Серые лесные почвы волжско-камской лесостепи: количественный подход к классификации 03. 02. 13 почвоведение



бет1/3
Дата15.07.2016
өлшемі1.85 Mb.
#201039
түріАвтореферат
  1   2   3
На правах рукописи

ВАЛЕЕВА Альбина Альбертовна


СЕРЫЕ ЛЕСНЫЕ ПОЧВЫ ВОЛЖСКО-КАМСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ: КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ПОДХОД К КЛАССИФИКАЦИИ

03.02.13 - почвоведение




Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Казань – 2014

Работа выполнена на кафедре почвоведения института фундаментальной медицины и биологии федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет"

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор



Копосов Геннадий Федорович

Официальные оппоненты:


Рожков Вячеслав Александрович, доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент РАСХН, профессор, главный научный сотрудник ГНУ Почвенного института им. В.В. Докучаева РАСХН
Ковалев Иван Васильевич, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова

Ведущая организация: государственное научное учреждение Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита диссертации состоится «7 » октября 2014 года в 15 час. 30 мин. в аудитории М-2 на заседании Диссертационного совета Д 501.001.57 при МГУ имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ имени М.В. Ломоносова, д.1, стр.12, факультет почвоведения.


Автореферат разослан «_____» ________________ 2014 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Никифорова Алла Сергеевна

Введение


Актуальность темы. Почвенный покров нашей планеты в настоящее время так изменен, что естественные процессы почвообразования и эволюции почв можно наблюдать лишь в тундре, лесах и ряде пустынь. Учитывая, что тундровые и пустынные почвы формируются в экстремальных климатических условиях и располагаются обычно на труднодоступных территориях, можно принять, что именно лесные почвы – то естественное множество почв, которое обеспечивает оптимальные возможности изучения их генезиса и эволюции, а также в полном объеме их экологические функции (Карпачевский, 2003; Добровольский, 1993, 2000). Сохранившиеся естественные почвы являются «природным банком», используя которые возможно в будущем наиболее эффективно вести научные поиски путей восстановления антропогенно изменённых ландшафтов (Климентьев, 2003 Никитин, 2010).

В настоящее время Республика Татарстан (РТ), входящая в ландшафтную зону Волжско-Камской лесостепи, является одной из самых аграрно-освоенных территориально-административных единиц Поволжья. Распаханность сельхозугодий по республике составляет в среднем 77%. В антропогенно- преобразованных ландшафтах РТ серые лесные почвы занимают 37% территории, что составляет 43% от общей площади пашни (Госдоклад, 2012).

Изучение естественных представителей серых лесных почв приобретает в связи с этим актуальность в двух аспектах. Во-первых, эти почвы являются отражением существующей естественной зональной среды лесостепи и современного процесса лесостепного почвообразования. Во-вторых, в связи с высокой аграрной освоенностью территории актуальным становятся инвентаризация, создание объективных образцов – виртуальных образов серых лесных почв, выбор контрольных объектов репрезентативно их представляющих.

Цели и задачи исследований. Цель работы - систематизация накопленных данных о свойствах серых лесных почв Волжско-Камской лесостепи с описанием таксономических единиц в виде виртуальных образов и обоснование на базе этих образов количественных критериев обособления таксонов.

В задачи исследования входило:

1. Обобщение и анализ многомерными статистическими методами авторских и литературных данных естественных и антропогенно-преобразованных серых лесных почв Волжско-Камской лесостепи по классификации 1977 года и типов по классификации 2004 года.

2. На базе обобщенных данных дать обоснование виртуальных образов таксонов серых и темно-серых почв, развивающихся в природно-антропогенных ландшафтах, и установить объективные критерии их обособления и диагностики.

3. Нахождение в составе почвенного покрова Волжско-Камской лесостепи реальных представителей типов, соответствующих виртуальным образам серых и темно-серых почв, описание их облика, состава и свойств с дальнейшим использованием в качестве эталонных объектов.

4. Использование численных методов для подтверждения предлагаемых критериев разделения естественных и антропогенно преобразованных серых и темно-серых почв типового уровня в соответствии с классификационной схемой 2004 года и подтипового уровня по классификации 1977 года.



Научная новизна. На базе собственных исследований, обобщения фондовых и литературных данных предложены объективные критерии диагностики серых и темно-серых почв Волжско-Камской лесостепи. Показано, что в пределах диапазона, задаваемого широтной климатической средой, ведущую роль в дифференциации почв играют литологические особенности почвообразующих пород, главным образом их гранулометрический состав и положении почв в рельефе.

Впервые построены функции, определяющие таксономическое положение естественных и антропогенно-преобразованных серых лесостепных почв применительно к классификационным системам 1977 и 2004 годов, которые могут использоваться в исследовательских работах.

Показано, что удаление органического вещества из подготовленных к анализу образцов почв уменьшает содержание физической глины на 3 - 6%. Подготовка образца почв для гранулометрического анализа с использованием стандартной методики, применительно к серым лесным почвам Волжско-Камской лесостепи, не приводит к полному разрушению микроагрегатов размером 0,005-0,001 мм. После удаления органического вещества и карбонатов микроагрегаты распадаются, а продукты их распада пополняют илистую компоненту.

Теоретическая и практическая значимость работы. Представляемые результаты исследований обобщают и дополняют существующие представления о свойствах серых лесных почв. Предложенные критерии обособления серых лесостепных почв могут быть использованы для изучения и систематики почв, решения практических задач землепользования, создания региональной почвенной базы и проектах экологической оптимизации территории.

Защищаемые положения.

1. Использование числовых методов классификации статистически обосновано и позволяет выделить критерии диагностики почв, согласно классификации 2004 и 1977 года.

2. Диагностика серых и темно-серых почв Волжско-Камской лесостепи может быть основана на содержании фракции физической глины в гумусовом горизонте и относительной доли ила в её составе, а также с помощью функций классификации.

Вклад автора. Автор принимал участие в поиске архивных данных естественных серых лесных почв, разработке маршрутов, организации и практическом осуществлении экспедиций по исследованию серых лесостепных почв. Результаты, составляющие содержание диссертации, получены автором самостоятельно. Он также лично проводил экспериментальные исследования, обрабатывал, интерпретировал и обобщал полученные результаты.

Научному руководителю принадлежит разработка концепции решаемой проблемы и постановка задач исследования.



Апробация работы. Материалы диссертации представлялись на Международной научной конференции «Ресурсный потенциал почв – основа продовольственной и экологической безопасности России» (Санкт-Петербург, 2011); на Международной научной конференции посвященной 85-летию М.Г. Танзыбаева «Почвы Хакасии, их использование и охрана» (Абакан, 2012); на Всероссийской с международным участием научной конференции «Почвы России: современное состояние, перспективы изучения и использования» (Петрозаводск – Москва, 2012); на VI Всероссийской научно-практической конференции «Аграрная наука в XXI веке: проблемы и перспективы» (Саратов,2012); на итоговых конференциях К(П)ФУ (Казань, 2011, 2012); на Всероссийской научно-практической конференции «Повышение конкурентоспособности АПК в условиях инновационного развития» (Казань, 2012), на Всероссийской научной конференции «Почва как базовый компонент наземных экосистем» (Новосибирск, 2013); на Международной научной конференции «Наследие И.В. Тюрина в современных исследованиях в почвоведении» (Казань, 2013).

Публикации результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 14 работ из них 2 в реферируемых журналах.



Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 136 страниц состоит из введения, 7 глав и выводов. Список литературы включает 197 источника, в том числе 38 иностранных. Работа включает 41 рисунка, 19 таблиц и 4 приложений.

Благодарности. Выражаю глубокую благодарность научному руководителю д.б.н., профессору Г.Ф. Копосову за советы и помощь в написании работы. Выражаю искреннюю благодарность к.б.н. н.с. Института проблем экологии и недропользования АН РТ А.Б. Александровой за предоставление архивных данных пахотных серых лесных почв кадастрового центра «Земля», постоянную поддержку и помощь в написании работы. Н.М. Матвеевой за помощь в проведении полевых исследований, советы и рекомендации. Автор благодарит сотрудников кафедры почвоведения К(П)ФУ к.б.н. Б.Р. Григорьяна, д.б.н. профессора А.А. Шинкарева, к.б.н. К.Г. Гиниятуллина, к.б.н. Е.В. Смирнову за внимание, советы и замечания.

1. Обоснование образов таксонов серых и темно-серых почв

Путем обобщения фондовых материалов кафедры почвоведения КФУ (КГУ), данных опубликованных в открытой печати (Александрова 2012; Винокуров 1962; Газизуллин 1972, 2005; Захаров 1974, 2004, Тюрин 1935а; Иванова 1968; Шакиров 1982) и авторских данных был создан реестр данных из 118 разрезов серых лесных почв, систематизированных согласно классификации 1977. Обработка полученных данных статистическими методами реализовалась с использованием пакетов программ StatGraphics Plus, Statistica 8.0 и Excel 2007.

С целью сравнения подтиповых свойств серых лесных почв использовали критерий Стьюдента (для параметрических выборок) и критерий Уилкоксона (Манна-Уитни) (для непараметрических выборок), при вероятности 99%.

Классификационная структура серых лесных почв исследована апробированными методами численной классификации (Пак, 1974; Рожков, 1984, 1987, 1988, 1989, 2011, 2012; Копосов, 2004; Шишов, 1985; Duning, 1986; Gruijter, 1977; Rodrigues de Lima, 2008; Anderson, 1971; Moore, 1972). Для нахождения информативных показателей использовался метод главных компонент (ГК). Для описания совокупности серых лесных почв использовался дискриминантный анализ (ДА). После установления модели и получения дискриминантных функций (ДФ) строились функции классификации (ФК), рекомендуемые для классифицирования новых объектов. Каждая функция позволяет для каждого образца и для каждой совокупности вычислить его классификационный вес (КВ), который рекомендуется учитывать при отнесении вновь определяемых объектов в ту совокупность, для которой характерен наибольший КВ.


2. Морфологическая и физико-химическая характеристика почв

Путем обобщения данных морфологического строения серых лесных почв с использованием показателей статистики был разработан схематический профиль светло-серых, серых и темно-серых лесных почв Волжско-Камской лесостепи (рис.1).



Гумусовый горизонт светло-серых лесных почв светло-серого цвета, со слабо выраженной комковатой структурой, мощностью от 13 до 23 см. Для серых лесных характерен гумусовый горизонт серого цвета, комковатой структуры, мощностью от 10 до 23 см. Гумусово-аккумулятивный горизонт темно-серых почв достигает мощности 38 см и имеет зернисто-комковатую структуру.

«Оподзоленность» профиля проявляется в осветлении окраски самой нижней части гумусового горизонта (А1А2). В темно-серой лесной почве в нижней части гумусового горизонта оподзоленность может отсутствовать или проявляется в виде небольшой белесой присыпки при высыхании.

Переходный горизонт ВА2, мощностью от 16 до 22 см, характерен для всех светло-серых и серых лесных почв. Окраска его неоднородная, что обусловлено формированием налета по граням структурных отдельностей пылеватых и крупнопылеватых частиц кварца и полевых шпатов с хорошо отмытыми от пленок поверхностями. В темно-серых почвах горизонт АВ отличается темно-серой окраской, иногда при высыхании видна белесая присыпка.

Иллювиальные горизонты серых лесных почв желтовато-бурого или красновато-бурого цвета, ореховатой и призмовидно-ореховатой структуры, с белесой присыпкой, затеками гумуса и пленками окислов железа. В светло-серых и серых лесных на глубине 140 см сменяются материнской породой. На шлейфах, спускающихся в долины рек, на глубине 100-120 см могут подстилаться аллювиальными отложениями. Темно-серые почвы характеризуются среднемощным профилем с глубиной залегания нижней границы в среднем 112 см.

Мощность профиля светло-серых и серых лесных почв определяется положением в рельефе. На повышенных элементах рельефа и склонах доминирующих высот профиль почв отличается меньшей мощностью (от 110 до 120 см), что было показано в работах авторов (Урусевская, 1992; Винокуров, 1962; Газизуллин, 1995).

Гранулометрический состав. Характерная для серых лесных почв текстурная дифференциация профиля прежде всего определяется гранулометрическим составом (ГС) почвообразующих отложений, с которым связано закрепление органического вещества (ОВ) и создание наиболее благоприятной почвенной структуры (Качинский, 1965, Шеин, 2009, 2005, Кершенс 1992; Ванюшина, Травникова, 2003; Артемьева 2010). Следовательно, первым этапом анализа являлось исследование совокупности почв по ГС.

Содержание физической глины в гумусовом горизонте совокупности серых лесных почв изменяется от 20,3 до 66,2%, причем от 4,3 до 37,4 % её приходится на илистую фракцию (рис.1-I). Светло-серые почвы, в сравнении с другими подтипами, характеризуются неоднородностью в содержании мелкодисперсных частиц.

Низкие значения содержания физической глины (20-26%) наблюдаются в светло-серых лесных почвах (n=5) формирующиеся на перевеянных древнеаллювиальных отложениях рек Волги, Камы и их крупных притоков. Они достоверно отличаются от других представителей светло-серых лесных почв (n=29), сформированных на продуктах выветривания пермских и неогеновых мергелей, по содержанию физической глины (tст = 9,90 tкр = 2,88) и илистой фракции (р=0,016).

Серые лесные почвы формируются на отложениях с содержанием частиц <0,01мм 29-47%, и занимают промежуточное положение, перекрывая диапазон размещения мелкодисперсных частиц как светло-серых, так и темно-серых почв, причем отчетливо тяготея к светло-серым почвам.

Темно-серые лесные почвы обособляются в индивидуально группу. Для них свойственны наиболее высокие значения содержания физической глины (47-67%). Большее содержание глины способствует стабилизации и накоплению ОВ в почвах.

Иллювиальные горизонты по содержанию физической глины достоверно обособляются только в серых и темно-серых почвах (tст=3,13 tкр=2,67) (табл.1).

Таблица 1

Достоверность различия содержания физической глины и ила в горизонтах профиля серых лесных почв (значимые различия выделены жирным шрифтом)



Горизонт

Фракция <0,01мм

Фракция <0,001мм

Светло-серые

(n=34)


Серые

(n=25)


Темно-серые

(n=34)


Светло-серые

(n=34)


Серые

(n=25)


Темно-серые

(n=34)


А1

р=0,00

tст=5,17 tкр=2,66







tст=10,9 tкр=2,66

А1А2

tст=3,15 tкр=2,98

-

tст=1,66 tкр=3,05

-

ВА2

р=0,09




tст=2,38 tкр=2,72







tст=6,08 tкр=2,67




tст=4,44 tкр=2,69

В1

р=0,01




tст=1,02 tкр=2,70







tст=3,13 tкр=2,67




tст=2.52 tкр=2,68

В2

tст=2,52 tкр=2,74




tст=0,71 tкр=2,70







tст=3,03 tкр=2,70




tст=1,27 tкр=2,69

ВС

р=0,02




tст=0,66 tкр=2,74







р=0,13




tст=1,73 tкр=2,72

Содержание физической глины в почвообразующей породе от 32 до 73% (рис. 2-II). Достоверно обособляются только светло-серые и темно-серые почвы (р=0,001). Выявленное различие содержания илистой фракции в почвообразующих породах в разных подтипах статистически не значимо (р=0,326). Одной из возможных причин отсутствия значимых различий в содержании мелкодисперсных фракций в почвообразующей породе является вертикальная неоднородность пород пермской системы, которые представлены чередованием в вертикальном направлении известняков, мергелей, глин.

Зависимость результатов определения ГС почвы от способов подготовки образцов почв к анализу. Для определения вклада ОВ на результаты определения ГС почв исследован ГС серых лесных почв РТ методом седиментометрии. Пробоподготовка образцов осуществлялась согласно общепринятой методике в России (Шеин, Карпачевский, 2007) и по международному стандарту (ISO 11277), включающий удаление в образцах ОВ и карбонатов.

Первоначально были проанализированы только гумусовые горизонты серых лесных почв (от супесчаного до тяжелосуглинистого ГС). Удаление из этих образцов ОВ обеспечило снижение общего содержания физической глины на 3-6%. В состав физической глины входит фракция средней пыли, элементные частицы которой частично состоят из кварца и аморфной кремнекислоты. Известно, что они не способны формировать устойчивые связи с ОВ. Вследствие этого наиболее информативным показателем оказалась сумма фракций мелкой пыли и ила, в которых сосредоточивается основная часть ОВ почв. Поэтому удаление ОВ из анализируемого образца почвы наиболее рельефно отражается на относительном содержании элементных частиц, входящих во фракцию <0.005 мм (снижается на 2,7 – 3,9% в светло-серых и серых лесных и на 4,2 – 5,8% в темно-серых лесных почвах). Удаление ОВ из образцов не повлияла на результаты определения классификационной принадлежности исследованных почв.

В профильном распределении мелкодисперсных фракций, полученных путем сжигания ОВ, наибольшие изменения наблюдаются во фракции мелкой пыли и ила. В горизонтах после деструкции ОВ, где наблюдалось наибольшее уменьшение фракции мелкой пыли, содержание илистой фракции увеличивалось, по сравнению с традиционной пробоподготовкой. Подготовка образца почв для гранулометрического анализа с использованием стандартной методики не привело к полному разрушению микроагрегатов размером 0,005-0,001мм, которые после удаления ОВ и карбонатов распадаются, а продукты их распада пополняют илистую компоненту. В иллювиальной части профиля частицы меньшей размерности могут быть объединены полуторными оксидами, которые перемещаются из верхней части профиля и аккумулируются в текстурной части преимущественно в форме связанной с ОВ.

Физико-химические свойства. Подтиповое изменение некоторых физико-химичских свойств серых лесных почв представлено в таблице 2.

Таблица 2

Вариабельность физико-химических свойств горизонтов профиля серых лесных почв

Свойства

Светло-серые лесные

(n = 29)


Серые лесные

(n = 29)


Темно-серые лесные

(n = 34)


1

2

3

4

Горизонт А1*

Содержание физической глины, %

Содержание илистой фракции, %

рН водный


20,3-45,3

4,3-19,5


4,9-6,6

28,8-46,9

10,8-25,3

5,3-6,8


47,1-66,2

24,5-37,4

5,8-7,4


Продолжение таблицы 2

Содержание гумуса, %

Сумма обменных оснований, ммоль/100 г



2,20-3,98

6,7-20,0


4,26-7,58

20,4-35,0



6,17-11,7

30,1-55,1



Горизонт А1А2

Содержание физической глины, %

Содержание илистой фракции, %

рНводный

Содержание гумуса, %

Сумма обменных оснований, ммоль/100 г


13,3-39,7

4,8-12,2


5,2-5,5

0,39-2,07

2,2-16,0


33,1-41,5

5,7-18,3


5,3-5,9

1,23-3,80

10,7-18,7


41,6-49,4

29,8-31,8

6,6-7,0

3,7-4,2


30,0-33,1

Горизонт В1

Содержание физической глины, %

Содержание илистой фракции, %

рНводный

Содержание гумуса, %

Сумма обменных оснований, ммоль/100 г


33,6-58,7

22,5-45,8

4,5-5,9

0,17-0,92



8,0-28,7

41,4-61,2

20,0-45,0

4,7-5,9

0,3-1,6


16,4-35,5

47,2-76,8

30,3-49,3

5,4-7,3

0,7-3,0


23,7-42,2

Горизонт С

Содержание физической глины, %

Содержание илистой фракции, %

рНводный

Содержание гумуса, %

Сумма обменных оснований, ммоль/100 г


32,5-49,8

20,9-39,2

5,5-8,8

0,1-0,3


14,7-30,5

37,8-61,6

21,3-45,4

5,8-8,4

0,1-0,5


20,3-37,0

41,9-73,0

24,9-48,1

6,4-8,8

0,3-1,0


23,2-46,1




Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3




©dereksiz.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет