Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ВАЛДАЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ 10
ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 19
2.1. Объекты исследования 19
2.2. Методы полевых и лабораторных исследований 27
ГЛАВА 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ АТМОСФЕРНЫХ
ОСАДКОВ ДРЕВОСТОЯМИ ЮЖНОЙ ТАЙГИ 39
3.1. Состояние вопроса 39
3.2. Перераспределение жидких и твердых осадков различными древесными породами 44
3.3. Влияние ветра на перераспределение осадков (модель ветрового перераспределения жидких осадков)
в лесу 63
3.3.1. Ветровая поправка к вертикальному распределению осадков 63
3.3.2. Ветро-дождевой коэффициент 70
3.4. Поступление жидких осадков под деревья в зависимости от вертикальной протяженности кроны, положения дерева в древостое (теневой фактор) и ветро-дождевых поправок 78
3.5. Приближенная оценка перераспределения осадков
в лесу 84
3.5.1. Ветровое отклонение от среднего поступления осадков 85
3.5.2. Ветро-теневая закономерность 96
3.6. Роль атмосферных осадков в дифференциации гигрото-
па лесного биогеоценоза 99
ГЛАВА 4. ТРАНСФОРМАЦИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА АТМОСФЕРНЫХ
ОСАДКОВ ДРЕВОСТОЯМИ ЮЖНОЙ ТАЙГИ 108
4.1. Состояние вопроса 108
4.2. Химический состав осадков на поляне НО
4.3. Химический состав кроновых и стволовых вод .... 121
4.4. динамика и закономерности формирования кроновых
и стволовых вод 139
4.4.1. Пространственно-временные закономерности 139
4.4.2. Механизмы трансформации химического состава осадков древостоем 147
4.5. Трансформация химического состава твердых осадков древостоем 161
4.6. Закономерности поступления водорастворимых веществ с осадками под полог леса 169
4.7. Роль атмосферных осадков, трансформированных древостоем, в формировании структуры почвенного покрова лесного биогеоценоза 180
ВЫВОДЫ 196
ЛИТЕРАТУРА 201
ПРИЛОЖЕНИЯ 231
Приложение I 232
Приложение 2 234
Приложение 3 236
Приложение 4 238
Приложение 5 239
- ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ВАЛДАЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ
- Перераспределение жидких и твердых осадков различными древесными породами
- Химический состав осадков на поляне
Природные условия валдайской возвышенности
Валдайская возвышенность расположена в северо-западной части Русской равнины в основном в пределах Калининской и Новгородской областей. Как водораздел первого порядка, т.е. бассейнов Волги, Западной Двины, Ловати и других рек, описываемая территория сформировалась в доледниковый период. Она представляет собой слабо вогнутую, наклоненную на северо-запад чашу. Преобладают высоты 230-260 при наибольшей около 300 м над уровнем моря. В основании возвышенности лежит текто-нико-эрозионный выступ карбонового плато, высотой 200-220 м. Около г.Торопна плато обрывается 120-метровым ступенчатым уступом. Однако, в связи с тем, что карбоновый фундамент был перекрыт четвертичными отложениями в области уступа, мощность которых достигает 100 м, переход от Валдайской возвышенности к Прибалтийской низменности, с отметками менее 100 м, происходит постепенно /198-199/.
Площадь Центрально-Лесного заповедника, где проходил первый этап исследования, раскинулась по притокам Волги - ЗКукопы с Тюдьмой и Западной Двины - Межи в ледниковой аккумулятивно-эрозионной равнине. Ее рельеф образован неровностями известняков карбона и мореной московского оледенения, сильно размытой и частично снивелированной флювиогляпиальными отложениями Валдайского ледника, остановившегося в 20-50 км севернее /198/.
Площадь экспериментального лесного водосбора Валдайского филиала ГГИ "Таежный лог", выбранного в качестве ключевого участка на втором этапе исследования, располагается на южном берегу Валдайского озера, в пределах Осташковской гряды, состоящей из конечно-моренных образований едровской и вепсовской - II стадий отступления Валдайского ледника.
В мезорельефе как заповедника, так и Таежного лога главное место занимают округлые холмы с уклонами 0,002-0,02. Местами встречаются карстовые воронки. Речная сеть слабо врезана. Ярко выраженный микрорельеф - в основном ветровального происхождения. Не менее 10% поверхности занимают углубления на месте ветровалов глубиной до полуметра и диаметром 1-3 м с сопутствующими холмиками осыпавшейся с вывернутых корней земли, высотой 20-30 см; многочисленны замшелые гребни упавших стволов /92,167/.
Четвертичные отложения представлены двумя толщами валунных карбонатных глинистых морен с межморенными флювиогляциаль-ными валунными и покровными песками, супесями и суглинками, в основном, легкими /198,199/. По мнению Н.Н.Соколова /198/, обе морены относятся к двум стадиям московского оледенения.
Нижняя морена мощностью 6-8 м представляет собой слегка опесчаненную почти безвалунную вязкую глину малиново-красного цвета с сильным коричневым оттенком. Верхняя морена менее карбонатна, более опесчанена, до суглинков-легких глин. Валунчики в ней, в основном, кремнистые, а не карбонатные, как в нижней морене. В цвете отсутствует коричневый оттенок. В ее толще, равной 6-7, максимум 16 м, изобилуют линзы песка мощностью до I м. Моренные отложения почти сплошь перекрыты флювиогляциаль-ными песками и супесями Валдайского оледенения мощностью 2-3, реже 10-15 м.
Из непосредственно почвообразующих пород наибольшую площадь занимают желто-бурые покровные суглинки легкопесчанисто-крупнопылеватого механического состава. В минералогическом от - 12 ношении они близки моренным валунным суглинкам и состоят на три четверти из кварца. Далее по значению следуют полевые шпаты и обыкновенные роговые обманки. Примесь эпидота, циркона и граната незначительна.
class1 ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ АТМОСФЕРНЫХ
ОСАДКОВ ДРЕВОСТОЯМИ ЮЖНОЙ ТАЙГИ class1
Перераспределение жидких и твердых осадков различными древесными породами
В согласии с данными А.А.Лучшева /ИЗ/ и многих других нами установлено, что при увеличении количества осадков от одного дождя независимо от его продолжительности с 0,1 до 50 мм их проникновение сквозь средние части крон возрастает с 15-20 до 87% у ели и 30-40 до 78-87% у осины и березы, а коэффициент вариации проникших осадков убывает со 100-300% до 16-20% у ели и 50-160% до 5-20% у осины и березы (табл. 3). При осадках менее 2 мм, почти полностью задерживаемых, и более 10 мм, почти полностью проникающих через крону, зависимость проникновения и коэффициента вариации осадков от их количества близка к прямолинейной .
Осадки до 10 мм под серединой кроны ели и березы проникают слабее, чем под краем. Эта разница тем значительнее, чем меньше количество осадков. Осадки более 10 мм распределяются более равномерно, с тенденцией к увеличению под серединой кроны по сравнению с краем. Это объясняется полным смачиванием поверхности дерева и образованием стока дождевых вод по ветвям. Для осины выявляется та же закономерность, но рубежом служит слой осадков, равный 5 мм. Аналогичные наблюдения имеются у А.А.Лучшева /ИЗ/ для осины.
Соотношение осадков различной величины меняется год от года. Следовательно, изменяется и среднегодовой процент их проникновения. В сухие годы с небольшими осадками он ниже, во влажные с большими - выше среднего уровня. Поэтому данные ограниченного ряда лет наблюдений (в данном случае за 1975-1976 гг.) должны быть приведены к климатическим нормам. Для этого на основе среднемноголетиего распределения дождливых дней по градациям количества осадков вычисляется сумма осадков (табл. 4), выпадающих по каждой градации /200/.
Последовательным умножением этой суммы на процент проникновения осадков под крону по наблюдениям в ВДГЗ (табл. 3) в соответствующих градациях находим среднемноголетнее проникновение суммарных жидких осадков.
По многолетним данным,большая часть (47$) дождливых дней приносит небольшие осадки (до 2 мм), но их доля от суммарного количества жидких осадков невелика - всего 8$. На средние осадки (2-Ю мм) приходится 42$ дождливых дней и 48$ количества осадков. Большие осадки (более 10 мм) выпадают редко -в 11$ случаев, но приносят почти половину суммы осадков - 44$. Основная масса - 73$ приносимых осадков - равномерно распределяется по трем градациям: 2-5; 5-Ю; Ю-20 мм.
В периоды наблюдений 1975 и 1976 гг. соотношение осадков по градациям резко отличалось от среднемноголетиего (рис.4-6). В сухом 1975 году на 12$ было больше осадков до 5 мм, но на 16$ меньше в интервале 5-20 мм. В дождливом 1976 г. на 10$ увеличилась доля больших осадков за счет такого же уменьшения средних. Однако отклонения этих двух лет взаимно компенсировались (табл. 4).
class2 ТРАНСФОРМАЦИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА АТМОСФЕРНЫХ
ОСАДКОВ ДРЕВОСТОЯМИ ЮЖНОЙ ТАЙГИ class2
Химический состав осадков на поляне
Согласно Х.Юнге /262/ содержание веществ в осадках является результатом их вымывания из облака (концентрация Kj) и подоблачного слоя воздуха (концентрация К Ь а также испарения осадков по мере их падения. Учитывая локальный характер химического состава осадков, т.е. его зависимость от ландшафт-но-геохимических особенностей подстилающей поверхности, В.З.Рубейкин /192/ расчленил концентрацию К на две составляющие - формирующуюся выше (іу ив цределах приземного слоя воздуха мощностью 50-100 м (ІЦ). Іаким образом, количество веществ в осадках, выпадающих на лес или на поляну, может быть представлено как сумма трех составляющих - фоновой (Kj), региональной () и локальной (). соотношение между которыми различно в разных зонах. В таежно-лесных ландшафтах ETC облачная вода фронтальных облаков обуславливает от 20 до 60% минерализации осадков /158/. Сумма ионов в осадках по сравнению с облачной водой возрастает, в основном, за счет /а , ,Я\ $ ,Щ (табл. 12).
Можно выделить три группы факторов, определяющих химический состав атмосферных осадков: геолсто-метеорологические (состав газов и аэрозолей, запыленность, траектория движения, температура и стратификация воздушных масс, длительность без-дождного периода, количество и интенсивность осадков); биологические (видовой состав и масса растительности, фенофаза ее развития, интенсивность жизнедеятельности всего биоценоза); антропогенные (вид и мощность источника загрязнения, расстояние до него).
Незагрязненные атмосферные осадки - это ультрапресные растворы. Их среднемесячная минерализация в районе Валдая редко превышает 30 мг/л /74,96,120,158/. За лето-осень 1980 года минерализация осадков на поляне Таежного лога (т.е. сумма минеральных ионов и кремнекислоти) колебалась от 6 до 19 мг/л, а сумма веществ (т.е. минерализации и удвоенной концентрации органического углерода, рассчитанной по бихроматной, реже пер-манганатной, окисляемости) - от II до 37 мг/л.
Солевой состав осадков формируют в основном ионы /Щ, $ , а также & , tV//v , Мя. Учет в осадках органических анионов отчасти позволяет объяснить нередко встречающееся в литературе неравенство сумм минеральных катионов и анионов, обнаруженное также и в осадках Таеяїного лога. Концентрации большинства компонентов находились в пределах, установленных для осадков таежно-лесной зоны ETC (табл.12). Средние за вегетационный период концентрации Д. . .Д.А , выраженные в мг/л, равнялись 1-3 (при диапазоне 0,5-5), Jh , еА %Ж , ft$03 - 0,5-0,9 (при диапазоне 0,2-2),/%/ - 0,04 (при диапазоне 0,01-0,2) и - 0,007 (при диапазоне 0,001-0,02). Несколько повышенными представляются данные по ионам cf//y -
