Динамика климата южных черноземов Западной Сибири в связи с потеплением

УДК 631.4

ДИНАМИКА КЛИМАТА ЮЖНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ В СВЯЗИ С ПОТЕПЛЕНИЕМ

© 2012 О.И. Худяков, О.В. Решоткин

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,

г. Пущино

Поступила в редакцию 12.05.2012

Современное потепление климата сопровождается увеличением термообеспеченности южных черноземов в теплый период года, уменьшением глубины сезонного промерзания и длительности пребывания почвы в мерзлом состоянии.

Ключевые слова: климат, почва, климатическая норма

Из материалов Всемирной конференции по изменению климата [1, 2] следует, что на современном этапе отмечается потепление климата на глобальном, континентальном и региональном уровнях. В основе анализа современной изменчивости климата Всемирной метеорологической организацией предложена климатическая норма (КН) - средняя величина любого параметра климата, взятая за период 1961-1990 гг.

Глобальное изменение климата. За период наблюдений (1861-2001 гг.) отмечаются малые периоды потепления и похолодания, а начиная, примерно, с 1980 г. наблюдается устойчивое глобальное потепление климата, при котором каждая среднедесятилетняя температура превышала КН. В настоящее время глобальное потепление, относительно КН, достигает 0,4-0,60С [2].

Континентальное изменение климата. Глобальное потепление климата затронуло все континенты. Повышение температуры воздуха, относительно КН, от 0,3 до 1,5 С вызвало: ари-дизацию климата в континентальных регионах, увеличение штормов и тайфунов в океанах и морях, уменьшение площади льда в Арктике и Антарктике, проникновение теплого течения Гольфстрим на 500-800 км в Арктику, увеличение глубины протаивания многолетней мерзлоты, уменьшение глубины сезонного промерзания и другие последствия.

Региональное изменение климата рассматривается на примере России. По данным сети Росгидромета потепление по России за последние 100 лет (1907-2006 гг.) составило 1,290С при среднем глобальном потеплении на 0,740С [3]. За период 1976-2006 гг. среднее потепление по

Худяков Олег Иванович, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник. Е-шаП: oix@rambler.ru Решоткин Олег Владимирович, кандидат биологических наук, научный сотрудник. Е-шаП: ге-5Ио(кт@гатЬ1ег. ги

России достигло 1,330С. Уменьшилось число дней с морозами. Наибольшее увеличение минимальной и максимальной суточной температуры отмечается в холодный сезон.Объектом исследования послужил чернозем южный сред-несуглинистый, характеризуемый данными метеостанции Рубцовск (координаты 51035'; 81012').

Динамика температуры воздуха. По метеостанции Рубцовск КН температуры воздуха составляет 2,40С. За период 1931-1980 гг. отмечается период похолодания, в котором температура воздуха каждого из десятилетий была ниже КН на 0,50С за период 1931-1940 гг., на 0,40С за период 1941-1950 гг., на 0,70С за период 19511960 гг., на 0,30С за период 1961-1970 гг. и на 0,10С за период 1971-1980 гг. Период похолодания сменился с 1980 г. периодом устойчивого потепления, при котором температура воздуха каждого десятилетия превышала КН на 0,50С (1981-1990 гг.), на 0,70С (1991-2000 гг.) и на 1,10С за период 2001-2010 гг.

Осадки. Климатическая норма осадков южного чернозема составляет 356 мм. За период 1961-1970 гг. осадки были меньше КН нормы на 26 мм, что характеризует этот период как аридный. За период 1971-1980 гг. осадки превышали КН на 24,4 мм, что характеризует этот период как гумидный. За период 1981-2010 в каждом из десятилетий осадков выпало меньше КН от16 до33,1 мм, что характеризует каждый из периодов как аридный.

Климат. За период потепления (1981-2010 гг.) средняя температура каждого десятилетия превышала КН на 0,5-1,10С. Этот период мы относим к малому периоду современного потепления (конец Х1Х начало ХХ века). Современное потепление сопровождается превышением осадков относительно КН (1981-1990 гг.) и характеризуется как гумидный период потепления, а

2092

период с осадками меньше КН (1991-2000 и 2001-2010 гг.) - как аридный период потепления.

Климатическая норма среднегодовой температуры южного чернозема в слое почвы 320 см составляет 5,80С, что характеризует климат согласно классификации климата почвы (табл. 1) как холодный. Современное потепление климата сопровождается накоплением тепла в почве и уменьшением глубины сезонного промерзания. За период 1991-2000 гг. глубина сезонного промерзания уменьшилась, относительно КН на 32 см, а за период 2001-2010 гг. глубина сезонного промерзания составила 124 см, что меньше КН на 44 см. Для южного чернозема КН пребывания в талом состоянии составляет 7 месяцев. Современное потепление климата за период 1991-2000 гг. сопровождалось более поздним осенним промерзанием и ранним весенним протаиванием, что привело к увеличению длительности пребывания почвы в талом состоянии с 7 до 8 месяцев.

Осенняя сезонная климатическая стадия характеризуется пребыванием южного чернозема в талом состоянии, при котором КН температуры на глубине 20 см составляет 6,40С, что характеризует климат как холодный (табл. 1). Холодные климатические условия в южном черноземе в осенний аридный климатический период складываются до глубины 320 см, при которых температура почвы не превышала 10 С. В условиях осеннего аридного климатического периода южный чернозем меньше выхолаживается, что способствует сохранению тепла, накопившегося в летний период времени. Среднедесятилетняя температура южного чернозема в слое 320 см за период 2001-2010 гг. превышала КН на 1,10С. Характерно, что в осенний аридный климатический период в слое почвы 120-240 см отмечается термоизоплета 100С, что превышает КН на 1,1-1,20С, а климат на этих глубинах характеризуется как умеренно холодный.

Таблица 1. Классификация стадий климата почв

Формы воды и ее доступность для растений Стадии климата по гидрологическому горизонту в теплое время года Стадии климата по ди темпе шпазону положительных ратур, С

0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 >30

очень холодная холодная умеренно холодная умеренно теплая теплая очень теплая жаркая

сорбированная, недоступная аридная 1а 1б 1в 1г 1д 1е 1ж

пленочная и частично капиллярная, труднодоступная семиаридная 2а 2б 2в 2г 2д 2е 2ж

капиллярная, среднедоступная семигумидная 3а 3б 3в 3г 3д 3е 3ж

капиллярная, легкодоступная гумидная 4а 4б 4в 4г 4д 4е 4ж

Капиллярная гравитационная, легкодоступная гумидная

Примечания: Стадии климата талой почвы: 1а - очень холодная аридная; 1б - холодная аридная; 1в - умеренно холодная аридная; 1г - умеренно теплая аридная; 1д - теплая аридная; 1е - очень теплая аридная; 1ж - жаркая аридная; 2а - очень холодная семиаридная; 2б - холодная семиаридная; 2в - умеренно холодная семиаридная; 2г -умеренно теплая семиаридная; 2д - теплая семиаридная; 2е - очень теплая семиаридная; 2ж - жаркая семиаридная. 3а - очень холодная семигумидная; 3б - холодная семигумидная; 3в - умеренно холодная семигумидная; 3г - умеренно теплая семигумидная; 3д - теплая семигумидная; 3е - очень теплая семигумидная; 3ж - жаркая семигумидная. 4а - очень холодная гумидная; 4б - холодная гумидная; 4в - умеренно холодная гумидная; 4г - умеренно теплая гу-мидная; 4д - теплая гумидная; 4е - очень теплая гумидная; 4ж - жаркая гумидная

Таблица 2. Климатические параметры почвы

Станция, почва Период Месяцы Глубины, см

20 40 80 120 160 240 320 Клим. норма в слое 320 см

Рубцовск Чернозем южный среднесу- глинистый 19611990 1 -6.4 -4.5 -1.7 0.0 1.7 3.9 5.4 -0.2

2 -7.0 -5.6 -3.0 -1.2 0.4 2.5 4.3 -1.4

3 -3.7 -3.3 -2.3 -1.4 -0.2 1.7 3.3 -0.8

4 3.3 1.9 0.6 0.3 0.5 1.6 2.8 1.6

5 11.6 9.3 6.6 4.9 3.8 3.0 3.1 6.0

6 18.1 15.2 11.8 9.6 7.8 5.6 4.6 10.4

7 21.1 18.7 15.3 12.9 10.9 8.0 6.3 13.3

8 19.0 17.6 15.6 13.9 12.4 9.8 7.8 13.7

2093

Таблица 3. Температурные параметры климата сезонных климатических стадий почвы

Продолжение таблицы 1

9 13.7 13.6 13.3 12.6 11.9 10.3 8.7 12.0

10 5.7 7.0 8.7 9.3 9.8 9.5 8.8 8.4

11 -0.3 1.5 4.1 5.7 6.8 7.8 8.0 4.8

12 -4.2 -2.3 0.8 2.4 4.0 5.8 6.7 1.9

среднегодовая температура, °С 5.9 5.8 5.8 5.8 5.8 5.8 5.8 5.8

глуб. проникнов. см 168

длит. тепл. периода, мес. 7 8 9 10 11 12 12 9

длит. холод. периода, мес. 5 4 3 2 1 0 0 3

Рубцовск Чернозем южный среднесу- глинистый 19912000 1 -6.8 -4.6 -1.2 0.8 2.6 4.8 6.1 0.2

2 -6.1 -4.5 -1.7 -0.2 1.4 3.4 5.0 -0.4

3 -3.7 -2.8 -1.4 -0.5 0.8 2.6 4.1 -0.1

4 4.5 2.8 1.4 1.1 1.6 2.5 3.6 2.5

5 12.9 10.9 7.7 6.0 5.1 4.0 4.0 7.2

6 18.7 16.3 12.5 10.3 8.9 6.5 5.4 11.2

7 21.9 19.6 15.7 13.4 11.8 8.8 7.0 14.0

8 20.1 18.7 16.2 14.6 13.3 10.6 8.6 14.6

9 13.8 13.6 13.4 13.0 12.8 11.1 9.5 12.5

10 6.9 7.8 9.5 10.0 10.7 10.3 9.5 9.2

11 -0.8 1.2 4.8 6.3 7.8 8.7 8.8 5.3

12 -4.6 -2.5 1.0 2.9 4.6 6.7 7.5 2.2

среднегодовая температура, 00С 6.4 6.4 6.5 6.5 6.8 6.7 6.6 6.5

глуб. проникнов. см 136

длит. тепл. периода, мес. 7 8 9 10 12 12 12 10

длит. холод. периода, мес. 5 4 3 2 0 0 0 2

Рубцовск Чернозем южный среднесу- глинистый 20012007 1 -6.4 -4.2 -0.6 1.4 3.1 5.5 6.7 0.8

2 -6.7 -5.1 -2.1 0.0 1.6 4.0 5.4 -0.4

3 -2.8 -2.3 -1.1 -0.1 1.1 3.0 4.5 0.3

4 5.1 3.3 2.3 1.9 2.2 3.0 4.0 3.1

5 13.4 11.3 8.4 6.6 5.7 4.6 4.5 7.8

6 19.4 16.8 13.0 10.7 9.2 7.0 5.9 11.7

7 20.6 18.8 15.6 13.5 11.9 9.3 7.6 13.9

8 19.3 18.0 15.8 14.3 13.1 10.8 9.0 14.3

9 14.3 14.3 13.9 13.4 12.9 11.4 9.9 12.9

10 6.7 7.9 9.6 10.4 10.9 10.7 10.0 9.5

11 1.0 2.8 5.5 7.0 8.2 9.2 9.3 6.1

12 -4.0 -1.5 1.9 3.9 5.5 7.5 8.1 3.1

среднегодовая температура,00С 6.7 6.7 6.9 6.9 7.1 7.2 7.1 6.9

глуб. проникнов. 00С, см 124

длит. тепл. периода, мес. 8 8 9 11 12 12 12 11

длит. холод. периода, мес. 4 4 3 1 0 0 0 1

Глубина, см Осень Зима Весна Лето

19611990 19912000 20012007 19611990 19912000 20012007 19611990 19912000 20012007 19611990 19912000 20012007

20 6.4 6.6 7.3 -5.9 -5.8 -5.7 3.7 4.6 5.2 19.4 20.2 19.8

40 7.3 7.6 8.3 -4.1 -3.9 -3.6 2.6 3.6 4.1 17.2 18.2 17.8

80 8.7 9.2 9.7 -1.3 -0.6 -0.3 1.6 2.6 3.2 14.2 14.8 14.8

120 9.2 9.7 10.3 0.4 1.1 1.8 1.3 2.2 2.8 12.1 12.8 12.8

160 9.5 10.4 10.7 2.0 2.9 3.4 1.4 2.5 3.0 10.4 11.3 11.4

240 9.2 10.0 10.4 4.1 5.0 5.7 2.1 3.1 3.5 7.8 8.6 9.0

320 8.5 9.3 9.7 5.5 6.2 6.7 3.1 3.9 4.3 6.2 7.0 7.5

Средняя в слое 320 см 8.4 9.0 9.5 0.1 0.7 1.1 2.3 3.2 3.7 12.5 13.3 13.3

Зимняя сезонная климатическая стадия характеризуется пребыванием южного чернозема в мерзло-талом состоянии. Климатическая норма температура мерзлой части почвы на глубине 20 см составляет -5,90С, что характеризует климат южного чернозема на этой глубине как мерзлотный. Климатическая норма температуры южного чернозема в зимнюю сезонную климатическую стадию в слое почвы от 40 до 124 см изменяется от -4,1 до 00С, что характеризует климат почвы как очень холодный. Климатическая норма температуры южного среднесугли-нистого чернозема в слое 120-240 см изменяется от 0,4 до 4,10С, что характеризует климат в этом

слое как очень холодный. Климатическая норма температуры южного чернозема на глубине 310 см и ниже - выше 50С, что характеризует климат почвы на этих глубинах в зимнюю сезонную климатическую стадию как холодный. Современное потепление в зимнюю сезонную климатическую стадию сопровождается меньшим выхолаживанием почвы. Температура мёрзлой почвы на глубине 20 см за период 2001-2007 гг., превышала КН на 0,20С, на глубине 40 см - на 0,50С, а на глубине 80 см средняя температура относительно КН повысилась на 10С. В талой части профиля почвы температура повысилась относительно КН от 1,2 до 1,6 С.

2094

Весенняя сезонная климатическая стадия характеризуется пребыванием южного чернозема в талом состоянии. Климатическая норма температуры понижается по профилю южного чернозема от 3,70С на глубине 20 см до 1,3 0С на глубине 120 см. С глубины 120 см температура почвы повышается, достигая 3,90С на глубине 320 см. Распределение КН температур ниже 50С по профилю почвы в весеннюю сезонную климатическую стадию свидетельствует о низкой термообеспеченности южного чернозема и характеризует климат как очень холодный. Температура южного чернозема за этот период 19812007 гг. превышала КН до глубины 320 см на 1,6-1,20С. В профиле южного чернозема отмечается температура выше первого биологического минимума (50С), что характеризует климат почвы на этой глубине как холодный.

Летняя сезонная климатическая стадия. Климатическая норма температуры южного чернозема в слое 0-40 см изменяется от 19,40 до 18,20С, что характеризует климат этого слоя как умеренно теплый. Климатическая норма температуры в слое почвы 80-60 см изменяется от 14,2

до 10,40С, что характеризует климат этого слоя почвы как умеренно холодный. В слое почвы 240-320 см КН изменяется от 7,8 до 6,20С, что характеризует климат этого слоя как холодный. Современное потепление климата сопровождается повышением средних температур за период 2001-2007 гг. по всему профилю почвы от 0,6 до 1,30С, климат почвы на всех глубинах соответствовал КН и лишь на глубине 20 см климатические условия улучшились и стали соответствовать условиям теплого климата.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Всемирная конференция по изменению климата // Тез. докл. - М., 2003. 700 с.

2. Фолланд, К. Мониторинг глобального климата и оценивание изменений климата / К. Фолланд, Д. Паркер // Всемирная конференция по изменению климата. - М., 2004. С. 76-90.

3. Отчетный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Федеральная служба по мониторингу окружающей среды (РОСГИДРОМЕТ). Общее резюме. - М., 2008. 29 с.

CLIMATE DYNAMICS OF SOUTHERN CHERNOZEMS IN WESTERN SIBERIA DUE TO CLIMATIC WARMING

© 2012 O.I. Khudyakov, O.V. Reshotkin Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science RAS, Pushchino

The current warming is accompanied an increase in thermo-provision of southern chernozeoms in the warm season, a decrease in the depth of seasonal freesing and duration of soil in the frozen state.

Key words: climate, soil, climatic norm

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

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

2095