Сезонная и многолетняя динамика влажности лугово-черноземных почв (Окско-Донская низменность)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проанализирована сезонная динамика объемной влажности залежной и двух пахотных лугово-черноземных почв (Gleyic Chernozem (Siltic, (Aric), Pachic)) в слое 0–60 см, а также уровень залегания грунтовых вод в Токаревском районе Тамбовской области c осени 2022 по лето 2023 гг.; проведено сравнение с режимными наблюдениями за объемной влажностью и уровнем грунтовых вод этих почв за 1969–1971 гг. Залежная лугово-черноземная почва характеризуется большей влажностью, чем почвы пашни; для верхних горизонтов пахотных почв характерна большая частота периодов увлажнения–иссушения и их меньшая непрерывная продолжительность, что подтверждается как данными мониторинга, так и формой карбонатных новообразований. Лугово-черноземные почвы в 2022–2023 гг. были достаточно сухими, несмотря на повышенное по сравнению с климатической нормой среднегодовое количество осадков. Влажность менее влажности завядания в слое 0–20 см пахотных почв устанавливалась с марта 2023 г., в залежной почве – с конца апреля 2023 г. Периоды с влажностью больше наименьшей влагоемкости в слое 0–60 см не были выявлены. Почвы были суше, чем в засушливый 1972 г., когда влажность менее влажности завядания в верхней части профиля наблюдалась в период с июня по сентябрь, во влажные 1969–1970 гг. она не опускалась ниже влажности завядания в слое 0–20 см за весь период наблюдения. Основной причиной такой разницы является изменение уровня залегания грунтовых вод: более 4 м основную часть 2022–2023 гг.; в 1969 г. воды не опускались глубже 2 м, 1971 – глубже 4 м. В результате подпитка почв влагой за счет капиллярного поднятия в 2022–2023 г. не происходила, и водный режим лугово-черноземных почв больше соответствовал водному режиму черноземов.

Об авторах

М. А. Смирнова

Почвенный институт им. В.В. Докучаева; МГУ им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: summerija@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5256-4348
Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017; Ленинские горы, 1, Москва, 119999

Д. Р. Бардашов

Почвенный институт им. В.В. Докучаева; МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: summerija@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0007-2425-1911
Россия, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017; Ленинские горы, 1, Москва, 119999

П. П. Филь

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Email: summerija@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9851-5381
Россия, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017

Н. И. Лозбенев

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Email: summerija@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0377-3124
Россия, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017

А. В. Доброхотов

Почвенный институт им. В.В. Докучаева; Агрофизический научно-исследовательский институт

Email: summerija@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9368-6229
Россия, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017; Гражданский пр-т, 14, Санкт-Петербург, 195220

Список литературы

  1. Айдаров И.П. Регулирование водно-солевого и питательного режимов орошаемых земель. М.: Агропромиздат, 1985. 304 с.
  2. Ахтырцев А.Б., Адерихин П.Г., Ахтырцев Б.П. Лугово-черноземные почвы центральных областей Русской равнины. Воронеж: Изд-во Воронежского ун-та, 1981. 174 с.
  3. Базыкина Г.С., Овечкин С.В. Влияние цикличности климата на водный режим и карбонатный профиль черноземов центра европейской части России и сопредельных территорий // Почвоведение. 2016. № 4. С. 475–488.
  4. Водяницкий Ю.Н. Диагностика переувлажненных минеральных почв. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 81 c.
  5. Зайдельман Ф.Р. Естественное и антропогенное переувлажнение почв. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 288 c.
  6. Зайдельман Ф.Р., Степанцова Л.В., Никифорова А.С., Красин В.Н., Сафронов С.Б., Красина Т.В. Генезис и деградация черноземов Европейской России под влиянием переувлажнения. Способы защиты и мелиорации. Воронеж: Кварта, 2013. 352 с.
  7. Киреева М.Б., Илич В.П., Фролова Н.Л., Харламов М.А., Сазонов А.А., Михайлюкова П.Г. Вклад климатических и антропогенных факторов в формирование маловодного периода в бассейне разрез Дон 2007–2015 гг. // Геориск. 2017. № 4. С. 10–21.
  8. Мильков Ф.Н. Физико-географическое районирование Центрально-Черноземных областей. Воронеж: Изд-во Воронежского ун-та, 1961. 363 с.
  9. Молодцов В.А., Игнатова В.П. Об определении состава поглощенных оснований в засоленных почвах // Почвоведение. 1975. № 6. С. 123–127.
  10. Национальный доклад “Глобальный климат и почвенный покров России: проявления засухи, меры предупреждения, борьбы, ликвидация последствий и адаптационные мероприятия (сельское и лесное хозяйство)”. М.: Изд-во МБА, 2021. Т. 3. 700 с.
  11. Поздняков С.П., Ведяшкина В.В., Филимонова Е.А., Позднякова Н.И. Ретроспективный анализ многолетних колебаний уровней воды в Докучаевском колодце в Каменной Степи // Вестник Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2023. С. 110–126.
  12. Полевой определитель почв. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 182 с.
  13. Почвенный покров и земельные ресурсы Российской Федерации. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева РАСХН, 2001. 400 с.
  14. Роде А.А. Водный режим почв и его регулирование. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 119 с.
  15. Савин И.Ю., Виндекер Г.В. Некоторые особенности использования оптических свойств поверхности почв для определения их влажности // Почвоведение. 2021. № 7. С. 806–814.
  16. Самойлова Е.М. Луговые почвы лесостепи. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981. 283 с.
  17. Степанцова Л.В., Красин В.Н. Количественный показатель глубины залегания грунтовых вод в черноземовидных почвах севера Тамбовской равнины // Вестн. МичГАУ. 2011. Ч. 1. № 2. С. 106–110.
  18. Хохлова О.С. Карбонатное состояние степных почв как индикатор и память их пространственно-временной изменчивости. Дис. … докт. геогр. наук. М., 2008. 331 с.
  19. Шеин Е.В., Болотов А.Г., Дембовецкий А.В. Гидрология почв агроландшафтов: количественное описание, методы исследования, обеспеченность почвенных запасов влаги // Почвоведение. 2021. Т. 55. № 9. С. 1076–1084.
  20. Allen R.G., Pereira L.S., Raes D., Smith M. FAO Irrigation and drainage paper No. 56. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations. 1998. V. 56(97). 156 p.
  21. Allen R.G., Tasumi M., Trezza R. Satellite-based energy balance for mapping evapotranspiration with internalized calibration (METRIC)–Model // J. Irrigation Drainage Engineering. 2007. V. 133. № 4. P. 380–394.
  22. Allen R.G., Walter I.A., Elliott R., Howell R., Itenfisu D., Jensen M. The ASCE standardized reference evapotranspiration equation // Environmental and Water Resources Institute of the American Society of Civil Engineers. 2005. V. 57. 59 p.
  23. Daly E., Porporato A. A review of soil moisture dynamics: From rainfall infiltration to ecosystem response // Environ. Engineer. Sci. 2005. V. 22(1). P. 9–24. https://doi.org/10.1089/ees.2005.22.9
  24. Deng, L., Peng C., Kim D.G., Li J., Liu Y., Hai X., Kuzyakov Y. Drought effects on soil carbon and nitrogen dynamics in global natural ecosystems // Earth-Sci. Rev. 2021. V. 214. P. 103501. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103501
  25. Dorigo W., Himmelbauer I., Aberer D., Schremmer L., Petrakovic I., Zappa L., Preimesberger W. et al. The International Soil Moisture Network: serving Earth system science for over a decade // Hydrology Earth System Sci. 2021. V. 25. P. 5749–5804. https://doi.org/10.5194/hess-25-5749-2021
  26. Fil P.P., Yurova A.Y., Dobrokhotov A., Kozlov D. Estimation of infiltration volumes and rates in seasonally water-filled topographic depressions based on remote-sensing time series // Sensors. 2021. V. 21. № 21. P. 7403.
  27. Harris I.C. CRU TS v4.03: Climatic Research Unit (CRU) Time-Series (TS) version 4.03 of high-resolution gridded data of month-by-month variation in climate (Jan. 1901- Dec. 2018). Centre for Environmental Data Analysis (CEDA). 2019. https://doi.org/10.5285/10d3e3640f004c578403419aac167d82
  28. Hupet F., Vanclooster M. Intraseasonal dynamics of soil moisture variability within a small agricultural maize cropped field // J. Hydrology. 2002. V. 261. № 1–4. P. 86–101. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(02)00016-1
  29. Khitrov N., Smirnova M., Lozbenev N., Levchenk, E., Gribov V., Kozlov D., Rukhovich D., Kalinina N., Koroleva P. Soil cover patterns in the forest-steppe and steppe zones of the east-european plain // Soil Sci. Annual. 2019. V 70(3). P. 198–210. https://doi.org/10.2478/ssa-2019-0018
  30. Lal R. Managing Chernozem for Reducing Global Warming // Regenerative Agriculture. 2021. P. 81–93.https://doi.org/10.1007/978-3-030-72224-1_7
  31. Olson D.M., Dinerstein E., Wikramanayake E.D., Burgess N.D., Powell G.V. N., Underwood E.C., D’Amico J.A. et al. Terrestrial ecoregions of the world: a new map of life on Earth // Bioscience. 2001. V. 51(11). P. 933–938.
  32. Pablos M., Martínez-Fernández J., Piles M., Sánchez N., Vall-llossera M., Camps A. Multi-temporal evaluation of soil moisture and land surface temperature dynamics using in situ and satellite observations // Remote Sensing. 2016. V. 8. № 7. P. 587. https://doi.org/10.3390/rs8070587
  33. Porporato A., Daly E., Rodriguez-Iturbe I. Soil water balance and ecosystem response to climate change //The American Naturalist. 2004. V. 164. № 5. P. 625–632. https://doi.org/10.1086/424970
  34. Rosenbaum U., Bogena H.R., Herbst M., Huisman J.A., Peterson T.J., Weuthen A., Western A.W., Vereecken H. Seasonal and event dynamics of spatial soil moisture patterns at the small catchment scale // Water Resources Research. 2012. V. 48. № 10. https://doi.org/10.1029/2011WR011518
  35. Saha S., Moorthi S., Wu X., Wang J., Nadiga S., Tripp P., Behringer D., Hou Y. T., Chuang H.Y., Iredell M., Ek M. The NCEP climate forecast system version 2 // J. Climate. 2014. V. 27(6). P. 2185-2208.
  36. Seneviratne S.I., Corti T., Davin E.L., Hirschi M., Jaeger E.B., Lehner I., Orlowsky B., Teuling A.J. Investigating soil moisture–climate interactions in a changing climate: A review // Earth-Science Reviews. 2010. V. 99. № 3–4. P. 125–161. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2010.02.004
  37. Vereecken H., Huisman J.A., Pachepsky Y., Montzka C., Van Der Kruk J., Bogena H., Weihermüller L., Herbst M., Martinez G., Vanderborght J. On the spatio-temporal dynamics of soil moisture at the field scale // J. Hydrology. 2014. V. 516. P. 76–96. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.11.061
  38. Wang C., Wang S., Fu B., Zhang L., Lu N., Jiao L. Stochastic soil moisture dynamic modelling: a case study in the Loess Plateau, China // Earth and Environmental Science Transactions of the Royal Society of Edinburgh. 2018 V. 109(3–4). P. 437–444. https://doi.org/10.1017/S1755691018000658
  39. Zheng J., Zhao T., Lü H., Shi J., Cosh M. H., Ji D., Kang C.S. Assessment of 24 soil moisture datasets using a new in situ network in the Shandian River Basin of China // Remote Sensing of Environment. 2022. V. 271. P. 112891. https://doi.org/10.1016/j.rse.2022.112891
  40. 40. Zhou T., Han C., Qiao L., Ren C., Wen T., Zhao C. Seasonal dynamics of soil water content in the typical vegetation and its response to precipitation in a semi-arid area of Chinese Loess Plateau // J. Arid Land. 2021. V. 13. P. 1015–1025. https://doi.org/10.1007/s40333-021-0021-5

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Дополнительные материалы
Скачать (13KB)
Метаданные
3. Рис. 1. Расположение района исследований (a) – в пределах лесостепи (границы лесостепи даны по [31]; (b) – положение участка в пределах недренируемого типа местности Окско-Донской низменности; (c) – космический снимок с указанием положения точек мониторинга; (d) – рельеф участка с указанием точек мониторинга).

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 2. Почвы участка исследования.

Скачать (159KB)
Метаданные
5. Рис. 3. Динамика влажности и мониторинга залегания грунтовых вод лугово-черноземных почв на протяжении периода мониторинга 01.10.2022–09.01.2024. В верхней части рисунка – осадки и температура в течение рассматриваемого периода, ниже – динамика показателей для отдельных почв (разрезы 1–3). Для каждой из почв верхний рисунок: хроноизоплетами показаны значения объемной влажности (%), цветовым фоном со штриховкой – значения почвенно-гидрологических констант, курсивом – значения объемной влажности для почвенно-гидрологических констант; нижний рисунок – уровень грунтовых вод. Почвенно-гидрологические константы: ПВ – полная влагоемкость, НВ – наименьшая влагоемкость, ВРК – влажность разрыва капиляров, определенная как 0.7НВ; ВЗ – влажность завядания; МГ – максимальная гигроскопичность.

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 4. Хроноизоплеты разностей влажностей между соседними сроками наблюдений в слое 20–40 см за период 10.14.2022–10.07.2023.

Скачать (513KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024