системе Международной классификации WRB (2014). На основе базы данных был
произведен региональный подсчет пространственной изменчивости углерода во всей толще
почвенного профиля (горизонты О–В–С), деятельном (сезонно-талом) слое и
многолетнемерзлых горизонтах. Получены средние (эталонные) значения для каждого из
почвенных типов, и на основе построенных крупномасштабных почвенных карт рассчитаны
запасы углерода на отдельных участках тундры, лесотундры и региона в целом. Построена
цифровая карта запасов почвенного углерода. Определено, что на 83 % без учета
экологической инерции запасы почвенного органического углерода зависят только от
факторов окружающей среды (расчлененность рельефа, температура и осадки). С
использованием умеренного E-GISS и экстремально-высокого HadCM3 климатических
сценариев рассчитаны прогнозные модели и определены запасы углерода для 2050 г.
Показано, что изменение запасов углерода по этим моделям будет происходить, в первую
очередь, в торфяно-минеральных и минеральных почвах, тогда как запасы в органогенных
почвах (бугристых болотах) практически не зависят от изменяемых характеристик климата и
рельефа.
36
Выводы:
1. Выявлены географические закономерности распространения различных типов почв и
бугристых болот в различных подзонах распространения многолетней мерзлоты: от
сплошного распространения ММП на северо-западе Большеземльской тундры до
редкоостровных ММП на южной границе современной криолитозоны. Показано, что
комплексы бугристых болот на европейском северо-востоке России могут занимать от 2.6 до
17.6% от общей площади групп ключевых участков, при этом во многих случаях
коэффициент вариации может достигать 20-50%.
2. Детальный анализ состояния почвенно-геокриологического комплекса бугристых
болот европейского северо-востока России показал, что изменения в ботаническом составе
отражаются и в физико-химических особенностях торфа, по которым идентифицируются три
слоя. Первый слой – сезонно-талый слой (СТС) примерно соответствует зоне акротелма, но
окислительные условия, способствующие минерализации торфа, преобладают лишь в
верхних 20 см. Второй и третий слои – многолетнемерзлые породы (ММП), представляющие
собой дифференцированную зону катотелма, в которой органическое вещество почти
полностью законсервировано от дальнейшего разложения.
3. Определен ряд маркеров, отражающих динамику климата в голоцене, изменения
которого повлияли на особенности генезиса почвенно-геокриологического комплекса
бугристых болот и геохимический состав органического вещества торфяных горизонтов в
СТС и ММП. Равномерный характер изотопных профилей углерода и частично азота, очень
высокие значения индекса преобладающего углерода (CPI=9.5±3.1), доминирование тяжелых
полициклических ароматических углеводородов (150-3700 нг/г, при среднем содержании
1500±1000 нг/г) и особенно 6-ядерного бенз[ghi]перилена (B[ghi]P) указывают на
аккумуляцию неразложившегося или слаборазложившегося торфа в анаэробных условиях.
Органическое вещество остается устойчивым к разложению на протяжении всего голоцена и
при оттаивании многолетнемерзлых пород, так как сохраняются анаэробные условия
вследствие избыточного увлажнения.
4. В аэробных условиях общее количество минерализовавшегося углерода варьировало
от 0.3±0.1 до 2.0±0.3 % в ММП и от 0.4±0.04 до 1.1±0.07 % в СТС. На всех исследованных
участках бугристых болот при анаэробных условиях эмиссия CO2 из ММП была в 1.5-5 раз
меньше, чем из СТС, статистически значимой эмиссии CH4 в течение всего эксперимента не
выявлено. Эти факты свидетельствуют об устойчивости органического вещества в ММП к
минерализации даже при оттаивании.
5. Средние запасы почвенного углерода составляют 32.6±12.1 кг/м2 (в пересчете на 1 м
глубины в минеральных почвах и полную глубину / мощность органогенных горизонтов,
достигающей 4.5 м в торфяниках), средние запасы углерода в торфяных залежах бугристых
болотах оцениваются в 101.6±42.5 кг/м2. Бугристые болота занимают 17.6 % территории
бассейна среднего течения р. Уса (площадь картируемой территории 18132.55 км2, масштаб
карты 1 : 300 000) и содержат более 45.7 % запасов почвенного углерода.
6. Пространственно-прогнозное моделирование распределения почвенного углерода
без учета экологической инерции показало, что увеличение температур и осадков будет
способствовать снижению запасов почвенного углерода на европейском северо-востоке
37
России. Согласно умеренному прогнозному сценарию E-GISS запасы углерода к 2050 г.
снизятся на 3-3.5 % по двум построенным моделям. При этом снижение запасов углерода
будет происходить в первую очередь в торфяно-минеральных и минеральных почвах, тогда
как запасы в органогенных почвах (бугристых болотах) практически не зависят от
изменяемых характеристик климата и рельефа.
7. На основе палинологического и радиоуглеродного анализов выявлены стадии
развития бугристых болот на протяжении голоцена. Накопление торфа началось в позднем
бореале (ВО-2) (8000-8300 лет назад). Максимум торфонакопления в 1.4-1.5 мм/год
зафиксирован при температурном оптимуме, в середине атлантического периода (АТ-2).
Позднее, аккумуляция торфа значительно замедлилась, а затем прекратилась (2500-850 лет
назад) в условиях начавшейся аградации многолетней мерзлоты (2200 лет назад), еще более
затормозившей разложение углерода торфа. В позднем субатлантическом – современном
(SA-3–SA-R) периодах голоцена возобновилось постепенное и медленное торфонакопление.
Бугристые болота современного облика сформировались в результате эрозионнотермокарстового расчленения поверхности многолетнемерзлых торфяников (в лесотундре –
около 2200 лет назад, в крайне северной тайге – около 800 лет назад).
8. Выявлено, что наиболее важным фактором торфонакопления, ингибирующим
разложение органического вещества, является наличие анаэробных условий, а не
многолетней мерзлоты. В результате палеореконструкции определено, что примерно 2/3
времени существования исследуемых болот органическое вещество торфяной залежи было
незамерзшим и незаконсервированным. С начала наших наблюдений (с 2010 г.) параллельно
с процессами термоэрозии в бугристых болотах происходит медленное торфонакопление.
9. Торфяные залежи бугристых болот северо-востока европейской части России в
природных ненарушенных условиях будут сохраняться, несмотря на происходящее
изменение климата, о чем свидетельствуют полученные результаты исследования: бугристые
болота являлись резервуарами-поглотителями углерода большую часть времени своего
развития, органическое вещество торфа устойчиво к минерализации в анаэробных условиях,
запасы углерода практически не зависят от изменения температуры воздуха и количества
осадков.
РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий,
в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций
на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук:
1. Пастухов А. В. О генезисе и классификационном положении автоморфных почв на
покровных суглинках в микроэкотоне тундра–лесотундра / А. В. Пастухов // Вестник СанктПетербургского государственного университета. Серия 3. Биология. – 2008. – Вып. 3. –
С. 117–126. – 0,68 а.л.
2. Русанова Г. В. Современные процессы и унаследованные педогенные признаки
в почвах на покровных суглинках южной тундры / Г. В. Русанова, Е. М. Лаптева,
А. В. Пастухов, Д. А. Каверин // Криосфера Земли. – 2010. – Т. XIV, № 3. – С. 52–60. – 0,91 /
0,23 а.л.
38
Scopus: Rusanova G. V. Modern processes and inherited pedogenic features in soils
on mantle loams, Southern Tundra / G. V. Rusanova, E. M. Lapteva, A. V. Pastukhov,
D. A. Kaverin // Earth's Cryosphere. – 2010. – Vol. 14, is. 3. – P. 52–60.
3. Hugelius G. High-resolution mapping of ecosystem carbon storage and potential effects
of permafrost thaw in periglacial terrain, European Russian Arctic / G. Hugelius, T. Virtanen,
D. Kaverin, A. Pastukhov, F. Rivkin, S. Marchenko, V. Romanovsky, P. Kuhry // Journal
of Geophysical Research-Biogeosciences. – 2011. – Vol. 116, is. G3. – G03024. – 14 p. –
DOI: 10.1029/2010JG001606. – 2,12 / 0,27 а.л. (Web of Science)
4. Каверин Д. А. Исследование тундровых мерзлотных почв в системе «деятельный
слой – многолетняя мерзлота» (северо-восток европейской России) / Д. А. Каверин,
Г. Г. Мажитова, Ф. М. Ривкин, А. В. Пастухов // Известия Самарского научного центра
Российской академии наук. – 2012. – T. 14, № 1. – С. 52–58. – 0,58 / 0,15 а.л.
5. Каверин Д. А. Составление крупномасштабных почвенных карт ключевых участков
в тундре и лесотундре северо-востока европейской России / Д. А. Каверин, О. В. Шахтарова,
А. В. Пастухов, Г. Г. Мажитова, Е. М. Лаптева // География и природные ресурсы. – 2012. –
№ 3. – С. 140–146. – 0,75 / 0,15 а.л.
6. Каверин Д. А. О современном состоянии почвенно-геокриологического комплекса в
южной тундре европейского Северо-Востока / Д. А. Каверин, А. В. Пастухов,
Г. Г. Мажитова // Известия Коми научного центра УрО РАН. – 2012. – Вып. 2 (10). – С. 51–
56. – 0,55 / 0,18 а.л.
7. Пастухов А. В. Микроморфологическое строение мерзлотных и длительно
сезонно-промерзающих суглинистых почв европейского Северо-Востока / А. В. Пастухов //
Известия Коми научного центра УрО РАН. – 2012. – Вып. 4 (12). – С. 30–39. – 0,93 а.л.
8. Пастухов А. В. Проблемы классификации и диагностики техногенных почв при
составлении крупномасштабных карт / А. В. Пастухов // Теоретическая и прикладная
экология. – 2013. – № 2. – С. 74–80. – 0,53 а.л.
9. Пастухов А. В. Экологические аспекты реконструкции хранилища радиоактивных
отходов / А. В. Пастухов, Л. М. Носкова, И. И. Шуктомова, А. И. Кичигин // Известия Коми
научного центра УрО РАН. – 2013. – Вып. 4 (16). – С. 39–46. – 0,59 / 0,15 а.л.
10. Каверин Д. А. Генетическая характеристика мерзлотных почв оголенных пятен на
плоскобугристых торфяниках Большеземельской тундры / Д. А. Каверин, А. В. Пастухов //
Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2013. – Т. 15, № 3. –
С. 55–62. – 0,9 / 0,45 а.л.
11. Пастухов А. В. Запасы почвенного углерода в тундровых и таежных экосистемах
Северо-Восточной Европы / А. В. Пастухов, Д. А. Каверин // Почвоведение. – 2013. – № 9. –
С. 1084–1094. – DOI: 10.7868/S0032180X13070083. – 0,95 / 0,48 а.л.
в переводной версии журнала, индексируемой Web of Science:
Pastukhov A. V. Soil Carbon Pools in Tundra and Taiga Ecosystems of Northeastern
Europe / A. V. Pastukhov, D. A. Kaverin // Eurasian Soil Science. – 2013. – Vol. 46, is. 9. –
С. 958–967. – DOI: 10.1134/S1064229313070077.
12. Русанова Г. В. Почвы лесных и тундровых ландшафтов северной лесотундры
(бассейны рек Сейда и Хоседа-ю) / Г. В. Русанова, О. В. Шахтарова, А. В. Пастухов //
39
Вестник Санкт-Петербургского государственного университета. Серия 3. Биология. – 2014. –
Вып. 3. – С. 50–61. – 0,74 / 0,25 а.л.
13. Каверин Д. А. Особенности формирования почв в котловине осушенного озера
«Опытное» (европейский северо-восток России) / Д. А. Каверин, А. В. Пастухов,
Н. Б. Какунов, А. В. Калмыков // Известия Самарского научного центра Российской
академии наук. – 2014. – Т. 16, № 5. – С. 43–50. – 0,86 / 0,21 а.л.
14. Каверин Д. А. Температурный режим тундровых почв и подстилающих
многолетнемерзлых пород (европейский северо-восток России) / Д. А. Каверин, А. В. Пастухов,
Г. Г. Мажитова // Криосфера Земли. – 2014. – Т. XVIII, № 3. – С. 23–32. – 0,87 / 0,29 а.л.
Scopus: Kaverin D. A. Temperature regime of the tundra soils and underlying permafrost
(northeast European Russia) / D. A. Kaverin, A. V. Pastukhov, G. G. Mazhitova // Earth`s
Cryosphere. – 2014. – Vol. XVIII, is. 3. – P. 23–31.
15. Каверин Д. А.
Особенности
строения
многолетнемёрзлых
торфяников
на Европейском Северо-Востоке и состава их органического вещества / Д. А. Каверин,
Е. М. Лаптева, А. В. Пастухов // Теоретическая и прикладная экология. – 2015. – № 1. –
С. 13–20. – 0,70 / 0,23 а.л.
16. Пастухов А. В. Реликтовые бугристые мерзлотные торфяники на южном пределе
Восточно-Европейской криолитозоны / А. В. Пастухов, Д. А. Каверин, Н. Н. Гончарова //
Теоретическая и прикладная экология. – 2015. – № 1. – С. 77–84. – 0,56 / 0,19 а.л.
17. Шамрикова Е. В. Водорастворимые органические кислоты торфяных мерзлотных
почв юго-востока Большеземельской тундры / Е. В. Шамрикова, Д. А. Каверин,
А. В. Пастухов, Е. М. Лаптева, О. С. Кубик, В. В. Пунегов // Почвоведение. – 2015. – № 3. –
С. 288–295. – DOI: 10.7868/S0032180X15030107. – 0,73 / 0,12 а.л.
в переводной версии журнала, индексируемой Web of Science:
Shamrikova E. V. Water-soluble organic acids in cryomorphic peat soils of the southeastern
Bol'shezemel'skaya tundra / E. V. Shamrikova, D. A. Kaverin, A. V. Pastukhov, E. M. Lapteva,
O. S. Kubik, V. V. Punegov // Eurasian Soil Science. – 2015. – Vol. 48, is. 3. – P. 250–256.
18. Патова Е. Н. Почвенный и растительный покров территории Усинского угольного
месторождения (Большеземельская тундра) / Е. Н. Патова, Е. Е. Кулюгина, А. В Пастухов //
Известия Коми научного центра УрО РАН. – 2015. – Вып. 3 (23). – С. 16–23. – 0,62 / 0,21 а.л.
19. Дегтева С. В. Особо охраняемые природные территории Полярного Урала:
современное состояние и перспективы развития / С. В. Дёгтева, Е. Н. Патова,
Е. Е. Кулюгина, В. И. Пономарев, М. В. Дулин, Г. В. Железнова, А. А. Колесникова,
С. К. Кочанов,
Л. Я. Огродовая,
А. В. Пастухов,
С. Н. Плюснин,
Т. Н. Пыстина,
Н. П. Селиванова, А. Г. Татаринов, Л. В. Тетерюк // Известия Коми научного центра УрО
РАН. – 2015.– Вып. 3 (23). – С. 24–34. – 1,01 / 0,07 а.л.
20. Лаптева Е. М. Ландшафтно-биогеографические аспекты аккумуляции и миграции
тяжелых металлов в почвах Арктики и Субарктики европейского Северо-Востока /
Е. М. Лаптева, Д. А. Каверин, А. В Пастухов, Е. В. Шамрикова, Ю. В. Холопов // Известия
Коми научного центра УрО РАН. – 2015. – Вып. 3 (23). – С. 47–60. – 1,10 / 0,22 а.л.
21. Пастухов А. В. Генезис и эволюция бугристых болот на территории
редкоостровной многолетней мерзлоты на европейском Северо-Востоке (бассейн среднего
течения р. Косью) / А. В. Пастухов, Т. И. Марченко-Вагапова, Д. А. Каверин,
Н. Н. Гончарова // Криосфера Земли. – 2016. – Т. XX, № 1. – С. 3–14. – 0,89 / 0,22 а.л.
40
Scopus: Pastukhov A. V. Genesis and evolution of peat plateuas in the sporadic permafrost
area in the European north-east (middle basin of the Kosyu River) / A. V. Pastukhov,
T. I. Marchenko-Vagapova, D. A. Kaverin, N. N. Goncharova // Earth`s Cryosphere. – 2016. –
Vol. XX, is. 1. – P. 3–13.
22. Каверин Д. А. Особенности температурного режима светлоземов северотаежных
ландшафтов (европейский северо-восток России) / Д. А. Каверин, А. В. Пастухов,
Е. В. Жангуров // Известия Коми научного центра УрО РАН. – 2016. – № 1 (25). – C. 23–29. –
0,56 / 0,19 а.л.
23. Пастухов А. В. Экологическое состояние мерзлотных бугристых торфяников на
северо-востоке европейской России / А. В. Пастухов, Д. А. Каверин // Экология. – 2016. –
№ 2. – С. 94-102. – DOI: 10.7868/S0367059716010108. – 0,77 / 0,38 а.л.
в переводной версии журнала, индексируемой Web of Science:
Pastukhov A. V. Ecological state of peat plateaus in northeastern European Russia /
A. V. Pastukhov, D. A. Kaverin // Russian Journal of Ecology. – 2016. – Vol. 47, is. 2. – P. 125–
132. – DOI: 10.1134/S1067413616010100.
24. Лупачев А. В. Микрорельеф поверхности многолетнемерзлых пород: строение
и экологические функции / А. В. Лупачев, С. В. Губин, А. А. Веремеева, Д. А. Каверин,
А. В. Пастухов, А. С. Якимов // Криосфера Земли. – 2016. – Т. XX, № 2. – С. 3–14. – 1,03 /
0,17 а.л.
Scopus: Lupachev A. V. Microrelief of the permafrost table: structure and ecological
functions / A. V. Lupachev, S. V. Gubin, A. A. Veremeeva, D. A. Kaverin, A. V. Pastukhov,
A. S. Yakimov // Earth`s Cryosphere. – 2016. – Vol. XX, is. 2. – P. 3–13.
25. Каверин Д. А. Строение и свойства почв многолетнемерзлых торфяников юговостока Большеземельской тундры / Д. А. Каверин, А. В. Пастухов, Е. М. Лаптева, К. Биази,
М. Марущак, П. Мартикайнен // Почвоведение. – 2016. – № 5. – С. 542–556. –
DOI: 10.7868/S0032180X16050075. – 1,25 / 0,21 а.л.
в переводной версии журнала, индексируемой Web of Science:
Kaverin D. A. Morphology and Properties of the Soils of Permafrost Peatlands in the
Southeast of the Bol'shezemel'skaya Tundra / D. A. Kaverin, A. V. Pastukhov, E. M. Lapteva,
C. Biasi, M. Marushchak, P. Martikainen // Eurasian Soil Science. – 2016. – Vol. 49, is. 5. –
P. 498–511. – DOI: 10.1134/S1064229316050069.
26. Пастухов А. В. Построение региональных цифровых тематических карт
(на примере карты запасов углерода в почвах бассейна р. Уса) / А. В. Пастухов,
Д. А. Каверин, В. М. Щанов // Почвоведение. – 2016. – № 9. – С. 1042–1051. –
DOI: 10.7868/S0032180X16090100. – 0,98 / 0,33 а.л.
в переводной версии журнала, индексируемой Web of Science:
Pastukhov A. V. The Creation of Digital Thematic Soil Maps at the Regional Level (with
the Map of Soil Carbon Pools in the Usa River Basin as an Example) / A. V. Pastukhov,
D. A. Kaverin, V. M. Shchanov // Eurasian Soil Science. – 2016. – Vol. 49, is. 9. – P. 979–987. –
DOI: 10.1134/S1064229316090106.
27. Пастухов А. В. Методология пространственного моделирования запасов
почвенного органического углерода на севере Европейской России / А. В. Пастухов //
41
Криосфера Земли. – 2016. – Т. XX, № 3. – С. 33–42. – DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2016-3(3342). – 1,04 а.л.
Scopus: Pastukhov A. V. Methodology for spatial modeling of soil organic carbon stocks in
the north of European Russia / A. V. Pastukhov // Earth`s Cryosphere. – 2016. – Vol. XX, is. 3. –
P. 32–40.
28. Пастухов А. В. Прогноз изменения запасов почвенного органического углерода
при умеренном климатическом сценарии на севере европейской России / А. В. Пастухов //
Криосфера Земли. – 2016. – Т. XX, № 4. – C. 28–36. – DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2016-4(2836). – 0,90 а.л.
Scopus: Pastukhov A. V. Predicted changes in stocks of soil organic carbon under the
moderate climate scenario for northern European Russia / A. V. Pastukhov // Earth`s Cryosphere. –
2016. – Vol. XX, is. 4. – P. 26–33.
29. Пастухов А. В. Динамика развития бугристых торфяников на южной границе
Восточно-Европейской
криолитозоны / А. В. Пастухов,
Т. И. Марченко-Вагапова,
Д. А. Каверин, С. П. Кулижский, О. Л. Кузнецов, В. С. Панов // Почвоведение. – 2017. – № 5.
– С. 544–557. – DOI: 10.7868/S0032180X17030091. – 1,09 / 0,18 а.л.
в переводной версии журнала, индексируемой Web of Science:
Pastukhov A. V. Dynamics of Peat Plateau near the Southern Boundary of the East
European Permafrost Zone / A. V. Pastukhov, T. I. Marchenko-Vagapova, D. A. Kaverin,
S. P. Kulizhskii, O. L. Kuznetsov, V. S. Panov // Eurasian Soil Science. – 2017. –Vol. 50, is. 5. –
P. 526–538. – DOI: 10.1134/S1064229317030097.
30. Пастухов А. В. Полициклические ароматические углеводороды в мерзлотных
бугристых торфяниках на европейском Северо-Востоке / А. В. Пастухов, Д. А. Каверин,
Д. Н. Габов
//
Почвоведение.
–
2017.
–
№
7.
–
С. 814–823.
–
DOI: 10.7868/S0032180X17070097. – 0,87 / 0,29 а.л.
в переводной версии журнала, индексируемой Web of Science:
Pastukhov A. V. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Cryogenic Peat Plateaus
of Northeastern Europe / A. V. Pastukhov, D. A. Kaverin, D. N. Gabov // Eurasian Soil Science. –
2017. – Vol. 50, is. 7. – P. 805–813. – DOI: 10.1134/S1064229317070092.
31. Каверин Д. А. Динамика глубины сезонного протаивания тундровых мерзлотных
почв (на примере площадки циркумполярного мониторинга деятельного слоя в европейской
России) / Д. А. Каверин, А. В. Пастухов, А. Б. Новаковский // Криосфера Земли. – 2017. –
Т. XXI, № 6. – С. 35–45. – DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2017-6(35-44). – 0,75 / 0,25 а.л.
Scopus: Kaverin D. A. Active layer thickness dynamics in the tundra permafrost-affected
soils: a CALM site case study, the European north of Russia / D. A. Kaverin, A. V. Pastukhov,
A. B. Novakovskiy // Earth`s Cryosphere. – 2017. – Vol. XXI, is. 6. – P. 26–33.
32. Каверин Д. А. Особенности температурного режима сезоннопромерзающих почв
тундровых ландшафтов европейского северо-востока России / Д. А. Каверин, А. В. Пастухов
// Бюллетень Почвенного института им. В. В. Докучаева. – 2017. – Вып. 87. – С. 3–21. –
DOI:10.19047/0136-1694-2017-87-3-21. – 0,8 / 0,4 а.л.
33. Kaverin D. A. Long-term changes in the ground thermal regime of an artificially drained
thaw-lake basin in the Russian European north / D. A. Kaverin, E. B. Melnichuk,
42
N. I. Shiklomanov, N. B. Kakunov, A. V. Pastukhov, A. N. Shiklomanov // Permafrost and
Periglacial Processes. – 2018. – Vol. 29. – P. 49–59. – DOI: 10.1002/ppp.1963. – 1,2 / 0,2 а.л.
(Web of Science)
34. Пастухов А. В. Маркеры трансформации органического вещества в мерзлотных
бугристых болотах на европейском Северо-Востоке / А. В. Пастухов, К. Кноблаух,
Е. В. Яковлева, Д. А. Каверин // Почвоведение. – 2018. – № 1. – С. 48–61. –
DOI: 10.7868/S0032180X18010057. – 1,30 / 0,32 а.л.
в переводной версии журнала, индексируемой Web of Science:
Pastukhov A. V. Markers of Soil Organic Matter Transformation in Permafrost Peat
Mounds of Northeastern Europe / A. V. Pastukhov, C. Knoblauch, E. V. Yakovleva, D. A. Kaverin
// Eurasian Soil Science. – 2018. – Vol. 51, is. 1. – P. 42–53. – DOI: 10.1134/S1064229318010131.
Монография, индексируемая Scopus:
35. Dissolved Organic Matter (DOM): Properties, Applications and Behavior /
O. Yu. Drozdova, S. A. Lapitskiy, J. Viers [et al.]. – New York : Nova Science Publishers, Inc,
2017. – 323 p. – 20,2 / 0,3 а.л.
Авторская часть А. В. Пастухова:
Chapter 4. Shamrikova E. V. Soluble Organic Compounds as a Regulator of Biochemical
Processes in the North / E. V. Shamrikova, O. S. Kubick, D. A. Kaverin, A. V. Pastuhov,
A. G. Zavarzina, V. V. Punegov. – P. 55–80.
Статья в научном журнале:
36. Каверин Д. А. Особенности температурного режима холодных мерзлотных почв
на южном пределе криолитозоны (европейский северо-восток России) / Д. А. Каверин,
А. В. Пастухов, Г. Г. Мажитова // Бюллетень Почвенного института им. В. В. Докучаева. –
2014. – Вып. 75. – С. 48–61. – 0,47 / 0,16 а.л.
43
Лицензия № 19-32 от 26.11.96 г. КР 0033 от 03.03.97 г.
Тираж 100
Заказ 02(18)
Институт биологии Коми Научного центра Уральского отделения РАН
167982, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, д. 28
44
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа