Сезонная динамика температуры почв лесных и открытых биотопов заповедника «Басеги»

Температура почвы – важный фактор ее плодородия, обусловливающий развитие разнообразных взаимосвязей в ландшафте. Именно температура почвы наряду с влажностью оказывает мощное воздействие на основные почвообразующие процессы, накопление биомассы и биологическую продуктивность ландшафта.

Цель работы – выявить динамику почвенных температур за вегетационный период в лесных и открытых биотопах заповедника «Басеги» и оценить влияние древесного полога (по сравнению с открытыми биотопами) на формирование не только теплового режима, но и, по возможности, микроклимата путем анализа данных близких по расположению метеоточек, открытых или лесных, расположенных на разных высотах и склонах различной экспозиции. Лесные биотопы, в которых проводили наблюдения, были представлены темнохвойной тайгой (постоянные фенологические площадки (далее – ПФП) № 1 и 10), открытые биотопы – лугами (ПФП № 3 и метеопост кордона Коростелевка). Кроме того, рассматривались температуры почв таких полуоткрытых и открытых биотопов, как криволесье (ПФП № 4), горная каменистая тундра (ПФП № 7) и верховое болото (ПФП № 11). Схема расположения ПФП, которые использовали в работе, дана на рисунке.

Вегетационный период 2010 г. был сухим и довольно жарким, а предыдущий 2009 г. по своим гидрометеорологическим показателям был близок к многолетней норме. Особенности погодных условий 2010 г. довольно отчетливо отразились на показателях почвенных температур под пологом леса и на открытых площадках (табл. 1, 2).

Наблюдения за температурой почвы под пологом леса (ПФП № 1) и на открытой площадке (ПФП № 3) в течение теплого вегетационного сезона 2010 г. показали, что она существенно отличается. Наиболее контрастными абсолютными температурами обладают почвы на открытой площадке, где даже в конце мая в результате заморозков температуры на поверхности опускались до – 6°С, а на глубине 20 см почва прогрелась до +7°С. Затем с возрастанием интенсивности солнечной инсоляции температуры как на поверхности, так и на глубине неуклонно увеличивались – до +12 … +14,5°С (8 августа). Несомненно, столь значительное прогревание почвы на ПФП № 3 связано еще и с ее механическим составом: здесь преобладают среднесуглинистые почвы, которые лучше и быстрее прогреваются, нежели почвы глинистые и тяжелосуглинистые (ПФП № 1). Таким образом, тепловые свойства почв зависят не только от поступления солнечной энергии, но и от ее механического состава (Лыков, Коротков, Громакова, 1983).

С другой стороны, в горных лугах и на олуго-вевших полянах заповедника «Басеги» в любой момент вегетационного периода возможны заморозки на почве, что препятствует возобновлению на них подроста чувствительных к заморозкам по-

род хвойных деревьев, в частности, пихты (Шевелев, Турков, 1981). Открытая поверхность сильнее охлаждается в ночное время, что способствует значительному выпадению росы (на 10-15 мм больше, чем в лесу).

Q – постоянные фенологические площадки □  – метеопост Коростелевка

Схема расположения ПФП и метеопоста Коростелевка, где проводились наблюдения за почвенными температурами в 2010 г.

Измерения температуры почвы под пологом что плотная лесная подстилка даже в начале сезо-сомкнутого хвойного леса (ПФП № 1) показали, на не допускает сильного охлаждения почвы с по- верхности. В то же время почвы под лесной под- причине они медленнее отдают тепло с наступле-стилкой медленнее прогреваются, потому что нием холодного периода.

имеют тяжелый механический состав. По этой

Таблица 1

Температура почвы под пологом темнохвойного леса и на открытой площадке за летний период 2010 г.

ПФП № 1 (под пологом леса)			ПФП № 3 (открытая площадка, луг)
Дата	t°C		Дата	t°C
	поверхность почвы	глубина 20 см		поверхность почвы	глубина 20 см
27.05.2010	-4.0	7.0	24.05.2010	-6.0	7.0
15.06.2010	-1.5	7.5	14.06.2010	12.0	8.5
20.07.2010	3.0	9.5	16.07.2010	9.5	12.5
08.08.2010	8.5	13.0	08.08.2010	12.0	14.5
19.08.2010	-1.0	11.5	19.08.2010	0.5	10.0
15.09.2010	-7.5	5.5	15.09.2010	0.5	6.5

Таблица 2

Температура почвы под пологом темнохвойного леса и на открытой площадке за летний период 2010 г.

ПФП № 10 (под пологом леса)			Метеопост Коростелевка (открытая площадка, луг)
Дата	t°C		Дата	t°C
	поверхность почвы	глубина 20 см		поверхность почвы	глубина 20 см
27.05.2010	-2.5	9.0	27.05.2010	4.0	11.0
27.06.2010	7.5	11.0	27.06.2010	7.4	14.6
30.07.2010	7.0	15.0	30.07.2010	15.5	18.9
12.08.2010	4.5	16.0	12.08.2010	13.6	18.5
18.08.2010	-3.0	10.5	18.08.2010	0.0	11.6
28.09.2010	-1.5	7.5	28.09.2010	-2.9	6.2

Большую роль в формировании теплового режима играет экспозиция склона. Открытая луговая ПФП № 3 расположена на склоне юго-западной экспозиции, следовательно, прогревается лучше, чем ПФП № 1, расположенная на западном макросклоне и значительно ниже над у.м. Да и сам лес, имеющий высокую сомкнутость, не способствует значительному прогреванию почвы, т.к. перехватывает часть солнечной радиации.

Аналогичные закономерности выявлены и при сравнении данных, полученных в других подобных биотопах (ПФП № 10 и метеопост Коросте-левка, табл. 2). Летняя разница почвенных температур между ними существенна. Так, 27 мая температура на поверхности почвы под пологом хвойного сомкнутого леса (ПФП № 10) была отрицательной (–2,5°С), на открытой площадке – плюсовой (+4°С). Соответственно, на глубине 10 см на метеопосту «Коростелевка» температура на 2°С выше, чем под пологом леса. Данные табл. 2 свидетельствуют, что под пологом леса температура как на поверхности почвы, так и на глубине 10 см практически на протяжении всего вегетативного сезона была значительно ниже, чем на открытой площадке. В среднем разница температур на поверхности почвы сравниваемых биотопов за вегетационный период составила 3,4 единицы, а на глубине 10 см – 1,9 единиц. В отдельные дни (30 июля) температура на поверхности почвы на ПФП

№ 10 была ниже, чем на метеопосту Коростелевка, в 2,2 раза (табл. 2).

Таким образом, в результате наблюдений выявлена существенная разница летних почвенных температур исследованных биотопов, а степень влияния лесного полога на эти показатели однозначна, независимо от местных климатических условий. Под пологом 180-летнего пихтово-елового леса (ПФП № 10) средняя температура почвы значительно ниже и менее контрастна, чем на луговых биотопах. Главным определяющим фактором влияния древесного полога на температурный режим почв является общий запас фитомассы и листовой индекс фитоценоза, что делает микроклиматический эффект древесного полога более выраженным. Наши стационарные наблюдения вполне укладываются в существующее представление о том, что в темнохвойной тайге под лесным пологом формируется свой гидротермический режим почв, отличный от гидротермического режима открытых биотопов (Шевелев, Турков, 1981; Турков, Шевелев, 1981).

По своим погодным условиям 2010 г. характеризовался как теплый и сухой. В течение почти двух месяцев на Басегах и на всем Среднем Урале преобладала антициклональная погода, сопровождающаяся засухой. Циклоны наблюдались лишь в мае и конце августа. В связи с этим представляет интерес динамика почвенных температур в горных полуоткрытых и открытых биотопах – в криволе- сье и горной тундре (табл. 3).

Таблица 3

Температура почвы на открытых площадках ПФП № 4 и ПФП № 7 за летний период 2010 г.

ПФП № 4 (криволесье)			ПФП № 7 (горная тундра)
Дата	t°C		Дата	t°C
	поверхность почвы	глубина 20 см		поверхность почвы	глубина 20 см
26.05.2010	-4.5	9.5	26.05.2010	-3.5	9.0
26.06.2010	4.5	9.5	26.06.2010	4.5	9.5
31.07.2010	1.5	14.5	31.07.2010	2.5	15.5
19.08.2010	0.0	10.0	17.08.2010	3.5	7.0
23.09.2010	-5.5	7.0	23.09.2010	-5.0	6.0

ПФП № 7 расположена на 116 м выше ПФП № 4. Кроме того, она полностью открыта, древесный ярус на ней отсутствует, поэтому почва тут прогревается значительно лучше как на поверхности, так и на глубине. Экстремально жаркая погода привела к прогреву ПФП № 4 и ПФП № 7 до 14,5-15,5°С, и даже в конце сентября здесь отмечены плюсовые температуры на глубине 10 см. Это свидетельствует о том, что почвогрунты высокорасположенных биотопов быстрее прогреваются и медленнее охлаждаются, чем почвогрунты подножий гор и депрессий (Коломыц, 1979).

Верховое болото, где заложена ПФП № 11, расположено на высоте 511 м над ур. м., в северозападной части заповедника. Почва здесь болотная верховая торфяно-глеевая тяжелосуглинистая на делювиальных глинах, с избыточным грунтовым увлажнением и редким угнетенным древесным ярусом. Избыточное поверхностное увлажнение сохранялось тут все предыдущие годы наблюдений. Имея тяжелый механический состав, почва на ПФП № 11 задерживает в себе влагу, а влажная почва сильно и глубоко промерзает. Поэтому здесь вплоть до 15 мая температура почвы на поверхности была отрицательная и в дальнейшем в течение лета прогревалась незначительно. Уже в середине августа температура на поверхности почвы снова становится отрицательной, но на глубине 5–15 см до конца сентября сохраняются положительные температуры (до +7°С). Это связано с тяжелым механическим составом болотных почв, плохо отдающих тепло, и их низкой водопроницаемостью.

Стационарные наблюдения, проводившиеся в вегетационный сезон 2010 г. на открытых и лесных ПФП заповедника «Басеги», выявили следующее:

• 1.    Температурный режим почвогрунтов находится в прямой зависимости от местоположения ПФП, типа почвы, ее механического состава, структуры, положения в рельефе, растительного покрова, степени увлажненности.

• 2.    Под пологом сомкнутого темнохвойного леса (ПФП № 1 и ПФП № 10) плотная лесная подстилка, состоящая из хвои и растительных остатков, препятствует сильному охлаждению поверхности почвы.

• 3.    На территории заповедника почвы лесных ПФП имеют преимущественно тяжелосуглинистый механический состав, они медленно прогреваются, но и медленно отдают тепло с наступлением холодов. ПФП, заложенные в полуоткрытых и открытых биотопах, весной во время заморозков нередко имеют поверхностную температуру ниже, чем лесные ПФП. В то же время в течение вегетационного периода они прогреваются гораздо лучше, чем лесные.

• 4.    Почвогрунты биотопов, расположенных более высоко над ур. м., прогреваются быстрее и медленнее охлаждаются, чем почвогрунты подножий гор и депрессий.

• 5.    Избыточное увлажнение почв подножий гор и межгорных депрессий с верховыми болотами оказывает отрицательное влияние на температурный режим, т.к. влага является плохим проводником тепла.

• 6.    Проведенное обследование почв и динамики их температур на разных высотах, от 320 м до 850 м над ур. м., в разных ландшафтных поясах, и уклонах различной амплитуды выявило тенденцию к понижению температуры почв в направлении от литоморфных к сублитоморфным фациям и расположенным ниже – субгидроморфным и гидроморфным в пределах ступенчатой морфострукту-ры.

• 7.    Подтвердилось положение многих исследователей о том, что под пологом темнохвойной тайги формируется свой гидротермический режим почв, отличный от гидротермического режима открытых биотопов.

• 8.    Наиболее резко градиент температуры и влажности прослеживается на глубине 20 см. Вниз и вверх от этого уровня градиент уменьшается. На Среднем Урале, в т.ч. и на Басегах, 20сантиметровый уровень в горных почвах почти повсеместно соответствует иллювиальному горизонту В, глинистому с примесью щебня.

• 9.    По своим погодным условиям 2010 г. можно считать аномально теплым и сухим. Высокие температуры воздуха в 2010 г., по сравнению с 2009 г., когда было нормальное сочетание антициклональных и циклональных погодных условий, тем более с преобладанием последних, привели к большему прогреву почвы всех типов на всех го-

• ризонтах в исследуемых биотопах. Превышение в положительную сторону составило для всех ПФП по всем горизонтам в среднем 3–4°С.