CC BY
28
УДК 630*385
ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ОСУШЕННЫХ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ THERMAL REGIME OF THE DRAINED PEAT SOILS
Шурыгин С.Г., Денисенко Г.Д. (Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, С-Петербург, РФ)
Shurygin S.G., Denisenko G.D. (St.Petersburg Forest Technical University under name of S.M. Kirov, St. Pet., Russia)
В данной работе исследуется тепловой режим осушенных торфяных почв. В течение периода вегетации измеряли температуру почвы на разных глубинах при различной степени осушения.
This work examines the thermal regime of drained peat soils. During the growing season, soil temperature was measured at different depths with varying degrees of drainage.
Ключевые слова: тепловой режим, уровень грунтовых вод, осушенные торфяные почвы
Key words: thermal regime, groundwater level, drained peat soils
Тепловой режим почв - совокупность прихода и расхода тепла в почве. Поступление тепла в почву происходит главным образом за счет поглощения энергии солнечной радиации и ее отражения с поверхности земли. Физико-химические и биологические процессы, происходящие в почве, а также тепловое излучение недр Земли, незначительно влияют на тепловой режим. Тепловые свойства почвы определяются объемной теплоемкостью, теплопроводностью и температуропроводностью почвы.
Объемная теплоемкость определяется количеством теплоты, необходимой для нагревания единицы объема почвы на 1°С. Объемная теплоемкость увеличивается с увеличением плотности почвы. Для большинства почв в абсолютно сухом состоянии объемная теплоемкость составляет от 0,17 до 0,2 кал/см3*град. Так как теплоемкость воды равна 1 кал/см3*град, то теплоемкость почв в зависимости от их влажности может изменяться в пределах от
-5
0,17 до 1,0 кал/см *град.
Теплоемкость почвы повышается и с увеличением ее влажности: чем больше влаги может удерживать почва, тем выше ее теплоемкость. Исходя из этого, делают деление почв на тяжелые, влагоемкие - холодные и маловлагоемкие, легкие - теплые.
Теплопроводность - свойство почвы проводить тепло из теплой части к холодной. Теплопередача осуществляется либо непосредственной передачей от почвенной массы к почвенной массе, либо в воздух или влагу. Выражается количеством теплоты, передаваемой в единицу времени, через две противоположные поверхности объема почвы, имеющие форму куба со стороной в одну единицу, при разнице температур между ними, равной единице.
Температуропроводность - характеристика прогревания почвы, учитывающая скорость ее прогревания [2]. Температуропроводность увеличивается с ростом влажности [4].
При изучении биологических систем желательно проводить исследования на стационарных объектах, так называемых стационарах [1]. Исследования теплового режима проводились на Охтинском стационаре в сосновых древостоях на маломощных староосушенных торфяниках в Жерновском участковом лесничестве Ленинградской области. На опытных участках (ОУ 1 и 3) торфяная залежь представлена верховым и переходным торфом зольностью торфа 5 - 6 %, подстилаемым суглинками, иногда супесями [5]. Осушение этих земель в начале прошлого века привело к остановке торфонакопления.
Опытный участок 1 представлен сосновым древостоем V класса воз-
-5
раста III класса бонитета с запасом 450 м /га, мощность торфа до 0,3 м, расстояние между осушителями 140 м. Опытный участок 3 представлен сосновым древостоем VIII класса возраста III класса бонитета с запасами
-5
220 м /га, мощность торфа 0,4 м, расстояние между осушителями 240 м [3].
Для определения температуры почвы использовались почвенные коленчатые термометры Савинова для глубин 5, 10, 15, 20 см. Ртутные термометры Савинова представляют собой стеклянный цилиндрический резервуар, с ценой деления шкалы 0,5 °С. Они имеют разную длину (в зависимости от глубины установки) и вблизи резервуара изогнуты под углом 135°. Нижняя часть стеклянной защитной оболочки от резервуара до шкалы для предотвращения конвективного воздухообмена заполнена термоизоляцией из ваты с сургучными прослойками.
Для установки коленчатых термометров Савинова выкапывали траншею длиной 40 см и шириной 25.. .30 см в направлении с запада на восток. Северную стенку траншеи делали отвесной. Термометры вставляли в эту стенку, начиная с самого длинного. Резервуары термометров при установке располагались строго горизонтально и плотно прилегали к почве. После установки первого термометра на глубину 20 см траншею засыпали до глубины установки следующего термометра, при этом почву тщательно уплотняли. Так же устанавливали и все остальные термометры. При засыпке траншеи строго соблюдали последовательность почвенных горизонтов, а почва утрамбовывалась до плотности, близкой к плотности ненарушенной почвы. Так как наблюдения проводили в лесу, то при установке термометров тщательно восстановили лесную подстилку и травяно-моховой покров. Для более удобного производства отсчетов надземная часть термометров со шкалой выступала над землей наклонно. Замеры температуры проводили 1 раз в 7 дней.
Основной показатель теплового режима - температура почвы на разных глубинах на протяжении определенного промежутка времени. Данные о температуре почвы за июль - сентябрь на разных глубинах 1 и 3 опытных участков приведены на рисунках 1 и 2.
В июле выпало 103,3 мм осадков, в августе 110,0 мм, а в сентябре 60,6 мм. В период с 11 по 15 августа выпали сильные осадки. На рисунках видно, что в период с 12 по 26 августа температура почвы, в связи с этим, понизилась. Температурный фон в течение первой половины августа испытывал заметные колебания: от 25 - 30°С в период с 5 по 9 августа до 15 - 20°С 14 -15 августа, что также заметно отразилось на графике. Резкий спад темпера-
туры почвы до 8 - 8,5°С обусловлен радиационным выхолаживанием, приходившимся на конец августа - сентябрь.
Рисунок 1 - Температурный режим первого участка
Рисунок 2 - Температурный режим третьего участка
До начала сентября температура почвы на обоих участках находилась в пределах 12 - 14°С. Более теплыми были слои почвы 0-5 см. Здесь температура достигала 13 - 15°С. В июле и августе температура почвы снижалась с глубиной. Далее, в сентябре произошло резкое снижение температуры почвы на обоих участках до величин 8 - 10°С. В этом месяце наблюдалась уже обратная зависимость - температура почвы повышалась с глубиной. Более теплыми оказались нижние 20 см слои почвы. Разница в температуре почвы между 5 см и 20 см слоями доходила до 1 °С.
Температурный режим почв на третьем участке по сравнению с первым, имеет меньшую амплитуду колебаний температуры. Это обусловлено приведенным выше свойствам почв. Третий участок характеризуется большей мощностью торфа и избыточным увлажнением, значит, прогревание происходит хуже. Тем не менее, общая тенденция потепления и похолодания наблюдается.
Средняя температура почвы (таблица 1) на первом опытном участке за период июль-сентябрь по всему профилю была 12°С - это соответствует
оптимальной температуре почвы для жизнедеятельности корней [2, 4].
Таблица 1 - Среднемесячная температура почвы на первом участке.
Глубина, см Июль Август Сентябрь Среднее за период июль - сентябрь
5 13,7 13,6 8,5 12,1
10 13,2 13,3 8,7 11,9
15 13,1 13,5 8,8 11,9
20 13,5 13,7 8,5 12,0
Среднее 13,4 13,5 8,6 12,0
Таблица 2- Среднемесячная температура почвы на третьем участке.
Глубина, см Июль Август Сентябрь Среднее за период июль - сентябрь
5 13,0 13,6 9,5 12,1
10 12,5 13,2 9,7 11,8
15 12,0 12,8 10,0 11,6
20 12,1 12,8 10,1 11,7
Среднее 12,4 13,1 9,8 11,8
Средняя температура почвы за вторую половину периода вегетации на третьем опытном участке (таблица 2) по всему профилю была 11.8° С, что также соответствует оптимальной температуре почвы.
Проведенные исследования показали, что средняя температура по профилю почвы в пределах корнеобитаемого слоя (0 - 20 см) за период вегетации на обоих участках была примерно одинакова и находилась в оптимальных пределах.
На первом (более осушенном участке) на некоторых интервалах времени максимум температуры на интервале 0 - 10 см почвы совпадал с минимумом температур на интервале 10 - 20 см почвы. Это связано с явлением тепло- и температуропроводности - нижележащие слои почвы охлаждались и нагревались медленнее. У более интенсивно осушенных почв корнеоби-таемые слои почв больше прогреваются. При увеличении интенсивности осушения почти в 2 раза (снижении расстояния между каналами с 240 м. до 140 м.) температура почвы повышалась на 1 - 1,5°С.
В середине вегетации корнеобитаемые слои осушенных торфяных почв прогреваются до 12-14°С, а в конце вегатации темпаратура их снижается до величин 8-10°С. При этом, в середине вегации температура почвы снижалась с увеличением глубины, а в конце вегетации повышалась с глубиной.
Список использованных источников
1. Бабиков Б.В., Шурыгин С.Г. Почвенно-гидрологические исследования в Лисин-ском учебно-опытном лесхозе. СПб.: СПбГЛТА, 2006. 60 с. + прил.12 с.
2. Бобов С.С. Физика почв. Мн., «Урожай», 1973. 104 с. с илл.
3. Владимирова Ю.А., Шурыгин С.Г. Водный режим осушенных лесных почв // Актуальные вопросы в лесном хозяйстве: материалы III междунар. научн.-практ. конф молодых ученых, 06-08 ноября 2019 г. СПб. Изд-во Полиграф экспресс, 2019. С. 221-223.
4. Димо В. Н. Тепловой режим почв СССР. М.: «Колос», 1972.
5. Полякова В.В., Шурыгин С.Г. Влияние кольцевой автодороги на рост сосновых древостоев в Жерновском участковом лесничестве // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. СПб.: СПбГЛТУ, 2018. № 225. С.76-89.
