научная статья по теме ВОДНЫЙ РЕЖИМ НАГОРНЫХ ДУБРАВ ЮЖНО-РУССКОЙ ЛЕСОСТЕПИ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ВОДНЫЙ РЕЖИМ НАГОРНЫХ ДУБРАВ ЮЖНО-РУССКОЙ ЛЕСОСТЕПИ»

ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2012, № 5, с. 12-21

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

УДК 630*161.1 + 551.482.215

ВОДНЫЙ режим нагорных дубрав

ЮЖНО-РУССКОЙ ЛЕСОСТЕПИ © 2012 г. М. Г. Романовский, А. Г. Молчанов

Институт лесоведения РАН 143030 Успенское, Одинцовский р-н, Московская обл. E-mail: root@ilan.ras.ru Поступила в редакцию 20.08.2011 г.

Нагорные дубравы на темно-серых лесных суглинках в южной лесостепи, имея автоморфный режим водного питания, переживают засухи второй половины вегетации за счет создания и использования биогеоценозами запасов влаги в почве и грунтовых водах (ГВ), доступных глубоким ярусам корневых систем древесных пород. Два маломощных песчаных горизонта, переслаивающих днепровские моренные суглинки, на высотах 120 и 143 м над ур. моря служат коллекторами и транспортерами ГВ на 10-15 м ниже уровня водораздельных плато и террас. К осени деревья иссушают подпочвенные горизонты до капиллярной каймы ГВ. К весне влажность иссушенных горизонтов восстанавливается. Запасы ГВ позволяют нагорным дубравам сохранять относительно высокие значения предрассветного водного потенциала листвы WPD > -0.8 МПа, не взирая на падение водного потенциала почвы до = -2.4 МПа.

Лесостепь, нагорные дубравы, запасы влаги, засуха, водопотребление, уровень грунтовых вод, водный потенциал суглинков и листьев дуба.

Динамика поступления воды в корнеобитаемый слой почвы с атмосферными осадками и горизонтальным притоком почвенно-грунтовых вод, запасы почвенной влаги и их распределение по профилю почвы в широколиственных лесах и лесостепи определяют эколого-географическое распространение растений. Зональные лесные экото-пы европейской лесостепи, занимающие высшие точки водоразделов, приподняты над руслами рек на 50-60 м, автоморфны, изолированы от подпитки грунтовыми водами (ГВ) и существуют только за счет атмосферного водного питания. Неустойчивое, и в отдельные годы и сезоны недостаточное увлажнение нагорных лесов на темно-серых суглинках обусловливает в южной лесостепи особую сложность отношений "дерево - почвенная влага". Атмосферных осадков, приходящих за вегетацию, не хватает для обеспечения транспира-ционных затрат нагорного широколиственного леса [38, 39]. Для транспирации нагорной дубравы 1-11 класса бонитета необходимо 400 мм воды, а в течение У-1Х месяцев вегетации в южной лесостепи выпадает от 200 до 300 мм, а за отдельные годы - 110-460 мм осадков [36]. Поэтому массивы нагорных широколиственных лесов устойчи-

вы лишь в тех биогеоценозах, где есть возможность накопления буферных запасов влаги [18] за счет осадков холодного периода.

Работа представляет попытку обобщения стационарных мониторинговых наблюдений за водным режимом нагорных дубрав, находящихся на пределе и за пределами возможностей водообес-печения за счет атмосферных осадков, поступающих за сезон вегетации.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Обобщены и систематизированы результаты длительных мониторинговых наблюдений за водным режимом дубрав, проведенных на биогеоце-нотических стационарах в аридной и семиарид-ной зонах [35]. Это, прежде всего, стационары в южной лесостепи Воронежской области: Теллер-мановский стационар ИЛАН [10, 21, 22, 28, 38], стационар ВНИИЛМ "Шипов лес" [3, 30], Камен-ностепский стационар Института почвоведения им. В.В. Докучаева [2], Нижнедевицкая водно-балансовая станция [15]; а также Центрально-Черноземный государственный биосферный заповедник им. В.В. Алехина [1] в Курской области.

Стационарные наблюдения за водообеспеченно-стью и водопотреблением нагорных дубрав лесостепной зоны дополнены наблюдениями за искусственными лесонасаждениями в условиях сухой степи и полупустыни [6, 7, 25, 35].

В 1990-2010 гг. в нагорных дубравах Теллер-мановского стационара ИЛАН проведены дополнительные, сравнительно кратковременные (от 1 до 10 лет) наблюдения за влажностью суглинков до глубины 6 м [13, 14, 17, 38], током пасоки [12], водным потенциалом почвы и листьев дуба [13, 14, 17, 22, 23].

Методы исследования водного режима нагорных дубрав подробно описаны в публикациях [10, 35, 38], и мы остановимся только на определении параметров, использованных в работах последних десятилетий. Водные потенциалы листьев и почвы при одновременном измерении устанавливали криоскопическим методом [13, 14, 28], при определении одного лишь водного потенциала листьев пользовались камерой давления [5, 2224]. Водный потенциал листьев определяли раз в сутки в предрассветное время [22-24] или в предрассветное и полуденное время [13, 14, 22]; лишь в отдельных случаях измерения повторяли в течение суток через час [13, 14]. Суточная динамика скорости тока пасоки установлена с помощью полевого переносного прибора для определения водопотребления древесными растениями тепловым импульсным методом [12].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Влагозарядка и влагозапас темно-серых лесных почв и подпочвенных горизонтов. Весеннюю влагозарядку лесной почвы обеспечивают осенне-зимние и ранневесенние осадки. При снеготаянии почвенно-грунтовые воды стекают в балки, образуя в них мощные ручьи. Пиковые расходы воды в апреле в тальвегах балок достигают 200 л с-1. В Теллермановском опытном лесничестве ИЛАН пиковый сток по короткой, длиной 3.7 км, балке колеблется по годам от 5 до 50 л с-1 [20]. Интенсивный сток длится обычно 1-3 дня. В целом же сброс талых вод растянут до середины, а иногда и до третьей декады июня.

Темно-серые лесные почвы нагорных лесов южной лесостепи поглощают ~94% снегового вла-гозапаса. Суммарный сток с водосборов лесных балок и оврагов F » 0.06 • (Р - 60); где F (мм) -сток, Р (мм) - запас воды в снеге плюс ее приход с осадками при неустойчивом снежном покрове и во время снеготаяния; г = 0.75. По годам величина Р варьирует от 90 до 250 мм. В среднем за 1955-1965 гг. Р составило 160 мм [20, 38]. Око-

ло 60 мм влаги ежегодно и полностью поглощает почва. Из влагозапаса Р сверх 60 мм только 6% расходуется на сток, мигрирует в балки и, в конечном итоге, в пойму.

Скважность почвы на глубине 5-15 см составляет 65-75% ее объема. При малых уклонах рельефа талые воды медленно перемещаются к склонам балок и их отвершков в толще снега, лесной подстилки и высокопорозного поверхностного слоя почвы. Видимые потоки воды на поверхности нагорного плато во время снеготаяния не появляются.

В постоянных водотоках с грунтовым питанием весенний подъем ГВ начинается задолго до половодья. В скважинах, пробуренных в верхней пойме, вода с начала марта до конца апреля равномерно поднимается в среднем на 63 см в месяц (более чем по 2 см в сутки). Позже "половодье" начинается в тех логах и балках, где явного грунтового питания не отмечено. Волна подъема поч-венно-грунтовых вод распространяется из поймы вверх по склонам на водораздел. На водоразделах начало подъема ГВ задерживается на 1-2 декады. Пик "половодья" в нагорных скважинах глубиной не менее 11 м запаздывает на 1-3 месяца [15, 38]. В нагорных скважинах Теллермановского опытного лесничества ИЛАН подъем ГВ (~6 см мес-1) происходит с средины апреля по середину июля [33]. Однако пополняют ГВ при этом осадки не текущего, а позапрошлого года.

В суглинках нагорных плато и террас осадки стекают к водоносному горизонту крайне медленно. Наблюдения М.К. Сапанова [35] в полупустыне Прикаспия показали, что линзы пресной воды под понижениями (падинами), возникающие в годы обильного весеннего промачива-ния, оседают в тяжелых суглинках до уровня ГВ окружающего ландшафта 2-3 года. Коэффициент фильтрации воды в тяжелых суглинках -0.1 - 0.01 м сут -1 (в глинах - 0.001 м сут-1) [15]. В Теллермановском опытном лесничестве на солонцовой поляне на окраине нагорного плато коэффициент фильтрации по оценке В.В. Осипова составляет менее 0.001 м сут-1. В основной толще суглинков, слагающих нагорный массив, скорость фильтрации около 0.01 м сут-1 [28].

При такой скорости вертикального стока осадки затрачивают на перемещение к ГВ через 8-9 м суглинков около 800-900 суток. Влага, поступившая с атмосферными осадками, достигает капиллярной каймы ГВ, поднятой над уровнем ГВ на 2.5-3.0 м, приблизительно за 2.5 года.

Горизонтальное перемещение почвенно-грун-товых вод в суглинках нагорных плато и крупных

террас практически отсутствует, но на глубине 10-16 м, в зависимости от положения в рельефе, тяжелые суглинки Теллермановского леса подстилаются прослойками песка [34, 38]. Водоносный горизонт мощностью около 0.5 м (вероятно, не сплошной) простирается на отметках 140-145 м над ур. моря, и обеспечивает медленный горизонтальный транспорт воды к местам разгрузки ГВ, пополнение запасов капиллярной каймы ГВ и выравнивание "зеркала" ГВ. Из водоносного горизонта часть воды сбрасывается боковым оттоком в балки, часть фильтруется ниже, в более глубокие слои. Места разгрузок ГВ, существовавших ранее и современных, маркированы на северных склонах истоками ручьев и известковыми туфами [31, 32, 38]. Ниже, на глубине около 120 м над ур. моря, залегает еще один маломощный водоносный горизонт. Он участвует в водном питании дубрав на террасах юго-западной и северо-восточной частей Теллермановского лесного массива.

Судя по публикациям П.В. Отоцкого и А.А. Ду-бянского, слабые водоносные горизонты [11, 29, 30] играют заметную роль в водном балансе лесных биогеоценозов южной лесостепи. Маломощные песчаные прослойки в толще моренных суглинков - общее явление геологического строения днепровских отложений Среднерусской равнины, связанное, вероятно, с пульсациями климата, охватывавшими огромные территории.

Весной к началу вегетации слой 0-1 м темно-серых тяжелосуглинистых почв нагорных плато [20, 21, 38] содержит 360-380 мм воды, в том числе ~165 мм легко доступной для растительности. Слой 0-2 м почвенного профиля содержит 680720 мм воды, из них ~325 мм - доступная, продуктивная влага. В слое суглинков 0-4 м весной в среднем содержится 1335 мм воды (по годам от 1100 до 1520 мм). К осени от этого влагозапаса остается от 870 до 1140 мм [21]. Если судить по разности между максимальным (весенним) и минимальным (осенним) запасами воды, установленными в течение серии лет, диапазон продуктивной влаги в толще 0-4 м доходит до 500-650 мм, что с

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком