Определение границ гидротермического потенциала (ГТП) горных серо-коричневых почв

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 552.21: 631.4                                 

Почвы — это динамические системы, которые постоянно изменяются и развиваются в связи с изменением географической среды — развитием ландшафта. Эти изменения различны и происходят на разных уровнях стадий развития почвы в пространстве и времени. Ландшафтная модель природы создает и устойчиво сохраняет естественное биоразнообразие в указанных границах путем регулирования абиотических воздействий посредством рельефа в тех же климатических условиях, на элементарных территориях. Хотя на первый взгляд это может показаться противоречивым, изучение локальных особенностей позволяет выявить теоретическую основу для этого, а дифференциация земной поверхности в формате микрокатена по данным ГТП обеспечивает наличие разнообразия [3‒6, 13].

Различия гидротермического режима в экосистемах, сложенных разными растительными формациями, неоспоримо. Потребность в воде вегетативных органов высших растений — деревьев, кустарников и травянистых растений, являющихся основными элементами растительного покрова леса-различается в фазы развития, что тесно связано с объемом биомассы растения, площадью листовой поверхности и формой. Таким образом, существование биоразнообразия на ландшафтной территории возможно в условиях, когда влагообеспеченность реализуется в разной степени на элементарном ареале и ГТП в почвенной среде различен [14].

Объект и методы исследований

Объектом исследования выбрана предгорная зона северо-восточного склона Кавказа, в районе Сиазани. Объект исследования расположен на высоте 405‒440 м и выше над уровнем моря. Тип почв, преобладающий на данной территории — горные серо-коричневые (каштановые), растительность представлена ксерофиль-ными лесами и их смесью с кустарниками. Предгорная зона представлена небольшими склонами и невысокими горами с различной (12.3÷19.1) экспозицией, расположенными на северо-восточном склоне хребта (Рисунок 1).

Рисунок 1. Общий вид исследуемой территории

Как видно из Рисунка, на разных участках экспозиции территории наряду с мезофильными лесами сформировались и луга, что свидетельствует о различии гидротермического режима почв и требует научно обоснованного объяснения [3‒5, 7].

Восточные и западные склоны горных хребтов различаются по растительности. Наряду с упомянутыми здесь растительными формациями широко распространены также луга. Это свидетельствует о неравномерном распределении гидротермических ресурсов. Существование этого процесса подтверждается значениями гидротермического потенциала поверхности почвы.

Среднегодовая температура и годовое количество осадков в этом районе составляют 11,1°C и 530 мм соответственно.

Климат зоны характеризуется как умеренно-теплый и влажный. Коэффициент общей влажности К u =1,0‒1,5, общая радиация колеблется в пределах 132‒136 ккал/см² [1, 2].

Почвы опытного участка относятся к горному серо-коричневому типу и характеризуются глинистыми механическим составом. Гранулометрический состав напрямую связан с плотностью почвы. Исследования показывают, что плотность почвы составляет 1,16‒1,23 г/см3. Плотность низкая в верхних слоях и закономерно увеличивается по профилю (Таблица 1).

Таблица 1

Средние показатели плотности горных серо-коричневых почв (0‒30 см)

Слой почвы, см	Плотность почвы, г/см3	Средняя плотность почвы, г/см3
0‒10	1,16
10‒20	1,23	1,24
20‒30	1,32

Исследования, проведенные с высокой частотой повторения, показывают, что средняя статистическая плотность почвы составляет 1,24 г/см3.

Метод исследования основан на определении и сравнительном анализе гидротермического потенциала почвенных сред под растительностью различных экосистем. Глубинное распределение температуры и влажности почвы изучали непосредственно в полевых условиях, гидротермический потенциал среды определяли на срезах, выполненных в 3-х повторности, и сравнивали со среднестатистическими показателями. Согласно этой методике определить граничные условия, уточнить и охарактеризовать свойства распределения по профилю можно с помощью параметра, характеризующего произведение температуры потенциального грунта и степени его влажности, который составляет формируется под воздействием внешних климатических факторов в почвенной среде — ГТП.

Использованы современные многопараметрические приборы, работающие по принципу «почво-момент», позволяющие проводить прямые измерения статико-инерционных и функциональных показателей почвенной среды в естественных условиях. Температура и влажность почвы определялись с помощью многопараметрического мобильного прибора ЕС-350 (США).

Представленные исследования посвящены интерпретации исследований, проведенных с использованием нового перспективного подхода, предложенного Н.Р. Сулеймановым, и интерпретируются на основе принципов ландшафтной адаптации гидротермического потенциала (ГТП), который формируется за счет распределения поверхностных потоков и транспирации влаги [9‒12].

Интерпретация результатов исследований

Определение гидротермического потенциала почвенного профиля с учетом пластичности рельефа горных территорий позволяет более точно учитывать локальные нюансы влияния климатических факторов. Вид, представленный на Рисунке, показывает, что восточная и западная части горы совершенно различны по структуре растительности. Так, на западном склоне сформировались луга с преобладанием травянистых растений, а на восточном — ксерофильные леса. Дифференциация растительного покрова элементарного участка суши под влиянием одних и тех же климатических факторов и режима создает прочную теоретическую основу разнообразия гидротермического режима.

Почвы опытного участка характеризуются как горные серо-коричневые и имеют суглинистый механический состав, что соответствует общим почвенно-экологическим условиям района. Признаки водной эрозии, характерные для горного рельефа, подтверждаются наличием микротеррас, трансформацией структуры растительности, дифференциацией растительности на террасах и растительности на межтеррасовых склонах, а также сходством состава растительности горного склона.

Формирующие его климатические максимумы периодически создают делювиальные потоки, приводящие к подземным оползням и вызывающие определенные изменения в структуре элементов ландшафта.

В Таблице 2 приведены трехлетние средние статистические показатели плодородия, влажности и элементов ГТП, формирующих подлесной горно-серо-коричневый тип почв.

Таблица 2

СРЕДНЕГОДОВЫЕ СТАТИСТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГТП, СФОРМИРОВАННЫЕ

В ПОДЛЕСНЫХ ГОРНЫХ СЕРО-КОРИЧНЕВЫХ ПОЧВАХ

Глубина, см	Температура, ˚C	Влажность, %	Запас влаги, мм	ГТП, snr	Гумус, %
3	23.49	18.57	12.10	284
5	23.50	25.23	15.61	367
10	21.47	37.80	22.11	475
15	21.37	47.03	28.25	604	3.3
20	20.40	46.87	28.89	589
25	19.73	51.97	30.59	604
0-25 см	21.29	41.68	25.09	528

Как видно из Таблицы 2, среднестатистическое значение температуры почвы (в слое 25 см) колеблется в пределах 19,73‒23,50°C. В целом он имеет тенденцию к снижению и не синхронизирован с влажностью. Остальные параметры и показатели почв имеют характер возрастающей функции по профилю, исключение наблюдается с общей теорией плодородия. Величина ГТП, сформированная в подлесных горных серо-коричневых почвах, имеет интервал изменения в пределах 284‒604 snr по расчетным слоям, при этом максимальное значение находится на глубине 25 см, а минимальное — в верхнем слое. Средний статистический предел экосистемы составляет 528 snr.

В Таблице 3 показано распределение ГТП по глубине и параметры почв, сформированных под смешанной злаковой (полынно-эфемеровой) растительностью.

Как видно из Таблицы 3, трехлетние средние статистические показатели являются функцией снижения и повышения температуры и влажности почвы соответственно. Колебание температуры почвы в слое 25 см составляет 3,4 C при нижнем пределе 25,37 C, а динамика влажности — 36,9% при верхнем пределе 52,0%. Запас влаги в слое почвы глубиной 10 см увеличивается в 3 раза по сравнению с верхним слоем. Причина низкой влажности верхнего слоя заключается в том, что корневая система злаковых растений распространяется преимущественно на этой глубине и использует поступающие запасы воды.

Таблица 3

СРЕДНЕГОДОВЫЕ СТАТИСТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГТП, СФОРМИРОВАННЫЕ

В ПОДЛУГОВЫХ СЕРО-КОРИЧНЕВЫХ ПОЧВАХ

Глубина, см	Температура, ˚C	Влажность, %	Запас влаги, мм	ГТП, snr	Гумус, %
3	28.80	15.03	7.76	223
5	25.37	19.33	9.67	245
10	25.37	34.43	17.22	437
15	25.43	52.00	26.00	661	2.9
20	26.03	50.43	25.22	656
25	26.70	42.90	21.45	567
0-25 см	25.78	39.82	19.91	513

Среднестатистический предел гидротермического потенциала экосистемы составляет 513 snr. Диапазон изменения ГТП составляет 223‒661 snr, наименьшее значение наблюдается в верхних слоях, наибольшее — на глубине 15 см. Как видно из Таблиц 2 и 3, показатели ГТП различаются в лесных и луговых условиях. Несмотря на одинаковые климатические условия и гидротермический режим, обстановки формирования ГТП соответственно различаются в зависимости от географической экспозиции и рельефа, что обусловлено разнообразием растительного покрова (лес, луг), перераспределением влаги поверхностными стоками (528‒567 snr). Интенсивное исполь-зование влаги высшими лесными растениями приводит к тому, что значения ГТП в слое 0‒10 см лугов ниже, чем в лесу, и наоборот, выше в нижних слоях.

Выводы

ГТП, сформированный в подлесных горных серо-коричневых почвах, имеет интервал, колеблющийся в пределах 284‒604 snr в расчетных слоях. Средний статистический предел экосистемы составляет 528 snr.

ГТП, сформированный в подлуговых горных серо- коричневых почвах, имеет интервал, колеблющийся в пределах 223‒661 snr в расчетных слоях. Средний статистический предел экосистемы составляет 513 snr.

Определены среднегодовые статистические пределы естественного гидротермического потенциала — ГТП горных серо-коричневых почв, находящиеся в замкнутом интервале [513÷528] snr, а ГТП, формирующийся в условиях горных серо-коричневых почв, развивающихся в луговых и лесных экосистемах в пределах 513, 528 snr соответственно.