Температурный режим иллювиально-гумусовых подзолов Кольского полуострова

УДК 631.4

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ИЛЛЮВИАЛЬНО-ГУМУСОВЫХ ПОДЗОЛОВ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА

© 2017 О.В. Решоткин, О.И. Худяков

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, г. Пущино

Статья поступила в редакцию 22.05.2017

Проведено исследование температурного режима иллювиально-гумусовых подзолов центральной части Кольского полуострова. Выявлены тенденции изменений температуры воздуха и почвы, осадков и снежного покрова за период 1932-2016 гг. Установлено, что для современного периода характерно потепление почвенного и атмосферного климата, сопровождающееся увеличением осадков и уменьшением высоты снежного покрова.

Ключевые слова: климат, изменение, температурный режим, почва

Температурным режимом почвы называют распределение температуры в почвенном профиле и непрерывные изменения этого распределения во времени [1]. Исследование температурного режима подзолов Кольского полуострова представляет значительный интерес для познания почвообразовательного процесса на Европейском Севере. Особую актуальность изучение температуры почв приобретает в связи с современным изменением климата, которое ведёт к изменению температурного режима почв, смене растительных ассоциаций и изменению ландшафтного облика территории. Температура почвы является чувствительным климатическим индикатором. Она играет важную роль во всех физических, биологических и микробиологических процессах, происходящих в почве. Температурный режим почв и климат лесной зоны Кольского полуострова ранее рассматривался в работах [2-4].

Цель работы: охарактеризовать основные параметры температурного режима иллювиально-гумусовых подзолов Кольского полуострова и выявить тенденции изменения почвенного и атмосферного климата в современный период.

Объекты и методы исследований. Для изучения температурного режима иллювиально-гумусовых подзолов нами использованы данные наблюдений на метеостанции Краснощелье, расположенной в Ловозерском районе Мурманской области [5, 6]. Метеостанция основана в 1932 г. Координаты станции 67,35° с.ш. и 37,05° в.д., высота 157 м. Краснощелье расположено в центральной части Кольского полуострова на левом берегу р. Поной. Рельеф равнинный. В геоморфологическом отношении изучаемая территория относится к центральной болотистой равнине, занимающей верхнее и среднее течение р. Поной [7]. Растительность окрестностей Краснощелья представлена северотаёжными сосново-берёзовыми лишайниково-зеле-номошными и лишайниковыми лесами и болотами. В почвенном покрове преобладают подзолы маломощные иллювиально-гумусовые, торфяно-глеевые

Решоткин Олег Владимирович, кандидат биологических наук, научный сотрудник. Е-шаИ: reshotkin@rambler.ru Худяков Олег Иванович, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник. Е-шаП: oix@rambler.ru

и торфяно-болотные почвы [8]. В соответствии с картой почвенно-экологического районирования Российской Федерации [9] Краснощелье расположено в Кольско-Карельской провинции подзоны глее-подзолистых почв, глеезёмов и подзолов северной тайги. Исследуемая почва - подзол иллювиально-гумусовый песчаный.

Результаты и обсуждение. Климатическая норма (КН) среднегодовой температуры воздуха, рассчитанная за период 1961-1990 гг. для метеостанции Краснощелье отрицательная и составляет -1,6°С. За весь период наблюдений (1932-2016 гг.) среднегодовая температура воздуха варьирует от -4,1 до +1,5 °С. Тёплый период года (месяцы с положительной средней месячной температурой) продолжается 5 месяцев (май-сентябрь). Температура самого тёплого месяца (июль) 13,2°С. Холодный период продолжается 7 месяцев (октябрь-апрель). Температура самого холодного месяца (январь) -14,7°С. Краснощелье, расположенное в Понойской депрессии, является одним из самых холодных мест Кольского полуострова. Минимальная температура воздуха, зафиксированная 8 февраля 1946 г. составляет -48,8°С. Климат центральной части Кольского полуострова отличается большей континентально-стью, чем на побережьях. Годовая амплитуда температуры воздуха в Краснощелье 27,9°С.

Характерной особенностью климатических колебаний температуры воздуха на Севере России в XX - начале XXI в. является смена периодов похолоданий и потеплений. Начало наблюдений за температурой воздуха в Краснощелье (1930-е гг.) пришлось на потепление, известное в климатической литературе как «период потепления Арктики». Начиная с 1940-х гг. среднедесятилетняя температура воздуха начала снижаться, достигнув минимума в 1960-е гг. (рис. 1). Затем среднедесятилетняя температура воздуха непрерывно повышалась, сначала очень медленно, а начиная с 1990-х гг. отмечается быстрый рост температуры воздуха. В 2000-е гг. среднедесятилетняя среднегодовая температура воздуха сравнялась с уровнем 1930-х гг., а в 20112016 гг. превысила его на 0,9°С достигнув максимума за весь период наблюдений.

4 -3 -

2 -1 -

0 -

а -1 -Н

.Тп

1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Годы

Рис. 1. Изменение среднегодовой температуры воздуха (Тв) и температуры почвы на глубине 80 см (Тп) по десятилетиям. Пунктирными линиями показана климатическая норма температуры воздуха и почвы

Начало XXI века стало самым тёплым за весь период наблюдений во все сезоны года. Среднегодовая температура воздуха за период 2001-2010 гг. превысила климатическую норму 1961-1990 гг. на 1,2°С, а за период 2011-2016 гг. на 2,1°С. В разные сезоны года температура воздуха увеличилась неодинаково. За период 2001-2010 гг. наибольшее повышение температуры воздуха наблюдается в зимний сезон, а за период 2011-2016 гг. в зимний и весенний сезоны. За оба периода наименьшее повышение температуры воздуха наблюдается в летний сезон.

Исследуемая территория относится к зоне избыточного увлажнения. Среднегодовое количество осадков за период 1961-2015 гг. варьирует от 364 до 700 мм при климатической норме 505 мм. В

течение года осадки выпадают неравномерно (рис. 3). Наибольшее их количество за период 1961-1990 гг. (КН) приходится на лето (184 мм) и осень (142 мм), что составляет соответственно 36 и 28%. На весну приходится 93 мм или 19%, а на зиму 83 мм или 17% осадков. Сумма осадков за вегетационный период (май-сентябрь) 273 мм.

За период 2001-2010 гг. среднегодовое количество осадков увеличилось относительно КН на 26 мм, а за период 2011-2015 гг. на 50 мм. В распределении осадков по десятилетиям отмечается тенденция чередования относительно сухих и влажных периодов. В 1970-1980-е гг. среднедесятилетнее количество осадков было ниже, а в 1960-е и 1990-2010-е гг. выше климатической нормы.

Устойчивый снежный покров в Краснощелье образуется в октябре. За период 1961-1990 гг. средняя декадная высота снежного покрова, начиная со второй декады октября, превышает 1 см и непрерывно увеличивается в течение всей зимы, достигая максимума 57,9 см в первой декаде апреля (рис. 2). Со второй декады апреля высота снежного покрова начинает быстро уменьшаться и в третьей декаде мая она становится меньше 1 см, происходит сход снежного покрова. Таким образом, поверхность почвы покрыта снегом в течение 8 месяцев (октябрь-май), а период без снежного покрова продолжается всего 4 месяца (июнь-сентябрь). Достаточно мощный и продолжительный снежный покров, защищает почву от более глубокого промерзания в условиях длительного зимнего периода с низкими отрицательными температурами воздуха.

Месяцы Месяцы

Рис. 2. Средняя декадная высота снежного покрова

Тв

В первое десятилетие XXI века наблюдается уменьшение средней высоты снежного покрова относительно климатической нормы 1961-1990 гг. абсолютно во все декады периода со снежным покровом. В среднем высота снежного покрова уменьшилась на 7 см. Более всего (на 12-16 см) она уменьшилась во второй и третьей декадах апреля - первой декаде мая. За 85-летний период наблюдений 19322016 гг. средняя из наибольших декадных высот снежного покрова варьирует от 34,4 до 100,8 см при климатической норме 62,0 см. Анализ среднедеся-тилетних средних из наибольших декадных высот показывает тенденцию чередования малоснежных и многоснежных периодов. Самыми малоснежными были 1930-е гг. Затем наступил относительно многоснежный период 1940-1950-х гг., который

сменился малоснежным периодом 1960-х гг. В период 1970-1990-х гг. происходило увеличение высоты снежного покрова. 1990-е гг. стали самыми многоснежными за весь период наблюдений. В современный период (2001-2016 гг.) вновь происходит уменьшение мощности снежного покрова.

Среднегодовая температура почвы положительная и составляет на глубинах 20 и 40 см 2,4 °С (КН), что выше среднегодовой температуры воздуха на 4,0°С. С глубиной она незначительно увеличивается до 2,5 °С на глубине 80 см, 2,7°С на 160 см и 2,8°С на 320 см. За период 2001-2010 гг. среднегодовая температура почвы увеличилась относительно климатической нормы на всех глубинах. На глубинах 20, 40 и 80 см она увеличилась на 0,9°С, на 160 см на 0,8°С, а на 320 см на 0,7°С.

Начиная с 1970-х гг. среднедесятилетняя среднегодовая температура почвы изменялась синхронно температуре воздуха, постоянно увеличиваясь на всех глубинах, каждое последующее десятилетие (рис. 1). Продолжительность тёплого периода (с положительной температурой почвы) на глубине 20 см 6 месяцев (май-октябрь). С глубиной она увеличивается до 6,5 месяцев на 40 см, 8 месяцев на 80 см и 12 месяцев на 160 и 320 см. Продолжительность холодного периода на глубине 20 см равна продолжительности тёплого периода и составляет также 6 месяцев (ноябрь-апрель). С глубиной она уменьшается до 5,5 месяцев на 40 см и 4 месяцев на 80 см. На

глубинах 160 и 320 см холодный период отсутствует. В 2001-2010 гг. продолжительность холодного периода уменьшилась относительно климатической нормы на глубине 20 см на 1 месяц, на 40 см на 1,5 месяца, а на 80 см на 2 месяца. Годовой ход температуры почвы на глубине 20 см за период 1961-1990 гг. характеризуется максимумом (11,5°С) в июле и минимумом в феврале (-3,3°С). В 2001-2010 гг. среднемесячная температуры почвы на глубине 20 см увеличилась в июле до 13,0°С, а в феврале до -1,6°С, что выше климатической нормы соответственно на 1,5 и 1,7°С (рис. 3).

1961-1990 гг.

2001-2010 гг.

4 5 6 7 8 9 10 1 I 12 Месяцы

4 5 6 7 8 9 10 I 112 Месяцы

Рис. 3. Годовой ход температуры воздуха, осадков и температуры почвы

При общей тенденции увеличения температуры почвы в первое десятилетие XXI века на всех глубинах во все сезоны года имеются некоторые различия. На глубинах 20 и 40 см среднемесячная температура почвы увеличилась относительно климатической нормы достаточно равномерно во все сезоны года (на 0,7-1,1 °С). Больше всего она увеличилась в июле и феврале-марте (на 1,3-1,7°С). На глубинах 80 и 160 см наибольшее увеличение температуры почвы приходится на летний сезон (на 1,2-1,7°С). На глубине 320 см среднемесячная температура почвы наиболее значительно увеличилась в июле-сентябре (на 1,3-1,8°С), в то время как в январе-мае она увеличилась всего на 0,2°С. Время наступления максимальных и минимальных значений средней месячной температуры с увеличением глубины запаздывает на 2-3 месяца. На глубинах 40, 80 и 160 см максимум средней месячной температуры приходится на август, а на 320 см на сентябрь. Минимум средней месячной температуры приходится на глубине 40 см на февраль, на 80 см на март, на 160 см на апрель, а на 320 см на май.

Амплитуды температур почвы характеризуют степень континентальности почвенного климата. Годовая амплитуда температуры почвы на глубине 20 см 14,8°С. С увеличением глубины амплитуда колебаний температуры постепенно затухает. На глубине 40 см она уменьшается до 13,1°С, на 80 см до 11,1°С, на 160 см до 7,6°С, а на 320 см до 4,6°С. В

исследуемой песчаной и более сухой почве с увеличением глубины от 20 до 320 см амплитуда годового колебания почвы уменьшается в 3,2 раза. В почвах Кольского полуострова с повышенным влагосодер-жанием а, следовательно, и большой теплоёмкостью затухание годовой амплитуды выражено сильнее [3].

Исследуемые почвы характеризуются длительным сезонным промерзанием. Интенсивность промерзания почвы зависит от температуры воздуха в зимний период и от высоты снежного покрова. Наибольшее влияние на промерзание почвы оказывает сочетание этих факторов, сложившееся в начале зимы. О глубине промерзания мы можем судить по глубине проникновения температуры 0°С в почву, хотя между этими величинами и есть некоторое различие. Глубина проникновения температуры 0°С в почву больше глубины промерзания почвы. Определение максимальной глубины проникновения температуры 0°С в почву проводили по суточным показаниям термометров путем интерполяции между температурами двух соседних глубин, на одной из которых среднесуточная температура положительна, а на другой отрицательна. На максимальную глубину температура 0°С проникает в почву в марте-апреле. За отдельные годы периода 1977-2011 гг. максимальная глубина проникновения температуры 0°С в почву варьирует от 72 до 227 см при среднем значении 122 см (рис. 4). За данный

период наблюдается тенденция уменьшения глубины проникновения температуры 0°С в почву, связанная с увеличением температуры воздуха в зимний период.

Годы

1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

0 -40 -

8

° 80 -

й

к 120 -

(О

& 160 -

и

200 -240 -

Рис. 4. Максимальная глубина проникновения температуры 0°С в почву.

Зависимость между глубиной проникновения температуры 0°С в почву и температурой воздуха можно проследить на следующем примере. На наибольшую глубину (227 см) температура 0°С проникала в почву в 1985 г. В этом году наблюдались аномально низкие среднемесячные температуры воздуха в январе (-25,0°С) и феврале (-22,5 °С), что привело к сильному выхолаживанию почвы, чему также способствовала относительно небольшая высота снежного покрова (30-37 см) в эти два месяца. Среднемесячная температура почвы на глубине 20 см в январе (-5,2°С) и феврале (-8,2°С) была значительно ниже климатической нормы.

За период 1961-1990 гг. (КН) средняя глубина проникновения температур выше 10°С в почву составляет 71 см. За период 2001-2010 гг. она увеличилась на 45 см до 116 см (рис. 3). На максимальную глубину температура 10°С проникает в почву в августе. Продолжительность периода с температурой почвы выше 10°С на глубине 20 см около 2 месяцев. Глубина проникновения температур выше 5°С в почву превышает 320 см, а продолжительность периода с температурой почвы выше 5°С на глубине 20 см составляет 4 месяца. Температуры выше 15°С на глубине 20 см наблюдаются в летний сезон лишь в отдельные дни и годы.

Температурный режим исследованных песчаных иллювиально-гумусовых подзолов Кольского полуострова по классификации В.Н. Димо [10] относится к длительно сезоннопромерзающему типу. Согласно классификации климата мерзлотных и

холодных почв [11] за период 1961-1990 гг. климат летней климатической стадии исследуемыгх почв характеризуется как холодный, осенней стадии как очень холодный, а зимней и весенней стадий как умеренно мерзлотныш. В начале XXI века климат осенней, зимней и весенней климатических стадий, несмотря на потепление, остался в пределах тех же классификационныгх групп, а в летнюю стадию сменился с холодного на более тёплый умеренно холодный.

Выводы: современное потепление климата ведёт к изменению температурного режима иллю-виально-гумусовыгх подзолов Кольского полуострова. Наблюдается увеличение температуры почвы по всему почвенному профилю, уменьшение глубины проникновения температуры 0°С в почву, увеличение продолжительности тёплого периода. Потепление атмосферного и почвенного климата сопровождается увеличением осадков и уменьшением высоты снежного покрова.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв. Методическое руководство / Под ред. Е.В. Шеина. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2001. 200 с.

2. Агроклиматические ресурсы Мурманской области. -Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 91 с.

3. Яковлев, БА. Климат Мурманской области. - Мурманск: Мурманское книжное изд-во, 1961. 200 с.

4. Семко, А.П. Гидротермический режим почв лесной зоны Кольского полуострова. - Апатиты: Изд-во Кольского филиала АН СССР, 1982. 144 с.

5. Метеорологический ежемесячник СССР. - М., 19661990 гг. Вып. 2. Ч. II.

6. http://www.meteo.ru.

7. Рихтер, Г.Д. Север Европейской части СССР. - М.: Географгиз, 1946. 192 с.

8. Атлас Мурманской области. - М.: ГУГК, НИГЭИ ЛГУ,

1971. 34 с.

9. Карта почвенно-экологического районирования Российской Федерации. Масштаб 1:2 500 000 / Под ред. Г.В. Добровольского, И.С. Урусевской. - М.: Талка +, 2013.

10. Димо, В.Н. Тепловой режим почв СССР. - М.: Колос,

1972. 360 с.

11. Худяков, О.И. Динамика температуры песчаных и суглинистых почв лесотундры Полярного Урала в связи с изменением климата / О.И Худяков, О.В. Ре-шоткин // Почвоведение. 2014. № 12. С. 1467-1482.

TEMPERATURE REGIME OF HUMUS-ILLUVIAL PODZOLS OF THE KOLA PENINSULA

©2017 O.V. Reshotkin, O.I. Khudyakov Institute of Physical, Chemical and Biological Problems of Soil Science RAS, Pushchino

The temperature regime of humus-illuvial podzols in the central part of the Kola Peninsula was studied. Tendencies of changes in air and soil temperature, precipitation and snow cover over the period 1932-2016 have been revealed. It is established that for the present period the warming of the soil and atmospheric climate is characteristic, accompanied by an increase in precipitation and a decrease in the height of the snow cover.

Key words: climate, changes, temperature regime, soil

OlegReshotkin, Candidate of Biology, Research Fellow. Е-mail: reshotkin@rambler.ru; Oleg Khudyakov, Doctor of Biology, Leading Research Fellow. Е-mail: oix@rambler.ru