КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 18-77-10045

НазваниеБиогеохимическое изучение феномена высокой биологической продуктивности растительности в условиях Субарктики как основа для создания технологий природообустройства в Арктической зоне Российской Федерации

РуководительЛойко Сергей Васильевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет", Томская обл

Срок выполнения при поддержке РНФ 07.2018 - 06.2021  , продлен на 07.2021 - 06.2023. Карточка проекта продления (ссылка)

КонкурсКонкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-705 - География почв, геохимия ландшафтов

Ключевые словаПочвы, многолетняя мерзлота, биогеохимия, термокарст, спущенные озера, хасыреи, Западная Сибирь, Арктическая зона, природообустройство, изменение климата

Код ГРНТИ38.33.23


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Известно, что современные зональные экосистемы Арктической зоны Российской Федерации имеют невысокую биологическую продуктивность растительных сообществ и низкую устойчивость даже к незначительным антропогенным воздействиям. Считается, что причиной формирования таких экосистем является неблагоприятный климат. Однако если это лишь следствие неблагоприятного климата, то почему в еще более суровых условиях ледникового периода позднего плейстоцена на той же широте существовали травяные сообщества на плодородных почвах (Губин, Веремеева, 2010; Кириллова и др., 2015 и т.д.), первичной продукции которых хватало для обеспечения кормом значительной численности крупных фитофагов (мамонтовая фауна)? Опыт полученный при создании плейстоценового парка С.А. Зимовым (http://www.pleistocenepark.ru) и палеоэкологические исследования экосистем мамонтовых степей (Zimov et al., 2012) демонстрируют, что крупные фитофаги способствовали повышению продуктивности растительности. В Республике Коми и на Северо-Востоке России показана возможность формирования лугов с богатым травостоем в котловинах искусственно осушенных озёр (Томирдиаро, 1969; Ухов и др., 1985; Каверин и др., 2014), а в Якутии традиционным является сенокошение в аласах. В Восточноевропейской тундре разработаны технологии создания агрофитоценозов на месте зональной тундры с продуктивностью, превосходящей естественные сообщества (Арчегова и др., 1991). Очевидно, что низкая продуктивность, доминирование мхов, лишайников и эрикоидных кустарничков вызваны не только неблагоприятным климатом. Существует явный дисбаланс между климатическим потенциалом и реальной продуктивностью растительности в Арктической зоне, а средопреобразующий потенциал северных экосистем очень сильно недооценен. Несмотря на давно известные факты наличия в криолитозоне экосистем с повышенной биологической продукцией относительно фона, причем не только в интразональных условиях, однако ещё не привела к систематическому осмыслению данного феномена и выявлению основных причин его формирования. В связи с этим основной гипотезой данного проекта является то, что феномен высокой биологической продуктивности растительности в условиях Арктической зоны РФ является следствием особых биогеохимических условий, обусловленных формированием почв с повышенным естественным плодородием. Однако экосистемы Севера имеют весьма незамкнутый биологический круговорот, что на фоне высокой увлажненности климата, вымывания подвижных форм макро- и микроэлементов, сопряжённое с внедрением олиготрофных видов флоры, приводит к быстрому падения биологической продукции. Выдвинутую гипотезу в данном проекте предполагается количественно проверить на экосистемах разновременных хасыреев, которые широко распространены в криолитозоне Западной Сибири. Хасыреи – котловины бывших озер, опустевших из-за таяния вечной мерзлоты и термоэрозионных процессов. В донных отложениях хасыреев накоплено большое количество подвижных биогенных элементов, которые сразу после осушения озера обеспечивают формирование настоящей «вспышки жизни» – в тундре и лесотундре появляются «оазисы» с кустарниково-луговой растительностью, включающей и редкие для севера Западной Сибири элементы флоры. Площадь термокарстовых озёр в криолитозоне Западной Сибири более 60 тыс. км2, что 1,4 раза превышает площадь Московской области. В условиях потепления климата будут активироваться термокарстовые процессы, что приведёт к увеличению количества вновь появляющихся хасыреев. Однако в отличие от аласов Якутии в хасыреях Западной Сибири практически не изучена даже растительность и почвы, не говоря уже о специфике биогеохимических условий и процессов. Новизна предлагаемого проекта будет заключаться в решении следующих взаимосвязанных задач. (1) На примере разновременных хасыреев будет проверена поставленная гипотеза о том, что биологическую продуктивность растительности криолитозоны наравне с климатом лимитируют и эдафические условия. (2) Впервые систематически будет проведено изучение растительности, почв и биогеохимических условий в котловинах разновозрастных хасыреев на 650-ти км широтном профиле от подзоны северной тайги (северные отроги Сибирских Увалов) до подзоны типичных тундр (Гыданский полуостров). (3) На основе существенного задела лаборатории «БиоГеоКлим» ТГУ в деле изучения термокарстовых озёр, будут установлены характеристики озёр, по которым будет возможно строить прогнозы о типе хасырейных комплексов, скорости их олиготрофизации, после спуска воды из озера. Все исследования будут проводиться на территории Ямало-Ненецкого автономного округа, который согласно указу Президента Российской Федерации «О сухопутных территориях Арктической зоны Российской Федерации» от 02.05.2014 года отнесен к сухопутным территориям Арктической зоны Российской Федерации, для которой разработаны «Основы государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2020 года и дальнейшую перспективу». В этом документе указана необходимость увеличения устойчивости взаимодействия человека и природы, которая определяется, в первую очередь, устойчивостью экосистем, зависящей от биоразнообразия и способности растительности закреплять максимально возможное количество солнечной энергии в органическом веществе. Выполнение данной работы за счёт раскрытия биогеохимических аспектов позволит бионическим путём в дальнейшем как усовершенствовать существующие, так и предложить новые технологии природообустройства в суровых климатических условиях, направленные на формирование экосистем максимально эффективно усваивающих солнечную энергию. Наличие ключевых участков в различных геоморфологических районах и на разных широтах позволит спрогнозировать отклик хасырейных почвенно-растительных комплексов на климатические изменения. Подобная информация важна при разработке стратегии природопользования в Арктике. Актуальность проекта имеет и некоторое научно-политическое значение, так как в последние годы первенство в изучение биогеохимии ландшафтов Севера России всё чаще наблюдается за зарубежными учеными, выполнение же этого проекта закрепит первые результаты по столь важной теме за российским научным коллективом.

Ожидаемые результаты
По итогам проекта планируется получить следующие результаты: Впервые для котловин спущенных термокарстовых озёр различных природных зон будет проведена комплексная оценка современного биогеохимического состояния в контексте климатических изменений. Будет оценена площадь хасыреев различных эволюционных стадий в пределах различных междуречий криолитозоны Западной Сибири на 640-км широтном профиле, а также их соотношение с площадью озёр и общей заозёренностью в пределах изученных междуречий. Будут получены данные о компонентном составе почвенного покрова, определены свойства и систематическая принадлежность почв, проведены описание и классификация растительности. На модельные хасыреи различных частей криолитозоны Западной Сибири будут построены карты растительности и почв. Будет выполнена и представлена биогеохимическая характеристика различных природных сред хасыреев (почвы, поверхностные воды, поровые растворы, надземная фито- и мортмассы) сопряженная с оценкой особенностей продукционного процесса в пределах микро- и мезокатен. Будет дано сравнение полученных данных с прилегающими фоновыми зональными и интразональными сообществами. Будут выделены эволюционные стадии развития хасырейных почвенно-растительных комплексов. Будет оценена трансформация биогеохимических условий в зависимости от стадии развития хасырея, географической широты и характера исходного термокарстового озера. Будут изучены формы нахождения химических элементов, в том числе и биогенных, в остаточных водоёмах хасыреев и поровых водах почв. Будет проведено сравнение с полученными ранее данными для фоновых экосистем и водоёмов данной территории (воды мерзлых болот, термокарстовых озёр и рек). Будет описан генезис возникновения эдафических лимитов в котловинах хасыреев по мере их «старения» и выявлено соотношение роли внедрения олиготрофных видов и выноса биогенных элементов в протекание эндоэкогенетической сукцессии растительности хасыреев. Выявим взаимосвязи между характеристикой площади водосбора исходного термокарстового озера, донными отложениями и параметрами постаквальных почвенно-растительных систем. Будут разработаны подходы к прогнозированию состояния хасырейных комплексов на основании параметров озёр. Будут разработаны рекомендации по использованию хасыреев в хозяйственной деятельности, либо выделении их в качестве объектов с особым природоохранным статусом. Ожидаемые результаты будут новыми не только для Западной Сибири, но и всей Арктической зоны Российской Федерации. Поставленные задачи, выбранные объекты, стремление авторов к сочетанию различных современных методов будут способствовать получению качественно новых результатов. Теоретический уровень результатов сопоставим с мировым, а по многим позициям опережает его. Аналогов исследованиям не существует хотя бы потому, что нет в мире более удобного исследовательского полигона, чем Западная Сибири, что делает работы в этой области приоритетными. По всем перечисленным научным результатам проекта планируются: издание монографии; публикация научных статей в высокорейтинговых научных журналах (10 шт.), входящих в базы данных Scopus и Web of Science, и в научно-популярных изданиях; выступления с докладами на различных конференциях, а также популяризация результатов проекта через средства массовой информации (радио, телевидение и пр.) с привлечением работающих в ТГУ профессиональных журналистов.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В рамках полевых работ в летний сезон 2018 года проводили исследования в пределах ключевых участков в южной тундре (КУ «Тазовский») и северной тайге (КУ «Ханымей»). Основной КУ «Тазовский» располагается в северной части Пур-Тазовского междуречья (Западно-Сибирская равнина), неподалёку от посёлка Тазовский. Координаты его сторон: N67.3532–67.4258° и E78.6011–78.7311°. Второй, дополнительный, ключевой участок был заложен для рекогносцировочных исследований в северной тайге Западной Сибири и имел координаты: N63.7951–63.7051° и E75.6833–76.2678°. В пределах КУ «Тазовский» в пределах котловин осушенных озёр изучались биогеохимические особенности высокопродуктивных экосистем. Также провели гидрохимические исследования в фоновых интразональных ландшафтах – полигональные болота и поймы рек, с целью получения сравнительного материала. Основные работы выполнены в пределах 8 котловин осушенных термокарстовых озёр (хасыреев), приуроченных к 3-й надпойменной озерно-аллювиальной террасе р. Таз (высоты над уровнем моря составляют 30–40 м). В ходе работ охвачены хасыреи различного возраста и степени осушения. В хасыреях заложено 148 исследовательских точек (в том числе и на остаточных водоёмах), охватывающих основные микроландшафты с необходимой повторностью и выбранные на основании предварительного изучения космических снимков, а также маршрутных наблюдений. На выбранных точках производили исследования различной степени детальности: от базового отбора проб поверхностных и почвенных вод с измерением мощности сезонно-талого слоя (СТС), до полного набора исследований (гидрохимические, почвенные, геоботанические) в типичных экосистемах котловин дренированных озёр. Проводили бурение старого хасырея и полигональных болот для отбора образцов мерзлого торфа и озерных отложений, для дальнейшего получения талой воды, а также элементного анализа твердой фазы. Целью заложения второго КУ «Ханымей» был поиск высокопродуктивных травяных и травяно-кустарниковых экосистем в северной тайге, с целью планирования детальных работ в последующие годы выполнения проекта. Были проведены маршрутные исследования в поймах малых и средних рек, а также в частично осушенных озёрных котловинах. В ходе проведенных рекогносцировочных работ было обследовано 4 котловины частично дренированных озёр. В этих котловинах остаточные водоёмы сохраняются в центральной области. Две котловины дренированы несколько тысяч лет назад, поэтому на большей части остаточных водоёмов успели сформироваться сплавины. Третья котловина осушена около 800 лет назад, а четвертая около 30–40 лет назад. Суммарно отобрано 150 проб почвенных и поверхностных вод. Воды, отобранные для элементного анализа, немедленно фильтровали через одноразовые ацетат-целлюлозные фильтры Sartorius (диаметр 33 мм, размер пор 0,45 мкм). В пробах вод измерялись: растворенные CH4 и СО2, электропроводность, растворенный кислород, pH, спектральные характеристики, DIC, DOC, 13C, δ18O, Cl, SO4, содержание химических элементов (Li, B, Na, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, Sb, Te, Cs, Ba, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Tl, Pb, Th, U). Определение содержания основных макро- и микроэлементов в воде выполняли на квадрупольном ICP-MS (7500ce, Agilent Technologies) в GET лаборатории обсерватории Миди-Пиринейз (Тулуза, Франция). Температура воды, рН, растворенный кислород и удельная проводимость измерялись в полевых условиях с помощью портативных приборов WTW. Для определения концентраций CO2 и CH4 в воде пробы отбирались в стеклянные 25-мл пробирки и фиксировались HgCl2. Измерения производили на анализаторе Bruker SCION 456-GC в Томском государственном университете с неопределенностью 3 и 5% соответственно. Основные концентрации анионов (Cl-и SO42-) были проанализированы методом ионной хроматографии (Dionex 2000i) с неопределенностью 2%. Растворенный органический углерод (DOC) и растворенный неорганический углерод (DIC) были определены, используя анализатор Shimadzu TOC-VSCN с неопределенностью 3% и пределом обнаружения 0,1 мг/л, УФ-поглощение измеряли с шагом в 1 нм. Измерения потоков СО2 и СН4 проводились с использованием пластиковых камер диаметром 30 см, оборудованными логгерами с неразрушающим инфракрасным датчиком (ELG, SenseAir). Всего измерения были проведены в 22 точках в 3-х кратной повторности. 70 проб отобрано с использованием почвенных керамических лизиметров фирмы SDEC (Франция). Это позволило для ряда точек провести отбор проб по глубинам. Что важно для понимания различия в гидрохимических параметрах корнеобитаемого горизонта с залегающим глубже, а также разницы между олиготрофными торфами и озерными отложениями в старых хасыреях. В 66 пробах воды изучалась низкомолекулярная фракция растворенных компонентов методом центробежной ультрафильтрации на месте с использованием одноразовых картриджей Amicon Ultra 15 (полезный объем 15 мл; 3,5 кДа). В этих пробах измеряли все перечисленные химические элементы, а также DOC и спектральные характеристики. Величины содержания элементов в этих фракциях косвенно свидетельствует об их биодоступности. Отобрано 24 пробы воды в пойме реки Таз и поймах его притоков, а также 33 пробы воды в полигональных болотах. В отобранных пробах также определяли перечисленные выше параметры вод. В пойме реки Таз заложено 8 почвенных разрезов, из которых отобрано 36 образцов почв. Определен видовой состав растений хасыреев. На 124 участках выполнены геоботанических описания. Запасы надземной биомассы определяли для 60 экосистем без кустарников и кустарничков. Укосы делали на площадках 20х20 см в 3-х кратной повторности. На этих же точках отобрали пробы для определения подземной биомассы. Подземную биомассу измеряли в основных типах экосистем хасыреев (12 точек). Химический состав растений определяется с использованием метода ICP-MS (на масс-спектрометре Agilent-7700x). В пределах исследованных участков почвы изучались в 43 экотопах. Всего отобрано 177 образцов. В образцах почв определяются следующие показатели: влажность, потеря при прокаливании, гигроскопическая влага, зольность, обменные основания, гидролитическая кислотность, pH водный, pH солевой, P водный, окраска в системе CIE l*a*b и Манселла, валовые углерод и азот, нитратный азот, подвижный калий и подвижный фосфор, обменный аммоний. Перечисленные виды анализов в настоящий момент выполнены для 98 образцов. Все анализы выполняются по стандартным методикам. Анализа азота и углерода в почве выполнен на приборе Thermo Flash 2000 NS Soils. Окраска почвенных образцов измерена на приборе X-Rite VS450. Для 25 образцов определен валовой элементный состав методом ICP–MS. В 24 образцах определено содержание изотопа 13С и 15N. Пробурены 3 колонки в мерзлоте с шагом в 10 см до глубины 1,2–1,4 м. В полученных 40 образцах вод анализировали параметры, аналогично вышеупомянутым пробам. Для одной из колонок (12 образцов) проведена ультрафильтрация проб, по описанной выше методике. Также для этих колонок получены данные о влажности и плотности. Для изученных старых хасыреев определено время дренажа их озерных котловин путём радиоуглеродного датирования слоёв торфа травяно-топяного типа, залегающего под пушицево-осоково-сфагновым торфом. На прилегающих полигональных болотах датировано время формирования 7 просадок с целью выявления времени активизации термокарстовых процессов, для целей последующей корреляции с временем осушения термокарстовых озёр (получено 24 даты в радиоуглеродной лаборатории ИМКЭС СО РАН, г. Томск). На границе озёрных отложений и топяного торфа в старых хасыреях найдены окатанные угольки. Найденные угли, а также образцы из торфяных горизонтов, переданы для AMS датирования в лабораторию г. Познань (Польша). Для определения стадий хасыреев в пределах исследуемого района, с целью подсчёта их площади и составления карты распространения, проведена обработка данных NDVI с космических снимков Sentinel-2B, полученных через EO Browser. А также снимков Landsat, с целью выявления времени дренажа самых молодых термокарстовых озёр. Для всех изученных хасыреев составлены карты-схемы основных экосистем. Для этого использованы общедоступные ресурсы Google Maps и Яндекс Карты, по которым производилась привязка, а актуализация данных выполнена с использованием съемки с квадрокоптера DJI Phantom, а также космических снимков Sentinel-2B. Необходимость актуализации данных связана с высокой динамичностью рельефа хасыреев молодых и средних стадий. Проведен анализ разнообразной дистанционной информации по северу Западной Сибири с целью выбора объектов полевых исследований летом 2019 года, а также выявления пойм и дренированных озёр с высокопродуктивными экосистемами. Получены первые биогеохимические материалы по изученным хасыреям, оценена вариабельность рассматриваемых параметров, их взаимосвязи, отличия от фоновых интразональных болотных ландшафтов. Установлено, что максимальный поток СО2 наблюдается в молодом хасырее и составляет 1,28 г С/м2/д, в то время как в старом хасырее этот показатель почти в 7 раз меньше (0,19 г С/м2/д). Концентрация растворенного СО2 в молодом хасырее составляет 893 мкмоль/л, что в 4 раза меньше по сравнению со старым. Эмиссия метана, наоборот, больше в старом хасырее и составляет 0,021 г С/м2/д, что в 3 раза больше по сравнению с молодым хасыреем. Одной из особенностей химии почв и поверхностных вод в осушенных озерных экосистемах является довольно большие горизонтальные вариации в химическом составе жидкостей (в пределах нескольких метров). Вертикальная вариация концентраций элементов в почвенных поровых водах выражена еще сильнее, особенно в старых хасыреях. Так концентрация в твердой фазе таких элементов, как P, Ca, Mn, K, Si уменьшается в десять раз от бывших озёрных отложений к корнеобитаемому олиготрофному торфу, аналогично поведение элементов и в почвенном растворе. Горизонтальная вариабельность в старых хасыреях снижается. Получены оценки изменения гидрохимии поровых вод, растительности, почв и их свойств, биопродукции в зависимости от эволюционной стадии хасырея. Поверхностные воды (в депрессиях, просадках и остаточных водоемах на дне осушенной котловины) молодых хасыреев обогащены основными и микроэлементами, по сравнению со старыми хасыреями. Молодые хасыреи значительно (>30%) обогащены многими основными и подвижными неорганическими питательными веществами по отношению со старыми хасыреями. Поверхностные и почвенные воды молодых хасыреев обогащены в 2 и более раза DIC, Na, Mg, B, Si, K, P, Mn, Zn, Co, Ni, Cu, Mo, Rb, Ba, по сравнению со старыми хасыреями. В старых хасыреях выше значения SUVA, DOC, V, Zr, Th. рН и средние концентрации DOC, DIC, Mg, Ca, Si, K, Al, Fe, Mn, Co и Ni в молодых и старых хасыреях, окружающих болота и термокарстовых озерах иллюстрируют увеличение показателей рН, электропроводности, Na, Mg, Ca, Si, P, Mn, Co, Ni, в ряду молодой хасырей > средний хасырей > старый хасырей ≥ полигональные болота ≥ термокарстовые озера. На основе анализа торфяного льда КУ «Тазовский» установлено, что концентрации РОУ, Na, K, Mg, Ca, Al, Fe в водах СТС и торфяном льду существенно различаются. Так РОУ, Mg и Ca во льду многолетнемерзлого слоя содержится на порядок больше, чем в верховодке СТС, Na и K больше в 2 раза, а Al и Fe в 5 раз. Причиной низких концентраций элементов в почвенных водах СТС является разбавление атмосферными осадками, подверженность процессам трансформации ОВ микробными сообществами, процессами фотодеструкции и минерализации. При постоянном воздействии этих процессов происходит выщелачивание элементов из торфа. Рассматриваемые элементы в полном профиле торфяной залежи имеют элювиально-аккумулятивное распределение концентраций, причем пик аккумуляции расположен ниже границы мерзлоты со смещением с несколько десятков см. На полигоне аккумулятивный пик расположен ближе к поверхности, чем в мочажине. Различие глубин залегания этих пиков связано с тем, что граница СТС на полигоне находится в среднем на 20–30 см ближе к поверхности болота. Отметим, что средняя концентрация РОУ торфяном льду мерзлоты полигона выше в 3 раза, чем в мерзлоте мочажины. Вероятно, это связано с тем, что через мочажину проходит сток воды, с которым происходит вынос элементов. Колонка льда, проанализированная в заболоченном экотопе старого хасырея показала схожие закономерности. Однако аккумулятивные пики более сглаженные, видимо они ещё не успели столь явно оформиться. Выявленные запасы элементов играют большую роль в качестве источников элементов для озерных котловин. Данный пул обогащает донные отложения и водную толщу озёр при береговой абразии. При усилении процессов таяния мерзлоты может происходить обогащение внутрипочвенного стока. Для оценки влияния гидрохимии вод на растительные сообщества был предложен и рассчитан балл трофности. Установлено, что наиболее благоприятные условия трофности складываются в сообществах арктофилы. Минимумы соответствуют экотопам, где арктофила уже потеряла доминантные позиции. Результаты проведенного PCA анализа показали сильную связь между химизмом почвенных вод и сообществами с доминированием арктофилы, вейника, осок (наибольший вклад в связь у щелочно-земельных металлов и гидрокарбонатов). В обследованных хасыреях Пур-Тазовского междуречья встречено 46 видов сосудистых растений и 32 вида мхов. В хасыреях молодой стадии 36% сосудистых растений уникальны. В средних и старых этот процент составляет 37 и 66%, соответственно. В молодых хасыреях нет каких-то специфичных мхов. Все встреченные в молодых хасыреях мхи были найдены и в других котловинах, относящихся к более поздним стадиям. Количество уникальных видов мхов в средних хасыреях составило 31%, а в старых – 47%.Все изученные хасыреи по состоянию растительности и давности дренажа разделены на молодые, средние и старые. Пионерными видами, колонизирующими озерное дно, являются Arctophila fulva, Carex rostrate, Tephroseris palustris на богатых нутриентами субстратах. На более бедном субстрате поселяются Carex aquatilis, Carex acuta, Eriophorum polystachyon, Eriophorum scheuchzeri и Equisetum fluviatile. На береговых склонах разрастаются ивы. Самое высокое значение надземной чистой первичной продуктивности в 2538 г/м2 зафиксировано для луга из Arctophila fulva в центральной области молодого хасырея. Среднее значение продуктивности этих лугов составило 1123±824 г/м2. По мере агградации мерзлоты в озерном бассейне формируется микрорельеф, молодой хасырей превращается в средний. В среднем хасырее на мерзлотных буграх доминирует Calamagrostis langsdorffii. Луга с его участием имеют среднюю продуктивность в 927±417 г/м2. Реже на буграх растёт Salix spp. В мочажинах между буграми распространены луга из Carex aquatilis c средней продуктивностью 780±657 г/м2. С течением времени в средние хасыреи внедряются сфагновые мхи (Sphagnum obtusum, Sphagnum squarrosum). Происходит формирование торфяного горизонта, резко падает продуктивность растений. В старых хасыреях на травяные виды приходится на порядок меньше продукции, чем в молодых. Средняя продуктивность осок и пушиц в топях составила 79±22 г/м2. Большая часть старых хасыреев представляет из себя мерзлые болота. Со временем дренированные бассейны превращаются в мерзлые болота с преобладанием топей из пушицы, осок и сфагнумов, среди которых на повышениях произрастает тундровая растительность. Потепление климата активизирует термокарстовые процессы в Арктике, такие как усиление береговой абразии в озёрах тундры, увеличение частоты осушения озёри,что приводит к увеличению площади хасыреев. Для исследованной территории Пур-Тазовского междуречья установлена тенденция ступенчатого сокращения площади отдельных озёр, их полное или частичное исчезновение. По мере спуска воды на обнаженном дне появляется травяная растительность, продуктивность и видовой состав которой кардинально отличается как от фоновых зональных, так и интразональных болотных экосистем. По мере развития в новом супераквальном режиме происходит обеднение почв элементами минерального питания, продуктивность сообществ падает, начинает протекать эндоэкогенетическая сукцессия, на которую накладывается формирование микрорельефа. По результатам чего относительно однородные супераквальные группировки растительности делятся на неоавтоморфные с мерзлотными почвами на буграх и супераквальные у подножия бугров. В дальнейшем бугры могут вновь проседать, а территория колонизируется олиготрофной растительностью, в результате чего происходит гомогенизация геохимических микроконтрастов, выравнивание микрорельефа и сближение характера почвенно-растительного покрова с зональной матрицей тундровых автономных и гетерономных микроландшафтов.

 

Публикации

1. - Хасыреи - северный феномен Северный луч, 7 ноября 2018 (год публикации - ).

2. - Ученые ТГУ выяснили, как в Арктике за месяц исчезло озеро Региональное информационное агентство "РИА ТОМСК", 4 апреля 2019 г., 19:43 (год публикации - ).

3. - Ученые ТГУ обнаружили, что в Арктической зоне за месяц исчезло озеро Пресс-служба ТГУ, 4 Апреля 2019 (год публикации - ).

4. - Томская область: Ученые ТГУ обнаружили, что в Арктической зоне за месяц исчезло озеро Молодежное информационное агентство «МИР», 04 апреля, 22:20 (год публикации - ).

5. Крицков И.В., Лойко С.В., Лим А.Г. Поведение C и N во взвеси поверхностных водотоков Западной Сибири в зависимости от ландшафтных параметров Почвоведение: Горизонты будущего. 2019 / Сборник кратких тезисов Третьей открытой конференции молодых ученых Почвенного института имени В.В. Докучаева (Россия, Москва, 13–15 февраля 2019 года), С. 57–58 (год публикации - 2019).

6. Лим А.Г., Лойко С.В., Кузьмина Д.М., Гербер А.А. Аккумуляция химических элементов на фронте промерзания в полигональных болотах Почвоведение: Горизонты будущего. 2019 / Сборник кратких тезисов Третьей открытой конференции молодых ученых Почвенного института имени В.В. Докучаева (Россия, Москва, 13–15 февраля 2019 года), С. 33–34 (год публикации - 2019).

7. Лойко С.В., Кузьмина Д.М., Климова Н.В. Ландшафтная характеристика котловин осушенных термокарстовых озёр южной тундры Западной Сибири Научный вестник Ямало-Ненецкого автономного округа, № 4 (101), C 13–17 (год публикации - 2018).

8. Лойко С.В., Кузьмина Д.М., Климова Н.В. Первичная сукцессия почв и растительности в котловинах осушенных термокарстовых озер южной тундры Западной Сибири Актуальный вопросы наук о Земле в концепции устойчивого развития Беларуси и сопредельных государств / Сборник материалов IV Международной научно-практической конференции молодых ученых (Беларусь, Гомель, 29–30 ноября 2018 года) в 2-х частях., Часть 1. С. 35–38 (год публикации - 2018).

9. Лойко С.В., Кузьмина Д.М., Лим А.Г., Климова Н.В. Почвы и феномен высокой продуктивности растительности в Субарктике Почвоведение: Горизонты будущего. 2019 / Сборник кратких тезисов Третьей открытой конференции молодых ученых Почвенного института имени В.В. Докучаева (Россия, Москва, 13–15 февраля 2019 года), С. 13–14 (год публикации - 2019).

10. Лойко С.В., Раудина Т.В., Климова Н.В., Кузьмина Д.М. Растительность и почвы в котловинах осушенных термокарстовых озёр южной тундры Пур-Тазовского междуречья (Западная Сибирь) Пойменные и дельтовые биоценозы голарктики: биологическое многообразие, экология и эволюция / Сборник материалов Международной научно-практической конференции (Россия, Астрахань, 13–18 мая 2019 года), С. 93–98 (год публикации - 2019).


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Все полевые работы, запланированные на летний сезон 2019 года, были выполнены в полном объёме. Полевые исследования проводились в Ямало-Ненецком автономном округе силами двух экспедиционных отрядов, из числа членов научного коллектива, а также студентов и аспирантов Томского государственного университета. Первый отряд из 4-х человек провёл трехнедельные исследования в подзоне типичной тундры на полуострове Ямал. Шесть членов второго экспедиционного отряда выполнили двухнедельные полевые работы в северной тайге на ключевом участке Ханымей. В качестве ключевого участка для работ были выбраны окрестности посёлка Сё-Яха на восточном побережье Ямала, что связано с его относительно хорошей доступностью. Поиск экосистем с повышенной продуктивностью предварительно осуществлялся путём анализа космических снимков и был дополнен в поле маршрутными исследованиями. Были изучены котловины дренированных термокарстовых озёр, байджерахи, гидрохимия озёр, поймы рек, мерзлые пойменные и балочные болота, луга на побережье Обской губы, а также иные объекты гидрологического континуума (ручья, ложбины, реки). Всего в ходе экспедиции были проведены различные виды работ на более чем 120 природных объектах. Отобрано 130 проб почвы, 118 проб воды. Собрано 46 укосов растительности. На 46 точках собран гербарий. В более чем 40 точках измерены потоки газов. Отобраны пробы из 10 диализных мембран. Отобрано 14 проб на радиоуглеродный анализ. Работами были охвачены хасыреи различного возраста и степени осушения. В них провели исследования различной степени детальности: от базового отбора проб поверхностных и почвенных вод с измерением мощности сезонно-талого слоя (СТС), до полного набора исследований (гидрохимические, почвенные, геоботанические). Проводили бурение пойменных полигональных болот для отбора образцов мерзлого торфа и озерных отложений, для дальнейшего получения талой воды, а также элементного анализа твердой фазы. Были обследованы «water track» (ложбины) типичной тундры, на предмет оценки продуктивности и увеличения фертильности почв, в них отобраны поверхностные и почвенные воды. Вторая экспедиционная группа проводила исследования в северной тайге, в пределах КУ «Ханымей». Были выполнены комплексные биогеохимические исследования в травяных экосистемах пойм рек. Для сравнения пойм с иными экосистемами исследования провели методом трансекта, который пересекал разные поймы и распространенные между ними плоскобугристые болота. Благодаря пересечению двух ручьёв всего было изучено четыре катены от травяных (вейниковых) экосистем на аллювиальных торфяных почвах к плоскобугристым болотам с преобладанием эрикоидных кустарничков. Кроме исследований на трансекте для увеличения выборки были дополнительно изучены поймы ещё двух ближайших ручьёв. В каждом почвенном разрезе приручьевой, центральной и приболотной пойм были заложены почвенные керамические лизиметры в количестве двух штук на профиль. Первый лизиметр закладывали на глубину -5/10 см, второй на глубину -25 см. Температуру воды, содержание О2 и пробу на СО2 и СН4 отбирали рядом из прикопок глубиной 30 см. В пределах болотных сообществ закладывали один керамический лизиметр в каждой точке на глубину около – 15 см, но так, чтобы они смогли накачать воду. В ряде точек на буграх набирали воду из прикопок. Отобранные образцы непосредственно в полевых условиях пропускали через шприц-насадки Minisart (Sartorius, ацетатцеллюлозный фильтр), имеющие диаметр 25 мм и размер пор 0,45 мкм, для отделения взвешенных и коллоидных частиц и консервации пробы с целью последующего лабораторно-аналитического исследования. На всех исследовательских точках двух ключевых участков, кроме водных объектов, закладывали почвенные разрезы, отбор проб производился по генетическим горизонтам. Если разрез быстро затапливался, то извлекалась проба почвы на лопате, зачищалась и фотографировалась. На каждой точке делали фотографии почв, их описания, измеряли глубину сезонно-талого слоя. При описании растительности отмечали распределение видов по ярусам, оценивали их обилие. Сделаны укосы мохового, кустарничкового и травяного ярусов. В пойме на Ханымее делали это в местах наименее подверженных затенению со стороны деревьев. В укос входили и зеленые части мхов, собираемые в отдельный пакет. Все укосы сделаны в 2-х повторностях. Укосы необходимы для анализа элементного состава фитомассы, а также для определения годовой продуктивности сообщества. В каждой отобранном образце проведены температурные, потенциометрические, кондуктометрические измерения (приборы WTW Multi 3430, Mettler Toledo SG2-FK), измерено содержание растворенного кислорода. В пробах вод измерялись растворенные CH4 и СО2, спектральные характеристики, DIC, DOC, Cl, SO4, содержание химических элементов (Li, B, Na, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, Sb, Te, Cs, Ba, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Tl, Pb, Th, U). Определение содержания основных макро- и микроэлементов в воде выполняли на квадрупольном ICP-MS (7500ce, Agilent Technologies) в GET лаборатории обсерватории Миди-Пиринейз (Тулуза, Франция). К настоящему времени пробы прошли подготовку, разбавлены и ожидают анализа. Для отобранных в пределах двух ключевых участков образцов почв определяли следующие показатели: зольность, обменные основания, гидролитическую кислотность, pH водный, pH солевой, P водный, окраску в системе CIE l*a*b и Манселла, валовые углерод и азот, нитратный азот, подвижный калий и подвижный фосфор, обменный аммоний. В настоящее время полностью проанализированы образцы из Сёяхи, кроме минеральных форм азота, готова часть анализов для почв Ханымея (углерод, азот, обменные свойства, окраска). Из-за короновирусной инфекции временно приостановлена работа лаборатории, поэтому оставшиеся образцы доделать не успели, ждём открытия лаборатории. Все анализы выполняются по стандартным методикам. Анализы азота и углерода в почве выполнен на приборе Thermo Flash 2000 NS Soils. Окраска почвенных образцов измерена на приборе X-Rite VS450. Лабильная фракция фосфора (P-PO4) извлекалась из образцов почвы 0,2 М HCl. Извлеченный фосфор определялся с помощью голубого фосфорно-молибденового комплекса на спектрофотометре UNICO 2100 (Россия). В том же экстракте определялся калий с помощью атомно-абсорбционного спектрометра с пламенной атомизацией «Квант-2АТ» (Россия). Аммоний (N-NH4) и нитраты (N-NO3) извлечены из образцов с использованием деионизированной воды Milli-Q, затем определены с помощью спектрофотометра UNICO 2100 (Россия). N-NH4 измерен с использованием йодида аммония ртути, а N-NO3 проанализирован с помощью фенолдисульфоновой кислоты. На 2 этапе проведены полевые исследования на ключевом участке «Сё-Яха» (типичная тундра). Полученные экспедиционные материалы находятся в стадии камеральной и аналитической обработки, часть результатов приводится ниже. Главной целью полевых работ был поиск экосистем, биопродуктивность и видовой состав которых сильно бы контрастировали с фоновой тундрой. В подходящих сообществах проводили исследования почв, почвенных надмерзлотных вод, а также собирали гербарий, скашивали надземную фитомассу лугов. Все выявленные экосистемы с повышенной продуктивностью являются травяными, лугами первичной сукцессии, либо рудеральными сообществами. Они встречаются как в автономных, так и в гетерономных ландшафтно-геохимических позициях. Установлено, что умеренные механические нарушения фоновых экосистем в автономных позициях приводят к увеличению участия злаков и разнотравья в сообществах за счёт уменьшения проективного покрытия мохово-лишайникового яруса и ерника, сокращения мощности подстилки. Среди автономных экосистем наибольшую встречаемость имеют луга на буграх – байджерахах. Они чаще всего формируются в местах, длительно использовавшихся оленеводами в качестве временных стоянок, а также постоянных летних дач. Наиболее развитый байджераховый рельеф обнаружен в местах с наиболее сильно вытаявшими жилами на месте мелких, кратковременно использовавшихся песчаных карьеров, а также заброшенной военной части. Все байджерахи приурочены к бровкам второй и третьей террас. На начальных этапах деградации ледяных жил между самими буграми и понижениями ещё нет значительных различий, однако со временем вытаивание жил может приводить к формированию микроводоёмов и разрушению склона. В пределах байджерахов встречены дождевые черви Eisenia nordenskioldi pallida, благодаря чему локально формируются даже горизонты AY с копролитовой структурой. На участках не столь длительных летних стоянок оленеводов формируются луговины, часто повторяющие контуры мест установки чумов, тропинок Автономные рудеральные луга распространены по периферии свалки посёлка Сё-Яха. Злаковые сообщества развиваются на местах отсыпанного грунта в посёлке, а также на увалах, испытавших антропогенные нарушения. Удаление мохово-лишайникового яруса и, особенно, подстилок приводит к увеличению мощности сезонно-талого слоя на несколько десятков см. Гетерономные экосистемы в целом разнообразнее. Доминантами в них являются осоки, пушицы, дюпонтия, арктофила и, намного реже, хвощ. Самые большие площади травянистых экосистем приурочены к котловинам дренированных термокарстовых озёр. Начиная с 1980-х гг. произошло осушении серии озерных котловин вблизи посёлка. Исходно под этими озёрами отсутствуют талики, поэтому после осушения нет условий для формирования вторичного пучинного микрорельефа. В связи с этим в пределах дренированных озёрных котловин не возникают бугры пучения, а все луга формируются в условиях переувлажнения и частичного затопления. Ежедневное влияние на пойменные хасыреи оказывают и приливно-отливные явления. Этим изученные хасыреи сильно отличаются от ранее исследованных. В самых низких участках котловин формируются остаточные водоёмы. На отмелях Обской губы развиваются монодоминантные сообщества из Arctophila fulva. Продуктивные луга формируются и вдоль ручьев на дне балок, особенно если есть подпитка более минерализованными водами, просачивающимися из вытаивающих жил. Одни из наиболее продуктивных гетерономных лугов обнаружены в байджерахово-западинно-микроозерковых ландшафтах, сформировавшихся на месте песчаных карьеров. Сильное нарушение поверхности при добыче песка привело к активному вытаиванию ледяных жил, обогащению понижений и микроводоёмов элементами минерального питания растений. Верховодки и потоки, стекающие с байджераховых ландшафтов по ложбинам и вогнутым склонам, имеют повышенную электропроводность. Высокопродуктивные гетерономные луга встречены и в посёлке Сё-Яха, где приурочены к термопросадкам вокруг жилых домов, к поймам внутрипоселковых водотоков, а также к вездеходным дорогам. Максимальные значения фитомасся приурочены к молодым хасыреям, в то время как в среднем продуктивнее оказываются луга байджерахов. Получены первые оценки зональных различий в особенностях протекания биогеохимических процессов в интразональных высокопродуктивных экосистемах (поймы и хасыреи). Получены данные о механизмах и особенностях дренажа термокарстовых озёр в различных геоморфологических условиях. Выполнена оценка скоростей олиготрофизации высокопродуктивных экосистем в зависимости от широты, ландшафтных условий, стартовых характеристик субстратов на момент начала первичной сукцессии. Драйвером первичной сукцессии экосистем хасыреев является накопление торфа в котловинах, приводящее к снижению проективного покрытия травостоя и отрыву корневых систем от плодородного седимента. По накопившемуся торфу происходит внедрение сфагнумов. Наиболее быстро этот процесс протекает в типичной тундре, начинаясь уже в первое десятилетие с наиболее сухих и плоских участков. В северной тайге и южной тундре процесс более растянут, начинается с уплощенных мест без весеннего затопления, но при условии приповерхностного залегания верховодки. Как в северной тайге, так и в южной тундре в пределах одной котловины могут сочетаться экосистемы средних и поздних сукцессионных этапов более столетия. В типичной же тундре зафиксированы случае полной олиготрофизации котловины за 15-20 лет. Для каждого ключевого участка была обнаружена и локальная специфика первичной сукцессии: (1) в типичной тундре из-за низких абсолютных высот часть хасыреев, после прорыва озёр, испытывает влияние приливно-отливных явлений, отчего в месте их влияния сукцессия тормозится на травяном этапе; (2) в южной тундре зафиксирован контрастный растительный покров, что связано со сложным микрорельефом, вызванным благоприятными условиями для формирования бугров пучения; (3) в северной тайге обнаружено активной нарастание сплавины, нетипичное для недренированных озёр, пусковым механизмом чего служит частичный дренаж.

 

Публикации

1. - В тундре появляются ромашки и мак. За ними могут прийти несеверные животные Информационное агентство Север Прессс - Новости Ямала, 12.09.2019 г. (год публикации - ).

2. - Ученые ТГУ изучают арктические «оазисы» в местах таяния мерзлоты Новости Сибирской науки, 12.09.2019 г. (год публикации - ).

3. - Из-за таяния вечной мерзлоты в арктической зоне РФ появились «оазисы» Пресс-служба ТГУ, 11.09.2019 г. (год публикации - ).

4. - В арктической зоне РФ озера превращаются в болота Пресс-служба ТГУ, 10.06.2019 г. (год публикации - ).

5. - Исследователи ТГУ впервые обнаружили заболоченные озера в Арктике РИА Томск, 10.06.2019 г. (год публикации - ).

6. - В районе Ханымея российские и зарубежные ученые продолжают исследования функционирования северных экосистем Северный луч, 23.07.2019 (год публикации - ).

7. Лойко С., Раудина Т., Лим А., Кузьмина Д., Кулижский С., Покровский О. Microtopography controls of carbon and related elements distribution in the West Siberian frozen bogs Geosciences (Switzerland), Volume 9, Issue 7, Article number 291 (год публикации - 2019).

8. Лойко С.В., Лим А.Г., Кузьмина Д.М., Истигечев Г.И. Механические воздействия и термокарст в условиях типичной тундры Ямала приводят к формированию более биопродуктивных экосистем Почвоведение: горизонты будущего. 2020. Сборник тезисов Четвертой открытой конференции молодых ученых Почвенного института имени В.В. Докучаева, С. 49-50 (год публикации - 2020).

9. Лойко С.В., Раудина Т.В., Климова Н.В., Кузьмина Д.М. Растительность и почвы в котловинах осушенных термокарстовых озёр южной тундры Пур-Тазовского междуречья (Западная Сибирь) экология и эволюция // Сборник материалов Международной научно-практической конференции. ФГБОУВО «Астраханский государственный университет», Астрахань, 13-18 мая 2019 г. – Астрахань: Издатель: Сорокин Роман Васильевич, 2019, - (год публикации - 2019).

10. Лойко Сергей Васильевич, Соколов Данила Александрович, Кузьмина Дарья Михайловна, Истигечев Георгий Игоревич Визуальная база данных почв и экосистем «PHOTOSOIL» -, 2019622060 (год публикации - ).


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Полевые исследования проводились в Ямало-Ненецком автономном округе на территории северной тайги в окрестностях пос. Ханымей в пределах Ханымейского плоскоместья – междуречья рек Пякупур, Чучуяха и Апакапур. В ходе экспедиционных работа в пределах крупных котловин, а также в пойме небольшой реки, выполнены следующие виды работ: рекогносцировочное обследование, выбор мест заложения точек комплексного биогеохимического обследования экосистем; комплексные биогеохимические исследования, согласно программе проекта; отбор проб воды из остаточных водоёмов в пределах хасырейных котловин; изучение строения пойменных отложений и заложение датчиков САМ (Инфлай, г. Томск) для проведения термометрических исследований, в том числе и с GSM-модулем. Суммарно собрано около 230 почвенных проб для определения общих свойств, 143 пробы для измерения концентраций минерального азота. Отобрано 74 пробы воды для определения углерода растворенных неорганических и органических соединений, хлоридов, сульфатов, нитратов, ионов аммония, а также содержания истинно-растворенных и коллоидных форм целого спектра химических элементов (Li, B, Na, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, Sb, Te, Cs, Ba, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Tl, Pb, Th, U). Для определения концентраций CO2 и CH4 в воде отобрано 40 проб верховодок и вод остаточных водоёмов. 63 пробы отобрано для определения содержания стабильных изотопов углерода и кислорода. Для 50 проб воды применена процедура центробежной ультрафильтрации для получения низкомолекулярной биодоступной фракции. Для 33 точек определена продуктивность растений и собран гербарий. В более чем 40 точках измерены потоки газов. Для 31 образца торфа сцинтилляционным радиоуглеродным методом определен радиоуглеродный возраст в целях установления времени осушения котловин термокарстовых озёр, а также скоростей торфонакопления и формирования сплавин. Работами охвачено 9 хасыреев разного возраста и степени осушения. Для 155 проб растений, определенных до вида, либо рода, определены зольность и элементный состав с использованием метода ICP-MS на масс-спектрометре Agilent-7700x. Кремний в золе определен спектрофотометрически. По разновременным космическим снимкам оценена скорость береговой абразии болот. Проведены подсчёты площадей хасыреев и озёр для трёх изученных ключевых участков с использованием космических снимков Sentinel-2 и Landsat-8. Для определения времени появления хасырея использовались архивные спутниковые снимки Corona, а также топографические карты. В отчетный период полностью завершена аналитическая обработка материалов, полученных в 2018 и 2019 годах (КУ «Тазовский и «Сё-Яха»). Выполнено AMS-датирование нескольких образцов придонного торфа с ключевого участка Сё-Яха. Завершены лабораторно-аналитические исследования почвенных образцов с КУ «Тазовский» и «Сё-Яха», а также образцов поймы малой реки КУ «Ханымей», собранных в экспедиции 2019 года. Проанализированы методом ICP-MS данные по образцам почвенной воды и пробам из поверхностных водоёмов (фоновые озёра и остаточные водоёмы, ручьи) ключевого участка Сё-Яха. Обобщены результаты изучения сукцессионных процессов и разнообразия фитоценозов котловин дренированных термокарстовых озёр и поймы. На ранней стадии зарастания хасырея (десятки – сотня лет) на плоских сезонно-затапливаемых поверхностях формируются пушицево-осоковые растительные сообщества (Carex aquatilis, C. rostrata, Eriophorum polystachyon, местами Equisetum fluviatile, или Arctophila fulva). Arctophila fulva приурочена к донным отложениям, сложенных переотложенным торфом. Травяной ярус хорошо развит, проективное покрытие изменяется от 30–35% до 80–95%, высота его 70–110 см. Моховой покров не развит. На повышениях, где длительность сезонного затопления меньше, в травостое увеличивается участие вейника (Calamagrostis langsdorffii), отмечен разреженный покров (30–40%) из гипновых мхов. В плоских, замкнутых понижениях бывшего озерного дна с застаивающейся водой формируются осоковые топи (проективное покрытие 10–30%, высота 50 см) с развитым моховым покровом (2–30%) из гипновых и сфагновых мхов. Невысокие песчаные валы занимают леса из березы высотой до 6–8м, диаметром 10–15см, с участием сосны и кедра, а также примесью ивы. Травяно-кустарничковый ярус в них разреженный (2–5%) из болотных кустарничков, вейника и осок, в моховом покрове (5–10%) – гипновые и сфагновые мхи, последние произрастают синузиями, не образуя сплошного покрова. Проективное покрытие травостоя от года к году сильно различается, что связано с общей влажностью вегетационного сезона. На следующей (средней) стадии зарастания в растительных сообществах из-за накопления подстилки, густота преимущественно осокового травяного покрова становится меньше (проективное покрытие 10–20%, высота 40–60см), лучше развит моховой покров (покрытие от 5–20% до 80–90%) с преобладанием гипновых мхов. Участие сфагновых мхов достигает местами 10–25%, и даже 100% – в понижениях с застойным увлажнением. В березняках мохово-вейниковых на песчаных валах – выше покрытие кустарничков (до 15%), лучше развит моховой покров (до 50%) из гипновых и сфагновых мхов. На поздней стадии зарастания хасырея на ровных поверхностях формируются растительные сообщества со слабо развитым травяным покровом (проективное покрытие 10–15%, высота 35–50см) из осок (Carex aquatilis, Carex rostrata, Carex chordorrhiza, Carex limosa и др.), иногда с участием хвоща (Equisetum fluviatile). Моховой покров в них хорошо развит (95–100%) с преобладанием сфагновых мхов. В виде сплавин эти сообщества нарастают внутрь остаточных водоемов. С другой стороны происходит ещё один процесс, по мере формирования торфяных горизонтов в устьевых зонах хасыреев, происходит подпруживание всей котловины. Это приводит к частичному восстановлению запаса воды в котловине, что особенно выражено во влажные годы. Подъем воды приводит к трансформации сукцессии по гидроморфоному пути, увеличивается роль синузии видов сфагновых мхов, постепенно разрастающейся до уровня парцелл, являющихся уже в пределах всей котловины группой эдификаторных видов. В связи с этим даже те луга, что исходно формировались на обсыхающих и минеральных берегах, постепенно приобретают сплавинный облик. На песчаных береговых валах, очень характерных и для старых котловин рассматриваемого ключевого участка, формируются редины из березы, сосны и кедра высотой до 6–7 м, диаметром до 10–12 см, с густым ярусом (25–65%) из болотных кустарничков (Ledum palustre, Betula nana) и сплошным сфагновым покровом. Зольность растительности котловин ключевого участка Ханымей увеличивается от ранней к поздней стадии, в то время как в Тазовском зольность растительности на поздних сукцессионных стадиях почти в два раза меньше, что связано со снижением содержания фосфора, калия, кальция и кремния. При этом многие описанные для северной тайги закономерности сохраняются, например такие как накопление литогенных элементов в растениях поздней стадии. Видовые особенности сохраняются, минимальные значения аккумуляции показывают сфагновые мхи и арктофила, а хвощи выступают концентраторами, особенно Equisetum arvense. Для аккумуляции элементов в растениях южнотундровых хасыреев хорошо заметно влияние катенарных особенностей, так как выражен микрорельеф. Особенно сильно это проявляется в средних хасыреях, где наибольшие значения зольности приурочены к мерзлотным буграм, покрытым вейником. Вслед за особенностями концентрации элементов в почвенной воде, зольность растений средних хасыреев максимальна. В хасыреях Тазовского зольность растений достоверно выше на минеральных субстратах, по сравнению с органогенными. В то же время в Ханымее наблюдается обратная тенденция, что связано с распространением среднезернистых песков. Общей чертой в сравнении концентрации элементов тундровой и северотаежной подзон является значительное снижение концентрации в растворенной фракции природных вод от хасыреев к озерам всех элементов, в накоплении которых в значительной степени участвует биогенный фактор и соответствующее распределение органического вещества. Среди таких элементов можно выделить: Ca, Mg, Si, K, Li, P, Fe, Mn, Co. По всей видимости, такой характер распределения связан с интенсивным вовлечением в биохимический круговорот донных отложений на осушенных участках хасыреев и активным выщелачиванием этих элементов с последующим переходом в растворенную форму.

 

Публикации

1. - (Не)вечная мерзлота Сибири: как меняется Север России из-за изменения климата Euronews, Программа "Climate Now" от 17.08.2020. (год публикации - ).

2. - Загадка древнего озера Северный луч, № 41 (3856) от 09.10.2020 (год публикации - ).

3. - Российские ученые создали фильм о том, как меняется Арктика под влиянием глобального потепления Naked Science, 21.05.2020 (год публикации - ).

4. - Ученые ТГУ сняли фильм, как изменилась Арктика в связи с потеплением РИА Томск, 22.05.2020 (год публикации - ).

5. - Зелёная тундра, «тающие» берега: такой Арктику вы еще не видели Пресс-служба ТГУ, 22.05.2020 (год публикации - ).

6. - Зеленая тундра, «тающие» берега. На Ямале изучают динамику ландшафтов Север Пресс, 25.05.2020 (год публикации - ).

7. - (Не)вечная мерзлота Сибири: как меняется Север из-за изменения климата Пресс-служба ТГУ, 18.08.2020 (год публикации - ).

8. - Последствия глобального потепления для Арктики: ученые создали фильм Vesti.ua, 22.05.2020 (год публикации - ).

9. - Учёные РФ и Франции выяснят, как пожары могут изменить экосистемы мира Пресс-служба ТГУ, 21 декабря 2020 г. (год публикации - ).

10. - Учёные РФ и Франции выяснят, как пожары могут изменить экосистемы мира Филиал федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийская государственная телевизионная и радиовещательная компания» «Государственная телевизионная и радиовещательная компания «Томск» (ГТРК «Томск»), 22.12.2020 г. (год публикации - ).

11. - Учёные РФ и Франции выяснят, как пожары могут изменить экосистемы мира Новости сибирской науки, 21.12.2020 г. (год публикации - ).

12. - Учёные выяснят, как пожары могут изменить экосистемы мира Научная Россия, 21.12.2020 г. (год публикации - ).

13. - Томичи из фильма ТГУ могут узнать о невечных озерах на вечной мерзлоте РИА Томск, 21.04.2021 г. (год публикации - ).

14. - Томичи сняли фильм про исчезающие озера зоны вечной мерзлоты Томской время, 21.04.2021 (год публикации - ).

15. - Учёные ТГУ сняли фильм про исчезающие озера зоны вечной мерзлоты Новости сибирской науки, 21.04.2021 (год публикации - ).

16. - Учёные ТГУ сняли фильм про исчезающие озера зоны вечной мерзлоты SELDON NEWS, 21.04.2021 (год публикации - ).

17. - Томские ученые сняли фильм об исчезающих озерах вечной мерзлоты Томский обзор, 22.04.2021 (год публикации - ).

18. - Томские ученые показали исчезающие озера вечной мерзлоты Sibnet.ru, 22.04.2021 (год публикации - ).

19. - Как "рождаются" и "умирают" хасыреи Красное знамя, 28 апреля 2021 (год публикации - ).

20. Кузьмина Д., Лойко С., Лим А., Раудина Т., Климова Н . Plant communities on fertile soils of drained thermokarst lakes in Western Siberia EGU General Assembly 2021, online, 19–30 Apr 2021, EGU21-15986, - (год публикации - 2021).

21. Лим А.Г., Жискра М., Сонке Дж.Э., Лойко С.В., Косых Н., Покровский О.С. A revised pan-Arctic permafrost soil Hg pool based on Western Siberian peat Hg and carbon observations Biogeosciences, Volume 17, Issue 12, Pages 3083–3097 (год публикации - 2020).

22. Лим А.Г., Лойко С.В., Кузьмина Д.М., Крицков И.В., Широкова Л.С., Кулижский С.П., Воробьев С.Н., Покровский О.С. Dispersed ground ice of permafrost peatlands: Potential unaccounted carbon, nutrient and metal sources Chemosphere, Volume 266, Article number 128953 (год публикации - 2021).

23. Лойко C.В., Лим А.Г., Кузьмина Д.М., Истигечев Г.И. Механические воздействия и термокарст в условиях типичной тундры Ямала приводят к формированию более биопродуктивных экосистем Почвоведение: Горизонты будущего 2020. Сборник тезисов докладов Четвертой открытой конференции молодых ученых Почвенного института им. В.В. Докучаева. Москва, 11–14 февраля 2020 г., М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 2020. С. 51–52 (год публикации - 2020).

24. Лойко С.В., Климова Н.В., Кузьмина Д.М., Покровский О.С. Lake drainage in permafrost regions produces variable plant communities of high biomass and productivity Plants, Volume 9, Issue 7, Article number 867 (год публикации - 2020).

25. Пайанди-Ролланд Д., Широкова Л.С., Тесфа М., Бенезет П., Лим А.Г., Кузьмина Д.М., Карлссон Я., Геслер Р., Покровский О. Dissolved organic matter biodegradation along a hydrological continuum in permafrost peatlands Science of the Total Environment, Volume 749, Article number 141463 (год публикации - 2020).

26. Покровский О.С., Манасыпов Р.М., Копысов С.Г., Крицков И.В., Широкова Л.С., Лойко С.В., Лим А.Г., Колесниченко Л.Г., Воробьев С.Н., Кирпотин С.Н. Impact of permafrost thaw and climate warming on riverine export fluxes of carbon, nutrients and metals in Western Siberia Water, Volume 12, Issue 6, Article number 1817 (год публикации - 2020).

27. Раудина Т.В., Лойко С.В., Кузьмина Д.М., Широкова Л.С., Кулижский С.П., Головацкая Е.А., Покровский О.С. Colloidal organic carbon and trace elements in peat porewaters across a permafrost gradient in Western Siberia Geoderma, Volume 390, Article number 114971 (год публикации - 2021).

28. Широкова Л.С., Паянди-Роллан Д., Лим А.Г., Манасыпов Р.М., Аллен Дж., Рольс Дж. Л., Бенезет П., Карлссон Дж., Покровский О.С. Diel cycles of carbon, nutrient and metal in humic lakes of permafrost peatlands Science of the Total Environment, Volume 737, Article number 139671 (год публикации - 2020).

29. Широкова Л.С., Чупаков А.В., Иванова И.С., Морева О.Ю., Забелина С.А., Шутский Н.А., Лойко С.В., Покровский О.С. Lichen, moss and peat control of C, nutrient and trace metal regime in lakes of permafrost peatlands Science of the Total Environment, Volume 782, Article number 146737 (год публикации - 2021).