Аннотация 3
Введение 6
1 Физико-географическое описание 8
2 Температурный режим почв 10
2.1 Тепловые свойства почвы 10
2.2 Тепловой режим почв 11
2.3 Измерение температуры почвы и приборы, используемые для измерений 12
2.4 Зависимость температуры почвы от рельефа, растительности и снежного покрова 13
3 Данные, использованные в работе 15
3.1 Метеостанция Бакчар 15
3.1.1 Бакчарское болото 16
3.2. Автономный измеритель профиля температуры 18
4 Анализ результатов наблюдений 20
4.1 Климатическая характеристика территории 20
4.2 Тенденции изменения температуры почвы за 1966-2016 гг. по данным измерений
вытяжными термометрами на метеостанции Бакчар 23
5 Сопоставление результатов наблюдений на метеостанции Бакчар и Бакчарском болоте 27
Заключение 36
Болота - уникальные природные ландшафты, участвующие в регулировании газового состава атмосферы, водного баланса биосферы, биологического разнообразия на Земле. Температура почвы является ключевым фактором, контролирующим многие биотические и абиотические процессы, протекающие в почвах (торфяных и минеральных): разложение и минерализацию органического вещества почв, эмиссию парниковых газов, выделение растворенного органического углерода; воздействует на рост наземной растительности (мхи, кустарники и др.) и формирование микроклимата [1].
Тепловые режимы торфяных и минеральных почв существенно различаются. Торфяная залежь представляет собой сложную органоминеральную систему, обладающую специфическими свойствами: высокой обводненностью и пористостью, содержанием большого количества малоразложившегося органического вещества [2].
Почвы являются одним из главных источников СО2, СН4 и N2O, увеличивающаяся атмосферная концентрация которых относится к числу наиболее широко обсуждаемых, но пока недостаточно изученных причин климатических изменений [ 3].
Парниковые газы являются продуктами метаболизма микробов, который регулируется температурой. Потепление климата приводит к увеличению температуры почвы [4], что, в свою очередь, обеспечивает рост эмиссии парниковых газов. Продуцирование CO2 и CH4 и их эмиссия через сезонно-мерзлый слой и снежный покров происходит и в зимнее время [5]. Таким образом, изучение температурного режима торфяных почв является актуальной задачей.
В Западной Сибири расположены основные запасы торфа (и углерода) России. По разным оценкам болотные экосистемы Западной Сибири содержат до 70 млрд. тонн углерода [6]. Столь значительный резервуар в результате изменения климата или антропогенного воздействия потенциально может частично перейти в атмосферу в виде CO2 или CH4 и внести значительный вклад в углеродный баланс атмосферы.
Работы по изучению болот Западной Сибири ведутся с начала XX века (Бронзов А. Я.; Ильин Р. С., Нейдштадт М. И., Тюремнов С. Н., Львов Ю. А., Пьявченко Н. И., Иванов К. Е., и др.) [7]. В последние десятилетия число российских болотных наблюдательных станций и постов значительно сократилось: с 8 до 3 станций и с 28 до 1 постов [8]. Возобновление гидрометеорологических наблюдений на болотах путем установки приборов автоматического мониторинга позволяет отслеживать изменения температуры болотных почв как отдельно, так и в комплексе с другими характеристиками. Наличие постоянно пополняющихся массивов данных позволит использовать их для калибровки и верификации моделей тепло-массопереноса в почве и моделей краткосрочного прогноза погоды, как составляющих региональных климатических моделей.
1. На территории нашей страны массовые наблюдения за температурой почвы начали проводиться с 1930-х годов и проводятся до сих пор.
2. Наличие многолетних периодов наблюдений. На некоторых станциях продолжительность наблюдений может достигать около вековых наблюдений. Так же стоит сказать, что все наблюдения на сети Гидрометцентра получены с соблюдением единой методики выполнения работ [9].
Для описания температурного режима болотных (органических) почв с 2011 г. на Бакчарском болоте Институтом мониторинга климатических и экологических систем СО РАН проводится мониторинг температуры почвы на сети станций Автономных измерителей профиля температуры (АИПТ).
В данной работе исследовано изменение температуры минеральной почвы по данным метеостанции Бакчар, полученных с помощью стандартных вытяжных термометров за период с 1966по 2017 гг., а также показаны особенности температурного режима торфяной почвы.
Цели и задачи исследования:
Основной целью является изучения особенностей температурного режима торфяных почв Бакчарского болота по сравнению с минеральными зональными почвами. Для этого были решены следующие задачи:
1. Получены и обработаны массивы данных по температуре почвы на разных глубинах за период 1966-2017 гг. на метеостанции Бакчар.
2. Выявлены тенденции изменения температуры почвы за 1963-2013 гг. по данным измерений вытяжными термометрами на метеостанции Бакчар.
2.1 Проведен анализ данных измерений температуры почвы на метеостанции с помощью АИПТ за 2011-2017 гг.
2.2 Проведен анализ данных измерений температуры почвы на болоте с
помощью АИПТ за 2011-2017 гг.
3. Выполнен расчет и анализ разностей температур почвы на болоте и
метеостанции, а также дана характеристика особенностей температурного режима торфяных почв по сравнению с минеральными почвами.
В данной работе было составлено климатическое описание исследуемой территории, был проведен анализ временного хода температур торфяной и минеральной почвы, были найдены среднемесячные значения температуры на глубинах, найдены тенденции изменения температур и проведен их сравнительный анализ. В целом можно сказать, что как для минеральной так и для торфяной почвы годовой ход температуры почвы в верхних слоях повторяет годовой ход температуры воздуха. Однако в зимнее время, из-за снежного покрова, значения температуры почвы и температуры воздуха сильно различаются.
Сравнительный анализ показал, что температура торфяной почвы имеет более сглаженный годовой ход, по сравнению с минеральной о чем свидетельствуют амплитуды годового хода температур почвы. В теплый и холодный период времени торфяная почва имеет более низкие значения температуры, однако в холодный период года торфяная почва теплее минеральной. В годовом ходе температура торфяной почвы изменяется крайне мало, а вот для минеральной почвы годовые колебания гораздо больше. Так, амплитуда значений температуры торфяной почвы на глубине 240 см составляет всего 1,7 °С, а в минеральной почве она достигает 6,6°С.
Так же следует сказать, что наблюдения за значением температуры почвы проводятся до сих пор и данная работа является актуальной. С течением временем, когда будет сформирован более большой массив данных, можно будет уточнять тенденции изменения температуры почвы во времени.
