Albedo of the soil cover as a factor of the temporal dynamics of readily available soil moisture in the technosols of the Nikopol manganese ore basin

Abstract

The simulation of moisture content in Nikopol manganese ore basin technosols was performed using the Penman-Monteith approach and evaluate the role of the dependence of soils surface albedo from the humidity in the intensity of evapotranspiration. The sod lithogenic soils on loess-like loam and pedozem were chosen as the objects of the investigation. The research was conducted during 2012–2014 years at the investigation station of the remediation within Nikopol manganese ore basin (city Pokrov, Ukraine). The evapotranspiration from the soil surface was calculated by means of Penman-Monteith equation. Root zone moisture depletion is evaluated as the difference between soil water content at field capacity (pF = 2.3) and actual soil water content. The Ks value which is a water stress factor equals 1.0 as long as soil water content is higher than readily available water. If soil water content is lower than readily available water, Ks decreases linearly from one to zero according to total available soil water consumed. The soil water balance is performed in ISAREG with a daily time. The evaluation of readily available water content was carried out based on Penman-Monteith model taking into account meteorological data, technosols water-physical properties and the dependence of soil surface albedo on soil humidity. The color of the surface of the sod-lithogenic soil on the loess-like loam varies from yellow (2.5Y 4/2) in wet condition to yellow-red (10YR 6/5) in the dry condition. Albedo of this soil depended on the humidity varies in the range 0.17–0.31. The surface color of the pedozem varies from very dark gray (10YR 3/1) in wet condition to light-gray (2.5YR 6/2) in the dry condition. Albedo of this soil depended on the humidity varies in the range 0.10–0.31. There is a linear relationship between the moisture content in the soil and albedo of the soil surface. Albedo changes along with the humidity are most significant in the sod-lithogenic soils on loess-like loams. This is confirmed by the greatest regression coefficient. Albedo changes along with the moisture content are least significant in the pedozem. The distributionі of this index for different teсhnosols are characterized by a high level of similarity of shape due to the fact that the overall climate factors are crucial in shaping the dynamics of moisture. The distributions can be most good represented as a complex mixture of normal distributions. It was found that water supplies monitoring before the start of the growing season can provide valuable information necessary for the selection of crops for cultivation in the current year. The results indicate the urgency of measures to save the winter rainfall on the fields. Моделювання змісту вологи в Технопол Нікопольського марганцевого басейну виконано з використанням підходу Пенмана-Монтейта і оцінки ролі залежності альбедо поверхні грунту від вологості в інтенсивності сумарного випаровування. Об'єктами дослідження були обрані дерново-літогенні ґрунти на лесовидних суглинках і педоземах. Дослідження проводилося протягом 2012-2014 років на дослідницькій станції відновлення Нікопольського марганцеворудного басейну (м Покров, Україна). Евапотранспіраціі з поверхні грунту розраховувалася за допомогою рівняння Пенмана-Монтейт. Виснаження вологи в кореневій зоні оцінюється як різниця між вмістом води в грунті в польових умовах (pF = 2,3) і фактичним змістом води в грунті. Значення Ks, яке є фактором водного стресу, дорівнює 1. 0 до тих пір, поки вміст води в ґрунті перевищує доступну воду. Якщо вміст води в грунті нижче, ніж у легкодоступною води, Ks зменшується лінійно від одного до нуля в залежності від загальної кількості спожитої води в грунті. Водний баланс грунту виконується в ISAREG з щоденним часом. Оцінка легкодоступного змісту води проводилася на основі моделі Пенмана-Монтейт з урахуванням метеорологічних даних, водно-фізичних властивостей техносолей і залежності альбедо поверхні грунту від вологості ґрунту. Колір поверхні дерново-литогенной грунту на лесовидних суглинку варіюється від жовтого (2.5Y 4/2) у вологому стані до жовто-червоного (10YR 6/5) в сухому стані. Альбедо цієї грунту в залежності від вологості коливається в межах 0,17-0,31. Колір поверхні педозема варіюється від дуже темно-сірого (10 років 3/1) у вологому стані до світло-сірого (2,5 року 6/2) в сухому стані. Альбедо цієї грунту в залежності від вологості коливається в межах 0,10-0,31. Існує лінійна залежність між вмістом вологи в грунті і альбедо поверхні грунту. Зміни альбедо поряд з вологістю найбільш значні в дерново-літогенних грунтах на лесовидних суглинках. Це підтверджується найбільшим коефіцієнтом регресії. Зміни альбедо поряд з вмістом вологи найменш значущі в педоземе. Розподіл цього показника по різних техносолам характеризується високим рівнем схожості форми через те, що загальні кліматичні чинники мають вирішальне значення для формування динаміки вологості. Розподілу можуть бути найбільш добре представлені у вигляді складної суміші нормальних розподілів. Було встановлено, що моніторинг запасів води до початку вегетації може дати цінну інформацію, необхідну для відбору культур для вирощування в поточному році. Результати вказують на терміновість заходів по збереженню зимових опадів на полях.