О деградации многолетнемерзлых пород при удалении лесного покрова в было изучено достаточно много [8, 7 и другие], о восстановлении мерзлотных условий в Якутии после вырубок и пожаров лиственничных лесов приводили А.Ф.Федоров [5] и А.И. Сташенко [6]. В свое время экспериментальные исследования после нарушений проводились Институтом биологии ЯФ СО АН СССР в Жиганском и Олекминском районах Якутской АССР [4].
Нами начальные стадии сукцессий после сплошной вырубки изучались на стационаре «Нелегер» (62º 19′с.ш., 129º 30′в.д.), который находится в 35 км к север-северо-западу от г. Якутска, на междуречье рр. Кенкеме и Лена. Территория, прилегающая к стационару «Нелегер», в региональном плане относится к Лено-Амгинской аласной провинции Средней Сибири [2], которая отличается развитием бореальных среднетаежных, преимущественно лиственничных лесов и аласного рельефа.
Климат района резко континентальный. Средняя годовая температура воздуха по данным метеостанции Якутск составляет -10,2 оС, января -42,6 оС, июля 18,7 оС [3]. Средняя продолжительность безморозного периода составляет 76 дней. Количество осадков за год – 234 мм, за теплый период – 158 мм.
В почвенном покрове преобладают мерзлотные таежные палевые почвы. Зональным типом растительности является брусничная лиственничная тайга. Более половины территории представляют разновозрастные сукцессии после вырубок и пожаров.
Основной особенностью природной среды является наличие многолетнемерзлых горных пород большой мощности. В районе стационара «Нелегер» мощность мерзлых пород оценивается в 400-450 м. Температура горных пород на подошве слоя годовых колебаний в среднем варьирует от –2 до –3 оС. В верхней части многолетнемерзлые горные породы содержат подземные льды различных типов. В зависимости от литологических условий содержание льда в грунте варьирует от 10 до 60 %.
Для изучения влияния сплошной вырубки на мерзлотно-ландшафтные условия нами специально была организована экспериментальная площадка. Наблюдения на этом участке были начаты в 1998 г., с 1999 г. стали проводиться детальные исследования, а в ноябре-декабре 2000 г. участок площадью 140 на 70 м был вырублен полностью и был очищен от древостоя. В качестве контроля использовали площадку с нетронутым коренным лиственничным лесом лимнасово-брусничным.
Методика наблюдений. Температура грунта измерялась в специально оборудованных скважинах глубиной до 3,2 м, с засыпанным стволом скважины, чтобы устранить турбулентный воздухообмен. Измерения проводились с помощью как кос с термисторами ММТ-1 два раза в месяц в летнее время и раз в месяц в зимнее время. Точность измерения составляет ± 0,1 оС. Отбор проб на влажность грунтов деятельного слоя брался на разных глубинах через каждые 10 см почвенным буром. Глубина сезонного протаивания измерялась в пластмассовых трубках, заполненных водой, приближенных к мерзлотомеру Данилина [1] два раза в месяц в течение летнего сезона. Просадки поверхности измерялись нивелировкой на специальной трансекте 40 на 15 м, по сетке шагом 5 м, измерения проводились в конце сезона протаивания, до начала промерзания поверхности.
Результаты. До вырубки, в 1998-2000 гг., отклонения годовых осадков составили +6 мм от средней многолетней нормы по метеостанции Якутск 234 мм, 2001-2004 гг. характеризовались как относительно сухие (-33 мм), 2005-2008 гг. были влажными (+49 мм), последние четыре года – 2009-2012 гг. были относительно сухие (–20 мм).
По температуре воздуха, при многолетней норме средней годовой температуры воздуха в г. Якутске равной –10,2 оС, предваряющие 4 года до вырубки характеризовались средней годовой температурой –8,8 оС, после нарушения с 2001 по 2004 гг. – средним годовым значением –8,5 оС, 2005-2008 гг. – –7,7 оС, а последние четыре года (2009-2012 гг.) – –7,6 оС.
Температура грунтов. Межгодовая изменчивость отклонений средней годовой температуры грунтов на глубине 3,2 м в коренном лиственничном лесу лимнасово-брусничном принималась в качестве контрольного. За 1998-2012 гг. среднее значение температуры грунтов составило –2,1оС. В ненарушенных условиях 2001-2005 гг. характеризовались как холодные (отклонения от средней многолетней температуры составили –0,8…–1,3 оС), а на вырубке за этот период температуры грунтов были выше на 0,3-0,7 оС по сравнению с ненарушенным участком. Естественное потепление грунтов отмечалось в 2006-2009 гг. – в ненарушенных условиях отклонение от среднего многолетнего значения составило +1,1…+1,3 оС. В этот период на вырубке температура грунтов была выше на +0,2…+0,3 оС, чем в контрольном участке. В 2010-2012 гг. на контрольном участке температура была на уровне нормы, а на вырубке температура грунтов была на 0,3-0,8 оС выше значений на контрольном участке.
Глубина сезонного протаивания. За 1998-2012 гг. среднее значение глубины сезонного протаивания в коренном лиственничнике лимнасово-брусничном составило 121 см. До вырубки (1998-2000 гг.) ее значение было практически одинаковой. В 2001-2006 гг. глубина сезонного протаивания здесь была ниже среднего значения на 10-21 см, в то время как вырубка вызвала ее увеличение на 11-17 см по сравнении с контролем. Максимальное увеличение глубины сезонного протаивания на вырубке достигло в 2006-2008 гг. от +31…+46 см по сравнении со значениями на контроле. В 2009-2012 гг. в контрольном участке глубина сезонного протаивания держалась на уровне +5…+12 см от среднего значения, а на вырубке было на 4-8 см больше, чем на контроле.
Влажность грунтов деятельного слоя. Средняя влажность деятельного слоя на ненарушенном участке за годы наблюдений составила 19,8 %. Естественная динамика влажности грунтов в коренном лиственничнике в 2001-2004 гг. характеризовалась в основном отрицательными отклонениями до –6 % от среднего значения, 2005-2008 гг. – положительными значениями около +6 %. В 2009-2012 гг. отмечались флуктуации около нормы. Влажность грунтов деятельного слоя на вырубке в первые 4 года была выше контрольных значений на коренном лиственничнике на 8-9 %. Однако, когда ландшафты Центральной Якутии в 2005-2008 гг. испытывали переувлажнение, влажность деятельного слоя на сплошной вырубке была почти такой же, как и на контрольном участке. Это, скорее всего, связано с увеличением продуктивности растительности и транспирации при восстановлении нарушенного участка. В 2009-2012 гг., влажность грунтов на вырубке была выше значения контрольного участка на 1-5 %.
Просадки поверхности. В 2001-2004 гг. на вырубке средняя просадка поверхности по 36 точкам составила 4,8 см. Наиболее значимые просадки поверхности произошли 2005-2008 гг. – 14,6 см. В 2009-2012 гг. произошло замедление просадок до 1,8 см. Небольшое значение просадок в первые годы после вырубки (2000-2004 гг.) объясняется холодными условиями данного периода. Максимальные просадки 2005-2008 гг. были связаны с резким потеплением и увлажнением климата в Центральной Якутии. Для сравнения отметим, что за этот период на контрольном участке в лиственничном лесу лимнасово-брусничном движения поверхности составили в пределах ±1 см в 2000-2012 гг.
Заключение. Анализ изменения мерзлотно-ландшафтных условий после сплошной вырубки на участке «Нелегер» позволяет выделить четыре этапа развития в начальной стадии восстановления после нарушения за рассматриваемый период времени. Достаточно важным является первый этап до нарушения (1998-2000 гг.), который характеризовался относительно стабильным развитием на уровне средних многолетних норм всего комплекса по климату и мерзлотным условиям.
Второй этап (2001-2004 гг.), можно охарактеризовать как стрессовый. Наибольший эффект от нарушения проявился в увеличении влажности деятельного слоя более чем на 50 % от средних значений на контрольном коренном лиственничнике за эти годы. Несмотря на понижение температуры грунтов в естественных условиях в этот период, мы зарегистрировали на вырубке просадки поверхности в среднем на 4,8 см.
Третий этап (2005-2008 гг.) совпал с фазой потепления и увлажнения в Центральной Якутии. Он вызвал резкие изменения в состоянии мерзлотных ландшафтов, создав критические условия для развития криогенных процессов. Просадки поверхности в этот период показывают максимальные значения – 14,6 см. На дренированных участках, где не отмечались просадки, интенсивно начинает произрастать береза.
Четвертый этап (2009-2012 гг.) – период относительной стабилизации. В этот период наблюдается понижение температуры грунтов, уменьшение глубины сезонного протаивания и существенное замедление темпов просадок поверхности. На участках, где не развиваются просадки, березовые поросли начинают быстро расти и образовывать заросли. В этих зарослях температура грунтов на глубине 3,2 м за этот период составляет уже –2,5 оС против –1,4 оС на открытых участках.