ГИДРОТЕРМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВ ГЕОСИСТЕМ КОНТАКТА СТЕПИ И ТАЙГИ

THE HYDROTHERMAL CONDITIONS AND ORGANIC MATTER SOILS OF GEOSYSTEMS CONTACT STEPPES AND TAIGA

И.Б.Воробьева

I.B.Vorobyeva

Институт географии им. В.Б.Сочавы СО РАН(Россия, 664033, Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1)V.B.Sochava Institute of Geography SB RAS(Russia, 664033, Irkutsk, Ulan-Bator st., 1)е-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Выявлено, что в почвах на глубине 20 см на склоне северо-западной экспозиции в зимний период холоднее, чем в почве на склоне юго-восточной экспозиции, а в летний период почва прогревается сильнее и на более длительное время на склоне юго-восточной экспозиции. Установлено увеличение количества водорастворимого органического вещества во всех почвах. Исследования многолетний динамики водорастворимых форм органического углерода и содержание влаги обнаружило, что наибольшие содержания органического углерода фиксируются в следующие за годами, с аномальными гидротермическими условиямиIt was revealed that the soil at a depth of 20 cm on the slope of the north-western exposure in the winter is colder than the soil on the slope of the south-eastern exposure, and in summer the soil warms up more and more time on the slopes of the south-eastern exposure. The increase in the number of water-soluble organic matter in all soils is established. Investigations of long-term dynamics of water-soluble forms of organic carbon and moisture content revealed that the highest content of organic carbon fixed in the next for years, with anomalous hydrothermal conditions

Геосистемы контакта степи и тайги выступают как зоны соприкосновения, взаимопроникновения и взаимодействия степных и лесных типов природной среды. На территории Средней Сибири степь вступает в контакт с тайгой – иным типом природной среды, а степи, с которыми соприкасается тайга, отличаются от европейских. Эти различия объясняются высокой степенью континентальности климата (годовая сумма осадков ниже потенциальной величины суммарного испарения, не только в степи, но и в значительной части ареалов тайги), преобладанием горного рельефа: котловины и крутые южные склоны способствуют продвижению степей на север, а возвышенные территории, северные и западные склоны создают условия для проникновения тайги на юг [2]. Лесостепь Средней Сибири не образует сплошной зоны, а располагается изолированными островами среди тайги. В пределах таких «островов» степная растительность и, следовательно, степные почвы занимают террасы долин существующих водотоков, древних сухих долин и крутые склоны. Склоны разной экспозиции на одной географической широте находятся в условиях, типичных для разных природных зон. На юге лесостепная и подтаежная территория ограничена горными системами Восточного Саяна и Кузнецкого Алатау. Северная, а также крайне западная и восточные границы не имеют орографических рубежей. Они обусловлены климатическими факторами и историей развития. Расположение среднесибирских лесостепей в глубине евроазиатского континента и различные гипсометрические ступени от низких равнин до высокогорных поверхностей создают сложные сочетания рельефа, сказывающиеся на их размещении и географических контактах. Степень распаханности на данной территрии достигает 50 % общей площади, а естественная растительность сохранилась лишь на крутых, не пригодных для распашки склонах и на отдельных участках водоразделов и террас [5].

Для определения гидротермических условий и оценки особенностей динамики органического вещества почв геосистем контакта степи и тайги был использован экспериментальный ландшафтно-геохимический профиль, протяженностью 1000 м и с пересечением склонов разной экспозиции, крутизны и формы.

Исходные данные экологического состояния почвы (температура и влажность) получены в результате полевых работ, проводившихся с 1986 по 2011 гг. в Назаровской котловине, на Березовском лесостепном стационаре Института географии им. В.Б.Сочавы СО РАН в различные по гидроклиматическим условиям годы. В работе основное внимание уделено анализу временных рядов температуры, влаги в слое почв 0-50 см пространственно сопряженных фаций склонов разных экспозиций и динамики мобильных форм соединений углерода. Для регистрации температуры почвы во времени (в течение года) на глубине 20 см были использованы измерители температуры «ТЕРМОХРОН». Регистрация температурных значений проводилась через равные заданные промежутки времени (частота измерений 3 час и с погрешностью ±0,5оС). Датчики температуры были установлены в трансаккумулятивной разнотравно-ковыльной фации с темно-серой лесной почвой на склоне северо-западной экспозиции и элювиальной разнотравно-ковыльной с черноземом обыкновенным карбонатным на склоне юго-восточной экспозиции в июле 2009 г. и показания сняты в июле 2010 г.

Для общей характеристики климатических условий района исследований были использованы данные метеостанции «Шарыпово», расположенной в 10 км от экспериментального профиля.

Фации склона северо-западной экспозиции: 1 – автоморфная элювиальная разнотравно-типчаковая с горно-степной черноземовидной маломощной малогумусной защебненной почвой, 2 – трансэлювиальная разнотравно-осоково-злаково-луговая с черноземом выщелоченным маломощным, 3 – трансаккумулятивная разнотравно-ковыльная на месте вырубленного леса паркового типа с темно-серой лесной почвой.

Фации склона юго-восточной экспозиции: 5 – трансэлювиальная лугово-степная разнотравно-злаковая с черноземом слабовыщелоченным среднемощным; 7 – элювиальная разнотравно-ковыльная с черноземом обыкновенным карбонатным.

Фации северо-западной экспозиции имеют крутизну 25-30о, более каменистую структуру, почвенный профиль укорочен (глубина часто не более 50 см), почвенный покров нередко разорван выходами горных пород. Почвы фаций юго-восточной экспозиции характеризуются более пологими склонами (10-15о), менее каменистой структурой, более мощным профилем.

Наблюдения в середине вегетационного сезона показали, что температурный режим почв разных местоположений, а также склонов разной экспозиции, формируетсяоднотипно. Это выражено в единой тенденции снижения температуры почвы за последние 20 лет. Измерения температуры на глубине 20 см с июля 2009 по июль 2010 гг. с использованием датчиков «Термохрон» в темно-серой лесной почве на склоне северо-западной экспозиции и черноземе обыкновенном карбонатном на склоне юго-восточной экспозиции показали, что минимальные температуры были зафиксированы одновременно (с середины февраля до середины марта) (рис. 1). Причем темно серая лесная почва промерзала сильнее: зафиксированы температуры от -8,3 до -6,7оС, тогда как в черноземе обыкновенном карбонатном – от -8,0 до -5,6оС. Следует отметить, что минимально столбик термометра опускался до значений -10,0оС в одни и те же сроки – 27-28 февраля 2010 г. на всех склонах.Максимально темно серая лесная почва прогревалась в 2009 г. до +14,8-15,0оС с 19 по 22 июля, тогда как чернозем обыкновенный карбонатный с 15 июля по 11 августа 2009 г. был прогрет до +16,4-16,9оС. В 2010 г. выявлено, что темно серая лесная почва прогревалась до +15,5-16,2оС 26-27 июля, а чернозем обыкновенный карбонатный – 16-18 и 25-28 июля – до +15,4-16,9оС. Переход температуры через ноль осенью осуществлялся в темно серой лесной почве 11-15 декабря, тогда как в черноземе обыкновенном карбонатном – 15-21 декабря, а весной в одно время – последней декаде апреля: 23-29 и 24-28 апреля соответственно. По данным метеостанции максимум температуры на поверхности почвы наблюдается в июле, а минимум – в феврале. На глубине 20 см среднемесячные значения температуры с декабря по апрель отрицательные, а с мая по декабрь – положительные.

Выявлено, что почвы, расположенные на склоне юго-восточной экспозиции, в зимний период промерзают на меньшую глубину, чем почвы на склоне северо-западной экспозиции, а переход температуры через ноль осуществляется на неделю раньше и минимальные температуры показывают одинаковые значения. Весной ситуация выравнивается и переход температуры через ноль осуществляется в одни сроки. В летний период почвы на склоне юго-восточной экспозиции прогреваются сильнее и на более длительный срок, чем на склоне северо-западной экспозиции. Известно, что в средних широтах на склонах юго-восточной экспозиции в почве на глубине 80 см в течение года температуры выше, чем на склонах северо-западной экспозиции. Данные разных авторов свидетельствуют, что наибольшие различия температур между отдельными склонами падают на лето. Это происходит от того, что при низком положении солнца ослабление солнечной радиации в атмосфере значительно больше, чем при высоком. Усиленная инсоляция наклонной к югу поверхности в полуденные часы летом имеет относительно большее значение, чем потеря утренних и вечерних часов для инсоляции [1]. Котловинное устройство рельефа оказывает существенное влияние на застойные скопления холодного воздуха, которые стекают с вышележащих участков. Возможно вследствие этих явлений (котловинные условия, разная крутизна и форма склонов) в почвах на склоне северо-западной экспозиции в зимний период холоднее, чем в почве на склоне юго-восточной экспозиции, а в летний период почва прогревается сильнее и на более длительное время на склоне юго-восточной экспозиции.

Наши наблюдения, направленные на изучение роли гидротермических условий в процессе трансформации органического вещества в почвах как одного из главных показателей функционирования геосистем, проводились в июле. К этому времени органическое вещество почв каждой географической фации приобретает относительно стабильные значения. На разнородной поверхности территории исследования температурный режим почв находится в зависимости от экспозиции склонов. Различия влагозапасов почв фаций связаны с неоднородным распределением снежного покрова, особенностями весеннего снеготаяния на склонах разной экспозиции, а соответственно размерзания почв и насыщения их зимне-весенней влагой.

Влажность почв зависит от местоположения фаций, их географических особенностей. Так, для плакорных условиий характерны слабые колебания почвенной влаги, а в трансэлювиальных условиях динамика зависит от крутизны склонов и структуры почвенного профиля. На северо-западном крутом склоне с маломощными почвами за 20-летний период определилась тенденция снижения влажности почв, то есть изменения температуры и влажности идут однонаправленно. В почвах более пологого юго-восточного склона с более мощным почвенным профилем, при отмеченном снижении температуры, влажность возрастает. Различия в интенсивности испаряемости влаги на разных склонах вносят свой вклад в более экономный ее расход в условиях северной экспозиции и увеличение расхода на южных склонах [6].

Термический и водный режимы почв рассматриваются как экологические факторы метаболизма органического вещества, являющегося частью биогеохимического цикла углерода. Наблюдения велись за показателями конечной стадии процесса метаболизма – его деструкционного блока. Он представляет продуцирование мобильных органических соединений, которые затем мигрируют в составе почвенных растворов. Количество этих соединений в момент наблюдений служит выражением одного из важных свойств почвы – «почвы-момента» [7] и является показателем динамического состояния геосистемы в этот момент времени [4, 8]. Считается возможным методами моделирования реконструировать и экстраполировать проявления природных процессов в пространстве и во времени на основе проведения режимных наблюдений за показателями функционирования геосистем и изменчивости факторов внешней среды [3].

Анализ наблюдений с 1986 г. за мобильной формой соединений углерода выявил его активизацию в последние годы, о чем свидетельствует увеличение количества водорастворимого органического вещества во всех фациях.

Анализ многолетней динамики водорастворимых форм органического углерода и содержание влаги в почве показал, что наибольшие содержания органического углерода фиксируются в следующие за годами, с аномальными гидротермическими условиями (осадков выпадает выше нормы, а температура – ниже). Создаются условия, которые способствуют образованию подвижных форм органического вещества и миграции их за пределы почвенного профиля. В следующем году, когда меньше осадков и более высокая температура, сказывается недостаток влаги и происходит концентрирование мобильных соединений. Проявляется «эффект последействия», связанный с инерционностью компонентов: максимальное количество влаги, а в последующий год достаточно высокое содержание мобильного органического углерода. И все это подчинено определенной цикличности.

Таким образом, при изучении гидротермических условий и изменений мобильного органического вещества почв геосистем контакта степи и тайги выявлено, что в почвах на склоне северо-западной экспозиции в зимний период холоднее, чем в почве на склоне юго-восточной экспозиции, а в летний период почва прогревается сильнее и на более длительное время на склоне юго-восточной экспозиции, возможно, вследствие котловинных условий, разной крутизны и формы склонов. Выявленные временные изменения мобильного органического вещества отражают динамическое состояние лесостепных геосистем в связи с глобальными и региональными изменениями внешних факторов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Волобуев В.Р. Экология почв. Изд-во АН Азер. ССР Баку. 1963. 260 с
  2. Геосистемы контакта тайги и степи: юг Центральной Сибири / Бессолицина Е.П., Какарека С.В., Крауклис А.А., Кремер Л.К. Новосибирск: Наука. 1991. 217 с.
  3. Козловский Ф. И. О принципах стационарного исследования почв // Принципы организации и методы стационарного изучения почв. М.: Наука, 1976. С. 34-61.
  4. Мартынов А. В. Динамика вещества в геосистемах при усиливающемся техногенном воздействии: Автореф. дис. … канд. геогр. наук. Иркутск, 1985. 20 с.
  5. Природа и хозяйство района первоочередного формирования КАТЭКа / Буфал В.В., Савельева И.Л., Турушина Л.А. и др. Новосибирск: Наука, 1983. 258 с.
  6. Романова Е.Н. Микроклиматическая изменчивость основных элементов климата. Л.: Гидрометеоиздат. 1977. 278 с.
  7. Соколов И.А., Таргульян В.О. Взаимодействие почвы и среды: почва-память, почва-момент // Изучение и освоение природной среды. М.: Наука, 1976. С. 15-164.
  8. Тренды ландшафтно-геохимических процессов в геосистемах юга Сибири / Е.Г. Нечаева, Н.Д. Давыдова и др. Новосибирск: Наука, 2004. 184 с.

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