Роль гидротермических режимов в формировании водного почвенного потенциала темно-каштановых почв при различных типах их использования

Role of hydrothermal regimes in formation of water SOIL potential of dark chestnut soils under different types of THEIR USE


С.Н. Бажа1, П.Д. Гунин1, С.В. Концов1, Е.В.Данжалова1, С. Хадбаатар2

S.N. Bazha1, P.D. Gunin1, S.V. Kontsov1, E.V. Danzhalova1, S. Hadbaatar2

1Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН
(Россия, 119071, Москва, Ленинский проспект, д.33)
A.N.Sevetrtsov Institute of Ecology and Evolution Russian Academy of Sciences
(119071, Leninskij prosp., 33. Moscow, Russia)
е-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
2Mongolian State University of Education
(Mongolia, 210648 Ulaanbaatar, Baga toiruu 14)

 

В статье рассматривается годовая динамика влажности и температуры темно-каштановых почв на трех модельных полигонах Центральной Монголии, относящихся к зоне рискованного земледелия. Сравнительный анализ основных характеристик гидротермического режима (естественная влажность, влагозапасы, суммы отрицательных и положительных температур, температурные градиенты почв) позволил детально дифференцировать годовой гидротермический режим почв на периоды расходования, накопления и сохранения тепла и влаги. На основе смены направления вертикальных температурных градиентов выявлены в динамике критические циклы, определяющие в целом эффективность функционирования растительных сообществ для данного типа почв.

The annual moisture and temperature dynamics of three model experimental areas in Central Mongolia pertaining to the zone of risky agriculture, is described in the article. The comparative analysis of basic characteristics of the hydrothermal regime (natural moisture, moisture content, negative and positive temperature sums, and soil temperature gradients) made it possible to differentiate in detail the annual soil hydrothermal regime by periods of expenditure, accumulation, and preservation of heat and moisture.

Against the background of change in the direction of vertical temperature gradients, the critical cycles in dynamics were educed, which in general determine the efficiency of functioning of vegetation communities for this type of soil.

Изучению естественной влажности почв Монголии в вегетационный (летний) период за последние 30 лет уделялось значительное внимание, о чем свидетельствует целый ряд публикаций [7, 9, 12, 13 и др]. Что же касается влагосодержания почв и распределения влаги по почвенному профилю в остальные сезоны года, то исследований в этом направлении почти не проводилось. Лишь некоторые сведения по этим вопросам имеются в монографии И.А. Банниковой [1] и нескольких публикациях С.В. Максимовича [4, 5]. Некоторые данные о температурном режиме почв можно найти лишь в немногих публикациях, например, в работе О.И. Худякова [12]. Таким образом, до настоящего времени нет общей картины годового гидротермического режима почв Монголии. В связи с этим в 2009-2010 гг. в рамках программы работ Совместной Российско-Монгольской комплексной биологической экспедиции РАН и АНМ были проведены исследования гидротермического режима каштановых почв Центральной Монголии, находящихся в условиях различных режимов использования.

Объекты и методы исследований. Изучение годового гидротермического режима каштановых почв проводилось по нескольким направлениям: а) изучение годового режима влажности и влагозапасов почв на пастбищных и богарных землях с выявлением сезонности в распределении влаги по почвенному профилю; б) изучение годового температурного режима почв путем анализа годового хода температуры почвы на разных глубинах и годового хода вертикального температурного градиента (ВТГ) почвы; в) проведение анализа взаимосвязей годового режима влажности почв и годового хода температуры почвы, в т.ч. в зависимости от хода ВТГ.

Исследования проводились на нескольких полигонах в различных частях лесостепного пояса западных и южных среднегорных отрогов Хэнтэйского нагорья в Центральной Монголии. По климатическим условиям территория характеризуется резко континентальным семиаридным климатом, а регион в целом относится к зоне рискованного земледелия [8]. По условиям влагообеспеченности регион относится к умеренно-влажным (?d/P= 1,1-2,5), а по теплообеспеченности – к умеренно-холодным (?to >10 = 1500-2000) [6]. Годовой режим влажности почв изучался на Хонгорском полигоне, расположенном в 10 км к югу от сомонного центра Хонгор, где в течение 2009-2010 гг. удалось провести исследования осенью, зимой и летом. Данный полигон располагается на абсолютной высоте 787 м в межгорном понижении в нижней части длинного делювиального шлейфа с уклоном на запад в 1,5-2 градуса. На этом полигоне соседствуют участки с разными типами землепользования: пашни (участок Х-3), двухлетние залежи с сорными однолетниками (участок Х-1) и пастбище (разнотравно-злаковая степь с преобладанием востреца (Leymuschinensis (Trin.) Tzvel.) – участок Х-2 (табл. 1). Изучение годового режима влажности включало в себя полевые работы с отбором проб почв на естественную влажность и последующую камеральную обработку полученных данных. Пробы отбирались через каждые 10 см и сразу взвешивались. Далее в лаборатории они обрабатывались термовесовым методом, после чего определялась естественная влажность проб, максимальная гигроскопичность и объемный вес по методике А.А.Роде [10,11]. Для всех исследованных горизонтов рассчитывались показатели общего и «мертвого» запаса влаги и в конечном итоге определялся запас продуктивной влаги. Суммирование послойных запасов влаги проводилось для обследованной толщи почвогрунтов (0-60 см), которая в большинстве случаев является корнеобитаемой для травянистых сообществ сухих степей Монголии [2].

Таблица 1

Динамика общего запаса влаги в слое 60 см темно-каштановой легкосуглинистой почвы на пашне, залежи и пастбище за период с 23.03. по 1.09. 2010 г. (зима, лето, осень).

Полигоны

Общий запас влаги (мм) в верхнем слое почвы

Летняя потеря общего запаса влаги, мм (по сравнению с зимой)

Прирост общего запаса влаги, мм (по сравнению с летом)

23 -24.03.

2010 г. (зима)

5.07.

2010 г.

(лето)

1.09.

2010 г.

(осень)

Х-3. пашня

133,0

48,4

92,9

84,6

44,5

Х-1. залежь

107,9

38,8

111,3

69,1

72,5

Х-2. пастбище

69,5

46,9

75,5

22,6

28,6

Сведение количественных результатов в определенные диаграммы послужило основой для сравнительного анализа сезонных изменений влагозапасов каштановых почв на пашнях, залежах, пастбищах и заповедных участках (рис. 1).

Изучение температурного режима каштановых почв проводилось с помощью электронных датчиков-самописцев типа iBDL производства НТФ «ЭЛиН» (Москва) на специально огражденных и охраняемых участках полигонов Бор-нур и Гачурт. Полигон Бор-нур (BN-2) расположен на абсолютной высоте 1062 м в 92 км севернее Улан-Батора в широкой горной долине р. Шивэр, на ее правобережной первой надпойменной террасе неподалеку от впадения этой реки в оз. Бор-нур. Участок расположен на месте бывшего пастбища, который уже 2 года огорожен и, следовательно, приобрел условно-заповедный режим с плотным покровом из осочки твердоватой (Carex duriuscula C.A. Mey).

Полигон Гачурт (GA) расположен в 25 км на северо-восток от Улан-Батора на высоте 1507 м в широкой горной долине р. Гачурт на правобережной поверхности старого пролювиального конуса выноса, сложенного полуокатанными галечниками, прикрытыми сверху супесчано-пылеватыми темно-каштановыми почвами с гумусовым горизонтом мощностью около 40 см, под которым залегает карбонатный горизонт из галечникового материала.

Как видно, эти полигоны по многим характеристикам весьма похожи. Кроме того, оба исследуемых полигона ранее использовались под пастбище и только 5 лет назад были огорожены и сейчас имеют условно-заповедный режим.

На обоих полигонах на поверхности (0 см) и в вертикальном профиле почв на глубинах 5, 10 (20), 50, 100 и 150 см были установлены датчики-самописцы температуры для ежечасной записи данных в течение года. Весь массив данных был обобщен и приведен к среднесуточным температурам в табличной форме для каждой из указанных глубин почвенного профиля (табл. 1, 2).

Результаты исследований водного режима темно-каштановых почв. Как следует из приведенных диаграмм запасов влаги во всех без исключения почвенных разрезах зимние запасы влаги в целом гораздо выше, чем летние, причем иногда – в разы. При этом нередко летние общие запасы влаги оказываются ниже расчетного «мертвого» запаса, что указывает на дефицит продуктивной влаги в почве (рис. 1). Нетрудно заметить, что если в летнее время в целом наблюдается увеличение влагосодержания в почвенном профиле с глубиной, то зимой практически по всем почвенным разрезам наблюдается концентрация почвенной влаги в верхних горизонтах. Именно такое распределение влаги по почвенному профилю видно на диаграммах залежи (Х-1) и пастбища (Х-2). На диаграмме пашен (Х-3) эта картина размыта, поскольку верхний слой почвы не прикрытый ни растительностью, ни ветошью. При сравнении диаграмм зимних влагозапасов в почвах видно, что запасы влаги на пастбище гораздо ниже, чем на пашне и залежи. Как следует из таблицы 1, за период проведенных сезонных исследований с конца марта по начало сентября 2010 г в сроки с 23 марта по 5 июля в слое почвы толщиной 60 см произошла потеря влагозапаса во всех трех типах разрезов. Наиболее «экономным» по расходованию почвенной влаги оказался участок зимнего пастбища.

Таблица 2

Годовой температурный режим темно-каштановых почв на разных глубинах на полигонах Бор-Нур (BN-2) и Гачурт (GA)

Параметры

Полигон

BN-2

GA

Глубина замерам, см

20

20

100

10

20

100

150

Температурные характеристики почвы

Средняя годовая температура, 0С

1,8

1,5

1,7

0,6

1,1

1,9

1,5

Мин.среднесу-точная темпе-ратура/дата

-16,0/

12II

-23,5/

12.II

-9,5/

17.II

-19,3/

6.I

-13,8/

14.I

-7,8/

19.II

-6,0/

21.II

Макс.средне-суточная температура/дата

20,6/

24.VII

15,9/

25.VII

13,0/

20.VII

20,7/

24.VII

16,3/

24.VII

11,8/

25.VII

9,2/

19.VIII

Холодный период (t0C)

Средняя температура,0С

-8,0

-7,4

-5,4

-10,6

-7,9

-4,4

-4,0

Сумма температур,0С

-1460,0

-1272,6

-883,2

-1979,0

-1440,9

-752,4

-592,0

Кол-во дней

181

172

162

176

182

171

176

Безморозный период

(t>o0C)

Средняя температура,0С

11,5

9,4

7,4

11,5

10,1

7,5

6,0

Сумма температур,0С

2125,2

1828,7

1510,4

2194,5

1848,3

1453,3

1146,0

Кол-во дней

184

193

203

189

183

194

189

Даты перехода среднесут. температуры через 00С

осень

1/XI

16/XI

6/XII

28/X

2/XI

21/XI

1/XII

весна

30/IV

7/V

13/V

21/IV

2/V

10/V

26/V

                     

Результаты изучения температурных режимов темно-каштановых почв. Исследования темно-каштановых почв обоих полигонов показали, что на всех глубинах почвенного профиля среднегодовые температуры имеют положительное значение (табл. 2). Продолжительность безморозного периода возрастает по мере углубления по профилю и имеет свой максимум на глубине 100 см. Летом 2010 г максимальные температуры почвы в верхних 50 см на обоих участках наблюдались в конце июля, а глубже по профилю, вследствие запаздывания температур с глубиной, максимум сместился на август (табл. 2).

Период со среднесуточными температурами почвы более 5оС продолжителен и охватывает все глубины вплоть до 150 см (табл. 3). Период с температурами выше 10оС составил 117 дней на участке Бор-нур и 121 день в Гачурте, а сумма положительных температур составила 1794 и 1862 градуса соответственно. Этого запаса тепла вполне достаточно для выращивания в районах исследований основных сельскохозяйственных культур [3].

Таблица 3

Температурные характеристики темно-каштановых почв на разных глубинах на полигонах Бор-Нур (BN-2) и Гачурт (GA) в теплый период 2009-2010 гг.

Поли-гон

Глу-бина заме-ра, см

Температурные характеристики почвы

 

Период с температурами ? 5°С

Период с температурами ? 10°С

 

Граничные даты / кол-во дней

Сум-ма темпе-ратур, °С

Средняятемпе-ратура. °С

Граничные даты /кол-во дней

Сумма темпе-ратур, °С

Сред-няя темпе-рату-ра, °С

 
 

BN-2

20

11.V - 11.X / 153

2067,6

13,5

25.V - 19.IX / 117

1794,3

15,3

 

50

17.V - 18.X / 154

1733,2

11,25

15.VI - 21.IX / 98

1302,0

13,3

 

100

4.VI - 30.X / 148

1383,6

9,35

9.VII - 22.IX / 75

849,5

11,3

 

GA

10

6.V - 14.X / 160

2165,8

13,5

21.V - 19.IX /121

1862,1

15,4

 

50

15.V - 18.X / 155

1822,3

11,75

2.VI - 21.IX /111

1478,9

13,3

 

100

3.VI - 30.X / 149

1341,6

9,0

24.VII - 13.IX/53

580,4

10,95

 

150

29.VI - 1.XI / 125

974,8

7,8

-

-

-

 

Таким образом, проведенные исследования режима влажности и влагозапасов темно-каштановых почв на пастбищах и богарных землях показали гораздо большую убыль почвенной влаги в весенний засушливый период на пашне и залежи по сравнению с пастбищными участками. С хозяйственной точки зрения огромная убыль почвенной влаги в весенний период на пашне и на залежи, особенно в регионах с ее хроническим дефицитом, является крайне негативным фактором производительности почв.

Список литературы:

Банникова И.А. Лесостепь Внутренней Азии: структура и функция. М.: РСХА, 2003.287 с.
Даважамц Ц. К изучению массы корней пустынно-степных сообществ МНР // Структура и динамика степных и пустынных экосистем МНР. Л.: Наука, 1974. С. 76-80.
Димо В.Н. Тепловой режим почв СССР. М.: Колос, 1972. 236 с.
Максимович С.В. Степные почвы (гидротермические режимы, динамика рН, запасы гумуса) // Степи Восточного Хангая. М.: Наука, 1986. С. 43-47.
Максимович С.В. Криогенез и палеокриогенез в почвах и ландшафтах Монголии // Разнообразие почв и биоты северной и центральной Азии. Материалы II Междунар. науч. конф. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 1990. Т.1. С. 92-94.
Национальный атлас МНР. Улан-Батор. М.: ГУГК МНР, ГУГК СССР, 1990. 144 с.
Ногина Н.А. Своеобразие почв и процессов почвообразования в Центральноазиатской фации (тайга, степь, пустыня) // Почвоведение. 1989. № 9. С. 5-14.
Панкова Е.И. Генетические свойства каштановых почв Центральноазиатской почвенно-географической провинции (на примере почв МНР) // Почвоведение. 1974. № 12. С. 42-53.
Почвенный покров основных природных зон Монголии. / Ногина Н.А., Рубцова Л.П., Худяков О.И., Андроников В.Л., Шершукова Г.А., Умаров К.У., Якунин Г.Н. М.: Наука, 1978. 275 с.
Роде А.А. Методы изучения водного режима почв. М.: Изд. АН СССР, 1960. 244 с.
Роде А.А. Основы учения о почвенной влаге. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. 665 с.
Худяков О.И. Почвы лесостепи Внутренней Азии. М.: РАСХН, 2009. 325 с.
Убугунова В.И., Убугунов Л.Л., Баатар Р., Меркушева М.Г. Водно-физические свойства и гидротермический режим аллювиальных дерновых почв Монголии // Почвоведение. 1995. № 10. С. 1262–1270.


Для того чтобы оставить комментарий вы должны авторизоваться на сайте! Вы также можете воспользоваться своим аккаунтом вКонтакте для входа!