Июльская почвенная влага в ландшафтах бассейна Р. Касмалы: динамика и дифференциация

УДК 631.432.2:911.52

Июльская почвенная влага в ландшафтах бассейна р. Касмалы: динамика и дифференциация

Д.В. Черных2, С.Н. Балыкин2, Д.В. Золотов2, Д.К. Першин2, Т.В. Тарасова2, Р.Ю. Бирюков2

Soil Moisture Content in Landscapes of the Kasmala River Watershed in July: Dynamics and Differentiation

D.V. Chernykh1,2, S.N. Balykin2, D.V. Zolotov2, D.K. Pershin2, T.V. Tarasova2, R.Yu. Biryukov2

Приводятся данные по июльскому влагосодержа-нию почв ландшафтов бассейна р. Касмалы (Приобское плато, Алтайский край). Данные получены на основе двухлетних инструментальных наблюдений в контрастные по гидротермическим условиям 2012 и 2013 гг. Исследованием охвачены основные типы местоположений в пределах крупных структурно-функциональных частей бассейна — Кулундинско-Касмалинского, Касмалинско-Барнаульского увалов и Касмалинской ложбины древнего стока. Анализ показывает межгодовую изменчивость и пространственную неоднородность распределения полевой влажности и запасов влаги в метровом слое почвы. Выявлено, что авто-морфные местоположения — приводораздельные поверхности увалов и вершины грив в ложбине древнего стока — характеризуются незначительным межгодовым варьированием показателей почвенной влажности. Гидроморфные местоположения, являясь нижними звеньями ландшафтных сопряжений, наиболее чутко реагируют на изменение атмосферного увлажнения, в связи с чем показатели почвенного увлажнения здесь наиболее изменчивы. Экспозиционный фактор играет существенную роль в формировании водного режима почв на склонах. Северные и северо-восточные склоны характеризуются наибольшими запасами влаги.

DOI 10.14258/izvasu(2014)3.2-19

Based on the data of two-year instrumental observations made in hydrothermally contrasting years of 2012-2013, the article analyzes the soil moisture content in landscapes of the Kasmala River watershed (the Ob Plateau, Altai Krai) in July.

The survey covers the main types of sites within the large structural-functional parts of the watershed, i.e. the Kulundinsky-Kasmalinsky, Kasmalinsky-Barnaulsky ridges and the Kasmala ancient river bed. The analysis shows interannual variability and space heterogeneity of soil moisture distribution and deposits of soil moisture in 1 m layer of soil. It was revealed that automorphic sites (crests of ridges and low ridges in the ancient river bed) are characterized by insignificant interannual fluctuation of soil moisture. Lower hydromorphic sites of landscapes are extremely sensitive to atmospheric moisture variation, and therefore soil moisture here is most changeable. Exposure factor plays a significant role in the formation of water regime of soils on the slopes. The northern and north-eastern slopes are characterized by the highest deposits of soil moisture.

Введение. Процессы влагооборота являются важнейшим звеном функционирования геосистем и определяют водный баланс территории. Основной пропускной канал связей геосистем локального и регионального уровней с климатом проходит через летнее влагосодержание почвы, которое, с одной стороны, служит достаточно надежным геофизическим индикатором состояния геосистем, а с другой — это наиболее мощный фактор, который предопределяет их территориальную организацию [1].

Июльская почвенная влага в ландшафтах бассейна р. Касмалы.

Цель данного исследования — оценка июльских запасов почвенной влаги основных типов геосистем однородного в зональном отношении бассейна р. Касмалы в контрастные по атмосферному увлажнению годы.

Материалы и методы. Рассматриваемый речной бассейн является репрезентативным для юга Западной Сибири, где современные долины рек часто наследуют ложбины древнего стока. В зональном отношении бассейн является однородным, он целиком расположен в подзоне южной лесостепи. Основными элементами ландшафтной структуры в пределах рассматриваемого бассейна (его структурно-функциональными частями) являются юго-восточный макросклон Кулундинско-Касмалинского, северо-западный макросклон Касмалинско-Барнаульского увалов и разделяющее их днище Касмалинской ложбиОтбор образцов проводился со стенки разреза в индикаторных слоях 0-10, 10-20, 20-50, 50-100 см в троекратной повторности [2; 3]. В камеральных условиях рассчитывались следующие водно-физические свойства почв [3-5]: полевая и гигроскопины древнего стока. Современная долина р. Касмалы занимает небольшую часть днища ложбины древнего стока.

Исследования и отбор почвенных проб на территории бассейна р. Касмалы проводили во второй декаде июля 2012-2013 гг. Места, где выполнялись разрезы, выбирались таким образом, чтобы охватить основные типы местоположений в пределах структурно-функциональных частей бассейна. В 2012 г. выполнено 34 почвенных разреза (рис.). В 2013 г. разрезы закладывались в тех же местоположениях на расстоянии 1-2 м. Некоторое сокращение количества разрезов в 2013 г. связано с устранением дублирования сходных местоположений. Кроме этого, некоторые из них оказались полностью обводненными в связи с влажными метеоусловиями.

ческая влажность, плотность и запас влаги в метровом слое почвы. В работе приводятся результаты расчетов для каждого из индикаторных слоев почвы с указанием стандартной ошибки среднего арифметического.

Точки отбора проб в бассейне р. Касмалы

Таблица 1

Средняя мощность снежного покрова (Нср) в бассейне р. Касмалы, см

Результаты и обсуждение. Метеоусловия первого полугодия 2012 и 2013 гг. существенно отличались, что не могло не сказаться на июльском влаго-содержании почв. Так, зима 2012-2013 гг. была более снежной, чем предыдущая (табл. 1).

В то же время в течение каждого из четырех месяцев (апрель — июль) 2013 г. в бассейне р. Касмалы выпадало больше атмосферных осадков, чем в соответствующий месяц 2012 г., а теплый период 2012 г. характеризовался значительно более высокими среднемесячными температурами, чем аналогичный период 2013 г. (табл. 2).

Таблица 2

Метеорологические показатели теплого периода 2012 и 2013 гг., по данным ГМС Ребриха [6]

Структурно-функциональные части бассейна Год

Касмалинско-Кулундинский увал (левый борт) 31,0 69,5

Касмалинско-Барнаульский увал (правый борт) 35,0 79,0

Днище Касмалинской ложбины древнего стока 29,0 76,3

Год Средняя температура, C° / осадки, мм Сумма осадков за весь период, мм

апрель май июнь июль

В качестве интегрального показателя, характеризующего соотношение тепла и влаги, использован частный гидротермический коэффициент Селянинова, рассчитанный как отношение количества осадков к сумме среднесуточных температур за период с апреля по июль в интервале с 1940 по 2008 г., по данным ГМС Ребриха. За весь период инструментальных наблюдений 2012 г. близок к наиболее жаркому и сухому году: значение ГТК 0,56 (min — 0,33 в 1963 г.), а 2013 г. — к наиболее холодному и влажному: значение ГТК 1,38 (max — 2,24 в 1993 г.). Таким образом, рассматриваемые годы с некоторыми ограничениями можно принять за экстремумы в диапазоне значений соотношения тепла и влаги, в которых функционируют геосистемы рассматриваемого бассейна.

Хорошая дренированность и водно-физические свойства почв автоморфных местоположений, где исключается аллохтонный приток влаги, способствуют сглаживанию контрастов атмосферного увлажнения, отражающихся в количестве влаги в почве. Так, при-водораздельные поверхности увалов (плакоры) и вершины грив Касмалинской ложбины древнего стока характеризуются незначительным варьированием показателей почвенной влажности для двух лет наблюдений (порядка 3,0-5,0% в абсолютных величинах), за исключением верхних горизонтов, во многом подверженных влияниям конкретных метеоусловий.

Другой фактор, влияющий на формирование водного режима почв на склоновых местоположениях, — экспозиционный, который проявляется в разнице прогревания склонов (а следовательно, и испарения с них), в различиях перераспределения и накопления снега. Контрасты содержания влаги в почве в зависимости от экспозиционных факторов ярче всего проявляются на склонах увалов. Залесенные и значительно менее прогреваемые склоны (разрез 23) северной и северо-восточной экспозиций являются более влажными, запасы влаги на которых в два раза превышают таковые на остальных склонах (например, разрез 26). Это связано прежде всего с тем, что для бассейна р. Касмалы данные локальные участки являются зонами максимального снегонакопления. Изменения влажности для гривистых поверхностей Касмалинской ложбины древнего стока выражены не столь ярко. Хотя и отмечается, что под сосновым лесом в профиле северного склона влажность в течение всего периода вегетации выше [7]. Сосновый лес значительно сглаживает температурные колебания и условия снегонакопления.

Кроме литологии и ряда других факторов, описанных выше, на содержание влаги в почве влияет и непосредственно тип местоположения, который преломляет фоновые соотношения тепла и влаги в соответствии с местными особенностями ландшафтного сопряжения [1]. Например, на плакоре (разрез 1) и в трансэлювиальных склоновых местоположениях запасы почвенной влаги в 2013 г. увеличились на 9-18% (в зависимости от экспозиции) относительно 2012 г. Днища балок имеют наиболее высокие абсолютные значения влажности и запасов влаги, относительно сопряженных с ними ландшафтов. Кроме того, динамика изменений этих показателей более контрастна. Запасы влаги в почвах подобных местоположений (например, разрез 17) в 2013 г. увеличились более чем на 40% относительно показателей предыдущего года (табл. 3).

Таблица 3

Влага в почвах бассейна р. Касмалы

№ Местоположение Название растительной Почвенная Слой почвы, Полевая влажность, % Плотность почвы, г/см3 Гигроскопическая влажность, % Запасы влаги (0-100 см), мм

ассоциации см 2012 г. 2013 г. 2012 г. 2013 г. 2012 г. 2013 г. 2012 г. 2013 г.

и о ё « 24 Приводораздельная часть, слабовыпуклый склон восточной ЭКСПОЗИЦИИ вторичная разнотравно-тырсовая степь чернозем выщелоченный солонцеватый легко суглинистый 0-10 10-20 20-50 50-100 6,3±0,2 9,7±2,3 6,9±0,2 7,0±0,4 11,5±1,7 9,5±0,4 9,6±0,3 10,8±0,6 1,23±0,0 1,21 ±0,03 1,16±0,01 1,37±0,09 1,13±0,02 1,07±0,05 1,04±0,04 1,28±0,03 1,8±0,2 2,7±0,6 2,0±0,2 1,1±0,1 3,2±0,1 3,5±0,1 3,0±0,03 2,6±0,2 91,4 122,4

о К >> 27 Верхняя часть склона балки северо-восточной экспозиции, крутизна 18° остепненный балочный разнотравно-злаковый лес серая лесная среднесуглинистая 0-10 10-20 20-50 50-100 16,2±3,0 11,3±0,9 8,0±0,7 7,3±0,4 — 0,90±0,0 1,03±0,06 1,10±0,06 1,26±0,11 — 4,2±2,5 2,5±0,1 1,5±0,1 1,0±0,03 — 98,0 —

о л ся о я я

П П П> Я<

Продолжение таблицы 3

№ Местоположение Название растительной ассоциации Почвенная разность Слой почвы, см Полевая влажность, % Плотность почвы, г/см3 Гигроскопическая влажность, % Запасы влаги (0-100 см), мм

> й о 0 Я ^ 1 § о К £ ■ 10 Плоская поверхность террасы ложбины древнего стока разнотравно- злаковое дигрессионное сообщество чернозем слабо-выщелоченный супесчаный 0-10 10-20 20-50 50-100 12,5±0,3 12,7±0,5 5,9±0,1 6,2 ±0,1 10,3±0,4 10,8±0,3 7,6±0,6 11,4±0,9 1,35±0,02 1,28±0,02 1,28±0,02 1,42±0,01 1,35±0,04 1,21 ±0,09 1,21 ±0,06 1,19±0,03 1,1±0,3 1,6±0,1 1,4±0,1 1,2±0,1 3,1±0,1 3,1±0,2 2,8±0,04 2,9±0,2 99,5 121,9

> « 0 1 К ё № ■ с й о о я 13 Приводораздельная часть, плакор вторичная деградированная разно-травно-злаковая луговая степь чернозем выщелоченный супесчаный 0-10 10-20 20-50 50-100 12,2±0,9 13,2±0,2 10,7±2,3 6,3±0,6 12,9±0,6 12,0±0,8 8,4±0,4 7,0±0,4 1,22±0,05 1,16±0,12 1,24±0,03 1,44±0,04 1,00±0,11 1,23±0,01 1,06±0,04 1,25±0,03 1,2 ±0,02 1,6±0,2 1,7±0,2 1,1±0,1 3,2±0,2 3,5±0,1 2,6±0,1 2,3±0,2 107,1 97,9

Продолжение таблицы 3

№ Местоположение Название растительной ассоциации Почвенная разность Слой почвы, см Полевая влажность, % Плотность почвы, г/см3 Гигроскопическая влажность, % Запасы влаги (0-100 см), мм

Касмалинско-Барнаульский увал 16 Слабонаклонная поверхность террасы ложбины древнего стока гемипсаммофитная разнотравно- ковыльная луговая степь чернозем выщелоченный супесчаный 0-10 10-20 20-50 50-100 7,0±0,9 5,2 ±0,2 4,9±0,1 4,5±0,3 8,8±0,3 7,7±0,05 6,2 ±0,4 8,0±0,7 1,32±0,01 1,23±0,00 1,29±0,03 1,46±0,03 0,91±0,09 1,13±0,06 1,22±0,05 1,26±0,04 1,4±0,1 1,2±0,0 1,2±0,2 1,2±0,3 2,2 ±0,03 2,1±0,01 2,0±0,1 2,3±0,5 67,2 89,6

Касмалинская ложбина древнего стока... 4 Вершина гривы березово-сосновый караганово-травяной лес светло-серая лесная песчаная 0-10 10-20 20-50 50-100 12,5±0,7 3,2 ±0,6 2,8±0,1 2,6±0,1 5,2±1,0 2,7±0,3 1,6±0,1 1,8±0,2 0,54±0,03 1,27±0,06 1,50±0,05 1,62±0,05 0,97±0,03 1,26±0,11 1,37±0,01 1,51±0,02 1,6±0,2 0,4±0,1 0,2 ±0,02 0,2±0,0 0,9±0,2 0,4±0,04 0,3±0,04 0,3±0,1 43,9 28,7

о Л ся о Я

П П П> Я< Я

Окончание таблицы 3

№ Местоположение Название растительной ассоциации Почвенная разность Слой почвы, см Полевая влажность, % Плотность почвы, г/см3 Гигроскопическая влажность, % Запасы влаги (0-100 см), мм

Касмалинская ложбина древнего стока с вложенной современной долиной р. Касмалы 9 Обширное межгривное понижение, южная периферийная часть березовая осоково-белокрыльниковая corpa торфяно-болотная 0-10 10-20 20-50 50-100 397,7±140,5 — 0,5±0,2 — 7,1±3,9 — 228,6 —

и я о э о

— однократные измерения

Июльская почвенная влага в ландшафтах бассейна р. Касмалы.

Очевидно, что, перераспределяясь по ландшафтной катене с поверхностным и грунтовым стоками, влага, избыточная с точки зрения функционирования автономных и транзитных ландшафтов, аккумулируется в гидроморфных и полугидроморфных местоположениях, формируя локальные переувлажненные участки. И чем значительнее контрастируют показатели приходной части водного баланса, тем больше будет колебаться содержание почвенной влаги в нижних частях сопряжений.

Интересна динамика содержания влаги в почве типичного межгривного понижения (разрез 25). Если в 2012 г. влажность почвы в понижении была близка к таковой на вершинах грив, то в 2013 г. этот же показатель возрос по всей толще на 2-8% в абсолютных величинах, вместе с более чем троекратным ростом запасов влаги. По всей видимости, в сухие годы подавляющая часть атмосферной влаги используется ландшафтами грив для собственного функционирования, тогда как в более влажные годы создаются условия для дополнительного оттока избытка влаги в понижения. В нижних звеньях ландшафтного сопряжения, например в прилегающих к склонам грив тыловых частях современной долины Касмалы (разрез 20), относительно 2012 г. влажность практически по всем слоям возросла более чем в два раза, запасы влаги увеличились на 33%, превысив значение в 400 мм. Стоит отметить то, что наиболее глубокие понижения (разрезы 11 и 9), приуроченные как к днищу ложбины древнего стока, так и к ее

террасам, в 2013 г. были полностью обводнены, наблюдался выход почвенно-грунтовых вод на дневную поверхность. Ландшафты современной долины Касмалы характеризуются высокими показателями содержания почвенной влаги, кроме хорошо дренируемых поверхностей песчаных террас. Несмотря на долинное местоположение абсолютные показатели влажности, запасы влаги и их динамика сравнимы с показателями вершин грив.

Выводы

Библиографический список