Динамика температуры дерново-подзолистых почв Предуралья в связи с потеплением климата
Автор: Худяков О.И., Решоткин О.В., Бедрина Т.Н.
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Землепользование
Статья в выпуске: 1-4 т.12, 2010 года.
Бесплатный доступ
Современное потепление климата вызвало повышение термообеспеченности дерново-подзолистых почв по отношению к климатической норме температуры в профиле почвы до глубины 320 см, привело к увеличению времени характерного проявления летней климатической стадии и уменьшению глубины сезонного промерзания.
Потепление климата, дерново-подзолистые почвы, сезонное промерзание
Короткий адрес: https://sciup.org/148199088
IDR: 148199088
Текст научной статьи Динамика температуры дерново-подзолистых почв Предуралья в связи с потеплением климата
В настоящее время климат почв приобретает актуальное значение в связи с современным потеплением климата. Современное потепление климата отмечается на всех континентах, морях и океанах земного шара. В настоящей работе анализируется изменение климата дерновоподзолистой почвы Предуралья в связи с потеплением, используя для этого климатическую норму температуры почвы, как точку отсчета. Климатическая норма это среднемноголетний показатель температуры почвы за период 19611990 гг.
Объекты и методы исследования. Объектом исследования послужили дерновоподзолистые почвы Предуралья, характеризуемые данными метеостанций Гари и Нижний Тагил. Метеостанция Гари расположена в северовосточной части Северного Урала. Высота над уровнем моря 127 м. Уровень грунтовых вод -20 м. Почва дерново-подзолистая тяжелосуглинистая. Метеостанция Нижний Тагил расположена в отрогах Восточно-Уральских Увалов, высота над уровнем моря 259 м, уровень грунтовых вод на глубине более 3 м. Почва дерновоподзолистая среднесуглинистая.
Результаты и обсуждение. Исследуемые почвы разного грансостава, в них различная глубина залегания грунтовых вод и высота над уровнем моря, но объединяет их то, что они одной почвенно-биоклиматической зоны и формируются под хвойными лесами. Климатическая норма дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв составляет 4,0ºС в слое 320 см (табл. 1). Современное потепление климата вызвало увеличение температур почвы за период 1991-2000 гг. в слое 320 см на 0,9ºС, с 4,0ºС до 4,9ºС. Климатическая норма температуры для летнего сезона изменяется от 8,8ºС на глубине 20 см до
4,0ºС на глубине 320 см. Современное потепление за период 1990-2000 гг. увеличило температуру дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы на 0,7ºС на глубине 20 см до 0,8ºС на глубине 320 см. Длительность времени характерного проявления летней сезонной климатической стадии дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв составляет на глубине 20 и 40 см 7 месяцев. Современное потепление климата вызвало увеличение времени характерного проявления сезонной климатической стадии на этих глубинах до 8 и 9 месяцев соответственно. Климатическая норма температуры зимнего сезона дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв изменяется от –2,8ºС на глубине 20 см до –0,1ºС на глубине 120 см, при этом глубина проникновения 0ºСдостигает 130 см. Современное потепление за период 1990-2000 гг. повысило температуру до 1,3ºС на глубине 20 см до –0,1ºС на глубине 80 см, а глубина проникновения 0ºС снизилась до 90 см. Климатическая норма температуры для дерново-подзолистой среднесуглинистой на двучленной породе (средний суглинок на гравии) составляет 4,5ºС по профилю почва. Климатическая норма температуры летнего сезона изменяется от 8,0ºС на глубине 20 см до 4,5-4,6ºС на глубине 320 см. Климатическая норма пребывания почвы в талом состоянии составляет 8 месяцев для глубин 20-80 см. Современное потепление климата вызвало повышение среднедесятилетних температур дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы на глубине 20 и 40 см на 0,8ºС. Повышение среднедесятилетних температур за период 1991-2000 гг. снизило глубину промерзания почвы на 20 см (табл. 1).
Осенняя сезонная климатическая стадия характеризуется понижением среднедесятилетних температур (табл. 1). В осенний период понижение температур в дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почвах происходит в спектре положительных температур, которые еще превышают первый биологический минимум (5ºС) и, лишь только на глубине 20 см климатическая норма температуры составляет 4,1ºС. В дерново-подзолистых почвах, характеризуемых данными метеостанции Нижний Тагил в осенний период отмечается общая закономерность в равномерном повышении среднемноголетней температуры от 4,6ºС на глубине 20 см до 7,4ºС на глубине 240 см, и лишь только на глубине 320 см среднемноголетняя температура почвы снижается до 6,9ºС. Таким образом, можно отметить, что в среднемноголетнем диапазоне (1961-1990 гг.) температура подзолистых почв, характеризуемая данными метеостанций Гари и Нижний Тагил имеет общие закономерности как в распределении их по профилю, так и в количественной оценке среднемноголетней, которая для слоя 320 см дерново-подзолистых почв составляет 6,1ºС по метеостанции Гари и 6,40С по метеостанции Нижний Тагил.
Таблица 1. Климатические параметры дерново-подзолистой почвы
|
Станция |
Период |
Месяцы |
Глубины |
||||||
|
20 |
40 |
80 |
120 |
160 |
240 |
320 |
|||
|
Гари Свердловская обл. Почва – дерновоподзолистая тяжелосуглинистая |
19611990 |
1 |
-3.8 |
-2.5 |
-0.2 |
1.0 |
2.0 |
3.5 |
4.3 |
|
2 |
-3.9 |
-2.9 |
-0.9 |
0.3 |
1.3 |
2.7 |
3.6 |
||
|
3 |
-2.6 |
-2.2 |
-1.0 |
-0.1 |
0.8 |
2.2 |
3.1 |
||
|
4 |
0.1 |
-0.4 |
-0.4 |
0.0 |
0.6 |
1.7 |
2.7 |
||
|
5 |
5.8 |
3.6 |
0.9 |
0.4 |
0.7 |
1.5 |
2.3 |
||
|
6 |
11.9 |
9.6 |
5.9 |
3.7 |
2.4 |
1.9 |
2.2 |
||
|
7 |
16.3 |
14.4 |
11.3 |
8.8 |
6.5 |
3.9 |
2.9 |
||
|
8 |
14.5 |
13.8 |
12.3 |
10.8 |
9.0 |
6.2 |
4.3 |
||
|
9 |
9.7 |
10.2 |
10.4 |
10.1 |
9.2 |
7.3 |
5.4 |
||
|
10 |
3.2 |
4.5 |
6.3 |
7.2 |
7.5 |
7.1 |
5.9 |
||
|
11 |
-0.7 |
0.7 |
2.7 |
4.1 |
5.0 |
5.8 |
5.7 |
||
|
12 |
-2.8 |
-1.2 |
0.9 |
2.1 |
3.2 |
4.6 |
5.0 |
||
|
климатическая норма |
год |
4,0 |
4,0 |
4,0 |
4.0 |
4.0 |
4.0 |
4.0 |
|
|
для летнего сезона для зимнего сезона глубина проникновения 00С см длительность теплого сезона, мес. длительность зимнего сезона, мес. |
8,8 -2,8 130 7 5 |
8,0 -2,3 7 5 |
6,3 -0,6 8 4 |
5,2 -0,1 10 2 |
4,0 12 0 |
4,0 12 0 |
4,0 12 0 |
||
|
Гари Свердловская обл. Почва – дерновоподзолистая тяжелосуглинистая |
19912000 |
1 |
-1.5 |
-0.6 |
0.7 |
1.8 |
2.7 |
4.3 |
5.0 |
|
2 |
-1.8 |
-1.1 |
0.2 |
1.2 |
2.1 |
3.5 |
4.6 |
||
|
3 |
-1.4 |
-1.0 |
-0.1 |
0.7 |
1.5 |
3.0 |
4.0 |
||
|
4 |
0.7 |
0.1 |
0.3 |
0.7 |
1.2 |
2.5 |
3.6 |
||
|
5 |
5.6 |
3.7 |
2.1 |
1.5 |
1.5 |
2.3 |
3.3 |
||
|
6 |
13.0 |
10.7 |
8.0 |
5.7 |
3.9 |
2.9 |
3.3 |
||
|
7 |
16.2 |
14.5 |
12.2 |
10.0 |
7.6 |
5.0 |
4.1 |
||
|
8 |
15.0 |
14.3 |
13.2 |
11.9 |
9.9 |
6.9 |
5.1 |
||
|
9 |
10.4 |
10.5 |
10.9 |
10.8 |
10.0 |
7.9 |
6.2 |
||
|
10 |
5.0 |
5.8 |
7.0 |
8.0 |
8.3 |
7.8 |
6.7 |
||
|
11 |
0.7 |
1.7 |
3.3 |
5.0 |
6.1 |
6.8 |
6.4 |
||
|
12 |
-0.5 |
0.2 |
1.5 |
3.0 |
3.9 |
5.4 |
5.9 |
||
|
средняя |
год |
4.9 |
4.9 |
4.9 |
4.9 |
4.9 |
4.9 |
4.9 |
|
|
летнего сезона |
9,5 |
8,5 |
4,9 |
4,9 |
4,9 |
4,9 |
4,9 |
||
|
зимнего сезона |
-1,3 |
-0,9 |
-0,1 |
||||||
|
глубина проникновения 0º С, см |
90 |
||||||||
|
длительность летнего сезона, мес. |
8 |
9 |
11 |
12 |
12 |
12 |
12 |
||
|
длительность зимнего сезона, мес. |
4 |
3 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
Осенняя сезонная климатическая стадия характеризуется понижением среднедесятилетних температур (табл. 1). В осенний период понижение температур в дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почвах происходит в спектре положительных температур, которые еще пре- вышают первый биологический минимум (5ºС) и, лишь только на глубине 20 см климатическая норма температуры составляет 4,1ºС. В дерновоподзолистых почвах, характеризуемых данными метеостанции Нижний Тагил в осенний период отмечается общая закономерность в равномерном повышении среднемноголетней температуры от 4,6ºС на глубине 20 см до 7,4ºС на глубине 240 см, и лишь только на глубине 320 см среднемноголетняя температура почвы снижается до 6,9ºС. Таким образом, можно отметить, что в среднемноголетнем диапазоне (1961-1990 гг.) температура подзолистых почв, характеризуемая данными метеостанций Гари и Нижний Тагил имеет общие закономерности как в распределении их по профилю, так и в количественной оценке среднемноголетней, которая для слоя 320 см дерново-подзолистых почв составляет 6,1ºС по метеостанции Гари и 6,40С по метеостанции Нижний Тагил.
Современное потепление климата за период 1990-2000 гг. вызвало увеличение среднедесятилетних температур дерново-подзолистых почв до глубины 320 см. Средняя десятилетняя температура почвы в слое 320 см повысилась на 0,9ºС по метеостанции Гари и на 0,5ºС по метеостанции Нижний Тагил. Повышение среднедесятилетней температуры за период 1991-2000 гг. в осеннюю сезонную климатическую стадию происходило даже в самый холодный месяц осени. Самым холодным месяцем осени, когда начинается промерзание почвы является ноябрь. В ноябре в дерново-подзолистых почвах на глубине 20 см отмечается самая низкая среднемноголетняя температура (–0,7ºС метеостанция Гари и 0,5ºС по метеостанции Нижний Тагил) за период 1961-1990 гг. Вниз по профилю температура почвы в осенний период повышается постепенно достигнув своего максимума на глубине 320 см (табл. 2). Сравнение климатической нормы температуры дерново-подзолистых почв со средними десятилетними температурами ноября за период 1991-2000 гг. показывает общее увеличение температуры почвы до глубины 3,2 м. Потепление климата за этот период привело к увеличению среднедесятилетней температуры дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы до глубины 320 см на 1ºС и 0,3ºС для дерновоподзолистой среднесуглинистой почвы. Таким образом, современное потепление климата вызвало повышение температуры дерновоподзолистой тяжелосуглинистой почвы в слое 320 см на 0,9ºС.
Таблица 2. Сезонные стадии климата почв
|
Изменение многолетней среднесезонной температуры почв |
||||||||||||
|
Дерново-подзолистая тяжелосуглинистая (метеостанция Гари) |
||||||||||||
|
глубина, см |
осень |
зима |
весна |
лето |
||||||||
|
19611990 |
19912000 |
повы шение |
19611990 |
19912000 |
повы шение |
19611990 |
19912000 |
повы Шение |
19611990 |
19912000 |
повы шение |
|
|
20 |
4,1 |
5,7 |
1,6 |
-2,8 |
-1,3 |
1,5 |
1,1 |
1,6 |
0,5 |
14,3 |
14,7 |
0,4 |
|
40 |
5,1 |
6,0 |
0,9 |
-2,2 |
-0,5 |
1,7 |
0,3 |
0,9 |
0,6 |
12,8 |
13,2 |
0,4 |
|
80 |
6,5 |
7,1 |
0,6 |
-0,1 |
0,8 |
0,9 |
-0,1 |
0,8 |
0,9 |
9,8 |
11,1 |
1,3 |
|
120 |
7,1 |
7,9 |
0,8 |
1,1 |
2,0 |
0,9 |
0,1 |
1,0 |
0,9 |
7,8 |
8,9 |
1,1 |
|
160 |
7,3 |
8,1 |
0,8 |
2,2 |
2,9 |
0,7 |
0,7 |
1,4 |
0,7 |
6,0 |
7,1 |
1,1 |
|
240 |
6,7 |
7,5 |
0,8 |
3,6 |
4,4 |
0,8 |
1,8 |
2,6 |
0,8 |
4,0 |
4,9 |
0,9 |
|
320 |
5,7 |
6,4 |
0,7 |
4,3 |
5,2 |
0,9 |
2,7 |
3,7 |
1,0 |
3,1 |
4,2 |
1,1 |
|
средняя в слое 320 см |
6,0 |
7,0 |
1,0 |
0,9 |
1,9 |
1,0 |
0,9 |
1,7 |
0,8 |
8,3 |
9,2 |
0,9 |
|
Дерново-подзолистая среднесуглинистая (метеостанция Нижний Тагил) |
||||||||||||
|
20 |
4,6 |
5,2 |
0,6 |
-2,4 |
-1,1 |
1,3 |
1,8 |
2,6 |
0,8 |
14,2 |
14,5 |
0,3 |
|
40 |
5,4 |
6,2 |
0,8 |
-1,4 |
-0,5 |
0,9 |
1,1 |
2,1 |
1,0 |
12,6 |
13,4 |
0,8 |
|
80 |
6,3 |
6,6 |
0,3 |
0,1 |
0,3 |
0,2 |
0,5 |
1,7 |
1,2 |
10,6 |
11,8 |
1,2 |
|
120 |
6,8 |
7,1 |
0,3 |
1,3 |
1,4 |
0,1 |
0,9 |
1,8 |
0,9 |
8,7 |
10,3 |
1,6 |
|
160 |
7,3 |
7,8 |
0,5 |
2,4 |
2,5 |
0,1 |
1,2 |
1,9 |
0,7 |
7,5 |
8,8 |
1,3 |
|
240 |
7,4 |
7,6 |
0,2 |
3,4 |
3,5 |
0,1 |
1,9 |
2,4 |
0,5 |
6,2 |
7,2 |
1,0 |
|
320 |
6,9 |
7,6 |
0,7 |
4,3 |
4,5 |
0,2 |
2,6 |
2,9 |
0,3 |
4,8 |
5,7 |
0,9 |
|
средняя в слое 320 см |
6,4 |
6,9 |
0,5 |
1,1 |
1,5 |
0,4 |
1,4 |
2,2 |
0,8 |
9,2 |
10,2 |
1,0 |
Зимняя сезонная климатическая стадия для дерново-подзолистых почв характеризуется пребыванием верхних горизонтов почв в мерзлом состоянии. Самая низкая зимняя температура в дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почвах отмечается на глубине 20 см, в то время как в дерново-подзолистых суглинистых почвах в зимнее время на глубине 20 см климатическая норма составляет –2,4ºС (табл. 2). В зимнюю сезонную климатическую стадию в дерновоподзолистых тяжелосуглинистых почвах глубина промерзания составила 85 см, а в дерновоподзолистых суглинистых почвах глубина промерзания составила 70 см. Сравнение характера распространения отрицательных температур по профилю почвы и глубин промерзания дерновоподзолистых почв за период 1961-1990 гг. показывает однотипный характер мерзлотного состояния исследуемых почв, однако следует отметить некоторое отепляющее влияние неглубокого залегания грунтовых вод на глубину промерзания дерново-подзолистых среднесуглинистых почв.
Современное потепление климата вызвало повышение среднедесятилетних температур дерново-подзолистых почв за период 1991-2000 гг. Для дерново подзолистых тяжелосуглинистых почв повышение среднедесятилетних температур изменялось по профилю от 1,5ºС на глубине 20 см до 1,7ºС на глубине 40 см, в то же самое время за период 1961-1990 гг. температура дерново-подзолистой почвы, характеризуемой данными метеостанции Нижний Тагил повысилась на 1,3ºС на глубине 20 см до 0,9ºС на глубине 40 см. На глубинах 80, 120, 160, 240 и 320 см повышение среднедесятилетней температуры составило 0,9-0,7ºС по данным метеостанции Гари и на 0,2-0,1ºС по метеостанции Нижний Тагил.
Таким образом, современное потепление климата за период 1991-2000 гг. вызвало повышение среднедесятилетней температуры в профиле дерново-подзолистой почвы до глубины 320 см, характеризуемые данными метеостанции Гари составило от 0,7ºС до 1,7ºС, а по метеостанции Нижний Тагил в слое 320 см среднедесятилетнее повышение температуры (1991-2000 гг.) в зимнюю климатическую стадию составило от 0,1ºС до 1,3ºС. Повышение средней десятилетней температуры в зимнюю сезонную климатическую стадию за период 1991-2000 гг. отмечается даже в самый холодный месяц. Самым холодным месяцем зимней сезонной климатической стадии для дерново-подзолистых почв является февраль, в котором средняя многолетняя температура за период 1991-1990 гг. на глубине 20 см составила –3,9ºС (табл. 4). Для этого же периода среднемноголетняя температура дерново-подзолистой почвы, характеризуемая данными метеостанции Нижний Тагил составила – 3,0ºС. С глубиной зимняя февральская температура почвы повышается, достигая своих минимальных значений на глубине 90 см. Потепление климата за период 1991-2000 гг. вызвало повышение среднефевральской температуры дерново-подзолистой почвы в слое 320 см от 2,1ºС на глубине 20 см до 1ºС на глубине 320 см по метеостанции Гари и на 1,9ºС на глубине 20 см до 0,2ºС на глубине 320 см по метеостанции Нижний Тагил.
Летняя сезонная климатическая стадия характеризуется пребыванием дерновоподзолистой почвы в спектре максимальных летних температур. Максимальная среднемноголетняя температура дерново-подзолистой почвы на глубине 20 см за период 1961-1990 гг. составляет 14,3ºС по метеостанции Гари и 14,2ºС по метеостанции Нижний Тагил. Вниз по профилю почвы температура понижается и уже на глубине 80 см для почв метеостанции Гари температура почвы снижается ниже второго биологического минимуму и составляет 9,8ºС, в то время как по метеостанции Нижний Тагил температура почвы на глубине 80 см несколько превышает температуру второго биологического минимума (10ºС) и составляет 10,6ºС. Вниз по профилю дерново-подзолистой почвы температура почвы постепенно понижается и на глубине 320 см составляет всего 3,1ºС, что значительно ниже первого биологического минимума (5ºС), а в дерново-подзолистых почвах характеризуемых данными метеостанции Нижний Тагил на глубине 320 см температура в среднемноголетнем цикле (1961-1990 гг.) составляет 4,8ºС, что следует оценить термический потенциал как ниже первого биологического минимума.
Потепление климата в летнюю сезонную климатическую стадию за период 1991-2000 гг. вызвало увеличение среднедесятилетних температур по всему профилю почвы. Глубина проникновения температуры биологического минимума (5ºС) достигла 130 см, биологически активная температура 10ºС и выше отмечается на глубине 110 см по метеостанции Гари и 130 см по метеостанции Нижний Тагил. Средняя десятилетняя температура слоя 320 см дерновоподзолистых почв повысилась на 0,9ºС от 8,3ºС за период 1961-2000 гг. до 9,2ºС за период 19912000 гг. по метеостанции Гари и от 9,2ºС до 10,2ºС по метеостанции Нижний Тагил. Повышение средней десятилетней температуры в летний период 1991-2000 гг. определяется тепловым потоком в почву в теплое время года. Самым теплым месяцем летней сезонной климатической стадии является июль месяц. Среднемноголетняя температура дерново-подзолистых почв за период 1961-2000 гг. на глубине 20 см по метеостанции Гари достигает 16,3ºС, а по метеостанции Нижний Тагил снижается до 15,9ºС. Вниз по профилю дерново-подзолистой почвы среднемноголетняя температура постепенно уменьшается, достигнув своего минимума на глубине 320 см по данным метеостанции Нижний Тагил, однако на этой глубине самая низкая температура (1,7ºС) отмечена в положительном спектре температур. Современное потепление климата вызвало увеличение среднедесятилетних температур почвы весенней климатической стадии за период 1991-2000 гг. Температура почвы на глубине 20 см увеличилась до 1,6ºС, в профиле почвы в весеннюю сезонную климатическую стадию не отмечается отрицательных температур, а температура почвы на глубине 320 см повысилась на 1ºС.
Современное потепление климата за период 1991-2000 гг. вызвало повышение среднедесятилетней температуры профиля почвы с 0,1ºС на глубине 40 см до 1,2ºС на глубине 320 см по данным метеостанции Гари и за этот же период в дерново-подзолистой почве, характеризуемой данными метеостанции Нижний Тагил температура повысилась с 0,2ºС на глубине 40 см до 1,2ºС на глубине 320 см. Необходимо особо подчеркнуть, что за период 1991-2000 гг. температура дерново-подзолистых почв на глубине 20
см понизилась на 0,1ºС по метеостанции Гари и на 0,3ºС по метеостанции Нижний Тагил. Понижение средней десятилетней температуры на глубине 20 см дерново-подзолистых почв говорит о локальном похолодании в июле месяце, однако подсчет среднедесятилетних температур летней сезонной климатической стадии как по данным метеостанции Гари так и по метеостанции Нижний Тагил показывает увеличение среднедесятилетних температур летней сезонной климатической стадии почв глубине 20 см на 0,4ºС по метеостанции Гари и на 0,3ºС по метеостанции Нижний Тагил.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант №09-04-00405-a.
TEMPERATURE DYNAMICS OF SOD-PODZOLIC SOILS IN PREDURALYE
DUE TO CLIMATIC WARMING
Oleg Reshotkin, Candidate of Biology, Main Specialist of the Branch
Tatiana Bedrina, Post-graduate Student
