CC BY
57
ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ЗЕМЕЛЬ КРАЙНЕГО СЕВЕРА ПРИ ТЕХНОГЕННОМ НАРУШЕНИИ ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА
А. В. ИГЛОВИКОВ, аспирант, Тюменская ГСХА
625041, г. Тюмень, ул. Рощинское шоссе, д. 2, корпус 16; тел. 8-922-265-69-54; e-mail: [email protected]
Ключевые слова: Крайний Север, температурный режим, техногенное нарушение, рекультивация, растительный покров.
Keywords: Far north, temperature mode, anthropogenous infringement, recualtivation, vegetative cover.
Промышленное освоение нефтегазовых месторождений Крайнего Севера, строительство здесь новых автомобильных и железных дорог увеличивает количество техногенно-нарушенных земель. Известно, что природные системы Севера отличаются повышенной ранимостью и хрупкостью, обусловленной нестабильностью многолетнемерзлых пород, резкими колебаниями параметров абиотических условий, сравнительной простотой структуры и относительно невысоким видовым разнообразием растительных сообществ.
На Крайнем Севере в результате деятельности нефтяной и газовой промышленности происходит формирование песчано-пустынных территорий, представляющих собой безжизненные песчаные субстраты. Песок является основным материалом для сооружения площадок под буровые, под строительство зданий, дорог, трубопроводов и других различных сооружений. Техногенные нарушения поверхности территории многолетнемерзлых почв приводят к усилению криогенных и других геологических процессов, изменяющих ландшафт в нежелательном направлении.
Непосредственной причиной появления, усиления или ослабления криогенных процессов является изменение теплового баланса на почвенной поверхности. Частичное нарушение или полное удаление мохово-травяного покрова на Крайнем Севере увеличивает радиационный баланс поверхности на 5-15 %, что вызывает повышение среднегодовой температуры на 0,7-2,0°С и увеличение глубины летнего протаивания в 2-3 раза [1, 2, 3, 4].
Условия, объекты и методика проведения исследований.
Ямало-ненецкий автономный округ расположен в зоне вечной мерзлоты, которая залегает на глубине 20-80 см от поверхности. На юге округа она опускается до 60-100 см. Снежный покров лежит в среднем около 260 дней. В южной части округа среднегодовая температура воздуха составляет от 0°С до -5,1 °, на севере — до -8,2°С.
Средняя продолжительность вегетационного периода — 90, 76 и 65 дней (соответственно средние многолетние данные г. Салехард, п. Поюты и Бованенково). Период интенсивной вегетации растений (среднесуточная температура воздуха выше 10°С) короткий: на юге — около 70, на севере — 55 дней. В это время осадков выпадает мало (около 200 мм) и распределение их неравномерное. В период наибольшего роста трав (вторая половина
июня — начало августа) осадков выпадает 30-60 мм. Основное количество осадков выпадает в конце вегетации, что способствует переувлажнению почвы и затягиванию созревания семян многолетних трав.
Вегетационный период 2008 г. отличался довольно теплой погодой (средняя температура воздуха составила 8,9°С) и очень неравномерным атмосферным увлажнением: если в августе-сентябре количество выпавших осадков значительно превышало норму, то в июне и особенно в июле осадков выпало мало. Однако недостаток атмосферных осадков мог быть компенсирован большим количеством почвенной влаги, образовавшейся в результате таяния снега, которого в течение холодного периода выпало существенно больше нормы (только в мае — трехмесячная норма). Вегетационный период превысил среднемноголетние показатели на 4 дня.
Зима 2008-2009 гг. в целом характеризовалась снежной и относительно теплой погодой, что создавало достаточно благоприятные условия для зимующих растений.
В 2009 г. в период вегетации многолетних трав температура воздуха была устойчиво выше нормы, а вот режим выпадения осадков отличался довольно резкими перепадами от дефицита влаги (июнь, август) до избыточного увлажнения (июль, сентябрь). При этом необходимо отметить, что запасы почвенной влаги весной 2009 г. существенно пополнились за счет таяния твердых атмосферных осадков, однако их количество в этом году было почти на четверть меньше, чем весной 2008 г. Длина вегетационного периода составила 68 дней.
Зима 2009-2010 гг. отличалась морозной погодой с температурами воздуха существенно ниже нормы. Осадков выпало за холодный период больше среднего многолетнего количества, но меньше в сравнении с зимой 2008-2009 гг. и особенно — зимой 2007-2008 гг. Такие погодные условия не были достаточно благоприятными для зимующих трав и могли послужить причиной гибели части растений от вымерзания.
В течение вегетационного периода 2010 г. температура воздуха была ниже среднемноголетних показателей на 2,1°С, количество дней с температурой воздуха выше 10°С — 8 дней, что на 29 меньше, чем в 2007, и на 19 — в 2009. Длина вегетационного периода составила 59 дней, что на 6 дней ниже среднемноголетних показателей. Режим атмосферного увлажнения характеризовался нестабильностью: в июне и сентябре количество выпавших
осадков существенно превышало климатическую норму, а в июле и августе наблюдался дефицит осадков. В целом вегетационный период 2010 г. можно охарактеризовать как холодный и умеренно влажный.
Исследования проводились на опыте по изучению различных норм высева многолетних трав. Опыт заложен в четырехкратной повторности во второй декаде августа 2007 г. на Бованенковском нефтегазоконденсатном месторождении, расположенном за полярным кругом.
Объектами исследований являлись нарушенные земли, на которых выращи -вали многокомпонентную травосмесь: Beckmannia emciformis, Festuca rubra, Digraphis arundinacea, Bromopsis inermis, Elytrigia repens, Alopecurus pratensis, Phleum pratense, Роа pratensis.
Температуру почвы определяли термометрами Савинова каждые сутки по глубинам 5, 10, 15, 20 см в 14.00 местного декретного времени, в фазу кущения многолетних трав.
Определение интенсивности оттаивания почвы проводилось металлическим щупом в 5 точках на всех вариантах опыта на протяжении всего вегетационного периода.
Результаты исследований.
О влиянии температуры почвы на растения говорилось многими исследователями. Известно, что с понижением температуры рост растений замедляется, а с переходом через минимум — прекращается. При этом минимум у разных растений неодинаков. Он разный и в отдельные периоды онтогенеза у одной и той же культуры. Например, в фазу выхода в трубку оптимальная температура почвы для многолетних трав колеблется от +9 до +15°С в зависимости от биологии определенного вида [5].
Нашими исследованиями установлено, что в 2008 г. температура корнеобитаемого слоя в фазу выхода в трубку многолетних трав находится на уровне и ниже оптимальной. Максимальное ее значение на делянках с нормой высева 40 кг/га не превышало 10,9°С, а минимальное ее значение составило 7,3°С. На вариантах с нормой высева 280 кг/га температура корнеобитаемого слоя в среднем была на 0,1 °С ниже, по сравнению с нормой высева 40 кг/га (рис. 1).
В связи с резкими колебаниями температуры воздуха существенно изменяется и температура корнеобитаемого слоя. Так, в 2008 г. на варианте 40 кг/га в фазу выхода в трубку многолетних трав отмечена
корреляционная зависимость температуры корнеобитаемого слоя от температуры атмосферного воздуха (г = 0,93), а на варианте с нормой высева 280 кг/га г = 0,91.
Незначительное снижение корреляционной зависимости температуры корнеобитаемого слоя от атмосферного воздуха на варианте с нормой высева 280 кг/га можно объяснить повышением численности побегов с 920 до 1580 шт/м2. Под влиянием этого фактора происходит затенение поверхности почвы и тем самым снижение ее температуры.
В 2009 г. на варианте с нормой высева 40 кг/га в фазу выхода в трубку также отмечается зависимость температуры корнеобитаемого слоя от температуры воздуха (г = 0,93), но на варианте с нормой высева 280 кг/га корреляционная зависимость уже слабеет, она составила г = 0,86. Максимальное значение температуры корнеобитаемого слоя на варианте 40 кг/га зафиксировано 10,9°С, минимальное — 9,3°С, с нормой высева 280 кг/га 10,3°С и 8,9°С соответственно (рис. 2).
В вегетационном периоде 2010 г. в фазу выхода в трубку температура корнеобитаемого слоя на варианте с нормой высева 40 кг/га поднималась до максимальной температуры 10,3°С и опускалась до 8,5°С, а на варианте 280 кг/га максимальное ее значение составило 10,0°С, минимальное — 8,1 °С (рис. 3).
Корреляционная зависимость от температуры атмосферного воздуха на варианте 40 кг/га составила г = 0,91, а на варианте 280 кг/га г = 0,81.
В результате проведенных исследований установлено, что в 2008 г. разница между вариантами в среднем составляла 0,1 °С, в 2009 г. эта разница составила
0,3 °С, а в 2010 вегетационном году разница доходила до 0,5°С. Увеличение с каждым годом разности температуры между вариантами связанно с уплотнением растений, накоплением ими более прочной корневой системы и увеличением их фитомассы.
Корреляционная зависимость выражена четче на варианте с нормой высева 40 кг/га, но на варианте с нормой высева 280 кг/га на третий год пользования многолетними травами она снизилась с г = 0,91 до г = 0,81. Объясняется это повышением числа растений на м2: в 2009 г. на варианте 40 кг/га — 1121 шт., 280 кг/га — 1609 шт.; в 2010 г. на варианте 40 кг/га — 1011, 280 кг/га — 1598 шт. (табл. 1).
Снижение температуры корнеобитаемого слоя связанно с тем, что растительный покров, затеняя поверхность почвы, в дневные часы уменьшает поток тепла, а ночью предохраняет от лучеиспускания. Загущенные посевы многолетних трав более активно высушивают почву путем усиленного поглощения влаги, уменьшают ее теплоемкость и расходуют тепло на создание растительных тканей. В результате отнимают тепло от почвы. Все это приводит к тому, что почва, покрытая густой растительностью, имеет более низкие температуры, чем почва с изреженным почвенным покровом.
Неудовлетворительный температурный режим почвы во многом объясняется близким залеганием вечной мерзлоты. Нашими
шшш.т-ауи. пагоб. ги
Даты
- Норма высева 40 кг/Га
■ Норма высева 280 кг/га
Рисунок 1
Температура почвы корнеобитаемого слоя (0-20 см) при различных нормах высева
многолетних трав, 2008 г.
11.5 11
10.5 я 10 Й 9,5
&
20.08. 21.08. 22.
23.08. 24.08. 25.08. 26.08. 27.0
Даты
28.08. 29.09. 30.08. 31.08. 01.09.
-Норма высева 40 кг/га
Норма высева 280 кг/га
Рисунок 2
Температура почвы корнеобитаемого слоя (0-20 см) при различных нормах высева
семян многолетних трав, 2009 г.
12,0 -
11,5
іп°
Температур а,С
10,0 ^—— ■ *-‘ N4
9,5 '—
9,0 " — —
8,5
8,0
7,5
7,0
6,5
10.08. 11.08. 12.08. 13.08. 14.08. 15.08. 16.08. 17.08. 18.08. 19.09. Даты 20.08. 21.08. 22.10.
Норма высева 40 кг/га ■ Норма высева 280 кг/га
Рисунок 3
Температура почвы корнеобитаемого слоя (0-20 см) при различных нормах высева
семян многолетних трав, 2010 г
2008 г. 2008 г. 2009 г. 2009 г. 2010 г. 2010 г.
Перед закладкой опыта Перед уходом в зиму Фаза выхода в трубку Перед уходом в зиму Фаза выхода в трубку Перед уходом в зиму
Даты
□ 40 кг/га
□ 120 кг/га
□ 280 кг/га
Рисунок 4
Глубина оттаивания почвы при различных нормах высева семян многолетних трав, см
Таблица 1
Численность растений при различных нормах высева многолетних трав, шт/м2
Варианты опыта Численность растений
2008 г. 2009 г. 2010 г.
Мнлр. 40 кг/га, ^50 р150 к150 920 1121 1011
Мн.тр. 120кг/га, ^,0 р150 к150 1300 1424 1448
Мн.тр. 280 кг/га, ^,0 р1,0 к1,0 1580 1609 1598
НСР0,5 245 532 486
51
наблюдениями за глубиной оттаивания почвы установлено, что в конце июля вегетационного периода 2008 г. почва оттаивала на глубину 51 см (рис. 4). К концу вегетации этого же года в начале второй декады сентября на варианте с нормой высева 40 кг/га почва оттаяла на глубину 54 см, а на вариантах с нормой высева 120 кг/га и 280 кг/га — на глубину 53 см. Количество растений составило: на варианте
40 кг/га — 920, 120 кг/га — 1300, 280 кг/га — 1580 шт/м2. В первый год пользования многолетними травами норма высева практически не оказывала влияния на величину оттаивания, из-за того что травы закончили вегетацию на фазе колошения и не набрали полную фитомассу.
В 2009 г. в первой декаде августа на варианте с нормой высева 40 кг/га и на варианте 120 кг/га почва успела оттаять на 47 см, а на варианте с нормой высева многолетних трав 280 кг/га на 1 см меньше и составила 46 см. В этом же году к концу вегетации мерзлота опустилась: на вариантах 40 кг/га и 120 кг/га — до 49 см и на варианте 280 кг/га — до 48 см. При этом численность растений составила: на варианте 40 кг/га — 1121, 120 кг/га — 1424, 280 кг/га — 1609 шт/м2.
Разница несущественна, но если сравнивать вегетационный период 2009 г. с вегетационным периодом 2008 г., когда почва оттаяла на глубину 53 см, то можно отметить, что наблюдается тенденция к снижению оттаивания мерзлотных грунтов в
связи с увеличением количества растений. Также это подтвердилось исследованиями и в 2010 г. В начале августа на варианте 40 кг/га почва оттаяла на глубину 44 см, 120 кг/га — 43 см и 280 кг/га — 42 см, а ко второй декаде сентября: 40 кг/га — 47 см, 120 кг/га — 46 см, 280 кг/га — 44 см. Количество растений на варианте 40 кг/га — 1011, 120 кг/га — 1448, 280 кг/га — 1598 шт/м2.
Глубина оттаивания связанна и с температурой атмосферного воздуха: так, в 2008 и 2009 вегетационных периодах наблюдается превышение среднемноголетних показателей по сумме температур за летние месяцы, чего не скажешь про вегетационный период 2010 г., в котором температура воздуха летних месяцев ни разу не превысила среднемноголетние показатели.
На глубину оттаивания оказывали влияние атмосферные осадки и их интенсивность, так, в 2008 г. сумма осадков составила 123 мм, в 2009 — 76 мм (среднемноголетнее 90 мм), на фоне превышения сумм температур можно сделать вывод, что осадки были теплыми и интенсивнее фильтровались в глубь грунтов, способствуя большему оттаиванию. В 2010 г. обильные осадки выпадали в июне, что больше всего повлияло на процесс снеготаянья и последующего смыва воды с неоттаявшей почвы, и в сентябре в виде твердых осадков, которые уже не оказывали никакого влияния на фоне понижения температур воздуха. В летние же месяцы осадки не превышали среднемноголетних показателей и в основном
расходовались многолетними травами для роста и развития, это подтверждают данные исследования режима влажности.
Вывод.
Если проанализировать все три года, то можно сделать вывод, что на глубину оттаивания накладывает отпечаток не только температура атмосферного воздуха и осадки, но и растительность, которая оказывает консервирующее действие. Следует отметить, что в результате повышения численности растений на квадратном метре происходит затенение почвы и тем самым многолетние травы способствуют сохранению мерзлоты в условиях Крайнего Севера (40 кг/га — 47 см, 280 кг/га — 44 см), которая играет исключительно важную роль. Благодаря слабой теплопроводности, растительный покров замедляет и уменьшает теплообмен между грунтами и атмосферой. Вследствие этого глубина протаивания грунтов под растительным покровом уменьшается по сравнению с обнаженными участками.
Рекомендации.
В результате проведенных наблюдений за температурным режимом и глубиной оттаивания многолетнемерзлых грунтов, рекомендуется проводить рекультива-ционные работы в первый год после техногенного нарушения. Рекомендуемая норма высева семян многолетних трав должна быть не менее 120 кг/га, что способствует снижению протаивания грунтов на Крайнем Севере и замедлению эрозионных процессов.
Литература
1. Арчегова И. Б., Антонов Н. А., Шарков А. Ф. Условия и эффективность кормопроизводства в тундре. Сыктывкар, 1988. 104 с.
2. Дадыкин В. П. Как живет растение на Крайнем Севере. М. : Сельхозгиз, 1953. 110 с.
3. Исекеев И. И., Тихановский А. Н. Возделывание кормовых культур на Ямале. Новосибирск, 1997. 252 с.
4. Коровин А. И. Растения и экстремальные температуры. Л. : Гидрометеоиздат, 1984. 271 с.
5. Пуртов Г. М. Сельскохозяйственное освоение Обского Севера. Новосибирск : Наука, 1994. 320 с.
6. Aldrich S. R. Whats New ih Crops ahd Solis? Soil sci. 1956. Р 2-5.
