Особенности трансформации состава природных вод при изменении увлажненности ландшафтов Валдайской возвышенности

Обобщены результаты 5‑летних наблюдений в теплый сезон года — с середины апреля до начала ноября за химическим составом природных вод в системе атмосферные осадки — подкроновые воды — почвенные воды при смене режима атмосферных осадков на водосборе оз. Гусиное Валдайской возвышенности. Согласно гидротермическому коэффициенту увлажнения (ГТК) Селянинова было выделено 3 периода влагообеспеченности: засушливый, достаточного увлажнения и избыточного увлажнения. В статье рассмотрено распределение интенсивности выпадения атмосферных осадков в периоды между отборами проб. Установлено, что смена периодов увлажнения не влияет на гидрохимический тип атмосферных осадков и подкроновых вод (гидрокарбонатный I‑го типа, по Алекину), однако преобладающий в водах катион изменяется с кальция на калий. Засушливый период характеризуется максимальными значениями минерализации в системе атмосферные осадки — подкроновые воды — почвенные воды, что обусловлено смыванием большого количества пыли, накопившейся в приземном воздухе и осевшей на кронах деревьев. В период избыточного увлажнения наблюдаются самые низкие значения минерализации атмосферных осадков и подкроновых вод (6.2 и 8.3 мг/л соответственно). При смене засушливого периода избыточно увлажненным значение рН атмосферных осадков снижается, а окислительно‑восстановительный потенциал увеличивается. На изменение значений рН почвенных вод оказывает содержание органических кислот (коэффициент корреляции = 0.8). Выявлено, что в засушливый период и период избыточного увлажнения поступление кальция в почвенные воды, главным образом, определяет биотический фактор, как и поступление калия в подсистеме подкроновые воды — почвенные воды.

1. Алекин О.А. Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 444 с.

2. Берникова Т.А., Нагорнова Н.Н., Цупикова Н.А. Возможность оценки трофического статуса водоема по величине перманганатной окисляемости (на примере озера Виштынецкого Калининградской области) // Вестн. РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2013. № 3. С. 12–21.

3. Геоморфология и четвертичные отложения Северо‑Запада европейской части СССР (Ленинградская, Псковская и Новгородская области) / ред. Д.Б. Малаховский, К.К. Марков. Л.: Наука, 1969. 256 с.

4. Демаков Ю.П., Исаев А.В. Влияние аэрального поступления веществ на их круговорот в лесных экосистемах // Вестн. ПГТУ. 2015. Т. 1. № 25. С. 66–86.

5. Еремина И.Д. Химический состав атмосферных осадков в Москве и тенденции его многолетних изменений // Вестн. Моск. ун‑та. Сер. 5. География. 2019. № 3. С. 3–10.

6. Классификация и диагностика почв России / отв. ред. Г.В. Добровольский. Смоленск: Ойкумена, 2004, 342 с.

7. Кравченко И.Ю. Химический состав почвенных вод хвойных лесов средней тайги Карелии: матер. научно‑практич. конф. “Биодиагностика состояния природных и природно‑техногенных систем”. Петрозаводск, 2016. 335 с.

8. Котова Е.И. Формирование химического состава осадков на севере европейской территории России // Вестн. Северного (Арктического) фед. ун‑та. Сер. Естественные науки. 2012. № 4. С. 116–122.

9. Орлов А.С., Безуглова О.С. Биогеохимия. Ростов‑на‑Дону: “Феникс”, 2020. 320 с.

10. Петров Е.Г., Бережная Л.И., Качановский И.М., Короткевич Н.А. Экологический режим в сосновых биогеоценозах. Минск: Наука и техника, 1998. 160 с.

11. Первова Н.Е., Евдокимова Т.И. Состав почвенных растворов в подзоне южной тайги // Почвоведение. 1984. № 1. С. 7–15.

12. Селянинов Г.Т. О сельскохозяйственной оценке климата // Тр. по сельскохозяйственной метеорологии. 1928. Вып. 20. С. 165–177.

13. Учватов В.П. Особенности почвенных и грунтовых вод Приокской зандрово‑аллювиальной равнины // Почвоведение. 1985. № 6. С. 55–65.

14. Учватов В.П. Ландшафтно‑эколого‑геохимические показатели природных фоновых процессов // Мелиорация и рекультивация, экология. 2009. № 2. С. 5–15.

15. Al-Khashman O.A. Ionic composition of wet precipitation in the Petra region, Jordan // Atmos. Res. 2005. № 78. P. 1–12. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2005.02.003

16. Assouline S., Mualem Y. Effect of Rainfall‑Induced Soil Seals on the Soil Water Regime: Drying Interval and Subsequent Wetting // Transport in Porous Media. 2003. № 53. P. 75–94. https://doi.org/10.1023/A:1023583808812

17. Buchan G.D. Soil temperature regime. In: Soil and Environmental Analysis: Physical Methods / K.A. Smith, C.E. Mullins (Eds.). NY: Marcel Dekker, 2001. P. 539–594. https://doi.org/10.1201/9780203908600

18. Chen J., Xiao G., Kuzyakov Ya., Jenerette G.D., Ma Y., Liu W., Wang Z., Shen W. Soil nitrogen transformation responses to seasonal precipitation changes are regulated by changes in functional microbial abundance in a subtropical forest // Biogeosciences. 2014. № 14. P. 2513–2525. https://doi.org/10.5194/bg‑14‑2513‑2017

19. Duce R.A., Hoffman E.J. Chemical fractionation at the air/sea interface // Annual Review of Earth and Planetary Sci. 1976. № 4. P. 187–228. https://doi.org/10.1146/annurev.ea.04.050176.001155

20. Eludoyin A.O., Ibitoye M.O. Relationship between precipitation and soil water chemistry in an intensively managed clayey soil environment in southwest England: a preliminary study // Int. J. of Hydrology Science and Technology. 2018. Vol. 8. № 4. P. 339–348. https://doi.org/10.1504/IJHST.2018.095535

21. Ganor E., Foner H.A., Brenner J., Neeman E., Lavi N. The chemical composition of aerosols setting in Israel following dust storms // Atmos. Environ. 1991. № 25A. P. 2665–2670. https://doi.org/10.1016/0960–1686(91)90196‑E

22. Gombos M., Kandra B., Tall A., Pavelková D. Analysis of Non‑Rainfall Periods and Their Impacts on the Soil Water Regime. In: Hydrology — The Science of Water / M.S. Javaid (Ed.). In Tech Open. 2019. P. 1–19. https://doi.org/10.5772/intechopen.82399

23. Johnson S.L., Kuske C.R., Carney T.D., Housman D.C., Gallegos-Graves L.V., Belnap J. Increased temperature and altered summer precipitation have differential effects on biological soil crusts in a dryland ecosystem // Global Change Biology. 2012. № 18. P. 2583–2593. https://doi.org/10.1111/j.1365–2486.2012.02709.x

24. Kelishadi H., Mosaddeghi M.R., Ayoubi S., Mamedov A.I. Effect of temperature on soil structural stability as characterized by high energy moisture characteristic method // Catena. 2018. Vol. 170. № 2. P. 290–304. https://doi.org/10.1016/j.catena.2018.06.015

25. Migliavacca D., Teixeira E.C., Wiegand F., Machado A., Sanchez J. Atmospheric precipitation and chemical composition of an urban site, Guaiba hydrographic basin, Brazil // Atmos. Environ. 2005. № 39. P. 1829–1844. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2004.12.005

26. Neilsen G.H., Stevenson D.S. Leaching of soil calcium, magnesium, and potassium in irrigated orchard lysimeters // Soil Science Society of America J. 1983. Vol. 47. № 4. P. 692–696. https://doi.org/10.2136/sssaj1983.03615995004700040018x

27. Nielsen U.N., Ball B.A. Impacts of altered precipitation regimes on soil communities and biogeochemistry in arid and semi‑arid ecosystems // Global Change Biol. 2014. № 21. P. 1407–1421. https://doi.org/10.1111/gcb.12789

28. Popenda A. Effect of redox potential on heavy metals and As behavior in dredged sediments // Desalination and Water Treatment. 2014. Vol. 52. № 19–21. P. 1–10. https://doi.org/10.1080/19443994.2014.887449

29. Starr M.R., Lindroos A-J., Nieminen T.M. Variation in the quality of tension lysimeter soil water samples from a finnish forest soil // Soil Sci. 1985. Vol. 140. № 6. P. 453–461. https://doi.org/10.1007/s10661‑014‑3963‑7

30. Tripolskaja L., Kazlauskaite-Jadzevi A. Trend Analyses of Percolation of Atmospheric Precipitation Due to Climate Change: Case Study in Lithuania // Agronomy. 2022. Vol. 12. № 8. P. 1–15. https://doi.org/10.3390/agronomy12081784

31. Turner D.P., van Broekhuizen H.J. Nutrient leaching from conifer needles in relation to foliar apoplast cation exchange capacity // Environ Pollut. 1992. Vol. 75. № 3. P. 259–63. https://doi.org/10.1016/0269–7491(92)90124‑s

32. Vadassery J., Reichelt M., Hause B., Gershenzon J., Boland W., Mithufe A. CML42‑mediated calcium signaling coordinates responses to Spodoptera herbivory and abiotic stresses in Arabidopsis // Plant Physiol. 2012. № 159. P. 1159–1175. https://doi.org/10.1104/pp.112.198150

33. Várallyay G. The impact of climate change on soils and on their water management // Agronomy Res. 2010. № 8. P. 385–396.

34. Vanguelova E.I., Benham S., Pitman R., Durrant Houston T. Chemical fluxes in time through forest ecosystems in the UK — Soil response to pollution recovery // Environ. Pollution. 2009. № 158. P. 1857–1869. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2009.10.0