WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 17 | 18 || 20 | 21 |   ...   | 45 |

Р е ж и м в л а г о з а п а с о в в п о ч в е Как отмечает Ю.Л. Раунер (1965), суммарный расход влаги лесными насаждениями путем транспирации и физического испарения является центральным вопросом при оценке экологической эффективности лесного ландшафта. Высокая оптическая плотность в лесу обеспечивает максимальное использование почвенной влаги на транспирацию. В связи с этим для лесных насаждений особо важное значение приобретают уравнения водного Сумма испарения за вегетацию, мм баланса корнеобитаемой зоны почвы, которая при глубоком залегании уровня грунтовых вод практически совпадает со слоем фактического влагооборота.

Уравнение водного баланса корнеобитаемой зоны можно записать в следующем виде (Будаговский, 1965):

dW hk • = X -Y - E +Q, (36) dt где hk - толщина корнеобитаемого слоя; W - его средняя влажность; Q - влагообмен с нижележащим горизонтами почвы и грунтовыми водами.

А.Р.Константинов (1954) отмечает, что перемещение влаги из нижележащих горизонтов в её корнеобитаемый слой при испарении в случае достаточно глубокого залегания грунтовых вод и низкого уровня капиллярной каймы, практически не наблюдается. Вообще, многочисленные данные исследований передвижения влаги в почво-грунтах и водного режима почвы (Пушкарев, 1954 и др.) показывают, что слой активного влагообмена определяются слоем суточных колебаний температуры почвы, т.е. не превышает глубины 40-50 см. Следовательно, при изучении водного режима буковых и дубовых лесов достаточно ограничиться метровым слоем почвы.

Существует несколько способов определения влажности почвы (гаммаскопический, нейтронный, омический, тензометрический и др.), однако единственный прямой метод - это термовесовой. По расширенной программе наблюдения за влажностью почвы на стационаре ”Аибга” проводили весовым методом на четырех пробных площадях, находящихся примерно на одной высоте над уровнем моря при одинаковой экспозиции. Образцы почвы на влажность отбирали 1 раз в месяц до глубины 1 м через каждые 10 см в 4кратной повторности для верхних горизонтов и 3-кратной - с 50 см и ниже.

Поскольку основная масса корней бука сосредоточена в верхнем 30-40сантиметровом слое, для характеристики режима влажности почв под буковыми насаждениями вполне достаточно изучить метровую толщу почвы. Динамика влажности почвы под буковыми насаждениями связана с режимом осадков. Так, обычно начало гидрологического года (XI) характеризуется малым расходованием влаги из почвы на суммарное испарение, и значительным увлажнением осенними затяжными дождями. В результате происходит активное накопление влагозапасов и постепенное промачивание почвы на всю метровую глубину. Если осадков выпадает достаточно, то в декабре в 1-метровом слое почвы влагозапасы достигают величины наименьшей влагоемкости (НВ).

Зимой снежный покров подтаивает, что способствует равномерному промачиванию почвы и возникновению верховодки. В теплые зимы, без устойчивого снежного покрова, промачивание почвенного профиля отличается прерывистостью (приурочено к дождям) и распространяется не на всю глубину (обычно до 40-50 см). Максимальные влагозапасы в 1-м слое отмечаются ежегодно в начале вегетационного периода (III…IV), за счет таяния снега и затяжных весенних дождей.

С началом вегетации связано активное расходование влаги древостоем, достигающее наибольшей интенсивности в июне-июле. Поэтому минимум влагозапасов приурочен к середине или концу лета. Выпадающие летом интенсивные ливни обычно не дают глубокого промачивания (за исключением наиболее значительных, превышающих 70…мм). Однако, даже максимальные летние ливни не восполняют влагозапасы всего метрового профиля до влажности, соответствующей НВ. Лишь в верхнем слое (20…30 см) влажность иногда достигает НВ. Величина летнего иссушения почв находится в прямой зависимости от продолжительности засушливых периодов. Последние обычно бывают не дольше 10…15 дней, и очень редко – 25…28 дней.

Анализ динамики влагозапасов показал, что наибольшие запасы влаги в 100-см слое (при максимальном увлажнении) составляют 454…486 мм ( в среднем 470 мм). При этом почва подвергается промачиванию ежегодно, и колебания максимальных влагозапасов при этом невелики (32 мм), поэтому можно считать, что запасы влаги в метровом слое (470 мм) соответствуют влажности при наименьшей влагоемкости. По горизонтам НВ распределяется следующим образом: гор. А (распространяется примерно до 30 см) 149 мм, горизонт В (30…60 см) - 136 мм, гор. ВС (60…100 см) - 185 мм.

Минимальные влагозапасы в метровом слое в летний период колеблются в пределах 321…383 мм, а в среднем они равны 348 мм. Следовательно, средняя амплитуда колебаний влагозапасов в наблюдаемом слое достигает 122 мм. Распределение ежегодных амплитуд колебания влагозапасов по профилю почвы показало, что амплитуда колебаний влагозапасов имеет наибольшие значения в поверхностном 10-см слое (12,8…26,4 мм), ниже она уменьшается почти в 2 раза, минимум ее наблюдается на глубине 40-50 см (7,1…11,3 мм), а еще глубже она несколько возрастает. В целом за вегетацию иссушение 1-м слоя отмечено в пределах 103,9…133,6 мм (в среднем 122,6 мм), т.е. запасы влаги в этом слое за вегетационный период истощаются всего на 1/4 (26%) первоначального весеннего максимума.

Таким образом, несмотря на значительное расходование влаги из почвы на суммарное испарение, колебания запасов влаги в почве под буковым древостоем невелики.

Это объясняется как частым увлажнением почвы выпадающими осадками, так и огромной водоудерживающей способностью бурых лесных почв. Метровый слой почвы способен поглотить и удержать в виде капиллярной влаги 42% нормы осадков за вегетацию.



Режим влагозапасов в почве определяется режимом выпадения осадков, их расходования на испарение, а также водно-физическими свойствами почв. Между влагозапасами зоны аэрации и стоком воды в замыкающих створах водотоков ЛГС "Аибга" установлена прямая степенная зависимость:

W1m = 314* Q0,15 (при корреляц. отношении = 0,74) (37) Здесь: W1m - влагозапасы в 1-метровом слое почвы, мм; Q - расходы воды спустя дней после определения М.

Из зависимости (37) следует, что из-за аккумуляции влаги почвой резкое увеличение стока наблюдается лишь при W1m >420…450 мм.

Для почв стационара была определена биологическим методом (по проросткам кукурузы) влажность завядания, которая изменяется по профилю от 18,1 до 15,9% по весу. Для поверхностного слоя этот показатель определен также по всходам бука и получен равным 22,2%. Расчет запасов доступной влаги показал, что даже в самые засушливые периоды влажность почвы на ЛГС “Аибга” не уменьшилась до влажности завядания. При этом содержание доступной влаги в верхнем, активном слое почвы всегда больше, чем в подстилающих горизонтах, в то же время запас общей влаги в верхнем слое выше, чем в нижних, обычно в периоды переувлажнения. При иссушении почвы влажность верхнего слоя ниже, чем на глубине, и разница эта зависит от интенсивности процесса потери влаги на физическое испарение и биологический расход.

Интересно сопоставить водно-физические свойства почвы, определенные в лаборатории (общую пористость и капиллярную влагоемкость) с наименьшей влагоемкостью, найденной в результате анализа полевых наблюдений. Капиллярная влагоемкость практически совпадает с НВ, а разница между общей пористостью, которая равна полной влагоемкости, и НВ, представляет свободную гравитационную воду. Последняя уменьшается по профилю от 14,4% в поверхностном горизонте до 6,9% - на глубине 100 см. По горизонтам эти константы распределяются следующим образом (табл.17).

Еще одна водная константа - “влажность замедления роста “ (ВЗР), по Роде [293…296], составляет для многих почв около 2/3 величины наименьшей влагоемкости и совпадает с влажностью разрыва капиллярной связи (ВРК). По данным, полученным на ЛГС “Аибга”, минимальные влагозапасы (в среднем 348 мм) составляют 73,8%, т.е. около 3/4 величины НВ. Следовательно, в буковых насаждениях влажность почвы всегда выше ВРК.

Таблица 17 - Водно-физические свойства почвы по генетическим горизонтам Генетический Глубина, ПВ, Н В Гравитац. влага горизонт см мм мм % ПВ мм % ПВ А 0-30 190 149 78,5 41 21,В 30-60 170 136 80,0 34 20,ВС 60-100 215 185 86,1 30 13,Сумма 0-100 175 470 81,8 105 18,А.М. Алпатьеву [10] принадлежит доказательство того факта, что если влажность корнеобитаемого слоя поддерживается на оптимальном уровне (не ниже ВЗР) за счет осадков или орошения, то валовый расход влаги приблизительно равен испаряемости, т.е.

при указанных условиях расход влаги целиком зависит от теплового баланса деятельного слоя. Именно такими условиями характеризуется расходование влагозапасов из почвы в буковых древостоях.

В среднем за вегетационный период влагозапасы по слоям показывают, что норма влагозапасов в 1-м слое за вегетационный период составляет 403 мм, а колебания средней увлажненности почвы - 369…440 мм. При этом средние влагозапасы определяются не столько общим количеством осадков за теплый период, сколько режимом их выпадения. Так, наибольшие влагозапасы в вегетацию 1964 г. (440 мм в 100-см слое) приурочены к наименьшей сумме осадков (около 750 мм), но зато в этом сезоне дожди выпадали чаще всего - 101 день в течение вегетации. Напротив, минимум средних влагозапасов за вегетацию (369 мм в 1966 г.) совпал с наибольшей суммой осадков за сезон - 1232 мм, но число дней с дождями было наименьшим - 68. Отмеченное достаточно убедительно иллюстрирует тот факт, что общее количество выпадающих осадков еще не определяет степень увлажнения почвы, хотя несомненно участвует в формировании климата почв.

Средняя влажность по профилю почвы распределяется следующим образом: максимум (43,3%) связан с верхним 10-см слоем, а минимум отмечен на глубине 30…40 см (39,2%). Вся амплитуда колебаний средней многолетней влажности почвы на глубине от 10 до 100 см невелика: от 39,2 до 40,8%.

Определение статистических параметров кривых распределения рядов наблюдений за влажностью почвы показало, что колебания влажности во времени можно считать умеренными: коэффициент вариации в слое 10…90 см изменялся от 8,33 до 11,46%. Лишь в поверхностном 10-см слое варьирование влажности достигало 17,3%. При этом следует отметить, что как абсолютные значения влажности, так и вариация их в горизонте А наибольшие по профилю (Сv равно в среднем 13,1 %), в гор.В - наименьшие (Сv= 9,0%), а в гор. ВС - вновь несколько возрастают (Сv = 10,5 %). Коэффициент асимметрии Сs в среднем по профилю равен 0,21. Ошибка коэффициента асимметрии mСs = 0,29, а существенность tСs = 0,72. Следовательно, временные ряды распределения влажности почвы можно отнести к нормальным.

Хроноизоплеты подтверждают, что в зимне-весенний период, а иногда и осенью промачиванию подвергается весь метровый слой почвы. Кроме того, характеристику типа водного режима почв зоны буковых лесов можно дать на основе анализа климатических условий района. Влияние климата в этом случае учитывается путем определения коэффициента увлажнения (КУ), который представляет собой отношение суммы осадков к величине испаряемости. Как указывает А.А. Роде [296], если КУ > 1,0, то водный режим, как правило, независимо от других факторов, складывается по типу промывного.





Многолетними воднобалансовыми и теплобалансовыми исследованиями на ЛГС “Аибга” установлено, что КУ за вегетационные периоды изменялся в пределах 1,2…1,4. В холодные периоды года, когда количество осадков почти одинаково с летним, а испаряемость незначительна, КУ гораздо больше 1,0. Следовательно, по водному режиму бурые лесные почвы под буковым лесом относятся к типу почв с глубоко промывным режимом.

Изменение влажности бурых лесных почв во времени и в пространстве подчиняется закону нормального распределения, причем варьирование значений влажности в пространстве несколько меньше, чем во времени. Наибольшей изменчивостью обладают запасы влаги в гор. А. Экспедиционные и стационарные исследования склонового стока показали, что поверхностный горизонт почвы, благодаря своим хорошим водно-физическим свойствам, выполняет роль дренажной системы, особенно отчетливо проявляющей себя во время интенсивных летних ливней. С одной стороны, он переводит значительную часть осадков во внутрипочвенный (дренажный) сток, препятствуя развитию эрозионных процессов на поверхности почвы, а с другой - способствует восполнению убыли влаги нижележащих слоев, являющихся достаточно емким резервуаром доступной влаги.

2.6. Гидрологическая роль буковых лесов Причерноморья Водоохранная роль буковых насаждений Как следует из материалов по состоянию лесного фонда, в рассматриваемом регионе преобладают насаждения из твердолиственных пород (дуб, бук, граб, каштан), при этом основными лесообразующими формациями являются дубравы и букняки. Из хвойных пород наибольшее значение с точки зрения водоохранно-защитных свойств имеют пихтарники. В связи с этим, основное внимание при изучении гидрологической роли горных лесов региона уделено формациям дубовых, буковых и пихтовых лесов.

За последние 40 лет в пределах Северо-Западного Кавказа наиболее серьезные исследования средообразующих свойств насаждений проведены в формации буковых лесов (Беленко [16…20], Дробиков [116], Хуторцов [347,348], Казанкин [150…152], Коваль [162…172], и др.). Очень мало данных по дубравам региона. При этом имеется в виду, что текущие наблюдения на опорной сети Роскомгидромета за речным стоком и осадками, ведущиеся на речных бассейнах региона, не дают возможности рассчитать полный водный баланс в различных лесорастительных формациях.

Водорегулирующие и водоохранные функции буковых насаждений Причерноморья установлены по результатам изучения режима изменения элементов водного баланса малых водосборных бассейнов на ЛГС "Аибга" (Битюков, 1980, 1988; Коваль, 1978, 1979) и подробно рассматриваются ниже.

По современным представлениям, наиболее надежную количественную оценку водоохранно-защитных и водорегулирующих функций лесов можно дать на основе воднобалансовых исследований. В основе метода водного баланса лежит учет всех его элементов: приходных, расходных и аккумуляционных. В лесогидрологических исследованиях целесообразно вести расчет водного баланса для гидрологического года и отдельно для двух сезонов года: теплого, который охватывает вегетационный период (для условий Северо-Западного Кавказа - с апреля по октябрь), и холодного - с ноября по март.

Сток в замыкающих створах на лесогидрологических стационарах учитывали с помощью самописцев уровня воды, установленных на железобетонных тонкостенных треугольных водосливах. Расчленение гидрографов стока на склоновую и грунтовую составляющие проводили методом срезки.

- Т р а н с п и р а ц и я б у к о в ы м д р е в о с т о е м Для расчета транспирации буковым древостоем применен метод водного баланса корнеобитаемого слоя почвы (при отсутствии или точном учете склонового стока, инфильтрации и водообмена с нижележащими слоями почвы). При этом использованы наблюдения за динамикой влагозапасов в метровом слое почвы и осадками под пологом леса ЛГС "Аибга".

Суммы транспирации за период наблюдений изменялись в пределах от 277 мм до 495 мм, при среднем значении статистического ряда 389 мм и среднеквадратическом отклонении = ±56,0 мм. При этом различия сезонных сумм транспирации обусловлены не только разницей в интенсивности испарения, но и продолжительностью периода вегетации.

Рис. 11 – Динамика транспирации буковым древостоем на ЛГС «Аибга» Суммарное испарение с облесенного водосбора варьирует от 487 до 651 мм, что составляет 38-84 % от осадков за теплый сезон. В условиях переувлажнения, характерного для зоны буковых лесов, испарение не лимитируется количеством осадков, а определяется в основном притоком тепла. В суммарном испарении (более 600 мм за вегетацию) преобладает транспирация древостоем (47,5%), перехват осадков составляет 21,5%, испарение с почвы - 14,5%, и транспирация травостоем - 16,5% (Битюков, 1978, 1988).

В о д н ы й б а л а н с с к л о н о в Результаты наблюдений позволяют охарактеризовать внутрисезонные изменения отдельных элементов водного баланса и рассчитать в целом водный баланс для бассейнов зоны буковых лесов.

Для водотоков, представляющих собой притоки 1-го порядка и дренирующих только часть грунтовых вод своего бассейна, уравнение водного баланса может быть записано в следующем виде (Соколовский,1968):

X = Yпов + (k1 * Yпод + k2 * Yпод) + Z ± I, (38) где: X - осадки; Yпов - поверхностный сток; Yпод - подземный сток; k1 - часть подземного стока, дренируемая данным водотоком; k2 - часть подземного стока, дренируемая водотоком высшего порядка, причем k1+ k2 = 1,0; Z - суммарное испарение; I - аккумуляция вод в бассейне.

Pages:     | 1 |   ...   | 17 | 18 || 20 | 21 |   ...   | 45 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.