Динамика почвенных свойств в связи с возрастом сосняков

Карминов, Виктор Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Динамика почвенных свойств в связи с возрастом сосняков
ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Динамика почвенных свойств в связи с возрастом сосняков"

На правах рукописи

КАРМИНОВ Виктор Николаевич

ДИНАМИКА ПОЧВЕННЫХ СВОЙСТВ В СВЯЗИ С ВОЗРАСТОМ СОСНЯКОВ

Специальность

06.03.03 - Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними 03.00.27 - Почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва-2003

Работа выполнена в Московском государственном университете леса

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Рожков Вячеслав Александрович

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Обыденников Виктор Иванович

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Почвенного института им. В.В. Докучаева Шеремет Борис Васильевич

Ведущая организация:

Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева

Защита состоится "......"...........................2003 г.

в........ч........мин. на заседании диссертационного совета Д. 212.146.02

при Московском государственном университете леса по адресу: 141005, Московская область, Мытищи - 5, ул. 1-я Институтская, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета леса.

Автореферат разослан "......"...........................2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Набатов Н.М.

2.ооз-А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Почва - важнейший экологический фактор, определяющий существование леса. Она составляет неотъемлемую часть леса как биогеоценоза или экосистемы. Взаимодействуя с компонентами леса, влияя на них, почва сама находится под их постоянным воздействием. Лес, как фактор почвообразования, с возрастом претерпевает огромные изменения, что в свою очередь сказывается на почве, поэтому почвенные свойства являются динамическими не только в пространстве, но и во времени.

Несмотря на то, что почва является консервативным элементом лесного биогеоценоза, возрастные изменения растительности заметно изменяют её свойства. Движущей силой динамики свойств почв в ходе возрастных изменений насаждения является изменение структуры древостоя и связанных с ним природных условий экотопа.

Цели и задачи исследования. Установление общих закономерностей изменения свойств почв с возрастом насаждений на примере дерново-подзолистых почв сосновых лесов Подмосковья и сопряжённых с ним районов, а также определение с помощью математических методов качественной и количественной оценки этих изменений и построение математической модели связи почвенных и таксационных показателей.

Научная новизна. В результате проведенных исследований для условий Подмосковья и сопряженных с ним районов определены основные закономерности изменения важнейших почвенных свойств в процессе возрастного развития насаждения. С помощью многомерных статистических методов выявлены наиболее значимые почвенные показатели и установлены их количественные зависимости, связанные с ростом и развитием соснового биогеоценоза.

Практическая значимость работы. Почва - динамическая система, и, следовательно, для управления почвой нужно представлять ее в динамике, найти такие параметры, которые позволят измерять ее изменчивость во времени. Ключ к пониманию почвенных процессов в познании динамики почвенных свойств. Полученные материалы можно будет использовать при проведении работ по оценке земель, в частности при составлении земельного кадастра, и прогнозировании продуктивности лесных ресурсов. Результаты данной работы позволят создать систему обоснованных рекомендаций по улучшению состояния и производительности лесных экосистем.

На защиту выносятся.

1. Изменение основных свойств почвы в результате возрастного развития сосновых насаждений в Подмосковье и сопряжённых с ним районов.

2. Получение с помощью многомерных статистических методов системы информативных признаков (СИП), характеризующей изменения почвенных свойств с возрастом насаждения.

3. Получение количественных зависимостей в системе "лес-почва" и создание диагностической модели состояния почвенных свойств в зависимости от возраста насаждения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов МГУЛ (2001, 2002, 2003 гг.), и международных научных конференциях студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2001", "Ломоносов-2002" и "Ломоносов-2003".

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ.

Личный вклад. Автором выполнено научное обоснование, программа, методика работ, сбор полевых материалов, а также осуществлена обработка и анализ полученных результатов на ПЭВМ с использованием современных статистико-математических методов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 211 наименований (в том числе 11 на иностранных языках) и 5 приложений. Текстовая часть диссертации изложена на 110 страницах, содержит 15 таблиц и 23 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. ДИНАМИКА СВОЙСТВ ЛЕСНЫХ ПОЧВ

Почвам присуще непрерывное изменение их состава и свойств во времени, которое обусловлено постоянно идущим почвообразовательным процессом. Подобные взгляды разделяли В.В Докучаев, П.А. Костычев, Н.М. Сибирцев, П.С. Коссович, К.К. Гедройц, В.Р. Вильяме и многие другие выдающиеся почвоведы.

По мнению В.А. Ковды (1933) одним из важнейших основных положений почвоведения является "вечное развитие почв во времени и пространстве, движимое внутренними противоречиями процесса, в тесном взаимодействии с условиями географической обстановки". Одним из факторов такого развития почв является растительность и, в частности, возрастная динамика лесного покрова.

Л.О. Карпачевский (1981) полагает, что свойства почвы в значительной мере определяются растительностью, поселившейся здесь за последние 20 лет.

Соглашается с ним и Э.Ф. Ведрова (1980): "Формирование почвы внутри парцеллы определяется её биологическим компонентом, а значит, в течение жизни дерева можно ожидать заметных изменений свойств почвы".

Для лесных почв всегда характерна гетерохронность образования верхних и нижних горизонтов, причем верхняя часть профиля отражает воздействие современного ценоза, т.е. является носителем ценогенетических свойств (Раменский, 1938).

Биогеоценологический подход к лесам и лесным почвам позволяет увязать воедино их изменения, оценить взаимозависимость почвы и фитоценоза, построить прогностические модели поведения леса в разных условиях (Карпачевский, 1977,1981,1993,1995).

Изучение влияния лесной растительности на почву через исследование круговорота веществ в биогеоценозе используют Н.П. Ремезов и др. (1959), Родин, Базилевич (1965), Волков (1967), Морозова, Федорец (1992). Динамика круговорота азота и элементов зольного питания выражается в следующем: наибольшее удержание азота и элементов зольного питания происходит в насаждениях первых двух классов возраста, а наименьшее — в насаждениях V класса возраста.

Изменение в круговороте питательных веществ с возрастом насаждения сказывается на основных свойствах почвы. Л.С. Ковалёв и Р.П. Евсеева (1964) отмечают, что сосна первых трёх классов возраста в больших количествах потребляет N, К, Са и другие элементы питания, обедняя ими почву, что особенно заметно на супесчаных почвах.

По данным В.К. Куликовой (1968) в почвах более спелых древостоев увеличивается содержание кальция, калия и углерода, особенно в нижних подгоризонтах подстилки.

К.Л. Забелло (1968) отмечено наиболее низкое содержание калия и нитратного азота в почвах под насаждениями в стадии жердняка (0,6-1,8 мг на 100 г почвы).

Изменение рН почвы связывают с растворами, прошедшими сквозь полог растений и омывающими кору деревьев (Э.Ф. Ведрова, 1980).

В исследовании Н.В. Копыловой (1978) динамика питательных веществ в почве с возрастом насаждения представлена следующим образом: начиная с I класса возраста, содержание этих веществ уменьшается и достигает минимума в III-IV классе возраста, далее происходит постепенное повышение концентрации. Минимальное содержание питательных элементов в почве приходится на максимум его потребления -возраст количественной спелости.

Подвержены изменению и морфологические свойства почвы. В лесных биогеоценозах меняется мощность горизонтов Ai и Аг по мере

развития леса. Детальные оценки этих изменений позволяют заключить, что процессы оподзоливания в лесных биогеоценозах тайги, в том числе и южной, идут на протяжении всей жизни древостоя (Карпачевский, 1997).

По мнению О.Г. Чертова (1981), с возрастом древостоев происходит увеличение мощности и запасов подстилки (в дренированных условиях с 35 до 6-7 см), и незначительное снижение мощности горизонта А].

Наибольшей мощности подзолистый горизонт достигает под 85-летним насаждением (Холопова, 1972).

Под сосняками разного возраста различия в основном сводятся к изменению мощности и степени выраженности генетических горизонтов (Ковалёв, Евсеева 1964).

JI.O. Карпачевский и Ф.В. Карташов (1997) установили, что основные различия в морфологии состоят в незначительном увеличении мощностей горизонтов A]A2 и Аг от почв парцелл молодняка в сторону парцелл спелого леса. Горизонт А2 наибольшую выраженность по своим морфологическим признакам получает в почвах жердняка.

В.Д. Зеликов (1991) исследовал изменение физических свойств почв в возрастном ряду ельников зеленомошных. По его данным наименьшая величина десукции наблюдается в 18-летнем ельнике. С возрастом она постепенно увеличивается и достигает максимума в 50 лет. Величина суммарного испарения изменяется так же, как и десукция. Также был отмечен факт рыхления почвы корневыми системами деревьев, причём с возрастом и площадь и глубина разрыхляемого слоя увеличивается.

A.A. Молчанов (1954) исследуя зависимость гидрологических условий от возраста насаждений, обнаружил, что для сосновых насаждений максимумы транспирации и задержания влаги кронами деревьев наблюдаются в сорокалетнем возрасте, величина испаряемости с поверхности почвы постепенно увеличивается с возрастом насаждения.

Установлено заметное повышение водопроницаемости и водовместимости почв с возрастом (Рубцов, 1968; Блинцов, 1975).

B.А. Бганцовой (1991) показано, что плотность почв динамична во времени. Так, в сосняке лещиновом на дерново-подзолистой супесчаной почве плотность различалась под разными растениями.

Гранулометрический состав почв достаточно консервативен, поэтому не может быть существенной динамики гранулометрического состава ни в суточном, ни в сезонном, ни в многолетнем цикле (Карпачевский, 1997).

Таким образом, основные химические, морфологические и водно-физические свойства почвы, заметно изменяются в зависимости от роста растений, и эти изменения, как правило, имеют циклический характер. Гранулометрический состав, напротив, изменяется очень медленно, в основном, в результате геологических процессов, и его изменение имеет вид тренда.

Зависимость свойств почвы от возраста древостоя свидетельствуют о том, что почвенные свойства включая мощность горизонтов также ценогенетические. Приведенные данные подтверждают наличие связи между почвой и лесом, а также влияние леса на почву, вплоть до формирования горизонтов. Из всего вышесказанного следует, что в оценку почвы как природного тела, следует включать параметры, отражающие динамичность её свойств.

Все исследователи, говоря о влиянии отдельных древесных пород на почву или об изменении свойств почв в результате смены древесных пород, единодушны в том, что в любой почве происходит изменение таких признаков, которые характеризуют современное течение почвообразования, т. е. изменение кислотности, степени насыщенности основаниями, биогенного накопления некоторых зольных элементов, мощности генетических горизонтов. Однако при характеристике величины и направленности процессов почвообразования единого мнения нет. Также отмечается, что выявлению чётких и достоверных различий между почвами разных парцелл мешает высокая неоднородность, унаследованная от почвообразующей породы, от предыдущей почвы, и от современной ценогенетической структуры, играющей ведущую роль.

Таким образом, необходима комплексная оценка изменений основных свойств почв в зависимости от возраста насаждений, которая должна быть осуществлена с применением современного аппарата статистического анализа (Рожков, 1989, 1993).

Глава 2. ОБЪЕКТЫ, ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Настоящее исследование проводилось на двух объектах. Первый объект - Киржачское лесничество Киржачского лесхоза, находящееся в западной части Владимирской области и второй - Свердловское лесничество Щёлковского Учебно-Опытного лесхоза (ЩУОЛХ), расположенное в северо-восточной части Московской области.

Полевые исследования проводились в течение 2000-2003 гг. в максимально сжатые сроки, для исключения или, по возможности, уменьшения влияния на результаты исследований динамики почвенных свойств во время вегетационного периода.

Для достижения указанной цели и решения поставленных задач была намечена следующая программа исследований:

1. Исследовать основные морфологические, химические и водно-физические свойства почвы в возрастных рядах сосновых насаждений.

2. Установить основные закономерности изменения изученных свойств почв с возрастом сосновых насаждений.

3. Провести первичную статистическую обработку (расчёт основных статистических параметров и оценка достоверности) полученных экспериментальных данных.

4. Построить систему информативных признаков (СИП), наиболее полно отражающую возрастную динамику почвенных свойств и установить соответствующие функциональные зависимости в системе "лес-почва" (разработка статистической модели).

5. Осуществить группировку почвенных объектов возрастного ряда методами кластер-анализа и построить диагностическую модель состояния лесных почв в связи с возрастом насаждения. Выполнение данной программы основывалось на применении

стандартных и модифицированных методов сбора и обработки данных.

В специально подобранных участках леса закладывались пробные площади размером 50x50 м. На пробных площадях уточнялись тип леса (Сукачёв, Зонн, 1961) и основные таксационные показатели, используя высотомер ВН-1, мерную вилку, рулетку, призму Анучина.

Для изучения различных свойств почвы, соблюдая все правила и требования, закладывались разрезы, полуразрезы и прикопки, глубиной 1,82,0; 1,4-1,6 и 0,4-0,6 м соответственно. Все почвенные образцы отбирались по генетическим горизонтам. Отбор проб для определения плотности и влажности проводился с помощью стальных цилиндрических буров объёмом 100 см3 с 5-7-кратной повторностью для обеспечения необходимой (5 %) точности опыта.

Последовательность определения и основные формулы наиболее полно рассмотрены А.Ф. Вадюниной и З.А. Корчагиной (1986).

Из химических свойств почвы определялось содержание гумуса, рНсолевои и рНводныя. гидролитическая кислотность, обменная кислотность, поглощённые Са+~ и Mg++, подвижные Р, К, Na принятыми методами (Аринушкина, 1970) в модификациях и разработках Почвенного института им. В.В. Докучаева под руководством Кочетова А.И. и Топтыгиной В.И.

Статистическая обработка данных осуществлялась на ПК с применением корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализа, а также методов многомерного статистического анализа, таких как метод главных компонент, дискриминантный анализ, а также кластерный анализ, осуществляемый с помощью построения дендрограмм". Для этого применялся пакет прикладных программ TAXON (Рожков, 1989; Рожков В .А., Рожкова С.В., 1993), программа Statistica 6.0 (Боровиков В.П., Боровиков И.П., 1998; Боровиков, 2001; Боровиков, 2003), статистический пакет анализа в программе Excel MS Office 2000.

В процессе исследований было заложено 12 пробных площадей, 27 почвенных разрезов и полуразрезов, 107 почвенных прикопок. Из всех разрезов и дополнительно из отдельных прикопок отобрано 153 почвенные

пробы для химических анализов, 643 почвенные пробы для определения водно-физических свойств, 110 почвенных проб для определения гранулометрического состава.

Глава 3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ И ХАРАКТЕРИСТИКА НАСАЖДЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для изучения возрастной динамики почвенных свойств были подобраны пробные площади так, чтобы в пределах объекта исследования, они характеризовались максимально возможным сходством в рельефе и лесорастительных условиях, и отражали бы последовательные возрастные стадии развития насаждений (табл.1).

Таблица 1

Таксационная характеристика исследованных насаждений

№ пробной площади Лесхоз Лесничество № квартала ев г § во а Состав Тип леса Бонитет (по М М Орлову и В В Загрееву) Возраст, лет [класс возраста Высота, м Диаметр, см Полнота Запас, м3

1 01 22 в ЮС л/к сосняк брусничный I (29) 40 П 16,1 16,9 0,81 221,5

2.01 15 5 М 0 1 22 1 ЮС л/к сосняк брусничный I (29) 46 га 17,3 18,4 0,70 210,3

3.01 0 1 1 22 10 ЮС сосняк брусничный I (29) 75 IV 26,2 28,3 0,68 335,2

4.01 И & 22 7 ЮС сосняк брусничный I (29) 95 V 26,5 32,8 0,59 290,7

5 01 21 И ЮС сосняк брусничный I (29) 105 VI 28,4 36,1 0,58 310,2

6.01 X м 33 12 9С1Е+Б сосняк кисличный I (29) 140 VII 32,4 39,9 0,78 488,5

7.01 1 и 32 36 ЮС л/к сосняк кисличный I (29) 41 III 16,5 17,1 0,89 250,4

1.02 « ; 1 12 26 ЮС сосняк брусничный I (29) 52 III 19,2 20,0 0,79 270,8

2.02 5 1 1 О г £ 15 12 ЮС сосняк брусничный I (29) 75 IV 26,2 28,5 0,69 336,4

3.02 1' 17 13 ЮС сосняк брусничный I (29) 100 V 30,1 35,7 0,62 358,8

4.02 м 1« 32 12 9С1Е+Б сосняк кисличный I (29) 140 VII 32,4 39,9 0,78 488,5

5.02 а. * 8* о л О 32 12 9С1Е+Б сосняк кисличный I (29) 140 VII 32,4 39,9 0,78 488,5

Почвы первого объекта - Киржачского лесхоза представляют собой дерново-слабоподзолистые почвы, преимущественно супесчаные, образованные на песчаных флювиогляциальных отложениях. Основной отличительной особенностью данных почв является слабая выраженность проявлений подзолистого процесса, лишь на единичных профилях диагностировались подзолистые пятна или маломощные прерывистые подзолистые горизонты.

Другой характерной особенностью данных почв является лёгкий' механический состав, который обуславливает как слабую дифференциацию профиля на генетические горизонты, так и его бедность гумусом и элементами питания и низкую насыщенность основаниями (табл. 2).

Таблица 2

Основные химические свойства исследованных почв

Горизонт Границы горизонта, см Гумус, % рН Обменная кислотность по Соколову Гидролитическая кислотность Поглощённые основания Насыщенность основаниями, % Подвижные

Р205 к2о

Н20 КС1 АГ* Н* Са"

мг-экв/100 г почвы мг/ЮОгпочвы

разрез 2.2.02 (Киржачский лесхоз)

Ао 0-6 н.о. 4,08 3,10 6,00 5,00 98,000 38,100 4,570 30,33 3,09 62,780

А, 6-34 1,83 4,90 3,83 1,20 0,04 5,250 1,316 0,124 21,52 5,02 1,407

В 34-73 0,48 4,94 4,47 0,28 0,02 2,275 2,880 0,099 56,70 24,01 1,198

ВС 73-150 0,17 5,10 4,39 0,32 0,02 0,788 4,218 0,083 84,52 8,87 1,269

с 150-... 0,07 5,85 4,49 0,14 0,02 1,750 3,324 0,214 66,91 4,01 1,055

разрез 1.5.02 (ЩУОЛХ)

А» 0-6 н.о. 4,66 4,04 1,40 2,00 63,875 13,528 1,786 30,63 3,76 76,110

А, 6-21 5,39 4,39 3,50 3,98 0,06 16,188 3,486 0,363 7,70 3,24 5,855

Аг 21-49 1,36 4,68 3,56 3,00 0,30 8,138 2,674 0,336 6,02 0,96 3,345

а2 49-65 1,15 4,65 3,36 5,92 0,04 12,163 8,118 1,186 18,61 2,34 8,113

В 65-113 0,28 4,70 3,18 4,82 0,02 10,675 7,539 1,737 18,55 1,15 4,181

ВС 113-... 0,17 4,60 3,17 4,25 0,03 10,325 10,339 2,409 25,50 4,30 7,975

Примечание: "н.о." - показатель не определялся.

Почвы второго объекта - ЩУОЛХ - дерново-сильноподзолистые, большей частью среднесуглинистые, образовавшиеся на покровных суглинках и подстилаемые красно-бурой, каменистой, суглинистой мореной. Данные почвы являются типичными подзолистыми почвами, с достаточно чётко дифференцированным профилем и хорошо выраженным, мощным подзолистым горизонтом.

Почвы обоих объектов исследования характеризуются сильнокислой реакцией среды, что показывают значения рН водной и солевой вытяжек.

Кислая реакция среды отражается также в высоких значениях гидролитической и обменной кислотности, последняя выражена главным образом обменным алюминием, тогда как обменный водород присутствует в незначительных количествах. Эти почвы обладают низкой ёмкостью катионного обмена и ненасьпцены основаниями.

Однако, несмотря на высокую кислотность и ненасыщенность основаниями, почвы второго объекта, благодаря значительно большему присутствию в гранулометрическом составе фракций физической глины (30-34 %), по сравнению с почвами первого объекта (6-12 %), более обеспечены элементами питания, такими, как фосфор и калий, а также содержат большее количество гумуса.

Данные почвы обладают хорошими водно-физическими свойствами, так в почвах первого объекта плотность гумусовых горизонтов находится в пределах 1,1-1,2 г/см3, второго объекта- 0,9-1,1 г/см3.

В целом, изученные почвы благоприятствуют произрастанию сосновых насаждений высших классов бонитета.

Глава 4. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПОЧВЫ В ВОЗРАСТНОМ РЯДУ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ

Изменение морфологических свойств. Для характеристики почвенных свойств каждой пробной площади были использованы усреднённые показатели. На рис. 1 показано изменение мощностей

генетических горизонтов. Данный график построен по обобщённым данным двух исследованных возрастных рядов Киржачского лесхоза. Как видно из графика, мощность лесной подстилки -горизонта Ао, показывает тенденцию к увеличению с возрастом насаждения.

Увеличение мощности лесной подстилки с возрастом насаждения, вероятно, объясняется тем, что опад спелых и перестойных сосновых насаждений разлагается несколько медленнее, а также тем, что в таких насаждениях увеличивается присутствие елового подроста, хвоя которого разлагается более медленно, чем сосновая.

Изменение мощности горизонта А] может быть определено как постепенное возрастание до IV класса возраста, после чего наблюдается медленное её снижение у спелых и перестойных насаждений, что, по всей

25 20

„-15

I 10

А, А»

30 40 50 60 70 80 90 100 110 Возраст, лет

Рис. 1. Изменение мощностей генетических горизонтов Ао, А[ и В в возрастном ряду сосновых насаждений.

видимости, связано с уменьшением количества опада. Подобные тенденции в изменении морфологических свойств лесных почв с возрастом насаждения отмечает в своих исследованиях О.Г. Чертов (1981).

По второму объекту - Щёлковскому лесхозу отмечается увеличение мощности подзолистого горизонта при переходе от насаждений Ш класса возраста к насаждениям VII класса возраста, в среднем с 11 до 17 см. Этот факт согласуется с данными JI.O. Карпачевского (1997), который отмечает, что процесс оподзоливания идёт на протяжении всей жизни дерева и более тесно связан с возрастом дерева, чем с запасом биомассы.

Изменение водно-физических свойств. Плотность почвы является важнейшим показателем, определяющим водный, воздушный и тепловой

режим почвы. На основании средних значений плотности по генетическим горизонтам построен график, изображённый на рис. 2, также полученный при обобщении данных двух возрастных рядов Киржачского лесхоза. Для горизонта Ai наименьшие значения плотности были выявлены в насаждениях II и 1П класса возраста. Вероятно, это вызвано тем, что указанные насаждения создавались искусственно, и при их посадке имела механическая обработка

Й 1,2 £

1Д

1,0

А,

30 40 50 60 70 80 90 100 110 Возраст, лет

Рис. 2. Изменение плотности почвы в возрастном ряду сосновых насаждений.

Рассматривая изменение

плотности в горизонте А], отдельно для насаждений естественного происхождения, можно наблюдать тенденцию к уменьшению плотности с возрастом насаждения. Динамика плотности в горизонте В выражена довольно слабо. Для горизонта А] в почвах насаждений второго возрастного ряда Киржачского лесхоза дополнительно в 2003 году

место почвы.

15,0

14,0 ¿ 13,0

12,0

11,0

10,0

определены

были

влажности1, график которой приведён

Наибольшая

значения изменения на рис. 3. влажность гумусового

40 50 60 70 80 90 100 110 Возраст, лет

Рис. 3. Изменение влажности почвы в горизонте А1 в возрастном ряду сосновых насаждений.

1 Влажность определялась практически одновременно (в течение 2-3 часов) на всех пробных площадях.

горизонта (13,5 %) была обнаружена под насаждениями 100-летнего возраста, что возможно, связано с наибольшей мощностью подстилки в насаждениях этого возраста, и, как следствие, уменьшением испарения с поверхности почвы. Минимальное значение (10,9 %) было зафиксировано в горизонте А] у насаждений 75-летнего возраста. Аналогичное уменьшение плотности почвы, а также её водопроницаемости и водовместимости с возрастом насаждения отмечают в своих работах М.В. Рубцов (1968), И.К. Блинцов (1975).

Изменение химических свойств. Для описания динамики почвенных свойств в связи с возрастом насаждения, также как и в случае с морфологическими и водно-физическими свойствами, использовались обобщённые значения двух возрастных рядов Киржачского лесхоза. Графики изменения основных химических свойств представлены на рис. 4.

Основываясь на этих данных, мы можем сказать, что все виды почвенной кислотности характеризуются сходной динамикой. Чётко прослеживается положительная связь гидролитической и обменной кислотности с содержанием гумуса в горизонтах А] и В. Можно сказать, что для горизонта А] кислотность имеет тенденцию к увеличению с возрастом насаждения. Динамика кислотности горизонта В выражена менее ярко и смазана исходной кислотностью почвообразующей породы. Динамика кислотности горизонта Ао - лесной подстилки, подвержена резким колебаниям, вызванным, по всей видимости, её природной гетерогенностью. Содержание обменного кальция и магния показывает тенденцию к снижению с возрастом древостоя. Похожая динамика наблюдается у показателя степени насыщенности почв основаниями.

Изменение содержания гумуса в почвах насаждений возрастного ряда может быть описано параболой с точкой перегиба в насаждении 75 лет, где отмечается минимум его содержания. Так, в среднем, содержание гумуса с 2,6 % для насаждений 50 лет, уменьшается до 2 % для 75-летних насаждений, после чего вновь увеличивается практически до 3 % в 100 летнем насаждении. Для горизонта В изменение содержания гумуса имеет сходный характер, но выражено значительно слабее.

Хорошо заметна динамика подвижного калия, сходная с динамикой гумуса. Для гумусового горизонта А] выраженный минимум (в среднем около 1,5 мг на 100 г почвы) наблюдается в почвах насаждений 75-летнего возраста и совпадает с минимумом для горизонта В.

Содержание подвижной формы фосфора в горизонте А) почв возрастных рядов образует кривую, обратную распределению содержания подвижного калия и гумуса, т.е. в почвах насаждений 75-летнего возраста обоих возрастных рядов наблюдается наибольшее (в среднем около 8,5 мг на 100 г почвы) содержание подвижного фосфора.

3,5

г,5

# г £

£1,5

а,

- ... "

*. _ — — — -—'•в

Ю 40 50 60 70 80 90 100 НО

Возраст, лет

.......... а,

L. 8

f ¿ 10

ё 5

а,

30 40 50 60 70 80 90 100 110 Возраст, лет

А,

40 50 60 70 ео 90 100 НО 30 40 50 60 70 SO 90 100 110 Возраст, лет

5.7

26 £

л 5 -Í4

§3

а 2

«о

ао

а,

к ю

а.

Возраст, лет в

А, \

S 8

i 6 t-

Í4

1 2

О.

40 50 60 70 80 90 100 НО Возраст, лет

а,

30 40 50 60 70 ВО 90 100 110 Возраст, лет

i- г 8

Зн

а,

40 50 60 70 ВО 90 100 110 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Возраст, лет Возраст, лет

Рис. 4. Изменение основных химических свойств почв в возрастном ряду сосновых насаждений.

Гранулометрический состав исследованных почв. Как известно, не может наблюдаться существенной динамики гранулометрического состава ни в суточном, ни в сезонном, ни в многолетнем цикле, возможен лишь столетне-тысячелетний цикл (Карпачевский, 1997). Поэтому гранулометрический состав может рассматриваться как постоянное, статичное, а не динамическое свойство, но, разумеется, влияющее на динамику других свойств почвы. Таким образом, однородность механического состава исследованных почв может свидетельствовать о ? качестве подбора пробных площадей возрастного ряда.

Анализ гранулометрического состава гумусового горизонта А[. показал, что наибольшее варьирование наблюдается в соотношении , фракций песка крупного и мелкого. Заметные колебания отмечаются в

соотношении пыли средней и мелкой, но подобное варьирование в соотношении фракций происходит внутри групп фракций физического песка и физической глины. Соотношение между этими группами фракций остается примерно одинаковым у всех профилей.

Глава 5. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

Статистическая достоверность полученных результатов.

Морфометрические показатели исследованных почв, такие как мощности и глубины залегания генетических горизонтов почв являются очень важными показателями, характеризующими исследуемые почвы. Для морфометрических показателей большинства органогенных горизонтов показатель точности опыта находится в пределах 5-8 %, что позволяет нам считать полученные результаты удовлетворительными.

Проверка статистической значимости различий средних _ показателей при помощи (-критерия и дисперсионного анализа. Для

определения статистической значимости использовался (-критерий Стьюдента. Данный критерий является наиболее часто используемым для I обнаружения статистического различия между средними двух выборок.

Теоретически, (-критерий может применяться, даже если размеры выборок очень небольшие, и если переменные нормально распределены (внутри групп), а дисперсии наблюдений в группах не слишком различаются. Известно, что (-критерий устойчив к отклонениям от нормальности.

Применение данного критерия показало, что между большинством пробных площадей по средним значениям морфометрии органогенных горизонтов имеются статистически достоверные различия.

Для химических свойств наилучшие результаты применение (-теста дало для средних значений содержания подвижного фосфора, емкости поглощения катионов, рН солевой вытяжки и обменной кислотности.

Применение дисперсионного анализа также как и ^критерия, выявило |

наличие статистически достоверного влияния возраста насаждений на основные свойства почв.

Уравнения связи таксационных показателей насаждения с ,

почвенными свойствами. Для построения математических зависимостей между таксационными показателями исследованных насаждений и свойствами почв использовались линейные множественные регрессионные модели. Построение этих моделей осуществлялось последовательным включением в них лишь статистически достоверных коэффициентов с .

уровнем значимости 0,05.

Исходя из этого, в качестве зависимых переменных были выбраны такие показатели как запас насаждения в м3/га, характеризующий динамику -

биомассы и средняя высота древостоя, имеющая более тесную связь с возрастом насаждения.

Построение регрессионных уравнений проводилось как для каждого генетического горизонта в отдельности, так и для всего профиля.

В качестве зависимых переменных использовались:

■ мощность горизонта, см;

■ нижняя граница горизонта, см;

■ содержание гумуса, %;

■ рН водной вытяжки;

■ рН солевой вытяжки

■ обменный алюминий, мг-экв/100 г почвы; ,

■ обменный водород, мг-экв/100 г почвы;

■ обменная кислотность, мг-экв/100 г почвы;

■ гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г почвы;

■ обменный кальций, мг-экв/100 г почвы;

■ обменный магний, мг-экв/100 г почвы;

■ сумма поглощённых оснований, мг-экв/100 г почвы;

■ ёмкость поглощения, мг-экв/100 г почвы;

■ степень насыщенности почв основаниями, %; 4

■ подвижный калий (КгО), мг/100 г почвы;

■ подвижный натрий (На20), мг/100 г почвы;

■ подвижный фосфор (Р2О5), мг/100 г почвы;

■ плотность почвы, г/см3; ' I

Итого было использовано 18 свойств для четырёх горизонтов: Ао, А],

В и ВС.

Из-за недостатка места приводятся лишь уравнения связи таксационных показателей с комплексом почвенных свойств всего профиля. (

Уравнение связи запаса насаждения и комплекса почвенных свойств:

у = 579,358 + 0,213 • х, + 0,268 • х2 + 0,307 ■ + 0,101 • х4 - 3,469 • х} + + 3,407 -хб- 1,993 ■ х7 + 0,481 • х8 - 0,282 ■ х, - 0,213 • х,0 + 0,737 • х,„ где у - запас, м3;

XI - мощность А0, см; Х2 - мощность горизонта А] + А0, см; Хз - содержание гумуса в горизонте А|, %; х4 - рН солевой вытяжки горизонта Аь

х5- гидролитическая кислотность горизонта А|, мг-экв/100 г почвы; х6 - ёмкость поглощения катионов в горизонте Аь мг-экв/100 г почвы; х7 - степень насыщенности основаниями в горизонте А;, %; V х8- подвижный фосфор (Р2О5) в горизонте А1, мг/100 г почвы;

хц - подвижный калий (К20) в горизонте Аь мг/100 г почвы; х10 - рН солевой вытяжки горизонта В; хц - мощность горизонта ВС, см; Я2 = 0,999; ^ = 347,120; р = 0,01;

Уравнение связи средней высоты и комплекса почвенных свойств:

.у = 84,573 +0,131 •*/ +0,591 - ^ + 0,478 • х3 - 0,391 -х4 + 0,445 -х5-- 0,294 • - 0,685 • х7 - 0,377 • х8 + 0,787 • х9,

где у - средняя высота, м;

XI - рН солевой вытяжки горизонта Ао; Х2 - мощность горизонта А1 + А0, см; хз - содержание гумуса в горизонте А], %; х4 - степень насыщенности основаниями в горизонте А1, %; х5 - подвижный фосфор (Р2О5) в горизонте А1, мг/100 г почвы; хб - подвижный калий (К20) в горизонте А], мг/100 г почвы; Ху — плотность почвы в горизонте Аь г/см3; хд-рИ солевой вытяжки горизонта В; х9 - мощность горизонта ВС, см; . Я2 = 0,981; 40,187; р = 0,01;

Характеризуя приведённые уравнения, следует отметить, что в обоих уравнениях наибольшее количество коэффициентов, включённых в итоговое уравнение, отражает различные свойства гумусового горизонта А]. Данный факт показывает, что наиболее тесную связь с возрастом насаждения имеют свойства горизонта А! - основного корнеобитаемого слоя.

Для ряда основных почвенных свойств были получены зависимости от возраста насаждений. Наилучшую аппроксимацию обеспечил полином второй степени. Таким образом, был получен ряд уравнений, приведённых ниже.

Уравнения связи возраста насаждения и основных почвенных свойств:

для содержания гумуса горизонте Аь %:

у = 0,0013 • х2 - 0,2038 • х + 9,3907; R2 = 0,65 для содержания подвижного калия в горизонте А|, мг/100 г почвы:

у = 0,0005 • х2 - 0,071 • х + 4,209; R2 = 0,53 для содержания подвижного фосфора в горизонте А\, мг/100 г почвы:

у = - 0,0057 ■ х2 + 0,8632 • х - 27,707; R2 = 0,94 для ёмкости поглощения катионов в горизонте А], мг-экв/100 г почвы:

у = 0,0023 • х2 - 0,3491 • х + 20,796; R2 = 0,32 для степени насыщенности почв основаниями в горизонте А], %:

у = - 0,0052 • х2 + 0,6021 • х + 5,4334; R2 = 0,65 для мощности А], см:

у = - 0,0093 ■ х2 + 1,388 • х - 29,2; R2 = 0,48 для мощности Ао, см:

у = 0,0013 • х2 - 0,156 • х + 10,0; R2 = 0,40, где х - для всех уравнений возраст насаждения, лет. Все уравнения значимы на уровне 0,05.

Группировка почвенных объектов с помощью методов численной классификации. Методы численной классификации направлены, прежде всего, на полное извлечение информации и представление её в наглядном виде. Согласно определению численной классификации, её центральной проблемой является построение таксонов (классов) почв или структуризация множества заданных почвенных объектов. Для решения этой проблемы необходимо ввести понятие сходства и различия объектов и их совокупностей, а также способы формирования классов. Это может быть выполнено несколькими методами и алгоритмами. Наиболее распространены иерархические агломеративные группировки, в которых происходит объединение объектов сначала в мелкие, а затем во всё более крупные классы. Объединяются сначала наиболее сходные объекты, а затем эти группы объединяют с наиболее сходными с ними объектами или другими группами и т.д., пока они не образуют единое множество.

Результаты отображаются в виде дендрограммы. Дендрограммой называют график, на котором по вертикальной оси откладывают значение сходства (или различия), а по горизонтальной - номера объектов с равными интервалами. В качестве меры различия было выбрано евклидово расстояние.

Почвенные объекты являются многопараметрическими или многомерными в том смысле, что они описываются одновременно комплексом признаков. Поэтому совокупность наблюдений над

множеством объектов образует многомерную выборку, представленную в виде матрицы или массива данных.

При объединении данных морфометрии, водно-физических свойств почв и результатов химического анализа была получена матрица наблюдений, насчитывающая 19 объектов, в качестве которых выступали разрезы, которые в свою очередь характеризовались 70 признаками или свойствами последовательно по горизонтам Ао, А], В и ВС. Однако полный набор признаков не обеспечивал удовлетворительного разделения почвенных объектов на классы в зависимости от возраста насаждений, поэтому, путём исключения отдельных признаков было установлено, что наилучшая классификация объектов обнаруживается при использовании основных химических свойств горизонта А1 и мощности горизонта Ао- На рис. 5 изображена дендрограмма, построенная по сокращённой матрице наблюдений, включающей в себя данные по двум возрастным рядам.

Как можно видеть, очень хорошо происходит разделение объектов по происхождению древостоев, т.е. объекты с лесными культурами резко отличаются от объектов, насаждения которых имеют естественное происхождение.

120

насаждения естественного происхождения

"V"

лесные культуры

рис. 5. Дендрограмма объектов по данным объединённых возрастных рядов.

Объединение кластеров методом одиночной связи.

Все объекты, в целом, показывают хорошую группировку в пределах соответствующей пробной площади. В тоже время, объекты, исследованные в разные годы, но относящиеся к одному классу возраста, такой чёткой агломерации не проявляют, что связано с влиянием сезонной динамики

изучаемых почвенных свойств. Вследствие чего, для получения более полной информации о динамике почвенных свойств и адекватного сопоставления данных, полученных в разные годы, необходимо проведение многолетнего мониторинга лесных экосистем на основе ГИС.

Классификация почвенных объектов с помощью метода главных компонент. Метод главных компонент (МГК) является наиболее общим подходом к оценке информативности признаков объектов и замене исходного пространства признаков пространством меньшей размерности.

Информативность определяется абсолютной величиной элементов собственных векторов, а в качестве новых признаков выступают главные компоненты, получаемые в результате линейного преобразования исходных. При этом производится замена исходных координат объектов новыми, оси которых направлены вдоль наибольшего варьирования признаков.

На рис. 6 показано расположение почвенных объектов в ординатах главных компонент. Хорошо прослеживается объединение объектов в пределах пробной площади. Как мы можем видеть, достаточно близко расположились насаждения II и III классов возраста. Заметна группировка насаждений IV класса возраста. В целом, отмечается высокая степень сходства с дендрограммой, приведённой на рис. 5.

ВО

100

Рис. 6. Группировка почвенных объектов в пространстве главных компонент.

В таблице 3 отражены данные, характеризующие, какую часть общей дисперсии описывают полученные главные компоненты. Так первая

компонента описывает 49 % общей дисперсии, а вторая в сумме с первой - 90 %.

В таблице 4 приведены веса признаков, которые дают представление о нагрузке, которую несет каждый из учтённых признаков в данной компоненте. Так для первой компоненты наибольшие веса имеют морфометрия, содержание гумуса, емкость поглощения и плотность почвы, для второй - величины рН солевой и водной вытяжек, обменная и гидролитическая кислотность и степень насыщенности почв основаниями.

Таблица 4

Веса признаков на компонентах

№ компоненты 1 Нижняя граница Мощность Гумус о а а о. О нч О. Обменная кислотность Гидролитическая кислотность Поглощённые основания Ёмкость поглощения Насыщенность основаниями О еС О £ Плотность

1 0,36 0,36 -0,28 0,23 0,10 -0,16 -0,27 -0,27 -0,35 -0,11 0,09 -0,27 -0,35

2 -0,01 0,04 -0,17 0,31 0,31 -0,34 -0,29 0,26 -0,14 0,38 0,08 -0,03 -0,24

Построение диагностической модели на основе линейной дискриминантной функции. Задача дискриминантного анализа состоит в I построении плоскости, разделяющей классы объектов в пространстве

признаков. Очевидно, что между двумя непересекающимися классами таких плоскостей можно построить бесконечное множество. Решением будет та из них, проекции классов на которую максимально отстоят друг от друга. Такая плоскость описывается дискриминантной функцией, параметры которой определяются методом наименьших квадратов (Рожков, 1989).

Диагностика объектов относительно двух классов может быть выполнена через подстановку в полученное уравнение признаков диагностируемого объекта. Если результат больше или равен нулю, то объект относят к первому классу, в противном случае - ко второму.

Таблица 3 Собственные числа (X) компонент

№ компоненты Дисперсии компонент, X Накопленное варьирование, %

1 6,34 49

2 5,41 90

Таким образом, были получены линейные дискриминантные функции: между классами 1 и 2:

у = 21,59 + 42,13 • XI + 93,85 • + 6,38 • х3 - 33,67 • х4 + 2,57 • х5 между классами 1 и 3:

у = - 162,76 + 4,24 • х, - 80,52 ■ х2 + 40,05 ■ х3-46,11 ■ х4 + 37,20 ■ между классами 2 и 3:

у = 61,30 + 9,92 -х,- 6,44 -х2~18,48 • х3 + 43,01 • х4 -18,31 • х3, где X]- мощность горизонта Аь см;

х2 - содержание гумуса в горизонте Аь %;

х3 - гидролитическая кислотность в горизонте Аь мг-экв/100 г почвы; х4 - степень насыщенности основаниями в горизонте Аь %; С

х} - подвижный фосфор (Р2О5) в горизонте Аь мг/100 г почвы; К классу 1 относятся насаждения 50 лет, к классу 2-75 лет и к классу 3 - насаждения 100 лет.

В диагностическую модель были включены только те свойства, которые более тесно связаны с возрастом насаждений и обеспечивали наиболее полное разделение исследуемых объектов на заданные классы. Такие свойства были выявлены во время регрессионного и кластерного анализа. Таким образом, в диагностическую модель были включены:

мощность, содержание гумуса, гидролитическая кислотность, степень насыщенности почв основаниями и содержание подвижного фосфора в горизонте А].

В таблице 5 приведено обобщённое расстояние Махаланобиса (Б2), характе-

Табли а б РизУЮ1Цее расстояние между классами в многомерном Проекции объектов на разделяющую линию пространстве признаков.

В таблице 6 показаны проекции классов на числовую ось.- Чем дальше 1

отстоят проекции классов друг от друга, тем более |

точной будет диагностика I

новых объектов. I

Основываясь на данных таблицы 6, можно сказать, что проекции классов во всех случаях не пересекаются, из чего следует пригодность 1

построенной модели для диагностики новых объектов.

Таблица 5

Результаты многомерного статистического анализа (/} = 5)

№ классов № классов Расстояние Махаланобиса (Г)2) /г

1 2 101,94 89,2 4

1 3 122,39 98,5 4

2 3 67,81 57,2 4

Между классами 1 и 2 139 141 136

3 1 0

Между классами 1 и 3 -126 -125 -121

0 0 -5

Между классами 2 и 3 75 58 68

2 3 0

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Изученные почвы характеризуются значительной динамикой свойств, как морфологических, так химических и водно-физических, обусловленной возрастными изменениями сосновых древостоев.

2. Большинство основных свойств почвы (плотность, влажность, мощность гумусового горизонта, содержание элементов питания, гумуса) изменяется по параболе с перегибом в насаждении 75 летнего возраста, т.е. в возрасте количественной спелости. Только кислотные свойства почвы и мощность лесной подстилки показывают тенденцию к монотонному увеличению с возрастом насаждения.

3. С помощью ^критерия Стьюдента и дисперсионного анализа статистически достоверно (с уровнем значимости не менее 0,05) показано различие в морфологических и химических свойствах почв под насаждениями разного возраста.

4. Получены линейные регрессионные уравнения зависимостей таксационных показателей насаждений, таких как запас и средняя высота, с комплексом наиболее значимых почвенных свойств для условий Подмосковья и сопряжённых районов. Также установлены связи отдельных свойств почвы с возрастом насаждения, которые лучше всего аппроксимируются полиномом второй степени.

5. Построенные уравнения связи таксационных показателей насаждений со свойствами почвы с учётом региональных ограничений могут использоваться при прогнозировании и оценки объемов лесных ресурсов.

6. Применение многомерных статистических методов, в частности кластер-анализа с построением дендрограмм и метода главных компонент, также показало существенное изменение комплекса почвенных свойств в зависимости от возраста насаждения. Наиболее информативны с точки зрения возрастной динамики насаждения свойства гумусового горизонта Аь а также мощность горизонта А0.

7. Использование многомерных статистических методов также выявило, что наилучшая группировка почвенных объектов в зависимости от возраста насаждения осуществляется по набору признаков, состоящего из основных свойств горизонта А] - основного корнеобитаемого слоя и мощность горизонта А0. Включение в исходный набор признаков свойств остальных горизонтов ухудшает качество классификации.

8. Для условий объектов исследования на основе линейной дискриминантной функции построена диагностическая модель состояния почвенных свойств в зависимости от возраста насаждения.

9. Однако более полное решение данной проблемы может быть осуществлено при помощи многолетнего мониторинга на основе ГИС, что вытекает из отмеченных различий соответствующих почвенных показателей, определённых в разные годы.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Изменение почвенных свойств сосняков черничных в связи с возрастом. Карминов В.Н. // Сборник научных статей докторантов и аспирантов Московского государственного университета леса. - Вып. 309(3) - М.: МГУЛ, 2001. - 214 е., С.127-131.

2. Динамика свойств почвы в зависимости от возраста сосняков черничных. Карминов В.Н. // Научно-информационный журнал "Лесной вестник". -№1 (16)-М.: МГУЛ, 2001., 194 е., С. 180-189.

3. Исследование возрастной динамики почвенных свойств в сосняках. Карминов В.Н. // Тезисы докладов VIII международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2001", секция "Почвоведение", 11-13 апреля 2001 г., Москва. М.: МГУ, факультет почвоведения, 2001. - 148 е., С. 55.

4. Изменение морфологических и физических свойств почв сосняков брусничных с возрастом. Карминов В.Н. // Сборник научных статей докторантов и аспирантов Московского государственного университета леса.-Вып. 315(3)-М.: МГУЛ, 2002.-188 е., С. 98-101.

5. Динамика морфометрических показателей почв возрастного ряда сосняков. Карминов В.Н. // Тезисы докладов IX международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2002", секция "Почвоведение", 10 апреля 2002 г., Москва. М.: МГУ, факультет почвоведения, 2002. - 139 е., С. 52-53.

6. Стабильность и изменчивость морфологических признаков почв возрастного ряда сосняков. В.Н. Карминов // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям: Тезисы докладов Всероссийской конференции, 24-25 апреля 2002 г., Москва. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2002. - 489 е., С. 371— 372.

7. Влияние возраста насаждений на свойства почв (на примере сосняков брусничных). В.Н. Карминов // Мониторинг состояния лесных и урбо-экосистем - Тезисы докладов международной научной конференции -М.: МГУЛ, 2003 - 187 е., С. 178-179.

8. Динамика морфометрических показателей почв возрастного ряда сосняков. Карминов В.Н. // Тезисы докладов X международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2003", секция "Почвоведение", 17 апреля 2003 г., Москва. М.: МГУ, факультет почвоведения, 2003. - 173 е., С. 60-61.

9. Сравнительная характеристика почв сосняков в зависимости от гранулометрического состава. Карминов В. Н. // Сборник научных статей докторантов и аспирантов Московского государственного университета леса. - Вып. 322(4) - М.: МГУЛ, 2003 - 216 е., С. 99-102.

Отпечатано с готового оригинала Лицензия ПД № 00326 от 14.02.2000 г.

Подписано к печати /7- 05 Формат 60x88/16

Бумага 80 г/м2 "Снегурочка" Ризография

Объем //?. 4 •_Тираж 100 экз._Заказ № №0_

Издательство Московского государственного университета леса. 141005. Мытшци-5, Московская обл., 1-я Институтская, 1, МГУЛ. Телефоны: (095) 588-57-62, 588-53-48, 588-54-15. Факс: 588-51-09. E-mail: izdat@mgul.ac.ru

2-ooS-A 1855/ $ 18 557

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Карминов, Виктор Николаевич

Введение.

Глава 1. ДИНАМИКА СВОЙСТВ ЛЕСНЫХ ПОЧВ (обзор литературы).

Глава 2. ОБЪЕКТЫ, ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Объекты исследований.

2.2. Характеристика природных и лесорастительных условий первого объекта исследований.

2.3. Характеристика природных и лесорастительных условий второго объекта исследований.

2.4. Программа и методика работ.

2.5. Объём выполненных работ.

Глава 3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ И ХАРАКТЕРИСТИКА

НАСАЖДЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Описание пробных площадей.

3.2. Характерные особенности и основные свойства исследованных почв.

Глава 4. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПОЧВЫ В ВОЗРАСТНОМ РЯДУ

СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ.

4.1. Изменение морфологических свойств.

4.2. Изменение водно-физических свойств.

4.3. Изменение химических свойств.

4.4. Гранулометрический состав исследованных почв.

Глава 5. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ДАННЫХ.

5.1. Статистическая достоверность полученных результатов.

5.2. Статистическая значимость различий средних морфометрических показателей пробных площадей.

5.3. Статистическая значимость различий средних химических свойств почв.

5.4. Проверка статистической значимости различий средних показателей при помощи дисперсионного анализа.

5.5. Уравнения связи таксационных показателей насаждения с почвенными свойствами

• 5.6. Группировка почвенных объектов с помощью методов численной классификации.

5.7. Кластеризация почвенных объектов с помощью построения дендрограмм.

5.8. Классификация почвенных объектов с помощью метода главных компонент.

5.9. Построение диагностической модели на основе линейной дискриминантной функции

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Динамика почвенных свойств в связи с возрастом сосняков"

Актуальность темы. Почва — важнейший экологический фактор, определяющий существование леса. Она составляет неотъемлемую часть леса как биогеоценоза или экосистемы. Взаимодействуя с компонентами леса, влияя на них, почва сама находится под их постоянным воздействием. Лес, как фактор почвообразования, с возрастом претерпевает огромные изменения, что в свою очередь сказывается на почве, поэтому почвенные свойства являются динамическими не только в пространстве, но и во времени.

Несмотря на то, что почвы являются консервативным элементом лесных биогеоценозов, возрастные изменения растительности заметно изменяют их свойства. Движущей силой динамики свойств почв в ходе возрастных изменений насаждения является изменение структуры древостоя и связанных с ним природных условий экотопа.

На защиту выносятся.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ.

Заключение Диссертация по теме "Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними", Карминов, Виктор Николаевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

3. С помощью t-критерия Стьюдента и дисперсионного анализа статистически достоверно (с уровнем значимости не менее 0,05) показано различие в морфологических и химических свойствах почв под насаждениями разного возраста.

6. Применение многомерных статистических методов, в частности кластер-анализа с построением дендрограмм и метода главных компонент, также показало существенное изменение комплекса почвенных свойств в зависимости от возраста насаждения. Наиболее информативны с точки зрения возрастной динамики насаждения свойства гумусового горизонта А], а также мощность горизонта Ао.

7. Использование многомерных статистических методов также выявило, что наилучшая группировка почвенных объектов в зависимости от возраста насаждения осуществляется по набору признаков, состоящего из основных свойств горизонта Ai — основного корнеобитаемого слоя и мощности горизонта А0. Включение в исходный набор признаков свойств остальных горизонтов ухудшает качество классификации.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Карминов, Виктор Николаевич, Москва

1. Абатуров Б.Д. Влияние роющей деятельности кротов на почвенный покров. - М.: Наука, 1968.

2. Акимцев В.В. Исторические почвы Каменец-Подольской крепости // Тр. II Международного конгресса почвоведов 1930 г. 1932. Т. 5. С. 132 — 140.

3. Актуальные вопросы изучения почв и почвенного покрова Нечернозёмной зоны (научные труды). М.: ВАСХНИЛ, 1984. 128 с.

4. Алгоритмы и программы для ЭВМ СМ-4. Рожков В.А., Фрид. А.С. Бибернейт А.Б. и др.-М.: ВАСХНИЛ, 1985.- 108 с.

5. Александровский А.Л. Методические подходы при изучении истории почв// Общие методы изучения истории современных экосистем. — М., 1979,-С. 142-161.

6. Александровский А.Л. Педогенез на датированных поверхностях: скорости ЭПП // Тез. докл. Всесоюзн. конференции "История развития почв СССР в голоцене". Пущин, 1984. - С. 54 - 56.

7. Анизотропность в супесчаных лесных почвах. Л.О. Карпачевский, П.В. Кузнецов, Д.Е. Мокрушина, Т.В. Зубкова // Почвоведение. 2001. — № 6. — С. 645-652.

8. Анучин Н.П. Лесная таксация. — М.: Лесная промышленность, 1982. — 552 с.

9. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970.-488 с.

10. Афанасьева Т.Ф., Василенко В.И., Терешина Т.В., Шеремет Б.В. Почвы СССР.-М.: Мысль, 1979.-380 с.

11. Бганцова В.А. Влияние травянистых растений на свойства почвы в лесном биогеоценозе//Почвоведение. — 1991. №10. -С. 131-143.

12. Бейли Н. Математика в медицине и биологии. М.: Издательство "Мир", 1970-326 с.

13. Блинцов И.К. Некоторые особенности физических свойств почв сосняка брусничника в зависимости от возраста насаждений. — В кн.: Лесоведение и лесное хозяйство. Минск, 1975, вып. 10, С. 8 - 14.

14. Боровиков В.П. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере: Для профессионалов. 2-е изд. (+CD) — СПб.: Питер, 2003. - 688 с.

15. Боровиков В.П. и др. STATISTICA 5.1 (краткое руководство), 3-е издание -М.: StatSoft, 1997.-252 с.

16. Боровиков В.П. Программа STATISTICA для студентов и инженеров. — 2-е изд. -М.: КомпьютерПресс, 2001.-301 с.

17. Боровиков В.П., Боровиков И.П. STATISTICA Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. — М.: Информационно-издательский дом "Филинъ", 1998.

18. Буданцев П.Б., Кострикин П.Б, Александрович В.Е. К оценке влияния свойств почв на рост и продуктивность сосны веймутовой (Pinus strobus L.) //Почвоведение.-2001.-№ 12.-С. 1473-1482.

19. Буш М.К. Влияние продолжительности произрастания леса на морфологию почв приморских дюн ЛатвССР. В кн.: Лес и почва, Красноярск, 1968,-С. 163 - 167.

20. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. - 416 с.

21. Ведрова Э.Ф. Влияние сосновых насаждений на свойства почвы. — Новосибирск: Наука, 1980.- 104 с.

22. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. -М.: 1981.

23. Вернадский В.И. Биосфера. Л., 1926. - 146 с.

24. Вильяме В.Р. Почвоведние, вып. I, М., 1914.

25. Волков А.Д. Строение ельников южной части Карельской АССР // Сб. науч.-исслед. работ ЛенНИИЛХ. М., 1967. Вып. II. - С. 60 - 66.

26. Вопросы советской науки (вопросы лесоведения). Под ред. В.Н. Сукачёва. М.: Изд-во АН СССР, 1957.-46 с.

27. Вопросы советской науки (научные основы рационального использования и повышения производительности почв СССР). Под ред. И. В. Тюрина. -М.: Изд-во АН СССР, 1957.-31 с.

28. Воронин А.Д. Основы физики почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. -244 с.

29. Ганжара Н.Ф. Почвоведение. М.: Агроконсалт, 2001. - 392с.

30. Геннадиев А.Е. Почвы и время: модели развития. М.: Изд-во МГУ, 1990. -232 с.

31. Геннадиев А.Н. Герасимова М.И., Пацукевич З.В. Скорость почвообразования и допустимые нормы эрозии почв // Вест. МГУ. Сер. 5. География. 1987. №3, С. 31 - 36.

32. Геннадиев А.Н. Изучение почвообразования методом хронорядов (на примере почв Приэльбрусья) // Почвоведение. — 1978. № 12. - С. 33 - 43.

33. Геннадиев А.Н. Скорость и направление формирование горно-луговой почвы (Приэльбрусье). Деп. — Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1976. №4.-С. 123.

34. Геннадиев А.Н. Хроноструктуры почвообразования: природоохранный аспект // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1982. № 3. — С. 20 - 27.

35. Герасимов И.П., Глазовская М.А. Основы почвоведения и географии почв. -М.: Географгиз, 1960.

36. Глазовская М.А. Почвы мира. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1972. - 231 с.

37. Голубев В.А., Дробышев Ю.И., Короткое С.А. Тенденции динамики структуры сосновых лесов восточного Подмосковья // Лесопользование и воспроизводство лесных ресурсов. Научные труды. — Вып. 303. — М.: МГУЛ, 2000.-С. 14-17.

38. Горбачев В.Н., Дмитриенко В.К., Попова Э.П. и др. Почвенно-экологические исследования в лесных биогеоценозах. — Новосибирск: Наука, 1982.-185 с.

39. Горбунов Н.И., Прусинкевич 3., Градусов Б.П. Образование глинистых минералов в подзолистых почвах на песчаных породах разного возраста // Почвоведение. 1963. -№ 8. С. 48 - 57.

40. Григорьев А.Ю. К вопросу о происхождении скрытоподзолистых почв Валдайской возвышенности // Структура и функционирования экосистем южной тайги. М., 1986 с. 151 - 156

41. Дергачева М.И. Система гумусовых веществ почв. Новосибирск: Наука, 1989. 110 с.

42. Динамика естественных и искусственных лесных биогеоценозов Подмосковья. 1987.

43. Динамика хвойных лесов Подмосковья / J1. П. Рысин, А. В. Абатуров, JI. И. Савельев и др. -М.: Наука, 2000. 221 с.

44. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М.: МГУ. 1970.-292 с.

45. Дмитриев Е.А., Карпачевский JI.O., Строганова М.Н. Скорость почвообразования в лесных биогеоценозах // Проблемы почвоведения. М., 1982.-С. 121-126.

46. Добровольский В.В. География почв с основами почвоведения. — М.: Просвещение, 1967. — 350 с.

47. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экологические функции почвы. — М.: Изд-воМГУ, 1986. 136 с.

48. Добровольский Г.В., Трофимов С.Я. Систематика и классификация почв (история и современное состояние). М.: МГУ, 1996. — 80 с.

49. Докучаев В.В. К вопросу о переоценке земель Европейской и Азиатской России, М., 1898.

50. Докучаев В.В. Русский чернозём. СПб., 1883, 376 с.

51. Дубов С.Д., Поляков А.Н. Лесная съемка. М.: Лесная пром-сть, 1982. -198 с.

52. Дюшофур Ф. Основы почвоведения. Эволюция почв. М.: Прогресс, 1970. -591с.

53. Евдокимова Т.И. Почвенная съемка: Учеб. пособие. — 2-е изд. М.: Изд-во МГУ, 1987.-268 с.

54. Забелло К.Л. Динамика элементов почвенного питания сосновых насаждений на лёгких по механическому составу дерново-подзолистых почвах. — В кн.: Лес и почва, Красноярск, 1968, — С. 377 382.

55. Загреев В.В. и др. Лесная таксация и лесоустройство. М.: Экология, 1991. -384 с.

56. Зайцев Б.Д. О запасах питательных веществ в профиле лесной почвы // Почвоведение, 1956, № 11, С. 59 62.

57. Зайцев Г.А. Лесные культуры на отвалах горных пород в Подмосковном угольном бассейне // Восстановление земель после промышленных разработок. — М.: Колос, 1964. С. 55 - 67.

58. Зеликов В.Д. Имитационные модели лесных почв. М.: МЛТИ. 1991 - в 3-х частях.

59. Зеликов В.Д. Почвы и бонитет насаждений. М., 1971. 120 с.

60. Зонн С.В. Влияние леса на почвы. Л.: Изд-во АН СССР. 1952. 160 с.

61. Зонн С.В. Изучение взаимодействия между лесом и почвой в СССР. // Вопросы лесоведения и лесоводства, М. Изд-во АН, 1954, С. 131 — 146.

62. Зонн С.В. К вопросу о взаимодействии лесной растительности с почвами // Почвоведение, 1954. № 4, С. 51-60.

63. Зонн С.В. Почва как компонент лесного биогеоценоза // Основы лесной биогеоценологии. М., Наука. 1964, С. 372 - 495.64

Информация о работе

Карминов, Виктор Николаевич
кандидата сельскохозяйственных наук
Москва, 2003
ВАК 06.03.03

Диссертация

Динамика почвенных свойств в связи с возрастом сосняков - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы