CC BY
64
Естественные науки
Кравцов Ю.В. Внутригодовая динамика уровня грунтовых вод в черноземах Ишимской степи // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2016. -№3(6) июль - сентябрь. - URL http://e-journal.omgau.ru/index.php/2016-god/5/29-statya-2016-2/379-00129. - ISSN 2413-4066
УДК 631.4
Кравцов Юрий Васильевич
Доктор биологических наук, доцент
ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный педагогический университет», Новосибирск Kravtsov60@mail.ru
Внутригодовая динамика уровня грунтовых вод в черноземах Ишимской степи
Аннотация. Термоградиентное передвижение влаги в подпочвенных высоко увлажненных слоях пород согласно сезонному направлению теплового потока является ведущей причиной внутригодовых изменений уровня грунтовых вод в черноземах Ишимской степи. Слой межсезонных изменений температур при положении грунтовых вод на глубинах более 6 м охватывает горизонты летнего эваподесуктивного иссушения и расположенный под ними горизонт наименьшего насыщения. Поэтому во внутригодовое перераспределение вовлекается только пленочная и парообразная влага горизонта наименьшего насыщения, что приводит к изменению глубины залегания грунтовых вод на 0,2-0,3 м. Если грунтовые воды фиксируются на глубине 4-5 м, внутригодовые изменения температур отмечаются и в горизонте капиллярного насыщения, в межсезонную миграцию дополнительно вовлекается вода капиллярной каймы. Вследствие этого уровень водоносного горизонта в течение года изменяется на 0,7-1,0 м. Изучение внутригодовой динамики уровня грунтовых вод в черноземах Ишимской степи позволяет полагать, что термоградиентное передвижение почвенно-грунтовой влаги является одним из факторов межсезонных изменений глубины залегания зеркала грунтовых вод в районах с континентальным климатом.
Ключевые слова: чернозем; профиль влажности; уровень грунтовых вод; капиллярная кайма; термоградиентная миграция влаги.
Введение
Ишим-Иртышское степное междуречье (Ишимская степь) является важным сибирским регионом по производству сельскохозяйственной продукции. Значительная часть этой территории расположена на низменной равнине, выполненной тяжелосуглинистыми отложениями. В таких условиях грунтовые воды могут отмечаться вблизи земной поверхности, а их уровень способен заметно изменяться, предопределяя вероятность воздействия грунтовых вод на почвообразование и продуктивность почв. Изучение факторов внутригодовых изменений уровня грунтовых вод в черноземах Ишимской степи позволяет более точно прогнозировать глубины залегания зеркала первого от земной поверхности водонасыщенного горизонта в динамичных условиях среды и в автоморфных, и в гидроморфных почвах Ишим-Иртышского степного междуречья, а также в почвах других континентальных районов с низменным рельефом и тяжелыми почвообразующими и подстилающими породами. Поэтому исследования уровневого режима грунтовых вод в
черноземах Ишимской степи имеют непреходящее значение. Пространственное распределение глубин залегания зеркала водоносного горизонта и их связь с агролесомелиоративными насаждениями на Ишим-Иртышском степном междуречье рассмотрены ранее [1, 2]. Особенности межгодовой и многолетней динамики уровня грунтовых вод в Ишимской степи, влияние этой динамики на водный режим почв также явились тематикой предыдущих публикаций [3, 4, 5]. Причины же межсезонных изменений глубины залегания водонасыщенного горизонта в районе исследования до сих пор остаются недостаточно раскрытыми.
Внутригодовая динамика глубины залегания зеркала водоносного горизонта обусловлена балансом грунтовых вод. Согласно потускулярной концепции питание грунтовых вод в степных тяжелых по гранулометрическому составу породах в условиях слабой проточности осуществляется сквозь потускулы, которые формируются в отрицательных микро- и мезоформах рельефа, а также у лесополос. Однако имеющийся материал наблюдений за внутригодовой динамикой уровня грунтовых вод в черноземах Ишимской степи не получает всеобъемлющего объяснения на основе этой концепции. По-прежнему отсутствуют внятные ответы на ряд вопросов. Например, почему подъем зеркала горизонта полного насыщения происходит при отсутствии поблизости приемников поверхностной воды. По каким причинам подъем уровня грунтовых вод отмечается с апреля, когда только начинается просачивание поверхностных вод в микропористые почвенно-грунтовые толщи? На каком основании подъем находящихся на глубине 4-5 м грунтовых вод продолжается летом, когда эти воды должны расходоваться на суммарное испарение? Изучению факторов и механизмов передвижения влаги в почвах и в подпочвенных породах посвящены многочисленные исследования [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 и др.]. В отдельных публикациях представлены результаты наблюдений за миграцией почвенно-грунтовой влаги в южных районах Сибири [14, 15, 16, 17 и др.]. Однако работы, в которых раскрыты причины и механизмы внутригодовых изменений уровня близко расположенных к земной поверхности грунтовых вод в степных черноземах Западной Сибири, нам не известны. Поиск ответов на поставленные выше и другие вопросы побудил сформулировать цель исследования.
Цель. Объяснить сезонные изменения уровня грунтовых вод в южных черноземах Ишимской степи.
Материалы и методы исследования
Баланс грунтовых вод связан с геолого-геоморфологическими, почвенно-физическими и климатическими условиями местности.
Район исследования площадью около 10 тыс. кв. км расположен на крайнем юге левобережной части Омской области. В его пределах выделяется центральная платообразная часть Ишим-Иртышского междуречья с абсолютными высотами 120-135 м и восточная, являющаяся пологим склоном водораздела к долине Иртыша, с высотами от 135 до 105 м. Среди форм мезорельефа типичны плоские поверхности, занимающие более 70% территории, и крупные (диаметром до 5-6 км и глубиной до 10 м) котловины с пологими склонами. Среди форм микрорельефа характерны понижения диаметром 50-100 м и глубиной до 1 м.
Климат Ишимской степи (параметры климата представляются по материалам метеостанции «Русская Поляна» Обь-Иртышского УГМС) отличается продолжительной (до 150 дней) холодной (температура января -16,9°С) зимой и сравнительно жарким коротким летом (температура июля 20,4°С, продолжительность периода с температурами выше 10°С -130 дней). Количество осадков в среднем составляет 360 мм/год при испаряемости 500-700 мм/год.
Почвенный покров Ишимской степи состоит из лугово-степных комплексов. Наибольшую площадь занимают приуроченные к плакорным участкам южные черноземы. В микропонижениях развиты лугово-черноземные почвы. На склонах крупных котловин расположены последовательно южные черноземы, черноземно-луговые и луговые почвы.
Почвы характеризуются практически идентичным тяжелосуглинистым и легкоглинистым гранулометрическим составом с высоким содержанием ила (до 45%), что обусловливает господство микропор в структуре пористости (до 73% объема пор) и большую суммарную поверхность твердой фазы. Это предопределяет абсолютное преобладание в водной фазе почв и подпочвенных толщ пленочной и сорбционно-замкнутой влаги; доля капиллярной влаги составляет 4-6% объема почвы при влажности на уровне капиллярной влагоемкости. Содержание свободной гравитационной воды в горизонте полного насыщения - не более 6%. Водоудерживающая способность почв высокая - влажность на уровне наименьшей влагоемкости (НВ) в пахотном слое достигает 35%, в подпахотных - 28-32% объема почв. Доминирование микропор в структуре пористости и постоянно высокое содержание в почвах сорбированной влаги предопределяют их низкую и очень низкую водопроницаемость (до 612 мм/ч) [18]. Общими особенностями гидрологического состояния почвенно-грунтовых толщ Ишимской степи являются: а) постоянно высокая влажность, особенно подпочвенных толщ (от 70% уровня НВ до капиллярной и полной влагоемкости), в т.ч. «мертвого» горизонта между профилем почв и горизонтами насыщения над грунтовыми водами; б) низкая скорость передвижения влаги и мало интенсивный характер подъема и опускания грунтовых вод; в) заметные изменения уровня грунтовых вод при минимальном расходе и приходе воды.
Грунтовые воды Ишим-Иртышского степного междуречья встречаются в подстилающих породах - глинах нижне- и среднеплейстоценового возраста - и в материнских породах - верхнеплейстоценовых лессовидных толщах мощностью до 10 м. Мощность водоносного горизонта достигает 15-20 м. Региональным водоупором является кровля неогеновых глин. Уклон зеркала горизонта полного насыщения составляет 0,0002-0,0008.
Методы исследования. Сезонная динамика уровня грунтовых вод в черноземах Ишимской степи наблюдалась в течение 1986-1989, 2002-2009, 2014 и 2016 гг. В представляемой работе наиболее подробно анализируются материалы наблюдений второй половины 1980-х гг., т.к. в те годы с относительно небольшим количеством атмосферных осадков холодного сезона (в среднем 105 мм за ноябрь - март включительно) зеркало грунтовых вод в опорных разрезах круглогодично отмечалось ниже критических глубин. Поэтому на внутригодовую динамику уровня водонасыщенного горизонта не влиял «шум» расхода поднимавшихся выше критических глубин грунтовых вод на суммарное испарение, что отмечалось в 2000-е гг. после зимних сезонов с аномально большим количеством атмосферных осадков (до 180 мм в 2001-2002 и 2006-2007 гг.).
Полевые изыскания осуществлялись на двух почвенно-геоморфологических профилях. Первый профиль заложен в центральной части междуречья и проведен от уреза воды в котловине урочища Сарыколь (абсолютная высота 110 м) до наиболее возвышенной поверхности водораздела (абсолютная высота 135 м). Наблюдения проводились в трех опорных разрезах: на поверхности второй террасы котловины урочища Сарыколь (абсолютная высота 114 м) и на плакорных участках (высота 121 и 135 м). В восточной части района почвенно-геоморфологический профиль с тремя опорными разрезами на высотах 106, 115 и 135 м над уровнем моря проведен через плакорные участки.
Главным содержанием полевых работ явились наблюдения за уровнем грунтовых вод в скважинах ручного бурения на опорных разрезах. В связи с практической неизменностью профилей влажности исследуемых подпочвенных толщ во времени полевые наблюдения за глубиной зеркала водоносного горизонта проводились в начале, середине и конце каждого сезона года. Параллельно с измерениями уровня грунтовых вод наблюдалась динамика температур почв до глубины 3,2 м, влажности почвенно-грунтовых толщ до зеркала водоносного горизонта и элементов водного режима почв. Наблюдения за температурами почв велись с помощью вытяжных термометров и электротермометров АМ 29 на глубинах 0,4, 0,8, 1,6, 2,4 и 3,2 м. Влажность почвенно-грунтовых толщ определялась термостатно-весовым методом с отбором проб через 0,1 м в 2-4-кратной повторности. Расход грунтовой влаги на криогенную аккумуляцию и суммарное испарение рассчитывался по динамике
глубины залегания зеркала горизонта полного насыщения. Для контроля расчетных данных расход грунтовых вод на поступление в слой летнего эваподесуктивного иссушения и слой зимней криогенной аккумуляции дополнительно устанавливался методом изолированных призм.
Результаты исследования и их обсуждение
Во второй половине 1980-х гг. в районе исследований отмечены заметные различия в глубине залегания и внутригодовой амплитуде уровня грунтовых вод. В восточной части междуречья уровневый режим грунтовых вод, отмечающихся в 5-10 м от земной поверхности, характеризовался годовой амплитудой менее 0,3 м; в его центральной части размах годовых колебаний находившихся на глубинах 4-5 м грунтовых вод увеличивался до 0,7-1,0 м (рис. 1). Наиболее низкое положение грунтовых вод в обоих случаях отмечалось в марте. Максимальный подъем уровня при более глубоком залегании приходился на август -сентябрь, с уменьшением глубины он сдвигался на июль. Затем зеркало горизонта полного насыщения равномерно опускалось до марта. В течение 2000-х гг. уровень грунтовых вод в восточной части междуречья оказался приподнятым до глубины 5-6 м, а в центральной части остался на прежних отметках. В связи с этим различия во внутригодовой динамике зеркала водоносного горизонта в восточной и центральной частях района исследований сгладились.
Рисунок 1. Внутригодовая динамика уровня грунтовых вод в южных черноземах
(1987-1988 гг.): в центральной части междуречья: --на высокой террасе котловины урочища Сарыколь;
_ _ _ _ на плакорном участке в средней части профиля;
на плакорном участке в наиболее возвышенной части профиля;
_ . — . — . _ в восточной части междуречья
Среди факторов миграции почвенно-грунтовой влаги можно выделить:
- разницу абсолютных высот зеркала водоносного горизонта;
- внутригодовой перепад атмосферного давления;
- сезонное прогревание и охлаждение почв.
Разница абсолютных высот зеркала водоносного горизонта должна приводить к изменениям уровня грунтовых вод вследствие внутригрунтового стока. Однако важнейшей особенностью гидрологического состояния ишимских степных почвенно-грунтовых толщ является практическое отсутствие в них внутригрунтового стока. Это обусловлено минимальными уклонами зеркала первого от земной поверхности водоносного горизонта и очень низким содержанием свободной гравитационной воды в высоко илистых толщах пород. Подтверждением практического отсутствия горизонтального водообмена в изучаемых
толщах являются разная абсолютная высота зеркала водоносного горизонта на исследуемом междуречье, пестрая минерализация озерных вод, неодинаковая концентрация солей в грунтовых водах на разных участках территории [1]. Поэтому внутригодовую динамику грунтовых вод в южных черноземах Ишимской степи вследствие горизонтального передвижения гравитационной воды в связи с различием абсолютных высот местности и образованием «куполов» грунтовых вод под микропонижениями, на дне крупных котловин и у лесополос можно считать несущественной.
Внутригодовые изменения уровня грунтовых вод могут быть связаны с сезонной динамикой атмосферного давления. Атмосферное давление в Ишимской степи характеризуется минимальными значениями в июне (1015 гПа) и максимальными в декабре (1040 гПа). При этом опускание уровня грунтовых вод в ишимских черноземах начинается не в июне, а в августе - сентябре и завершается не в декабре, а в марте. Подъем уровня начинается с апреля, практически в середине полуцикла уменьшения атмосферного давления. Такое несовпадение циклов дает основание полагать, что между внутригодовым колебанием атмосферного давления и динамикой уровня грунтовых вод в Ишимской степи отчетливой связи нет.
Годовая амплитуда температур почвенно-грунтовых толщ уменьшается с глубиной и на отметках залегания грунтовых вод составляет менее 5° С. При таких колебаниях происходит неуловимое в полевых условиях изменение объема твердой фазы почвенно-грунтовых толщ (порядка п х 10-4). Подобные колебания объема твердой фазы не могут заметно отражаться на общей пористости и тем самым способствовать сезонным изменениям уровня грунтовых вод. Следовательно, связь между внутригодовыми изменениями уровня грунтовых вод и сезонными колебаниями объема общей пористости не является существенной.
Внутригодовая динамика уровня грунтовых вод под влиянием температурного градиента. С октября по март в изучаемом регионе происходит выхолаживание деятельной поверхности. В почвах и подпочвенных породах устанавливается отрицательный температурный градиент - температура увеличивается с глубиной (рис. 2). Поток тепла направлен из подпочвенных слоев вверх. В результате выхолаживания, в марте (рис. 2) отмечается максимальная вертикальная мощность слоя с отрицательным температурным градиентом (более 3 м), а также наибольшая глубина сезонного промерзания пород: 0° фиксируется на глубинах порядка 2,0 м.
Рисунок 2. Распределение температуры в южных черноземах в 1988 г.: -март;---апрель;----- июль; — ■ — ■ 1 октябрь.
Параллельно процессу зимнего выхолаживания в толщах пород обнаруживаются проявления вертикального передвижения влаги. В подпочвенных высоко увлажненных слоях (на глубине 1,0-1,8 м) развивается горизонт криогенной аккумуляции влаги (табл.), влажность которого в марте может превышать уровень НВ, и отмечается постепенное понижение уровня грунтовых вод. Так как ишимские черноземы по преобладающим в структуре посевов яровых зерновых культур на глубинах 0,6-1,0 м постоянно иссушены до уровня влажности завядания и ниже, в слой криогенной аккумуляции вода практически не может поступить сверху. Поэтому основным источником влаги остаются нижние, высоко увлажненные толщи пород, что подтверждается материалами режимных наблюдений. Передвижение влаги из этих слоев вверх, против направления силы тяжести, имеет термоградиентную природу. При этом в исследованных почвенно-грунтовых толщах осуществляется, по-видимому, преимущественно пародиффузионный и термокапиллярно-пленочный подток влаги к промерзающему слою из нижележащих непромерзающих слоев, обусловленный резким уменьшением потенциала влаги при замерзании [13].
Таблица
Результаты наблюдений за намерзанием влаги в южных черноземах Ишимской степи
Зимний Даты Высота Глубина Границы слоя Мощность слоя Увеличе- Интенсив-
сезон наблюде- снега, м проникно- намерзания, намерзания, м ние ность
ний вения 0°, м м запасов влаги, мм намерзания, мм/сут.
Разрез 7. Центральная часть междуречья.
1986- 14.10.86 0 0 - - - -
1987 04.02.87 0,15 1,2 0,8-1,1 0,3 5 0,13
24.03.87 0,23 1,7 0,8-1,3 0,5 12 0,14
1987- 23.10.87 0 0 - - - -
1988 05.02.88 0,28 1,3 0,7-1,2 0,5 18 0,45
24.03.88 0,42 1,9 0,7-1,6 0,9 27 0,18
1988- 15.10.88 0 0 - - - -
1989 20.01.89 0,14 1,2 нет нет нет -
23.03.89 0,22 2,2 0,8-2,1 1,3 25 0,42
1988- 15.10.88 0 0 - - - -
1989 20.01.89 0,17 1,2 нет нет нет -
23.03.89 0,21 2,0 1,1-1,9 0,8 21 0,30
Величины криогенной аккумуляции влаги в сезонно промерзающем слое в конце зимы оказываются практически идентичными объему влаги, который нужно удалить из горизонта грунтовых вод при фиксируемом в течение октября - марта падении их уровня. В черноземах восточной части -12-18 мм при падении на 0,2-0,3 м, в центральной - 25-30 мм при падении на 0,4-0,6 м. Учитывая отсутствие других видимых источников поступления и расхода грунтовой воды, можно полагать, что основным фактором изменения уровня грунтовых вод в черноземах Ишимской степи в зимний сезон является восходящее термоградиентное передвижение почвенно-грунтовой влаги.
В течение апреля в ишимских черноземах положительный температурный градиент устанавливается до глубины 0,8-1,2 м (рис. 2) и температура по всему профилю почвенно-грунтовой толщи зоны аэрации оказывается наиболее выровненной. Поэтому термоградиентное передвижение влаги в материнских и подстилающих породах выражено слабо. Апрельское повышение зеркала грунтовых вод в черноземах центральной части междуречья связано с оттаиванием намерзшей сверх уровня НВ влаги в горизонте криогенной аккумуляции и с ее передвижением в капиллярную кайму грунтовых вод. В мае волна тепла проникает на глубину 2,4 м и более. Под влиянием температурного градиента начинается передвижение почвенно-грунтовой влаги из прогревающихся высоко увлажненных подпочвенных слоев вниз, в сторону еще холодных толщ с капиллярной каймой водоносного горизонта. Абсолютные величины такого передвижения можно вычислить. От марта к маю в центральной части междуречья происходит подъем уровня грунтовых вод на 0,3-0,4 м. При коэффициенте водоотдачи грунтов 0,06 это означает поступление в водоносный горизонт 18-24 мм воды. Если за три - четыре месяца пребывания отрицательных температур в высоко увлажненных подпочвенных слоях в слой намерзания поступает до 30 мм влаги, то вполне вероятно, что от марта к маю в противоположном направлении может перераспределиться до 24 мм воды. В июне - июле волна атмосферного тепла фиксируется в черноземах на глубине более 3,0 м. Поэтому нисходящее термоградиентное передвижение почвенно-грунтовой влаги продолжается, и, вероятно, за счет этого передвижения уровень грунтовых вод в июне и июле поднимается еще на 0,2-0,3 м.
Поскольку в черноземах восточной части междуречья горизонт интенсивного и слабого иссушения прослеживается до глубины не менее 2 м, и в нем доминирует пленочная влага, абсолютные величины перемещения влаги в зоне аэрации составляют всего 12-18 мм, а уровень грунтовых вод поднимается на 0,2-0,3 м за 5-6 месяцев. Указанные величины весенне-летней миграции почвенно-грунтовой влаги сопоставимы с объемами термоградиентной миграции влаги в слой сезонного промерзания.
Таким образом, минимальный размер весенне-летнего подъема зеркала горизонта полного насыщения в восточной части междуречья обязан участию в этом процессе термоградиентной миграции только пленочной и парообразной влаги из выше расположенных увлажненных подпочвенных слоев пород. В черноземах центральной части междуречья, по сравнению с почвами восточной части района исследований, отмечаются более значительные объемы мигрирующей по сезонам года влаги и связанная с этим более высокая амплитуда уровня грунтовых вод. Это обусловлено тем, что во внутригодовую миграцию почвенно-грунтовой влаги в центральной части района исследований дополнительно вовлекается вода расположенной на глубинах 2-4 м капиллярной каймы грунтовых вод.
С уменьшением глубины залегания сроки максимально высокого положения уровня грунтовых вод смещаются на летние месяцы. При положении зеркала водоносного горизонта на глубине более 8 м в черноземах восточной части междуречья этот промежуток
приходится на сентябрь, при положении поверхности горизонта полного насыщения на глубине 7 м - на август. В черноземах центральной части междуречья этот пик приходится на июль - август, когда зеркало грунтовых вод фиксируется в 4,0-4,5 м от земной поверхности. Это связано с более быстрым проникновением волны летнего тепла на меньшие глубины и более интенсивным вертикальным током влаги при вовлечении в сезонную миграцию воды капиллярной каймы.
Таким образом, внутригодовые колебания уровня грунтовых вод в изучаемых почвах связаны с вертикальными передвижениями содержащейся в высоко увлажненной зоне аэрации влаги: весной и летом - вниз, уровень грунтовых вод при этом поднимается, осенью и зимой - вверх, уровень грунтовых вод параллельно этому движению опускается. Соответствие направления весенне-летнего передвижения влаги потоку тепла в почвенно-грунтовые толщи, а осенне-зимней миграции - теплопотоку из подпочвенных слоев пород к поверхности охлаждающихся почв наводит на предположение о термоградиентной природе этой миграции. Данное передвижение влаги предопределяется разницей давления водяного пара почвенного воздуха при неодинаковых температурах и проявляется в передвижении воды из более прогретых почв и пород в сторону менее прогретых. В миграции участвуют, в первую очередь, парообразная, а также пленочная и даже капиллярная влага при неглубоком положении уровня грунтовых вод.
Влияние внутригодовой динамики уровня грунтовых вод на продуктивность черноземов. Весенне-летнее передвижение влаги под влиянием температурного градиента наблюдается только в подпочвенной, достаточно высоко увлажненной, толще пород. Профиль южных черноземов в это время подвергается эваподесуктивному иссушению. Таким образом, в поздне-весеннее и летнее время в черноземах существуют два независимых потока влаги: из почвенного профиля влага расходуется на суммарное испарение, в подпочвенных слоях - перераспределяется вниз, в сторону грунтовых вод.
В течение полевых исследований установлено, что расположенные на глубине более 6 м грунтовые воды не оказывают видимого влияния на продуктивность ишимских южных черноземов. При положении грунтовых вод на глубинах 4-5 м в весеннее и раннелетнее время от них может отмечаться пленочно-капиллярное передвижение влаги к слою эваподесуктивного иссушения в случае, если расстояние между фронтом иссушения и уровнем грунтовых вод меньше 2,0-2,5 м. Такое наблюдается после аномально снежных зимних сезонов. Однако благодаря минимальному содержанию капиллярной воды в микропористых почвах и породах абсолютные величины этой подпитки оказываются крайне малыми (не более 15 мм за сезон вегетации, т.е. менее 8% объема суммарного влагооборота). Такие объемы подпитки профилей практически не сказываются на продуктивности черноземов и не вызывают изменений в их ионно-солевых профилях.
В целом, контрастный термический режим деятельной поверхности Ишимской степи предопределяет благоприятные условия для внутригодовой динамики уровня грунтовых вод под влиянием термоградиентного передвижения почвенно-грунтовой влаги на Ишим-Иртышском степном междуречье. Это дает основание полагать, что межсезонные изменения уровня грунтовых вод под влиянием сезонного охлаждения и прогревания почв имеют место и на других низменных равнинах континентальных районов, выполненных тяжелыми по гранулометрическому составу почвообразующими и подстилающими породами.
Выводы
1. Внутригодовые колебания уровня грунтовых вод в южных черноземах Ишим-Иртышского степного междуречья вызваны преимущественно вертикальной миграцией почвенно-грунтовой влаги против температурного градиента. При прогревании почвенно-грунтовых толщ уровень грунтовых вод приближается к земной поверхности, при охлаждении - глубина его залегания увеличивается.
2. Размах межсезонных колебаний уровня грунтовых вод в почвенно-грунтовых толщах Ишимской степи и сроки наиболее высокого их положения зависят от глубины их залегания. При положении зеркала грунтовых вод на глубине более 6 м амплитуда их уровня составляет
0,2-0,3 м; в сезонное передвижение вовлекается преимущественно пленочная влага надкапиллярной толщи пород; наиболее высокое положение уровня отмечается в августе -сентябре. При залегании грунтовых вод на глубине 4-5 м амплитуда колебаний их уровня достигает 0,7-1,0 м; в сезонную миграцию дополнительно вовлекается вода капиллярной каймы; пик подъема приходится на июль. При этом может отмечаться минимальная по объему (менее 15 мм) и значению в продуктивности черноземов и развитии их ионно-солевых профилей пленочно-капиллярная подпитка слоя активного влагооборота.
Ссылки на источники:
1. Панфилов В. П., Слесарев И. В., Кудряшова С. Я., Сеньков А. А. Современное гидрологическое состояние почв и подстилающих пород // Черноземы: свойства и особенности орошения // Новосибирск. Наука, 1988. - С. 47-57.
2. Кравцов Ю. В. Водный режим южных черноземов Ишимской степи // Сибирский экологический журнал. 2006. № 2. - С. 235-242.
3. Кравцов Ю. В. Подъем грунтовых вод в Ишимской степи // Сибирский экологический журнал. 2009. № 2. - С. 217-222.
4. Кравцов Ю. В. Многолетняя динамика гидрологического состояния почв Ишимской степи // Lambert Academic Publishing, 2010. - 230 c.
5. Kravtsov Yu. V. Ishim Steppe Soils and Subsoils Hydrological Conditions Changes in the Second Half of the 20th Century // Steppe Ecosystems: Dynamics, Land Use and Conservation. Nova Science Publishers, 2012. - P. 1-31.
6. Лебедев А. Ф. Почвенные и грунтовые воды // М. Изд-во АН СССР, 1936. - 316 с.
7. Долгов С.И. Исследование подвижности почвенной влаги и ее доступности для растений // М. - Л. Изд-во АН СССР, 1948. - 207 с.
8. Боженова А. П., Бакулин Ф. Г. Экспериментальные исследования механизмов передвижения влаги в промерзающих грунтах // Мат-лы по лаборат. исследованиям мерзлых грунтов. М., 1957. Вып. 3. - С. 117 - 128.
9. Годун Г. Г., Рожанская О. Д. Исследование зимнего режима садов на валах // Вопросы агрономической физики. М. Сельхозгиз, 1957. - С. 28 - 35.
10. Роде А. А. Основы учения о почвенной влаге // Л. Гидрометеоиздат, 1965. Т. 1. - 664
с.
11. Biermans M., Dijkema K. M, de Vries D. A. Water movement in porous media towards an ice front // J. Hydrology, 1978. V. 37. N. 1 / 2. - P. 137 - 148.
12. Судницын И. И. Движение почвенной влаги и водопотребление растений // М. Изд-во МГУ, 1979. - 252 с.
13. Глобус А. М. Физика неизотермического внутрипочвенного влагообмена // Л. Гидрометеоиздат, 1983. - 279 с.
14. Мосиенко Н. А. Промерзание и оттаивание почвы в условиях Кулундинской степи // Почвоведение. 1957. № 1. - С. 45 - 51.
15. Невечеря В. Л. Сезонное промерзание почв и проблема мелиорации Барабы // Вопросы мелиорации Барабинской низменности. Новосибирск. Наука, Сиб. отд-ние, 1970. -С. 89 - 93.
16. Панфилов В. П. Физические свойства и водный режим почв Кулундинской степи // Новосибирск. Наука, Сиб. отд-ние, 1973. - 258 с.
17. Сеньков А. А. Водный режим гидроморфных и полугидроморфных почв Кулунды при промерзании // О почвах Сибири / к XI Межд. конгр. почвоведов /. Новосибирск. Наука, Сиб. отд-ние, 1978. - С. 187 - 191.
18. Слесарев И. В., Кудряшова С. Я. Гранулометрический состав и водно-физические свойства почв и подстилающих пород // Черноземы: свойства и особенности орошения. Новосибирск. Наука, 1988. - С.39-47.
Yuriy Kravtsov
Doctor of Biological Sciences, Associate Professor
FSBEI HE Novosibirsk State Pedagogical University, Novosibirsk
Groundwater Level Intra-Annual Dynamics in the Ishim Steppe Chernozems
Abstract. Moisture thermogradient movement in the subsoil highly hydrated layers according to the seasonal direction of heat flow is the leading cause of groundwater level intra-annual changes in the Ishim steppe chernozems. The temperature seasonal changes layer covers the summer evaporative drying horizons and located underneath the smallest saturation horizon when the groundwater depths are more than 6 m. Therefore, only film and vaporous moisture of the smallest saturation horizon is involved into the intra-annual redistribution, that leads to groundwater level change of about 0.2-0.3 m. When the groundwater is recorded at a depth of 4-5 m, annual temperature changes have been observed in the capillary saturation horizon too, the capillary fringe water involves into the seasonal migration additionally. As a result, the aquifer level changes to 0.7-1.0 m during the year. The study of groundwater level intra-annual dynamics in the Ishim steppe chernozems allows to believe that the soil and subsoil moisture thermogradient movement is one of the factors of the groundwater depth intra-annual changes in areas with a continental climate.
Key words: chernozem; a humidity profile; soil-hydrological horizon; subsoil waters level; a capillary border; thermogradiental moisture migration.
