ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ВОДНОГО РЕЖИМА ЧЕРНОЗЕМОВ ПОД СТАРОВОЗРАСТНЫМИ ЛЕСНЫМИ ПОЛОСАМИ

Чевердин Ю.И.¹, Вавин В.С.², Ахтямов А.Г.³

¹Доктор биологических наук, ФГБНУ Научно-исследовательский институт  сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы им.В.В. Докучаева, ²Кандидат сельскохозяйственных наук,  ФГБНУ Каменно-Степное опытное лесничество, ³Кандидат сельскохозяйственных наук,  ФГБНУ Каменно-Степное опытное лесничество

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ВОДНОГО РЕЖИМА ЧЕРНОЗЕМОВ ПОД СТАРОВОЗРАСТНЫМИ ЛЕСНЫМИ ПОЛОСАМИ

Анотация

Целью исследований являлась оценка влагообеспеченности почв различных угодий – лесная полоса, залежь, пашня. Наблюдения проведены в антропогенно преобразованном ландшафте - Каменная Степь (Воронежская область). Результаты исследований позволили выявит особенности влагонакопления почвенного профиля в зависимости от характера использования угодий. Распашка почв естественных ценозов приводит к смещению водного режима в аридную сторону. Под лесными полосами характер влагоообеспеченности близок к почвам естественных угодий. Лесные насаждения в несколько раз сокращают период полного отсутствия влаги в почвенном профиле.

Ключевые слова: запас влаги, лесная полоса, залежь, пашня.

Cheverdin Yu.I.¹, Vavin V.S.², Ahtyamov A.G.²

¹PhD in Biology, V.V. Dokuchaev Scientific Research Institute of Agriculture of the Central-Chernozem zone, ²PhD in Agriculture, Stone - Steppe experimental forestry, ³PhD in Agriculture, Stone - Steppe experimental forestry

FEATURES OF FORMATION OF THE WATER REGIME OF CHERNOZEMS UNDER OLD-GROWTH FOREST STRIPS

 Abstract

The aim of the research was the estimation of soil moisture of different land – forest stripe, fallow, arable land. Observations conducted in anthropogenically modified landscape - Stone Steppe (Voronezh oblast). The research results allowed to determine the features of moisture accumulation in the soil profile depending on the nature of land uses. Plowing of the soils of natural cenoses leads to a shift of the water regime in the arid side. Under the forest strips the character of Blagoveschensky close to the soil natural grounds. The forest is several times reduces the period of complete absence of moisture in the soil profile.

Keywords: water storage, forest lane, fallow, arable land.

В конце XIX –го столетия ряд степных регионов России был подвержен сильной засухе. В результате резкого снижения урожая зерновых культур начался голод. И правительству было необходимо принимать срочные меры по ликвидации экономических и социальных последствий, и стабилизации обстановки в стране. Следствием этого была организована Особая экспедиция под руководством проф. В.В. Докучаева. Одним из научных объектов для разработки приемов рационального ведения сельского хозяйства была выбрана Каменная Степь (Воронежская область). С целью регулирования водного баланса территории предусматривалось создание сети лесных полос [1, 2]. Лесные полосы являются мощным фактором регулирования снегонакопления в зимний период года. Преобразование природы некогда сухих степей на основе посадки лесных полос привело к существенному изменению распределения снега по структурным элементам ландшафта. По данным исследований Петрова Н.Г [3], проведенными в Каменной Степи, существенную роль в формировании снежного покрова принадлежит рельефу местности.

Коренное преобразование степного девственного ландшафта в современный высокоинтенсивный агролесоландшафт изменило течение естественного почвообразовательного процесса. Эти изменения затронули все составляющие почвенного плодородия и, в первую очередь, водный баланс территории.

Целью наших исследований являлась изучение особенностей гидрологического профиля черноземов под старовозрастными лесными полосами.

Методы исследований. Исследования проведены в Каменной Степи (Воронежская область). Объекты исследований: широкая лесная полоса №40 (ширина 112 м), залежь 1882 г и пахотные аналоги. Отбор проб произведен буровым методом по слоям почвы 0-10, 10-20…190-200 см.

Результаты исследований. Детальные исследования за режимом влажности нами проводятся на протяжении более двадцати лет. Особый интерес представляют данные полученные в последнее десятилетие (2007-2016 гг.). Этот период характеризуется как более сухая фаза климатического цикла. Для примера возьмем наиболее контрастные по увлажненности годы (2007, 2010 и 2016 гг.) Взятый для анализа 2007 год характерен как начало периода постепенного иссушения всей почвенной толщи. Предшествующее до этого десятилетие свойственно было максимальный подъем уровня грунтовых вод с проявлением сезонного гидроморфизма.

Исследования за режимом влажности черноземов нами были начаты в 2007 г. И этот период (2007-2016 гг.) по отношению предыдущему климатическому циклу характеризовался как более сухая фаза среднемноголетних наблюдений. Рассматривая представленные данные по количеству атмосферных осадков и среднемесячной температуре воздуха необходимо отметить их значительное варьирование и отклонения от среднемноголетних значений в ту или иную сторону.

Из представленных данных следует, что по количеству атмосферных осадков выпавших в сумме за год близкие значения отмечены в 2007 и 2008 гг. – 446,5-441,1 мм при среднемноголетнем значении 438,4 мм. Предшествовавший началу периода наблюдений 2006 г по характеру увлажнения был наиболее влажным (611,6 мм). Минимальное количество осадков отмечено в 2009 г - 405,9 мм, что на 32,5 мм ниже среднемноголетних показателей. Наиболее увлажненными с максимальным количеством осадков 482,0 и 546, 3 мм характеризовались 2011 и 2012 гг.

Экстремальный и в своем роде уникальный по климатическим параметрам 2010 год по количеству атмосферных осадков был близок к среднемноголетним показателям – 454,1 мм, но характер их распределения был совсем иной. Если в зимние месяцы и начало весны (январь – март) выпало 122 мм осадков при среднемноголетней величине 54,7 мм, то уже в апреле месяце всего 9,5 мм при норме 29,2 мм, в мае 30,2 мм (норма 44,7 мм). Наиболее экстремальные по увлажнению условия с большим дефицитом влаги сложились в летние месяцы. Количество выпавших атмосферных осадков в июне составило ничтожно малую величину - всего 2,5 мм, в июле 19,8 мм и в августе 26,1 мм при среднемноголетних показателях соответственно 58,0, 62,4 и 54,4 мм. Таким образом, отличительной особенностью летнего периода 2010 г был существенный недобор атмосферных осадков.

Погодно – климатические условия 2016 г. вегетационного периода отличались резкой контрастностью. Для начала весны 2016 года было характерно постепенное нарастание температуры воздуха при малом количестве атмосферных осадков. Температурный режим в среднем за апрель был на 3,8⁰ , а за май – на 0,8⁰ выше нормы (табл.1). Наиболее существенные обильные осадки выпали в третьей декадах апреля, в течении мая и первой половине июня. Их количество в апреле составило почти три месячные нормы.

Складывающиеся гидротермические условия в июне месяце были благоприятными для сельскохозяйственных культур, что положительно отразилось на росте и развитии растений. В июне сумма активных температур была выше нормы. Осадков за июнь выпало 76,5 мм, при норме 57,0 мм. Недостаточная влагообеспеченность была характерна для июля. Всего  за июль выпало 20,5 мм, что ниже среднемноголетнего значения на 41,2 мм. Температурный режим июля выше среднемноголетних показателей.

Температурный фон августа также был выше среднемноголетних значений. Количество атмосферных осадков было близко к среднемноголетним значениям.

Максимальный запас общей влаги в условиях 2007 г (23 марта) в слое 0-200 см отмечен под широкой лесной полосой и составил 800,5 мм. По другим объектам исследований он был несколько ниже. Под косимой залежью 780 мм и под старовозрастной пашней - 741 мм. Особый интерес представляют данные по запасам доступной для растений влаги. Она является важным фактором определяющим рост, развитие и функционирование как полевых, так и древесных культур. В ранневесенний период по количеству доступной для растений влаги в слое 0-20 см отмечено преимущество залежного участка и лесной полосы - 63,3 и 64,0 мм

В течение вегетационного периода происходит естественное постепенное иссушение почвенной толщи и наиболее критические условия увлажнения складываются на пахотном аналоге. В конце июля – начало августа в пахотном горизонте отмечено отсутствие доступной для растений влаги. В то время как под лесной полосой и степным залежным участком запас продуктивной влаги равнялся соответственно 10,0 и 8,7 мм.

В двухметровой почвенной толще на пашне отмечено наличие всего 110 мм доступной влаги. Почвы лесных полос были увлажнены несколько лучше. Количество доступной влаги отмечено на уровне 120 мм. Увлажненность почвенной толщи под степной растительностью была еще лучше – 134 мм. Это вполне объяснимо и связано с большей потерей влаги на транспирацию древесными культурами.

Критическими сложились условия увлажнения в течение 2010 года. Особенностью влагонакопления этого года в ранневесенний период является лучшая увлажненность прилегающих к лесной полосе пахотных участков. В последней декаде марте количество продуктивной влаги в слое почвы 0-20 см на пашне составило 87,1 мм против 67,1 мм под лесной полосой. Столь существенные различия связаны с благотворным влиянием лесных полос на снегораспределение и поступление влаги в почву. В двухметровой почвенной толще запасы продуктивной влаги составили на пахотном аналоге 556 мм, что на 130 мм выше почв лесной полосы. При этом необходимо отметить практически равнозначные значения влажности почв степных участков и древесной растительности.

К середине вегетации отмечено резкое снижение увлажненности почвенного профиля и к первой декаде августа доступная влага отсутствовала по всем угодьям до глубины 200 см. При чем, по показателю содержания общей влаги, отмечается существенное преимущество почв лесных ценозов.

По особому складывались условия увлажнения в течение 2016 г. Прохладная весна с большим количеством осадков во второй половине весеннего периода привели к достаточно высокому влагонакоплению. С началом снеготаяния, которое началось в этом году в феврале месяце, максимальный запас продуктивной влаги в слое 0-20 см отмечен на пашне  - 61,2 мм. Меньшие, но близкие значения характерны для почв лесной полосы и залежи косимой – 50,8 и 47,0 мм соответственно. С наступлением теплой и ветреной погоды более интенсивные потери влаги отмечены на пашне. К концу апреля содержание продуктивной влаги составило в этом случае 40,5 мм, т.е. уменьшилось более чем на 20 мм. Эти изменения обусловлены интенсивным испарением незащищенной растительностью невыровненной пахотной поверхности. Совсем по иному складывались условия влагообеспеченности почв естественных и лесных угодий. Под древесной растительностью в этот период количество доступной влаги даже увеличилось – с 50,8 до 62,3 мм. Под естественным степным покровом осталось практически без изменений – 47,0 и 50,7 мм.

Выводы:

Лесные полосы являются мощным фактором регулирования влагообеспеченности агро - и естественных ценозов. Под их влиянием, особенно в острозасушливых условиях, существенно снижается длительность периода с отсутствием продуктивной влаги в почве.

Запасы влаги наиболее динамичны в гумусовом горизонте почвы. Различия в динамике влагообеспеченности почв обусловлены различным характером воздействия на почвенную среду.

В пахотных почвах, особенно в критических по увлажнению условиях, ощущается острый недостаток продуктивной влаги. Длительность этого периода может длиться очень продолжительное время.

Список литературы / References

1. Хитров Н.Б., Чевердин Ю.И. Почвы Каменной Степи: Путеводитель научных полевых экскурсий VII съезда общества почвоведов им. В.В. Докучаева и Всероссийской с зарубежным участием научной конференции «Почвоведение – продовольственной и экологической безопасности страны» (Белгород, 15-20 августа 2016 г). Москва – Белгород. ИД «Белгород» НИУ «БелГУ», 2016. С.55-80.
2. Чевердин Ю. И. Изменения свойств почв юго-востока Центрального Черноземья под влиянием антропогенного воздействия: Монография: - Воронеж «Истоки», 2013. – 336 с.
3. Петров Н.Г. Система лесных полос: Монография: – М., 1975. – 156 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Khitrov N.B., Cheverdin Yu.I. Pochvy Kamennoj Stepi // Putevoditel' nauchnyh polevyh ehkskursij VII s"ezda obshchestva pochvovedov im. V. Dokuchaeva i Vserossijskoj s zarubezhnym uchastiem nauchnoj konferencii «Pochvovedenie – prodovol'stvennoj i ehkologicheskoj bezopasnosti strany» [Soil of Stone Steppe: the scientific Guide of the field excursions of the VII Congress of the society of soil scientists of them. V. V. Dokuchaev and the Russian with international participation scientific conference "soil science – food and environmental security of the country] (Belgorod, 15-20 avgusta 2016 g) / Moskva – Belgorod. ID «Belgorod» NIU «BelGU», 2016. – р.55-80. [in Russian]
2. Сheverdin Yu. I. Izmeneniya svojstv pochv yugo-vostoka Central'nogo Chernozem'ya pod vliyaniem antropogennogo vozdejstviya [Modify the properties of soils of the South-East of the Central Chernozem under the influence of anthropogenic forcing]. – Monografiya: Voronezh «Istoki», 2013. – 336 р. [in Russian]
3. Petrov N.G. Sistema lesnyh polos [The system of forest belts]: Monografija: – M., 1975. – 156 р. [in Russian]