Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Аддитивность усреднения свойств в почвенных образцах

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Аддитивность усреднения свойств в почвенных образцах"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В. ЛОМОНОСОВА

Факультет почвоведения

На правах рукописи

МИКОЛАЕВСКАЯ Екатерина Львовна

АДДИТИВНОСТЬ УСРЕДНЕНИЯ СВОЙСТВ В ПОЧВЕННЫХ ОБРАЗЦАХ

Специальность 03.00.27 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА - 1991

Рабата выполнена на кафедре общего земледелия факультета Почвоведения Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова

Научный руководитель: доктор биологических наук

Е.А.Дмитриев

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Ведущее учреждение: Институт почвоведения и фотосинтеза АН СССР, г.Пущино

на заседании специализированного совета КО 53.05.16; МГУ им. М.В.Ломоносова; 119899, ГСП, Москва, Ленинские горы, МП факультет Почвоведения, Ученый Совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета Почвоведения МГУ.

Автореферат разослан "22" 1991 г.

Учений секретарь специализированного

совета уУ/рт?-^^ г Г.В.Мотузова

В.А.Большаков

кандидат биологических наук

Е.В.Шеин

Защита состоится

Актуальность ^облеш. Аддитивность усреднения почвенных эйств в образцах принимается большинством исследователей как зиома. В то же время есть немногочисленные данные, «детельствующие о том, что совпадение результатов тематического и физического усредаения (путем смешивания эазцов) наблюдается не всегда. Целенаправленного исследования эй проблемы до ии пор не сделано, что мешает оценке как агодностк разных методов пробоотбора почв, так и правильности герпретации результатов анализов. Это и определяет гуалыюсть данной работы, тем более, что физическое редаение происходит практически -при проведении любых видов ализов, с которыми имеет дело экспериментальное почвоведение. Цель_раОота состояла в теоретическом и экспериментальном учении особенностей физического усреднения свойств в геенных образцах и оценке аддитивности такого усреднения. •' Основные задачи исследования <

1. Выявление принципиально аддитивных и неаддитивных назателей почвенных свойств на модельных смесях образцов.

2. рассмотрение возможных причин и механизмов неаддитивного рэднения свойств.

3. Анализ степени проявления обнаруженной неаддитивности на всретных почвенных объектах в разных природных зонах: при изучении профиля почв (внутри индивидуальных образцов из гатических горизонтов, С) при характеристике почвенного <рова (с использованием смешанных образцов).

Научная новизна.- Впервые подвергнуты систематическому учению закономерности физического усреднения широкого спектра ценных свойств. Для неаддитивно усредняющихся свойств усмотрены причины и механизмы возникновения неаддитЕНости.

Выявлены группы показателей, отличающиеся по аддитивности усреднения, и показаны возможные масштабы проявлю неаддитивности в конкретных природных условиях.

Практическая значимость. Выводы настоящей работы след

е '

учитывать при разработке методических основ обследова] почвенных объектов. Так, при анализе свойств поч) определенных нами как аддитивные, характер их физичесю Меднения может не приниматься во внимание/ Напротив, ; неаддитивных свойств влияние этого явления на резульи исследований должно быть рассмотрено в каждом конкретном слу отдельно. В частности результаты нашей работы свидетельствует нецелесообразности анализа рН^ в смешанных образцах с рш известкованных полей. Для определения более равномерно распределенных в пространстве признаков использование смешай образцов можно считать удовлетворительным.

Сопоставление данных, полученных при анализе индивидуалы и смешанных образцов признано неправомерным. При интерпретм результатов анализов неаддитивных свойств в любых почвэш образцах должен учитываться возможный эффэкт их физичесю усредвния.

Апробация. Материалы работы докладывались межфакультетской научно-практической , конфереш

"Продовольственная программа и проблемы охраны и рациональнс использования природных ресурсов" (Москва, 1985). Работа рассматривалась на заседании кафедры общего 39MЛ8дeJ факультета Почвоведения МГУ (1988 г.).

Публикации. Опубликовано 6 работ по теме диссертации.

Объем работы. Диссертация состоит из 8 разделов (введет Б глав, заключение, выводы) и приложений, содержит /¿V стра*

ютного текста, . Ь рисунков, гературы из наименований.

^^ таблиц и список

Содержание работы И9Хченндсть_ПЕо0леш_адативндсти

Аддитивность-это свойство величин, состоящее в том, что 1Ч6НИ9 величины, соответствующее целому объекту, равно сумме шчин, соответствующих его частям, каким бы образом не был ¡бит объект.

В литературе деления почвенных показателей на аддитивные и аддитивные не приводится. Анализ работ, касающихся проблемы адитивности (Дмитриев,1967, Ежов и др.,1975, Кураев,1979, сег et а1.,1981 и др.), показывает, что их авторы расходятся мнениях на аддитивность одних и тех же свойств. Происходит ), видимо, из-за разнокачественное™ объектов исследований, »дичащихся возможностью реализация неаддитивности при разной тени' отличия смешиваемых образцов по изучаемым свойствам, мины выявляющейся все ка в некоторых случаях неаддитивности ;уждаются .в литературе весьма скупо.

Теоретические____аспекты____проявления____активности_____и

неаддитивности при физическом усреднении Характер физического усреднения показателей свойств зависит, >аде всего, от природы анализируемого показателя. ДляТ "валовых" свойств физическое усреднение должно бить швалентно математическому, т.к.' никакие взаимовлияния ¡шиваемых разнородных почвенных проб не могут оказать ¡действия на результата анализа смеси (если метода анализа пены систематических ошибок).

Существенно отличнш от аддитивного макет,видимо, быть

характер физического усреднения показателей обменных сзойс почвы, особенно тех из них , для определения котор применяются методики с использованием однократной обработ почвы порцией раствора с высокой концентрацией вытеснягаце иона. Полнота вытеснения обменных ионов зависит в этом случа в частности, от характера анализируемого почвенного материала смесях могут установиться соотношения мезду компонентами ППК пропорциональные таковым в смешиваемых образцах (если образ имели разные ЕКО), что скажется на обменных свойствах смесей, макет привести к неаддитивности усреднения анализируем показателей обменных свойств почвы.

В значительно меньшей степени это касается метод определения обменных свойств, направленных на достижен полного и гарантированного вытеснения всего количества обменн катионов из ППН последовательной обработкой почвы многя порциями раствора-вытеснителя на фильтре.

Содержание катионов и анионов водной вытяжки из почвы так может иметь неаддитивный характер физического усреднения, т.: в системе почва-вода кроме процессов растворения происходят обменные процессы, изменяющиеся при смешивании разнородно почвенного материала.

Аналогичными в какой-то степени количеству водорастворим; веществ можно считать и многие агрохимические и друг: почвенные показатели, при определении которых не учитывают конкретные формы элемента, извлекаемые данным реактивом 1 почвы. Это подвижные р и к, Уе и Кп в сернокислой вытяжке и д При их анализе в смешанных образцах могут происходить различи; обменные и другие процессы, активизирующие выход определены ионов в раствор или, наоборот, закрепление других

неподвижном состоянии.

Показатели типа рХ. где X - активность каких-либо ионов в почвенных суспензиях или вытяжках, представляют собой -1аХ, что само по себо исключает возможность аддитивного их усреднения при смешивании образцов почвы. Можно предположить, что при физическом усреднении в образце должен установиться рХ, соответствующий среднему арифметическому значению X, а не средний рХ„ Кроме того на результаты анализа рХ будут оказывать влияние отмеченные выше для ионов ППК и водорастворимых соединений факторы.

Особое место среди показателей, используемых для характеристики почв, занимают так называемые "отношения", т.е. показатели, оценивающие количество одного вещества или элемента в зависимости от количества другого. По чисто математическим причинам аддитивность относительных показателей при физическом усреднении образцов почвы ожидать маловероятно, т.к. аддитивными могут быть лишь функции, представляющие собой линейные комбинации измеренных признаков, а отношения таковыми обычно не являются. В смешанном образце устанавливается значение, равное отношению средних значений числителя и знаменателя (при условии аддитивности усредняемых показателей), в общем случае не совпадающее с их средним отношением.

Если единственной характеристикой объекта является смешанный образец, то отношение средних, определяемое в ном, можно считать свойством, изучаемого объекта как единого целого. В случае, когда объект рассматривается как совокупность единичных частей, равных по объему индивидуальным образцам, речь может идти именно об усреднении самих отношений, как характеризующих

в данном исследовании объект показателей. Отмеченное несовпадение отношения средних и среднего отношения показателей ведет 1С принципиально различной интерпретации значений относительных показателей умешанных образцов (отношения средних) и вычисленных из индивидуальных образцов средних отношений.

Техника проботбора и аддитивность усреднения

Ввиду неисследованности вопроса об аддитивности физического усреднения свойств почвы (сознательного или неосознанного допущения аддитивности усреднения в качестве аксиомы) многие из имеющихся на сегодняшний день методических рекомендаций по отбору почвенных образцов отсылают исследователя к работе со смешанными образцами. В то ке время отметим, что физическое усреднение объемов почвы происходит при отборе любых образцов.

0бъекты_и_метода_исслейоващ1я

С целью принципиального разделения свойств на аддитивно и неаддитивно усредняющиеся были использованы обычно не встречающиеся на практике смеси контрастного почвенного материала из генетических горизонтов почв различных типов (торфянисто-глеевой, дерново-подзолистой, черноземной почв, солоди и солонца). Более четкая картина усреднения достигалась попарным смешиванием образцов.

Для изучения проявления физической неаддитивности при опробовании реальных почвенных объектов свойства подзолистых (Коми АССР), дерново-подзолистых (АБС "Чашниково", Моск. обл.), обыкновенных черноземов (Днепропетровская обл.) и почв солонцового комплекса полупустыни (Джаныбек, Казахская ССР) были рассмотрены в двух аспектах:

I. Анализ смешанных образцов, составленных из проб,

изучаемого участка (1-3 га) или с поверхности буром для отбора образцов на объемный вес (100 см3) на целинных почвах (10-20 индивидуальных проб составляли I смешанный образец).

2. Изучение усреднения свойств внутри образцов, отбираемых, обычно из генетических горизонтов почв. Для этого из почвешшх разрезов ртбирали образцы по следующей схеме. Образцы, представляющие собой кубики с длиной ребра 2,5 см, составляли вертикальную колонку шириной 12,5 см (5 индивидуальных образцов в ряд) и переменной высотой (в зависимости от глубин залегшгия и мощностей обследуемых горизонтов). Из пяти образцов каздого ряда были приготовлены смеси, которые в свою очередь использовались для смешивания с целью им-'итации формирования образцов, характеризующих генетические горизонты.

В образцах по стандартным методикам определялись рн ,

pHKcL, гидролитическая кислотность нр, сумма обменных оснований S, степень насыщенности основаниями Y, содержание обменных катионов (Са, Mg, К, На), емкость катионного обмена (ЕКО), содержание Р и К по Кирсанову, содержание II-NH), содержание органического с, содержание общего N, атомноз отношение C/N, содержание гуминовых и фульвокислот, показатель Сгк/Сф4» состав катионов водной вытякки, содержание Ре(II) и Fe(lII), извлекаемого о,1н H2S04, содержание Ро ■ и Мп в 1н H S04-вытяжке, количество ОаС0з, величина удельной поверхности по Кутилеку, влажность По аналитическим ошибкам рассчитаны величины наименьших существенных различий (ПОР) для всех свойств (Табл. I).

глубину пахотного слоя по площади

tl о г

Таблица I. Значения КСР изученных показателей (а=0,05%) |-:-1-1-1-1

Показатель КСР Интервал значений Единица измэр

рн 0,20 3,52-8,88 ед.рн

2,65 0,17-6,50 | МГ/100Г' |

н 0,47 0,30-12,69 МГ-ЭКВ/ЮОГ 1

"общ 0,18 0,10-0,41 %

1,55 3,0-25,8 МГ-ЭКВ/100Г ;

Са'обм 0,68 4,74-23,0

Р по Кирсанову К по Кирсанову Ре(II) Ре(Ш) 0,20 2,36 0,84 3,14 28,0 . 0,0-2,7 0,6-22,3 1,9-21,6 2,5-18,3 68,3-804,7 МГ/100Г

| Ре в 1Н Н БО | 90 | 180-480 | 1

41 Мп Общ. С ^гк 1 ,2 0,21 0,2б 3,9-15,6 0,17-2,72 0,02-0,47 %

СФ$ ^водн 1 ^одн Влажность Уд.поверхность С/П V Сгк/Сфк | Ре/Мп 0,11 0,01-0,32 1

0,41 0,4-10,9 МГ/100Г I

0,57 И .8 ■ 24 1,2 0,1 1 ,0 6,8 1 ,0-19,4 8,7-22,8 16-109 23,3 31,4-99,0 0,4-2,0 4,5-41,3 ' . к фГ % 1

* Для отмеченных свойств в некоторых пробах наблюдались значительно превышающие указанные в таблице концентрации, в связи с чем сильно возрастали аналитические ошибки и величины ГОР. В основном это отмечалось для оторфовашых или засоленных горизонтов.

. Мерой аддитивности усреднения признаков была принята величина АХ, которая вычислялась как ДХ=[Х]-(Х), где [X] -значение признака в смешанном образце, (х) - вычисленное из результатов анализов индивидуальных образцов значение. Т.о. величина может быть положительной и отрицательной. Если значение, получаемое' при математическом усреднении данных, соответствующих индивидуальным образцам, можно

вычислить двумя способами (так бывает для рН и отношений), то ДХ1=[Х)-(Х)1, а ЛХг=[Х]-(Х)2, где (Х)Г всегда среднее арифметичесое из значений, полученных для индивидуальных образцов. Техника вычисления (Х)2 приведена при обсуждении конкретных данных.

Совокупности усредненных физически и математически значений сравнивались между собой с использованием критерия знаков, т.е. оценивалась однонаправленность отличий.

Закономерности усреднения изученных свойств

I. рНн ^ и рНкс1. Опыты с-модельными смесями показали, что и

рнн 0 и рНкс1 в общем случав усредняются в смешанных образцах 2 ~

неаддитивно (ДрН^ изменялись от +0,92 до - 1,32 для рНн о и от

2

+1.57 ДО -1.38 для РНКС1) (Табл.2.).

Таблица 2. Усреднение рНкс1 в модельных смесях и значения удельной поверхности (б) в смешиваемых образцах

г -1-1-1-1-1-г-1

| жи | - рн, I рН2 I ДрН, Дрн2 I | |

I 6,68 5.73 +0,18 +0.41 49 45

2 5,73 4.28 +0.29 +0.73 45 16

3 5,73 3.60 -0.56 +0,21 45 90

4 6,68 3.52 -1.38 -0,10 49 316

5 6.68 4.28 +0.99 +1.89 49 16

6 6,68 3.79 +0.56 +1.76 49 29

7 6.68 3.60 -0.34 +0,90 49 90

8 4.28 3.52 -0.35 -0,20 16 316

9 3.79 3,52 -0,16 -0,13 29 316

10 4.28 3.60 -0,17 -0,05 16 90

II 3.79 3,60 -0,02 0 29 90

12 7.17 3,52 -1.19 +0,34 109 316

13 7И7 3,79 +1,57 +2,96 109 29

14 7.53 7,17 -0,03 +0,01 87 109

15 7.26 7И7 0 +0,01 96 109 •

Величина рН смеЪи была обычно сдвинута в сторону рН проб с Золее высокой удельной поверхностью, являющейся в какой-то степени отражением буферное™ образца. Рассчитанные 'для

модельных смесей уравнения связи между Др^ и разницами в

значениях рН и удельных поверхностей в паре смешиваемых

образцов (х=рН1-рН2, имеют вид: ДрН4=о,0019хи для

рнкс1 (г=0,88) и Др^¿0,0011^2 для рН(1 О.(г=0,75). Укажем, что

2

предлагаемая модель не может быть использована в случаях, когда

буфорность в значительной мере определяется наличием в образцах

трудаорастворимых веществ (извести и т.п.).

В проведенных в четырех почвенных зонах исследованиях по

усреднению рН в составленных из 16-20 индивидуальных проб

смешанных образцах выявились аналогичные . описанным выше

'закономерности. Однако так как варьирование рНн в

2 '

индивидуальных образцах, взятых по площади изучаемого участка,

выражено значительно слабее, чем варьирование рНкс1 в тех ке

образцах, то измеренные в смешанных образцах [рНн о] более

2

часто совпадают с рассчитанными из индивидуальных проб

значениями (рНн ) по' сравнению с совпадениями [рНкс1] и 2

(РНкс1). Особо отметши, что для подзолистых почв основной причиной неоднородности полей по рН является известкование. На известкованных почвах 1рНкс1], измеренные в смешанных образцах, чаще всего бывают выше, чем рассчитанные по индивидуальным образцам значения, что может , явиться причиной занижения потребности почв в повторном известковании при анализе смешанных образцов.

Математический смысл рН=1§ан* заставляет обратиться и анализу усреднения активностей н+ при смешивании образцов. Значения ДрН2=[рН]-(-1§ан<-), где ан» - средняя активность ионое водорода смешиваемых образцов, указывают на отсутствие аддитивности физического усреднения ан+. Отрицательные ЛрН.

становятся меньше по абсолютной величине, чем соответствувдие

ApHt, а положительные, наоборот, больше, т.к. в случае

усреднения активностей вычисленный из индивидуальных образцов •

-lgaH+ будет меньше, чем соответствующий (рН). В некоторых

случаях отрицательные ApHt даже меняются на положительные ¿pH2 (Табл. 2).

2. Гидролитическая кислотность Шг). Модельные смешивания проб разного почвенного ' материала указывают на наличие неаддитивности физического усреднения нг. Уравнешш зависимости днг от разницы между величинами гидролитической кислотности (х=Нр1-НГ2) и удельной поверхности (s^-sj в смешиваемых образцах имеет вид ¿Hr=0,232'IQ~2zz (г=0,70).

Обнаруженное при анализа реальных смешанных образцов ранее известкованной дерново-подзолистой почвы наличие относительно редких статистически значимых отличий [Нг] смешанных образцов от рассчитанных из индивидуальных проб значений позволяет все ке говорить, что совокупности измеренных в смешанных образцах и рассчитанных из индивидуальных проб значений нр отличны друг от друга с уровнем значимости а=1% (по критерию знаков).

3. Сумма обменннх_основшшй (S) в большинстве случаев усредняется неаддитивно. В модальных опытах все статистически значимые AS кроме одного оказались отрицательными (А изменялись от -5,3 до +1,7 мг-экв/100г при Q смешиваемых проб от 3,0 до 25,4 мг-экв/ТООг). Выявить какие-либо достоверные закономерности для степени проявления неаддитивности в зависимости от природы смешиваемых образцов но удалось. По-видимому, в данном случае имейт значение не только различия в величшшх S исходных образцов, но и разницы в соотношениях между нг и в в них. Например, максимальные iasj onpü должна, для.

смесей А0А1(НГ/З=а,50) с Ап (Нг/Б=0,07) и А2§( 1^/3=2,19) с АП(НГ/3=0,07) - Д3=5,3 и 4.1, соответственно.

Отобранные по площади полей индивидуальные пробы оказались, видимо, более близкими по св'оей природе, чем используемые в модельных смесях образцы, и |ДЗ| в смесях из них достаточно редко превышали НСР.

4. Суша обменных_катионов зависящая одновременно от нг и Б, в наших модельных опытах так же как и составляющие ее величины была неаддитивна. Степень проявления неаддитивности |Д(нг+з)| может как возрастать, так и уменьшаться по сравнению с |ЛНГ| и |ДБ| в зависимости от знаков ЛНГ и ДБ.

Выявить достоверные отличия между совокупностями [(Нр+э)] смешанных образцов пахотного горизонта известкованной дерново-подзолистой почвы и рассчитанными из индивидуальных образцов средних значений ((Нр+Б)) не удалось, но на отдельных участках поля наблюдаются большие различия между [(Нр+Б)] и ((Нг+Б)).

5. Степень насыщешости_основаниями_(у) в смешанных образцах

должна соответствовать отношениям средних показателей БСр и

(Нл+з)„т., поэтому меньшие |ДУ| следует, вероятно, ожидать

1 ч* . Б

именно при вычислении в отличие от

Действительно, сумма |ЛУ2| по всем образцам

оказалась несколько меньше, чем сумма |ДУ2|. Однако полного совпадения измеренного и вычисленного У не происходит ни в модельных, ни в реальных смешанных образцах, т.к. числитель и знаменатель не являются строго аддитивными величинами (Табл. 3).

Таблица 3. Усреднение степени насыть .шостн основаниям! в модельных смесях (%)

тТТ Г Г | '

81,4 93.6 -о,а -2,3

81,4 59,1 +4,0 -0,7

47,1 81,4 +1,6 +5,3

66,7 93,6 -21 ,3 -18,2

59,1 93,6 +9,3 0,0

31,4 93.6 +7,6 -5.8

47,1 93.6 +5,6 +4,3

66,7 59.1 -27,2 -30,0

66,7 31.4 -3,3 -13,6

47,1 59.1 +3,4 +6,9

47,1 31,4 +4,2 +1 .2

6. Обменные_катионы^ в модельных смесях проб с низким и рмалышм содержанием обменных Са, Щ, № и К несоблюдения дитивности физического усреднения этих величин не наружено. Однако в смесях, в состав которых входят имеющие вышенное содержание Са образцы, наблюдаются случаи вчительного (в несколько раз), превышения НСР между меренными и рассчитанными показателями. В этих образцах либо были отмыты растворимые соли, либо вытеснение Са было эведено не до конца.

В смешанных образцах известкованной дерново-подзолистой чвы аддитивное усреднение обменного Са имеет место не всегда, эгда значения содержания Са в смешанных образцах значимо пичаются (обычно в большую сторону) от рассчитанных из дивидуальных проб значений .

Еще одним фактором, могущим привести к формальной аддитивности содержания обменных катионов, да и многих других эйств, является частое - пренебрежение на практике шолинейностью-используемых для взятия отсчетов шкал. Все упомянутые здесь причинны возможного несовпадения

измерении: и рассчитанных значений содержания обмен* катионов носят чисто методический характер и могут бь устранени. Однако нельзя забывать - и о возмош неаддитивности, связанной с природой определяв!, показателей, но являющихся валовыми.

7. Р и к по_Кирсанову^_ Данная методика опредЬюния Р и но предусматривает учета форм анализируемых элементов, чч теоретически может привести к неаддативнос физического уср-'эднения их содержания. Модель! смешивания не обнаружили статистически значимых отлич! измеренных от рассчитанных величин содержания р (А изменял! от -1,0 до -+2,0 мг/ЮОг при содержании р'в смешиваемых прос от 0,6 до 22,3 мг/ЮОг), что может быть следствием относител! высоких аналитических ошибок метода. В реальных смешаш образцах с полей, почвенный покров которых предст^ подзолистыми и дерново-подзолистыми почвами, значимое отли* встретилось лишь один раз при очень высокой дисперс содержания Р в индивидуальных образцах. В целом же совокупное измеренных и рассчитанных значений в наших опытах статистичес не отличимы друг от друга (Табл. 4.).

В отличие от АР в модельных смесях часто встречаю1] статистически значимые Дк, причем все они имеют положителы знаки (Л изменялись от -0,5 до +4.5 мг/ЮОг при содержании I смешиваемых пробах от 1,7 до 7,7 мг/ЮО г). В большие-] реальных смешанных образцов содержание К- было отлично рассчиташшх по индивидуальным пробам - значений. ДК были 1 положительными, так и отрицательными (Табл. 4).

Таблица 4. Усреднение г и К в смешанных образцах с нолей АБС "Чашниково" (мг-экв/ ±Ш г, в - дисперсия)

[Р] ЛР> ДР г 3 [К] (К) ДК г - . с I

18,4 17,2 +1,2 31.2 13.2 9,5 +3,7 5,8

12,3 16,2 -3,9 71 ,7 13,9 12,7 4-1 ,2 25,6

11,3 12,6 -1,3 46,2 14,9 12,3 +2.1 15', г

10,6 12,6 -2,0 56,2 14,1 12,9 И ,2 11.7

7,7 8,8 -0,1 2,4 13,4 14,6 -1,2 10,2

9,8 8,7 +1,1 4,7 33.6 30,1 +3,5 395,9

9,4 9,5 -0,1 5,7 13.5 17,3 -3,8 81,1

3,3 3,7 -0,4 4,7 6,6 9,5 -2,9 1,7

2,3 2,7 -0,4 1.6 8,6 8,0 +0,6 17,9

5,7 5,0 +0,7 7,5 16.7 12,1 +4,6 15,3

7,2 6,6 +0,6 12,7 14.3 16,3 -2,0 71,9

7,7 8,3 -0,6 61,6 9.8 7,9 +1 ,9 16,0

5,9 . 6,4 -0,5 8,4 3.9 4,5 -0,6 1.6

— - - 21,6 21,0 +0,6 1.3

8. Аммиачный азот Определение М-Ш4 было проведено пько в свежих образцах с участков известкованной рново-подзолистой почвы через месяц после внесения авральных' удобрений и навоза.При этом часто наблюдалось дативное усреднение и-Ш4, лишь в одном случае | Д?ы/Н41 звысила НСР ([И-Ш^] было гораздо ниже ,(ГНКН4)). Чрезвычайно лое содержание и-Ш4 не позволило оценить характер его реднения во многих образцах. В этих опытах ¿N-№1^ менялись от ,36 до +0,3 мг/ЮОг при значениях Ш-Ш4] от 0,01 до 6,50 /100 г.

9. ОрганиЧеский_углердд (С).. В большинстве модельных смесей С| не превышали НСР, как и следовало ожидать для валового казателя. Редкие смеси, в которых |ДС| были очень высокими, лючали, как правило, в свой состав образец оторфованного териала из торфянисто-глеевой почвы. Причинами несовпадения ] и (С) в этих случаях могут явиться трудности в смешивании неральных образцов с сильно оторфованным материалом и следующем отборе средней пробы. С другой стороны при таком

высоком содержании органического 0 как в оторфованном горизонте Л0А1 (30.39Ж) и, следовательно, в смесях этого образца с другими должна повыситься аналитическая ошибка, что, возможно, и приводило иногда к появлению еысоких |до|.

Таблица 5. Усреднение %0 и %м внутри горизонтов

дерново-подзолистой почвы под лесом

Горизонт Глубина, см [01 (0) АС [N1 Ш) АЫ

А! 5-15 2 ,15 2,66 +0,09 0,40 0,28 +0,12

А2 15-30(32) 0 ,62 0,60 +0,02 0,24 0,19 +0,05

А2В 30(32)-35 0 ,34 0,28 +0,06 0,18 0,18 0

В1 35-52 ' 0 ,31 0,24 +0,07 0,10 0,17 -0,07

В2 52-65(72) 0 ,41 0,26 +0,15 0,20 0,14 +0,06

ВС 65(72)-125 0 ,18 0,19 -0,01 0,29 0,10 +0,19

Аналогичные закономерности наблюдаются и для содержания с в образцах, отбраннцх по площади участков в четырех почвенных зонах, а также в образцах из генетических горизонтов подзолистой, дерново-подзолистой (Табл. 5), черноземной, каштановой почв, солонца и солоди.

Т.о. можно, по-видимому, считать содержание органического С аддитивным при физическом усреднении.,

10. Общий азот (Ы)^ В целом в модельных смесях и разре наблюдается аддитивное усреднение общего N. Наличие редких высоких | ЛИ| в смесях богатых органическим веществом образцов с минеральными вероятнее связать с возрастанием аналитической ошибки с ростом среднего содержания Ы, которое в оторфованном образце и его смесях превышает таковое в других образцах по меньшей мере на порядок.

11. Атомное отношение с/и. Приняв содержание органических о и N аддитивны™ показателями, мы вправе ожидать лучшего совпадения величин с/ы в смесях с отношением средних показателей с и И исходных образцов, что и подтверждается для модельных

leceft El Atc/N| =42,7>E|A2c/N 1=33,1, где A1G/N=[C/N]-(0/H), c/N=[c/N]-cCp/NCp. т.о. c/N нельзя считать аддитивно ¡редняицимся показателем.

12. Соаержание_гуминових_и_фульвокислот и показатель_сгк/0фк иты по усреднению процентных, содержаний сгк и СфК проводились лько на модельных смесях и показали их аддитивное усреднение сгк изменялись от -0,08 до +0,02% при . содержании сгк в вшиваемых пробах от 0,02 до 0,47%, AG^K изменялись от -0,07

=0,04% при содержании CjK от 0,01 до 0,32%).Последующий счет показателя Сгк/Сфк смесей и сравнение его с вычислешшми умя способами показателями выявили лучшее совпадет»

гк/Сфк' С Сгкор/СфКер- Чем с (Йгк/Сфк>

1Л1Сгк/СфК|>Е|^Сгк/СФк1)- ИТЭК' 0Г}ЮШ9Ш9 Сгк/Сфк эдует признать неаддитивным показателем.

13. ?е_и_Мп _в_1н Н2§04=вытяжкеЛ Обнаружено совпадение [Fe] (Fe) в модельных смесях и довольно редкие несоответствия

вдц [Ып] и (Мп), когда АМп положительны (AFe от -50 до +15 /100 г при содержании Fe в смешиваемых пробах от 150 до 410 /100 г, АМп изменялись от -0,7 до +7,2 мг/100 г ' при держании iín в смешиваемых образцах от 3,9 до 74,0 мг/100 г), эт факт, по-видимому, связан с тем обстоятельством, что вольно жесткая вытяжка препятствует проявлению каких-либо эимовлияний между смешиваемыми пробами , но все же эретически не исключает возможности проявления неаддитвности цержания Fe и Мп в каких-либо других случая^. В образцах из разреза подзолистой почвы наблюдалась полная цитивность при 'физическом усреднении содержания Fe и аддитивность усреднения содержания Мп. При этом [Мп] были Í4H0 выше (Мп).

- 1Ü -

Таблицы G. Усреднение Pe/íín в модельных смесях

Гй/Ипл | Pe/Mn2 | i I'

5,5 7.8 -0,5 -0,3

41,3 7,а -10,5 ' +1 ,0

39,0 7,а -8,6 -0,5

27,3 5,5 -11.4 -2,0

41.3 5,5 -14,8 +0,3

61,5 5,5 -25,5 -0,3

39,0 5,5 -12,3 +0,3

41.3 27,3 -4,4 -4,8

61,5 27,3 -6,1 -3,2

39,0 41,3 -2,3 -2,0

39,0 61,5 -ю,а -5,6

£7,3 5,9 -8,4 -0,7

61,5 . 5,9 -22,7 -0,8

6,1 5,9 -0,8 -0,8

4,5 5,9 +0,2 +0,3

Хорошей иллюстрацией несовпадения среднего отношения

отношения средних-, а также близости последнего к значе:

показателя и смешанном образце является сравнение с;

Л Pe/tín=[Pe/Un]-(Pe/Un) И Л Fe/to=4Fe/mj-Pe ^/Мп . £|ДРе/1 1 2 СР СР 1

для 15 недальних смесей равна 139,3, a £|>Fe/Mn| уменьшается 22,9 (Табл. 6).

14. Ре (11| и Seilllj. Огшты по изучению характ( усреднения Ре'* и Ре1'3, переходящих в 0,1н Н^о^-вытяжку, свежих образцах из прикопок подзолистой .почвы (Кош АС( показали, что в большинстве смешанных образцов содержание р и . Рй1а достоверно не отличается от рассчитанных индивидуальных образцов значений (за исключением несколы случаев). Однозначно определить характер зависимости величиш знака AiV* и Л Ре'3 от свойств смешиваемых образцов по нас данным не представляется возможным. Несовпадения [Ре] и О

^т быть результатом технических трудностей при емеиипшпш ких образцов, накладывающихся на теоретически возмогшую адитивность всех свойств, не являющихся валовыми.

15. Содержагаю^атионов в водндй_вытяжко._ Данные но >льным смесям указывают на неаддитивный характер усреднения К, Са и определенных из водной витякки. Однако в генных почвенных разрезах эта неаддитивность проявляется в жном при относительно более высоких абсолютных значениях ¡ржания к и Иа и высокой вариабельности этих значешгй в 13онт<э (например, в горизонте ВЗ солонца [На]= 50,7 мг/ЮОг, 0=46,7 мг/100 г при яг=212,2), в отличие от горизонтов с пкенным содержанием этих катионов и характеризующихся их !ым варьированием (например, для На в верхних горизонтах )ди, где его содержание было 0,3-1,3 мг/100 г и ДКа !лись от О до +0,1). Надо отметить, что при возрастании (лютных значений резко растет и аналитическая ошибка, что 1эт статистически незначимыми величины отличий содержания »растворимых К и № в засоленных горизонтах, [ри анализе образцов, отобранных по площади изучаемого ¡тка солонцового комплекса (Джаныбек) содержание На днялось неаддитивно лишь на целинных участках, где :ерсш его были максимальны. На участках-под лесополосой и гашне неаддитивности физического усреднения содержания Ка аблюдалось. Содержание же к было неаддитивным на всех кроме го участках (один из цедашшзс участков) (Т^Сл. 7).

Таблица 7. Усреднение- содержания водорастворимы! Na и к

смешанных образцах, отобранных по площади участк солонцового комплекса (мг/ЮОг) (Ц- целина, Л -лесополоса, П - пашня)

ш [На] (Na) ¿Na ** I [К] (К) ЬХ. I

1Ц 2Ц зл 4 П 5Л 6П 2,5 1.9 2,0 0,8 1.2 1,1 1,4 1.2 1.7 0,8 1,1 1,1 +1.1 +0,7 +0,3 0,0 +0,1 0,0 3,53 1.25 1,28 0,07 0,13 0,35 5.4 6,1 12,8 3,2 11.3 1.5 3,5 4,5 .10,5 1.2 10,6 1.4 +1,9 +1,6 +2,3 +2,0 +0,7 +0,1. 1.4 1.6 4.9 0,1 39,5 0,1

16. Содержание _карбоната_кальция^ Судя по результата! определения его. в образцах из карбонртно-иллювиальны: горизонтов обыкновенного чернозема и лиманной солоди содержани СаС0з не обнарушшает признаков нарушения аддитивности пр: физическом усреднении (содержание карбоната Са в смешиваемы, образцах до_ходило до 45,9%).

17. Удельная^поверрюсть (s)¿ Измерения удельной повархност: по Кутилеку в модельных смесях и смесях образцов по горизонта] изученных типов почв показали,, что в большинстве случае: физическое 'усреденеио этого • свойства совпадает 1 математическим. В модельных смесях |Asj превышали НОР всего дв раза, оба образца - смеси с оторфованшм материалом, имевду] очень высокую удельную поверхность.

18. Влажность (W). В связи с тем, что при вычислено! влажности почвы массу вода в образце относят к массе абсолют» сухой почвы в нем смешивание одинаковых навесок свежих образцо: разной влажности делает показатель w неаддативнш ([№]*(№)) Более близкими к [W] должны быть значения, рассчитантл

по следующей формуле: п и

+100

(*>.= —я- .

+100

где в числителе стоит суммарная масса влаги во всех индивидуальных образцах, а в знаменателе суммарная масса абсолютно сухой почвы. Однако ощутимое приближение (Я)г к [я] (по сравнению с ) наблюдается только в случае высокой дисперсии распределения влажности в индивидуальных образцах, что для обследованных участков было редким явлением. Например, на одном из участков дисперсия достигала 49,2 при значении влажности 'в смэианном образце 19,0%. В этом случае Д2=-1,0* становилось статистически незначимым в отличие от Л =-1,8Ж.

Особешости_усреет<шия_свойс^^

В индивидуальных образцах проявляются те же закономерности физического усреднения свойств, что и для смешанных образцов. Однако в случав индивидуальных образцов реализация этих закономерностей в значительной степени зависит от размера, формы образца, расположения элемента опробования относительно элементов пространственной организации свойств в почве, т.к. все эти факторы меняют статистические характеристики варьирования признаков в почве. В автореферате мы остановимся лишь на значениях кислотности в пахотном горизонте дерново-подзолистой почвы, как лучшей иллюстрации вышесказанного, опустив при этом рассмотрение некоторых других аддитивных и непддитивных свойств.

Были проанализированы рнкс1 . трех колонок пахотной дерново-подзолистой почвы (Бобразцов х Iобразец х Эобразцов),

охарактеризованных несколькими ■сериями разных по форме и

размеру ооразцов каждая (первичные образцы' - "кубики" с длиной

ребра 2,5 см; "горизонтальные" - образцы, приготовленные

смешиванием какдых пяти первичных, соседних по горизонтали;

"вертикальные" - образцы, смешанные по 8 штук за счет охвата

первичных соседних по ветшали). Распределения рН

"горизонтальных" образцов в общем сохраняли закономерности,

характерные .для распределений рН первичных индивидуальных

образцов, в отличие от распределений рН вертикальных образцов,

которые заметно сжимались, значения рН становились очень

однородными (Рис.). Т.е. вертикальная дифференциация пахотного

горизонта по кислотности явно превалирует над горизонтальной

изменчивостью. Медианы распределений рН смешанных образцов

заметно повышаются по сравнению с медианами первичных

кубических образцов, что происходит за счет неаддитивности

усреднения рН. ' . до;,

7,5

КОЛОНКИ

Рис. Квантили распределений рНкс1 в колонках из пахотного

горизонта (I - первичные образцы, 2 - "горизонтальные" образцы 3 - "вертикальные" образцы)

Таким образом, используя образцы разной формы и размера, мы

можем получить разную информацию о кислотности горизонта.

Выводы

1. Анализ характера физического усреднения большого спектра почвенных свойств позволил выделить аддитивные и неоддитивныо свойства. К аддитивным свойствам относятся содержание в почве органического углерода, общего азота, содержание гуминовнх и фульвокислот, содержание карбоната кальция, величина удельной поверхности.

Неадцитивными являются рНкс1, ,рНио. гидролитическая кислотность, сумма обменных оснований, суша обменных катионов, содержание калия в 0.2Н солянокислой вытяжке, содержание катионов в водной вытяжка, марганца в I н сернокислой вытяжке, показатели С/К, ^¡/^к' Ре/"". степень насыщенности основаниями, влажность.

2. Степень проявления неаддитивности указанных выше свойств меняется в зависимости от объекта опробования. Неаддитивность таких показателей как рНн о, э, Н^Э на изученных нами объектах (смешанных образцах пахотной дерново-подзолистой'почвы) вообще не проявлялась, а неаддитивность рНкс1 была максимальной для образцов, характеризующих участки известкованных почв. Содержание катионов водной вытяжки можно считать условно аддитивным для смесей образцов внутри морфологических горизонтов.

3. Несмотря на то, что отношения средних показателей и средние их отношения могут иметь разные значения, оба они имеют физический смысл и могут быть использованы для характеристики почвенных объектов. Однако интерпретация их должна быть различна, поскольку отношение средних (или значение, определяемое в смешанном образце) характеризует объект как

одшюо цело«, а среднее отношение - как совокупность единичных ого частой, равных по объему ' элементам опробования (анализируемым образцам).

4. Для неаддитивных почвенных свойств неправомерно сопоставлять между собой результаты, полученные при анализе индивидуальных и смешанных образцов.

5. Дли неаддитивно усредняющихся признаков, характеризующихся высокой неоднородностью в пределах малых пространств, сопоставление результатов, полученных при анализе образцов разного объема, следует осуществлять с большой осторожностью.

6. Измерений рнкс1 в смешанных образцах ранее известкованных почв нецелесообразно, т.к. в таких образцах значения рН, как правило, завышаются, а необходимость ' известкования преуменьшается.

7. При анализе - свойств, усредняющихся неаддитивно, нежелателен отбор проб (как индивидуальных, так и смешанных), отдельные части которых существенно различаются по гранулометрическому составу или содержанию органического вещества.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Усреднение рн в смешанных образцах на примере пахотной дерново-подзблистой почвы // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. - 1985. - М. - С.68-70.

2. Об аддитивности некоторых физико-химических показателей при смешивании индивидуальных проб дерново-подзолистой почвы // Биологические науки. - 1986. - *12. - С.88-91.

3. Микропестрота пахотного горизонта дерново-годзхолистой почвы по рн** // Твзисы докладов Всесоюзной конференции "Агропочвоведение и плодородие почв". - Ленинград., 1986. -

С.28-29.

4. Анализ данных по содержанию корбонитон в карбонатно-шшовиальном горизонте лиманной солоди // Почвоведение. - 1988. - Я67 - С.23-33 (в соавторстве).

5. Аддитивность усреднения рн в почвошшх образцах // Тезисы докладов VIII Всесоюзного съезда почвоведов. - Книга II. - С Л 27.

6. Усреднение значений рН в почвенных образцах // Биологические науки. - 1990. - Ж7. - С.147-152.