ГИДРОТЕРМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПОЧВ ЛЕСОСТЕПНЫХ ГЕОСИСТЕМ ЮГА СРЕДНЕЙ СИБИРИ И ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА 

HYDROTHERMIC CONDITIONS OF SOILS OF FOREST-STEPPE GEOSYSTEMS OF THE SOUTH OF MIDDLE SIBERIA AND CLIMATE CHANGE 

И.Б. Воробьёва

I.B. Vorobyeva 

Институт географии им. В.Б. Сочавы СО РАН

(Россия, 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1) 

V.B. Sochava Institute of Geography of the Siberian Branch RAS

(Russia, 664033, Irkutsk, 1 Ulan-Batorskaya Str.)

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Рассмотрены особенности формирования и гидротермическая обстановка почв лесостепных геосистем юга Средней Сибири, на примере Назаровской котловины, в условиях изменения климата. Установлено, что колебания климата (атмосферного) сказываются на климате почв: во влажные многолетние годы режим почв приближается к режиму луговых, в сухие годы – к режиму, характерному для степных черноземов.

The features of formation and hydrothermal conditions of soils of forest-steppe geosystems in the south of Central Siberia are considered, using the example of the Nazarovo basin, in the conditions of climate change. It is established that the climate variations (atmospheric) affect the climate of soils: in moist years, the soil regime approaches the meadow regime, in dry years – to the regime characteristic of steppe chernozems. 

Лесостепь Средней Сибири не образует сплошной зоны, а располагается изолированными островами среди тайги. Степные и лесостепные массивы, расположенные восточнее реки Оби, относятся к категории островных. Законы широтной зональности в них нарушаются, они занимают, как правило, изолированные районы, со всех сторон окруженные лесной растительностью. В пределах таких «островов» степная растительность и, следовательно, степные почвы занимают террасы долин существующих водотоков, а также древних сухих долин. На водоразделах доминирует лесная растительность.

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 особенности рельефа обусловливают различные климатические условия и соответственно специфичность растительного и почвенного покрова.

Район исследований расположен на стыке двух геоморфологический провинций: Алтае-Саянской горной области и Западно-Сибирской равнины. Назаровская котловина является самой северной и наиболее опущенной в системе Минусинского межгорного понижения. Она вытянута в субширотном направлении на 180 км и в меридиональном – до 70 км. Ее поверхность полого снижается с юга и юго-востока на север и северо-запад к Западно-Сибирской аккумулятивной равнине.

Почвенный покров Назаровской котловины и ее горного обрамления образован длительномерзлотными почвами и представлен: черноземами, серыми лесными почвами, дерновыми лесными, подзолистыми, дерново-карбонатными, лугово-черноземными, болотными, лугово-болотными, аллювиальными луговыми, солонцами и солончаками. Черноземы распространены по остепненным участкам и представлены подтипами обыкновенных и выщелоченных. Большинство почв котловины в значительной мере изменены сельскохозяйственной деятельностью человека и в различной степени подвержены эрозии ветровой и водной. Эти почвы практически лишены естественной растительности – биологического фильтра. Степень распаханности здесь достигает 50% общей площади [7].

В горных странах рельеф вносит существенные поправки в распределение климатических показателей. В котловинах, где нет значительного движения воздуха, в летние дни температура поверхности почвы сильно повышается, а ночью с прилегающих склонов сюда стекают более холодные воздушные массы, что вызывает быстрое охлаждение почвы, поэтому даже поздней весной и ранней осенью здесь отмечаются заморозки.

Особенности гидротермического режима на склонах разной экспозиции и крутизны сказываются на характере растительности и вызывают глубокие различия в почвах. Южные склоны несут черты более южных зон, а северные – более холодных влажных [2]. Известно, что нередко влажность почв северных склонов больше, чем на ровных поверхностях. Очевидно, что одна из основных причин неоднородности влагозапасов почв разных местоположений состоит в перераспределении зимних твердых осадков и в особенностях весеннего снеготаяния. На южных склонах снег сходит раньше, чем оттаивает почва, и большая часть талых вод стекает вниз, не насыщая влагой почву. На северных склонах снег сходит обычно после оттаивания почвы, поэтому впитывание воды здесь происходит интенсивно и почвы значительно больше насыщаются влагой. В районах с недостаточным увлажнением рост и развитие растений зависит в основном от влагозапасов в почве, поэтому на склонах северной экспозиции растительность развивается лучше [8]. Влажность почвы в зависимости от местоположения в пределах одной климатической зоны нередко меняется сильнее, чем при переходе из одной зоны в другую [1, 3, 5, 6 и др.].

Цель исследования – показать гидротермическую обстановку в почвах лесостепных геосистем Назаровской котловины на примере темно-серой лесной почвы (склон северо-западной экспозиции) и чернозема обыкновенного карбонатного (склон юго-восточной экспозиции) в условиях изменения климата.

Объекты исследования – почвы характерных и наиболее распространенных фаций горного обрамления котловины на склонах разной экспозиции. Фации склона северо-западной экспозиции: 3 – трансаккумулятивная разнотравно-ковыльная на месте вырубленного леса паркового типа с темно-серой лесной почвой. Фации склона юго-восточной экспозиции: 7 – элювиальная разнотравно-ковыльная с черноземом обыкновенным карбонатным.

Результаты и обсуждения. Экспозиция и наклон поверхности имеет важное значение для процессов почвообразования, как факторы, дифференцирующие распределение атмосферных выпадений. Для склонов северо-западной экспозиции характерны крутизна 25-30о, каменистая структура и укороченный профиль почв, почвенный покров нередко разорван выходами горных пород. На склонах юго-восточной экспозиции уклон более пологий – 10-15о, с менее каменистой структурой и значительно мощным профилем почвы. На поверхности почвы выражены трещины вследствие сильного промерзания при тяжелом гранулометрическом составе. С поверхности они имеют ширину 3-5 см и затухают на глубине почвы 40-60 см. В зоне трещин создаются особые условия увлажнения, что способствует более раннему и быстрому оттаиванию почвы. Летом здесь создаются лучшие условия аэрации.

Темно-серая лесная почва (т. 3) размещена в нижней трети склона. Березовый лес паркового типа с отдельными экземплярами ивы, высокотравный, с редкими кочками вейника. По физико-химическим свойствам почва характеризуется слабокислой реакцией среды, за исключением нижних горизонтов, где достигает 8,08 единиц рН, что вероятно связано с не полностью нейтрализующимися органическими кислотами, которые образуются при разложении органических остатков. Содержание органического углерода и азота с глубиной резко падает. Отмечено накопление фосфора и калия в верхних горизонтах. Чернозем обыкновенный карбонатный (т.7) расположен на выположенной привершинной поверхности со слабым уклоном к югу. Овсецовая степь со слабым моховым покровом. В почвенном профиле с глубиной увеличивается плотность и содержание физической глины. Реакция среды слабощелочная, в нижних горизонтах рН изменяется с 8,3 до 9,2. Содержание СО2 карбонатов увеличивается с 7,5 до 10,8%. Сумма обменных оснований, с большим преобладанием кальция. Содержание органического углерода невысокое, количество подвижных форм фосфора и калия незначительное.

Наши наблюдения проводились в июле, когда температура поверхности почвы имела максимальные значения. Наблюдения за последние более чем 20-ти летний период, в середине вегетационного сезона показали, что температурный режим почв в слое 0-20 см разных местоположений, а также склонов разной экспозиции, формируется однотипно, что выражается в идентичной формы кривых температурного отклика почв на солнечную радиацию.

График кривых временных рядов средних температур воздуха и сумм осадков за теплый (апрель-октябрь) и холодный (ноябрь-март) периоды (с 1986 по 2014 гг.) по данным метеостанции г. Шарыпово представлен на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Изменения температуры воздуха (а) и осадков (б) в холодный и теплый период по данным метеостанции «Шарыпово» 

Установлено, что амплитуда колебаний средних температур воздуха в холодный период года больше и составляет 7,3 оС (от -8,9 в 1992 г. до -16,2 в 2010 г.), чем в летний – 2,5 оС (от 8,9 в 2009 г. до 11,4 в 2005 г.).

 Выявлено увеличение средних температур воздуха во все сезоны, кроме зимних месяцев, когда среднемесячная температур воздуха имела незначительный отрицательный тренд, а сумма осадков отмечала обратную тенденцию. Установлено, что значения среднеиюльской температуры воздуха показывают стабильные снижения за весь период наблюдений. Сумма осадков выявила слабый тренд в сторону увеличения как в июле, так и по итогам года (рис. 2).

По данным метеостанции «Шарыпово» с 1986 по 2014 гг. в Назаровской котловине выявлена значительная амплитуда колебаний среднегодовой температуры воздуха (от +3,4 до -1,0). В основном регистрировались положительные среднегодовые температура воздуха, и только в 1996, 2009 и 2010 гг. были зафиксированы отрицательные температуры -0,3, -0,8 и -1,0 соответственно. Стабильные повышения среднегодовой температуры воздуха отмечались до 2003 г., далее – устойчивое снижение, что и дает общий тренд.

 

Рисунок 2. Изменения среднеиюльской и среднегодовой температуры (а) и осадков (б) по данным метеостанции «Шарыпово» 

Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК) зарегистрирован всеобъемлющий охват потепления последних десятилетий. В умеренных широтах Северного полушария оно выражается в холодное время года, тогда как в предыдущую эпоху потепления (1910-1940 гг.) оно происходило одновременно и зимой и летом. По сведениям «Аналитического обзора за 2014 год», который представлен «ИГКЭ Росгидромета и РАН» и опубликован на сайте Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды 2014 год стал в Северном полушарии Земли вторым самым теплым в истории регулярных метеорологических наблюдений на планете, т. е. с 1891 г. Аномалия среднегодовой температуры воздуха составила +0,75°, что на 0,02° меньше, чем в 2010 г., который принято считать самым жарким. Из десяти самых теплых лет девять относятся к XXI столетию, из прошлого века в нем только 1998 г. За исключением февраля, во все остальные месяцы года средняя температура воздуха по полушарию достигала экстремальных значений (июнь, август, декабрь) или близких к ним.

Известно, что одной из основных причин неоднородности во влагозапасах почвы в различных местоположениях является распределение снежного покрова, особенности весеннего снеготаяния на склонах разной экспозиции, размерзание почв и насыщение их зимне-весенней влагой. Выявлено, что в почвах северо-западной экспозиции содержание влаги больше, чем в почвах юго-восточной. Изменения количества влаги в почве подтверждают известное положение о тесной связи увлажнения почв с ходом осадков. Расположение исследуемых почв на границе контакта леса и степи (островной лесостепи) определяет колебания почвенных климатических параметров (рис. 3).

Анализ физико-химических свойств почв, относящихся к фациям различного местоположения показал, что колебания климата (атмосферного) сказывается на климате почв: во влажные многолетние годы режим почв приближается к режиму луговых, в сухие годы – к режиму, характерному для степных черноземов.

 

Рисунок 3. Содержание влаги в черноземе слабовыщелоченным среднемощным (а) и черноземе обыкновенным карбонатным (б) на склоне юго-восточной экспозиции 

Полученные данные показывают, что температуры корнеобитаемого слоя почвы зависят от множества факторов, в том числе от температуры воздуха, структуры растительного покрова и формы рельефа (крутизна склона, экспозиция). Выявлено, что в почвах северо-западной экспозиции содержание влаги больше, чем в почвах юго-восточной. Изменение запасов влаги и теплообеспеченности происходит в следствии изменения гидротермических условий (трансформации климата почв), обязанной циклическому развитию основных климатических параметров. Установлено, что на изучаемой территории выражены региональные особенности мезоклимата почвы, обусловленные местоположением котловины. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Астахова Н.И. Изменчивость весенних влагозапасов почв Украины // Тр. УкрНИГМИ. 1973. Вып. 124. С. 36-52.
  2. Волобуев В.Р. Экология почв. Баку: Изд-во АН Азер. ССР, 1963. 260 с.
  3. Герцык В.В. Некоторые данные о роли осадков вегетационного периода в пополнении запаса влаги в почве // Тр. Центрально-Черноземного государственного заповедника. 1957. Вып. 4. С. 73-85.
  4. Игнатавичене И. О просыхании почвы весной после схода снега в условиях холмистого рельефа // Труды ГГО. 1970. Вып. 264. С. 97-103.
  5. Побережский Л.Н. Влияние экспозиции склонов на почвенную влажность // Труды САРНИГМИ. 1971. Вып. 123. С. 119-126.
  6. Природа и хозяйство района первоочередного формирования КАТЭКа / В.В. Буфал, И.Л. Савельева, Л.А. Турушина и др. Новосибирск: Наука, 1983. 258 с.
  7. Романова Е.Н. Микроклиматическая изменчивость основных элементов климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 278 с.

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