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

Достоверные различия в профильном изменении содержании гумуса, обменных оснований и рН водной вытяжки представлены в таблице 3.

Таблица 3

Достоверные различия в профильном распределении некоторых физико-химических свойств серых лесных почв (значимые различия выделены жирным шрифтом).

На первом этапе исследования классификационной структуры серых лесных почв (n=80) многомерными статистическими методами построили дендрограмму по 6 свойствам гумусового горизонта: мощность, содержание гумуса, обменных оснований, илистой фракции, физической глины, рН водной вытяжки. Дендрограмма рассчитывалась методом Варда с использованием Евклидового расстояния. На уровне сходства 80% выделились темно-серые почвы, тогда как в одну группу объединились гумусовые горизонты светло-серых и серых лесных почв, внутригрупповое сходство которых 60% (рис.3).

ГК1 сильно коррелирует со значениями содержания гумуса, физической глины, суммы обменных оснований и описывает 72% общей дисперсии признаков. Увеличение числа используемых признаков приводит к снижению дисперсии. ГК2 коррелирует с мощностью гумусового горизонта, описывая 17% дисперсии.

Разброс свойств гумусового горизонта серых лесных почв вдоль оси ГК представлен на рисунке 4. Основная часть серых лесных почв находится в положительной области факторной плоскости ГК1 ближе к светло-серым лесным. Они имеют близкое с ними морфологическое строение (рис.1), но отличаются количественной основой рассматриваемых признаков гумусового горизонта. Близкое расположение в отрицательной области с темно-серыми лесными почвами связано с формированием их на более тяжелых почвообразующих породах по сравнению с большинством представителей серых лесных почв. Характеризуются повышенным содержанием гумуса (7,03-7,80%) и обменных оснований (27-35 ммоль/100г). Основным препятствием к отнесению их в состав темно-серых лесных почв является малая мощность гор. А1 (от 14 до 18 см) и наличие гор. А1А2 с обильной белесой присыпкой.

Близость морфологического строения, дифференциации профиля, отсутствие статистических различий профильного распределения мелкодисперсных частиц, гумуса, значений рН, а также близкое расположение на факторной плоскости суммарной вариации почвенных свойств горизонта А1 показывает возможность объединения светло-серых и серых лесных почв в тип серые почвы и рассмотрения созданной совокупности в составе классификации 2004 г.

Путем обобщения данных морфологического строения профиля выделенных подтипов и статистической обработки нижних границ их горизонтов созданы виртуальные образы серых и темно-серых почв Волжско-Камской лесостепи (табл.4)

Таблица 4

Достоверные различия в гумусовом горизонте серых и темно-серых почв были обнаружены в содержании гумуса (р=9,47∙10^-12), обменных оснований (р=6,65∙10^-10), содержании илистой фракции (р=0,000), содержании физической глины (р=2.03∙10^-9), кислотности (t_ст=3,91 t_кр=2,63), а также мощности гумусового горизонта (р=0,000), мощности выщелоченной толщи (до горизонта С) (р=0.0035) и запаса гумуса в метровой толще (т/га) (t_ст=4,89 t_кр=2,98).

Для численной классификации гумусового горизонта серых лесных почв по классификации 1977 г. и 2004 г. использовался ДА. По классификации 1977 г. имеются две значимые ДФ. Первая ДФ ответственна за 86% дисперсии и коррелирует с содержанием гумуса (р=0,00), обменных оснований (р=0,00) и физической глины (р=0,02). Вторая ДФ определяет оставшиеся 14% дисперсии и коррелирует с мощностью гумусового горизонта (р=0,00). ФК имеют вид:

S₁ = -0,04х₁ + 0,64х₂ + 2,26х₃ + 1,00х₄ – 24,43

S₂ = 0,30х₁ + 0,75х₂ + 3,60х₃ + 0,75х₄ – 37,80

S₃ = 0,35х₁ + 0,90х₂ + 4,87х₃ + 1,42х₄ – 69,81

Результаты анализа ДФ по классификации 2004 года показывают уменьшение достоверных переменных, которые позволяют проводить дискриминацию между типами серых и темно-серых почв. Так как сравнение происходит между двумя типами, то имеется только одна ДФ, которая коррелирует с мощностью гумусового горизонта (р=0,00), содержанием гумуса (р=0,00) и физической глины (р=0.02), определяя 100% дисперсию. ФК имеют следующий вид:

S₄ = 1,02х₁ + 1,69х₂ + 0,49х₃ – 22,51

S₅ = 1,68х₁ + 3,13х₂ + 0,63х₃ – 52,87

Исследованный участок характеризуется близким к поверхности залеганием коренных пород пермской системы татарского яруса, состав которых представлен чередованием мергелей и известняков. Первый разрез был заложен в верхней части склона СВ экспозиции (абс. высота 171,0 м), паровое поле. Элювий пермских пород, свободный от обломков коренной карбонатной породы, обнаруживается на глубине от 40 см. Здесь на остаточных продуктах выветривания коренной породы формируется агротемногумусовая глинисто-иллювиированная почва (рис.5, разрез 1).

На вершине водораздела (абс. высота 182,4 м и 194,2 м), где мощность остаточных продуктов выветривания коренной породы превышает 80 см, развивается серая типичная насыщенная мелкая глубокоосветленная сильно выщелоченная тяжелосуглинистая почва на элювии пермских отложениях, представляемая на рисунке 5 разрезам 2 и 3.

В средней части заложенного ландшафтного профиля мощность продуктов выветривания пермских мергелей колеблется в пределах от 100 до 120 см, ниже которых залегают песчаные отложения, по-видимому, того же возраста. Здесь на абс. выс. 134,8 – 146 м формируются серые типичные насыщенные мелкие неглубокоосветленные сильно выщелоченные тяжелосуглинистые почвы (рис.5, разрезы 4, 5 и 6).

В нижней части ландшафтного профиля (абс. выс. 121,1 м) аккумулированы мощные толщи перемещенных продуктов выветривания верхнепермских мергелей. Этот уплощенный элемент самой краевой зоны водораздельной поверхности распахивается и на нем формируется агросерая насыщенная среднепахотная сильно выщелоченная тяжелосуглинистая на делювиальной глине представленная на рисунке 5 разрезом 7.

Строение профиля серых почв разрезов 2 и 6 изученного участка широколиственного леса отвечает распространенным в пределах исследуемого региона представителям серых почв. Гумусовые горизонты этих почв имеют приблизительно одинаковое содержание мелкодисперсных фракций.

Пространственное колебание современных условий формирования и облика серых почв, исследованного профиля, обусловлено топографическим фактором. Пониженные участки получают дополнительную влагу благодаря притоку ее сверху. Избыток влаги усиливает миграционные процессы (больший вынос мелкодисперсных фракций и оснований из профиля серых почв). В результате формируется гумусово-элювиальный горизонт, где наряду с ореховатой структурой появляются непрочно-плитчатые агрегаты (разрез 6).

Реальные и переходные представители виртуальных таксонов. Для поиска и выбора виртуального образа в естественных условиях были заложены 15 разрезов естественных почв. Используя виртуальный образ, в качестве типового стандарта, из всех заложенных разрезов были выбраны по одному представителю серых и темно-серых почв с наиболее сходным с виртуальным образом строением профиля (табл. 4).

Реальный представитель образа серых почв (разрез 12, рис. 6) расположен на территории Янтыковского лесного массива, в Лаишевском районе РТ (N55⁰36.938´; E49⁰37.481´, абс. высота 182 м). Залегание нижних границ горизонтов приближаются к значениям виртуального образа серой почвы (рис. 6, табл. 4).

Почва серая типичная насыщенная мелкая неглубокоосветленная сильно выщелоченная тяжелосуглинистая на элювии пермских отложений. Гумусовый горизонт характеризуется средним содержанием гумуса (4,96%) и повышенным содержанием обменных оснований (18,5 ммоль/100г). Реакция среды верхнего горизонта среднекислая. В текстурной части профиля реакция среды очень сильнокислая, в основном за счет обменного водорода (2,46 ммоль/100г) и алюминия (0,40 ммоль/100г). На глубине 40-60 см находится горизонт максимального содержания тонкодисперсных фракций. Кутаны по мере приближения к карбонатным материнским породам становятся темнее. Локальное вскипание в местах скопления карбонатов отмечается с глубины 107 см.

Профильное изменение содержания гумуса, обменных оснований и актуальной кислотности в реальном представителе совпадают со среднестатистическими величинами виртуального образа (рис. 7). Это позволяет сделать предположение, что наиболее близкое морфологическое строение профиля серой почвы к статистическому образу характеризуется свойствами, приближенными к его средним величинам.

Представитель образа темно-серой почвы (разрез 16) расположен на территории Билярского лесхоза Алексеевского района РТ (N 54⁰54.584´; Е 50⁰33.985´, абс. высота 175м) (рис. 8).

Почва типичная насыщенная средне мелкая средне выщелоченная тяжелосуглинистая на карбонатной глине. Иловато-крупнопылеватый тяжелосуглинистый гумусовый горизонт (23 см) обладает комковато-зернистой структурой, высоким содержанием гумуса (8,5 % в верхнем 15 см) и очень высоким содержанием обменных оснований (37,6 ммоль/100г). Реакция среды верхнего горизонта нейтральная, на глубине 40-80 см средне- и сильно кислая (5,6 - 5,3). В субэлювиальном горизонте (BEL) отмечается белесая присыпка. В нижней части профиля наблюдаются кутаны, которые по мере приближения к материнской породе становятся темнее. Локальное вскипание в местах скопления карбонатов отмечается с глубины 72 см.

Профильное изменение содержания гумуса в реальном представителе приближается к средним величинам рассматриваемого свойства в статистическом образе (рис. 9-1). Содержание обменных оснований и величина актуальной кислотности в гумусовом горизонте также сходны со средними значениями образа темно-серой почвы (рис. 9-2,3). В субэлювиальном и текстурном горизонте сумма обменных оснований и кислотность приближается к крайним лимитам типа темно-серых почв. Кислотность обусловлено в основном присутствием обменного водорода в ППК (0,26 ммоль/100г). Вероятно, источниками обменного водорода в темно-серой почве (разрез 16) служат органические кислоты, в серой почве (разрез 12) в основном органические кислоты. В горизонтах ВС и С данные свойства приближаются к среднестатистическим величинам.

Крайний представитель серой почвы (разрез 2.11), являющийся переходным к дерново-подзолистой почве, был описан в Лаишевском районе РТ на верхней террасе р. Волги (N 55⁰42.919´; Е 49⁰10.497´ абс. высота 85 м) (рис. 10-1). Почва серая типичная ненасыщенная мелкая глубокоосветленная сильно выщелоченная супесчаная на делювиальном суглинке подстилаемая аллювиальными отложениями. Почва характеризуется низким содержанием гумуса (2,8%), крупнопылевато-песчаным легкосуглинистым ГС и низким содержанием обменных оснований (9,5 ммоль/100г). рН верхних горизонтов слабокислая (6,5), нижних - очень сильнокислая (5,3 - 5,5).

На рисунке 10-2А,3А изображены минимальные и средние значения содержания гумуса и обменных оснований в виртуальном образе. Рассматриваемые свойства в профиле серой почвы (разрез 2.11) соответствуют с минимальными значениями эталона, что характеризует его как крайний представитель не только по морфологическому строению, а также и по свойствам (рис.10-2Б,3Б).

Крайний представитель темно-серой почвы (разрез 21) был описан на территории Тархановского лесхоза Тетюшского района РТ (N 54⁰40.918´; Е48⁰31.272´, абс. высота 123 м) (рис. 11-1). Почва темно-серая типичная насыщенная маломощная сильно выщелоченная тяжелосуглинистая на карбонатной глине. Характерной особенностью морфологического строения профиля является постепенный переход темно-серых тонов верхней части в желто-бурый тон нижней части профиля. Гумусовый горизонт (32 см) обладает хорошо выраженной мелкокомковато-зернистой структурой, иловато-крупнопылеватым ГС, высоким содержанием гумуса (9,8 %) и емкостью катионного обмена (64,7 ммоль/100г). На глубине 20-36 см содержание гумуса резко падает до 3,6 %.

На рисунке 11-2А,3А показаны средние и максимальные значения содержания гумуса и кислотности в виртуальном образе. Рассматриваемые свойства в профиле темно-серой почвы (рис. 11-2Б,3Б) близки к максимальным значениям статистического образа. Таким образом, морфологическое строение профиля находится во взаимосвязи с ГС и свойствами почв. Близкое строение профиля серой и темно-серой почвы к статистическому образу характеризуется свойствами, приближенными к среднестатистическим величинам эталонов.

На основании статистической обработки литературных и авторских данных серых и темно-серых почв Волжско-Камской лесостепи и их пахотных аналогов разработаны оптимизированные лимиты, предназначенные для научно–практических целей (таблица 5). Лимиты могут быть использованы при корректировке полевых материалов, систематизации и каталогизации сведений о почвенном покрове.

Таблица 5

Диапазоны отклонения от средних величин физико-химических свойств горизонтов профиля серых и темно-серых почв и их пахотных представителей.