IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Климат Московской области умеренно-континентальный с теплым летом и умеренно-холодной зимой и с устойчивым снежным покровом. На севере области (в районе г. Дубны) он несколько влажнее и холоднее. Обладая некоторыми чертами континентальности, в то же время климат здесь подвержен периодическому влиянию Атлантического океана, и вследствие этого он является переходным типом между мягким климатом Западной Европы и резко континентальным климатом Урала и Центральной Сибири. По этой же причине степень континентальности климата Московской области возрастает с запада на восток. На микроклиматические особенности различных экологических систем влияет интенсивность поступления солнечной радиации на поверхность почвы и циркуляция воздушных масс, что, в свою очередь, зависит от рельефа, растительности и физических свойств почвы [1].

Г. Дубна окружен водными объектами (р. Волга, р. Дубна, р. Сестра, канал им. Москвы и Иваньковское водохранилище), что несомненно влияет на микроклимат города и формирование почвенного покрова различных экологических систем.

Для оценки влагообеспеченности экологических систем учебно-научного стационара государственного университета «Дубна», расположенного в 100 метрах к югу от университета, в течение пяти лет определяли влажность почв основных экологических систем стационара, типичных для всего исследуемого района. На территории стационара находится смешанный (местами заболоченный) лес площадью около 30 га. Среди древесных насаждений расположены поляны, а с юга к лесу примыкает открытое пространство, покрытое разнотравной луговой растительностью. Поэтому почвенный покров стационара представляет собой комплекс дерново-подзолистых, подзолистых, торфяных и дерново-луговых почв.

Подзолы формируются в елово-березовом лес. Их низкое плодородие вызвано высокой кислотностью, малым содержанием биогенных элементов, преобладанием грубогогумуса и плохими водно-физическими свойствами [3].

Дерново-подзолистые почвы, составляющие основной фон почвенного покрова стационара развиваются под лиственными породами и на полянах. Для них характерно максимальное содержание гумуса в горизонте А1 и резкое его уменьшение в горизонте А2. По всему почвенному профилю в составе гумуса фульвокислоты преобладают над гуминовыми кислотами, а значительная часть гуминовых кислот связана с кальцием [2, 3].

Торфяные болотные почвы сформировались в условиях избыточного увлажнения атмосферными или грунтовыми водами под специфической влаголюбивой олиготрофной и мезотрофной растительностью, в результате сочетания двух основных процессов почвообразования: торфообразования и глееобразования. Расположены такие почвы в замкнутых депрессиях рельефа, где близко к поверхности залегает водоупорный глинистый экран. Это и вызывает длительный застой талых и дождевых вод, и, как следствие, развитие мохового покрова (с преобладанием сфагнума).

Дерново-луговая почва сформировалась под луговой злаково-разнотравной растительностью на 1-ой надпойменной террасе р. Дубна, где почвообразующей породой является речной аллювий. Общий рельеф террасы выровнен.

В зависимости от природных условий на стационаре формируются разные типы водного режима. Г.Н. Высоцкий выделял 4, А.А. Роде – 6, а в настоящее время выделяют уже 11 типов водного режима (мерзлотный, промывной, периодически промывной, непромывной, аридный, водозастойный, выпотной, десуктивно-выпотной, паводковый, ирригационный, осушительный). Мерзлотный тип формируется в условиях многолетней мерзлоты, промывной – тогда, когда количество осадков превышает испаряемость, периодически-промывной – при среднемноголетней сбалансированности осадков и испаряемости, непромывной – в условиях, когда испаряемость превышает количество осадков, аридный – в пустынях и полупустынях при значительном превышении испаряемости над количеством выпавших за год осадков (влажность почвы в таких условиях обычно не превышает влажности завядания растения), водозастойный тип формируется при избыточном увлажнении, выпотной тип водного режима – при неглубоком залегании грунтовых вод и в условиях превышения испаряемости над осадками (при этом вода по капиллярам поднимается к поверхности почвы и формируются солончаки), десуктивно-выпотной отличается от выпотного тем, что влагу, поступающую от грунтовых вод по капиллярам, на той или иной глубине почвенного профиля поглощают корневые системы растений, паводковый тип формируется на периодически затапливаемых территориях, ирригационный – при искусственном орошении, а осушительный – на искусственно осушаемых заболоченных и болотных почвах [4, 5].

Рассмотренные типы водного режима отражают общие закономерности влагооборота в многолетних циклах. Однако в любой почвенной зоне условия водного режима в отдельные годы могут существенно отличаться от среднемноголетних, а в отдельные периоды года могут существенно отличаться от среднегодовых, и тогда в годовом цикле будут чередоваться несколько типов водного режима. Так, в рассматриваемой зоне в подзолах и дерново-подзолистых почвах в годовом цикле влагооборота преобладает водный режим промывного типа, однако ранней весной в результате снеготаяния и выпадения атмосферных осадков в этих почвах возникает различный по продолжительности водозастойный режим, а в летние месяцы эти почвы находятся преимущественно в условиях водного режима непромывного типа. Эти особенности необходимо учитывать как для оптимизации водного режима почв, так и при изучении процессов, протекающих в почвах [4, 5].

Поверхностный 20-сантиметровый слой почвы особенно важен как для нормального функционирования древостоя, так и для протекания различных процессов почвообразования, поскольку часто в нем сосредоточена почти половина (а иногда и более) поглощающих корней древостоя и напочвенного растительного покрова. В таблице 1 приведены данные о запасах доступной растениям влаги в этом слое почвы за период с 2011 по 2016 гг., в течение которого погодные условия варьировали от влажных до экстремально сухих.

Таблица 1. Запасы доступной влаги растениям (мм водного слоя) в 20-сантиметровом слое почв учебно-научного стационара университета «Дубна» в июле в различные годы

Почва	2011 г.	2013 г.	2014 г.	2015 г.	2016 г.
Подзол	20,6	72,5	-4,8	2,2	73,3
Дерново-подзолистая	10,8	11,2	4,6	-4,0	4,5
Дерново-луговая	-0,8	19,9	-7,5	-10,0	-12,9
Торфяная	1,8	-	-1,9	-62,8	-

Таблица 2. Критерии оценки запасов доступной

растениям влаги

Слой почвы, см	Запас доступной растениям влаги, мм водного слоя	Оценка запасов доступной растениям влаги
0-20	> 40	Хорошие
0-20	20-40	Удовлетворительные
0-20	< 20	Неудовлетворительные

На основании этих данных и величины критериев оценки запасов доступной растениям влаги (приведенных в таблице 2) можно сделать вывод, что запасы эти в поверхностном слое почвы в июле в течение периода 2011-2016 гг. чрезвычайно сильно варьировали как во времени, так и в пространстве.

Что касается варьирования запасов доступной растениям влаги во времени, то в 2014 г. в подзоле, дерново-луговой и торфяной почвах доступная растениям влага отсутствовала, а в дерново-подзолистой ее запас были неудовлетворительным (4.6 мм водного слоя). Аналогичная ситуация сложилась и в 2015 г., когда доступная растениям влага (и то в неудовлетворительном количестве) была обнаружена лишь в подзоле, а в торфяной почве ее дефицит достиг экстремальной величины (-62.8 мм водного слоя). Однако в 2013 г. доступная растениям влага присутствовала во всех почвах, а в подзоле ее содержание достигло хорошего уровня (72.3 мм водного слоя).

В 2011 и 2016 гг. доступная растениям влага была обнаружена и в подзоле, и в дерново-подзолистой, и в торфяной почвах. Отсутствовала она лишь в дерново-луговой почве. При этом в подзоле ее запас достиг рекордного уровня (73.3 мм водного слоя). Однако и в дерново-подзолистой, и в торфяной почвах запасы доступной растениям влаги были неудовлетворительными (не более 10.8 мм водного слоя).

Сравнивая по запасам доступной растениям влаги различные экологические системы, следует отметить, что в подзоле и в дерново-подзолистой почвах доступная растениям влага присутствовала в 4-х из 5-и лет наблюдений, тогда как в дерново-луговой – лишь в одном году, и то на неудовлетворительном уровне. Вероятно, последнее вызвано, во-первых, высокой скоростью ветра на открытых пространствах, что приводит к выдуванию снега (а это препятствует его накоплению), во-вторых, более интенсивным нагреванием снега солнечной инсоляцией, и, следовательно, более быстрым его таянием (что ускоряет поверхностный сток талых вод и менее полное их впитывание в почву) и, в-третьих, более интенсивным прогреванием почвы, не защищенной древесными насаждениями от солнечной инсоляции, и, следовательно, более быстрым испарением почвенной влаги.

В торфяной почве доступная растениям влага присутствовала в течение трех лет, причем в 2013 и 2016 гг. уровень грунтовой воды достиг поверхности почвы. Это было вызвано обилием зимних осадков, отсутствием поверхностного стока (последнее вызвано тем, что торфяная почва залегает в замкнутом понижении) и наличие водоупорного глинистого слоя, подстилающего торф.

В эти же годы хорошими (более 72 мм водного слоя) были запасы доступной растениям влаги и в подзолах, примыкающих к замкнутому понижению, где сформировались торфяные почвы.

Таким образом, хорошие запасы доступной растениям влаги отмечались лишь в подзоле в 2013 и 2016 гг. Вероятно, это вызвано тем, что лес, во-первых, уменьшает скорость ветра и, следовательно, предотвращает выдувание снега (а это обеспечивает его накопление), во-вторых, более медленное его таяние (что обеспечивает ослабление поверхностного стока талых вод и более полное их впитывание в почву) и, в-третьих, защиту поверхности почвы от солнечной инсоляции, нагревающей почву и ускоряющей испарение влаги.

Удовлетворительными запасы доступной растениям влаги были лишь в одном случае (в 2011 г. в подзоле). И в 15 случаях они были неудовлетворительными, причем в 6 случаях они совершенно отсутствовали (из них 4 раза в дерново-луговой почве).

Эти данные позволяют сделать вывод о недостаточной, в целом, обеспеченности доступной растениям влагой преобладающих естественных экологических систем Верхне-Волжской низменности в середине лета. А в отдельные годы (например, в 2010 г.) вся Московская область была охвачена длительной засухой, вызвавшей многочисленные лесные и торфяные пожары. Для предотвращения в будущем подобных ситуаций необходим непрерывный мониторинг и регулирование водного режима почв. Самым надежным способом такого регулирования является двустороннее регулирование водного режима почв, когда при наличии дренажной системы в слишком влажные периоды из почв отводится избыточная влага (во избежание заболачивания почв), а в засушливые периоды по этим же дренам вода нагнетается в почву.

В учебно-научном стационаре университета «Дубна» существует дренажная система, что обеспечивает возможность двустороннего регулирования (и, следовательно, оптимизации) водного режима почв. Для определения сроков подачи или отвода воды необходимо регулярное определение (мониторинг) содержания доступной влаги в корнеобитаемом слое почв различных экологических систем.

Выводы

1. В поверхностном слое почвы основных экологических систем г. Дубны в июле в течение периода 2011-2016 гг. запасы доступной растениям влаги варьировали чрезвычайно сильно как во времени, так и в пространстве.

2. Хорошие запасы доступной растениям влаги отмечались лишь в подзоле в 2013 и 2016 гг. Удовлетворительными они были лишь в 2011 г. в подзоле. В других экологических системах они были неудовлетворительными, причем в 6 случаях они совершенно отсутствовали (из них 4 раза в дерново-луговой почве). Это свидетельствует о недостаточной, в целом, обеспеченности доступной растениям влагой преобладающих естественных экологических систем Верхне-Волжской низменности в середине лета, что требует проведения мероприятий по оптимизации водного режима почв.

3. Самым надежным способом оптимизации водного режима почв является двустороннее регулирование водного режима, при котором через дренажную систему в слишком влажные периоды из почв отводится избыточная влага (во избежание заболачивания почв), а в засушливые периоды через эту же систему вода нагнетается в почву.

4.В учебно-научном стационаре университета «Дубна» существует дренажная система, что обеспечивает возможность двустороннего регулирования (и, следовательно, оптимизации) водного режима почв.

5.Для определения сроков подачи или отвода воды необходимо регулярное определение (мониторинг) содержания доступной влаги в корнеобитаемом слое почв различных экологических систем.

Литература

1.Брызгалина Е.В., Дедков Ю.М., Добродеев О.П. Экология Подмосковья. М.: Изд-во «Современные тетради», 2004. 583 с.

2.Глазовская М.А., Геннадиев А.Н. География почв с основами почвоведения. М.: Изд-во МГУ, 1995. 400 с.

3.Добровольский В.В. География почв с основами почвоведения. М.: Изд-во «Высшая школа», 1989. 320 с.

4.Роде А.А. Водный режим почв и его типы // Доклады советских поч­воведов к VI Международному конгрессу почвоведов. М.: Изд-во АН СССР, 1956. С. 79-100.

5.Судницын И.И., Каманина И.З. Экологическая гидрофизика почв. Дубна: Междунар. ун-т природы, о-ва и человека, 2008. 181 с.

Код для цитирования: Скопировать