ЭКОЛОГО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ КАК ФАКТОР ФОРМИРОВАНИЯ СТЕПНОЙ И ЛЕСОСТЕПНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ И ПОЧВЫ ЮГА ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ РАВНИНЫ
ECOLOGICAL AND CLIMATIC RESOURCES AS THE STEPPE AND FOREST VEGETATION AND SOILS FORMING FACTOR OF THE SOUTH IN THE WEST SIBERIAN PLAIN
И.Е. Трофимова, А.С. Балыбина, А.И. Шеховцов
I.E. Trofimova, A.S. Balybina, A.I. Shekhovtsov
Институт географии им. В.Б. Сочавы СО РАН
(Россия, 664033, г. Иркутск. ул. Улан-Баторская, 1)
V.B. Sochava Institute of Geography SB RAS
(Russia, 664033, Irkutsk, Ulan-Batorskaya St., 1)
e-mail: trofimova@irigs.irk.ru; balybina@irigs.rk.ru
Рассматриваются особенности климата и термического режима почв степной и лесостепной зон на фоне закономерностей организации целостной климатической системы Западно-Сибирской равнины. Установлено, что климат подчиняется зональным закономерностям распределения, соответствующим потеплению от лесостепи к степи. Аналогичная ситуация характерна и для летней температуры почвы. Зимняя температура почвы, наоборот, от подтайги к степи существенно понижается.
The paper considers the peculiarities of climate and soil thermal regime of the steppe and forest-steppe zones in the context of the regularities of an integrated climate system of the West Siberian Plain. We specified that the climate is subject to the laws of the zonal distribution corresponding to the warming from forest steppe to steppe. A similar situation exists for the distribution of summer soil temperatures. Winter soil temperature is, on the contrary, considerably lower than in the taiga.
Как важнейший экологический фактор ресурс климата является определяющим в функционировании, динамике, структуре ландшафтов или их компонентов. Поэтому очевидна актуальность получения более глубокого представления о климатической организации территории степной и лесостепной зон Западно-Сибирской равнины. Рассматриваемая территория простирается с запада на восток от подножий Южного Урала до предгорий Салаирского кряжа и северо-западных отрогов Алтайской горной системы, с севера на юг – от подтайги до северных окраин Казахского мелкосопочника. При общей равнинной поверхности здесь выделяются крупные орографические элементы рельефа: плато, равнины, низменности. К важному элементу рельефа относятся крупные речные долины. Каждому из них свойственна определенная расчлененность и совокупность мелких форм рельефа (неглубокие западины и озерные котловины, гривы и т.д.). На основании орографического строения поверхности выделены хорошо, средне-, слабо- и весьма слабо дренированные территории [3], что определяет мозаичность почвенного и растительного покрова [2, 4].
Учитывая, что эта территория весьма активно используется в сельскохозяйственном производстве, важна оценка не только ресурса приземного слоя воздуха, но и мерзлотно-термического состояния почв. Тем более что в результате процесса теплообмена в системе «приземный слой воздуха – наземный покров – почва – почвообразующая порода», солнечная энергия активно преобразуется и аккумулируется в почве. С этой точки зрения мерзлотно-термический режим почв можно рассматривать как важный показатель, отражающий интегральные качества эколого-климатического ресурса территории, имеющего ключевое значение в почвообразовании, геохимических, биологических и других физико-географических процессах.
Климат приземного слоя воздуха. Дифференциация рассматриваемой территории по климатическим условиям основана на использовании комплекса значимых показателей и индексов теплого и холодного сезонов года. Термические условия теплого периода характеризуются суммой средних суточных температур воздуха выше 10°С (Stв > 10°С), а атмосферное увлажнение оценивается по индексу сухости. Зимний сезон представлен суммой средних суточных температур воздуха ниже -10°С (Stв < -10°С) и высотой снежного покрова в период наибольшего снегонакопления.
На общем фоне хорошо организованной единой западносибирской климатической системы [7] лесостепная зона отличается умеренно засушливым с теплым летом, умеренно холодной малоснежной зимой типом климата. Температура июля в пределах зоны варьирует от 18 до 20°С. Stв > 10 оС составляет 1900-2100°С и соотносится с индексом сухости 2,0-2,5. Продолжительность периода вегетации – 150-160 дней. Средняя температура января достигает -18 ? -20,5°С. Stв < -10 оС равна -2200 ? -1700°С. Средняя годовая температура воздуха имеет пределы 1 ? -1°С. Здесь часты метели и сильные ветры. Снежный покров держится 150-165 дней. Его максимальная мощность – 30-40 см.
Степная зона выделяется засушливым с очень теплым летом, умеренно холодной малоснежной зимой типом климата. Температура воздуха в июле изменяется от 18,5 до 21°С, а Stв > 10°С составляет 2100-2400°С. Продолжительность вегетационного периода – 170-175 дней. Жаркая погода и сухость воздуха летом определяют высокую испаряемость, значительно превышающую количество выпавших осадков. Индекс сухости 2,5-3,5. Характерны весенне-летние сильные сухие ветры, пыльные бури. В январе температура варьирует от -17 до -19,5°С, а Stв < -10°С в среднем -2200 ? -1700°С. Средняя годовая температура около 2°С. Снежный покров устанавливается поздно. Максимальная его высота 20-30 см. Устойчивый снежный покров сохраняется 130-160 дней. При сильных ветрах с повышенных мест снег сдувается.
В итоге можно отметить, что при плавном повышении летней температуры воздуха и индекса сухости в южном направлении Stв > 10°С отчетливо делится на градации, которые соответствуют лесостепной и степной зонам. Вместе с тем зимние температуры, хотя несколько и увеличиваются от лесостепи к степи, но варьируют в узком диапазоне. Поэтому Stв < -10°С в сочетании с показателем снежного покрова для этой территории объединены в одну градацию зимнего режима. Вместе с тем климатические условия северной и южной лесостепи, западной и восточной ее частей несколько различаются. Подобным образом дифференцированы климатические условия и в степи. Кроме того, на рассматриваемой территории выделяется несколько мезоклиматических структур орографического происхождения [5].
Мерзлотно-термический режим почв. Детальный обзор работ по мерзлотно-термическому режиму почв юга Западно-Сибирской равнины, их мелиоративным условиям [1, 3, 8 и др.] позволяет сформулировать актуальную с научной и практической точки зрения задачу. Она состоит в том, чтобы через тепловое состояние почв оценить эколого-климатические ресурсы территории, выявить причинную обусловленность тех или иных особенностей их пространственного изменения.
Для решения поставленной задачи разработаны новые подходы и методы исследования. Они состоят в том, что из имеющихся в нашем распоряжении данных по температуре почв, включающих годовой цикл, несколько стандартных глубин измерения (до 3,2 м), выбираются показатели максимальной информативности. К ним можно отнести среднюю месячную наименьшую и наибольшую температуру независимо от времени ее фиксирования в годовом цикле на отдельных глубинах почвенного профиля [6]. По их значениям строятся вертикальные профили, которые показывают изменение температуры с глубиной. Далее профили систематизируются в градации количественных значений и соотносятся с градациями качественной оценки. Важным является рассмотрение процессов сезонного промерзания – оттаивания почвы, определение глубины проникновения отдельных температур и т.д.
Исходя из того, что мерзлотно-термические процессы в почвенной толще в летний и зимний периоды протекают под влиянием разного сочетания климатических факторов, оценка территории по данному показателю проводится раздельно. В качестве информационной основы используются материалы многолетних наблюдений 10 метеостанций в степной зоне и 27 в лесостепной зоне. Большое значение имеют сведения о растительном [4] и почвенном покрове [2].
Северной части степной зоны присущи луговые степи и остепненные луга, под которыми формируются черноземы обыкновенные (солонцеватые), черноземы южные. На самом юге зоны господствуют настоящие степи. Почвы темно-каштановые (солонцеватые), черноземы южные (солонцеватые), небольшими участками встречаются солонцы. Развиваются почвы на породах разного механического состава (суглинки, реже лёссовидные суглинки, супеси и пески). В лесостепной зоне под луговыми степями, остепненными лугами, остепненными колками формируются лугово-черноземные (солонцеватые) почвы, выщелоченные и оподзоленные черноземы, солонцы и солоди. Долины крупных рек представлены преимущественно комплексами дерновых луговых и лугово-болотных почв.
В степи среднее площадное значение наименьшей температуры составляет -7,2 и 2,2°С на глубинах 0,2 и 3,2 м соответственно. Пределы ее изменений на тех же глубинах от -4 до -9,8 и от 3 до 1,6°С. Самая низкая температура почвы характерна для Кулундинской степи. Сезонное промерзание достигает 1,2-2,4 м (рис. 1А, ситуация 1). Сильное охлаждение почвы зимой в степной зоне происходит в связи с тем, что снежный покров устанавливается поздно и имеет малую мощность (20-30 см), к тому же с больших площадей снег сдувается ветром.
Средняя площадная величина наибольшей температуры почвы 20,2 и 8,6°С на глубинах 0,2 и 3,2 м соответственно. Весьма интенсивно нагреваются темно-каштановые почвы легкого механического состава (Славгород), черноземы обыкновенные и южные (Алейская, Рубцовск). Наибольшая температура в южной части зоны превышает температуру в ее северной части. В направлении с востока на запад наблюдается некоторое ее понижение. Варьирование наибольшей температуры в пределах зоны значительное. Её крайние значения на глубине 0,2 м равны 22,7 и 18°С, а на глубине 3,2 м 10,0 и 7,5°С. Температура 10°С достигает глубины 2-3,2 м. Температура 15°С фиксируется на 0,6-1,4 м (см. рис. 1Б, ситуация 1). В общей схеме деления всей Западно-Сибирской равнины по мерзлотно-термическому состоянию почв летние термические условия степных почв оцениваются как очень теплые, а зимние как очень холодные.
В пределах лесостепной зоны среднее площадное значение наименьшей температуры составляет -5,4°С на глубине 0,2 м и 2,2оС на глубине 3,2 м. Крайние её значения внутри зоны на соответствующих глубинах достигают -3 ? -8 и 3 ? 1,6°С, но определенной закономерности в варьировании не наблюдается. Как результат малой мощности снежного покрова (30-40 см) сезонное промерзание почвы здесь достигает 1–2 м (см. рис. 1А, ситуация 2).
Средняя площадная величина наибольшей температуры составляет 18,4°С (глубина 0,2 м) и 7,7оС (глубина 3,2 м). Диапазон её варьирования в пространстве на обозначенных глубинах 20,2 ? 15,6 и 8,8 ? 6,2°С. Хотя особой закономерности в распределении внутри зоны не наблюдается, все же некоторая тенденция к лучшему нагреванию почвы наблюдается в восточной части зоны и частично в средней ее части. Температура 10°С проникает до 1,4–2,8 м, 15 оС до 1 м (см. рис. 1Б, ситуация 2). В целом лесостепной зоне соответствуют летом теплые условия, а зимой холодные.
Рисунок 1. Пределы пространственных изменений средней месячной наименьшей (А) и наибольшей (Б) температуры (Тп, °С) почвенной толщи (Н, м).
Следует отметить, что результаты анализа достаточно большого объема информации по мерзлотно-термическому режиму почв степной и лесостепной зон выявили весьма специфические особенности. Во-первых, летние термические условия всей почвенной толщи имеют отчетливо выраженное широтно-зональное распределение, соответствующее постепенному повышению температуры по мере движения от лесостепи к степи. Зимние мерзлотно-термические условия почв несколько иные. Охлаждение почвы и ее сезонное промерзание в степной зоне сильнее, чем в лесостепной зоне, что обусловлено особенностями распространения мощности снежного покрова. Во-вторых, показатели мерзлотно-термического режима почвы в пределах всей рассматриваемой территории весьма изменчивы. В результате выделяется температурное поле, которое характерно как степной зоне, так и лесостепной (см. рис. 1, ситуация 3). В-третьих, полученные результаты отражают лишь общий фон мерзлотно-термических условий повышенных форм рельефа (площадки метеостанций) с почвами черноземного типа, формирующихся главным образом на суглинистых породах, реже лёссовидных суглинках и песках. Вне поля зрения остается проблема оценки эколого-климатических ресурсов в микро- и мезомасштабных формах рельефа с другими почвами и другой растительностью. Её решение возможно лишь при наличии комплексных экспериментальных физико-географических исследований.
Список литературы: