Влияние широколиственных (дубовых) лесов на температуру поверхностного слоя почвы

В результате хозяйственной деятельности человека происходит изменение природных условий на планете, что ведет к нарушению функционирования и изменению состояния лесных экосистем [4].

Данный процесс приводит как к локальным, так и глобальным географическим и климатическим изменениям. Ухудшение состояния лесных экосистем является актуальной проблемой во многих частях земного шара, поскольку влияет на их экологические, климатические и социально-экономические характеристики и снижает качество жизни [4].

В связи с этим становится актуальным значение динамического моделирования лесных экосистем, которое позволяет прогнозировать различные изменения [2].

Одной из основных задач в моделировании лесных экосистем является обеспечение математических моделей почвенных и экологических процессов информацией о метеорологических условиях и водно-тепловом режиме почв [2].

Для математического моделирования теплового режима лесных экосистем используются различные модели. Одна из них - имитатор SCLISS – Soil Climate statistical Simulator [1-2, 5]. Для упомянутой модели в качестве входных данных необходимы, в частности, температура воздуха и атмосферные осадки, температура и влажность лесной подстилки и собственно почвы с месячным разрешением.

Цель исследований - анализ температурного режима почвы под различными дубовыми лесами в годовой динамике для использования их температурных характеристик в модели Soil Climate statistical Simulator -SCLISS.

Задачи исследований:

• 1.    Оценить изменчивость температуры почвы в разных типах дубовых лесов;

• 2.    Выяснить возможные причины различий в температурном режиме почв под разными типами дубовых лесов с целью их учета при моделировании температуры почвы;

• 3.    Выявить тип дубравы для использования её температурных характеристик в модели SCLISS.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследований послужили пробные площадки (различные типы дубрав) Теллермановского опытного лесничества:

• -    Дубняк ясеневый снытево-осоковый (осоково-снытевый);

• -    Дубняк липово-осоковый;

• -    Дубняк полево-кленовый;

• -    Дубняк бересклетовый.

Использовали следующее методы исследования: методика измерения температуры почвы и грунта на глубинах под естественным покровом, методика расчёта солнечной радиации, приходящей на склоны.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Проведен анализ различий в температурном режиме почв под разными типами дубовых лесов (рис. 1). Зимой температуры в разных типах дубрав различаются слабо. Летом температура в бересклетовой и полево-кленовой дубравах на 1,5-2 ОС выше, чем в осоково-снытевой и липово-осоковой дубравах.

—•— 1

—•— 3

—•— 4

Рис. 1. Годовой ход средних месячных значений температуры почвы на глубине 0,2 м в разных типах дубрав Теллермановского лесничества: 1 – д. бересклетовая, 2 – д. полево-кленовая, 3 – д. осоково-снытевая, 4- д.

липово-осоковая

Вероятно, данные различия зависят от степени затененности почвы листовым пологом древостоев, т.к. интенсивность солнечного излучения над кронами и под ними различается. Это подтверждается данными о биомассе (табл. 1) и относительной величине пропускания солнечной радиации (табл. 2).

Таблица 1

Запасы фитомассы 220-летних нагорных и склоновых дубрав [3]

Фракция фитомассы, т/га	Тип дубравы
	Осоково-снытевая	Липовоосоковая	Полевокленовая	Бересклето вая
Стволы	363	306	215	149
Ветви деревьев	59	56	40	26
Подрост и подлесок	9	6	7	4
Итого «скелет»	431	368	262	179

Листва деревьев и кустарников	4,3	4,1	3,8	3
Травяной покров	0,3	0,28	0,28	0,49
Эфемероиды	0,05	0,03	0,04	0,07
Итого листва	4,7	4,4	4,1	3,6
Генеративные органы	1	0,7	0,3	0,2
Всего	436,7	373,1	266,4	182,8

Таблица 2

Суммарная радиация (кал/ см ² ) в различных типах дубового леса

Место измерения	Ясене-снытево осоковая дубрава	Липовоосоковая дубрава	Полевокленовая дубрава	Бересклетовая дубрава
На поверхности почвы	115,62	96,38	59,85	50,7
2 м от поверхности почвы	146,85	103,2	97,05	79,2
Над кронами	5625	5625	5625	5625
% от открытого места
На поверхности почвы	2,1	1,7	1,1	0,9
2 м от

поверхности почвы

2,6

1,8

1,7

1,4

При сравнении долей пропускаемой суммарной радиации из таблицы 2 видно, что различия составляют 1-2 %. Попытка обнаружить зависимость температурного режима от доли пропущенной радиации привела к неожиданному результату (рис. 2). Зависимость оказалась обратно пропорциональной: температура оказалась выше на участках, где затенение больше. Можно предположить, что различия, как в продуктивности леса, так и в температурном режиме зависят от другого показателя.

Рис. 2. Связь температуры почвы в июне с относительной величиной пропускания солнечной радиации

Более тщательное изучение описаний исследуемых пробных площадок показало, что они находятся на склонах разных экспозиций и с различной крутизной. Возможно, именно это и является причиной указанных различий. Рассчитав суточные суммы потоков прямой солнечной радиации, приходящей на склоны соответствующей экспозиции и крутизны, мы обнаружили, что эти величины различаются существенно больше, чем относительные величины пропускания (табл. 3).

Таблица 3

Количество прямой солнечной радиации в июне, приходящей на наклонные поверхности с наклоном ориентации, соответствующей пробным площадям в дубравах

Пробная площадь	Д. бересклетовый	Д. липовоосоковый	Д. ясеневый снытево-осоковый	Д. полевокленовый
Ориентация	Юго-юговосточная	Северозападная	-	Юговосточная
Наклон, ˚	20	22,5	0	15
Сумма прямой солнечной радиации, МДж/ м 2	12,15	9,72	11,75	12,17

Из данной таблицы видно, что на пробных площадях с южной и юговосточной ориентацией количество поступающей прямой солнечной радиации больше, чем на площади, занимающей ровное плато. На пробной площади с северо-западной ориентацией она существенно меньше. По-видимому, этим можно объяснить различия в температурном режиме рассматриваемых площадок.

Т.к. осоково-снытевая дубрава располагалась на ровном месте, то полученные для нее результаты, можно использовать для характеристики зрелых дубрав, растущих на ровных возвышенных местах. Результаты, полученные для других типов дубрав не столько свойственны древостою, сколько положению относительно рельефа. Поэтому без дополнительного исследования их сложно использовать для характеристик других местообитаний.

ВЫВОДЫ

• 1.    При анализе и оценке данных по температурному режиму почв под разными типами дубовых лесов установили, что зимой температуры в разных типах дубрав различаются слабо. Летом температура в бересклетовой и полево-кленовой дубравах на 1,5-2 °С выше, чем в осоково-снытевой и осоково-липовой дубравах.

• 2.    Различия температурного режима почвы в разных типах дубовых лесов Теллермановского лесничества вызваны в большей степени их местоположением в рельефе и вследствие этого различным поступлением солнечной радиации.

• 3.    Осоково-снытевая дубрава наиболее подходит для использования её температурных характеристик в модели SCLISS, т. к. результаты, полученные для других типов дубрав не столько свойственны древостою, сколько положению относительного рельефа.