Ensuring sustainable water supply of forest plantations on intrazonal gleyic kastanozems of the northern Caspian Sea region

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Groundwater level, mineralisation and gradients were studied under different types of soils occupied by virgin field and forest vegetation to substantiate the possibility of creating sustainable forest stands. Summarised were the results of studying the characteristics of water cycle on saline haplic kastanozems and sodic solonetz soils, as well as on desalinated gleyic kastanozems. Vertical multidirectional moisture exchange with the underlying sandy horizon along local meso-depressions of the relief (depressions with meadow-chestnut soils) was demonstrated: descending during infiltration of thaw water and ascending as a result of an updraft by massive forest plantations. Explored has been the possibility of creating hydrologically neutral sustainable small groves and narrow shelter belts in the depressions, their water supply ensured by infiltrating thaw water, which has been historically irretrievably lost to groundwater outflow through the underlying sandy horizon.

About the authors

M. K. Sapanov

Institute of Forest Science of the RAS

Author for correspondence.
Email: sapanovm@mail.ru
Sovetskaya st. 21, Uspenskoe, Moscow Oblast, 143030 Russian Federation

M. L. Sizemskaya

Institute of Forest Science of the RAS

Email: sapanovm@mail.ru
Sovetskaya st. 21, Uspenskoe, Moscow Oblast, 143030 Russian Federation

References

  1. Bazykina G.S., Maksimyuk G.P., Vliyanie drevesnykh nasazhdenii na rezhim i sostav pochvenno-gruntovykh vod pod bol'shimi padinami Severnogo Prikaspiya (The influence of tree plantations on the regime and composition of soil and groundwater under large depressions of the Northern Caspian region), In: Voprosy gidrologii i genezisa pochv (Issues of hydrology and soil genesis), Moscow: Nauka, 1978, pp. 32–45.
  2. Bazykina G.S., Vodnyi rezhim i vodnyi balans melioriruemykh pochv v kul'turnykh biogeotsenozakh (Water regime and water balance of reclaimed soils in cultural biogeocenoses), In: Biogeotsenoticheskie osnovy osvoeniya polupustyni Severnogo Prikaspiya (Biogeocenotic foundations of development of the semi-desert of the Northern Caspian region), Moscow: Nauka, 1974, pp. 63–147.
  3. Bol'shakov A.F., Izmenenie vodnogo rezhima pochv solontsovogo kompleksa pri ikh osvoenii (Changes in the water regime of solonetz soils during their development), In: Plodorodie i melioratsiya pochv SSSR (Fertility and melioration of soils in the USSR), Moscow, 1964, pp. 189–195.
  4. Bradford J., Schlaepfer D., Lauenroth W., Burke I., Shifts in plant functional types have time-dependent and regionally variable impacts on dryland ecosystem water balance, J. of Ecology, 2014, Vol. 102, No. 6, pp. 1408–1418.
  5. Fleckenstein J., Krause St., Hannah D., Boano F., Groundwater-surface water interactions: New methods and models to improve understanding of processes and dynamics, Advances in Water Resources, 2010, Vol. 33, No. 11, pp. 1291–1295.
  6. Gleeson T., Cuthbert M., Ferguson G., Perrone D., Global groundwater sustainability, resources, and systems in the Anthropocene, Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 2020, Vol. 48, pp. 431–463.
  7. Kamenetskaya I.V., Estestvennaya rastitel'nost' Dzhanybekskogo statsionara (Natural vegetation of the Dzhanybek station), Trudy Kompleksnoi nauchnoi ekspeditsii po voprosam polezashchitnogo lesorazvedeniya, Moscow: Izd-vo AN SSSR, 1952, Vol. 2, Issue 3, pp. 101–162.
  8. Karandina S.N., Erpert S.D., Klimaticheskoe ispytanie drevesnykh porod v Prikaspiiskoi polupustyne (A climatic experiment on tree species in the Caspian desert), Moscow: Nauka, 1972, 128 p.
  9. Kissis T.Y., Vodnyi rezhim temnotsvetnoi cherno-zemovidnoi pochvy bol'shoi padiny pod drevesnym nasazhdeniem (Water regime of dark chernozem-like soil of a big wooded gully), In: Vodnyi rezhim pochv polupustyni (Water regime of semi-desert soils), Moscow: Izd-vo AN SSSR, 1963, pp. 84–126.
  10. Kolesnikov A.V., Vodnyi rezhim i vodnyi balans lugovo-kashtanovykh pochv pod kolochnymi lesnymi nasazhdeniyami v Severnom Prikaspii (Water regime and water balance of meadow-chestnut soils under separated forest stands in the northern Caspian Sea Region), Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta. Seriya: Les. Ekologiya. Prirodopol'zovanie, 2019, No. 4, pp. 48–58.
  11. Kollet S.J., Maxwell R.M., Integrated surface–groundwater flow modeling: A free-surface overland flow boundary condition in a parallel groundwater flow model, Advances in Water Resources, 2006, Vol. 29, No. 7, pp. 945–958.
  12. Konyushkova M.V., Kozlov D.N., Avtomatizirovannyi analiz rasprostraneniya temnotsvetnykh cherno-zemovidnykh pochv v Severnom Prikaspii po dannym kosmicheskoi s"emki (na primere Dzhanybekskogo statsionara (Automated analysis of the geographic distribution of chernozem-like dark-colored soils in the Northern Caspian lowland on the basis of space-borne imagery (the case study at the Dzhanybek research station)), Aridnye ekosistemy, 2010, Vol. 16, No. 545, pp. 46–56.
  13. Kovda V.A., Pochvy Prikaspiiskoi nizmennosti (severo-zapadnoi chasti) (Soils of the Caspian depression (north-western part)), Moscow-Leningrad: Izd-vo AN SSSR, 1950, 255 p.
  14. Mozeson D.L., Mikrorel'ef severo-zapadnoi chasti Prikaspiiskoi nizmennosti i ego vliyanie na poverkhnostnyi stok (Microrelief of the northwestern part of the Caspian lowland and its influence on surface runoff), Trudy Instituta lesa AN SSSR, 1955, Vol. 25, pp. 55–65.
  15. Olovyannikova I.N., Balans vlagi v chernozemovidnoi pochve pod nasazhdeniem vyaza melkolistnogo (Water balance in chernozem-like soil of Chinese elm stand), Pochvovedenie, 1977, No. 12, pp. 77–87.
  16. Olovyannikova I.N., Lindeman G.V., O prichinakh nedolgovechnosti kul'tur vyaza melkolistnogo na yugo-vostoke Evropeiskoi Rossii v luchshikh usloviyakh rosta (On the reasons for the short life of small-leaved elm crops in the south-east of European Russia under the best growing conditions), Lesovedenie, 2000, No. 5, pp. 22–42.
  17. Olovyannikova I.N., Raskhod vlagi tselinnoi rastitel'nost'yu polupustyni Prikaspiya (Moisture consumption by virgin vegetation of the Caspian semi-desert), Pochvovedenie, 1966, No. 12, pp. 53–63.
  18. Olovyannikova I.N., Vliyanie lesnykh kolkov na solonchakovye solontsy (The effect of forest outliers on solonchak solonetzs), Moscow: Nauka, 1976, 124 p.
  19. Olovyannikova I.N., Vliyanie nasazhdenii vyaza prizemistogo na vodno-solevoi rezhim chernozemovidnykh pochv depressii Prikaspiiskoi polupustyni (The effect of Siberian elm forests on water-salt metabolism of chernozem-like soils of depressions in Caspian desert), Lesovedenie, 1996, No. 2, pp. 30–41.
  20. Quichimbo E.A., Singer M.B., Michaelides K. et al., DRYP 1.0: A parsimonious hydrological model of DRYland Partitioning of the water balance, Geoscientific Model Devevelopment, 2021, No. 14, pp. 6893–6917.
  21. Raspopov M.P., Opyt rascheta balansa gruntovykh vod tselinnykh i zalezhnykh zemel' kompleksnoi suglinistoi ravniny severo-zapadnoi chasti Prikaspiiskoi nizmennosti (Experience in calculating the groundwater balance of virgin and fallow lands of the complex loamy plain of the northwestern part of the Caspian lowland), In: Voprosy gidrogeologii tselinnykh i zalezhnykh zemel' i pastbishch otgonnogo skotovodstva (Issues of hydrogeology of virgin and fallow lands and pastures of transhumance), Moscow: Gosgeoltekhizdat, 1956, pp. 32–110.
  22. Rode A.A., Pol'skii M.N., Pochvy Dzhanybekskogo statsionara, ikh morfologicheskoe stroenie, mekhanicheskii i khimicheskii sostav (Soils of Dzhnybek station: morphology, structure, grain size and chemical composition), In: Pochvy polupustyni Severo-Zapadnogo Prikaspiya i ikh melioratsiya. Po rabotam Dzhanybekskogo statsionara (Melioration of soils of semi-desert in northwestern Caspian region: studies from Dzhanybek station), Moscow: Izd-vo AN SSSR, 1961, pp. 3–214.
  23. Rode A.A., Vodnyi rezhim i balans tselinnykh pochv polupustynnogo kompleksa (Water regime and balance of virgin soils of the semi-desert complex), In: Vodnyi rezhim pochv polupustyni (Water regime of semi-desert soils), Moscow: AN SSSR, 1963, pp. 5–83.
  24. Sapanov M.K., Ekologiya lesnykh nasazhdenii v aridnykh regionakh (Ecology of wood plantings in arid regions), Tula: Grif i K, 2003, 248 p.
  25. Sapanov M.K., Osobennosti i ekologicheskie posledstviya potepleniya klimata v polupustyne Severnogo Prikaspiya (Peculiarities and ecological consequences of climate warming in the Northern Caspian semi-desert), Povolzhskii ekologicheskii zhurnal, 2021, No. 1, pp. 64–78.
  26. Sapanov M.K., Otsenka desuktsii lesnykh kul'tur na raznykh tipakh pochv Severnogo Prikaspiya (Water Uptake by Trees on Different Soils in the Northern Caspian Region), Pochvovedenie, 2000, No. 11, pp. 1318–1327.
  27. Sapanov M.K., Prichiny usykhaniya kul'tur duba chereshchatogo na gidromorfnykh lugovo-kashtanovykh pochvakh Severnogo Prikaspiya (Causes of drying up of Quercus robur plantations on hydromorphic meadow-chestnut soils in the Northern Caspian Sea region), Lesovedenie, 2005, No. 5, pp. 10–17.
  28. Sapanov M.K., Sinkhronnost' izmeneniya urovnei Kaspiiskogo morya i gruntovykh vod v Severnom Prikaspii vo vtoroi polovine XX v. (Synchronism of changes of caspian sea level and ground waters in Northern Near-Caspian Sea area at the second part of the XX century), Izvestiya RAN. Seriya geograficheskaya, 2007, No. 5, pp. 82–87.
  29. Sapanov M.K., Sizemskaya M.L., Kolesnikov A.V. et al., Ekologicheskie osobennosti lesovyrashchivaniya v aridnykh regionakh Rossii i Kitaya (Ecological features of forest growing in arid regions of Russia and China), Povolzhskii ekologicheskii zhurnal, 2010, No. 2, pp. 195–203.
  30. Senkevich N.G., Olovyannikova I.N., Introduktsiya drevesnykh rastenii v polupustyne Severnogo Prikaspiya (Introduction of trees in semi-desert of northern Caspian region), Moscow: Izd-vo ILAN, 1996, 180 p.
  31. Shein E.V., Bolotov A.G., Dembovetskii A.V., Gidrologiya pochv agrolandshaftov: kolichestvennoe opisanie, metody issledovaniya, obespechennost' pochvennykh zapasov vlagi (Soil hydrology of agricultural landscapes: quantitative description, research methods, availability of soil moisture reserves), Pochvovedenie, 2021, No. 9, pp. 1076–1084.
  32. Sizemskaya M.L., Bychkov N.N., The salt status of meadow-chestnut soils in the Northern Caspian region upon a rise in the ground-water level, Eurasian Soil Science, 2005, Vol. 38, No. 5, pp. 480–485.
  33. Sizemskaya M.L., Sovremennaya prirodno-antropogennaya transformatsiya pochv polupustyni Severnogo Prikaspiya (Recent soil alterations in northern Caspian region under natural and human impacts), Moscow: Tovarishchestvo nauchnykh izdanii KMK, 2013, 276 p.
  34. Sokolova T.A., Sizemskaya M.L., Tolpeshta I.I., Sapa-nov M.K., Subbotina I.V., Dinamika solevogo sostoyaniya tselinnykh pochv polupustyni Severnogo Prikaspiya v svyazi s mnogoletnimi kolebaniyami urovnya gruntovykh vod (na primere pochv Dzhanybekskogo statsionara Instituta lesovedeniya RAN) (Dynamics of the salt state of virgin soils of the Northern Caspian semi-desert in connection with long-term fluctuations in groundwater levels (using the example of soils from the Dzhanybek station of the Institute of Forestry of the Russian Academy of Sciences)), XIX Chteniya pamyati V.N.Sukacheva “Ekologicheskie protsessy v aridnykh biogeotsenozakh” (Х1Х Readings in memory of V.N. Sukachev “Ecological processes in arid biogeocenoses”.), Moscow, 2001, pp. 113–132.
  35. Sophocleous M., Interactions between groundwater and surface water: the state of the science, Hydrogeology Journal, 2002, Vol. 10, pp. 52–57.
  36. Vorob'eva L.A., Khimicheskii analiz pochv (Chemical analysis of soils), Moscow: Izd-vo MGU, 1998, 271 p.
  37. Vysotskii G.N., Izbrannye Trudy (Selecta), Moscow: Sel'khozgiz, 1960, 435 p.
  38. Zhou Y., Li W., A review of regional groundwater flow modeling, Geoscience Frontiers, 2011, Vol. 2, No. 2, pp. 205–214.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».