ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2007, № 6, с. 685-697
ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
УДК 631.4
ВЛИЯНИЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВОДНОГО БАЛАНСА И ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА НА СВОЙСТВА ПОСТАГРОГЕННЫХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПОДМОСКОВЬЯ
© 2007 г. Г. С. Базыкина, Е. Б. Скворцова, В. Д. Тонконогов, С. Ф. Хохлов
Почвенный институт им. В В. Докучаева РАСХН, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7
E-mail: khohlov2000@mail.ru Поступила в редакцию 13.04.2006 г.
Изучалась специфика постагрогенной трансформации верхней части профиля дерново-подзолистых почв под косимым лугом и густыми еловыми посадками, в связи с особенностями микроклимата, элементов водного баланса и температурного режима почв сравниваемых ценозов. Под лугом за последние 20 лет наблюдений большая часть влаги, поступившей на поверхность почвы, пошла на поверхностный и внутрипочвенный сток. При этом почва относительно хорошо прогревалась и слабо промерзала. В результате в теле бывшего пахотного горизонта сформировался серогумусо-вый горизонт с хорошо выраженной зернисто-мелкокомковатой и копролитовой структурой. Под еловыми посадками большая часть влаги за этот же период пошла на инфильтрацию, что в условиях более влажного и холодного микроклимата и длительного промерзания, привело к формированию в верхней части постагрогенного горизонта более грубого и менее мощного гумусового горизонта. Ниже располагается новообразованный горизонт со специфической тонкоплитчатой шлиро-вой структурой, который по своему строению приближается к элювиальному горизонту естественных дерново-подзолистых почв.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в таежной зоне выведены из сельскохозяйственного оборота и не обрабатываются большие площади пахотных земель. Некоторые из них используются под сенокос или выпас скота, большая же часть их функционирует под естественно возобновившимися и созданными лесными ценозами. Имеется много работ, посвященных изучению постагрогенных почв [3, 9-13, 19]. Во многих из них охарактеризовано влияние различных биоценозов на свойства почв и на формирование почвенного органического вещества, детально исследована трансформация пахотных почв под различными ценозами с учетом времени. В то же время практически отсутствуют публикации, раскрывающие роль локальных микроклиматических условий в эволюции залежных почв. Мы полагаем, что характер постагрогенной эволюции почв в значительной мере зависит от их водного и теплового режимов. В настоящей статье предпринята попытка выявить связь макро- и микроморфологического строения и свойств постагрогенных агродер-ново-подзолистых почв (терминология по "Классификации и диагностике почв России" [7]), развивающихся под различными фитоценозами, с элементами их водного баланса почв и температурного режима. Основой этих исследований послужили материалы многолетних (1981-2003 гг.) наблюдений Подмосковной водно-балансовой станции (ПВБС) Московского центра по гидрометеороло-
гии и мониторингу окружающей среды [17, 18], а также разработки одного из авторов настоящей статьи [1, 2].
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Объекты наблюдений находятся в Одинцовском р-не Московской обл. в нижней части пологого (2°-3°) склона к р. Закза, притоку р. Москва. Это залежь под разнотравным косимым лугом, возраст которой превышает 50 лет (известно, что луг уже существовал в 1951 г.), а также еловые насаждения, созданные саженцами 2-3-летнего возраста в 1981 г. на части этой залежи. Расстояние между саженцами в ряду 1 м, между их рядами - 2 м.
На указанных объектах сотрудниками ПВБС проводятся метеонаблюдения, а также снегомерные съемки перед началом снеготаяния по 5-6 маршрутам, расположенным в 10 м друг от друга, с определением высоты и плотности снежного покрова. На специально оборудованных водно-балансовых площадках определяются объем поверхностного и внутрипочвенного стока, глубина промерзания и оттаивания почв с помощью мерз-лотомеров Данилина, даты начала и конца снеготаяния. В дополнение к вышеупомянутым снегомерным съемкам проводятся измерения высоты снега непосредственно у мерзлотомеров.
Э л е м е н т ы в о д н о г о б а л а н с а и т е мп е р а т у р н о го р е ж и м а п о ч в. По данным
Годы
Рис. 1. Высота снежного покрова перед снеготаянием (здесь и на рис. 2, 3, 6: 1 - луг; 2 - посадки ели).
снегомерных съемок ПВБС за период 1981-1986 гг., пока саженцы ели были небольшими, высота снежного покрова (рис. 1), как и запас воды в снеге (табл. 1), были одинаковы на обоих объектах. В период 1987-1991 гг. высота снега и запасы воды в нем стали больше в 6-10-летних насаждениях ели, обеспечивающих дополнительное по сравнению с открытым лугом снегонакопление. Однако в дальнейшем, начиная с 1992 г., в центральной части еловых посадок накопление снега стало постепенно уменьшаться (рис. 1). По-видимому, это вызвано тем, что значительные массы снега оседают на кронах очень густых еловых насаждений, а затем сдуваются, не достигая поверхности почвы. В результате запас воды в снеге перед снеготаянием под еловыми насаждениями сократился по сравнению с лугом примерно в 3 раза.
В первую половину периода наблюдений (1981-1991 гг.) продолжительность снеготаяния на обоих объектах была практически одинаковой. Впоследствии (1992-2003 гг.) снеготаяние под посадками заканчивалось позже (от 2 до 20 дней), несмотря на то, что мощность снежного покрова была здесь меньше. Это объясняется худшим прогреванием поверхности почв под пологом густых еловых насаждений.
Установлено [6], что глубина промерзания почв в значительной степени зависит от мощности снежного покрова и его "укрывающего" действия. На начальном этапе произрастания еловых посадок (1981-1986 гг.) промерзание почв на обоих исследуемых объектах, по данным мерзлото-меров Данилина, было практически одинаковым, как и высота снежного покрова над мерзлотоме-рами (рис. 2). К сожалению, мы не располагаем данными, характеризующими промерзание почв за период 1989-1997 гг. С 1998 по 2003 гг., когда в густых еловых посадках снежный покров ежегодно был менее мощным, чем на открытом пространстве луга, глубина промерзания почв под елями была значительно больше (рис. 2). Так, в
1998, 2001 и 2002 гг. почва на лугу не промерзала, поскольку ее защищал слой снега мощностью 30-75 см. В центральной же части еловых посадок при мощности снега от 5 до 35 см почва промерзала до глубины 50-100 см. В морозном 2003 г. под еловыми посадками почва, припорошенная двухсантиметровым слоем снега, промерзла до 126 см, тогда как на лугу под полуметровым слоем снега она промерзла лишь до глубины 50 см. Аналогичную ситуацию наблюдали в Подмосковье в естественном ельнике-кисличнике 80-90-летнего возраста [4].
Интересно отметить, что при промерзании почв до образования снежного покрова под еловыми посадками глубина промерзания была на 10-20 см больше, чем под лугом. Это можно объяснить более низкими температурами приземного слоя воздуха под кронами елей.
Оттаивание почвы как под еловыми посадками так и под лугом, как это отмечал в свое время Качинский [4], начиналось снизу, еще до схода снежного покрова за счет тепла, поступающего из непромерзших слоев. Сверху почвы начинали оттаивать только после схода снега под воздействием положительной температуры приземного слоя воздуха.
Почвы под лугом в случае их промерзания оттаивали более быстрыми темпами (на 6-16 дней раньше), чем под еловыми посадками. Напротив, под еловыми посадками снеготаяние почти ежегодно заканчивалось на фоне мерзлых почв, тогда как под лугом почвы нередко вообще не промерзали. Так, в 1998, 2003 гг. мерзлый слой почвы на глубине 65-85 см сохранялся под елями до конца первой декады мая. Таким образом, в холодное время года температурный режим почв под еловыми посадками более суровый, чем под лугом, что согласуется с представлением о большей холодности почв темнохвойных лесов в течение всего года [4].
Рис. 2. Высота снежного покрова и глубина максимального промерзания почв.
Общее количество воды, поступающее на поверхность почвы, от которого зависят величина стока по уклону местности и инфильтрация в почвенную толщу, складывается из запаса воды в снеге и осадков, выпадающих после даты снего-съемки до конца снеготаяния. Следует отметить, что, поскольку продолжительность снеготаяния под взрослыми еловыми посадками больше, чем на лугу, величина осадков, принимающих участие в формировании общего запаса влаги, в первом случае часто была больше (табл. 1). В целом в период 1981-1986 гг. общее количество влаги на обоих участках было одинаковым, в 1987-1993 гг. оно было больше под еловыми посадками, а с 1996 по 2003 г. в 1.6 раза больше на лугу (табл. 1).
С момента снеготаяния начинает формироваться боковой сток талых вод, величина которого зависит от общего запаса влаги, от темпов снеготаяния и глубины промерзания и оттаивания почв. На первых порах, когда все эти показатели в еловых посадках и на лугу, одинаковы, размеры поверхностного стока также близки (табл. 1, рис. 3, А), а внутрипочвенный сток под лугом был несколько больше (рис. 3, Б). Суммарный боковой сток составлял на обоих объектах в среднем за период 1981-1986 гг. около 30% от общего запаса влаги, а величина инфильтрации - около 70%. Следует отметить, что некоторая часть влаги теряется на физическое испарение.
В период 1987-1995 гг., когда в подросших посадках снегонакопление по сравнению с лугом больше, а промерзание почв, по-видимому, меньше, поверхностный и внутрипочвенный сток здесь также меньше. Суммарный сток под еловыми посадками составлял в среднем за период 34% от общего запаса влаги, тогда как под лугом -59% (табл. 1). Таким образом, талые воды под еловыми посадками достаточно полно впитывались в почву, и величина инфильтрации на этом объекте в среднем составляла более 60% от общего поступления воды. Под лугом наблюдалась
обратная картина: около 60% общего запаса влаги расходовалось на боковой сток.
В последующие годы (1996-2003 гг.) под лугом внутрипочвенный сток был вдвое больше поверхностного и составлял в среднем за 8 лет 68 мм (табл. 1), тогда как под посадками оба вида стока были примерно равны (около 20 мм). Суммарный боковой сток под лугом был почти в
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.