Полиморфизм климата дерново-подзолистых почв Западно-Сибирской южнотаежной провинции

УДК 631.4

ПОЛИМОРФИЗМ КЛИМАТА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ ЮЖНОТАЕЖНОЙ

ПРОВИНЦИИ

© 2014 О.И. Худяков, О.В. Решоткин

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,

г. Пущино

Поступила в редакцию 08.07.2014

В работе определена климатическая норма параметров климата как базовая основа климатических условий почвообразования в многолетнем, сезонном и месячном циклах. Показано, что дерново-подзолистые почвы Западно-Сибирской южнотаежной провинции формируются в полиморфных климатических условиях.

Ключевые слова: потепление, климат, почва, климатическая норма почвообразования, температура

Современное потепление климата отмечается на всех морях, океанах и континентах [1]. Для территории России за последние 100 лет (1907-2006 гг.), по данным сети Росгидромета, потепление составило 1,290С при среднем глобальном потеплении на 0,740С. В настоящей работе анализируется изменение климата таежных почв Западной Сибири в связи с современным потеплением.

Объекты и методы исследования. Объектом исследования послужили дерново-подзолистые почвы Западно-Сибирской южнотаежной провинции (Среднее Приобье), характеризуемые данными метеостанции Колпашево (58,32 с.ш. и 82,95 в.д.). В основу характеристики термообеспеченности и изменчивости климата дерново-подзолистых почв положена климатическая норма параметров климата за холодный период года, когда температура воздуха и почвы на глубине 20 см равна или ниже 00С и теплый сезоны года, когда температура воздуха и почвы на глубине 20 см выше 00С.

Климатическая норма (КН) - это совокупность параметров климата, в условиях которых формируется та или иная почва. В количественном выражении она характеризуется средними значениями параметров климата, взятых за период 1961-1990 гг. [1]. В работе КН получена путем расчета среднедесятилетних температур воздуха и почвы на глубинах 20, 40, 120, 160, 240 и 320 см. В работе также используется диапазон среднедесятилетних осадков, температуры

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

@гатЬ1ег. ги

диапазон среднедесятилетних осадков, температуры воздуха и почвы от минимальных до максимальных их значений. Исходная информация по осадкам, температуре воздуха и почвы взята из справочника по климату СССР [2], метеорологического ежемесячника [3], WEB сайта ВНИИГМИ-МЦД [5].

Результаты и обсуждение. КН температурного параметра климата представляет собой диапазон температур воздуха от -0,6 до -1,60С при среднем значении -1,20С. За период исследования (1931-2010 гг.) отмечается общий тренд повышения температуры воздуха относительно КН, при котором среднедесятилетняя температура воздуха за этот период повысилась от минимального значения на 1,5 0С, причем максимальных значений температура воздуха достигла за период 2001-2010 гг. С климатических позиций это означает, что за период исследований в среднедесятилетнем значении увеличилось поступление тепла в зоне распространения дерново-подзолистых почв южной тайги Западной Сибири. С экологических позиций весьма важное значение приобретает распределение поступления тепла в почву в холодный и теплый периоды года.

Для холодного периода года КН температуры воздуха зоны распространения дерново-подзолистых почв составляет -11,10С, при этом сумма отрицательных температур достигает -23 500С. Самым холодным месяцем с температурой -20,10С является январь. Климатическая норма продолжительности холодного периода в зоне распространения дерново-подзолистых почв составляет 7 месяцев и продолжается с октября по апрель. За холодный период выпадает

до 190 мм осадков, что составляет 40% от КН годовых осадков, характерной зоне распространения дерново-подзолистых почв.

Современное потепление климата изменило климатические условия формирования дерново-подзолистых почв. Холодный период 20012010 гг. характеризуется потеплением климата, при котором сумма среднемесячных температур воздуха составила -21140С, что меньше КН на 23 60С, при этом глубина сезонного промерзания почвы уменьшилась на 63 см, а длительность холодного периода составила 6 месяцев, что меньше КН на один месяц. Увеличение длительности теплого периода произошло за счет потепления климата в октябре, в котором температура воздуха за 2001-2010 гг. составила 1,40С, что выше КН (-0,70С) на 2,10С. Для октября как холодного периода года характерен общий тренд потепления климата, в котором за период наблюдения с 1931 по 2010 гг. средняя десятилетняя температура воздуха превышала КН и только в двух десятилетиях отмечается превышение температуры воздуха относительно КН. Потепление климата на 2,70С отмечается в ноябре 2001-2010 гг., однако для ноября отмечается общее похолодание, при котором за период 19312000 гг. среднедесятилетняя температура воздуха

была ниже КН и лишь только за период 19711980 гг. температура воздуха было выше КН.

КН температуры воздуха за теплый период года составляет 12,70С. Экологически благоприятный период вегетации, когда среднемесячная температура воздуха выше 100С, приходится на три летних месяца при длительности теплого периода 5 месяцев. Климатическая норма суммы температур воздуха выше 00С составляет 19450С, что меньше суммы отрицательных температур воздуха за холодный период года на 4050С. Это означает, что превышение КН отрицательных температур над положительными в годичном и многолетнем циклах создает условия формирования в дерново-подзолистых почвах многолетней мерзлоты, что резко снижает их термоэнергетический потенциал.

Теплый период года за период 2001-2010 гг. характеризуется потеплением климата, при котором сумма температур выше 00С превышает климатическую норму на 1690С. Современное потепление климата в теплый период года за период 2001-2010 гг. имеет свою специфику. Самое высокое повышение температуры воздуха на 2,30С относительно КН отмечается в самый холодный месяц теплого периода года (май), а похолодание климата на 0,60С в самый теплый месяц (июль) теплого периода.

Станция, почва Период Месяцы Глубины, см

20 40 80 120 160 240 320

Колпашево дерново-подзолистая легкосуглинистая 19611990 1 -1,9 -0,7 0,3 1,1 1,8 3,2 4,0

2 -2,3 -1,3 -0,3 0,5 1,2 2,4 3,2

3 -1,8 -1,2 -0,5 0,2 0,8 1,9 2,7

4 0,0 -0,2 -0,1 0,2 0,7 1,5 2,3

5 5,5 3,4 1,8 1,3 1,2 1,6 2,2

6 13,8 11,6 9,1 7,2 5,8 4,1 3,2

7 18,4 16,5 14,5 12,8 10,8 8,0 5,9

8 16,2 15,6 14,8 13,9 12,7 10,4 8,3

9 10,5 11,0 11,3 11,6 11,3 10,5 9,1

10 3,3 4,5 6,0 7,0 7,7 8,6 8,4

11 0,0 1,2 2,5 3,6 4,4 6,0 6,7

12 -1,3 0,0 1,2 2,1 2,7 4,3 5,1

среднегодовая температура, 0 С 5,0 5,0 5,1 5,1 5,1 5,2 5,1

глубина проникнов. 0иС, см 109

Колпашево дерново-подзолистая легкосуглинистая 2001-2010 1 -0,4 0,2 1,2 1,7 2,6 3,9 5,0

2 -0,6 -0,1 0,7 1,2 2,0 3,2 4,2

3 -0,3 -0,1 0,6 0,9 1,7 2,6 3,6

4 0,1 0,1 0,6 0,8 1,4 2,2 3,2

5 6,5 5,3 3,8 3,0 2,5 2,5 3,1

6 14,7 13,3 11,1 9,3 7,3 5,4 4,9

7 17,7 16,7 15,0 13,4 11,4 8,9 7,8

8 16,0 15,7 15,1 14,1 12,9 11,1 10,1

9 11,4 11,8 12,4 12,3 12,0 11,2 10,8

10 4,8 5,8 7,4 8,1 8,9 9,6 10,0

11 1,0 1,9 3,5 4,3 5,6 7,0 8,1

12 -0,1 0,7 1,9 2,6 3,6 5,0 6,3

среднегодовая температура, 0 С 5,9 5,9 6,1 6,0 6,0 6,1 6,4

глубина проникнов. 0иС, см 46

Таблица 1. Климатические параметры почвы

КН температуры почвы холодного периода года составляет -1,220С. Период пребывания дерново-подзолистых почв в мерзлом состоянии достигает 6 месяцев и продолжается с ноября по апрель. Самая низкая КН температуры почвы на глубине 20 см отмечается в феврале, при этом за холодный период сумма отрицательных температур на глубине 20 см составляет -23 00С. КН глубины сезонного промерзания подзолистой почвы достигает 109 см. Среднемесячная температура почвы за холодный период изменяется от 00С в ноябре до минимальных значений -2,30С в феврале и до 00С в апреле. Изменения отрицательных температур в почве на глубине 20 см произошло в диапазоне от 00С до -50С, что дает основание характеризовать климатические условия дерново-подзолистых почв на глубине 20 см холодного периода года как умеренно мерзлотные.

Современное потепление климата за период 2001-2010 гг. повышает термообеспеченность дерново-подзолистых почв холодного периода (табл. 1). Особенно это проявляется за последнее десятилетие, когда средняя десятилетняя температура воздуха превысила верхнее значение КН на 1,5 0С, что способствовало меньшему выхолаживанию почвы в холодный период года. Среднедесятилетняя температура дерново-подзолистой почвы на глубине 20 см за холодный период составила -0,350С, что выше КН на 0,870С. Среднемесячная температура почвы на глубине 20 см превысила КН от 0,1 в апреле до 1,70С в феврале. Климат при таком потеплении остался неизменным и характеризуется как умеренно мерзлотный, в условиях которого сократилась глубина сезонного промерзания относительно КН на 63 см. Длительность пребывания подзолистой почвы в мерзлом состоянии составила 4 месяца, что меньше КН на 2 месяца. Сумма отрицательных температур на глубине 20 см дерново-подзолистых почв за холодный период составила 410С, что меньше КН на 1890С.

В профиле дерново-подзолистой почвы положительные температуры отмечаются с мая по октябрь включительно. КН температурного параметра климата почвы на глубине 20 см теплого периода года составляет 11,3 0С, что с климатических позиций характеризует климат как умеренно холодный. С экологических позиций основополагающую роль играет динамика температуры почвы каждого месяца, определяющая климатические условия вегетационного сезона. КН температурного параметра климата дерново-подзолистой почвы на глубине 20 см в мае составляет 5,50С, что характеризует климат как холодный. Экологические условия деятельности

живых организмов при таком климате характеризуются как неудовлетворительные или неблагоприятные. В июне температура почвы повышается до 13,8, в июле до 18,4, в августе до 16,20С, в сентябре до 10,50С и в октябре до 3,30С что характеризует последовательную смену климата в каждом месяце с климатических позиций климат почвы на глубине 20 см как холодный, умеренно холодный, умеренно теплый, умеренно холодный, очень холодный соответственно. С экологических позиций климатические условия за теплый период года характеризуются в почве на глубине 20 см в мае как неудовлетворительные или неблагоприятные. С июня по сентябрь с изменением температуры почвы на глубине 20 см в диапазоне от 10 до 200С климатические условия в почве характеризуются как удовлетворительные или благоприятные. В октябре КН температуры почвы понижается до 3,3 0С, что характеризует климат как холодный, а экологические условия деятельности живых организмов характеризуются как неудовлетворительные или неблагоприятные [4].

Современное потепление климата за 20012010 гг. повышает термический потенциал дерново-подзолистых почв, однако в перераспределении тепла в почве есть одна особенность, которая связана с характером потепления. Повышение средней десятилетней температуры почвы относительно КН произошло в апреле и ноябре на 0,1 и 1,00С соответственно, что изменило мерзлотные условия в почвах на не мерзлотные, увеличивая таким образом длительность пребывания подзолистых почв в талом состоянии на 2 месяца. Увеличение вегетационного периода на 2 месяца изменило среднее значение температуры холодного сезона, сумму температур ниже 00С в почве. Средняя температура почвы на глубине 20 см за 1961-1990 гг. составила 90С, что ниже КН на 2,30С. Однако при среднедесятилет-ней температуре почвы 90С в теплый период года сумма температур в почве на глубине 20 см выше 0; 5 и 10° за период 2001-2010 гг. превышает КН на 315, 270 и 250С соответственно. Из анализа среднемесячных температур следует, что повышение температур в почве на глубине 20 см произошло в диапазоне температур от 0 до 50С приходящиеся на апрель, октябрь и ноябрь, повышение температур от 5 до 100С произошло в мае, а повышение температур выше 100С отмечается в июне и в сентябре. Необходимо особо отметить, что в самые теплые месяцы вегетационного сезона (июль и август) отмечается похолодание, при котором среднедесятилетняя температура почвы за 2001-2010 гг. была ниже КН.

Выводы: для дерново-подзолистых почв Западно-Сибирской южнотаежной провинции динамика климата носит полиморфный характер, при котором в годичном цикле отмечается последовательная смена климата от умеренно мерзлотного в холодный период года до холодного, умеренно холодного и умеренно теплого в теплый период года.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Всемирная конференция по изменению климата.

Тез. докл. - М., 2003. 700 с.

2. Справочник по климату СССР: Метеорологические данные за отдельные годы. Вып. 20. Ч. VIII. Температура почвы. - Л., Гидрометеоиздат.256 с.

3. Метеорологический ежемесячник СССР. Вып. 20.

Ч. II. 1966-1990. № 1-13.

4. Худяков, О.И. Сезонные стадии климата почв и процессы почвообразования // Почвенные процессы и пространственно-временная организация почв. - М.: Наука, 2006. С. 436-454.

5. http://www.meteo.ru/ ЖБВ-сайт Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации - Мирового центра данных «ВНИИГМИ-МЦД».

POLYMORPHISM OF SOD-PODSOLIC SOILS CLIMATE IN THE WEST SIBERIAN SOUTH TAIGA PROVINCES

© 2014 O. I. Khudyakov, O.V. Reshotkin Institute of Physical-Chemical and Biological Problems of Soil Science RAS, Pushchino

In work the climatic norm of climate parameters as a basic of soil formation climatic conditions in long-term, seasonal and monthly cycles is defined. It is shown that sod-podsolic soils in the West Siberian South taiga province are formed in polymorphic climatic conditions.

Key words: warming, climate, soil, climatic norm of soil formation, temperature

Oleg Khudyakov, Doctor of Biology, Leading Research Fellow. E-mail: oix@rambler.ru

Oleg Reshotkin, Candidate of Biology, Research Fellow. E-mail: reshotkin@rambler.ru

Сдано в набор 20.05.2014 г. Подписано к печати 01.07.2014 г. Формат бумаги 60х80%. Офсетная печать. Усл.печ. л. 27.3 Усл.кр-отт.12,8 тыс. Уч-изд.л. 28,6 Тираж 500 экз. Зак.

Учредители: Самарский научный центр Российской академии наук,

Президиум СамНЦ РАН

Адрес издателя: 443001, Самара, Студенческий пер., 3а Отпечатано в типографии ООО «РАКС-С», г. Самара, ул. Бр. Коростелевых, 47