Современные тенденции изменений влажности почвы и испарения на юге Европейской России по спутниковым данным и данным реанализа

Испарение влаги из почвы и с поверхности растительности определяет водопотребление растительности, динамику накопления биомассы растений и является важнейшей характеристикой роста и развития растений (Полуэктов, 2006).
Целью работы является исследование основных закономерностей связи влагосодержания верхнего слоя почвы и испарения, оценка их долгосрочных трендов в лесостепной, степной и полупустынной зонах юга Европейской территории России в период активной вегетации растений.
К исследованию были привлечены спутниковые среднемесячные данные с апреля по сентябрь в период 1980-2021 гг. об объемной влажности почвы (Soil Moisture, SM) в слое 0-10 см, (архив SM GLEAM версии 3.6a (https://www.gleam.eu/) с разрешением 0.25° х 0.25° (Gruber et al., 2019), а также среднемесячные данные испарения реанализа ERA5-Land (https://climate.copernicus.eu/), с разрешением 0.1° х 0.1°. Территория исследования включает сельскохозяйственные районы ЕТР южнее 54° с.ш. Исследованы корреляционные связи испарения и влагосодержания верхнего слоя почвы по ландшафтным зонам, тренды влажности почвы и испарения с апреля по сентябрь в период 1980-2021 гг.
Количественные оценки влагосодержания верхнего слоя почвы и испарения показали, что в апреле в среднем отмечается максимальное влагосодержание почвы около 30% и сравнительно небольшое испарение 50-60 мм/месяц. Влажность верхнего слоя почвы постепенно снижается в течение всего периода активной вегетации. С апреля по май-июнь наблюдается уменьшение влажности почвы до 25-27% и рост испарения до максимальных значений 95-100 мм/месяц. Испарение достаточно быстро сокращается во второй половине вегетационного периода. К концу сентября влагосодержание почвы составляет 22-23%, а испарение 40-50 мм/месяц.
Обнаружено, что корреляционная связь влажности верхнего слоя почвы и испарения в апреле отрицательна в зонах лесостепи и степи, где максимальное влагосодержание почвенного покрова сопровождается минимальным испарением недостаточно прогревшегося после зимы почвенного покрова со слабо развитой растительностью. Начиная с мая, связь влажности почвы и суммарного испарения возрастает по мере прогрева поверхности и развития растительности. Для сухостепных и полупустынных ландшафтов она положительна и статистически значима для полупустынной зоны. В июне связь влажности почвы и испарения становится значимо положительной в степной зоне. Со второй половины вегетационного сезона корреляция влажности почвы и испарения значимо положительна на всем юге ЕТР.
Установлено, что наиболее существенными потери почвенной влаги в период 1980-2021 гг. были в более увлажненных широколиственно-лесной и лесостепной зонах, зонах по сравнению с сухостепными и полупустынными ландшафтами. Изменения влажности почвы в полупустыне с апреля по сентябрь были наименьшими по сравнению с остальными суббореальными ландшафтами ЕТР. В то время как отрицательные тренды влажности почвы преобладали на исследуемой территории во все месяцы вегетационного сезона, изменения испарения изменяли свою направленность с начала к концу периода вегетации. Так, в апреле положительные тренды испарения наблюдались на большей части территории, в мае они остались положительными только в лесостепной и степной зонах. Во второй половине вегетационного сезона отрицательные тренды испарения распространились на всю исследуемую территорию. Наибольшее понижение испарения отмечалось в степных и сухостепных ландшафтах.
Полученные результаты показывают, что отрицательные тренды влажности почвы и испарения во второй половине лета ведут к деградации земель в степной, сухостепной и полупустынной зонах ЕТР. Результаты подкрепляются выводами о сохранении устойчивой отрицательной тенденции увлажнения в ближайшей перспективе согласно модельным оценкам будущего климата (Золотокрылин и др., 2014).

Исследование тенденций испарения и связи влагосодержания верхнего слоя почвы и испарения проведено в рамках научной темы ГЗ № 0127-2019-0010 (АААА-А19-119102890091-1). Исследование тенденций влажности почвы выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект 19-17-00242).