Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности теплофизических исследований почвенного покрова 7
1.1 Почвенный климат и теплофизическое состояние почвы 7
1.2 Методы определения теплофизических свойств и режимов почвенного профиля 16
1.3 Приборная база для теплофизических исследований 26
Глава 2. Природные условия и почвенно-физические факторы 35
2.1 Геоморфологические и ороклиматические особенности территории 35
2.2 Эколого-биологические особенности взаимодействия березы и почвы 40
2.3 Агрофизическая характеристика серых лесных почв 43
Глава 3. Тепловые свойства и режимы в почвах разного гранулометрического состава 52
3.1 Теплофизические свойства серых лесных почв 52
3.2 Динамика теплофизических показателей и влагосодержания в суглинистых и супесчаных почвах под лесными ценозами 64
3.3 Температурный режим и теплопотоки в серых лесных почвах разного гранулометрического состава 75
Глава 4. Влияние вырубок на теплофизические свойства и гидротермические режимы серых лесных почв 85
4.1 Влияние вырубок на теплофизические свойства серых лесных почв в летний период 85
4.2 Температурный режим и теплопотоки в почве под лесным покровом и на вырубках 95
Выводы 107
Литература 110
Приложения 127
- Методы определения теплофизических свойств и режимов почвенного профиля
- Эколого-биологические особенности взаимодействия березы и почвы
- Динамика теплофизических показателей и влагосодержания в суглинистых и супесчаных почвах под лесными ценозами
- Температурный режим и теплопотоки в почве под лесным покровом и на вырубках
Введение к работе
Актуальность проблемы.
К основным факторам, определяющим теплофизическое состояние (ТФС) почв относятся растительный и снежный покровы, а также производственная деятельность человека.
Рубки лесов воздействуют не только на водно-воздушный, пищевой и биологический режимы почв, но и на их теплофизическое состояние.
Формирование температурных полей в почве определяется ее теплофизическими свойствами: теплоемкостью, тепло- и температуропроводностью, которые в свою очередь являются функциями целого ряда почвенно-физических факторов, таких как влажность, гранулометрический состав, плотность, порозность, содержание органического вещества, температура. Все это обусловливает неоднородность почв по теплофизическим параметрам.
Поэтому познание ТФС почв во взаимосвязи с их генетическими особенностями, характером и степенью естественного увлажнения, уплотнения и аэрации почвенного профиля необходимо как в целях генетической характеристики почв, так и для расчета, оценки и прогноза изменений в гидротермических режимах почвенных горизонтах под влиянием антропогенных воздействий.
Последнее десятилетие характеризовалось массовой вырубкой березовых лесов в ряде районов Алтайского края (Косихинском, Первомайском и др.). Вывоз древесины при этом привел к уничтожению верхних, наиболее богатых гумусом слоев почвы, что кардинально изменило режимы тепла и влаги, формирующиеся в серых лесных почвах. Поэтому познание их динамики в настоящее время становится актуальным в связи с необходимостью восстановления почвенного плодородия и лесных экосистем на почвах, испытавших антропогенное воздействие.
Цель работы.
Изучить теплофизические свойства и гидротермические режимы серых лесных почв Обь-Чумышского междуречья и влияние на них сплошных рубок.
Задачи исследований.
- Экспериментально определить теплофизические характеристики серых лесных почв и выяснить особенности их изменений в почвенном профиле в зависимости от почвенно-физических факторов.
- Установить закономерности гидротермических режимов и динамики теплофизических коэффициентов исследуемых почв в период вегетации.
- Выяснить влияние сплошных рубок на гидротермические режимы и тепловые свойства серых лесных почв.
Объект и методы исследования.
Исследования проводили на территории Косихинского лесхоза.
Объектом исследования были серые лесные почвы под березовыми лесами, широко распространенными на территории Обь-Чумышского междуречья.
Исследования выполняли в соответствии с международной программой изучения березовых лесов правобережья Оби в связи с необходимостью сертификации согласно принципам FSC (на примере Косихинского района Алтайского края) в сотрудничестве с Алтайским государственным университетом под руководством д.б.н. Куприянова А. Н.
Физико-механические, водно-физические и физико-химические свойства почв определены общепринятыми в агропочвоведении и агрохимии методами.
Теплофизические свойства почв изучены в лаборатории теплофизики АГАУ на образцах с ненарушенным сложением в пятикратной повторности. Полевые исследования этих свойств в течение вегетации проводились с использованием метода цилиндрического зонда. Обработка экспериментальных данных осуществлялась на ПЭВМ.
Полевые наблюдения за динамикой температуры серых лесных почв под березовым лесом и на вырубке, проведенные в 2001-2003 годах, осуществлялось электронными термометрами, разработанными на кафедре физики АГАУ.
Содержание влаги в почвенных горизонтах на момент исследований определялась весовым методом.
Теплопотоки в верхнем 20-ти см слое рассчитывались согласно Руководству по градиентным наблюдениям и определению теплового баланса (1964).
Научная новизна и теоретический вклад.
Впервые получены экспериментальные данные о теплофизических свойствах серых лесных почв Обь-Чумышского междуречья. Выявлены особенности и различия в характере распределения теплофизических коэффициентов в почвенных профилях в зависимости от физико-механических и водно-физических свойств их генетических горизонтов.
Определены закономерности формирования гидротермических режимов и теплофизических характеристик в серых лесных почвах разного гранулометрического состава за вегетационный период.
Впервые в Западной Сибири изучено влияние сплошных рубок березовых лесов на режимы тепла и влаги, складывающиеся в почвенном профиле.
Защищаемые положения.
- распределение теплофизических характеристик в профиле серой лесной почвы определяется почвенно-физическими факторами ее генетических горизонтов.
- отрицательное воздействие сплошных рубок на строение почвенного профиля, физико-механические и теплофизические свойства, а также на гидротермические режимы серых лесных почв.
Практическая значимость.
На основе экспериментальных исследований серых лесных почв выявлены закономерности, позволяющие прогнозировать скорость и характер изменений теплофизических свойств и гидротермических режимов в почвенном профиле, знание которых необходимы для искусственного восстановления сосновых лесов на вырубках.
Апробация работы.
Результаты исследований доложены на I международной конференции "Проблемы лесоводства и лесовосстановления на Алтае" (г. Барнаул, 2001), II международной конференции "Антропогенное воздействие на лесные экосистемы" (г. Барнаул, 2002), всероссийской научно-практической конференции "Гидроморфные почвы - генезис, мелиорация и использование" (Москва, МГУ, 2002), региональной молодежной научной конференции "Южная Сибирь: проблемы взаимодействия природы и общества" (г. Барнаул, 2003).
Публикации.
Основные . положения диссертации опубликованы в 7 научных работах. Общий объем публикации автора составляет 0,8 п. л.
Объем работы.
Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, рекомендаций производству, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 135 страницах печатного текста, включая 34 таблицы, 30 рисунков, 2 приложения. Список использованной литературы включает 203 источника, в том числе 21 на иностранном языке.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю профессору С. В. Макарычеву и научному консультанту профессору И. Т. Трофимову за постоянное внимание, поддержку и помощь при подготовке рукописи.
Методы определения теплофизических свойств и режимов почвенного профиля
С развитием учений о климате почв появилась необходимость в разработке методов определения различных почвенных характеристик, в том числе и ее теплофизических свойств. Этому вопросу в научной литературе посвящено большое количество работ как отечественных (Чудновский, 1948, 1976; Лыков, 1952; Обливкин, Воскресенский, 1978; Кондратьев, 1954; Димитрович, 1963; Лунин, 1972; Акулинин, 1981; Синицкий, 1983; Серых, Сысоев, 1984; Костов, 1985; Зиновьев, 1985; Малышев, 1985; Наумов, 1985; Макарычев, Лунин, 1978; Макарычев, 1990; и др.), так и зарубежных (Dreyer, 1984; Auracher, 1976-1978; Mokudxaj, 1980; Arpad, 1982; Rogas, 1984; Bristow, Bilskie, Kluitenberg, Horton, 1995; Noborio, Mclnnes, Heilman, 1996; и др.) ученых. Методы определения теплофизических характеристик почвы традиционно подразделяются на расчетные и экспериментальные. Так как теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность связаны между собой соотношением: Я то при проведении теплофизических исследований обычно определяют две из них (чаще всего теплоемкость и температуропроводность), а третью рассчитывают. Теплоемкость почвы определяют калориметрическим либо расчетным методом (Вадюнина, Корчагина, 1986; Архангельская, 2001). Основой методов определения тепло- и температуропроводности является дифференциальное уравнение теплопроводности: где t - температура, т - время, z - глубина, СС - температуропроводность почвы. Благодаря простоте расчетов и возможности быстрого, хотя и приближенного расчета теплофизических коэффициентов по результатам измерений температуры на различных глубинах почвенного ппогЬитш. тг Логарифмируя отношение амплитуд колебаний температуры на двух различных глубинах z\ и z2, получим выражение для глубины затухания в виде: Тогда с учетом (4), коэффициент температуропроводности будет определяться по формуле: Однако у этого способа расчета температуропроводности почвы достаточно недостатков. Так Д.Л. Лайхтман (1947) указывал на то, что изменение температуры на поверхности почвы нельзя считать строго синусоидальным. Кроме того, метод предполагает постоянство коэффициента температуропроводности в пределах профиля и во времени (означающее также и постоянство влажности почвы), что является весьма грубым допущением. А. Ф. Чудновскии (1962) показал, что коэффициент температуропроводности можно считать неизменным только лишь при изучении суточных процессов. Вместо запаздывания фаз с глубиной А.Н. Колмогоров (1950) предложил использовать явление затухания амплитуды гармонических колебаний температуры по профилю почвы в течение суток. Г.Х. Цейтин (1956) разработал метод вычисления коэффициента температуропроводности почв по осредненным температурам. Однако он же отмечал, что метод неприменим для мерзлых, а, следовательно, и влажных почв, так как при расчетах не учитывается влияние фазовых переходов почвенной влаги. Существуют и другие расчетные методы, но все они лишь приближенно отражают процесс теплопередачи в почве, так как в большинстве своем дают результаты, сильно отличающиеся между собой.
Кроме того, различия проявляются и при сравнении расчетных значений с экспериментальными полевыми и лабораторными данными (Куликов, 1958). Об ограниченном применении расчетных методов свидетельствуют в своих работах В. П. Панфилов и др. (1981), И. С. Харламов (1985), С. В. Макарычев (1993), Т. А. Архангельская (2001) и др. Поэтому, наиболее перспективными являются экспериментальные методы определения теплофизических коэффициентов почв. В соответствии с особенностями температурных полей, формирующихся в ходе измерений, их можно разделить на две принципиально различные группы: стационарные и нестационарные (Чудновский, 1948; Шевельков, 1960; Димитрович, 1963; Методы определения ..., 1973). Стационарные методы основаны на закономерностях постоянного во времени температурного поля. При этом тепловой поток, проходящий через исследуемый объект, остается неизменным по величине и направлению. В этом случае изменение температуры в направлении потока тепла описывается линейной зависимостью, а температурный градиент в объеме всего образца не меняется. Тогда, согласно закону Фурье (Лыков, 1952; Фриш, Тиморева, 1968) тепловой поток пропорционален градиенту температуры, т. е. коэффициент теплопроводности можно определить по уравнению: где q - поток тепла; V? - градиент температуры. Развитие стационарных методов (Обливкин, Воскресенский, 1978; Dreyr, 1984; Милано, 1985) связано с большей точностью измерения коэффициента теплопроводности. Однако значительная продолжительность опытов с использованием сложных и дорогих приборов, а также возможность определения одной величины и только в абсолютно сухих образцах, делают применение этих методов неоправданным. Наиболее широкое распространение в теплофизике получили нестационарные методы, основанные на закономерностях переменного теплового потока. Существуют три разновидности нестационарных методов. Одну из них составляют методы регулярного теплового режима, разработанные Г.М. Кондратьевым (1954). Регулярными считаются случаи, когда тело вступает в упорядоченное тепловое состояние с определенной закономерностью (чаще логарифмической) изменения температуры исследуемой точки среды (Димитрович, 1963). Метод позволяет установить зависимость температуропроводности от влажности, как для насыпных образцов, так и для монолитов. Для получения теплопроводности и теплоемкости исследуемый объект должен иметь форму шарового слоя, что для почв совершенно неприемлемо. Главный недостаток работ, посвещенных методам регулярного режима (Auracher, 1976-1978; Mokudxaj, 1980; Акулинин,1981; Arpad, 1982; Синицкий, 1983; Серых, Сысоев, 1984; Rogas, 1984; Костов, 1985; Зиновьев, 1985; Малышев, 1985; Наумов, 1985 и др.), заключается в неизбежном нарушении структуры почвы при отборе образцов, что вносит систематическую ошибку в результаты. Кроме того, эти методы не учитывают перемещение почвенной влаги под влиянием температурного градиента (Архангельская, 2001).
Эколого-биологические особенности взаимодействия березы и почвы
Береза - одна из наиболее нетребовательных пород - растет на многих почвах, в том числе хорошо на серых лесных почвах. Лучше всего она растет на слабоподзолистых, серых лесостепных и черноземных почвах. Береза считается породой, наиболее улучшающей лесорастительные свойства подзолистых и других почв.
В постоянном обмене питательными веществами — минеральными и органическими, главенствующая роль принадлежит ежегодно опадающим частям древесных пород, получившим название опада. При этом наибольшее значение приписывается листьям и хвое, в которых накапливается относительно наибольшее количество зольных веществ. Доказано, что листья мелколиственных пород (березы, осины, ольхи черной) содержат в 1,5-2 раза больше зольных веществ, чем хвоя, причем наиболее богаты кальцием и другими элементами листья березы (Зонн, 1954).
Образующийся из опада в той или иной степени разложившийся слой называют лесной подстилкой. Под березой и другими лиственными породами, за исключением осины, она мягкогумусная, или сильно разложившаяся. В такого вида подстилке обычно выделяется три подгоризонта. Первый слой составляют наименее разложившиеся древесные останки, не потерявшие еще своих признаков. Второй подгоризонт - это полуразложившийся опад, когда от листьев остаются только частички, а вся масса измельчена и слежалась. В третьем слое органические остатки представляют собой мажущуюся рыхлую массу, сильно разложившуюся и перешедшую в перегной или гумус. Сосновым и еловым лесам характерна большая развитость верхнего и среднего слоев, что отрицательно сказывается на процессы разложения и образования перегноя. В этом случае большая часть питательных воднорастворимых веществ вымывается из подстилки и она называется грубогумусная, или слабо разложившаяся. У осины в опад поступает не только листья, но и большое количество мелких веток. Листья вследствие плотности и грубости при опадании легко слеживаются, образуя труднопроницаемую подстилку, что замедляет процесс разложения.
Причин, влияющих на скорость разложения опада и подстилок очень много. Определяющую роль в этом процессе играют условия разложения -тепло и влага, а также свойства самого опада. Но все же главным фактором являются те явления, которые вызываются деятельностью живых организмов, избирающих своим местообитанием опад и подстилку. Так в лиственных, в том числе березовых лесах, под пологом которых образуется мягкий гумус, в подстилке насчитывается в среднем до 35 млн. различных микроорганизмов на 1 г почвы. В хвойных лесах при грубом гумусе количество бактерий снижается до 1,3 млн. на 1 г почвы (Зонн, 1954). Количество бактерий снижается при высыхании или переувлажнении подстилки. В последнем случае бактерии сменяются грибами, что также накладывает отпечаток на состав образующегося гумуса и его влияние на почвы.
Грубый гумус характеризуется кислой реакцией (рН от 3,0 - 3,5 до 4,5), а реакция мягкого гумуса чаще щелочная (рН от 4,5 до 7,0). Поэтому в кислой грубогумусной подстилке зольные и органические соединения хорошо растворимы и выщелачиваются быстрее, чем из мягкого гумуса. Подстилка обладает значительной влагоемкостью, что имеет большое значение в регулировании водного, теплового режимов почв и поступления в них органических и зольных веществ. В процессе разложения органических остатков и образования новых гумусовых веществ выделяются и конечные продукты в виде различных газов. Среди них наибольшее значение имеет углекислый газ С02, способствующий росту растений. Из подстилок хвойных лесов выделяется меньше СОг, чем из лиственных, так как последние разлагаются медленнее. Углекислый газ, будучи тяжелее воздуха, частично стекает в почвенные поры, обогащая их углекислотой.
Другим, не менее значительным фактором, влияющим на свойства почвы, особенно физические, являются корни растений. В процессе роста корни проделывают в почве ходы, сдавливая и разрыхляя почву. Особое воздействие оказывают мелкие корешки. Обволакивая частицы почвы, они способствуют образованию в ней ореховатой или зернисто-ореховатой структуры. Корневая система березы мощная, но глубоко в почву не проникает. Она оказывает большое рыхлящее и оструктуривающее влияние на почвы.
Корни при отмирании обогащают почвы органическими и зольными веществами. Причем лиственные породы вносят больше элементов, чем хвойные. Кроме того, мелкие корни обладают способностью не только поглощать из почвы влагу и питательные вещества, но и выделять их в почву во время роста. Растворяющая способность корней определяется как деятельностью микроорганизмов и грибов, так и непосредственно выделениями корней. В каких количествах поступают в почву корневые выделения и каков их состав, пока еще выяснено недостаточно, однако известно, что они носят кислый характер. Считается, что наиболее кислые выделения присущи ели и сосне, наименее кислые - дубу, ясеню, березе и другим лиственным породам.
В целом почвоулучшающее или почвоухудшающее воздействие лесообразующих пород зависит от свойств породы. Так И. И. Смольяниновым (1962) при сравнении почвообразующего воздействия сосны и березы на разные типы почв отмечены следующие особенности: на сравнительно бедных почвах (на примере дерново-сильноподзолистой разновидности на покровных суглинках) отмечено общеизвестное почвоулучшение под березовыми насаждениями и явления почвоухудшения под сосняками; на сравнительно богатых почвах (на примере оподзоленного чернозема на лёссовидных суглинках) почвоухудшающего воздействия сосны не обнаружено, почвообразующее влияние сосны и березы в этих условиях почти не имеет различий. предподзолистых. Такой точки зрения придерживался С.С. Трофимов (1975). Формирование серых лесных почв Обь-Чумышского междуречья, по-видимому, имеет большое сходство с происхождением серых лесных почв Кузнецкой котловины.
Генезис серых лесных почв Кузнецкой котловины и сопредельных территорий протекал под влиянием многократной взаимосмены леса и луговых степей, при отсутствии условий для развития процессов осолонцевания и осолодения (Ревердатто, 1931; Куминова, 1950). В этих почвах можно обнаружить больше признаков реликтового псевдооподзоливания, оподзоливания, олуговения, чем осолодения. На территории Обь-Чумышского междуречья не создаются условия для соленакапления, осолонцевания и осолодения вследствие хорошей дренированности территории и отсутствия соленосных отложений. Здесь серые лесные почвы формируются под березовыми лесами с примесью осины и сосны (Макарычев, Трофимов, Сизов, 2003) В настоящее время происходит вырубка этих лесов, что резко нарушает функционирование лесных экосистем и сказывается в значительной степени на водном, тепловом и других режимах почв. В связи с этим мы исследовали влияние рубок березовых лесов на состояние серых лесных почв. С этой целью нами были выбраны стационарные площадки под лесным покровом (контроль) и на сплошной вырубке.
Динамика теплофизических показателей и влагосодержания в суглинистых и супесчаных почвах под лесными ценозами
С целью исследования влияния гранулометрического состава на теплофизические свойства и влагосодержание в серых лесных почвах нами были проведены исследования супесчаной аллювиальной и близкой к среднесуглинистои разновидностей почв под естественным лесным покровом (березовым лесом) на территории Косихинского района. Первые наблюдения были проведены 25-26 мая 2001 года (табл. 9).
Как показывают данные таблицы 9, по всему почвенному профилю суглинистой разновидности почв отмечается большая влажность по сравнению с супесчаным вариантом. Причем различия влажности в верхних горизонтах гораздо существеннее, чем в нижележащих.
Объемная теплоемкость является функцией влажности и плотности в соответствии с уравнением где С0р0- объемная теплоемкость абсолютно сухой почвы, Скудельная теплоемкость воды, U - влагосодержание, р - плотность почвы. Поэтому она была наибольшей в самом плотном и достаточно влажном горизонте AiA2 суглинистой почвы, где достигала 3,713-Ю6 Дж/(м К). Близкое к этому значение теплоемкости зафиксировано также в уплотненном, но менее влажном горизонте А2В супесчаного участка. В наименее плотном и слабоувлажненном верхнем дерновом горизонте супесчаной разновидности почвы она оказалась равна только 1,480-Ю6 Дж/(м3К).
В таблице 9 также представлены значения теплопроводности по горизонтам исследуемых почв. Из нее видно, что теплопроводность в мае минимальна в супесчаном горизонте Ад, где почва была увлажнена слабее, чем в суглинистом. С глубиной теплопроводность, как правило, возрастала в обеих разновидностях серых лесных почв. Здесь уместно отметить, что величина теплопередачи определяется в первую очередь распределением влаги и уплотнением, складывающимися в генетических горизонтах почвенных профилей.
Очередные наблюдения за тепловым состоянием и влажностью почвы были проведены 18-19 июля 2001 года. Июльские осадки способствовали увлажнению верхних горизонтов почв (табл. 10).
Наиболее влажным в это время оказался дерновый слой почвы на суглинистом участке, а несколько меньшее количество влаги зафиксировано в том же горизонте супесчаной разновидности почвы. Нижележащие слои почвы в июле стали более иссушенными по сравнению с маем, очевидно, за счет транспирации древесной растительностью. В целом супесчаный профиль, обладающий существенной фильтрацией, содержал меньшее количество влаги.
В результате наиболее теплоемким в июле показал себя горизонт А1А2 суглинистой серой лесной почвы, где объемная теплоемкость составила 3,489-10 Дж/(мЧС). Наименьшей она оказалась в верхнем дерновом горизонте супесчаной разновидности почвы (2,223-Ю6 Дж/(м3К)). Прошедшие осадки в целом способствовали поддержанию высоких значений объемной теплоемкости по всем горизонтам.
Небольшие изменения влажности почвенных горизонтов с момента предыдущих исследований, обеспечили близкие с майскими значения теплопроводности почв. Исключение составил горизонт А]А2 супесчаного участка, где теплопроводность выросла на 24 %. Нами была поставлена задача - исследовать теплофизические свойства почвы и ее влажность в течение всего вегетационного периода, поэтому 5-6 сентября 2001 года также были проведены полевые наблюдения. В таблице 11 представлено распределение влажности, плотности, объемной теплоемкости и теплопроводности в почвенном профиле исследуемых вариантов серой лесной почвы. Результаты исследований показывают, что к сентябрю в почвенном профиле наступило иссушение. Сказался недостаток августовских осадков. Особенно сухими стали горизонты супесчаной почвы, где зафиксировано минимальное увлажнение в горизонте АІА2 (9,5%). В целом распределение влажности в профилях исследуемых почв в сентябре повторяет июльскую при значениях, сниженных на 20-40 %.
Естественно, что в условиях пониженного увлажнения в профиле серой лесной почвы сформировались невысокие по величине коэффициенты теплоаккумуляции. Так в дерновых горизонтах супесчаного и суглинистого участков объемная теплоемкость оказалась равной соответственно 1,350 и 2,226-10 Дж/(м К). В то же время теплоемкость на 100-см глубине составила 2,598 и 2,673-10 Дж/(м К), т.е. в течение всего вегетационного периода она здесь изменялась незначительно, тогда как в верхних горизонтах изменения были более динамичны.
Максимальное увеличение в значениях теплопроводности на момент исследований зафиксировано в горизонте А2В супесчаного участка, в то время как в горизонте AiA2 отмечено некоторое его снижение по сравнению с июлем.
В сезон 2002 года первые измерения были проведены 29-30 мая. На этот момент влажность верхних горизонтов почвы оказалась высокой в результате выпавших накануне осадков. Наиболее сильно был увлажнен профиль суглинистой серой лесной почвы на контроле, где влажность превышала 30% от веса почвы до глубины 50-см (табл. 12). В супесчаной почве (верхние горизонты которой близки к песчано-связному состоянию) количество влаги на этих глубинах составило только 14-18%, но в суглинистом горизонте ВС достигло 20% от массы почвы. Таким образом гранулометрический состав оказал свое влияние на распределение влаги в почвенных профилях: в среднесуглинистых горизонтах влагосодержание всегда выше, чем в песчаных. В соответствии с почвенным увлажнением и характером распределения плотности в профиле сформировались определенные значения объемной теплоемкости. Наиболее теплоемким из верхнего 10-см слоя оказался более влажный горизонт Ад суглинистой почвы. Здесь теплоемкость составила 3,074-106 Дж/(м3К). Теплоемкость дернового горизонта на супесчаном участке минимальна (табл. 12).
Температурный режим и теплопотоки в почве под лесным покровом и на вырубках
С целью выяснения влияния вырубок на температурный режим и теплопотоки в серых лесных почвах нами были проведены наблюдения за температурой метрового слоя выбранных участков одинакового гранулометрического состава. Первые наблюдения были организованы 25-26 мая 2001 года (рис. 24). Данные показывают, что максимальные значения температуры в дневное время были отмечены на поверхности почвы, лишенной древесной растительности (100% вырубка), где в 13 часов дня на поверхности почвы она составила 32,7 С, тогда как на контроле только 21,4 С. На глубине 5, 10 и 20 см максимум температуры был отмечен также на варианте со 100% вырубкой, но уже в 1900. Под лесным покровом прогревание 20-см слоя проходило вплоть до 6 часов утра. В то же время верхний слой здесь до этого времени остывал. Минимальная температура была зафиксирована на поверхности почвы при сплошной вырубке уже в 1 час ночи, тогда как под лесом только к 7 часам утра. Отсюда можно сделать вывод, что лесной покров снижает динамичность -температуры, сглаживая ее колебания. При сравнении варианта со 100% вырубкой и контроля, можно отметить, что почва, лишенная древесного покрова на глубине 50 и 100 см уже 26 мая имела температуру соответственно 17,8 и 15,9 С. В то же время под лесом (контроль) температура на этих глубинах достигала лишь 14,4 и 12,5 С. Таким образом, прогревание почвенного профиля под лесом было менее интенсивным. Температура воздуха на высоте 1 м над поверхностью также была выше на вырубке. Измеренная температура, а также значения влажности и объемной теплоемкости позволили определить величины теплопотоков в отдельные сроки наблюдений (табл. 29). Анализируя данные таблицы, можно отметить, что отрицательные теплопотоки отмечались, начиная с 19 часов вечера на вырубке и с 16 часов на контроле.
Положительные тепловые потоки наблюдались в дневное время. На сплошной вырубке их абсолютный максимум в 10 утра и в 13 дня составил соответственно 100,7 и 92,7 Вт/м2. В это же время под лесом на контроле -} данные значения оказались равными 14,6 и 36,9 Вт/м". Кроме того, можно отметить, что в 7 часов утра в почве без древесной растительности тепловой поток был положительным, хотя и небольшим (0,7 Вт/м ), а на контроле оставался отрицательным, т.е. прогревание здесь запаздывало по сравнению с вырубкой. Таким образом, из вышеизложенного можно сделать вывод, что весной наибольшее количество тепла поступает в почву, лишенную древесной растительности, она быстрее прогревается и в ней формируются повышенные температуры и пониженная влажность. В почве, под естественным древостоем, поступление тепла минимально и, соответственно, здесь более низкие температуры на фоне повышенной влажности из-за снега, накопленного зимой. Очередные наблюдения за тепловым состоянием и влажностью почвы были проведены 18-19 июля 2001 года. Нужно отметить, что в этот период на большей части исследуемой территории с 7 часов и до 10 часов утра проходили сильные дожди, поэтому измерения температуры в отдельные сроки произвести было невозможно. Данные температурных измерений представлены на рис. 25. Наиболее высокой, как и в мае была температура поверхности почвы в дневное время при сплошной вырубке леса, а под лесным покровом минимальна. К этому времени температура на метровой глубине на обоих вариантах практически выровнялась и составляла 11-12 С. К сожалению сильный дождь с 7 до 10 утра не позволил провести детальные измерения температуры почвы, поэтому рассчитать тепловые потоки за сутки и в отдельные сроки не представилось возможным. Тем не менее можно сравнить тепловые потоки за отдельные промежутки времени в вечернее и дневное время (табл. 30). Из таблицы 30 видно, что вечером, как и в мае, почва, лишенная древостоя, остывает быстрее, отдавая большее количество тепла, чем почва, покрытая лесом. Днем же идет обратный процесс: тепла, поступающего в почву, на вырубке оказывается в 3 раза больше, чем под лесным покровом.
