CC BY
17
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2016, том 22, №3 (68), с. 50-55
-К 45-ЛЕТИЮ СОВМЕСТНОЙ РОССИЙСКО-МОНГОЛЬСКОЙ -
КОМПЛЕКСНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭКСПЕДИЦИИ
УДК 631.412
ГОДОВОЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ТЕМНО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВ РАВНИН В РАЗНЫХ ВЫСОТНЫХ ПОЯСАХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ МОНГОЛИИ1
© 2016 г. С.Н. Бажа**, С.В. Концов*, Д. Туул**
*Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН Россия, 119071, г. Москва, Ленинский проспект, д. 33. E-mail: sbazha@inbox.ru **Институт растениеводства и земледелия Монголия, 45045, г. Дархан-15, п/я 903. E-mail: tuuld88@yahoo.com
Поступила 13.09.2015
Изучался годовой ход температурного режима темно-каштановых почв на примере трех полигонов, расположенных на разных высотах в пределах Центральной Монголии. Показано, что высотная поясность, проявляющаяся достаточно ярко в приземном слое воздуха, в почвенных горизонтах хорошо освещенных участков прослеживается слабо. На примере исследований годового температурного режима почв на разных глубинах и на разных абсолютных высотах инструментально подтверждено, что увеличение интенсивности солнечной радиации и нагреваемости почв освещенных участков напрямую связано с ростом абсолютной высоты.
Ключевые слова: каштановые почвы, температурный режим, семиаридный климат, Центральная Монголия.
О годовом температурном режиме темно-каштановых почв Монголии и сопредельных территорий публикации практически отсутствуют, за небольшим исключением (Цыбжитов и др., 1999; Avirmed et al., 2014). В обобщающих работах, как в ранних, но не потерявших свое значение (Димо, 1972), так и в совсем свежих публикациях (Худяков, 2009), авторы ограничиваются, в основном, летними наблюдениями. Между тем, именно годовой температурный режим раскрывает многие особенности в жизни почв.
Как известно, в Центральной Монголии широкое распространение имеют темно-каштановые почвы (Почвенная карта ..., 1980; Экосистемы ..., 2005). Они приурочены к районам с семиаридным климатом, где занимают как равнинные автоморфные местоположения (вполне пахотнопригодные), так и горные склоны южных экспозиций. При этом высотный диапазон их распространения очень широк. Например, в Западном Хэнтэе они развиты под луговыми степями от предгорий с абсолютными высотами 730-740 м в районе Дархана до 1520-1540 м в долине реки Гачурт, что в 30 км к юго-западу от г. Улан-Батор.
В связи с этим возникает закономерный вопрос: как при разнице в абсолютной высоте порядка 800 м сохраняются температурные условия для формирования одних и тех же темно-каштановых почв? Ответ на этот вопрос имеет большое научно-прикладное значение. Ведь речь идет о высотном продвижении богарного земледелия, что для Монголии с ее ограниченными пахотными ресурсами весьма актуально.
Материалы и методы
Силами специалистов Совместной Российско-Монгольской комплексной биологической экспедиции РАН и АНМ в течение 2009-2013 гг. были организованы наблюдения за гидротермическим режимом темно-каштановых почв на трех полигонах: Дархан, Бор-Нур и Гачурт (табл. 1.)
Из таблицы видно, что все три полигона расположены на дне котловин или глубоких долин, где
1 Работа выполнялась в рамках Программы Совместной Российско-Монгольской комплексной биологической экспедиции РАН и АНМ и при поддержке гранта РГО/РФФИ «Деградация ландшафтов в Байкальском регионе».
зимой происходит застой холодного воздуха и наблюдаются длительные температурные инверсии. Так что в этом отношении выбранные полигоны похожи.
Темно-каштановые почвы всех трех полигонов сходны и по механическому составу, и по строению профиля - это пылеватые супеси или супеси с небольшой примесью крупнообломочного материала. При этом верхние 30-40 см - это гумусовый горизонт существенно мелкоземистый, подстилаемый карбонатным горизонтом, существенно крупнообломочным. В довершение сходства, следует отметить, что на всех трех полигонах почвообразующие породы бескарбонатные.
Таблица 1. Перечень полигонов, на которых велись исследования годового температурного режима почв Центральной Монголии. Table 1. List of polygons, where research was conducted on the annual temperature regime of soils in Central Mongolia.
№ Полигон Географические координаты и абсолютная высота Положение в рельефе Почва Растительность
1 Дархан 49° 28' 10.3'' с.ш.; 105° 59' 58.0'' в.д.; 732 м Подгорный делю-виально- пролювии-альный шлейф Тёмно-каштановая пылевато-супесчаная Луговая степь холоднополынно-змеевково-ковыльная
2 Бор-Нур 48° 25' 0.1'' с.ш.; 106° 12' 01.7'' в.д.; 1062 м Первая надпойменная левобережная терраса р. Шивэр Тёмно -каштано -вая пылевато-супесчаная Луговая степь разнотравно-ковыльно-осочковая
3 Гачурт 48° 00' 35.2'' с.ш.; 107° 12' 32.3'' в.д.; 1507 м Слабонаклонная поверхность конуса выноса Тёмно-каштановая супесчаная Луговая степь ковыльно-осочково-вострецовая
Содержание гумуса на всех трех полигонах имеет максимальные значения на глубине 15-20 см и составляет 3.4-3.9% при реакции рН 7.15-7.60. В верхней части карбонатных горизонтов на этих полигонах на глубинах 40-60 см содержание поглощенных оснований составляет 22.7-33.0 мг-экв/100 г, рН равен 7.8-8.4.
На всех трех полигонах климат семиаридный. Годовое количество осадков везде примерно одинаковое и составляет, в среднем, 300-350 мм, не менее 80% из которых выпадает в теплое время года.
Снежный покров устанавливается в середине октября в горах, и в конце октября - начале ноября - в низкогорье и на равнинной части (полигоны Дархан и Бор-Нур). Поначалу, пока снежный покров маломощный, сильные морозы способствуют глубокому промерзанию почвы. Минимальная мощность снежного покрова наблюдается в середине-конце марта и на нижних полигонах сильно колеблется по годам: от 10 до 30 см (полигоны Дархан и Бор-Нур). В верхнем поясе, на полигоне Гачурт, снежный покров более стабилен и достигает в конце зимы 15-25 см. Снежный покров сходит, как правило, до конца марта.
На каждом из полигонов на субгоризонтальных автоморфных поверхностях были заложены почвенные шурфы, в вертикальных стенках которых были установлены электронные датчики-самописцы на глубинах 10, 20, 50 и 100 см, которые ежечасно фиксировали температуры почв. Аналогичные датчики были установлены и на высоте 100 см над поверхностью почвы для измерения температуры и относительной влажности приземного слоя воздуха. Перенос информации на компьютер производился три-четыре раза в год.
При всех своих достоинствах электронные датчики-самописцы оказались недостаточно приспособлены к суровым климатическим условиям Монголии, так как из-за разгерметизации корпуса датчика и попадания влаги внутрь они нередко выходили из строя. Весь объем информации, получаемый с датчиков, впоследствии был обработан: вычислялись среднесуточные, средние декадные температуры, даты начала промерзания и оттаивания почв на разных глубинах и другие температурные параметры, характеризующие годовой температурный режим почвы и приземного слоя воздуха. Поскольку на полигоне Дархан датчики были установлены лишь в 2011 г., то в настоящей статье для всех полигонов был взят один годовой цикл: 2011-2012 гг.
52
ГОДОВОЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ... ПОЧВ .ЦЕНТРАЛЬНОЙ МОНГОЛИИ
Результаты и их обсуждение
Логично начать с анализа годового температурного режима приземного слоя воздуха (ГТР) на трех полигонах, отражающих высотную поясность, а затем уже рассмотреть годовой температурный режим почв.
Данные по ГТР приземного воздуха показаны в таблицах 2 и 3. Из них видно, что суммы температур сильно снижаются с высотой. Снижаются с высотой и суммы эффективных температур (выше 10°С). Правда, это снижение носит неравномерный характер, как и сама продолжительность периода эффективных температур. В то же время, суммы отрицательных зимних температур снижаются с высотой значительно и достаточно равномерно. По мере роста абсолютной высоты происходит снижение и такого важнейшего результирующего показателя, как среднегодовая температура воздуха.
Таблица 2. Показатели годового температурного режима приземного слоя воздуха на высоте 100 см над поверхностью почвы на полигонах Центральной Монголии в годовом цикле 2011-2012 гг. (теплый и холодный периоды). Table 2. The annual temperature regime of the surface layer of air at a height of 100 cm above the soil surface at the polygons in Central Mongolia in the annual cycle 2011-2012 (warm and cold periods).
Полигоны Теплый период Холодный период Среднегодовая температура
Граничные даты/ число дней Сумма температур Макс. температура/дата Граничные даты/ число дней Сумма температур Мин. температура/дата
Дархан 24.03.11-31.10.11/ 222 2647.6 25.4/ 04.08.11 01.11.11-23.03.12/ 144 - 2538.3 -34.6/ 31.01.12 0.3
Бор-Нур 31.03.11-11.10.11/ 195 2583.9 29.8/ 16.08.11 12.10.11-30.03.12/ 171 - 2705.9 -34.1/ 29.01.12 -0.3
Гачурт 05.04.11-20.10.11/ 199 1935.0 23.5/ 17.06.11 21.10.11-04.04.12/ 167 - 2903.8 -33.7/ 29.01.12 -2.6
Таблица 3. Показатели годового температурного режима приземного слоя воздуха на высоте 100 см над поверхностью почвы на полигонах Центральной Монголии в годовом цикле 2011-2012 гг. (периоды с температурами выше 5 и 10°С). Table 3. The annual temperature regime of the surface layer of air at a height of 100 cm above the soil surface at the polygons in Central Mongolia in the annual cycle 2011-2012 (periods with temperatures above 5 and 10°С).
Полигоны Период с температурами выше 5°С Период с температурами выше 10°С
Граничные даты/ число дней Сумма температур, oC Средняя температура, oC Граничные даты/ число дней Сумма температур, oC Средняя температура, oC
Дархан 05.04.11-11.10.11/184 2490.2 13.5 05.04.11-15.09.11/122 2091.4 17.1
Бор-Нур 29.04.11-07.10.11/169 2462.9 14.6 05.04.11-24.09.11/147 2365.6 16.1
Гачурт 05.04.11-12.09.11/135 1710.7 12.7 11.05.11-15.09.11/87 1393.3 16.0
Если на полигоне Дархан, с абсолютной высотой 732 м, она была слабоположительной и составляла 0.3°С, а на полигоне Бор-Нур среднегодовая температура была слабоотрицательной (-0.3°С), то на полигоне Гачурт (абсолютная высота 1507 м) она была явно отрицательной и составляла -2.6°С. Таким образом, высотная поясность в годовом температурном режиме приземного слоя воздуха на трех полигонах проявляется достаточно отчетливо.
Совершенно другую картину мы видим при рассмотрении годового температурного режима темно-каштановых почв на тех же полигонах и в те же годовые циклы. Как видно из таблиц 4 и 5, с ростом абсолютной высоты показатели годового температурного режима здесь на разных глубинных тоже снижаются, но гораздо меньше, чем это происходит с температурными показателями воздуха.
В результате получается, что температура воздуха с высотой падает заметно быстрее, чем
температура почвы. Причиной этого является, на наш взгляд, то, что с увеличением абсолютной высоты происходит, по крайней мере, два противоположных процесса. С одной стороны - это падение температуры воздуха с высотой, составляющее, в среднем, 5-6°С/км высоты2, а с другой -идет увеличение интенсивности солнечной радиации, в среднем, на 10% на один километр высоты за счет разреженности воздуха, уменьшения запыленности, изменения спектра солнечных лучей и других причин (Калесник, 1970).
Таблица 4. Показатели годового температурного режима темно-каштановых почв на разных глубинах на полигонах Центральной Монголии в годовом цикле 2011-2012 гг. (теплый и холодный периоды). Table 4. The annual temperature regime of dark chestnut soils at different depths on the polygons in Central Mongolia in the annual cycle 2011-2012 (warm and cold periods).
Глубина замера, см Температурные показатели (t)
Теплый период Холодный период
Граничные даты/ число дней Сумма t, oC Средняя t, oC Макс. среднесуточная t, oC / дата Граничные даты/ число дней Сумма t, oC Средняя t, oC Мин. среднесуточная t, oC / дата Среднегодовая t, oC
Полигон Дархан
10 01.04.11-02.11.11/215 2648.6 11.3 22.2/22.08.11 02.11.11-31.03.12/151 -2055.6 -13.6 -25.0/30.01.12 1.6
20 07.04.11-07.11.11/215 2461.8 11.4 21.3/23.08.11 08.11.11-06.04.12/151 -1770.5 -11.7 -21.7/2.02.12 1.9
50 25.04.11-23.11.11/213 2160.6 10.1 18.8/24.08.11 24.11.11-24.04.12/153 -1316.5 -8.6 -16.5/3.02.12 2.3
100 13.05.11-18.12.11/220 1793.1 8.2 15.5/24.08.11 19.12.11-12.05.12/146 -969.1 -6.6 -11.5/3.02.12 2.3
Полигон Бор-Нур
10 27.03.11-05.11.11/224 2710.7 12.1 22.6/17.06.11 06.11.11-26.03.12/142 -1794.3 -12.6 -23.9/31.01.12 2.5
20 01.04.11-11.11.11/225 2634.2 11.7 20.8/04.07.11 12.11.11-31.03.12/141 -1658.5 -11.8 -22.0/31.01.12 2.7
50 07.04.11-21.11.11/229 2414.2 10.5 17.8/17.07.11 22.11.11-06.04.12/137 -1062.6 -7.8 -15.0/03.02.12 3.7
100 26.04.11-30.11.11/219 1545.6 7.1 11.5/17.07.11 01.12.11-25.04.12/147 -870.4 -5.9 -10.5/03.02.12 1.8
Полигон Гачурт
10 11.04.11-21.10.11/194 2099.2 10.8 22.1/05.08.11 22.10.11-10.04.12/172 -2369.0 -13.8 -27.1/9.01.12 -0.7
20 12.04.11-31.10.11/203 1931.8 9.5 18.5/05.08.11 11.11.11-11.04.12/163 -1718.3 -10.5 -20.0/31.01.12 0.6
50 15.04.11-14.11.11/214 1823.8 8.5 15.8/05.08.11 15.11.11-14.04.12/152 -1125.4 -7.4 -13.0/01.02.12 1.9
100 04.05.11-25.01.12/206 1255.5 6.1 11.6/05.08.11 26.11.11-03.05.12/160 -818.0 -5.1 -9.0/06.02.12 1.2
Если первый процесс касается, в основном, температуры воздуха, то второй влияет на нагреваемость почвы, особенно ее сухих освещенных участков. Это вполне соответствует карте суммарной радиации территории Монголии, согласно которой суммарная радиация в центральной части равна примерно 1200 кВт ч/м2, а на полигоне Гачурт - 1300 кВт ч/м2 (Атлас ..., 1990). В результате, следует констатировать, что даже в верхнем поясе - на полигоне Гачурт, на глубине 100 см среднегодовая температура почв положительная (1.2°С). Более того, в годовом цикле 2009-2010 гг. на этом участке был установлен датчик на глубине 150 см, согласно показателям которого среднегодовая температура на данной глубине была 1.5° С, то есть многолетняя мерзлота залегает здесь гораздо ниже 150 см и не оказывает существенного влияния на температурный режим темно-каштановых почв данного участка.
Следует также отметить, что период эффективных температур почв на верхнем полигоне Гачурт заметно уступает по продолжительности нижнему полигону Дархан, однако и там, на глубине 50 см, он достигает 89 дней.
2 Из-за частых температурных инверсий в Монголии этот процесс назван небезусловным (Москаленко, Сыромятина, 2010).
54
ГОДОВОЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ... ПОЧВ ...ЦЕНТРАЛЬНОЙ МОНГОЛИИ
Таким образом, в годовом температурном режиме темно-каштановых почв рассмотренных полигонов также прослеживается снижение температурных параметров, но оно для автоморфных открытых субгоризонтальных местоположений не ведет к смене почв на уровне даже их подтипов. Можно констатировать, что высотная поясность, проявляющаяся достаточно ярко в приземном слое воздуха, в почвенных горизонтах хорошо освещенных участков прослеживается слабо.
Таблица 5. Показатели годового температурного режима темно-каштановых почв на разных глубинах на полигонах Центральной Монголии в годовом цикле 2011-2012 гг. (периоды с температурами выше 5 и 10°С). Table 5. The annual temperature regime of dark chestnut soils at different depths on the polygons in Central Mongolia in the annual cycle 2011-2012 (periods with temperatures above 5 and 10°С).
Глубина замера, см Период с температурами (t) выше 5oC Период с температурами (t) выше 10oC
Граничные даты/ число дней Сумма t, oC Средняя t, oC Граничные даты/ число дней Сумма t, oC Средняя t, oC
Полигон Дархан
10 01.05.11-16.10.11/169 2452.7 14. 5 02.05.11-26.09.11/148 2329.8 15.7
20 01.05.11-20.10.11/173 2376.0 13.7 04.05.11-27.09.11/146 2202.1 15.1
50 08.05.11-26.10.11/172 2159.0 12.6 06.06.11-29.09.11/116 1772.1 15.3
100 06.06.11-02.11.11/150 1645.5 11.0 03.07.11-03.10.11/93 1195. 1 12.8
Полигон Бор- Нур
10 13.04.11-19.10.11/190 2648.8 13.9 02.05.11-27.09.11/149 2304.6 16.1
20 17.04.11-20.10.11/187 2558.2 13.7 03.05.11-27.09.11/148 2315.3 15.6
50 03.05.11-30.10.11/181 2286.5 12.6 27.05.11-29.09.11/126 1839.9 14.6
100 01.06.11-28.10.11/150 1366.5 9.1 10.07.11-16.09.11/69 780.8 11.3
Полигон Гачурт
10 02.05.11-15.10.11/167 2021.7 12.1 13.06.11-19.09.11/99 1481.7 15.0
20 05.05.11-19.10.11/168 1874.5 11.2 16.06.11-20.09.11/97 1353.9 13.9
50 06.05.11-22.10.11/170 1732.7 10.2 18.06.11-14.09.11/89 1165.1 13.1
100 19.06.11-23.10.11/127 1048.9 8.3 03.08.11-03.09.11/32 337.7 10.6
Заключение
Об увеличении интенсивности солнечной радиации с ростом абсолютной высоты и, в связи с этим, нагреваемости почвы хорошо освещенных участков известно достаточно давно. Так Н.А. Гвоздецкий (1963) связывал высотную поясность в горах Кавказа с увеличением интенсивности и изменением спектра солнечной радиации по мере возрастания абсолютной высоты. Детально этот процесс был рассмотрен А.М. Рябчиковым (1968) и особенно И.С. Щукиным и О.Е. Щукиной, которые отмечали, что «... возрастающая с высотой разреженность атмосферы усиливает интенсивность самой радиации, способствуя более сильному нагреванию почвы» (Щукин, Щукина, 1959). Подобные высказывания можно найти также в работах Б.А. Быкова (1948), Ф.Ф. Давитая и Ю.С. Мельника (1962), Э.М. Мурзаева (1963) и других исследователей. Именно из-за большей прогреваемости почв в связи с увеличением интенсивности солнечной радиации на больших высотах верхняя граница земледелия в Западной Монголии перевалила отметку 2100 м н.у.м (Ковалевский, 1938).
Таким образом, многие исследователи связывали увеличение интенсивности солнечной радиации и нагреваемости почв освещенных участков с ростом абсолютной высоты. Наш опыт на примере исследований годового температурного режима почв на разных глубинах и на разных абсолютных высотах явился инструментальным подтверждением этой закономерности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Быков Б.А. 1954. О вертикальной поясности в связи с общим законом зональности // Вестник КазССР. № 8 (113). С. 46-49.
Гвоздецкий Н.А. 1963. О высотной зональности, как основной закономерности ландшафтной дифференциации
горных стран // Вопросы ландшафтоведения. Алма-Ата. С. 61-90. Давитая Ф.Ф., МельникЮ.С. 1962. Радиационный нагрев деятельной поверхности и границы леса //
Метеорология и гидрология. № 1. С. 3-9. Димо В.Н. 1972. Тепловой режим почв СССР. М.: Колос. 360 с.
Доржготов Д. 1973. Основные черты географии почв северной Монголии и характеристика степных почв:
автореф. дис. ... канд. геогр. наук. М. 39 с. Калесник С.В. 1970. Общие географические закономерности Земли. М.: Мысль. 283 с. Калесник С.В. 1947. Основы общего землеведения. М.: Учпедгиз. 484 с.
Ковалевский Г.В. 1938. Вертикальные земледельческие зоны и верхние границы сельскохозяйственных растений в горах земного шара // Известия Государственного Русского Географического Общества. Т. 70. Вып. 4-5. С. 480-511.
Москаленко И.Г., Сыромятина М.В. 2010. Климатические особенности горных котловин (на примере Убсунурской котловины) // Горы и люди: изменения ландшафтов и этносы внутриконтинентальных гор России. СПб.: ВВМ. С. 257-279. Мурзаев Э.М. 1963. Ландшафтная поясность Куньлуня // Вопросы ландшафтоведения. Алма-Ата. С. 23-32. Национальный атлас МНР. 1990. М.; Улан-Батор: ГУГК СССР - ГУГК МНР. С. 54. Почвенная карта МНР. 1980. М-б 1: 2500000. М.: ГУГК.
Рябчиков А.М. 1968. Структура высотной зональности ландшафтов суши // Вестник МГУ. Серия 5. География. № 6. С. 35-66.
Худяков О.И. 2009. Почвы лесостепей Внутренней Азии // Труды СРМКБЭ. Т. 52. М.: Россельхозакадемия. 325 с.
Цыбжитов Ц.Х., Цыбикдоржиев Ц.Ц., Цыбжитов А.Ц. 1999. Генезис, география и классификация каштановых
почв //Почвы бассейна озера Байкал. Т. 1. Новосибирск: Наука. 128 с. Щукин И.С., Щукина О.Е. 1959. Жизнь гор. Опыт анализа горных стран как комплекса поясных ландшафтов. М.: Географгиз. 288 с.
Экосистемы бассейна Селенги. 2005. / Ред. П. Д. Гунин, Е.А. Востокова. М.: Наука. 259 с.
AvirmedD., Ishikawa M., Iijima Y., Yamkin J. 2014. Temperature Regimes of the Active Layer and Seasonally Frozen Ground under a Forest-Steppe Mosaic, Mongolia // Permafrost and Periglacial Processes. Vol. 25. P. 295-306. DOI: 10.1002/ppp.1824.
THE ANNUAL TEMPERATURE REGIME OF DARK CHESTNUT SOILS OF THE PLAIN AREAS LOCATED IN DIFFERENT ALTITUDINAL BELTS OF CENTRAL MONGOLIA
© 2016. S.N. Bazha*, S.V. Kontsov*, D. Tuul**
*A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution RAS Russia, 119071, Moscow, Leninskyprospect. 33. E-mail: sbazha@ inbox.ru
**Institute of Plant Growing and Agriculture Mongolia, 45047, Darkhan-15, PO-box 908. E-mail: tuuld88@yahoo.com
The annual temperature regime in dark chestnut soils using the example of three polygons located at different altitudes within the Central Mongolia was studied. It is shown, that altitudinal zonality manifests itself in the surface layer of air a quite clearly, in soil horizons of well-insulated areas can be traced weakly. The study instrumentally confirmed that the intensity of solar radiation and a warming of soils are directly correlated to the altitude level. The study was performed as a part of a programme of Joint Russian-Mongolian Comprehensive Biological Expedition, and supported by the grant RGS / RFBR "Degradation landscapes in the Baikal Region."
Keywords: chestnut soils, temperature, semiarid climate, Central Mongolia.
