Каменная степь представляет собой пример успешной реализации системы регулирования водного режима, разработанной В.В. Докучаевым для борьбы с засухой. Созданный им агролесомелиоративный комплекс, включающий сеть прудов и полезащитных лесополос, обеспечивал аккумуляцию паводковых вод, способствовал сохранению почвенной влаги и формированию благоприятного гидрологического режима, создав устойчивые условия для ведения сельского хозяйства. С момента создания комплекса на территории проводился регулярный мониторинг его состояния и функционирования, что позволило сформировать многолетний ряд наблюдений.

На протяжении столетия агролесомелиоративная система эффективно выполняла свои функции. Однако в условиях изменения климата, сопровождающегося повышением температуры воздуха и снижением уровня грунтовых вод, ее влияние на водный режим территории могло существенно измениться. В связи с этим возникает вопрос о том, насколько подобные системы способны сохранять свою эффективность в современных климатических условиях и целесообразно ли их дальнейшее развитие в агроландшафтах.

Целью настоящего исследования является моделирование гидрологического режима почв локального водосбора Каменной степи для оценки отклика агролесомелиоративной системы на климатические изменения. Для этого использована распределенная гидрологическая модель ParFlow, основанная на численном решении уравнения Ричардса, совместно с моделью деятельного слоя суши Community Land Model (CLM), рассчитывающей процессы тепло- и влагообмена на поверхности и формирующей верхние граничные условия для ParFlow.

Исходные данные для моделирования были сформированы на основе открытых глобальных баз данных и архивных материалов НИИСХ ЦЧП имени В.В. Докучаева. В качестве входных данных для CLM использовались метеорологические параметры, сведения о растительном покрове и характеристики почв (содержание песка, глины и альбедо). Данные реанализа ERA5-Land были скорректированы по наблюдениям местной метеостанции, а информация о типах растительности получена на основе карты земного покрова ESA WorldCover 2021 с использованием классификации International Geosphere–Biosphere Programme (IGBP).

Для модели ParFlow были подготовлены цифровая модель рельефа и гидрофизические характеристики почв (коэффициент фильтрации, пористость и параметры модели Ван-Генухтена). Цифровая модель рельефа построена по плану земель ОПХ «Докучаевское» 1984 года. В связи с ограниченным объемом экспериментальных данных о гидрофизических свойствах почв гранулометрический состав из базы данных SoilGrids был уточнен по архивным материалам, публикациям и отчетам. На основе уточненного гранулометрического состава гидрофизические параметры были рассчитаны с использованием педотрансферной функции Rosetta3.
Калибровка модели выполнена по архивным наблюдениям за уровнем грунтовых вод, представленным в гидрогеологических ежегодниках.

Работа выполнена при поддержке при поддержке Российского научного фонда (проект № 26-76-10087).