Статья: Изменение запасов мобильного вещества и термический режим природных и антропогенно измененных почв Назаровской лесостепи

Министерство природных ресурсов и экологии России отмечает, что темпы глобального потепления в России выше, чем в среднем на планете. Так, за период с 1976 по 2017 гг. повышение среднегодовой температуры воздуха за десятилетие составило 0.4°С, тогда как в мире этот показатель составляет 0.18°С. Отмечен значительный рост выбросов парниковых газов, и что причиной потепления, с вероятностью, превышающей 95%, является антропогенное воздействие (Доклад об особенностях..., 2020).

На основании проведенных расчетов по данным, полученным на метеостанции «Шарыпово» установлено небольшое незначимое увеличение суммы осадков и среднегодовой температуры воздуха, что согласуется с прогнозами дальнейшего роста сумм осадков главным образом в холодный период.

А.А. Шпедт с соавторами (2019) выявил, что изменение климатических параметров в Красноярском крае происходит с большей скоростью, чем в среднем на территории России. Наиболее вероятный прогноз изменения климата до 2050 г. предполагает повсеместное потепление на 0.6-0.7°С и увеличение количества осадков на 30-50 мм/год. Предполагается, что в зимний период будет выпадать осадков на 4-6% больше, чем в настоящее время, особенно в Восточной Сибири (7-9%; Кочугова, 2018).

Физико-химическая характеристика территории исследования дана А.В. Мартыновым (Снытко и др., 1987) и представляет выровненный участок осоково-злаково-разнотравной луговой степи (участок «Отножка» точки III и IV). Физико-химические свойства изучаемых почв представлены в таблице 1.

Установлено, что с глубиной нейтральная реакция почвенной среды меняется на щелочную, почвенный поглощающий комплекс насыщен основаниями с преобладанием в его составе кальция, емкость поглощения снижается вниз по профилю с уменьшением органического вещества. Луговочерноземная выщелоченная почва расположена на склоне восточной экспозиции (борт лога) - разнотравный закустаренный луг (участок «Отножка» точка V). Выявлена высокая емкость поглощения, сравнительно небольшая относительная плотность твердой фазы, большое количество органического вещества и значительно меньшее количество азота. В почвенном поглощающем комплексе присутствует большое количество магния, что свидетельствует об активном проявлении процессов глееобразования. Определено постоянное переувлажнение с глубины 70 см, в верхнем слое оно носит периодический характер. Лугово-болотная почва обладает высокой водоудерживающей способностью, органоминеральный горизонт (А^) содержит большое количество гумуса и обладает очень высокой емкостью поглощения.

В почвах участка «Отножка» направление геохимической миграции элементов определяется в основном рельефом местности - от положительных форм к днищу лога.

Сравнительный анализ запасов мобильного вещества в почвах сопряженного ряда фаций: «луг - залежь - склон - болото» (III - IV - V - VI) выявил тенденции изменения их количественных показателей. Для характеристики запасов продуктивной влаги в почве представляет интерес ее изучение, как в сопряженном ряду, так и во времени (табл. 2).

Таблица 1. Физико-химические свойства почв.

Примечание к таблице 1: * - данные А.В. Мартынова (Снытко и др., 1987).

водорастворимый природный антропогенный почва

Запасы продуктивной влаги, выявленные А.В. Мартыновым (1987), превышают запасы, обнаруженные в 2010-2014 гг. В этот период гидротермические условия были очень неоднородные как с большим количеством осадков и низким температурным фоном, так и с жаркими и сухими условиями (рис. 2).

В формировании запасов почвенной влаги важная роль принадлежит местоположению. Луговочерноземная выщелоченная почва (V) занимает подчиненное положение по отношению к чернозему обыкновенному луговатому (III), где привнос влаги сочетается с его выносом. При этом в слое 0-20 и 0-50 см, в сравнении с ранее проведенными исследованиями А.В. Мартынова, установлено уменьшение запасов влаги во всех типах почв, кроме лугово-болотной иловатой карбонатной (VI). Установлено, что диапазон колебаний запасов влаги в слое 0-20 см не изменился. Наиболее заметные изменения выявлены в слое 0-50 см в черноземе обыкновенном луговатом (III) и лугово-болотной иловатой карбонатной почве (VI) с увеличением амплитуды колебаний в 1.5 раза.

Отмечено, что в черноземе обыкновенном луговатом (III) запасы мобильного органического вещества, кальция и магния больше, чем в её антропогенной модификации - залежи (IV). Минимальные запасы водорастворимых щелочноземельных элементов выявлены в лугово-черноземной выщелоченной почве (V) подножия склона, что является результатом выноса этих элементов с водными потоками в нижележащую болотную фацию, где и происходит их накопление. Запасы органического вещества в основном сконцентрированы в корнеобитаемом слое 0 -20 см, что обусловлено наличием здесь его источника и оптимальными гидротермическими условиями (разность температур почвы на глубине 5 и 20 см не превышает 5°С).

Исследования середины 80-х годов ХХ в. установили эту закономерность, а наши - подтвердили, только на более высоком количественном уровне и с увеличением диапазона их колебаний. Увеличение запасов мобильных форм элементов и органического углерода в 2010-2014 гг., возможно, связано со снижением среднеиюльской температуры воздуха и увеличением осадков в данный период, а также с общей тенденцией увеличения среднегодовой температуры воздуха и сумм осадков.

Таблица 2. Запасы водорастворимых веществ и влаги в почвах.

Примечания к таблице 2: III* - чернозем обыкновенный луговатый, IV* - антропогенная модификация, V* - лугово-черноземная выщелоченная, VI - лугово-болотная иловатая карбонатная (по данным А.В. Мартынова, значения за 1981-1984 гг. (Снытко и др., 1987)); III** - данные автора статьи, значения за 2010-2014 гг.; в числителе дан диапазон значений, в скобках - размах вариации, в знаменателе - среднее значение показателя.

Установлены коэффициенты парной корреляции мобильного органического углерода и отдельных параметров почвы, которые показали, что наибольшая зависимость мобильного органического углерода обнаружена от температуры почвы (коэффициент корреляции - 0.4-0.6), а температура и влажность почвы имеют обратную зависимость --0.4-0.7, т.е. чем выше температура почвы, тем ниже влажность, и, следовательно, больше содержание водорастворимых элементов и органического углерода.

Представляют интерес средние показатели запаса влаги за вегетационный период (табл. 3), которые показывают, что с момента первых наблюдений они уменьшились примерно на 30% во всех местоположениях.

Таблица 3. Запасы влаги в слое почвы 0-50 см разных местоположений.

Примечания к таблице 3. Запасы влаги: А* - суммарные, Б* - средневзвешенные по глубине 050 см, *** - средние значения за 1981-1984 гг., ** - средние значения за 2010-2014 гг.

Соотношение температуры воздуха и почвы - одно из важных условий роста и развития растений. Для их нормального функционирования необходимо, чтобы корни находились в более прохладной среде, чем надземные органы. Когда корнеобитаемый слой теплее воздуха, нарушается обмен веществ, так как интенсивность дыхания становится выше, чем ассимиляция (Геосистемы..., 1991).

В лесостепной зоне большую часть вегетационного периода растительность функционирует при благоприятном для нее соотношении между температурой корнеобитаемого слоя почвы и приземного воздуха, когда температура почвы на глубине 15 см в июле ниже температуры воздуха на 6-8°С. На открытых участках (т. III - залежь) температура воздуха в июле примерно в 1.5 раза выше, чем в верхних слоях почвы - 25.8°С и 17°С соответственно. В июле корреляция между температурами приземной атмосферы и корнеобитаемого слоя почвы довольно тесная (табл. 4).

Таблица 4. Коэффициенты корреляции между температурой воздуха на высоте 1.5 м и температурой почвы на разной глубине.