CC BY
0УДК 911.2:502:571.51
DOI: 10.24412/cl-37200-2024-250-254
ИЗМЕНЕНИЕ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ОСТЕПНЕННЫХ СКЛОНОВ НАЗАРОВСКОЙ КОТЛОВИНЫ
CHANGES IN THE HYDROTHERMAL STATE OF SOILS ON THE STEPIFICATE SLOPE OF THE NAZAROVSKAYA BATTLE
Воробьева И.Б.
Vorobyeva I.B.
Институт географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, Иркутск, Россия Sochava Institute of Geography, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, Irkutsk, Russia
E-mail: irina-vorobyeva@yandex.ru
Аннотация. Представлены результаты исследования гидротермического стояния темно-серой лесной почвой (т. «Кадат-лес») и чернозема слаборазвитого (т. «Кадат-степь») на остепненных склонах Назаровской котловины. Актуальность исследования обусловлена необходимостью анализа изменений изучаемых параметров в условиях краткопериодических изменений климата в островной лесостепи. В исследованиях были использованы общепринятые методы. Установлено, что за период с 1986 по 2023 гг., среднегодовая температура воздуха и суммы осадков за год показывают положительный тренд. Средняя температура воздуха за июль мало изменялась, а сумма осадков показывала устойчивый положительный тренд, что согласуется с выявленными общепринятыми трендами. Внутри почвенного профиля количество влаги плавно уменьшается с глубиной. Минимальные количества влаги выявлены в начале XXI века, с ее последующим увеличением во всех местоположениях. Выявлено, что в лесном массиве паркового типа температура воздуха не существенно отличается от температуры на поверхности почвы. С глубиной данные температуры сглаживаются и проявляется обратная зависимость: в большей степени увлажненная почва показывает более низкие величины температуры. Изучения запасов водорастворимых форм элементов во времени показал существенные изменения в темно-серой лесной почве и маломощном черноземе степной фации в трансэлювиальных условиях. Запасы продуктивной влаги в корнеобитаемом слое сократились почти в два раза, а в нижних слоях достигают уровня влажности завядания. Выявлен рост в 2-3 раза запасов мобильного углерода, кальция, магния и уменьшение минерального.
Ключевые слова: лесостепь, почва, температура воздуха, сумма осадков, влажность почвы.
Abstract. The results of a study of the hydrothermal standing of dark gray forest soil (the so-called "Kadat-forest") and underdeveloped chernozem (the so-called "Kadat-steppe") on the steppe slopes of the Nazarovskaya depression are presented. The relevance of the study is due to the need to analyze changes in the studied parameters under conditions of short-term climate changes in the island forest-steppe. The studies used generally accepted methods. It was found that for the period from 1986 to 2023, the average annual air temperature and annual precipitation show a positive trend. The average air temperature for July changed little, and the amount of precipitation showed a stable positive trend, which is consistent with the generally accepted trends identified. Inside the soil profile, the amount of moisture gradually decreases with depth. Minimum amounts of moisture were detected at the beginning of the 21st century, with its subsequent increase in all locations. It was revealed that in a park-type forest, the air temperature does not differ significantly from the temperature on the soil surface. With depth, these temperatures smooth out and an inverse relationship appears: more moist soil shows lower temperature values. A study of the reserves of water-soluble forms of elements over time showed significant changes in dark gray forest soil and thin chernozem of the steppe facies in transeluvial conditions. The reserves of productive moisture in the root layer have decreased by almost half, and in the lower layers they reach the level of wilting moisture. An increase of 2-3 times in the reserves of mobile carbon, calcium, magnesium and a decrease in mineral reserves was revealed.
Key words: forest-steppe, soil, air temperature, precipitation, soil moisture.
Назаровская котловина расположена на стыке двух геоморфологических провинций: Алтае-Саянской горной области и Западно-Сибирской равнины и является самой северной и наиболее опущенной в системе Минусинского межгорного понижения. Назаровская лесостепь располагается в глубине евроазиатского континента, что определяет вместе с рельефом различные климатические условия и соответственно специфичность растительного и почвенного покрова. Лесостепь Назаровской котловины расположена не сплошной зоной, а изолированными островами среди сплошных лесных массивов. В пределах таких «островов» степная
растительность и, следовательно, степные почвы занимают террасы долин существующих водотоков, древних сухих долин и крутые склоны. На водоразделах доминирует лесная растительность [1].
Климат Назаровской котловины определяется ее внутриконтинентальным расположением и циркуляцией атмосферы. Термический режим отличается значительной континентальностью и большой изменчивостью его характеристик во времени [2].
Ландшафты Назаровской котловины сильно нарушены в результате рубок, пожаров, перевыпаса, рекреации. Слабоувалисто-равнинная поверхность впадины относится к лесостепному поясу, а горное обрамление - к лесному низкогорному. В лесостепном поясе доминируют сообщества березовой остепненной осоково-злаково-бобово-высокотравной группы ассоциаций (на месте остепненных светлохвойных) в сочетании со степными на склонах гряд или на плакорной поверхности. Почти вся территория находится сфере действия сельского хозяйства или рекреации, поэтому сохранившаяся естественная растительность представлена различными стадиями деградациями коренных геосистем [3].
Почвенный покров Назаровской котловины и ее горного обрамления представлен длительномерзлотными почвами: черноземами, серыми лесными, дерновыми лесными, подзолистыми, дерново-карбонатными, лугово-черноземными, болотными и др. Черноземы обыкновенные и выщелоченные развиты на остепненных участках. Серые лесные почвы распространены на северных и восточных склонах с березовыми и смешанными высокотравными лесами. В целом почвенный покров изменен сельскохозяйственной деятельностью, а также в разной степени ветровой и водной эрозии.
Цель исследования - выявление колебаний гидротермических показателей темно-серой лесной и чернозема островной лесостепи.
Объекты и методы. Изучение изменения гидротермических и физико-химических свойств почв проводились нашими предшественниками с начала 1980-х годов на ключевых участках с использованием метода сопряженного анализа вещества [4]. Первоначальное описание объектов исследования выполнено А.В. Мартыновым [5], начавшим режимные наблюдения за миграцией вещества на данной территории. Наши исследования осуществлялись на Березовском физико-географическом стационаре Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН в лесостепных геосистемах Назаровской котловины.
Используемые методы: ландшафтно-геохимический, сравнительно-географический, сравнительно-аналитический, профильно-генетический, статистический. Пробы почв отбирались буровым способом по слоям: 0-5, 5-10 и далее через 10 см до глубины 50 см. Температура почвы измерялась с использованием термометра-щупа АМ-6 через 5 см до глубины 20 см. Влажность почвы определялась весовым методом. Объекты исследования расположены на горе Малый Сюгень, абсолютная высота 400 м, на склоне юго-восточной экспозиции, окраинная часть горной системы Кузнецкого Алатау.
Объектами наблюдений служили биогеоценозы, относящиеся к следующим фациям (рисунок 1):
— трансэлювиальная выпуклосклоновая березовая бобово-разнотравная паркового типа с темно-серой лесной маломощной среднесуглинистой почвой (т. Кадат-лес);
— трансэлювиальная привершинной злаково-полынной с черноземом слаборазвитым бескарбонатным среднегумусным легкосуглинистым (т. Кадат-степь) [4].
Фация Кадат-лес расположена на выположенном участке в верхней трети склона юго-восточной экспозиции. Березовый лес паркового типа бобово-разнотравный. Защебнен с глубины 43 см. Почва от соляной кислоты не вскипает. Материнская порода - бескарбонатный элюво-делювий аргиллитов. На поверхности почвы отмечается фрагмертарная подстилка из слаборазложившегося опада березовых листьев и трав.
Фация Кадат-степь расположена в 50 м к юго-востоку от предыдущей, в верхней трети склона юго-восточной экспозиции. Злаково-полыная степь. Материнсая порода - элювио-делювий аргиллитов. На поверхности камни [4]).
Рисунок 1. Объекты исследования: трансэлювиальная выпуклосклоновая березовая бобово-разнотравная паркового типа с темно-серой лесной - т. «Кадат-лес» (а); трансэлювиальная привершинной злаково-полынной с черноземом слаборазвитым бескарбонатным - т. «Кадат-степь» (б) (Фото Воробьевой И.Б.).
Результаты и обсуждение. Исследования гидротермического состояния почв изучались в разные по климатическим условиям годы. По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) установлено, что основной особенностью современных изменений глобального климата является глобальное потепление конца ХХ в. -начала XXI в. (начиная со второй половины 1970-х годов), а основным индикатором -глобальная, т. е. осредненная по всему земному шару, приповерхностная температура. Практически на всей территории России уверенно определяется продолжающееся потепление. Тренд годовых сумм осадков за период 1976-2012 гг. на большей части территории России также положителен [6].
По данным метеостанции «Шарыпово» выявлено, что за период с 1986 по 2023 гг., среднегодовая температура воздуха и суммы осадков за год показывают положительный тренд (рисунок 2). Тогда как средняя температура воздуха за июль мало изменялась, а сумма осадков показывала устойчивый положительный тренд, что согласуется с общепринятыми трендами.
Почва способна «записывать» локальную, конкретную комбинацию факторов и процессов. Обнаружено, что количество влаги плавно уменьшается вниз по почвенному профилю как в темно-серой лесной почве, так и черноземе (рисунок 3). Следует отметить, что минимальные количества влаги были выявлены в начале XXI века (2003 г.), с последующим увеличением (2007-2014 гг.) - т. «Кадат-лес», тогда как в черноземе т. «Кадат-степь» количество влаги значительно меньше, но сохраняется та же тенденция.
Температурный режим почв более разнообразен. В лесном массиве паркового типа температура воздуха не существенно отличается от температуры на поверхности почвы. С глубиной данные температуры сглаживаются и проявляется обратная зависимость: в большей степени увлажненная почва показывает более низкие величины температуры. На склоне степные почвы (чернозем) более прогреты, температура поверхности почвы выше, чем температура воздуха. С глубиной изменения менее заметны.
Анализ запасов мобильного вещества в почвах исследуемых фаций показал тенденции изменений их количественных параметров (таблица 1). Установлено, что запасы влаги в верхней полуметровой толще почв минимальны, снижаясь нередко до уровня влажности завядания. Временами в гумусовом горизонте создавался дефицит влаги. Соответственно уменьшается и количество водорастворимой формы исследованных элементов.
Исследования запасов водорастворимых форм элементов во времени показал заметные изменения в темно-серой лесной почве и маломощном черноземе степной фации в трансэлювиальных условиях. Запасы продуктивной влаги в корнеобитаемом слое сократились почти в два раза, а в нижних слоях достигают уровня влажности завядания. Выявлен рост в 2-3 раза запасов мобильного углерода, кальция, магния и уменьшение минерального.
Таким образом, анализ полученных данных показал, что колебания атмосферного климата сказываются на климате почв. В результате во влажные в многолетнем ряду годы природные режимы почв лесостепи приближаются к режиму луговых, а в сухие годы - к режиму характерному для степей.
а
800
5,0
о
О
700
600
500
400 ___
300
200
100
4,0
3,0
2,0 й
' а
£
а
<и §
<и Н
0,0
-1,0
2222
2 2
2222
-2,0 Годы
I температура Линейная (температура)
■ осадки
■ Линейная (осадки)
о
О
180 160 140 120 100 80 60 40 20
25,0
20,0
15,0 <Й
а
£
а
<и
а
10,0 В
н
5,0
0,0
222222222222
Годы
температура Линейная (температура)
осадки
Линейная (осадки)
Рисунок 2. Изменения среднегодовой температуры воздуха и суммы осадков (а), средней температуры и суммы осадков за июль (б). Линии тренда: сплошная - осадки, пунктир -температура.
0
б
0
70
60
, 50
15 40 о
I 30
1 20 И
10
0
1
I
2003
2014
2007 2009
Глубина, см □ 0-5 0 5-10 см ЕЭ10-20 см 020-30 Ш 30-40 040-50
60
0х
Л Н
с о
,40
520
л
т
0
Й
111
2003
2007 2009 Глубина, см □ 0-5 □ 5-10 см 0 10-20 см В 20-30
2014 ® 30-40
40
О 30
а
й 20
£
а й 10
<и Н
0
2003
2014
40
О 30
а
I20
Л
I10
<и
н
2007 2009 Глубина, см
0 воздух И поверхность почвы Н 5 10 И15 О 20
2003 2007 2009 Глубина, см
2014
□ воздух ЕЗ поверхность почвы в 5 0 10
Рисунок 3. Изменения влажности темно-серой лесной почвы - т. «Кадат-лес» (а) и чернозема слаборазвитого - т. «кадат-степь» (б), температуры воздуха и почвы т. «Кадат-лес» (в) и т. «Кадат-степь» (г).
Таблица 1
Запасы водорастворимых форм элементов (кг/га) и влаги (мм)
б
а
в
г
0
Фация Слой, см С общ., т/га С орг. С мин. Са мй Н2О, мм
кг/га
Кадат-лес* 0-20 - 306 317 55 31 48
0-50 - 838 191 165 83 126
Кадат-степь* 0-20 - 346 105 92 31 35
Кадат-лес 0-20 100 1669 76 202 134 25
0-50 156 2700 132 362 253 50
Кадат-степь 0-20 93 636 77 181 53 22
Примечание: «*» - данные А.В. Мартынова [4].
Список литературы
1. Хотинский Н.А. Распределение растительности в островной Канской лесостепи // Географические сообщения. Материалы XII конференции молодых ученых Института географии АН СССР. Москва, 1961. С. 93-94.
2. Природа и хозяйство района первоочередного формирования КАТЭКа. Новосибирск: Наука, 1983. 258 с.
3. Географические исследования Сибири. Т. 2 Ландшафтнообразующие процессы / Гл. ред. А.Н. Антипов. Новосибирск: «ГЕО», 2007. 315 с.
4. Снытко В.А., Семенов Ю.М., Мартынов А.В. Ландшафтно-геохимический анализ геосистем КАТЭКа. Новосибирск: Наука, 1987. 108 с.
5. Мартынов А.В. Почвенно-геохимические показатели динамики вещества в естественных и измененных геосистемах // Динамика вещества в геосистемах. Иркутск, 1983. С. 17-27.
6. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. М., 2014. 58 с.
