Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности распределения и передвижения влаги в зоне аэрации торфяных почв осушенных лесов

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Особенности распределения и передвижения влаги в зоне аэрации торфяных почв осушенных лесов"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ШНИНА, ОРДЕНА 01СГЯВРЬСК0й РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ . ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОЕЛ

Факультет почвоведения

На правах рукописи

ЭЙЗЕРМАН НИКОЛАЙ ИОСИФОВИЧ

УДК 630*237.2:630*114

ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ВЛАГИ В ЗОНЕ АЭРАЦИИ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ ОСУШЕННЫХ ЛЕСОВ

Специальность: 03.00,27 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1У90

Работа выполнена в Лаборатории лесоведения АН СССР

Научный руководитель: доктор биологических наук

С.Э.Воыперский

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

И.И.Судницын

кандидат биологических наук В.М.Винокурова

Ведущая организация: Московский лесотехнический

институт ШГГИ

Защита состоится " дбхл&кА 1990г. в часов

на заседании специализированного совета К 053.05.16 по почвоведению в МГУ им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова.

Автореферат разослан "_"_ 1990г.

Ученый секретарь ^¿а^ специализированного совета, канд. биол. наук Г.В.Мотузова.

Около ¿4о млн.га территории государственного лесного фонда СССР занимают болота и заболоченные леса, продуктивность которых, как правило, низка. Избыточное узлажнение дшке потенциально богатых почв не позволяет создать высокопродуктивные леса, обуславливает невозможность нормального ведения лесного хозяйства. Основным средством поььгаения продуктивности заболоченных и болотчих лесов является гидролесомелиорация. ^ СССР гидролесомелкоратившм работам уделяется большое внимание, ¿негодные объемы гидролесоме-лиерацчи составляют 170-1130 тыс.га и к настоящему времени уже имеется более Ь или.га осушенных лесных земель. Однако эффективность лесоосушзния ограничивается не только недостатка;«! практики, ко и недостаточной изученностью биогеэценологических основ гидролесомелиорации.

Актуальность темы определяется народохозяйственной значимостью гицролесомелиорации и недостаточной изученностью ряда её биологических и физических основ. Одной из основных проблем является создание оптимального водного режима почвы в осушаемых лесах, при котором продуктивность мелиорируемых дрепостсьв будет наибольшей. Задача оптимизации сводится к определению оптимального для деревьев интервала увлажнения и его поддержанию в течение вегетации. Для её реаенкл необходимо знать как экологические особенности древостоев, так и особенности свойств мелиорируемых почз, закономерности распределения и передвижения в них влаги. Несмотря на важность этих вопросов, в гидролесомзлиорагивной науке они пока слабо исследовании.

Цели и задачи иезледоьаний. Целью исследований являлось изучение рекима увлажнения и основных определяющих ег'о свойств лесных торфяных почв разного генезиса, подвергнутых мелиорации.

Были поставлены следующие задачи:

X. Изучить физические и водно-физические свойства осушенных лести торфяных почв.

Лсследовать некоторые видя передпнжекия почвенной влаги.

3. Выявить основные черты динамики увлажнения карнеобитаемо-го слоя в течение вегетации.

4. Оценить условия вл.чгообеспсченности дрегюстоез на осушен-ньге землях и определить нормы осушения торфяных почв при ги д и'ке с оме ли о рации.

.1а/ч;пя .-■.-■ и пр-е.г.'.'-гескс-й зьпчепле.. й результате иссле-

довании ымеыьич различия в иодио-^мзических свойствах и характере персш-идения вяаги в осушенных лесных верховой и низинкой тор-

1-105/у

фяных почвах, оценено влияние температуры на величину капиллярного давления почвенной влаги (Рк). Изучена динамика Рк в корнеоби-гаемом слое осушенных лесов, её зависимость от метеофакторов и колебаний уровня почвенно-грунтовых вод (У11ГВ). Определено пространственно-временное варьирование увлажнения корнеобитаемого слоя и его зависимость от микрорельефа поверхности и гетерогенности режима почвенно-грунтовых воц в межканавном пространстве. Обоснованы нормы осушения лесныг Jpфдныx почв з условиях Нечерноземной зоны. Установлено, что при гидролосомелиорации ШГЗ в течение вегетации должен находиться в верховой торфяной почве на глубине от 30 до ¡эОсм, а в низка' >й торфяной почве - от 60 до 70см.

Апробация работы. Основные положения работы изложены на: IX конференции молодых ученых факультета почвоведения МГУ (Москва, 1^87); Всесоюзной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 100 летшо со дня рождения А,Н.Костикова (Москва, 158'/) ¡^Всесоюзном совещании "¿Эксперимент и математическое моделирование при изучении биогеоценозов лесов и болот" (Западная Двина, 1967); Постконгрессной экскурсии УШ международного конгресса по торфу (Западная Двина, 1988).

Публикация результатов работы. Но материалам диссертации опубликовано б печатных работ.

Структура диссертационной работы. Диссертация изложена на страницах машинописного тг-чста, состоит из введения, б глав, выводов. Работа содержит & таблиц и 3& ' рисунков. Библиография содержит наименований , в том числе работ зарубежных авторов.

Содержание работы.

Глава I. Торфяно-болотные почвы, как объект мелиорации.

Многочисленные работы посвящены'изучению водного режима и свойств торфпно-болотньк почв (Аверьянов, 19о7; Иванов, 19о7; Костяков, 1961; Корчунов и др., 1961; Скрынникова, 1йо1; Романов, 1961; Лушущ, 1964; Лиштван, Король, 197о; Тюремнов, 1976; Ьонда-ренко, Коваленко, 1979; ЗеС^ссИ/Х&тг, 1976 к др.).

Исследованы особенности формирования и разработаны рекомендации по регулированию водного режима в различных условиях (шебеко, 19/0; Ыаслов, 1970; Зубец, Еськов, 1960; и др.), изучены изменения свойств торфяных почв, связанные с осушением (Зубец, Дуброва, 1974; и др.), для ряда культур установлены нормы осушения (Голованов и др., 197о; Улслов, 1980; Афанасик и др., 1930; и др.).

Изучение мелиорируемых лесных торфяных почв (Вомперский, 1966; Пятецкий, 1976; Вабиков, 1980; Залитис, 1У63; Ра.)' уо пеп, 1973 и ар.) показало, что они как по степени осушения так н из-за отсутствия обработки отличаются по своим сзойстввм и полному режму от других торфяных почв и требуют самостоятельного глубокого изучения.

Для этого необходимо исподьзовагь термодинамический поскод,

который позволяет физически строго оценить водоудергеивэюкуга способность и степень осушенности почвы и дает универсальный критерий для оптимизации еодного режима.

Глава 2. Объекты и методы исследований.

Исследования проводились в 19У6-88 гг. на объектах опытного лесооеуаения ЗападнодБинскогс стационара Лаборатории лесоведения АН СССР ССадншнхкач обл.). Изучаемые объекты представляют собой наиболее характерные по условиям формирования водного баланса участки олиготрофного (Сосзятекой), евтрофиого (Грустинка) и ме-зо-езтрофного (Заилозье) болот, осуиенных сетью открытых каналоз глубиной 0,9-1,4ч при расстоянии между нт.'и 100-130м.

Объект "Сосвятское" - центральная часть болотного массива цзнтрачьно-олиготрофного типа развития. Атмосферный тип аощго-кинеряльиого питания, йоаяосгь торфа более ом. Почва торфяная верховая образована шг^лланикум торфом со степенью разложения э-

Зольность 3-3,ой, РН - около 2,о, Растительность представлена сосняком аидромааово-пу.2ицево сфагновым класса бонитета.

Объект "Грустинка" - краевая часть болотного массива озерного происхояаешя. .'.т^ооферао-грунтовык тип питания с участием намывных склоновых вод. йотность торфа до 6м. Почва торфяная низинная из apei.eaiio-Kii3iiwu.~x торфа в (ст.р. ЗЬ-4оЙ), РН , зольность

'/-¡.1%, Растительность - сложи® боло-гкке сосняки Ш-*/ класса бонитета.

Объект "Зэиловьв" - участок, заболоченной поверхности долинных знпдргв* Ат^сч;ферн0~гр.унт"Б08 пкткппе с участием лопорлзго питания из грунтовых иод. Глубина торфа 1,3-2.«. Низинлая торфшая гюйса сложена црбласно-низинидаи торфом (ст.р. 40-41»!?) и осоко-по-нлйИ!»(1»)й (ст.р. Г.1 , ззль.чоетъ 0-135.

Гистительаость представлена сложными болотник сосняками класса бл'лтета,

.у.ет.'-лм псс-.т^юпачиЛ. «дбдкавшт зД яиндмикой капиллярного дав-яеина дочодшД глагв с существтяли аг. створа:.!, перле ¡;;икулярпым '¡су:Л1т.'ЛК>:. .п объектах оборудог-ала по 3 точек наблидени;!, в каж»

дой из которых устанавливался блок еензиометров с ртутными манометрами и датчиками на глубинах 7,5 , 20 и 40см. Измерения Рк проводили в утренние часы 1-2 раза в неделю. Одновременно определяли уровень почвенно-грунтовых вод в близлежащей скважине и отбирали образцы почвы из верхних 5см на влажность. Один раз в 2 недели отбирали образцы для определения влажности с глубин установки текзиометров.

Физические свойства и почвенно-гидрологические константы определяли на почвенных образцах в 3х - 5 кратной повторности по методикам принятым для торфяных почв (Зайдельыан, i960). Гидрофизические характеристики: зависимость давления почвенной влаги от влажности почвы (W) и зависимость коэффициента влагопровод-ности (Кв) от давления - определяли зондовым методом на капиллярные трической установке (Судницын и др., 1973).

Проводили опыты по изучению гистерезиса (Дэекунов и др.,1987) и влияния на Рк температуры (Файбишенко, 1983).

Передвижение почвенной влаги изучали на монолитах, вырезанных из залежи и помещенных в пластмассовые оболочки, которые по высоте были оборудованы тензиометрами.

Глава 3. Физические и водно-физические свойства осушенных лесных торфяных почв.

Свойства торфяных почв определяются видом, степенью разложения и зольностью слагающих их растительных остатков. У верховой торфяной почвы, образованной слабораэложившимися сфагновыми мхами, плотность оказалась почти в 2 раза ниже, чем у хорошо разложившейся низинной (табл.1).

Таблица I. Основные физические свойства лесных торфяных почз (глубина 20см).

'.Плотность 1 Плотность 1 ПористостьjНаименьшая (Влажность |Козффици- I {почвы, ¡твердой ¡(общая), ¡влагоемкость,}завядания,¡ент фильг-}

! о l$a31S I I « ipa4S2' I

! г/см I г/см \% от \% от \% от |«Ю ц/с I

1_]_1 объема I объема_1 объема 1_1

| Верховая торфяная почва

I 0,065 1,52(1,25)* 95 62 10,4

j Низинная торфяная почва

1 0,136 1.58(1.35)* 90_72_15.6

! * при предварительном насыщении образцов

4 ! ! I

I

I

Плотность твердой фазы почвы по объектам различалась незначительно, а когда образцы были предварительно насыщены, её значения оказались на 1й-2С$ меньше, чем при анализе воздушно-сухпх образцов, такая зависимость свойств от состояния увлажнения характерна для торфяных почв и связана с высоким количеством органических веществ, входящих в их состав. Общая пористость (общая влагоек-кость), составляет у верховой торфяной почаы Уо-97,®, а у низинной УО-УZfo от объема. При этом характер распределения пор по размерам и зависшее от этого свойства у рассматриваемых почв различны, для верховой почвы характерно болыаее количество "крупных" пор с эффективным диаметром ( ¿ар) более 120 мкм (30-40% от объема) и низкое содержание "мелких" пор ( сiwp менее 3,3 мкм-до '¿01), В низинной почве распределение пор по размерам более равномерное, "крупных" пор около lut, "мелких" - 30-3b%. Из-за преобладания "крупнчг/." пор наименьшая влагоемкость верховой торфяной почвн на i'j-lo% меньше, чем низинной.

Различия в распределении пор ею размерам определяют вид зависимостей ?к \W ) и Кв (Рк) (рис.1).В верховой торфяной почве водя в крупньгх порах между слабораэложивиммися растительными остатками удерживается незначительными силами. В связи с этим верховая почва обладает значительной дифференциальной вдагоемкостью, которая быстро снижается при уменьшении Рк. При давлении -МкПц в ней остается 40-jûÎ влаги, a пш Рк -80кЯа влагосояержа1!ие умоньшаегся до 26-30Î от объема. Обладающая аироким спечтром пор различного диаметра, низинная почва имеет больвую вояоудерживаю-щув способность. При Рк=-ЮкПа влагосодержа'ше от объема,

а при Рк=-вОкиа - около 00%.

С глубиной на всех объектах происходит сдвиг зависимости Рк ( W ) в сторону больней влажности, указывающий на увеличение во-доудертававв;ей способности нижних более уплотненных и разложившихся слоев.

Наибольшее количество "крупных" пор имеет верхний 0-а (Ю)см слой, что ухудиает его способность удерживать влагу. При давление ниже -oC-KÎia характер пористости оказывает меньшее влияние на водоудержание и разл'.г-шя между отдельными слоями снижаются.

для почв болотных лесоз характерен выраженный макрорельеф, элешнти которого различается по свойствам. Обладающие большей • плотность» и 5ол;5э раеномерныч распределением пор мнкропонижекия хирактерязуатсд и лучяей годоуноржлвающей способностью. Яри оцп-накором давлении влажность в них на 10-20^ вида, чем в ышеропови-

2-105/у

S

гопроводноотк(Кв) от давления. I- верховая торфяная яочЕа, 2- низинная торфяная почва, (глубина 20 си).

шениях (особенно при высоких Рк), причем более существенные различия отмечены для верховой торфяной почвы,

В торфяных почвах зависимость давления почвенной влаги от влажности подвержена сильному капиллярно-сорб*<ционному гистерезису. В верховой почзе гистерезис выражен более резко, что по-видимому связано с деформациями "крупных" пор при иссушении.

Как известно, при одинаковом влагосодержании увеличение температуры (£) приводит к повышении Рк. Влияние температуры усиливается по мере уменьшения влагосодержания. В интервале от 10 до 40*С температурный коэффициент в торфяных почвах прак-

тически линейно зависел от Рк: 8- =(0,007^0,01) Рк-де. Более сильное влияние ! отмечено для низинной торфяной почвы.

Сравнение зависимости Рк ^ »»! , полученных в полевых и лабораторных условиях, показало, что для данных полевых определений характерен значительный разброс точек, обусловленный рядом описанных причин. Хотя точки и группируются вокруг лабораторных зависимостей, использовать тензиометры в качестве влагомеров в торфяных почвах нужно крайне осторожно.

Влагопрозодность изучаемых почв была высокой в состоянии близком к насыщению, но быстро снижалась при уменьшении влагосодержания (рис.1). В интервале Рк от -I до -80кПа Кв изменился более чем на 2 порядка с 8.10""^ до Ю-*4 м3-с/кг. В верховой торфяной почве темпы снижения влагопроводяости были сильнее, что связано с быстрым уменьшением доли объемной проводимости при потере влаги "крупними" порами. При Рк=-10кПа в низинной почве Кв был уже на порядок выше, чем в зерховой. Наименьшие величины и наиболее сальные темпы снижения Кз получены для верхнего слоя на всех объектах, а с глубиной алагопролодность увеличивалась. С уменьшением влагосодержания, когда определяхздей становится поверхностная проводимость, различия между почвами были меньше.

Глава 4. Передвижение почвенной влаги в торфяных почвах.

При изучении передвижения почвенной влаги моделировались процессы инфильтрации, проникнования осадков, капиллярный подъем и поведение влаги в капиллярной кайме при испарении.

Инфильтрация во влзжнуо почву при постоянном уровне на поверхности проходила с изменяющейся скоростью. В начале опыта скорость распространения фронта влаги была пропорциональна времени в степени приблизительно 0,6 , а затем скорость уменьшалась и становилась пропорциональна времени в I® степени. В верховой торфяной почве влага продвигалась быстрее и 1м был промочен за 2 часа, в

то время как в низинной почве для этого потребовалось около 6 часов.

Проникновение в торфяную почву осадков моделировали поливами нормами 5, 10 и 30мм. При поливе 5мм увлажнился практически лишь верхний слой 0-10см в обеих почвах. Изменения Рк ниже были незначительны. Увеличение кормы вызывало промачивание и большего слоя. Так 10мм осадков уже через 5 минут вызвали изменение Рк на глубине 20см, а в течение одного часа был промочен весь наблюдаемый слой (О-ЗОсм). 30мм осадков промочили этот слой за 5 мин. При уменьшении первоначального влагосодержания просачивание осадков происходило более медленными темпами.

Капиллярный подъем быстрее осуществлялся в первоначально более влагонасыт(¡кой почве. Так при начальной влажности низинной почьы около 80% от объема изменения Рк на высоте 30см от уровня воды были зафиксированы уже через I час, а при влажности около 60% - через 5 часов. Состояние близкое к равновесному установилось на этой высоте через 10 и 25 суток соответственно.

В капиллярной кайме при испарении происходило падение Рк, причем наиболее резкое в поветгсностных слоях. Чем ниже находился уровень воды, тем сильнее были изменения Рк у поверхности. Так если в низинной торфяной почве при уровне 45см нагревание не вызвало существенных изменений Рк даже на глубине 10см и давление мало отличалось от равновесного, го при уровне 65см Рк снизилось до -2а кПа, а при 85см ~ до -55кПа. В более глубоких слоях изменения Рк были менее значительны. Б верховой торфяной почве при одинаковой плотности восходягего потока влаги наблюдался больший градиент Рк, Расчеты показали, что обладающая большей влагопроводностыо низинная торфяная почва имеет и лучика потенциальную подпитывающую способность, т.е. может при одинаковом уровне обеспечить больший поток влаги к испаряющей поверхности.

Глава 5. Динамика давления почвенной влаги и влажности почвы в осушенных лесах.

Период наблюдений пришелся на годы с повышенным количеством осадков, когда за вегетацию их выпадало на 40-60^ выше нормы, однако отмечались как периоды с длительными осадками, так и относительно продолжительные сухие периоды. Наиболее общими чертами динамики Рк в корнеобитаемом слое в течение вегетационного периода является высокое значение Рк весной и осенью и понижение их в летний период с минимальными значениями в июле-августе (рис.2). •

Рис.2 Динамика капиллярного давления почвенной влаги(Рк),уровня

почвенно-грунтових всд(УПГВ) и осадков(О) в осудешшх лесах. Рк на глубине: — - 7,5 см, —- - 20 см,____- 40 см

В 1986 г. s начале вегетации за счет действия осушительной сети на всех объектах происходило падение УПГВ и освобождение корне-обитаемого слоя от гравитационной влаги. Одновременно с падением уровня уменьшались и значения Рк, причем его распределение в кор-необитаемом слое мало отличалось от равновесного. Плотность потока ( i.) в слое 7,5~20см в этот период была мала и не превышала 0,6 т/сут в верховой торфяной почве и 0,9-1 ш/сут в низинной. Возросшая интенсивность испарения в летний период привела к дальнейшему падению УПГВ. Уменьшились и величины Рк, причем если на глубинах 20 и 40см изменения были не очень велики, то на глубине 7,5см с падением УПГВ и увеличением плотности потока влаги, которая достигала в этот период в верховой торфяной почве 2,5ш/сут, а в низинной - 4мм/сут, значения Рк существенно снизились. Так в верховой почве средние значения на глубине 7,5см были около -5кПа, (в отдельных точках до -12кПа), а на низинной в среднем -10 -13 кПа (до -40кПа). Минимальные значения Рк были зафиксированы в августе, когда I достигала в верховой почве 4мм/сут, а в низинной 6ш/сут. В это время на глубине 7,5см значения Рк были соот-ветстве;шо -6 -7кПа, (в отдельных точках до ~20кПа) и -17 -20кЛа (до -60x1b ).

Преимущество хорошо осушенных евтрефных объектов проявилось в дождливые периоды. В коле I9S6 г., когда за несколько дней выпало около 150мм осадков, УПГВ на осушанном олиготрофном болоте поднялся до 5см и затопление корнеобитаемой зоны на глубинах 7,5 и 20см продолжалось соответственно 6 и 20 дней, а на осушенных евтрофных болотах, где УПГВ не по.дишдзлея выше 15-20см , корнеобитаемый слой практически да бш затоплен. Частые затопления корнеобитаз-мого слоя на олиготрсфз наблюдались и в течение осени. Поток влаги в этот период а основном был направлен вниз, т.е. происходило стеканае осадков.

Похожая картина динамики Рк Наблюдалась и в тсчениз вегетации 1987 и 1988 годов.

Гетерогенность режима УПГВ в межканазном пространстве и наличие микрорельефа приводят к значительному пространственно-временному варьированию давления почвенной благи в ко рне о 5 ит аемем слое. Из-за наличия кривой депрессии УПГВ в центре межканавий находится обычно ближе к поверхности, чем в прикакавной части (для олигот-рофного объекта различия составили 15-20см, для еь1роф:шх - 5-10 см).В связи с этим значения Рк в прикакавной части на соответствующих глубинах были ниже, чем в центре. Например в августе 1986г.

в верховой торфяной почве средние значения Рк (7,5см) в центре и в приканавной части бшш соответственно -4 и -ПкПа, а в низинной -12 и -38кПа.

Для ликропов-маний характерна большая амплитуда колебаний Рк. Из-за худшей воаоуцерживааией способной1;?! V; более высокого содержания корней значения Рк в них больаую часть времени были ниже, чем з шкропокижэниях. Так за 1988 г. в верховой торфяной почва Рк на глубине (7,5см) в ммкропонужении изменялся от 0 до -2к11а, а в микроповьшекии от -I до -бкПа, а в ниоинноЯ соответственно от -О до -ЗкПа и от -I до ~14кПа.

Режим влажности почвы, также как и режим Рк имел на всех объектах похожий характер. Наибольшие колебания отмечены для верхнего 0-осм слоя, где влажность колебалась от величин близких к ВЗ до полной влагоемкости. В слое 10-20см влажность не опускалась ниже 40% от объема, а большую часть времени была 60-80$. В более глубоких слоях практически в течение всего периода наблюдений влажность не опускалась ниже" оОЙ от объема.

Глава 6. Оптимизация водного режима осушенных лесных торфяных почв.

При мелиорации стремятся создать благоприятное для растений у вложение почвы. Практически решение задачи оптимизации сводится к определению оптимального интервала увлажнения, при котором продуктивность растений наибольшая, и его поддеряании в течение вегетации. 3 качестве верхней границы оптимального интервала может быть принято значение Рк, при котором в почво образуется непрерывная сеть воздухоносных пор (обычно й'М происходит при числе свободных пор 6-10& от объема по'чвы), а в качестве нижней границы - значение Рк при котором происходит заметное снижение влагопроводности, вызванное изменением опредвля-очего характера проводимости. Используя эти критерии и полученкцэ гидрофизические характеристики оптимальный интервал Рк для верховой торфяной почвы был выбран от -I до -бкПа, а для низинной от ~3 до -ЮкПа (верхний горизонт 0-10см в низинной торфяной почзв близок по своим характеристикам к верховой, поэтому для него аьйран интервал Рк -I : -бкПа). Выбранные интервалы нельзя считать окончательно установленными и они должны пройти проверку в прямых вегетационных опытах.

Проведенный на основе выбранных оптимальных интервалов Рк анализ увлажнения корнеобитаемого слоя за период наблюдений по-

каэал, что отклонения от оптимума в основном были связаны с переувлажнением корнеобитавмого слоя. Лучшие условия влагообеспечения отмечены на глубине 7,5см объектов евтрофного типа, где вероятность оптимума была Ь0-&э%, С глубиной вероятность оптимального увлажнения уменьшалась и составила для 20см 12-15%, а для 40см была практически нулевой. На олиготрофном типе вероятность оптимального увлажнения на глубине 7,5см бала ЗЗХ, а на 20см - 11%, причем вероятность затопления этой глубины равнялась 72.%. 0 наиболее благоприятном увлажнении верхних Юсм свидетельствует и распределение физиологически активных корней сосны, которых в этом слое в низинной торфяной почве было около 50?, а в верховой - 80%. Условия увлажнения в приканавиой части оказались благоприятнее, особенно в верховой торфяной почве, где на глубине 7,5см вероятность оптимального увлажнения составила 56% а на 20см - 27%.

Наблюдаемый водный режим по-видимому нельзя признать оптимальным и требуется уточнение норм осушения.

Для обоснования норм осушения по результатам палевых н&блх'че-ний за динамикой Рк и УПГВ были рассчитаны вероятности оптимального увлажнения при различных уровнях почвешш-грунговых вод (рис. 3). В соответствии с приведенными графиками оптимальное увлажнение корнеобитавмого слоя на верховой торфяной почве наиболее вероятно при УПГВ от 30 до 50см, а на низинной торфяной почве -при УПГВ от 50 до 70см.

Зыбор норм осушения при гидролессмелиорации можно по-видимому проводить и следующим способом. Для благоприятного увлажнения корнеобитавмого слоя расход влаги на эвапотраиспирацию должен компенсироваться её подтоком из почвенно-грунтовых вод. Расход влаги определяется испаряемостью, которая для территории Нечерноземной зоны составляет в течение вегетации В0-120мм за месяц, т.е.

3-4 ш/сут. Воспользовавшись формулой (Аф&насик, Финский, 1971). /___

гт ехр [£(И-£)]- /

где - предельная плотность восходящего потока влаги,

Ь и Ко - характеристики злагопроводностк,

& - середина корнеобитавмого слоя, Н - УПГВ, получим, что такой подток влаги можзт быть обеспечен в верховой торфяной почве при УПГВ не нижо 50с», а в низкиной - не ниже 70см, Эти величины соответствуэт нижней границе нормы осушения. Верхней границей нормы осушения может считаться УПГВ, при котором не происходит затопления коркеобиуаемой зоны. В верховой торфяной почве

Рис.3 Вероятность (р) оптимального увлажнения корнеобитаеыого слоя в осушенных лесах при

различных уровнях почвенно-грунтовых вод (УПГВ). а- верховая торфяная почва, в- низинная торфяная почва. Глубина: I - 7.5 см, 2 - 20 см, 3 - среднее значение.

корнеобитаемая зона составляет 30см, а в низинной - 50см. Таким образом получаем, что благоприятное увлажнение верховой торфяной почвы возможно при УПГВ от 30 до 50см, а низинной - при УПГВ от 50 до 70см.

Выводы.

1. Торфлшо почвы з осушенных лесах из-за малой плотности и высокой пористости обладают значительной дифференциальной влаго-емкостьв и бистро снижают злагопроводность яри уменьшении капиллярного давления почвенной влаги (Рк). Если в состоянии насыщения (Рк=0) влагоеодоржиние составляет 90-9о% от объема, то Ра» -80кГ1а соответствует влажность 30-Ь0%, а кооффгаюнт влагопро-бодностя в этом интервале Рх снижается с 8«10" до 10" ^м^.с/кг. Низинная торфяная почва из хорошо разложившихся дрэвесно-шэин-ных торфов, имеющая широкий спектр пор разного размера, обладает более высокой влагопроводностью и йодоудержоая-дей способностью по сравнению с верховой торфяной почвой из слабора^лоиив« шихся сфагновых торфов с высоким количеством "крупных"пер.

2. В торфяных почвах зависимость давления почвенной влаги от влажности подвержена ярко выраженному капиллярно-сорбционному гистерезису и влиянию тешературы. Наиболее сильно гистерезис проявляется в ьерховой торфяной почве. Возникающие при иссушении пластические деформации приводят к снияииию дифференциальной цлагоемкости торфяных почв.

Лрл одинаковой ьдалности рост температуры ведет к увеличению Рк. В торфяных почвах влияние температуры усиливается по мере иссужния, а температурный коэффициент /У = 'Ы линейно зависит от Рк. В верхов ой торфяной почзе =0,007 Рк^-.д , ъ ни-ошшой - В- =0,01 Ркгл. .

3. Процессы передвижения почвенной влаги (инфильтрация, тгшл-дкрный подтем) в осушенных лесных торфжмх почвах протекает с меняющейся скоростью, а их динамика хорошо описызаегся фордула-ки , выведенными для минеральных почв. Ь торфяных почвах на движение влаги значительное влияние оказывает первоначальное увлажнение: чш оно выше, тем быстрее происходит передвижение влаги.

4. В капиллярной кайме при испарении происходит значительное падение давленая почвенной влаги, наиболее вцрэде^лое в поггяр.-:-ностньгх слояк и вызванное резням снижением магопровоаиости при уменьшении влагэссцерн&ния» При одинаковой плотности вссходяще-

го потока влаги в верховой торфяной почве возникает больший градиент Рк. Низинная торфяная почва способна при одинаковом уровне лочвенно-грунтсвщс под (УПГВ) обеспечить больший поток влаги к поверхности поглощения, чем верховая.

5. Водный режим осушенных лесных торфяных почв в значительной степени определяется близостью грунтовых вод к поверхности. Наиболее сильные колебания увлажнения характерны для верхних 0-осм, гае преобладающее влияние на него оказнвают метеофакторы. С глубиной по профили почвы колебания капиллярного давления почвенной влаги и влажности уменьшаются и все в большей степени определяются положением УПГВ.

6. Гетерогенность режима почвешга-грунтовкх вод в межканавном пространстве и наличие ярко выраженного микрорельефа поверхности усиливают пространственное варьирование увлажнение торфяных почв на объектах лесоосушения. В приканавной части в связи с падением УПГВ давление влаги и влажность почвы подвержены более сильным колебаниям и обычно ниже, чем в центре меж-канавий, поэтому в "дождливые" годы здесь наблюдается более благоприятный ражим увлажнения. Микропонижения имеют большую водоуаерживающую способность и влагопроводность, для них характерно более сильное увлажнение, чем для микроповишений.

7. Отклонения от состояния оптимального увлажнения в осушенных лесах связаны в основном с переувлажнением корнеобитаемого слоя. Преимущества хорошо осушенных участков особенно проявляются в дождливые периода. В низинной торфяной почве практически не было затоплений корнеобитаемого слоя, в то время как на верхо -вой почве он значительную часть времени был затоплен.

8. При гидролесомелиорации целесообразно проводить дифференциацию норм осушения для 2х категорий различающихся по свойствам торфшмх почв. Для верховой торфяной почни, образованной преимущественно слаборазложившмися сфагновыми торфами, благоприятное увлажнение корнеобитаемого слоя 8 течение вегетации будет с наибольшей вероятностью обеспечиваться при УПГВ 30-аСсм, а для средне и хорошо разложившейся низинной почва из древес-но-лэсных торфов - при УПГВ 50-70см.

Работы, опуб.г-¡кованные по теме диссертации:

I. Распределение влаги над уровнем грунтовых вод в осуавнкых лесных торфяных почвах // Эксперимент и математическое модели-

рование в изучении биогеоценозов лесов и болот. - М., 1987 -С. 64-66.

2. Влагообеепеченность корневых систем сосны на осушенных торфяных почвах // Эффективность и организация работ по осушению лесных земель в Коми АССР. - Сыктывкар, 1988 - С, 59-61.

3. Оптимизация водного режима торфяных почв при гидролесомелиорации // Актуальные проблемы осушения лесов на Среднем Урале. - Свердловск, 1989 - С. 125-129.

4. Об оценке звапотранспарации осушенных болотных лесов 11 Там же С. 105-108 (в соавторстве).

5. Физические и Есцно-физические свойства осушенных лесных торфяных почв // Труды IX конференции молодых ученья ф-та почвоведения МГУ, - 8-'.,. 1987 - принята к депонированию.

6. Обоснование оптимального лесоосушения на основе термодинамического подхода // Лесоведение - в-нечзгш (в соавторстве).

Л-15С65 от 15.06.50.г.Форм.гзд.60X84 1/16. Объем 1,0 п.л.Зак.1 С5/у .ТирДЗО.

ШГПечатник" .Мосгорпечать.Н.Краснохолмская л. !3.