Аннотация
Введение 4
1. Климат Западной Сибири 5
1.1 Изменение основных характеристик климата в Западной Сибири 6
1.2 Классификация климата 8
1.3 Микроклимат 13
2.Особенности температурного режима в почве 16
2.1Тепловые свойства почв 17
2.2 Температурный режим почв 18
2.3 Распределение температуры в органической почве 20
3. Материалы и методы исследования 23
3.1 Характеристики территории исследования 23
3.2 Описание модельной площадки 24
3.3 Основные методы и формулы расчета 31
3.4 Производство наблюдений на модельной площадки, использованные данные 32
4. Микроклимат болот 36
4.1 Годовой ход температуры почв 36
4.3 Микроклиматические разности температуры болотных почв 37
4.4 Глубина промерзания 44
Заключение 49
Список использованных источников и литературы 50
Приложение А. Годовой хода температуры почвы в 2014-2017гг 54
Приложение Б Максимальная глубина промерзания торфяной залежи в различных точках по данным наблюдений (FD max) и моделирования (Fm) 55
В данной работе рассмотрен температурный режим торфяных почв Западной Сибири на шести олиготрофных облесенных болотах (рямах) с существенно различными уровнями болотных вод (УБВ): низкий рям, высокий рям, осушенный рям, слабо осушенный рям, два осушенных ряма в разной степени восстановления после пожара. Для исследования температурного режима почв использованы данные автоматических наблюдений, полученные при помощи автономных измерителей профиля температуры за период с августа 2014 г. по сентябрь 2017 г.
Основной целью работы является исследование изменения температурного режима торфяной залежи олиготрофного болота при снижении уровня болотных вод вследствие осушения
Для достижения цели исследования решались следующие задачи:
1. Сформировать электронный массив данных по температуре торфяной почвы на глубинах 0-240 см по данным пяти автономных измерителей профиля температуры.
2. Описать температурный режим почвы на площадках с существенно различными УБВ.
3. Выявить микроклиматические разности температурного режима почвы между четырьмя точками с пониженными значениями УБВ и базовой точкой (ненарушенное болото).
4. С помощью факторного анализа установить связи между температурой торфяной почвы и снижением УБВ.
Актуальность работы связана с тем, что болотные экосистемы играют значительную роль в глобальном круговороте углерода, являясь источниками и стоками парниковых газов. На территории Западной Сибири болота занимают свыше 36 % площади. Согласно оценкам МГЭИК, эмиссия метана из естественных болот составляет 61-82% от всех природных источников метана. Интенсивность потоков парниковых газов управляется гидрологическим и термическим режимом торфяной залежи. Повышение приземной температуры воздуха и снижение уровня вод вызывает иссушение торфа, повышение температуры и аэрируемости, что способствует росту эмиссии парниковых газов. Определение скорости углеродного обмена между болотами и атмосферой, а также климатических факторов влияющих на углеродный обмен является важной научной задачей. Температурный режим почв является важнейшим фактором управляющим биохимическими процессами в торфяной залежи. Полученные данные послужат материалом для калибровки и верификации моделей тепло-массопереноса в почвогрунтах, позволят количественно оценить тепловое влияние мелиорации и пожаров на болотные экосистемы, послужат основой для реконструкции климата голоцена на территории Западной Сибири.
Исследование температурного режима почв шести олиготрофных облесенных болот (рямов), в период с августа 2014 года по сентябрь 2017 г. с различным уровнем болотных вод показало, что микроклиматические разности температурного режима осушенного рослого ряма и низкого ряма выражены боле явно, чем на остальных точках. При сравнительном анализе данных площадок, выявлено, что торфяные почвы осушенного рослого ряма холоднее почв низкого ряма на 2-3 оС в среднем по всему почвенному профилю.
Микроклиматические разности рослого ряма незначительны. В летний период на глубинах от 60 до 120 см разница температур составляет 0 -1 оС, в слое 120-240 см 0 +2 оС. В зимний период на глубинах 60-240 оС разница температур 0-1 оС, за исключением зимы2016/2017 гг., когда разница составляла около -2оС по всей глубине.
В целом, площадки с пониженным УБВ холоднее ненарушенного ряма на 1-3 оС. Разность температур тем выше, чем ниже УБВ. Поверхностный слой почвы зимой на площадках с пониженным УБВ теплее на 0.5-1.5 оС.
Максимальная глубина промерзания залежи была достигнута на осушенном ряме Иксинского болота 14 апреля 2017г. (48,5 см). В свою очередь, на осушенном рослом ряме и осушенном ряме максимальная глубина промерзания была зафиксирована в апреле и феврале 2017 года и составила 47 см и 45,5 см соответственно. В остальные годы максимальная глубина не превышала 40 см.
Предложена регрессионная модель описывающая изменение максимальной за зиму глубины промерзания, использующая в качестве предикторов температуру воздуха, высоту снежного покрова и уровень болотных вод. Сравнительный анализ данных модельных расчетов и результатов наблюдений показал, что стандартная ошибка модели по модулю составила 2,4см, оправданность модели 6,5 %. Наибольшая ошибка не превышает 5 см.
Влияние УБВ и снежного покрова, имеют близкие значения, что говорит о приблизительно равном вкладе вариаций УБВ и высоты снега в изменения промерзания. Падение УБВ на 12 см или уменьшение высоты снега на 10 см оказывает охлаждающее воздействие на торфяную толщу аналогичное уменьшению средней температуры зимних месяцев на 1 оС и вызывающее увеличение глубины промерзания на 2 см.
С использованием предложенной модели был выполнен расчет глубины промерзания на исследуемых болотах в период с 2004 по 2017 г. Получено, что максимум глубины промерзания приходится на 2017 г. для всех точек. По прогнозам глубина промерзания достигнет 53 см на осушенном ряме, 52 см на осушенном рослом ряме и 41см на слабо осушенным ряме.
