Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Гидрологический режим осушенных лесных земель

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Гидрологический режим осушенных лесных земель"

С,

с-у. На правах рукописи

Шурыгин Сергей Геннадьевич

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ОСУШЕННЫХ ЛЕСНЫХ ЗЕМЕЛЬ

06.03.03 - Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург - 1997

Работа выполнена на кафедре почвоведения и гидромелиорации Санкт-Петербургской лесотехнической академии им. С. М. Кирова.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Бабиков Б. В.

доктор биологических наук, профессор Соловьев В. А.

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Красильников Н. А.

Ведущее предприятие:

Комитет по лесу по Ленинградской области Федеральной службы лесного хозяйства РФ

Защита диссертации состоится "Лг" с'-О^д^Л 1997 года в часов на заседании диссертационного совета Д 063.50.04 в Санкт-Петербургской лесотехнической академии им. С. М. Кирова (Институтский пер., 5, Главное здание, зал заседаний).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

иного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время осушение является наиболее доступным к простым способом коренного улучшения почвенных условий и как следствия повышения производительности лесных массивов. При осушении болот и временно избыточно увлажненных земель меняется водный режим и изменяется соотношение элементов водного баланса. К настоящему времени выполнены значительные исследования по изучению водного режима почв и баланса влаги, в том числе и на осушенных землях. Однако исследований гидрологического режима в целом на маломощных торфяниках и минеральных почвах, занимающих значительную часть осушаемых земель, очень мало. Отсутствуют сопоставимые, выполненные в одно и тоже время, исследования гидрологического режима этих земель, позволяющие выявить особенности действия осушительной сети.

Цель работы. Выявить особенности гидрологического режима осушенных лесных маломощных торфяников и минеральных земель. В частности установить особенности действия осушительной сети на торфяных и минеральных землях, изучить водный режим и режим кислорода, растворенного в почвенной воде торфяных и минеральных почв, выполнить исследования баланса влаги на осушенных торфяниках и минеральных землях, выявить степень влияния ведущих природных факторов на сток с осушенных земель.

Научная новизна. Впервые на основе круглогодичных исследований проведено одновременное изучение гидрологического режима осушенных лесных торфяных и минеральных почв. Уточнены особенности действия осушительных каналов на торфяных и минеральных землях. Получен годовой гидрограф стока, изучены особенности стока с торфяных и минеральных земель. Установлены величины стока и испарения в отдельные периоды года на осушенных торфяных и минеральных почвах. Исследованы водный и кислородный режимы, а также режимы промерзания и оттаивания торфяников и минеральных почв. Определена степень влияния ведущих факторов на сток с торфяников и минеральных земель. Получены достоверные экспериментальным данным модели стока с осушенных торфяных и минеральных земель, которые связывают сток с величинами напора грунтовых вод и температуры воздуха. Определены

нормы замещения факторов, влияющих на сток в течение периода вегетации с этих водосборов.

Обоснованность выводов. Комплексные круглогодичные исследования проведены на трех опытных водосборах и 20 постоянных пробных площадях в течение четырех лет. Полученные данные обработаны с помощью методов математической статистики.

Личный вклад автора. Многолетние исследования режима промерзания и оттаивания почв, режима кислорода, растворенного в почвенной воде, водного режима, включая круглогодичные наблюдения за грунтовыми водами, расчет баланса влаги в сосняках на торфяниках и елово-лисгвенных древостоях на минеральных почвах выполнены лично автором.

Апробация и публикация результатов работы. Основные результаты работы были обсуждены на научно-технических конференциях ЛТА (1996, 1997 гг.). По теме диссертации на конкурсах грантов выиграно три персональных гранта от Правительства Санкт-Петербурга и Государственного Комитета Российской Федерации по высшему образованию (в 1994 г. № 374-3.8, в 1995 г. № 8-3.8, в 1997 г. № 210-3.8) и представлены в конкурсный центр отчеты о проделанной работе. Основные результаты исследований опубликованы в 3 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка использованной литературы, приложений. Объем работы составляет 145 страниц, из них 18 рисунков, 44 таблицы. Приложения представлены на 10 страницах. Список используемой литературы включает 166 наименований отечественных и зарубежных работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Проведен анализ научных работ отечественных и зарубежных авторов по вопросам, связанным с гидрологическим режимом осушенных земель. Исследований гидрологического режима в целом и отдельных его составляющих на осушенных землях очень мало. Недостаточно изучены водный и кислородный режимы, а также режимы

промерзания и оттаивания осушенных лесных маломощных торфяных и минеральных почв.

Одновременному изучению элементов водного баланса на осушенных лесных маломошных торфяниках и минеральных почвах не уделяется должного внимания. Поэтому исследования стока и испарения в различные периоды года и всего года в целом на торфяных и минеральных землях представляют особый научный интерес. Мало работ посвящено сравнению твердого стока с осушенных торфяников и минеральных земель. Известно, что сток воды зависит от многих факторов. В тоже время недостаточно работ посвящено определению степени влияния природных факторов на сток в различные периоды года.

Следовательно, в настоящее время совершенно мало изучены особенности формирования гидрологического режима осушенных лесных маломощных торфяных и минеральных земель.

С учетом сделанных выводов были принята программа и методика исследований, подобраны объекты исследований на осушенных лесных торфяных и минеральных землях.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Основные сведения об объектах исследований

По материалам исследований и литературным данным (Б. В. Бабиков, В. П. Косарев, А. И. Тимофеев, 1996) приводится характеристика опытных водосборов. Исследования выполнены в Ленинградской области на 3 водосборах, на которых устроено 6 опытных участков. Участки 1-4 находятся на болоте с мощностью торфа 0,4-0,8 м. Торфяная залежь представлена как верховым, так и переходными торфами. Торф подстилается ленточной глиной. Болото осушено в 1974 году, расстояния между осушителями для участков 1,2, 3, 4 приняты равными соответственно 93,110, 156, 87 м. Глубина каналов в настоящее время равна 0,6-0,8 м. Условия участков 1-3 являются характерными для водосбора 3, площадь которого равна 33,0 га. После осушения на болоте произрастает сосновый древостой IV-VI класса возраста, Ш-1а класса бонитета, с полнотой 0,39-0,95.

Участки 5 и 6 находятся на минеральных землях. Почвы на участках модер - и грубогумусные средне - и сильноподзолистые

среднесуглинистые на метаморфизированных ленточных глинах. Важнейшей особенностью этих почв, оказывающей большое влияние на действие осушительной сети и режим стока, является разделение почвенного профиля на 2 слоя (В. П. Косарев, 1990). Верхний слой сравнительно рыхлый имеет высокую водопроницаемость. Нижележащий слой (горизонты В и С) - тяжелый плотный и практически водонепроницаемый. Осушение на этих участках проведено в 1974 году расстояния между осушителями для участков 5 и 6 приняты равными соответственно 110 и 120 м. Глубина каналов в настоящее время равна 0,60,8 м. Условия участков 5 и 6 являются характерными для водосборов 2 и 4, площадь которых соответственно равна 10,2 га и 295 га. На участках 5 и 6 преобладают еловолиственные древостой И-1 классов бонитета, У-ХИ классов возраста, с полнотой 0,7-1,3.

2.2. Основные положения программы и методики исследований.

2.2.1. Программой предусмотрено изучение следующих вопросов:

1) Изучение водного режима торфяников и минеральных земель.

2) Исследование режима кислорода, растворенного в почвенной воде торфяных и минеральных почв.

3) Изучение водного баланса торфяников и минеральных земель.

4) Определение влияния ведущих природных факторов на сток с торфяных и минеральных земель.

2.2.2. Методика исследований.

Изучение вопросов поставленных в работе проводилось на 3 опытных водосборах, представленных торфяными и минеральными почвами и на 20 постоянных пробных площадях, из которых 6 находятся на минеральных землях, а остальные на верховых и переходных участках маломощного торфяника.

Наблюдения за динамикой уровней грунтовых вод проводилось по общепринятым методикам. Глубина залегания грунтовых вод определялась относительно средней точки поверхности почвы.

В холодный период года на опытных участках проводилось определение величины промерзания и оттаивания лесных осушенных торфяных и минеральных почв с помощью мерзлотомеров

(Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, 1975). На участках 1,2, 3, 5 и 6 было установлено по 6 мерзлотомеров, три из которых располагались в 3 м от осушителя, а остальные три мерзло-томера - на середине межканального пространства.

При исследовании режима кислорода, растворенного в почвенной воде, отбор проб воды на торфяных и минеральных осушенных лесных землях проводился по общепринятой методике (А. Я. Орлов, С. П. Кошельков, 1971). Содержание кислорода в воде определяли по методу Винклера (О. А. Алекин, 1954).

Наблюдения за величиной задержания осадков пологом древо-стоев проводилось с помощью малых дождемерных воронок в количестве 9-13 шт. на опытный участок (С. Ф. Федоров, 1977).

Сток воды по каналам измерялся при помощи гидрометрических водосливов с тонкой стенкой по стандартной методике (В. А. Урываев, 1953; Б. В. Бабиков, 1970; С. Э. Вомперский, 1974; X. Пляйс (Н. Pleiss), 1976).

Влагозапасы почвы определялись путем отбора образцов на влажность по генетическим горизонтам с 6-кратной повторностью на минеральных почвах и 9-кратной повторностью на торфянике отдельно на средине межканального пространства и в приканальной области 2 раза в месяц и их последующей термостатной сушкой (А. А. Роде, 1960).

Величина суммарного испарения рассчитывалась по уравнению водного баланса.

Степень влияния природных факторов на сток периоды года оценивалась с помощью многофакгорного дисперсионного анализа (Г. Шеффе, 1980).

3. ВОДНЫЙ РЕЖИМ ТОРФЯНЫХ И МИНЕРАЛЬНЫХ

ПОЧВ

3.1. Погодные условия в период проведения исследований

Наблюдения за гидрологическим режимом проводились в маловодные и средние по влагообеспеченности вегетационные периоды и гидрологические годы. В среднем количественные характеристики гидрологического режима за 1994 -1997 гг. были близки к средне-многолетним данным для гидрологического года, а для периода ве-

гетации близки к маловодному периоду, так как среднее за период вегетации количество осадков составило 89 % от нормы.

3.2. Водный режим торфяных и минеральных почв.

Водный режим маломощных торфяников близок к водному режиму минеральных почв на слабоводопроницаемых грунтах (А. Я. Орлов, 1966; В. П. Косарев, 1976). На маломощных торфяниках весной после снеготаяния и летом после выпадения сильных дождей при высоких уровнях грунтовых вод формируются кривые депрессии уровней грунтовых вод. На минеральных почвах уровни грунтовых вод, находясь на некоторой глубине, как бы копируют рельеф поверхности, и образуются только кривые спада уровней грунтовых вод.

На торфяных и минеральных почвах, при одинаковом расстоянии между каналами, в среднем за период вегетации уровень грунтовых вод находится на глубине 50-51 см. К началу периода вегетации уровни грунтовых вод на минеральных почвах располагаются у поверхности почвы, а на торфянике находятся на глубине 29-30 см.

При увеличении интенсивности осушения торфяников и минеральных почв увеличивается снижение уровней грунтовых вод к началу периода вегетации и амплитуда колебаний грунтовых вод.

При подъемах грунтовых вод, особенно в период вегетации, может наблюдаться затопление корней деревьев. Затопление корней деревьев в летний период на срок более 4-5 суток приводит к "гибели растущих частей корня" (А. В. Веретенников, 1968; А. Я. Орлов, С. П. Кошельков, 1971). При близком расстоянии между каналами, равном 110 м, на торфяных и минеральных почвах обеспеченность уровней грунтовых вод для корнеобитаемого слоя (0-30 см) составляет соответственно 16-21 и 23-43 %, то есть вероятность затопления корневых систем на минеральных почвах в 1,4-2,0 раза выше, чем на торфяных. На тяжелых минеральных почвах при таком расстоянии между каналами обеспечивается не совсем благоприятный водный режим. Поэтому на тяжелых слоистых минеральных почвах осушительные каналы следует устраивать более часто, но их можно делать менее глубокими. В. П. Косарев (1993) рекомендует в таких условиях проводить каналы через 50-80 м с глубиной 0,6-0,8 м.

3.3. Режим кислорода, растворенного в почвенной воде.

По данным А. Я. Орлова, В. В. Иванова (1990) рост корней

сосны и ели в естественных условиях прекращается при содержании

растворенного в воде кислорода до 1-2 мг/л. Грунтовые воды осушенных торфяников чаще всего лишены растворенного кислорода и только после дождей концентрация кислорода в верхнем двадцати сантиметровым слое почвы может повышаться до 1 мг/л, что соответствует 12 % от максимальной растворимости кислорода в воде. Содержание кислорода в грунтовых водах на минеральных почвах не превышает 0,6-1,0 мг/л, а после выпадения дождей может увеличиваться до 2-6 мг/л, что составляет 20-54 %. Даже осадки, богатые кислородом, не поднимают насыщенность им почвенной воды верхних слоев торфяных и минеральных почв выше 12-54 %. На минеральных почвах наблюдается несколько большая концентрация кислорода в грунтовых водах, чем на торфяниках, так как они обладают меньшей микробиологической активностью.

По мере увеличения расстояния от истока не наблюдается увеличения содержания кислорода в стекающей воде. Как правило, уже в истоке вода обогащается кислородом и содержит 8,7-11,2 мг/л кислорода, что соответствует 80-100% от максимальной растворимости. Вода с осушенных земель вытекает с одинаковым или несколько большим содержанием растворенного кислорода, чем в реках - водоприемниках. Это благоприятно сказывается на кислородном режиме рек.

Биохимическое потребление кислорода (БПК) в воде стока с торфяных почв несколько выше, чем с минеральных. Следовательно, на осушенных минеральных землях в стоке воды содержится меньшее количество органических веществ, чем в стоке с торфяников.

3.4. Промерзание и оттаивание торфяных и минеральных

почв.

Промерзание осушенных торфяных и минеральных почв начинается в ноябре-декабре и если в течение зимы не наблюдаются сильные оттепели, то величина промерзания почв увеличивается вплоть до марта. Максимальная величина промерзания торфяников и минеральных почв в различные годы находилась в пределах соответственно от 6 до 33 см и от 10 до 46 см. Исследования Г. Е. Пятецкого (1971) и данные наших наблюдений показывают, что на торфяниках наблюдается меньшая величина промерзания почвы, чем на минеральных землях. При приближении от середины межканального пространства к осушителям на торфяниках наблюдается увеличение

мощности промерзания (А. И. Тимофеев, 1982), что обуславливается большим понижением уровня грунтовых вод около каналов и изменением влажности почвы. Такая же закономерность наблюдается и на осушенных минеральных почвах.

В конце марта начале апреля происходит оттаивание почв сначала снизу, а через неделю и сверху. Оттаивание почвы сверху вниз в сосняках на торфяниках начиналось на неделю раньше, чем в елово-лиственных древостоях на минеральных почвах. Полное оттаивание мерзлой почвы на осушенных лесных торфяных и минеральных почвах заканчивается ко второй декаде мая.

4. ВОДНЫЙ БАЛАНС ОСУШЕННЫХ ТОРФЯНЫХ И МИНЕРАЛЬНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ

4.1. Осадки.

Наименьшее количество осадков за вегетационный период задерживается в мае и сентябре - в периоды минимального облистве-ния деревьев. В течение периода вегетации в средневозрастных со-сново-березовых древостоях I класса бонитета задержание осадков кронами деревьев составило 24 %, в сомкнутых приспевающих сосняках 1 класса бонитета - 35 %, в средневозрастных сосняках 1П класса бонитета - 27 %, а в перестойных елово-лиственных древостоях П класса бонитета - 34 % осадков.

Летом на кронах сосновых и елово-лиственных древостоев задерживается в 2-3 раза больше осадков, чем зимой.

4.2. Сток.

В весенний период на водосборе торфяника с сосновыми дре-востоями максимальный суточный модуль стока достигает 1,18 79 л/(с-га). На минеральных почвах, с произрастающими на них елово-лисгвенными древостоями, максимальный модуль стока обычно выше, чем на торфянике, в этот период он может достигать 1,3628 л/(с-га). Однако слой стока за весенний период на маломощных торфяниках выше (табл. 1), так как таяние снега в елово-лиственных насаждениях на минеральных почвах обычно начинается позднее и проходит менее интенсивно. В целом за весенний период сток воды с торфяника был на 15,5 % выше стока с минеральных почв. В летний период на торфяных и минеральных почвах отмечается прекращение

и

стока воды по каналам. На минеральных почвах период нулевого стока в среднем равняется 55 суткам, а на торфянике - 46 суткам.

В летний и осенний периоды сток на торфянике с сосновыми древостоями обычно тоже превышает сток на минеральных землях с елово-лиственными древостоями, так как в елово-лиственных древо-стоях на кронах деревьев задерживается большее количество осадков, чем в сосняках.

Таблица 1

Распределение стока по периода года в мм_

Период Торфяные почвы (К = 83 м/га) Минеральные почвы (К = 56 м/га)

мм % мм %

Осень (X - XI) 22,2 8,6 17,8 10,1

Зима (XII - II) 16,8 6,5 12,7 7,2

Весна (III - IV) 130,0 50,6 109,9 62,4

V-IX 80,0 31,2 71,9 40,8

Сумма за год 249,0 100 212,3 100

Примечание: К - степень канализации м/га.

Исследования Б. В. Бабикова, В. П. Косарева, А. И. Тимофеева (1982) и данные наших изысканий показывают, что зимой сток на минеральных почвах может прекращаться, так как откосы каналов на минеральных почвах сильно промерзают. Торфяные почвы могут отводить воду по каналам в течение всей зимы потому, что на торфянике дно и нижняя часть откосов каналов обычно не промерзает. Поэтому зимний сток на торфянике в 1,3 раза превышает сток за период зимы с минеральных почв.

За период вегетации и в целом за год с водосбора на торфяных почвах стекает соответственно на 10,1 % и 14,7 % воды больше, чем с водосбора на минеральных почвах. Можно предположить, что осушение маломощных торфяников с сосновыми древостоями в большей степени увеличивает летний меженный сток рек - водоприемников и сокращает период "нулевого" стока, чем осушение минеральных земель с елово-лиственными древостоями.

Сравнение полученных величин стока на маломощных торфяниках и минеральных почвах с многолетними данными Б. В. Бабикова (1976) с мощных болот и В. П. Косарева (1991) с минеральных почв показало хорошую сходимость результатов исследований. Выявлено, что на осушенных мощных торфяниках наблюдается более

равномерное распределение стока в течение года: уменьшается сток в период половодья; сокращается период "нулевого стока", что более благоприятно сказывается на питании рек в летнюю межень.

Наибольший твердый сток на осушенных водосборах наблюдается во время весеннего половодья, в этот период он может достигать на торфяных почвах 71 кг/га в месяц, на минеральных -144 кг/га в месяц. За период май-сентябрь со стоком с торфяника выносится 96 кг/га твердых веществ, с минеральных почв -165 кг/га. Количество твердых веществ в единице объема воды стекающей с минеральных земель и в реке-водоприемнике приблизительно одинаково, а на торфянике концентрация твердых веществ на 33 % ниже, чем в реке, то есть осушение торфяников не увеличивает концентрацию твердых веществ в воде рек.

4.3. Испарение.

Влажность верхних 0-5 см слоев торфяных и минеральных почв иногда опускается до 1-15 % от объема почвы, что значительно ниже влажности завядания. Очевидно, в эти периоды корни деревьев питаются из более глубоких слоев почвы, где влажность выше. В слоях почвы глубже 10 см содержание влаги в торфяной почве в течение периода вегетации обычно не снижается ниже 30-40 % от объема почвы, то есть находится в благоприятных пределах, так как по данным С. А. Соловьева, С. Э. Вомперского (1974) на слаборазло-жившемся верховом торфе влажность завядания находится в пределах 3,5-10 % от объема. На минеральных почвах в слое ниже 10 см объемная влажность почвы находится в пределах 20-40 %, то есть почти всегда равна наименьшей влагоемкости, которая дня глины и суглинка составляет 30-50 % объемной влажности почвы.

На минеральных почвах после выпадения осадков наблюдается резкое увеличение влажности в слое 10-20 см, а на торфянике увеличение влажности почвы происходит плавно.

В течение вегетационного периода испарение влаги не остается постоянным. Наименьшая величина испарения наблюдается в мае (рис.1), когда среднесуточная температура воздуха была равна +9 °С. Кроме того, в первой половине месяца испарение с крон лиственных деревьев значительно ниже, так как в начале периода вегетации обли-ствение крон деревьев еще очень мало. В июне-августе при повышении средней за месяц среднесуточной температуры воздуха до +15 °С

происходит увеличение испарения до 76-93 мм в месяц в сосняках на торфянике и до 55-78 мм в елово-лиственных древостоях на минеральных землях. В сентябре при понижении температуры воздуха до +9 °С наблюдается снижение испарения до 49 мм.

в Торфяные почвы □ Минеральны« почвы

МЕСЯЦЫ

Рис. 1. Испарение влаги в сосняках на торфянике и елово-лиственных древостоях на минеральных почвах.

В мае в елово-лиственных древостоях на минеральных почвах испаряется в 1,4 раза больше влаги, чем в сосняках на торфянике, так как в елово-лиственных древостоях период снеготаяния заканчивается позднее. Во все остальные месяцы вегетационного периода суммарное испарение обычно выше в сосняках на торфяных почвах.

За маловодный период вегетации на испарение в сосняках на маломощном торфянике и елово-лиственных древостоях на минеральных почвах расходуется соответственно 331 и 284 мм влаги. В сосняках на мощных верховых торфяниках при близкой степени осушения (Б. В. Бабиков, 1976) за май-сентябрь суммарное испарение составляет 310 мм. В период с октября по апрель на суммарное испарение в елово-лиственных древостоях на минеральных почвах

расходуется 122 мм влаги, что в 2,5 раза превышает испарение в сосняках на торфянике равное 48 мм.

В годовом балансе влаги суммарное испарение в сосняках на торфянике и в елово-лиственных древостоях на минеральных почвах составило соответственно 379 и 405 мм.

5. ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ RA СТОК С ТОРФЯНЫХ И МИНЕРАЛЬНЫХ ЗЕМЕЛЬ, МОДЕЛИ СТОКА ВОДЫ

5.1. Влияние природных факторов на сток воды

Проведенные исследования с помощью дисперсионных анализов показали, что в течение года основным, влияющим фактором на сток по каналам, является напор грунтовых вод. Полученные результаты согласуются с исследованиями Б. В. Бабикова, А. С. Алексеева (1992), согласно их данным наибольшее влияние на сток оказывает величина напора. В течение года влияние напора прослеживается не одинаково. В весенний период доля влияния напора на сток составляет 27-35 %. В этот период температура воздуха и мощность снега тоже оказывают существенное влияние на сток (около 20-25 %). В период вегетации влияние напора проявляется более сильно. Доля влияния напора увеличивается до 54-43 % от влияния всех факторов. Осенью сток на торфяниках в основном зависит от напора грунтовых вод, а на минеральных землях от напора грунтовых вод и величины осадков. Влияние этих факторов было статистически значимо на высоком уровне значимости.

5.2. Модели стока воды с осушенных торфяных и минеральных земель.

Модели стока за период вегетации на осушенных лесных торфяных (водосбор 3) и минеральных землях (водосбор 2) были получены с помощью множественного регрессионного анализа. Уравнение множественной регрессии в общем виде имеет следующий вид: q = а+ Ъ*Н + c*t, (1)

где q- модуль стока, л/(с-га); а - константа; Ь- коэффициент напора; с - коэффициент температуры; Н- средний за период вегетации напор грунтовых вод, см; t- среднесуточная температура воздуха за вегетационный период, °С.

Полученные уравнения множественной регрессии (табл.2) адекватны экспериментальным данным, так как расчетные величины критерия Фишера значительно больше табличных при уровне значимости 0,0000. Рассчитанный по эти уравнениям регрессии модуль стока показал хорошую сходимость с фактическим величинами стока с осушенных водосборов в различные годы (табл.3).

Таблица 2

Коэффициенты уравнений множественной регрессии

№ водосбора Значения коэффициентов уравнений Я Я расч. Уровень значимости

а в с

3 0,00000 0,00341 -0,00516 0,77 65,68 0,0000

2 0,09421 0,00123 -0,00541 0,59 23,05 0,0000

Примечание: Я - коэффициент корреляции; Б расч. - расчетный критерий Фишера.

Таблица 3

Средний за период вегетации фактический сток и

рассчитанный по моделям, л/(ста)

№ водо сбора 1995 г. 1996 г.

У-1Х У-1Х

факт модель ошибка, % факт модель ошибка, %

3 0,0390 0,0374 4,0 0,0664 0,0716 7,8

2 0,0336 0,0300 10,8 0,0598 0,0615 2,8

С помощью множественного регрессионного анализа были получены нормы замещения факторов, влияющих на сток воды, то есть такие количественные соотношения факторов, при которых факторы могут замещать друг друга, не оказывая влияния на результирующую величину стока (Л. Л Терехов, 1974). Величины коэффициентов замещения, рассчитанных по методике описанной в работе Б. В. Бабикова, А. С. Алексеева (1992) приводятся в табл.4.

Таблица 4

Нормы замещения напора грунтовых вод и температуры воз-

духа

№ водосбора напор-температура см - град температура-напор град - см

3 -1,5 -0,7

2 -4,4 -0,2

Повышение температуры воздуха на 1°С на торфянике и минеральных землях компенсирует снижение напора грунтовых вод со-

ответственно на 1,5 и 4,4 см без изменения стока воды. Нормы замещения температуры воздуха напором грунтовых вод на минеральных почвах значительно выше, чем на торфяных, так как уровень грунтовых вод на минеральных почвах обладает большей амплитудой колебаний. Нормы замещения температуры воздуха напором грунтовых вод на маломощных и мощных торфяниках (Б. В. Баби-ков, А. С. Алексеев, 1992) оказались близкими между собой.

ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследований установлено:

1. На маломощных торфяниках весной после снеготаяния и летом после выпадения сильных дождей при высоких уровнях грунтовых вод формируются кривые депрессии уровней грунтовых вод. На минеральных почвах уровни грунтовых вод, находясь на некоторой глубине, как бы копируют рельеф поверхности, и образуются только кривые спада уровней грунтовых вод.

2. На торфяных и минеральных почвах при одинаковом расстоянии между каналами в среднем за период вегетации уровень грунтовых вод находится на глубине 50-51 см. К началу периода вегетации уровни грунтовых вод на минеральных почвах располагаются у поверхности почвы, а на торфянике находятся на глубине 29-30 см. Вероятность затопления корнеобитаемого слоя почвы (0-30см) на минеральных почвах составляет 23-43 %, на торфяных - 16-21 %.

3. Грунтовые воды осушенных торфяников обычно лишены растворенного кислорода, на минеральных почвах содержание кислорода в грунтовых водах не превышает 0,6-1,0 мг/л. После дождей концентрация кислорода в верхнем 20-сантиметровым слое почвы на торфяных и минеральных землях может повышаться соответственно до 1 мг/л и 2-6 мг/л.

4. Существенное влияние на действие осушителей оказывает степень промерзания почвы. Величина промерзания почвы на середине межканального пространства на торфяниках достигает 26 см, а на минеральных землях - 33 см. В направлении от середины межканального пространства к каналам осушительной сети на торфяниках и минеральных землях отмечается увеличение мерзлого слоя почвы соответственно до 33 и 46 см.

5. Сток воды с осушенных торфяников обычно происходит в течение всего года. На минеральных почвах в зимний период отмечается прекращение стока воды по осушителям. Годовой сток воды па маломощных торфяниках был выше, чем на минеральных почвах в

1,1 раза и составил 249 мм, а на минеральных землях он равнялся 212 мм. Слой стока за период вегетации на торфяных и минеральных почвах был равен соответственно 80,0 и 71,9 мм.

6. Содержание растворенного кислорода в стекающей воде с осушенных земель составляет 80-100 % от максимальной растворимости кислорода в воде.

7. В летний период на торфяных и минеральных почвах отмечается прекращение стока воды по каналам. На минеральных почвах период нулевого стока обычно продолжительнее на 6-10 суток и в среднем равняется 55 суткам, а на торфянике он составил 46 суток.

8. За период май-сентябрь со стоком воды с осушенных торфяных и минеральных почв выносится соответственно 96 и 165 кг/га твердых веществ. Осушение торфяников не увеличивает концентрацию твердых веществ в воде рек. В стекающей воде с минеральных почв содержится меньшее количество органических веществ по сравнению со стоком с торфяников.

9. В течение периода вегетации влажность торфяных и минеральных почв в слоях глубже 10 см обычно не ниже 30-40 % от объема почвы. На минеральных почвах после выпадения осадков наблюдается резкое увеличение влажности в слое 10-20 см, а на торфянике увеличение влажности почвы происходит плавно.

10. В течение вегетационного периода расход влаги на суммарное испарение в сосняках на торфянике равен 331 мм или 2,2 мм в сутки, в елово-лиственных древостоях на минеральных почвах 284 мм или 1,9 мм в сутки. В период с октября по апрель суммарное испарение в елово-листвешшх древостоях на минеральных почвах составляет 122 мм, а в сосняках на торфянике 48 мм.

11. Суммарное испарение в сосняках на торфянике и в елово-лиственных древостоях на минеральных почвах составило 379 и 405 мм в год. Годовая величина суммарного испарения на торфяных и минеральных почвах в 1,5-1,9 раза превышает сток.

12. Основным фактором, определяющим сток с осушенных земель, является напор грунтовых вод. Однако на величину стока

оказывают влияние и другие факторы. В весенний период сток в определенной степени зависит от мощности снега и температуры воздуха. Осенью сток на торфяниках в основном зависит от напора грунтовых вод, а на минеральных землях от напора грунтовых вод и величины осадков.

Одновременные исследования гидрологического режима осушенных торфяных и минеральных почв позволили установить, что на торфяниках по сравнению с минеральными землями действие осушительной сети проявляется сильнее, выше влажность почвы в течение периода вегетации, сокращается период нулевого стока, уменьшается твердый сток, увеличивается объем стока за период вегетации и за год. Осушенные торфяники в большей степени регулируют поступление воды в реки в течение года, чем минеральные земли.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Шурыгин С. Г. Влияние Чебоксарского водохранилища на уровень грунтовых вод и рост сосновых древостоев. // Гидролесомелиорация: задачи и координация исследований: Информационные материалы... / СПбНИИЛХ.- Спб., 1994,- С. 123 - 125.

2. Шурыгин С.Г. Режим стока с осушенных земель // Гидролесомелиорация: Наука - производству: Материалы совещания. -СПб.: СПбНИИЛХ, 1996. С. 68 - 71.

3. Шурыгин С.Г. Водный баланс осушенных лесных торфяных и минеральных почв.// Гидротехническая мелиорация земель, ведение лесного хозяйства и вопросы экологии: Т" гплншпу

! [росим прислать отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер., д.5, ЛТА, Ученому секретарю диссертационного совета.

СПб., 1997.-С. 132- 135.