esoilБюллетень Почвенного института имени В.В. ДокучаеваDokuchaev Soil Bulletin0136-16942312-4202V.V. Dokuchaev Soil Science Institute10.19047/0136-1694-2022-112-160-180esoil-723Research ArticleСтатьиДинамика промерзания и оттаивания почвы в агролесоландшафтеDynamics of soil freezing and thawing in the agroforestry landscapehttps://orcid.org/0000-0001-8736-5464КуликА. В.KulikA. V.

400062, Волгоград, пр-т Университетский, д. 97

97 Prospect Universitetsky, Volgograd 400062

kulik-a@vfanc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5381-9114ГордиенкоО. А.GordienkoO. A.

400062, Волгоград, пр-т Университетский, д. 97

97 Prospect Universitetsky, Volgograd 400062

gordienko-o@vfanc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5055-7251ШайфуллинМ. Р.ShaifullinM. R.

400062, Волгоград, пр-т Университетский, д. 97

97 Prospect Universitetsky, Volgograd 400062

shafullin-mr@vfanc.ruФГБНУ Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения РАН (ФНЦ агроэкологии РАН)РоссияFederal Scientific Centre of Agroecology, Complex Melioration, and Protective Afforestation, Russian Academy of SciencesRussian Federation2022251120220112160180Copyright © Кулик А.В., Гордиенко О.А., Шайфуллин М.Р., 20222022Кулик А.В., Гордиенко О.А., Шайфуллин М.Р.Kulik A.V., Gordienko O.A., Shaifullin M.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.esoil.ru/jour/article/view/723

В работе представлена динамика промерзания и оттаивания почвы в агролесоландшафте сухостепной зоны. Эти процессы в зимы с неустойчивым снежным покровом имеют свои особенности. Целью данного исследования стало изучение характера промерзания и оттаивания почвы в агролесоландшафте в условиях малоснежной зимы. Наблюдения проводились в зимний период 2020–2021 г. на действующем стоково-эрозионном стационаре в г. Волгоград. Изучение динамики промерзания и оттаивания почвы осуществлялось с помощью мерзлотомеров Данилина, установленных в поле и в центре четырехрядной лесополосы. Одновременно проводили замеры высоты снежного покрова в трехкратной повторности снегомерной рейкой. Погодные условия отличались чередованием оттепелей, способствующих сходу снежного покрова, с заморозками, приводившими к увеличению глубины промерзания почвы. Формирование снежного покрова высотой 10–15 см не повлияло на различия в промерзании почвы. При отсутствии снега на фоне непродолжительной оттепели нижняя граница промерзшего слоя в поле уменьшилась на 11 см, по сравнению с насаждением, которое даже в безлиственном состоянии повлияло на поступление тепловой энергии солнца. Среднее промерзание в конце зимы составило в поле 85 см, в лесополосе – 67 см. Оттаивание в поле происходило быстрее. За первые две недели скорость оттаивания почвы в поле составило в среднем 2.3 см/день, а в лесополосе – 1.3 см/день. После чего глубина промерзания во всем агролесоландшафте сравнялась. За последующие две недели скорость оттаивания увеличилась в два раза. После полного оттаивания почвы в поле в лесной полосе мощность замерзшего слоя составила в среднем 32 см.

The article presents the dynamics of soil freezing and thawing in the agroforestry landscape of the dry-steppe zone. These processes in winters with unstable snow cover have their own characteristics. The purpose of this study was to investigate the character of soil freezing and thawing in the agroforestry landscape under conditions of low snowfall winters. Observations were carried out in the winter period of 2020–2021 at the existing runoff-erosion research station in Volgograd. The dynamics of soil freezing and thawing was studied using Danilin freeze-thaw meters installed in the field and in the center of a four-row forest belt. Simultaneously, snow cover height was measured in triplicate with a snow measuring rod. The weather conditions were characterized by alternating thaws, which promoted snow cover melt, and frosts, which increased the depth of soil freezing. The formation of a 10-15 cm snow cover did not affect soil freezing. In the absence of snow on the background of a brief thaw, the lower boundary of the frozen layer in the field decreased by 11 cm compared to the forest belt, which even in the leafless state affected the inflow of solar thermal energy. Average freezing at the end of winter was 85 cm in the field and 67 cm in the forest belt. Thawing in the field was faster. During the first two weeks, the rate of soil thawing averaged 2.3 cm/day in the field and 1.3 cm/day in the forest belt. After that, the depth of freezing in the whole agroforestry landscape became equal. During the next two weeks, the thawing rate doubled. After complete soil thawing in the field in the forest belt, the thickness of the frozen layer averaged 32 cm.

глубина промерзания почвлесополосаполеагролесоландшафтоттаивание почвВолгоградsoil freezing depthforest beltfieldagroforestry landscapesoil thawingVolgogradРабота выполнена в рамках государственного задания ФГБНУ Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения РАН № FNFE-2022-0012.The work was performed within the framework of the state assignment of the Federal Scientific Centre of Agroecology, Complex Melioration, and Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences (No. FNFE-2022-0012).ReferencesБарабанов А.Т. Эрозионно-гидрологическая оценка взаимодействия природных и антропогенных факторов формирования поверхностного стока талых вод и адаптивно-ландшафтное земледелие. Волгоград: ФНЦ агроэкологии РАН, 2017. 188 с.Barabanov A.T., Erozionno-gidrologicheskaya otsenka vzaimodeistviya prirodnykh i antropogennykh faktorov formirovaniya poverkhnostnogo stoka talykh vod i adaptivno-landshaftnoe zemledelie (Erosion-hydrological assessment of interaction between natural and anthropogenic factors in the formation of surface melt water runoff and adaptive landscape farming), Volgograd: FNTs agroekologii RAN, 2017, 188 р.Воронков Н.А. Роль лесов в охране вод. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 288 с.Voronkov N.A., Rol' lesov v okhrane vod (The role of forests in water), Leningrad: Gidrometeoizdat, 1988, 288 р.Гаршинев Е.А. Эрозионно-гидрологический процесс и лесомелиорация: Экспериментальная оценка, расчет, проектирование. Волгоград: ВНИАЛМИ, 2002. 220 с.Garshinev E.A., Erozionno-gidrologicheskii protsess i lesomelioratsiya: Eksperimental'naya otsenka, raschet, proektirovanie (Erosion-hydrology process and forest melioration: Experimental estimation, calculation, projecting), Volgograd: VNIALMI, 2002, 220 р.Гордиенко О.А., Иванцова Е.А. Морфологические особенности почвенного покрова склоновых земель юга приволжской возвышенности в пределах урболандшафтов г. Волгограда // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2021. № 106. С. 77–104. DOI: 10.19047/0136-1694-2021-106-77-104.Gordienko O.A., Ivantsova E.A., Morphological features of the soil cover of slope lands in the south of the Volga uplands within the urban landscapes of Volgograd, Dokuchaev Soil Bulletin, 2021, No. 106, рр. 77–104, DOI: 10.190447/0136-1694-2021-106-77-104.Евсеева Н.С., Петров А.И., Каширо М.А., Квасникова З.Н., Батманова А.С., Хон А.В. Влияние рельефа и растительности на распределение снежного покрова в бассейнах малых рек // Геосферные исследования. 2017. № 4. С. 64–74. DOI: 10.17223/25421379/5/6.Evseeva N.S., Petrov A.I., Kashiro M.A., Kvasnikova Z.N., Batmanova A.S., Khon A.V., Vliyanie rel'efa i rastitel'nosti na raspredelenie snezhnogo pokrova v basseinakh malykh rek (Influence of the relief and vegetation on the distribution of the snow cover in the pools of small rivers), Geosfernye issledovanija, 2017, No. 4, pp. 64–74, DOI: 10.17223/25421379/5/6.Калинин М.И. Лесные мелиорации в условиях эрозионного рельефа. Львов: Вища школа. Изд-во при Львов ун-те, 1982. 279 с.Kalinin M.I., Lesnye melioratsii v usloviyakh erozionnogo rel'efa (Forest reclamation under conditions of erosive relief), L'vov: Vishcha shkola . Izd-vo pri L'vov un-te, 1982, 279 р.Калюжный И.Л., Лавров С.А. Изменчивость глубины промерзания почвы в бассейне р. Волга и ее влияние на процессы формирования зимнего и весеннего стока при изменениях климата // Метеорология и гидрология. 2016. № 7. С. 58–71.Kalyuzhnyi I.L., Lavrov S.A., Izmenchivost' glubiny promerzaniya pochvy v basseine r. Volga i ee vliyanie na protsessy formirovaniya zimnego i vesennego stoka pri izmeneniyakh klimata (Variability of frost depth in the Volga river basin and its impact on runoff formation in winter and spring under climate change), Meteorologiya i gidrologiya, 2016, Vol. 41, No. 7, рр. 487–496.Качинский Н.А. Замерзание, размерзание и влажность почвы в зимний сезон в лесу и на полевых участках. М.: Изд. Ассоциации Н.-И. Институтов при ф.-м. фак. МГУ, 1927. 168 с.Kachinskii N.A., Zamerzanie, razmerzanie i vlazhnost' pochvy v zimnii sezon v lesu i na polevykh uchastkakh (Freezing, sizing, and soil moisture during the winter season in the forest and field areas), Moscow: Izd. Associacii N.-I. Institutov pri f.-m. fak. MGU, 1927, 168 p.Китредж Дж. Влияние леса на климат, почвы и водный режим. М.: Изд-во Иностранной лит-ры, 1951. 456 с.Kitredzh Dzh., Vliyanie lesa na klimat, pochvy i vodnyi rezhim (Forest influences the effects of woody vegetation on climate. Water and soil), Moscow: Izd-vo Inostrannoi lit-ry, 1951, 456 р.Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 223 с.Klassifikatsiya i diagnostika pochv SSSR (Classification and diagnostics of soils of the USSR), Moscow: Kolos, 1977, 223 p.Комиссаров М.А., Габбасова И.М. Эрозия почв при снеготаянии на пологих склонах в южном Предуралье // Почвоведение. 2014. № 6. С. 734–743. DOI: 10.1134/S1064229314060039.Komissarov M.A., Gabbasova I.M., Snowmelt-induced soil erosion on gentle slopes in the southern Cis-Ural region, Eurasian Soil Science, 2014, Vol. 47, No. 6, pp. 598–607, DOI: 10.1134/S1064229314060039.Кулик А.В., Гордиенко О.А. Условия формирования поверхностного стока талых вод на склоновых землях юга Приволжской возвышенности // Почвоведение. 2022. № 1. С. 44–54. DOI: 10.31857/S0032180X22010099.Kulik A. V., Gordienko O.A., Usloviya formirovaniya poverkhnostnogo stoka talykh vod na sklonovykh zemlyakh yuga Privolzhskoi vozvyshennosti Conditions of meltwater surface runoff formation on sloping lands in the south of the Volga upland), Pochvovedenie, 2022, Vol. 55, No. 1, pp. 36–44, DOI: 10.31857/S0032180X22010099.Кулик К.Н., Зубов А.Р., Зыков И.Г., Зубов А.А. Методология изучения эрозионных процессов в лесоаграрных и техногенных ландшафтах. Волгоград: ФНЦ агроэкологии РАН, 2018. 252 с.Kulik K.N., Zubov A.R., Zykov I.G., Zubov A.A., Metodologiya izucheniya erozionnykh protsessov v lesoagrarnykh i tekhnogennykh landshaftakh (Methodology for studying erosion processes in forest-agrarian and anthropogenic landscapes), Volgograd: FNTs agroekologii RAN, 2018, 252 p.Марчик Т.П., Ефремов А.Л. Почвоведение с основами растениеводства: учеб. пособие. Гродно: ГрГУ, 2006. 249 с. URL: https://ebooks.grsu.by/pochva_s_osn_rast/glava-9-teplovye-svojstva-iteplovoj-rezhim-pochv.htm.Marchik T.P., Efremov A.L., Pochvovedenie s osnovami rastenievodstva: ucheb. posobie (Soil science with the basics of crop pro-duction: textbook), Grodno: GrSU, 2006, 249 p., URL: https://ebooks.grsu.by/pochva_s_osn_rast/glava-9-teplovye-svojstva-i-teplovoj-rezhim-pochv.htm.Осокин Н.И., Сосновский А.В. Пространственное распределение термического сопротивления снежного покрова на территории России и его влияние на промерзание и протаивание грунтов // Лед и Снег. 2016. Т. 56. № 1. С. 52–60. DOI: 10.15356/2076-6734-2016-1-52-60.Osokin N.I., Sosnovskiy A.V., Spatial distribution of the snow thermal resistance on the Russian territory and its impact on the ground freezing and thawing, Ice and Snow, 2016, Vol. 56, No. 1, pp. 52–60, DOI: 10.15356/2076-6734-2016-1-52-60.Петелько А.И., Барабанов А.Т. Влияние контурных стокорегулирующих лесных полос из дуба на эрозионногидрологические показатели на Среднерусской возвышенности // Земледелие. 2018. № 2. С. 26–29. DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10206.Petel'ko A.I., Barabanov A.T., Vliyanie konturnykh stokoreguliruyushchikh lesnykh polos iz duba na erozionnogidrologicheskie pokazateli na Srednerusskoi vozvyshennosti (Influence of contour flow regulating oak forest belts on erosion and hydrological indicators at the central Russian upland), Zemledelie, 2018, No. 2, pр. 26–29, DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10206.Петелько А.И., Барабанов А.Т., Лобков В.Т. Противоэрозионные агроприемы при формировании стока талых вод // Природообустройство. 2018. № 1. С. 84–88. DOI: 10.26897/1997-6011/2018-1-84-88.Petel'ko A.I., Barabanov A.T., Lobkov V.T., Protivoerozionnye agropriemy pri formirovanii stoka talykh vod (Erosion-preventive agromethod in the formation of melt water flow), Prirodoobustrojstvo, 2018, No. 1, рр. 84–88, DOI: 10.26897/1997-6011/2018-1-84-88.Полевой определитель почв России. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 182 с.Polevoi opredelitel' pochv Rossii (Field soil qualifier of Russia), Moscow: Pochv. in-t im. V.V. Dokuchaeva, 2008, 182 p.Поташкина Ю.Н., Иванцова Е.А. Влияние полезащитных лесных полос ажурной конструкции на характер снегораспределения // Природные системы и ресурсы. 2021. Т. 11. № 4. С. 31–36. DOI: 10.15688/nsr.jvolsu.2021.4.3.Potashkina Yu.N., Ivantsova E.A., Vliyanie polezashchitnykh lesnykh polos azhurnoi konstruktsii na kharakter snegoraspredeleniya (Influence of field-protective forest belts of openwork construction on the character of snow distribution), Prirodnye sistemy i resursy, 2021, Vol. 11, No. 4, pp. 31–36, DOI: 10.15688/nsr.jvolsu.2021.4.3.Рихтер Г.Д. Снежный покров, его формирование и свойства. М.: Изд-во Академии наук СССР. 1945. 122 с.Rikhter G.D., Snezhnyi pokrov, ego formirovanie i svoistva (Snow cover, its formation and properties), Moscow: Izd-vo Akademii nauk SSSR, 1945, 122 p.Сажин А.Н., Кулик К.Н., Васильев Ю.И. Погода и климат Волгоградской области. Волгоград: ВНИАЛМИ, 2010. 306 с.Sazhin A.N., Kulik K.N., Vasil'ev Yu.I., Pogoda i klimat Volgogradskoi oblasti, (Weather and climate of Volgograd region), Volgograd: VNIALMI, 2010, 306 p.Сосновский А.В., Осокин Н.И., Черняков Г.А. Динамика снегозапасов на равнинной территории России в лесу и в поле при климатических изменениях // Лед и Снег. 2018. Т. 58. № 2. С. 183–190. DOI: 10.15356/2076-6734-2018-2-183-190.Sosnovsky A.V., Osokin N.I., Chernyakov G.A., Dynamics of snow storages in forests and fields of Russian plains under climate changes, Ice and snow, 2018, Vol. 58, No. 2, pp. 183–190, DOI: 10.15356/2076-6734-2018-2-183-190.Субботин А.И. Сток талых и дождевых вод (по экспериментальным данным). М.: Московское отделение Гидрометеоиздата, 1966. 376 с.Subbotin A.I., Stok talykh i dozhdevykh vod (po eksperimental'nym dannym) (Meltwater and rainwater runoff (based on experimental data)), Moscow: Moskovskoe otdelenie Gidrometeoizdata, 1966, 376 p.Хитров Н.Б. Герасимова М.И. Диагностические горизонты в классификации почв России: версия 2021 г. // Почвоведение. 2021. № 8. С. 899–910. DOI: 10.31857/S0032180X21080098.Khitrov N.B., Gerasimova M.I., Diagnosticheskie gorizonty v klassifikatsii pochv Rossii: versiya 2021 g (Diagnostic horizons in the classification system of Russian soils: version 2021), Eurasian Soil Science, 2021, Vol. 54, No. 8, pp. 1131–1140, DOI: 10.31857/S0032180X21080098.IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports . No. 106. FAO, Rome. 192 p.IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps, World Soil Resources Reports, No. 106, FAO, Rome, 192 p.Iwata Y., Hirota T., Suzuki T., Kuwao K. Comparison of soil frost and thaw depths measured using frost tubes and other methods // Cold Regions Science and Technology. 2012. № 71. Р. 111–117. DOI: 10.1016/J.COLDREGIONS.2011.10.010.Iwata Y., Hirota T., Suzuki T., Kuwao K., Comparison of soil frost and thaw depths measured using frost tubes and other methods, Cold Regions Science and Technology, 2012, No. 71, pp. 111–117, DOI: 10.1016/J.COLDREGIONS.2011.10.010.Yanai1 Y., Iwata Y., Hirota T. Optimum soil frost depth to alleviate climate change effects in cold region agriculture // Scientific Reports. 2017. No. 7. 44860. DOI: 10.1038/srep44860.Yanai1 Y., Iwata Y., Hirota T., Optimum soil frost depth to alleviate climate change effects in cold region agriculture, Scientific Reports, 2017, No. 7, 44860. DOI: 10.1038/srep44860.Li Y., Fu Q., Li T., Liu D., Hou R., Li Q., Yi J., Li M., Meng F. Snow melting water infiltration mechanism of farmland freezing-thawing soil and determination of meltwater infiltration parameter in seasonal frozen soil areas // Agricultural Water Management. 2021. № 258. DOI: 10.1016/j.agwat.2021.107165.Li Y., Fu Q., Li T., Liu D., Hou R., Li Q., Yi J., Li M., Meng F., Snow melting water infiltration mechanism of farmland freezing-thawing soil and determination of meltwater infiltration parameter in seasonal frozen soil areas, Agricultural Water Management, 2021, No. 258, DOI: 10.1016/j.agwat.2021.107165.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.