Лекции для студентов

Мерзлотное лесоводство — Некоторые особенности водного режима мерзлотных почв

Некоторые особенности водного режима мерзлотных почв

Главной особенностью водного режима мерзлотных почв является наличие водоупорного горизонта мерзлой толщи, ограничивающей круговорот поступающей из атмосферы влаги только деятельным слоем. Его мощность, как отмечалось ранее, зависит от географического положения, выраженности рельефа, характера растительности, механического состава почвы, степени ее дренированности и влажности, мощности и теплоизолирующих свойств верхнего органического слоя, а также ряда других факторов.

Глубина деятельного горизонта мерзлотных почв возрастает в течение всего вегетационного периода и достигает максимума лишь в конце сентября — начале октября. С наступлением устойчивых отрицательных температур воздуха начинается процесс замерзания талого слоя, который идет одновременно как сверху, за счет высокой температуропроводности мохово-лишайникового покрова так и снизу — от мерзлоты, и завершается полным промерзанием талого горизонта. Грунтовые воды, за исключением таликов, в мерзлотной зоне отсутствуют.

Надмерзлотные почвенные воды могут скапливаться лишь на пониженных участках рельефа в легких по механическому составу почвах. В преобладающих по площади суглинистых и тяжелых глинистых почвенных разностях горизонтальное внутрипочвенное передвижение влаги на выровненных поверхностях рельефа крайне затруднено. Это связано с тем, что поверхность мерзлого горизонта, как правило, является неровной. К тому же известно, что понижение температуры приводит к повышению вязкости воды. Этот фактор также влияет на скорость ее горизонтального перемещения в почвенном профиле. Высказывается мнение, что в холодных мерзлотных почвах вертикальное перемещение почвенной влаги количественно резко преобладает над горизонтальным.

Значение весеннего стока талых вод для пополнения влагой деятельного горизонта почвы в зоне многолетней мерзлоты также невелико. С одной стороны это обусловлено малыми запасами снега и его интенсивным сублимационным испарением ранней весной, а с другой — быстрым поверхностным стоком талых вод по мерзлому слою почвы. Несомненно, какая-то их часть поглощается подстилкой и оттаивающим к этому времени верхним минеральным слоем, но в основном почвенный запас влаги в начале вегетации представлен законсервированными в виде льда водными растворами с осени предыдущего года.

Режим влажности лесных мерзлотных почв наиболее детально изучен в Якутии, где в разных районах, наряду с маршрутно-экспедиционными, проводились также длительные стационарные наблюдения. Полученные исследователями данные, тем не менее, вполне могут рассматриваться как средние характеристики для зоны сплошного распространения многолетней мерзлоты.

Здесь следует еще раз отметить, что для районов Крайнего Севера Сибири характерно малое количество годовой суммы осадков (200-400 мм), большая часть из которых приходится на теплое время года. Абсолютные величины прихода и расхода влаги на этой громадной территории, естественно, не одинаковы, но их относительные значения вполне сопоставимы.

Напоминая об элементах водного баланса, следует отметить, что древесный полог и нижние ярусы лесной растительности задерживают часть жидких осадков и испаряют их в атмосферу, уменьшая в результате поступление влаги в почву. Лиственничные и сосновые древостои Якутии в средней подзоне тайги задерживают до 15-20% дождевых осадков, с в северной — около 15%. На долю травяно-кустарничкового яруса приходится 3-5% жидких осадков. В годичном цикле суммарно лесной растительностью задерживается

около 20-25% жидких и твердых осадков, испаряющихся в атмосферу.

Важная роль в водном режиме лесных почв принадлежит подстилке. Ее общие запасы определяются условиями деструкции органического вещества и существенно изменяются как в процессе возрастной динамики сообществ, так и в результате воздействия каких-либо дестабилизирующих факторов. Применительно к рассматриваемому региону ее масса в пересчете на абсолютно сухой вес изменяется от 10 до 30 т/га. Соответственно влагоемкость подстилки возрастает с увеличением ее запаса и, по наблюдениям на Якутском стационаре Института леса, в лиственничниках разного возраста изменяется от 7 до 13 мм .

В условиях засушливого климата положительное влияние подстилки заключается в предотвращении излишнего испарения влаги, поступающей в виде жидких осадков под полог леса, а отрицательное — в значительном ограничении их проникновения в минеральную часть деятельного слоя почвы. Применительно к рассматриваемым лиственничникам брусничным мощность подстилки возрастала от 2,7 см в 130-летнем древостое до 4,4 см — 50-летнем. Как следует из приведенных данных, количество поглощенной подстилкой влаги после 40-часового намачивания в полевом эксперименте, вероятно, можно считать отвечающим ее наибольшей влагоемкости. При осадках более 10 мм сквозь подстилку в минеральную часть почвы просачивается около половины поступающей из атмосферы влаги. С увеличением массы подстилки в других лесорастительных условиях количество задерживаемой ею влаги соответственно будет возрастать.

Влажность верхнего органогенного горизонта, в котором сосредоточена основная масса физиологически активных корней, обеспечивающих растения водой и элементами питания, в наиболее распространенных типах лиственничных лесов в течение лета, как правило, не превышает величины наименьшей влагоемкости. В тоже время влажность нижнего минерального слоя, контактирующего с мерзлотой, выше этого показателя. Средние же горизонты сезонно талого почвенного слоя чаще бывают иссушены и их влажность в Якутии близка к величине недоступной для использования высшими растениями (Уткин, 1960).

Наибольшее иссушение средних горизонтов, при близкой к полной влагоемкости надмерзлотной части талого слоя, хорошо выражено в центральных районах Якутии в песчаных почвах, которые обычно занятых сосняками. В лиственничных насаждениях

мощность горизонта относительного иссушения возрастает на супесчаных и суглинистых почвах за счет опускания к надмерзлотной части его нижней границы. Здесь влажность талого слоя, расположенного непосредственно над мерзлотой, в конце вегетационного периода превышает величину наименьшей влагоемкости, а летом обычно не достигает ее.

Помимо испарения с крон деревьев, растений нижних ярусов, а также с поверхности почвы, основной расход поступающей из атмосферы влаги определяется интенсивностью ее транспирации. Максимальная интенсивность транспирации в средневозрастном лиственничнике, которая приходится на июль, составляет в Центральной Якутии 420-440 мг/г сырого вещества в час, а в спелом — 300-340 мг/г. В лесных сообществах с хорошо развитым живым напочвенным покровом расход на транспирацию подчиненных ярусов растительности вполне сопоставим с расходом древостоя (Поздняков, 1975).

По разным литературным источникам суммарный расход влаги в лиственничных насаждениях средней подзоны тайги изменяется от 163 до 213 мм, а на вырубках лиственничников брусничных его значения здесь возрастают до 236 мм. В северной подзоне тайги, по наблюдениям Д.Д. Саввинова (1976), суммарное испарение влаги за летний период спелым лиственничником голубично-моховым составляет 130-150 мм.

Несмотря на различные методические подходы и некоторую условность расчетов, в которых не всегда учитывались такие составляющие водного баланса, как сток и испарение жидких осадков с поверхности почвы, можно констатировать, что спелые лиственничные насаждения в теплое время года в среднем расходуют в области сплошного распространения многолетней мерзлоты от 130 до 190 мм влаги.

Часть жидких и твердых осадков, поступающих из атмосферы,

не достигает поверхности почвы, испаряется и не участвует в общем продуктивном расходе почвенной влаги на транспирацию.

Приведенные данные дают лишь самое общее представление об основных особенностях водного режима холодных мерзлотных почв, который существенно отличается от такового за пределами распространения многолетней мерзлоты. Мерзлые грунты, в большинстве случаев насыщенные влагой, выступают в роли водоупорного горизонта и могут служить источником пополнения ею деятельного слоя почвы только при условии резкого увеличения глубины летнего оттаивания. Свойственные мерзлотным почвам низкие температуры деятельного слоя способствуют увеличению вязкости воды и снижению скорости ее внутрипочвенного передвижения. Предотвращая фильтрацию влаги и затрудняя ее горизонтальный сток, вечная мерзлота способствует частичной консервации поступающих из атмосферы осадков в конце лета и последовательной отдаче влаги по мере оттаивания лишь на следующий год. При незначительном количестве осадков на Крайнем Севере многолетняя мерзлота является положительным фактором, обеспечивающим существование лесной растительности.