Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Агрофизические свойства и гидротермический режим мерзлотных палевых осолоделых почв и их изменения при антропогенном воздействии

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Агрофизические свойства и гидротермический режим мерзлотных палевых осолоделых почв и их изменения при антропогенном воздействии"

\т ш?

На правах рукописи

ПЕСТЕРЕВ Афанасий Прокопьевич

АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ГИДРОТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ МЕРЗЛОТНЫХ ПАЛЕВЫХ ОСОЛОДЕЛЫХ ПОЧВ II ИХ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ АНТРОПОГЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Якутск 1997

Работа выполнена в Якутском институте биологии СО РАН и Институте прикладной экологии Севера Академии Наук Республики Саха (Якутия)

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор Саввинов Д.Д.

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик Российской экологической академии Попов Н.Т. кандидат биологических наук Бойченко А. М.

Ведущая организация: Ордена Дружбы народов Якутский государственный университет им. М.К.Аммосова

Защита диссертации состоится "_"_ 1997 г.

в "_" часов на заседании диссертационного совета К 182 01.01. но присуждению ученой степени кандидата наук в Институте прикладной экологии Севера Академии Наук Республики Саха (Якутия) по адресу: 677891, г. Якутск, пр. Ленина 41.*

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной экологии Севера Академии Наук Республики Саха (Якутия)

Автореферат разослан "_"_1997 года

Ученый секретарь диссертационного совета,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последнее время усилило«, антропогенное вмешательство в процессы естественного круговорота таежно-аласных ландшафтов, являющихся уникальными природными явлениями, где в экстремальных климатических условиях произрастают по соседству лесные, степные, луговые н болотные сообщества растений. Это влияние проявляется в усиленной раскорчевке леса под сельскохозяйственные угодья, вытаптывании, вырубке лесов под трассы ЛЭП, автодорог, линий связи и водовода, а также в ежегодной рубке леса для отопления и строительства домов, в связи с расширением населенных пунктов. Кроме того, ежегодные лесные пожары на тысячи гектаров уничтожают лесные массивы. Эти процессы во много раз превышают время естественного лесовосстановления.

Как известно, Лено-Амгинское междуречье расположено в зоне распространения многолетнемерзлых пород и безусловно выше отмеченные изменения отражаются на климате региона - происходит постепенная антропогенная ари-дизация ландшафтов Центральной Якутии (Саввинов, 1981). Сведение леса приводит к лротанвашно верхнего экрана многолетней мерзлоты, оседанию грунта н к усиленному испарению почвенной влаги, приводящей к подтягиванию к дневной деятельной поверхности легкорастворимых солей. Это сопровождается заметным снижением плодородия почв, и след стане которого изменяется и видовой состав растительности в сторону преобладания малоценных, сорных трав. Эти последствия в естественных условиях имеют необратимый характер. Научных исследований по данной проблеме, за исключением изучения пожаров, практически нет. Учитывая неизменную тенденцию роста антропогенного воздействия, кроме повышения плодородия почв и увеличения продуктивности фитоценозов, необходимо составить региональный прогноз изменения таежно-аласных ландшафтов и путей их рационального использования. Антропогенные воздействия в первую очередь отразятся на зональных почвах Лено - Амгннского междуречья. Преобладающим типом почв под таежной растительностью Центральной Якутии являются мерзлотцые палевые осолоделые почвы, избранные нами объектом исследовании.

Цель исследований - определить агрофизические свойства и особенности гидротермического режима мерзлотных палевых осолоделых почв Лено-Амгинского междуречья в зависимости от лесораспггельных условий и выяснить количественные изменения свойств от вида антропогенного воздействия. На этой основе оценить гидротермические ресурсы изученных почв н наметить пути рационального использования и охраны.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- Изучить агрофизические свойства почвы и их изменили при антропогенном воздействии.

- Установить закономерности формирования водного и температурного режима в зависимости от лесорастительных условий и вида антропогенного воздействия.

Научная новизна. Впервые получены сводные количественные данные о агрофизических свойствах п гидротермических режимах мерзлотных палевых осолоделых почв Лено-Ампшского междуречья, выявлены характерные особенности н различия этих показателей в разновозрастных древостоях мсжалас-пого пространства. Наблюдается ухудшение агрофизических свойств под влиянием антропогенного воздействия: уплотнение верхних органогенных горизонтов, уменьшение диапазона активной влаги с общим снижением влагозапасов, возникновение в иллювиальном горизонте плотного моя, препятствующего проникновению корней, снижение общих запасов содержания органических веществ. Установлено, что климат почвы в сочетании с мерзлотой является наиболее важным фактором, определяющим физические условия произрастания лесной растительности.

Практическая значимость. Выявленные особенности агрофизических свойств и гидротермического режима мерзлотных палевых осолоделых почв позволят оценить почвенно-экологические условия произрастания разнотравно -брусничного лиственничника и прогнозировать их изменения под антропогенным воздействием. Эти сведения необходимы при проведении экологических экспертиз, являющихся обязательным этапом при хозяйственном освоении атасно-таежных ландшафтов Центральной Якутии. В последующем результаты исследований могут служить основой для почвенно-экологического мониторинга территории исследованного региона.

Защищаемые положения.

1.Формированне агрофизических свойств и гндротермического режима мерзлотных палевых осолоделых почв зависит от возраста древостоя и вида антропогенного воздействия.

2.Природоохранные мероприятия на межаласных пространствах должны проводиться с учетом основных физических параметров экологического состояния почв.

Аиробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждались на VI и VII республиканских конференциях молодых ученых и специалистов (Якутск, 1986,1988), XI Всесоюзном симпозиуме "Биологические проблемы Севера" (Якутск, 1986), Всесоюзной конференции молодых ученых (Уфа, 1987), конференции научной молодежи "Экология растительного мира" (Якутск, 1992) научно-практической конференции "Проблемы землепользования и землеустройства в Якутии и регионах Крайнего Севера Российской Федерации" (Якутск, 1996).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 123 страницах машинописного текста, состоит из введения 5 глав, заключения н списка литературы, иллюстрирована 13 рисунками, содержит 10 таблиц. Список литературы включает 84 наименования, в том числе 5 на иностранных языках.

Глава 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПОЧВ

Лено-Амгинское междуречье относится к Центрально-Якутской низменности, соответствующей бореальному поясу Восточно-Сибирской мерзлотной области, в подзопе средней тайги (Щербаков, 1974). По почвенному районированию данная территория расположена в Центральноякутской таежно-алас-ной провинции (Еловская, Коноровский, 1978).

Природные условия региона достаточно освещены в научной литературе. Из многочисленных работ, посвященных этой теме, следует выделить основные: но рельефу и геологии (Зольников, 1954; Алексеев, 1961; Федоров и др. 1989), по климату (Визе, 1927; Шашко, 1961; Гаврилова, 1973), по многолетней мерзлоте (Катасонов, Иванов, 1973; Соловьев, 1959, 1975; Павлов, 1981; Некрасов, 1984), по почвам (Красюк, 1927; Аболин, 1929; Еловская и др. 1966, 1978; Саввинов, 1976; Десяткин, 1984), по растительности (Скрябин, Караваев, 1971; Уткин, 1965; Поздняков, 1963, 1983; Щербаков, 1974).

Отличительной особенностью Лено - Амгинского междуречья является экстраконтинентальность климата, наличие многолетней мерзлоты с включениями жильных льдов и связанных с ними, уникальных в своем роде, таежно-аласных ландшафтов, повсеместно распространенных в Центральной Якутии, где на ограниченных пространствах, по соседству, произрастают сообществ таежной и степной растительности.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования гидротермического режима таежно-аласных ландшафтов Лено-Амгинского междуречья проводились на опорной базе "Аллах" Якутского Института Биологии СО РАИ 1984 - 87 гг.

Опорная база "Аллах" расположена на Бестяхской террасе в районе среднего течения р. Лена, в 70 км северо-восточнее г. Якутска (Усть-Алданский улус Республики Саха (Якутия)). Здесь как и во всей Центральной Якутии основной фон светлохвойной тайгн представлен разнотравно-брусничным лиственничником, произрастающим на мерзлотных палевых осолоделых почвах. Почвообразующие породы сформированы на древнеаллювиальных отложениях, сложенных из хорошо отсортированных мелких песков и маломощных галечников, местами перекрытых толщами лессовидных суглинков разной мощности

Наблюдательные площадки оборудованы на межаласном пространстве шириной 150 - 200 м, занятые наиболее распространенным лиственничным насаждением. Пробные площади были заложены в приспевающем лиственничнике разнотравно-орусничном (естественный контроль), в однотипном лесу без живого напочвенного покрова, в лиственничном молодняке и на залежн. Они охватывают циклическую сукцессию лиственницы по схеме: залежь (пл.4) - молодняк (пл.З) - спелый древостой (пл.1 - контроль), а также изменение режима почвы при вытаптывании напочвенного покрова (пл.2).

Исследования основных физических свойств и гидротермического режима почв проводились одновременно на всех четырех площадках общепринятыми методами (Роде, 1969; Агрофизические методы..., 1969; Вадюнина, Корчагина, 1973; Вернго, Рапмова, 1973; Принципы и методы...,1976 и др.). При лесотипологнческих описаниях пробной площади применялись лесовод-ственные методы (Сукачев, Зонн,1961; Сукачев, 1972; Фенологические методы...,1975 и др.).

При интерполяции зимних температур использовалась математическая программа модели, основанная на решении обратных задач теплообмена с применением ЭВМ. Данная программа разработана сотрудниками Института физико-технических проблем Севера СО РАН. Годы исследований можно охарактеризовать как типичные относительно теплые, нормальные и умеренно-засушливые по увлажнению. Это обстоятельство отразилось на гидротермическом режиме исследуемых почв.

Глава 3. АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ И ИХ ИЗМЕНЕНИЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ.

Лиственичинк разнотравно-брусничный (пл. 1 - контроль). Мерзлотные палевые осолоделые почвы Бестяхской террасы характеризуются легким гранулометрическим составом, связанным с формированием их на древне-аллювиальных песчаных отложениях. Эти почвы по общепринятой классификации относятся к крупнопылеватым супесям. Данные гранулометрического анализа свидетельствует о заметной дмфференцированности генетических горизонтов по профилю. Так с 10 до 20-сантиметровой глубины четко обособляется осолоделый горизонт А2 с преобладанием крупнопылеватой фракции при обедненности ила. Содержание илистой фракции в иллювиальном горизонте В1 в два раза выше, чем в горизонте А2. В карбонатном горизонте Вса содержание частиц размером менее 0,001 мм резко уменьшается, а ниже оно равномерно снижается до почвообразующей породы, незначительно увеличиваясь над мерзлотным экраном. Накопление ила в иллювиальном горизонте придает почве ряд отрицательных свойств - пониженную температуре -, воздухо - и водопроницаемость и уплотненность - существенную преграду для распространения корневых систем растений.

В целом по профилю под естест венным древостоем до глубины 70 см доминируют мелкопесчанистые и крупнопылеватые фракции (0,01 - 0,25 мм). В формировании механического состава подобного типа могли принимать участие как процессы внутрипочвенного физического выветривания скелета, так и криогенные явления, обуславливающие диспергирование почвообразующих пород и гомогенизацию минеральной части профиля криогенных пород на уровне крупнопылеватых частиц. Ниже они резко сменяются мелким и средним песком, что подвергает предположение о двучленности наносных отложений Бестяхской террасы.

Эта почва в верхних слоях достаточно микроагрегатнрована и удовлетворительно микрооструктурена. Макроструктура комковато-расплывающан, что характерно для почв мерзлотных областей. Органогенный горизонт рассматриваемой почвы отличается в профиле наименьшей удельной и объемной массой и максимальной пористостью. В минеральной толще объемная масса постепенно возрастает от 1,4 до 1,6 г/см3 , за исключением глубин 20 - 30 и 40 -50 см, где отмечено некоторое ее снижение, обусловленное распространением корней и формированием карбонатного горизонта. Минеральная толща обладает невысокой пористостью 40 - 50 %, причем ее минимальное значение приходится на материнскую породу. Удельная масса по почвенному профилю возрастает от 2,65 до 2,70 г/см3, резко снижаясь над мерзлотным экраном, что связано с ретинизацпей гумуса и посткриогешюй текстурой минеральной толщи.

Водопропускная способность почвы с поверхности под лиственничником разнотравно-брусничным соответствует почвам средней водопроницаемости. Наименьшая влагоемкость почв (НВ) по профилю постепенно снижается с глубиной от 70 до 15 % от массы. Диапазон активной влаги (ДАВ) уменьшается от 32,2 % в верхних горизонтах до 14,1 % в иочвообразующей породе. ГГорозность аэрации при НВ колеблется в пределах 20 - 30 %, что свидетельствует о благоприятном воздушном режиме мерзлотной палевой осолоделой почвы под естественным древостоем.

Лиственничник мертвопокровной (пл.2 - вытаптывание). По макро-структурному составу данная почва не отличается от контроля. Для почвенного профиля под пологом лиственничника мертвопокровного характерно общее снижение показателен сложения почвы, относительно контроля, за исключением гумусового горизонта, где наблюдается уплотнение за счет вытаптывания. Здесь также отмечается снижение объемной массы в карбонатном горизонте, которая с глубиной возрастает. Удельная масса немного повышается в элювиальном горизонте, в нижнем полуметровом слое она одинакова - 2,60 г/см3 и далее в материнской породе возрастает до 2,63 г/см3. Общая иорозность в органогенном слое равна 80 %, в минеральной толще снижается в два раза. Водопроницаемость в поверхностном слое ниже, чем на контроле.

Уничтожение напочвенного покрова при вытаптывании приводит к деградации органических веществ в верхних горизонтах, ч то в свою очередь снижает абсорбционную способность почвы. Из-за уменьшения поглотительной способности органогенного слоя в нем возросла порозность аэрации на 11 %. Следовательно, имеется прямая связь между живым напочвенным покровом и гидрологическими константами почвы.

Залежь (пл.4). Сведение леса, распашка и последующее залужение привели к следующим изменениям некоторых агрофизических свойств почвы. Наблюдается вторичное перераспределение илистой фракции по горизонтам. С течением времени происходит дифференциация пахотного слоя, связанная с переходом залежи в стадию задернения. Поэтому наибольшее накопление тон-коднсперсной фракции отмечается в гумусовом горизонте А1 - 8,0 %. В гори-

зонте А1А2 остается исходная величина илистой фракции - 7,7 %, а в горизонте А2 произошло вымывание - 5,9 %. Данный процесс шел в течение 20 лет после заброса пашни. Следовательно, вымывание ила превосходят аккумуляцию в почве залежи. Это наблюдается как по процентному содержанию, так и по мощности горизонтов. В результате воздействия многолетних трав мнкроагре-гатированность и структура почвы улучшаются по сравнению с почвой под лесом, но в то же время макроагрегатный состав стал еще более неводоирочен, в связи возрастанием температурных колебаний открытого участ ка. В гумусово -аккумулятивном горизонте залежи показатель МГ уменьшился в 9 раз, что определило снижение НВ в три раза относительно контроля. Эти изменения сузили границы продуктивной влаги почти на 10 %. Общая порочность пахотного слоя уменьшилась, хотя порозность при НВ остается на высоком уровне. Под залежью происходит значительное уплотнение пахотного слоя -1,1 г/см3, снижение общей пористости поверхностного слоя до 58%, связанных с процессом задернения почвы. Удельная масса соответственно возрастает. Все эти изменения в 2 раза уменьшают водопроницаемость данных почв с поверхности, приводя в конечном итоге к постоянному дефициту влаги.

Молодняк (пл.З). В механическом составе почвы наметилась тенденция аккумуляции ила в пахотном слое. Данные свидетельствуют о слабой дифференциации профиля по содержанию илистой фракции. Значит под молодняком формируются благоприятные физические условия для произрастания растительности по сравнению с вышерассмотренными площадками. Как и следовало ожидать, микроагрегатировашшсть почв под молодняком ухудшилась в сравнении с почвами залежи, где корневые системы многолетних трав улучшают структуру. Макроструктура улучшилась, но водопрочность остается на таком же низком уровне как и в залежи. Величины МГ и ВЗ возрастают в органогенном горизонте, без изменения НВ, что еще более сужает диапазон активной влаги до минимума - 16,9 % от массы почвы. Здесь наблюдается наиболее плотный гумусовый горизонт - объемная масса возрастает до 1,27 г/см3 . Удельная масса ниже, чем в залежи и изменяется от 2,58 до 2,65 г/см3. Плотность почвы обусловлена высокой полнотой стояния подроста лиственницы и соответственно густотой пронизывающих почву корневых систем, у которых рост и развитие в настоящее время доминируют над отмиранием. Кроме того отмечается значительное содержание илистой фракции, образующейся при минерализации опада и хвои. Последнее вызывает заиливание пор при поступлении воды, что и определяет почву под молодняком как почву со слабой водопропускной способностью.

Таким образом, агрофизические характеристики свидетельствуют о значительном варьировании характера сложения мерзлотной палевой осолоделой почвы в зависимости о г лесорастительных условий и вида антропогенного воздействия. Так, объемная масса почвы изменяется от среднеплотной в естественном древостое (пл. 1) до плотной под молодняком (пл.З), а водопроницаемость соответственно колеблется от хорошей до удовлетворительной. Ве-

личины водопроницаемости по площадкам обратно пропорциональны показателям объемной массы. Ниже 20-сантиметрового слоя влияние антропогенного воздействия сказывается меньше, поэтому фильтрационные свойства почв в какой - то мере уравниваются. Вариация МГ по профилю отражает распределение тонкодисперсной фракции и содержание органического вещества в почве. В мерзлотной палевой осолоделой почве наибольшие величины МГ наблюдаются в гумусовом и иллювиальном горизонтах профиля. Причем в естественном лесу максимум показателя МГ отмечается в гумусовом горизонте, а в залежи - однотипной почве, она смещается в иллювиальный горизонт. Выявленная закономерность сохраняется и для величин ВЗ, которые в целом изменяются от 6,5 в органогенной до 0,77 % в минеральной толще.

В мерзлотной палевой осолоделой почве НВ уменьшается с глубиной от 70,3 до 14,5% от массы почвы. Продуктивная влага находится в пределах 32,2 -13,8 % от массы почвы. В общем, НВ в залежи уменьшилась в 2,5 раза относительно контроля, соответственно в два раза снизился диапазон активной влаги.

Глава 4. ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ

На поступление и распределение атмосферных осадков в почву большое влияние оказывает растительный покров, в частности - древесная формация. Лес выступает как своеобразный регулятор водного режима почв.

Лиственничник разнотравно-брусничный. При обычном распределении осадков и температуры максимум суточной эвапотранспирации соответствует максимуму температуры почвы в июле, и составляет 2,0 - 2,5 мм сутки в зависимости от исходной влажности почвы. Во влажном 1987 году закономерность суточной эвапотранспирации изменилась. В первой декаде нюня расход был 0,2 мм в сутки, затем к концу месяца возрос до 1,4 мм в сутки и в начале июля достиг максимума - 2,5 мм в сутки. В конце месяца он снизился до 0,8 мм в сутки и, благодаря осенним осадкам в середине августа, снова возрос до 1,7 мм в сутки. Далее со снижением температуры наблюдается постепенный спад суточной эвапотранспирации.

По качественной градации влагосодержания (Роде, 1969) в профиле мерзлотной палевой осолоделой почвы преобладают горизонты наименьшего насыщения, слабого и интенсивного иссушения. На короткое время весной н осенью в верхних слоях появляется горизонт капиллярного насыщения. Отсюда следует, что влага в данной почве находится для растений в среднедоступной форме.

Таким образом, в засушливый 1986 год мощный напочвенный покров и затеняющий эффект лиственничного древостоя предохранял почву от чрезмерного иссушения. На глубине 40 - 60 см появляется сухой горизонт с влажностью ВРК - ВЗ. Такая влажность отмечается в верхних слоях профиля в августе - в период максимального иссушения. В сентябре, в связи с осенними осадками она исчезает. Максимум иссушения до уровня ВЗ наблюдается не на поверхности на короткий период, а на глубине 20 см, где максимально распро-

странены корневые системы растений. Это свидетельствует о главенствующей роли транспирации в общем расходе влаги под пологом лесонасаждений. Активный влагооборот в почве ограничивается 60-сантиметровой отметкой. За вегетационный сезон запас воды в метровом слое колеблется от 150 до 110 мм. Только во влажные годы акгивный влагооборот охватывает весь метровый слой. Влажность почвы варьирует в пределах ВРК - НВ. Запас влаги в метровом слое почвы колеблется в пределах 106 - 173 мм, общий расход в лиственничнике разнотравно-брусничном составляет порядка 113 - 125 мм.

Лиственничник мептвопокровиый. Общий ход динамики влаги здесь аналогичен почве под естественным древостоем, хотя здесь общие влагозапасы меньше, чем под лиственничником разнотравно-брусничным. После схода снега в почву впиталось 17 мм влаги, или 37% от общего запаса снега. После схода снежного покрова процесс протаивания здесь идет быстрее, чем в естественном лесу, что связано с отсутствием теплоизолирующего напочвенного покрова и меньшими запасами влаги в почве. Если в иссушенном слое для естественного леса характерно изменение влажности почвы в пределах ВРК - ВЗ, то под антропогенным воздействием она часто опускается до уровня ВЗ. В конце августа выпадающие осадки существенно увеличивают запас влаги в верхней корне-обитаемой толще. В сухие годы активный влагооборот ограничивается корне-облтаемым слоем. Максимальное иссушение отмечается в августе и формируется в середине профиля - на глубине от 50 - 100 см, где влажность находится на уровне ВЗ. Во влажные годы примачивание профиля достигает полуметровой отметки. Влажность органогенного горизонта колеблется между НВ и ВРК, ниже она находится между ВРК и ВЗ.

Таким образом, деградация живого напочвенного покрова приводит к более близкой зависимости гидротермнчсского режима почвы от климатических условий местности. Отмечается определенная тенденция возрастания общего расхода влаги из почвенного профиля. При этом запасы влаги метрового слоя почвы под естественным лесом (106 - 173 мм) и антропогенным воздействием (78 - 126 мм) отличаются. Следует добавить, что под лиственничником мертво-покровным амплитуда колебаний влагозапасов возрастает. Динамика водного режима аналогична контролю, но с меньшими объемами влагосодержания. Запас влаги в метровом слое под лиственничником мертвопокровным колеблется в пределах 78 - 126 мм, при общем расходе 116 - 182 мм воды.

Лиственничник - молодняк. В холодный период здесь происходит значительное накопление снега, благодаря ажурной конструкции кроны и наличию рядом открытого пространства. Это создает дополнительную подпитку, поэтому весной в поверхностном слое содержание влаги достигает НВ. Вместе с тем из-за отсутствия хвои на деревьях и относительно высокой температуры воздуха внутри лиственничника, идет усиленный расход влаги из почвы и в июне содержание влаги снижается до ВРК, а в июле в кориеобитаемом слое опускается до ВЗ, что является максимумом иссушения для дайной площадки. Ниже 60 см формируется "сухой пояс" мощностью в полметра. Минимум влаго-

запасов в метровом слое почвы составил 56 мм и приходится па начало августа. В сентябре наблюдается пополнение влагозанасов до 86 мм. В отличие от контроля здесь не происходит полного восстановления влагозапасов до раннелетне-го уровня.

Итак, средний расход влаги за вегетационный период под молодняком лиственничником составил 151 мм, в зависимости от климата года этот показатель может варьировать от 129 до 170 мм. Во влажные годы в профиле преобладают горизонты слабого иссушения с эпизодическим появлением у поверхности наименьшего насыщения. Снижается мощность горизонта иссушения до 20 - 30 см. Влагооборот возрастает до метровой глубины.

Сравнивая режимы влаги спелого древостоя и молодняка, мы приходим к выводу, что молодняк лиственницы расходует влаги приблизительно на 20 мм больше за сезон. В расходе влаги определяющую роль играет мощность напочвенного покрова, причем под спелым древостоем ежегодное накопление подстилки идет быстрее, чем под молодняком.

Залежь. Отсутствие затенения обуславливает значительные перепады температуры и влажности почвы. Вместе с тем здесь наблюдается возрастание суммы положительных температур и удлинение теплого периода в профиле, относительно облесенных участков. В целом, залежь испаряет влагу больше остальных площадок, в том числе больше почв молодняка на 25 мм. Таким образом, постоянно в течение вегетационного периода наблюдается дефицит влаги. За три года расход влаги составил в среднем 175 мм, варьируя от 150 до 215 мм в зависимости от метеоусловий года. Динамика влаги находится в непосредственной связи с атмосферным увлажнением. В почву проникает 33% снеговой воды, которая испаряется в течение первой декады мая. Максимальный суточный расход влаги в 2 раза превышает расход под лесом. Запас влаги в метровом слое варьирует от 125 до 62 мм, общий расход составляет 150 - 215 мм воды за вегетационный сезон. Активный влагооборот охватывает глубину 60 см. Итак, во влажные годы расходы воды из почв молодняка и залежи близки, а разница проявляется лишь в сухие годы (рис.1).

Глава 5. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ

В условиях сплошного распространения и влияния многолетней мерзлоты недостаток тепла лимитирует рост и развитие естественной растительности, поэтому температура и ее режим выступает как один из основных факторов плодородия почвы.

Весной прогревание почвы под пологом древостоя запаздывает по сравнению с открытым участком. Амплитуда колебаний составляет 21°С. Максимум температуры отмечается в 16 ч, т.е. наблюдается смещение максимума от времени полуденного зенита солнца, связанное с нагревом стволов деревьев. Кривая суточного хода смещена вправо, что показывает на преобладание охлаждения над нагреванием поверхности почвы. Среднесуточная температура поверхности почвы варьирует в пределах 16,2_+ 4,6 С" с 95 %-ной вероят -

в

и оV ■>:[*« 2»

Влажность, в % от ИВ > 120 100- 120 80- 100 60 - 80 40 - 60 20-40 < 20 мертлота

1985 г

Рис.1. Водный режим мерзлотной палевой осолоделой почвы под различными лесорастительными условиями: А - лиственничник разнотравно-брусничный; Б - лиственничник - молодняк; В - залежь.

ностыо. Суточные колебания ограничиваются корнсобитаемым слоем мощностью 20 см, причем скорость распространения тепловой волны изменяется от 1,1 до 1,7 см в час. Охлаждение почвы вдет в 2 раза быстрее, чем нагревание. Осеннее охлаждение среднесуточной температуры начинается в августе с глубины 10 см.

Зимнее охлаждение под пологом лиственничника разнотравно-брусничного превышает летнее прогревание почти в 28 раз, поэтому многолетняя мерзлота сохранилась и по настоящее время.

Амплитуда колебаний температуры воздуха в годовом цикле под лесом уменьшается на три четверти. Сумма отрицательных температур воздуха (<0°С) для Центральной Якутии равна 5000-6000° (Гаврилова, 1973), а на глубине 20 см она составляет 2800°С. Продолжительность морозного периода (<0°С) на этой же

глубине равна 7,5 месяцам. По классификации В.Н. Дим о (1968), исследовапиые мерзлотные почвы относятся к подтипу очень холодных.

При вытаптывании живого напочвенного покрова происходят следующие изменения, относительно контроля: возрастание амплитуды суточных колебании на 3°С; смещение на 3 часа времени наступления экстремальных температур; возрастание амплитуды годовых колебании на 2°С; на глубине 20 см возрастание среднемесячной температуры на 3°С в летний период, при максимальном градиенте между площадками весной и минимальном осенью.

Распашка лесных территорий приводит к следующим изменениям температурного режима почвы, относительно контроля: возрастание амплитуды суточных колебаний от 9 до 17°С; увеличение глубины сезонного протаивания в 3 раза; возрастание годовой амплитуды колебаний на 20°С; на глубине 20 см повышение среднегодовой температуры на 2°С 4.

Под пологом молодняка создаются благоприятные термические условия. Почва хорошо прогревается с уменьшением амплитуды суточных колебаний на 7 "С, относительно контроля. Относительно залежи годовые колебания снижаются на 6°С и глубина сезонного протаивания на 1 м.

Таким образом, деградация живого напочвенного покрова приводит к более близкой зависимости гидротермического режима почвы от климатических условий местности с возрастанием амплитуды колебаний влаго- и теплозанасов. Отмечается общая тенденция возрастания общего расхода влаги. Иссушение профиля тесно связано с возрастанием температуры почвы(среднегодовая на глубине 20 см возросла на 1°С) и увеличением амплитуды суточных (35°С на поверхности) и сезонных (33°С на глубине 20 см) колебаний. За зимний период наблюдается более сильное промораживание почвогрунта. Летом активные температуры проникают до 20 см, при этом глубина протаивания возросла на 50 см по сравнению с контролем.

При раскорчевке и вспашке лесных площадей экологические условия почвообразования изменяются. Здесь доминируют процессы олуговения и за-дернення почвы. Наибольшие изменения происходят в пахотном горизонте, где идет вторичное перераспределение ила. Макроструктура ухудшается и становится более неводопрочной, относительно почвы под лесом. Поверхностный слой испытывает значительное уплотнение, что ухудшает водно-физические показатели почвы - НВ уменьшилось в 3 раза, сузив границы диапазона активной влаги на 10%. Снизились пористость и водопроницаемость почвы. Открытый участок характеризуется значительным размахом колебаний температуры, так на поверхности максимальная амплитуда составляет 42°С. Активные температуры достигают 80-сантнметровой глубины, глубина сезонного протаивания составляет 3,2 м. Годовая амплитуда на 20 см равна 48°С. В зимний период залежь стабильно на 3 - 5° С холоднее почвы под лесом.

Под пологом лиственничного молодняка постепенно развивается 1умусо-зо-аккумулятнвный горизонт. В гумусовом горизонте наблюдается накопление тлистых фракций. Относительно залежи, макростуктура улучшена, но наблю-

дается дальнейшее уплотнение, которое ещё больше снижает ДАВ, порочность и водопроницаемость почв. Запас влаги под молодняком варьирует от 56 до 86 мм при общем расходе 129 -170 мм за сезон. Активные температуры в сухие годы достигает 40 см, во влажные - 80 см. Глубина сезонного протаивания составляет 2 м. В целом почва под молодняком летом на 5 -7 °С теплее, а зимой на 2 - 3°С холоднее почвы иод спелым древостоем (рис.2)

1985 г.

1886 г.

1987 г.

Рис.2. Термоизоплеты почвы в °С: А - лиственничник разнотравно -брусничный; Б - лиственничник мертвопокровной; В - молодняк - лиственничник; Г -залежь.

Таким образом, антропогенное воздействие отражается на верхнем полуметре. Вытаптывание влияет на верхний 10-сантиметровьш слой. При распашке отмечается изменение агрофизических свойств до 40 см. Лес снижает амплитуду колебаний воздуха на 3/4, а залежь лишь на половину. Кроме естественного леса на всех площадках в середине лета наблюдается формирование "сухого пояса" мощностью от 30 до 50 см. Условия теплообеспеченностн почвы в летний период определяются верхним полуметром, а характеристика нижележащего слоя зависит, главным образом, от суммы и продолжительности зимних температур.

Глава 6. РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЧВЕННЫХ РЕСУРСОВ И ИХ ОХРАНА

При различных видах антропогенного воздействия на межаласных пространствах истощаются водные ресурсы почв, что приводит к ухудшению экологического состояния мерзлотной палевой осолоделой почвы, причем скорость иссушения почвы напрямую зависит от интенсивности воздействия. В целях долговременного использования лесных пространств Лено-Амгннского междуречья необходимо "мягкое" управление природно-ресурсным потенциалом территории, включающее выборочные или ленточные рубки небольшими площадями с шириной лесосек около 30 м. Причем лесосеки рекомендуется располагать в меридиальном направлении, перпендикулярно господствующим ветрам, способствующим успешному самосеву семян деревьев и восстановлению вырубов Ленточные рубки следует проводить с 20-летннм перерывом для перехода на конвейерный способ лесопользования. Вокруг аласов полосу шириной 1 км необходимо перевести к категории защитной. При выборе лесосечных площадей нх не следует располагать ближе этой защитной зоны вокруг аласов, т.е. перевести эти леса из 3 группы (эксплуатируемых) в 1 группу лесов (полезащитные-и водоохранные функции). Выборочные рубки проводить в перестойных древо-стоях с соблюдением правил рубки и последующей очисткой вырубки от порубочных остатков с обязательным лесовосстановлением (посев, посадка, содействие естественному возобновлению). Только при таком подходе возможна имитация биологического круговорота вещества и энергии при непрерывности возобновления биологические ресурсов.

К каждому вид}' антропогенной нагрузки в межаласных пространствах Центральной Якутии необходим индивидуальный подход с учетом экологического состоянии почвы. При вытаптывании происходят те же изменения, что и при рекреационной нагрузке. Они подразделяются на 5 основных стадий рекреационной дигрессии. Переход количественных изменений в качественные называется пределом устойчивости лесного биогеоценоза. Визуально он определяется по внешнему виду леса и исчезновению иодросга. В классификации дигрессии (Чижова, 1977) предел устойчивости находится между 3 и 4 стадиями. 1-3 стадии это изменения обратимые, которые еще можно восстановить, а 4-5

стадии - необратимые изменения, которые невозможно восстановить, или восстановление связано с большими материальными, экономическими затратами и требует длительного периода времени. Лиственничник мертвопокровной находится на 3 стадии рекреационной дигрессии. Она характеризируется наличием светолюбивых и луговых растений, при слабом возобновлении. В слое почвы 010 см произошло снижение объемной массы на 0,02 единицы, что повлекло за собой уменьшение НВ на 20 % и снижение общего влагосодержания. Недостаток влаги подавляет активность почвенных микроорганизмов, синтезирующих гумусовые вещества. Поэтому здесь снизилось содержание гумуса.

В таких условиях для предотвращения дальнейшего ухудшения экологического состояния биотм целесообразны меры, включающие прокладки просек с ограждением для прохода скота с аласа на алас и регулирование нагрузки путем нормирования их количества на единицу площади за определенное время. Кроме того для восстановления живого напочвенного покрова и повышения почвенного плодородия можно рекомендовать внесение комплекса минеральных и органических удобрений. Внесение азотных удобрений по опушкам леса будет полнее использоваться древесной и луговой растительностью. Это предотвратит поступление азотных соединений в аласные озера, которое мы наблюдаем в виде "цветения ", что обуславливает замор и гибель рыбы в озерах.

На залежных участках почва испытывает постоянный дефицит влаги в верхнем корнеобитаемом слое. В засушливые годы трава на залежи выгорает, поэтому здесь стали преобладать степные виды растений и начался процесс задернения почвы, препятствующий возобновлению леса. На таких участках необходимы меры по естественному лесовосстановлению. Они включают в себя создание "минерализованных" участков, посев семян лиственницы, сосны, полив. На наш взгляд, востановление леса вокруг аласов с меньшими затратами повысит влагообеспеченность аласных лугов, чем закачивание воды в озера. Восстановленный лес тем самым обеспечит побочное лесопользование, такое как сбор грибов, ягод, лекарственных растений. Но также не следует забывать, что опушки межаласных пространств являются экотоннымн участками, обеспечивающие разнообразие дикого животного мира, способстукнцимн повышению устойчивости биогеоценозов.

ВЫВОДЫ

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено:

1. Мерзлотные палевые осолоделые иочвы легкого механического состава хорошо дифференцированы на генетические горизонты, удовлетворительно микроагрегатированы и оструктурены, но не водопрочны.

Запас влаги в метровом слое колеблется в пределах 106 - 173 мл«, общин расход в лиственничнике разнотравно-брусничном составляет 113-125 мм. Условия теплообеспеченности почвы в летний период проявляются в верхнем полуметре, а характеристика нижележащего слоя определяется главным образом суммой и продолжительностью зимних температур. Активные температуры

ограничиваются 10-сантиметровым слоем. Длительность теплого периода на глубине 20 см от поверхности составляет 3 - <1 месяца с суммами температур от 581 до 613 °С.

2. При вытаптывании уплотняется верхний 10-сантнметровый слон почвы. Снижаются водно-физические показатели почвы (НВ и ДАВ). Содержание гумуса в слое 10 - 20 см уменьшилось в 2 раза (от 2,68 до 1,07 %).. В сухие годы активный влагооборот ограничивается корнеобитаемым слоем (0 - 20 см), во влажные годы иромачивание охватывает верхний полуметр. Запас влаги в метровом слое почвы под лиственничником мертвонокровным колеблется в пределах 78 - 126 мм, при общем расходе 116 - 182 мм воды.

3. При лесосводке и распашке лесных площадей соответственно изменяются экологические условия почвообразовательного процесса. Здесь доминируют процессы олуговения и задернення почвы. Запас влаги в метровом слое варьирует от 125 до 62 мм, общий расход составляет 150 - 215 мм воды за вегетационный сезон. Активный влагооборот охватывает слой до 60 см. Активные температуры достигают 80-сантнметровой глубины, глубина сезонного нротаи-вания составляет 3,2 м. Годовая амплитуда на глубине 20 см равна 48°С. В зимний период почва залежи стабильно на 3 - 5°С холоднее почвы под лесом.

4. Запас влаги под молодняком варьирует от 56 до 86 мм с общим расходом 129 -170 мм за сезон. Активные температуры в сухие годы достигают 40 см, во влажные до 80 см. Глубина сезонного протаивания составляет 2 м. В целом почва под молодняком летом на 5 -7 °С теплее, а зимой на 2 - 3°С холоднее почв спелого древостоя.

5. В целях долговременного использования таежно-аласных ландшафтов Лено-Амгинского междуречья необходимо отвести однокнлометровую защитную зону вокруг аласов к категории полезащитных, водоохранных лесов 1 группы.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ но теме диссертации.

1. Пестерев Л.П. Суточный ход температуры лесных почв // Охрана окружающей Среды: Тез. докл. VI конференции молодых ученых и специалистов, ч. IV. - Якутск, 1986. - С. 53 -54.

2. Пестерев А.П. Тепловые ресурсы лесных почв таежно-аласных ландшафтов Центральной Якутии II Почвы и лес: Тез. докл. XI Всесоюзного симпозиума "Биологические проблемы Севера", вып. 1. - Якутск, 1986.

3. Пестерев А.П., Тарабукина В.Г. Агрофизическая характеристика лесных почв таежно-аласных ландшафтов И Почвы и лес: Тез. докл. XI Всесоюзного симпозиума "Биологические проблемы Севера", вып. 1. - Якутск, 1986.

4. Пестерев А.П. Влияние леса на температуру мерзлотных палевых почв // Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов: Тез. докл. - Уфа, 1987. - С.-4.

5. Пестерев А.П. Изменение агрофизических свойств мерзлотных палевых почв при антропогенном воздействии // Охрана окружающей Среды: Тез.

докл. VII Респуб. коиф. молодых ученых н спец., ч. II. - Якугск, 1988. - С. 45 -46.

6. Гаврильев П.П., Ярыгина Л.К., Пестерев А.П. Некоторые результаты исследований сезонного оттаивания почв // Проблемы гидротермики мерзлотных почв: Сб. ст. - Новосибирск, Наука, 1988.

7. Пестерев А.П. Гидротермический режим и агрофизические свойства мерзлотных палевых почв межаласья // Климат, почва, мерзлота: Сб. науч. трудов. - Новосибирск, Наука, 1991. - С. 54 -57.

8. Пестерев А.П., Попов В.В., Тихонов А.Г. Моделирование тепло- и вла-гопереноса мерзлотных почв // Экология растительного мира Якутии: Сб. тез. -Якутск, 1992. - С. 3 -4.

9. Пестерев А.П. Использование вариационной статистики при обработке данных суточного хода температуры лесной почвы // Экология растительного мира Якутии: Сб. тез. - Якутск, 1992. - С. 5 - 6.