Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

РАЗВИТИЕ ПОЧВ В УСЛОВИЯХ КРИОГЕНЕЗА

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "РАЗВИТИЕ ПОЧВ В УСЛОВИЯХ КРИОГЕНЕЗА"

А-ЪО'ЗбЪ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВСШЩ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М„В,ЛОМОНОСОВА

Факультет почвоведения

На правах рукописи

КЕНКЕЩЕВ Анатолий Семёнович РАЗВИТИЕ ГОЧВ В УСЛОВИЯХ КРИОГЕНЕЭА 03.00.27 - почвоведение

Авяорефе р а т диссертации на соискание учёной степени доктора биологических наук

Москва - 1991

Работа выполнена б Институте почвоведения и фотосинтеза АН СССР

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Е.А.Дмитриев доктор биологических наук В.М.Корсунов доктор сельскохозяйственны): наук И.А.Соколов

Ведущее учреждение: Институт почвоведения и агрохимии СО АН СССР Защита состоится "" ДА^ 199&г.

в 15 ч. 30 вил, в аудитории 15-2 на заседании специалиэированного

Ленинские горл, МГУ, факультет почвоведения, Учёный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании специализированного совета, а отзывы на автореферат в 2экз. просим направлять по адресу: 119899, Москва, ГСП, Ленинские горы,МГУ, факультет почвоведения, Учёный совет.

совета Д 053.05.ЗХ в ИГУ им. Ы,В.Ломоносова: I19899, Москва, ГСП,

Автореферат

Учёт

специалиэир*.

доктор биоло:-

иета

Л.А.Лебедева

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛШ111А, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕЮЛЩ-И И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени К. В. ЛОМОНОСОМ

Факультет почвоведения

¡¡а правах рукописи

КЕИКЕЩЕВ Анатолий Семёнович РАЗВИТИЕ ПОЧВ В УСЛОВИЯХ КРЮГЕНЕЗА 03.00.27 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора биологических наук

Москва - 1991

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НЛУЧ -Г'А ЬНСЛИОТЕКА К'сла. (С-Л акадомии

Актуальность проблемы. Успешное решение проблемы охраны окружающей среды во многом зависит от объективности знаний о динамических свойствах экосистем и их компонентов, об иаыенчивости этих свойств во времени и пространстве. На основе таких знаний можно предупредить критические отклонения экосистем от оптимума, избежать необратимых изменений их структуры и функций.

Почва - один из главных компонентов наземных экосистем. Однако набор параметров, хйр&ктеризуюцях почву как уникальное тело природа, является арсеналом сравнительной диагностики и не позволяет измерять и оценивать изменчивость почвы во времени.

Необходимость организации экологического мониторинга) разумного управления продуктивность» экосистем и их устойчивость!) х негативным воздействиям требует поиска новых информативных во времени параметров, отражающих механизм функционирования экосистем и их компонентов, в том числе и почв.

Учдино-Дакнская депрессия является удобным модельным полигоном для изучения динамических свойств почв, благодаря ярко выраженной суточной, годовой и многолетней динамике гидротермических условий. Этому способствует резкоконтинентальный климат Забайкалья и горный рельеф, усиливающий контрасты в пространстве и во времени не только гидротермических условий, но к обусловленных ими биологических и геохимических процессов.

Сказанное выше объясняет актуальность поставленной проблемы и полученных в процессе исследований результатов.

Цель и задаем исследований. Основная цель работы состояла в изучении динамических свойств криогенных почв как компонентов природных экосистем. При этом ставились следующие задачи;

I. Выбор полигона для проведения экспериментов по изучению динамических процессов в почвах:

- изменчивости морфологических признаков, гидротермических режимов, биологической активности почв Ундино-Даинской депрессии Восточного Забайкалья,

- сопоставления изменчивости почвенных параметров и факторов внешней среды.

2* Разработка методологии для реализации в виде математической модели механизма функционирования почвы в экосистеме.

Объекты и методы исследований.В основу работы положены материалы круглогодичных стационарных исследований, выполненных автором с сотрудниками Забайкальского мерзлотного стационара Института агрохимии и почвоведения АН СССР в 1971-1975 гг. под руководством д.г-ы.н.

профессора О.В.Макеева. Использовались публикации сотрудников Почвенного института им.В.В.Докучаева, проводивших за 10 лет до нас стационарные исследования тех ate почв под руководством д.с-х,н., профессора А.А.Роде.

Параду с общепринятыми методами в работе применялся рад оригинальных методов измерения параметров почв и криогенных явлений:

- описание морфологии почвенного профиля и плана по В.0 .Таргульяну,

- инструментальное измерение динамики криогенных трещин и рельефа мерзлотного водоупора,

- гвдротермическое профилирование почвенного покрова катены по элементам мезо- и микрорельефа,

- наблюдения миграции почвенной влаги в рыхлой толще мощностью 6 метров на площади I кв.км о помощью сети скважин и нейтронного влагомера. Изображение динамики влаги в плане и профиле в форме топо-и хроноизоплет,

- численные эксперименты по изучению динамических свойств почвы

с помощью математической модели трансформации органического вещества.

.Вклад автора состоит в разработке основных теоретических и методических положений работы. Им сформулирована концепция о почве как функциональном динамическом компоненте экосистемы, осуществлён выбор полигона для изучения динамики почв в экосистемах» разработала методология и проведены круглогодичные полевые исследования динамики криогенных почв» обобщены результаты полевых и численных экспериментов.

Научная новизна работы. В работе впервые показано, что:

- криоморфозц почвенного профиля (яздаоватость, инверсия горизонтов, глубинные гумусовые горизонты, пятнистая оподэоленность и др.) являются следствием специфических криогенных феноменов (полигональная трещиноватость, рельеф мерзлотного водоупора, внутрвдочвенная гидросеть и др.), обусловленных резкоконтинентальным климатом и горным рельефом Забайкалья.

- почвенные криоморфозы служат своеобразными приспособлениями экосистем к функционировании в экстремальных условиях. Например, внутри-почвенная гидросеть защищает почвы склонов от смыва муссонными ливнями, а в засушливые периоды обеспечивает растения влагой.

- консервативные признаки почвы ("почва-память") являются интегральным отражением повторявднхся короткопериодныя процессов, обусловленных ритмикой биологической активности почвы под воздействием гедро-тершческих условийСпочва-момент").,

- пульсирующий характер динамики биологических и других процессов

в почве обусловлен "гццротермическими ножницами" - многократной сменой

благоприятных для (5йоты сочетаний влаги и тепла неблагоприятными в течение одного вегетационного периода.

<- динамическая функция почвы в экосистеме определяется процессом трансформации органического вещества, обеспечивающим фитоценоз элементами минерального питания в форме газов и солей.

- модель трансформации органического вещества в почве является инструментом для изучения динамики' почвенных процессов, механизма запасания минеральных элементов и дозирования их перехода фитоценозу.

- численные эксперименты на почвах Забайкалья к Европы с помощь» математической модели трансформации органического вещества показали возможность разработки количественной классификации почв по двум динамическим параметрам; характерной массе органического вещества и характерному времени её обновления. Введение третьего параметра — характерного спектра фракций органического вещества - значительно повысит объективность классификации и диагностики почв.

Защищаемые положения:

1. Консервативные признаки почвы (почва-память) являются интегральным отражением повторяющихся короткопериодных процессов (почва-момент), синхронных ритмике гидротермических условий.

2. Процесс трансформации органического вещества, формирующий запас минеральных элементов в почве и дозирующий их поступление в фитоценоз, определяет главную функцию почвы в экосистеме - функцию катаболизма.

Практическая ценность работы.

Научные и методические положения, изложенные в работе, использовались при:

- выполнении научно-исследовательских работ по заданию ГКНГ "Почвы мерзлотных и холодных областей. Мелиорация и использование",

- выполнении исследований по проектам 6 и 8 Международной программы "Человек и биосфера",

- разработке технического гадания "Автоматизированная система эко-информации-и управления экологической обстановкой г.Москвы и Московского региона",

- разработке программы исследований секции "Геоэкоинформатика" Комиссии АН СССР по проблемам экологии, ~~

- разработке методологии регионального экологического мониторинга,

- разработке рекомендаций по регулированию внутрипочвенного стока и борьбе с "зыбунами" в условиях криогенеза как части системы мероприятий по борьбе с линейкой эрозией почв в районах распространения многолетней мерзлоты.

- б -

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано более 30 печатных работ, в том числе одна монография. Материалы диссертации и основные выводы осуждались на У1 симпозиуме "Биологические проблемы Севера"(Иркутек,, симпозиуме "Человек и биосфера"(Москва,1975), Всесоюзной конференции "Почвенный нриогенез и мелиорация мерзлотных и колодных почв"(Пущино,1975), совместном заседании I и У комиссий ВОП (Москва,1976), У Делегатском съезде ВОП (Нинск;1977), Всесоюзной конференции "Прогноз изменений криогенных почв под влиянием хозяйственного освоения территорий"(Пущине,1980), Всесоюзном совещании "Мерзлотно-гвдротермический режим промерзающих почв, его регулирование рациональное использование и охрана"(Пу1Цино,1982), заседании кафедры Географии почв факультета Почвоведения МГУ (Москва,1983), заседании научного совета "Информационные проблемы изучения биосферы" Минпри-бора СССР(Москва,1966), заседании отдела Географии почв Института географии АН СССР(Москва,1987), Международном совещании по эксперименту "Убсу-Цур"(Кызыл,1989) и других.

Объём и структура работы.

Диссертация общим объёмом 237 страниц машинописного текста состоит из шести глав к выводов, включает 27 таблиц, 29 рисунков и приложение. Список литаратуры содержит 395 названий, из них 85 на иностранных языках.

Пользуясь случаем, автор выражает глубокую благодарность инициатору и научному руководителю всего комплекса почвенно-мерзлотных исследований д.г-м.н.,профессор 0.В.Макееву, а также непосредственным участникам райот на Забайкальском мерзлотном стационаре Института агрохимии и почвоведения АН СССР: Т.П.Ушаковой, С.Н.Осипенко, О.Н.Гу-бикой, В.В.Керженцевой, Т.В.Деревцовой, О.В.КайдановоЯ, Т.В.Смитвхово! А.Ы.Русских, Е,И.Несмеловой, С.А.Смирнову, Р.Р.Олейникову, В.И.Еяу-нину и другим сотрудникам, благодаря труду которых состоялся научно-исследовательский комплекс Забайкальского мерзлотного стационара НАЛ АН СССР и настоящая работа, обобщающая полученные материалы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Почвы Ундин о-ДаинскоЙ депрессии

Ундино-Даинская депрессия - одна из многих межгорных котловин, типичных для Восточного Забайкалья, представляет собой расширенную центральную часть долины р.Унды шириной до 15-20 км протяжённостью 80 км. Депрессия ограничена Борцовочным и Ононским хребтами северовосточного простирания. Рельеф депрессии в основной её части сопочн обувал истый, представлен сопочными массивами с куполообразными верши-

нами и пологими склонена и шрокими шлейфа ни.днище долин и межсопочных падей ровные плоские иногда.с прерывистыми узкий» тальвегани. Перепад высот между гребнями хребтов и днищем депрессии 500-600 и, о между героинявн и подно*ъаии сопок - 100150 ы.

Горные массивы, обрамляющие депрессию сложена в основном Снотитовыми гранитами и гнеЯсаки, в сопочные массивы внутри депрессии - конгломератами, песчаниками, алевритзыи,алевролитами. Элювий плотных пород перекрыт чехлом глин и тяжелых суглинков, мощность которых возрастает вниз по склонам от 30 см до 2 ы, э на шлейфах до 10-15 к»

В распределении поча.Ундино-Даинской депрессии наблюдается вертикальная зональность. Гребни Борщовочного и части Ононско-го хребтов заняты примитивными мерзлотными каменистыми почвами, представляющими собой засыпки мелкозема между грубыми обломками коренных пород под покровом мхов и лишайников. Здесь много курумов и обнаженна пород.

Пояс верхней тейги (1000-120 и) представлен ыоховыми и ягодными лиственничными лесетаи, пол которыми сформировались мерзлотно-таехные почвы сложного профиля. Сложность заключается в том,что на небольшой площади (10-15 кв.м) можно обнаружить все разнообразие профилей, встречающихся в высотном поясе: типичные мерэлотно-геежные, оподэоленные, о*елезнекные,со вторым гумусовым горизонтом. Изменения диагностических признаков профиля здесь почти не связаны с экспозицией склонов. Почвенный как и растительный покров верхней таЯги отличается однообразием при Сольной микропестроте. Это означает» что в одном почвенном разрезе можно описать сразу несколько типов профилеа,ареалы которых не превышают иногда 1-2 кв.и. Если же гетерогенность профиля признать нормой» то весь пояс верхней теаги окажется, элементарным почвенным ареалом одного типа пятнисто-подзолистых мерзлотно-таежных пвчв. В пространстве высотного пояса изменяется соотношение размеров пятен того или иного типа профиля. Не плоских вершинах и горных террасах больше проявляется оподэоленность и оглеенность, на склонах - ожелезнение и вторые гумусовые горизонты. Однако на всей территории высотного пояса присутствуют все компоненты почвенного покрова.

В полое средней тайги (600-1000 м) под березово-диственни-чными разнотравными лесами с багульником даурским развиты дерново-таежные почвы, профиль которых более однороден по пространна. Верхний гумусовый горизонт рассечен сетью вертикальных

Рис. I . Почвенная карта Уадино-Даинской депрессии.

Рис. I , Почвенная карта Укдино-ДаинскоЯ депрессии.

Индекс Наименование почвы Площадь, га

1 Примитивные мерзлотные почвы хребтов и крутых склонов 755

2 Горные мерзлотно-таёжные оподзоленные 303

3 Горные мерэлотно-таёжные ожелезнённые 820

4 Горные мерзлотно-таёжные со вторым гумусовым горизонтом 63

Горные мерзлотные дернозо-таетмые 975

б Горные мерзлотные дерново-таежные оподзоленные 290

7 Горные мерзлотные дерново-таёжные оделезнёиные 355

8 Горные мерзлотные дэрново-таёзкные со вторым гумусовым

горизонтом ' ' 310

9 Мерзлотные лугово-лесньге 1640

10 Мерзлотные лугово-леслые гдееват^е 275

II Мерзлотные лугов о-ле сны е ожелезнённые 390

12 Горные чернозёмы бескарбонатные или ыапокарбонатные 305

13 Г орные каштановые 70

14 Аллювиальные луговые '305

15 Аллювиальные луговые карбонатные 65

16 Аллювиальные мерзлотно-торфянистые 405

17 Выходы горных пород 65

Площадь под постройками НО

Всего: .7506

полигонельных трещин. Оподзоленность наблюдается редко в виде слабого осветления нижней части гор. А. В средней и к иней частя* покатых склонов встречаются дерново-таежные почвы со вторым гумусовым горизонтом, залегающим на глубине 30-40 си от поверхности, Большую часть года в профиле сохраняется повышенное увлажнение,Признаки ожелезнения отмечены во всех профилях. Вообще же дерново-тэежные почвы отличаются от ыерзлотяо-тае-ж них больше по морфологии, чей по физико-химическим свойствам. Например, содержание гумуса в верхнем горизонте тех и других почв в пределах и состав фульватный. Кислотность верхних горизонтов мерзлотно-таежнах появ выше (рВ - 4,5), чем дерново-таежных (рИ - 5,5), а в нижних почти выравнивается (соответственно 5,2 и 5,7). Более значительны различия по сумма поглощенных оснований. В мерзлотно-таежных почвах емкость обмена сверху вниз уменьиеется от 25-28 до 3-4 нг-экв., а в дерново-таежных от 47-50 до 10-15 нг-экв. Дифференциация профиля по нетсоставу у мерзлотно-таежных не выражена, а у дерново-таежных проявляется в виде чередования слоев облегченного и утяжеленного суглинке.

Пояс нижней тайги (до 800 м) представлен левостепными ландшафте ни, где лесные и степные участки резко разграничены по экспозициям склонов. Южиые склоны покрыты степной растительностью, под которой сформировались горные бескарбонатнне черноземы и маломощные щебнистые кептвновые почвы. Северные склоны с разнотравными березняками (ерниками) являются ареалом мерзлотных дерново-лесных почв. В этом высотном поясе большую площадь занимают пологие юлейфы горных склонов, наиболее удобные для сельскохозяйственного освоения. Они в основном распаханы после раскорчевки березняков. В этих условиях сформировались мерзлотяые лугово-лесные почвы, обладающие высоким плодородием и составляющие основу земельного фонда Ундино-даияскоя депрессии. Они наиболее интересны с генетической точки зрения. Ясть основания считан их результатов метаморфоза мерзл о mux дерново-лесных после сведения леса и распамки.

Мерзлотные дерново-лесиые почвы под березняками характеризуются лаломоцным профилем с темяобурна яэыковатым горизонтом к комковатой структуры с содержанием гумуса 3-5s< гуматно-фуль-ватного состава. Емкость обмеаа довольно высокая - 42-*7 мг-эхв., изменение j)H сверху ввиз профан от 5,9 до 6,3.

Лерзлотно-дуговые лесные почвы отличаются темносерым почти

черпни гумусовым горизонтом с языковатой нижней границей. Отдельные языки проникавт до глубины 120-150 си. Содержание гумуса до 10%, состав гуматный. За пределами языков количество гумуса резко снижается до 0,5-1,0?. Ниже 100 си на рваличной глубине в массе суглинка встречаются горазонтальвые черные полосы мощностью от 5 до 30 см извилистые и прерывистые по простираемо Одни авторы считаш их погребенными горизонта«« древних почв, другие над мерзлотный гумусовым натеком (Димо, 196'»). Нави исследования показали, что это каналы внутрипочвенноВ гидросети, маркированные продуктами почвообразовании, переносимыми из верхних горизонтов в периоды активного стока (вытамвание жильных льдов, иуссонные ливни), Изменение рН вниз по профилю мерзлотных лугово-лесных почв от 5,9 до 7,4, емкости обмена от 40 до 30 иг-экв.

Горные бескарбонатные черноземы сформировались под степной и луговой растительностью, занимающей скаые склоны нижнего и среднего высотных поясов.Пространственней изменчивость травянистого покрова южных склонов тесно связана с элемеигами меэорель ефа. Вогнутые нижние и средние части склонов заняты меэофильни-ыи ассоциациями на мощных высокогумусяых черноземах. На выпуклых участках средних и привершинных чэстях склонов раевростралены ксерофилыше ассоциации, под коЮрыми развиты иаломодиае малогуыускые черноземы и даже кашгановые щебнистые почвы*

Профиль горных черноземов темносерый, окрашен равномерно, комковато-зернистой структуры, мощностью 40-60 си* Содержание гумуса 3-б£,* состав гуматкый. Реакция почвенного раствора нейтральная (рН - 6,0), емкость обмена ровная по асеиу профили 3537 мг-зкв.

Горные каштановые почвы отличаются светлокорнчневым бесстру ктурным щебнистым профилей. Содержание гумуса 1-2Я, состав фуль ветный, рВ около 7, емкость обмена 14-15 иг-экв*

Долины рек заняты аллювиальными остепненными, засоленными, зазолоченными почвами, которые используются как пастбища. Довольно часто аллювиальные почвы зимой покрываются мощными наледями и освобождаются от ледяного покрова в середине июня.'

Цорфологические феномены почв депрессии Самобытность местных почв проявляется в морфологии профиля, обусловленной криогенезом. К морфологический феноменам относятся: языкеватость и кармевистость гумусового горизонта, инверсия

горизонтов В и С, глуоинные гумусовые горизонта-дилм, временные карбонаты в профиле мерзлотных дугово-лесных почв, пятнистей сподзолеиноотъ мерзл отно-таежых почв. Знание причяа морфологических феноменов позволит раскрыть механизм фориировавия и развития почвенного профиля ь условиях активного криогенеза.

На рис. 2 показана вертикальные и горнзонтальные срезы мерзлотной лугово-лесноя почвы. На вертикальных срезах видны гумусовые языки и карманы,. пронизывавкиа *ел то-буруи гляну ло глубины 70-100 ск. На горизонтальных срезах видны кольца генного гумусного горизонта на тон se же л ю-öy рои фоне глина, üto полигональные криогенные трещины, засыпанные гумуспрованныи мелкоземом верхнего горизонта, обрамляет блоки полигонов. £ зависимости от угла пересечения а той полигональной сети вертикальной стенкой разреза при описании почвенного профиля может оказаться "карман" или "язык".

Инверсия горизонтов часто наблюдается в ■ , профиле мерзлотных лугово-лесяых почв. Непосредственно под гумусовый горизонтом лежит слой чистого суглинка или глины, без заметных следов почвообразования. Не глубине примерно 70-80 см, где заканчивается полигональные греиияы, появляются признаки иллювиирования - повышенная плотность, призматическая структура с гляацем не гранях отдеяьностей, пятна ожелезкения пропитка гумусом. Б итоге формируется инверсионный профиль ЖСБ, обязанные провальной водопроницаемости пол иг о над ь вы х ipe щин, благодаря которой продукты почвообразования беспрепятственно проникают до дне трещия и только оттуда начинают дафундировэть в о кружащую толщу порода.

Глубинные гуиусовые гормзокты, в виде горизонтальных черкнх полос разной мощности извилист* и прерывистых по простиранию, встречаются в рыхлой толще на глубинах от 0,5 до 5-45 и от поверхности. Дуровыми скважинами £ шестиметровой толще обнаружено 5-3 таких горизонтов. Объемные морфологические лсследозания (по В.О.Таргудьяау)покаэали, черные полосн, видимые на стеяхе разреза, представляют собой жнлы изометрического сечеикя извилистые по простираамв как в вертикальной, так и в горизонтальних плоскостях. Это каналы внцри-Tiочвеяного стока, эапоявенвые продуктами почвообразования, принесенными из верхних горизонтов в растворенном и взвешенной состоянии и выпавиими в осадок в процессе криогенной дегидратации растворов и взвесей.

РИ

Рис.2 ;Тяал и профиль мерзлотной лугорл-лесноП почвы, а) я в) вертикальные срезы шной (Й0Е и северной стенки, с) горизонтальные срезу слоев через 10 см. 1ЯСр

I - коричнево-жёлтая глина, 2 то же с ожелезнениеи, 3 - то яе с дисгсс персным гумусеы, 4 - гумусовый гори-1 зонт, 5 - глубинный черный гумус.

щ

* »

•

Г1"'

¡яе ■

1

-г-

«<( «I*

ТТТТТ (ШП ^ДД

ш

ШШ* ■

.Рис. 3. Строение профиля почвенно-грунтовой толщи мерзлотной лугово-десной почвы в разных частях пологого северо-восточного склона.

I - «ёлто-бурая глдаа; 2 - горизонт А; 3 - глубинные гумусовые горизонты;* 4 - признаки ожелезнения; 5 - сильное оделеэнение; б - слабая пропитка гунуеом; 7— сильная пропитка гумусом; 8 - огле-ение; 9 - белёсый силикатный горизонт; 10 -_плита алевролитов.

В мерзлотно-таежных и лерново-таежяых почвах телные полосы встречается на небольшой глубине 20-40 см. Они менее ярко о*репс ян и бе с структурны. В горных черноземах темный горизонт значительной мощности 20-30 см обнаружен за пределами профиля на глубине 120-130 см в недрах элюво-делввия плотных пород. Здесь каменистые оа ломки покрыты пленкой черного глянцевого гумуса. Это является дополнительный свидетельством потечной, миграционное природы глубинных гумусовых горизонтов, тел более, что в почвах на плакоре эти горизонты не встречаются.

Пятнистая оподзоленность мерзло тво~ таежных почв проявляется в чередовании пятен почв с признаками - оподзолеиноети и без них через каждые 0,5-1,5 и. В плане изменяется соотношение площадей этих пятен. Пятнистость хорошо просматривается в траншеях и площадках с удаленной подстилкой (рис.

4 ). В некоторых разрезах одна.стенка демонстрирует оподозо-ленный, другая леоподзоленный профиль; Отделить в плане один тип профиля от другого практически невозможно, поскольку они не имеет привязки к"растительности или рельефу. Поэтому целесообразно принять пятнистость мерзлотно-таежных почв как их диагностический признак. 3 такой случае почвенный покров верхней тайги окзжетая весьма однородный как однородны господствующие здесь лиственничные леса. На этой можно закончить звтянувииася опор о наличии или отсутствии подзолистых почв в верхней тайге Забайкалья, Они есть, но залегают яе сплошным- контуром, а пятнами типа солонцовых комплексов Прикаспия.

Гидротермический режим почв Уяд ино-Да инс ко И депрессии

Почвенный покров У ндино-Ла и не к ой депрессии развивается в экстреконтинентальком климате с резкими колебаниями гидротермических условий в суточном, годовом и многолетнем циклах. Суточная амплитуда абсолютных'температур воздуха в нюне достигает 2025°, месячная - 50-60°, годовая превышает 100°. Среднегодовая температура воздуха отрицательная -3,1° о отклонением по годам от -I до -5°. Среднегодовая сумма осадков 313 мы, однако в отдельные годы может выпадать от 130 до 500 мм. На' рис. Ча. пока- . эен многолетний ход среднегодовых температур к сумм осадков. Трехлетние периоды высокого увлажнения, чередуясь с относительно сухими периодами, образуют девятилетние циклы, которые по тем же признакам группируются в тридцатилетние и вековые циклы помненного и пониженного увлажнения. Изменения среднегодовой темпе-

05 I

'V -1- /У/У'. 4 1 6 № Г д „ А Л 4 4 а в о о и

Рис. 4. Пиан поверхности минерального горизонта мерзлотно-таежной пятнисто-лсдзолистой почвы. I - подзолистый горизонт, Z - слабоподзолистый горизонт, 3 - бурый суглинок (гор,В), 4 - желто-бурый суглинок (гор.С), 5 - охристый суглинок, 6 - серый гумуеированний горизонт, 7 - валуны гранита, 8 - щебень и дресва гранита, 9 - обугленные растительные остатки, *

-17 -

ретуры обычно асинхронны изменениям осадков.

Характерное для Восточного Забайкалья преобладание ясное ентициклопальной погоди и преобладания пряной радиации над рассеянно я обусловило резкую пространственную дифференциации гидротермических условий по элементам рельефа. Температура-почвы северного склона на 5-7° ниже, чей южного. Б пределах северного склоне различия температур лесных и безлесных участков составляет 1-6°, а между выпуклыми и вогнутыми частями южного степного склока разница достигает, 8-9°. Существенны различия даже на уровне микрорельефа. Летом почва внутри полигональной трещины яа 1-3° холоднее и на I0-I5Í влажнее, чем в ограниченной ее блоке полигона. Состояние поверхности почвы (кустарник, солома, стерня, дорожная колея и т.п.) является причиной серьезных различий гидротермических режимов почвы на одном и том же склоне.

Максимальный вертикальный термоградиент от 'верхнего горизонта безлесных почв до нижнего изменяется от 220 до 50 град/м. Замерзание почвенной влаги при высоком термоградиенте происходит без ее перемещения с образование» льде-цементе, равномерно пронизывающего по.ч венную массу. При низком терм о градиенте (50 град/«) почвенная влага мигрирует к фронту промерзания и концентрируется в ледяных илирзх - горизонтальных прослойках, чередующихся с обезвоженными слоями почвы. Поэтому верхняя толща почвы обладает высокой вертикальной водопроницаемостью вследствие полигональной трещиноватосхи, в нижняя - горизонтальной, благодаря чередованию ледяных шлиров и сухих прослоек между ними. Этим же объясняется переменная скорость промерзания и протаивания криогенных почв, заметкая на хроноизоплетах температуры, поскольку.фазовые переходы воды в лед и обратно при образовании и вытакванки клиров требуют дополнительных затрат тепла.

Скорость протаивания почвы зависит от многих факторов,вследствие чего фронт протаивания даже на одном элементе рельефа представляет собой сложную поверхность мерзлотного водоулора,яе соответствующую поверхности почвы. Рельеф мерзлотного ьодоупора в процессе протеивекия почвы многократно изменяется и существенно влияет яа распределение почвенной влаги. Влага осадков и вы га и ва в дик ледяных хил скапливается в понижениях этого внутри-почвенного рельефа, образуя надмерэлотную верховодку. Промерзание верховодки зимой сопровождается пучением и криотурбациями почвенной толщи. В следующем цикле протаивания льдонасыщенный участок мерзлой верховодки вследствие медленного протаивания

становится повывениеи реяьефа мерзлотного водоупора, а верховодка скапливается не соседних участках, лротвяввнх быстрее, благо дер я ыеньвему содержанию льде. Такая "плавен чая* верховодка, ежегодно пенящая дислокацию, типична для Восточного Забайкалья.

Важной особеввоетью гидротермического режима почв депрессии, является периодическая изменчивость в иноголетнем цикле,обусловленная выраженной цикличностью климата. Примерно через десять лет местные почвы как Он перемещаются из аридная зоны в гумид-ную вследствие регулярной смены'периодов повышенного и пониженного увлажнения (рмс. Цй.). Естественно, эти колебания отражается на ходе вегетации и продуктивности фитоценозев, на активности почвенной биота, на свойствах почвы.

В период низкого увлажнения метровая толща почв депрессии промерзает в средней за 15 дней, а во влажные годы за 30 днев. Различие скорости промерзания разных почв от 3,2 до 5,0 см/сут. Протаивают почвы с меньшей скорость» (1,2-3,5 сы/сут.), однако тенденция сохраняется - в сухие годы метровая толща протаивает за 45 дней, во влажные - за 65. Исключение составляют мерзлотные лугвво-Лесные почвы под паром* Они во влажные годы протаивают на недели быстрее, чем в сухие. Этому способствует низкое альбедо влажной почвы, усиливая теплопоток в почву.

В периоды высокого увлажнения период талого состояния почв увеличивается в среднем на'декаду* Разброс дат начала протаива-ния почв во влажные годы составляет 30 дней (20.05-20,06), а в суяие годы 45 дней (1.05-15*06). Двухнедельное различие.сроков протеивания почв весной оказывает существенное влияние на ход вегетации растений и динамику почвенных процессов.

, В многолетнем цикле максимум протаивения всех почв наблюдается в первый год высоких осадков, которые прогревают сухую мерзлоту. Минимальная глубина лротаивания обычно в первый год сухого периода, когда запасы льда, накопленные во влажные годы,требуют дополнительных затрат тепла на протаивание, а сухой профиль обладает низкой теплопроводностью и сдерживает протаивание.

Контрастные гидротермические условия способствовали формированию хороио выраженной внутрипочвенноЯ гидросети (полигональные трещины, рельеф мерзлотного водоупоре, горизонтальные каналы-жилы по влирем). Эта ьнутрипочвенная гидросеть регулирует влажность почвенного профиля, защищая его ох переувлажнения и эрозии в периоды муссонных ливней и от иссушения при дефиците осадков за счет медленного протанвания льда и конденсации атмосферной

НЩЩЩШШШШШ

* ЕЕЕЗг ЕЗ3 I——

¿, ----$

Рис. ^.Многолетняя динамика среднегодовой температуры воздуха и атмосферных осадков по станции

Сретенское опытное поле.

I - годовая сумма осадков, 2 - многолетний ход осадков,' 3 - многолетний ход .температуры воздуха, >4 средняя многолетняя сумма атмосферных осадков, 5 - средняя многолетняя температура воздуха.

<0.07.73 5.08.73 20.1t.73 1(МЙЛ. 24.05.74. ¡0.0674

Р«.5 . Вертикально« (а) и горизонтально« (б) распределен»« запасов влаги в метровых слоях почвенно-грунтовой тещи северо-восточного си она.

влаги на экране мерзлоты.

Своеобразие гидротермических условия проявляется в наличии горизонтального термоградиента. Существенную часть 1епла и влаги отвлекают полигональные трещины, которые играю! роль испарительных и холодильных камер. Кроме того, внутрипочьенная гидросеть обеспечивает горизонтальною миграцию пэчьенкой влаги к растворениях I ней веществ. Поэтому ниашяя часть профиля всех почв отличается стабильным увлажнением, а верхняя испытывает резкие колебания влажности, особенно в почвах безлесных склонов - мерзлотных лугово-лесны* и черноземов. Под пологом леса дер-ново-твежные и мерзлогно-таекные почвы сохраняют оптимальное увлажнение, благодаря сети зияющих трещин и мощной лесной подстилке. Наибольшие колебания влажности наблюдаются в распаханных мерзлотных лугово-лесных почвах. При избытке влаги они накапливают верховодку и переходят в тиксотропное состояние, а в сухие года иссушаются до влажности разрыва капилляров.

Миграция почвенной влаги по каналам внутркпочвенной гидросети не прекращается даже зимой. До середины эины отмечается нарастание запасов почвенной влаги, затем начинается их постепенное уменьшение. " ,

На рис. 5 показана принципиальная схема миграции влаги внутри криогенной толщи почво-грунта.

Биологические процессы в'почвах депрессии

Почвенная биота полностью контролируется гидротермическими условиями. Максимальная ее активность наблюдается при температуре около 30° и влажности около 60^ влвгоемкости при достаточной аэрации. Каждый из указанных параметров непрерывно и автономно изменяется в суточном, годовом и многолетнем циклах. Вероятность благоприятного сочетания сразу всех факторов весьма незначительна. При высоких температурах возникает дефици! влаги, при избытке влаги - дефицит аэрации или тепла, и реальных почвах действуют своеобразные "гидротерыические ножницы", которые придают биологическим процессам пульсирующий характер, когда периоды высокой активности регулярно сменяются периодами низкой активности и дай полного анабиоза. В течение вегетации наблюдается несколько циклов роста и падения активности почвенной Сиоты. Особенно ярко ритмика биологических процессов проявляется в экс-трагонтинентальном климате Восточного Забайкалья.

Растительный покров экранирует поток солнечпой энергии в

почву и из почву. От высоты, сомкнутости, вертикальной и горизонтальной структуры растительного полога в значительной степени зависит гидротермический режим почвы и приземного воздуха значит и активность почвенной йиогы. Например, з июле температуря почвы на глуСине 20 см в березняке реэнот^запол в пределах Й—10?, под луговым разнотравьем - 14-16°," под типчэковой степью - 18-21°. Влажность почвы и приземного воздуха изменяется 1 в обратном порядке. В лесных почвех влага сосредоточена в верхних 20-30 сы, в луговых оня тяготеет х мерзлоте и скапливается'в нижней части профиля. Для степных почв характерна низкая■влажность всего профиля.

Зикои под пологом лесе мощность снежного покрова вдвое выше, чем на открытых участках о луговой и степной растительное- . ты). Поэтому лесные почвы зимой теплее, а летом холоднее луговых и степных в средней на 10°. Годовая амплитуда температуры на глуСине 20 cu в лесных почвах не превышает а в луговых и степных достигает 40° и больше. Температура *í>° на глубине 40 см в лесных почвах наблюдается в течение W дней, а в луговых и степных - 145 дней. Изменения гидротермотэских условий и . суточном, годовом к многолетнем циклах определят время прохождения фенофээ, продолжительность вегетации 'растений и активности почвенной биоты, а также мощность биологически активного слоя почвы и результативность биологических процессов. .

На рис. 6 показана сезонная динамика нарастания фигоыассы травянистого яруса и общей некроыассы (ветошь, подстилка,спад) л лесных Се) и лугово-стешшк (б) фитоценозах Ундино-Хэинской депрессии. Кривье демонстрируют положительные и отрицательные * разности между массами укосов, отобранных с декадным интерве-лом. Масса первого укоса взята за куль.

Сезонная динамика фитонассы имеет пульсирующая характер: максимумы прироста чередуются с минимумами* В лесных фитоценозах более динамична некроыасса, в дуговых и степных - масса живого напочвенного покрова. Число пульсов и амплитуды их количественных изменений б каждом фитоценозе свои, но есть общие черты в лесных и безлесных фитоценозах и значительные различия не- . жду этими группами типов. '

В лесных фитоценозах максимум прироста травянистой массы приходится на июль,а минимум на август. Ритмике некромассы как правило асинхронна ритмике.фитоыассы. ¿ело в том, что автотроф-нэя и гетеротрофная Ойоте одинаково реагирует на изменения гид-

Рис.б. Темпы нарастания зелёной (I) к отмершей (2) фитомассы на поверхности почвы разнотравных березняковЧА) и травянистых фитоценозов (Б).

ротермических условий, [¡о активизация авютрофних организмов сопровождается увеличением прироста фиюмессы, а повышенная активность гетеротрефов уменьшает некромассу вследствие ее минерализации. На основе такой адекватной реакции происходит согласование функций эвтотрофной и гетеротрофной компонент экосистемы. Различия заключаются в том, что для автотрофов приоритетный Фактором является инсоляция, е для гетеротрофов аэрецши Эти параметры вносят существенные коррективы в механизм взаимодействия растений с почвой.

В травянистых фитоценоза* ритмика более разнообразна. Луговая растительность речных долин (фация 9) близка по ритмике к лееннн фитй'ценоээм вследствие сильного'влияния зимних наледей и позднего начала вегетации, степные фитоценоэы даже в пределах одного склона отличаются разнообразием. В верхнесклоновых фациях (ф.7,8,10) максимум нарестенил фитемасск наступеет на месяц раньше, чек в яихнвсклоновых (ф.5,6).

Пульсирующая ритмика биологических процессов в почвах обязана несогласованным изменениям температуры и влажности одине)ко-во важных для жизнедеятельности почвенной биоты. благодаря "Нер-^' мическиы ножницам" удачные для биоты сочетания тепла) влаги,аа-радии в почвах Забайкалья случаются редко и продолжаются недолго. Характерная для Забайкалья четко выраженная смена фенофаз и аспектов растительного покрова'говорит о том, что местные фитоценоэы адаптировались к пульсации гкдротермических условий. Такой же адаптации очевидно подверглась и почвенная биота, осуществляющая разложение а минерализацию органического вещества: опада, подстилки, гумусе.

Максимум биологической активности луговых и степных почв, измеренной аппликационными методами и учетом дыхания почвы по СО^, приходится на начало лета, а минимум ев его конец. $ лесных почвах биологическая активность нарастает постепенно от начала х концу летнего сезона. Нощкость биологически активного сдоя в лесных почвах составляет 10-20 см, а в луговых и степных достигает 100 см и больяе.

Существенные колебания биологическое активности почв наблюдаются в многолетнем цихле* Максимум целлвлозоразруиающей активности характерен для периодов высокого увлажнения. В сухие периоды биологические процессы во многих почвах подавлены. Исключение составляют почва средней и верхней тайги, где высокая активность хороио увд мне книг П0Ч1 стимулируется повышением тем-

9

Рис, 7. Проте&зная активность почв под разнотрезнши березняками (А) и травянистыми фит оценозаки СБ).

А : п.2 - мерзлотная дерново-лесная, п,5 - мерзлотная дерново-твёжная,

п.? ■- мерзлотная дерново-таёжная (водораздел). В : п.1 - мерзлотная лугоэо-лесная, п.4 - горный чернозём, Л.З - мерзлотная лугоэо-лесная (паровое поле).

- 25 -

пературы в годы низких осадков.

Рис.7 демонстрирует ритмику биологической активности почв, измеренную аппликационным методом (Мигустин, Никитин,Вострая, 1968) путем ежедекадного экспонирования в почвевнон разрезе желатинного слоя фотобумаги. При общем количестве ритмов заметна количественная разница в высоте пульсов. В годы высокого увлажнения активность значительно выше, чем в сухие годы,причем ритмика безлесных почв выражена более ярко, кривые активности индивидуальны.'

Продуцирование почвой С02 (Галстян, 1963) является интегральным показателем активности почвенной биоты. На рис. видны два пике биологической активности во всех почвах депрессии: один а иене, второй в августе.Правде в дуговых и степных почвах пики сближена по сравнению с лесными, а в мерзлотно-таежных почвах верхней тайги второй максимум наступает а сентябре. Здесь же отмечена минимальная мощность биологически активного слоя 10-30 см. Ниже активность резко убывает и проявляется в очень короткий период. С переходом в пояс средней и нижней тайга активность почвенной биоты и мощность" активксго слоя увеличиваются.

В мерзлотных лугово-лесных.почвах и горных черноземах высокая активность резко сменяется почти полным анабиозом по всему профилю -вследствие иссушения. Интересна динамика активности лу-гово-лесных почв под паром. Высокая активность наблюдается здесь еесной и в середине лета. В остальное время активность биоты подавлена иссушением.После выпадения июльских ливней происходит вспыика,активности, ко распределение по профили обратное с максимумом на глубине 60 см. В это время рН почвы изменяется от щелочной до нейтральной, увеличивается концентрация подвижного железа.

Результативность биологических процессов сказывается на изменении физико-химических показателей и морфологии почвенного профиля. О согласованности биологических и химических изменения можно судить опосредованно по сравнению динамики интегральных показателей таких как рН и

Изменения рН индивидуальны в каждом профиле,но во всех почвах различаются изменения верхнего и нижних горизонтов.Например, в дерново-таежных почвах в период максимума биологической активности в верхнем горизонте рН изменяется от 5 до 6, а в нижнем

Рис. 8. Динамика продуцирования С02 почвами лесных (А) и травянистых (Б) фитоценозов.

Рис. 9. Сезонная динамика рНсолевой в почвах лесных (А) и травянистых (Б) фитоценозов.

от 4 до 5* К осени изменения происходят в обратном порядке. В чернозёмах изменяется только нижняя пасть профиля от 6,5 до 4,5. В пахотных лугово-лесных почвах при максимуме активности происходит уменьшение рН верхнего горизонта от 6 до 5* нижнего от б до 4. Pasличная реакция лесных и лугово-степных почв на повюение биологической активности связана с тем» что травянистые фитоценоэи быстрее лесных ыжращплхя фигомассу при улучшении условий, потребляй болыве оснований, освобождённых я процессе минерализации, и тем самым сникая рН почвенного раетвор»£ Рчс .

МЕХАНИЗМ «УНКЦИОНИРОВАНИЯ ПОЧВЫ В ЭКОСИСТЕМЕ

Наука о почве прошла два главных этапа развития и вступила в третий, сменив две парадигмы и приняв третье. На первом этапе почва рассматривалась как объект труда к средство производства, затем была признана в качестве самостоятельного биохосного тела природы и наконец стала равноправный компонентом биосферы. Каждый этап характеризовался собственным набором параметров и критериев оценки почвы. Сначала это был верхний слой рыхлой породы, разлии-ного цвета» плотности и механического состава. Затем открылся генетический профиль с набором горизонтов, морфологическими и'физи-ко-оснмнческимн признаками. Последнее определение почвы как компонента биосферы и любой наземной экосистемы пока не имеет собственной атрибутики, а параметры сравнительной диагностики, характеризуете статику почвенного профиля здесь непригодны.

Почва — динамический функциональный компонент экосистемы и spiúte на иметь динамичные параметры, соизмеримые и сопоставимые с параметрами других компонентов экосистемы, согласованные по характерны* временам с условиями среды. Начинать поиск динамичных параметров можно с описания механизма функционирования почвы в экосистеме.

Главной функцией экосистемы является обмен вещества и энергии или метаболизм - постоянное обновление живого вещества путём взаимодействия двух противоположных процессов: анаболизма и катаболизма. Фумкцао анабмяема или синтеза органического вещества из минеральных элементов осуществляют растения, а функции катаболизме или распада отмершей биомассы выполняет почва. В почве мокко выделить три функциональных блока: а) блок аккумуляции, вкшочавдий опад, подстилку, гумус, т.е. некромассу, б) блок диссимиляции, включающий всю совокупность гетеротрофных организмов, разрушающих некромассу, в) блок миграции, включающий всю совокупность минеральных элементов биологического круговорота (соли, газы, коллоида).

Трансформация органического вещества является связующим звеном между почвой и растениями, сложной хорошо отлаженной системой дозирования минеральных эяеыентов, необходимых растениям для синтезе -первичной биологической продукции« Мы намеренно вьщеляем этот процесс хак главный, отвлекаясь от других на менее важных процессов, чтобы.понять и описать механизм функционирования посты в экосистеме. Именно этой задаче служит предлагаемая модель, концепция которой отряжена на рис.10 4

Входным параметром модели является масса спада.. Ее распределение по профилю почвы связано^ с зональность» экосистем. В спаде ласных экосистем преобладает надзсьиая часть отивршей фитонассы, а олад степных я лутовкх экосистем на 70-53% состоит из корневой массы, достутикцей непосредственно в толщу генетических горизонтов.

Стадии разложения органического вещества ссответствуют его составу и количеству в горизонтах почвенного профиля А0, А, АЕч В, ВС, С. Измерить запасы органического вещества в генетических горизонтах почвы не составляет труда. Зато скорости трансформации " пока не поддаются прямому измерений. Модель строится так, чтоби, опираясь на известные данные о запасах органнчгского вещества е почвенных горизонтах, вычислить неизвестные скорости его перехода из одного горизонта в другой. Одновременно с решетим этой задачи мы получаем и характерные времена почавкай: горизонтов илк время полного обновления органической массы каждого горизонта и профиля.

Органическая яасса почвы состоит из множества фракций разной степей» сложности строения и состава. Свежий спад является наименее устойчивой фракцией с иальы характерным временем. Чем глубже горизонт, тем его органическое вещество устойчивее к разложение. Глазной приятой стратификации органического вещества в врофале почвы является разница скоростей разложения его отдельных фракция. Потаенный профиль мокно рассматривать как спектр горизонтов, а 1 горизонт как спектр органо-минералькых фракций.

Предлагаемая модель имеет балансовый характер. Генетические горизонты рассматриваются как "ёмкоста", содержание которых определяется разностью входа и выхода вещества. Это относится и хо всему профилю. Переход вещества из одного горизонта в другой связан с его качественным превращением и определяется соответствую» щимн скоростями С VЦ ), показывающими, какая часть вещества данного горизонта переходит по данному каналу за определённый интервал времени, меняя при этом качество. Число горизонтов не критично и может меняться без принципиального изменения модели.

Рис. 11. Характерные времена дерново-подзо-листоф почвы (а) и чернозема (б).

- зо -

Концептуальная схема рис.10 описывается системой обыкновенных дифференциальных уравнений:

шеи в конечно-разностном виде для ЭВМ:

С - А0, А1, АВ, В» ВС, С. j - О, I, 2, 3, 4. у„ - приход вещества в горизонт профиля, у?- выход вещества из горизонта в атмосферу, ^ — выход вещества из горизонта в фитоыассу, ^г, - выход вещества из горизонта в гидросферу, ^Д,- переход вещества из вышележащего горизонта в нгаквлежапр1й.

Модель идентифицирована по типичным профилям дерново-подзолистой почвы и чернозёма типичного, а затеи по почвам Восточного Забайкалья: мерзлотно- таёжной, дерново-хаёжной н чернозёма бескарбонатного. В качестве базовых данных использовались запасы органического вещества в генетических горизонтах почв к масса годового спада. Затем на ЭВМ подбхрыксь скорое«, при которых в установившемся {стационарном)рениме образуется заданный профиль.

Таблица

Реальные характерные массы (М) и расчётные характерные времена (С) генетических горизонтов некоторых почв

' ^Горизонт Почва " Ад Al AB В БС Сумма.

м ¡-í? M" -Г м "PF M -с H -о- M

Дерново-под

золистая 30 20 52 60 23 80 12 00 12 00 133

Чернозём типичный 15 .4 160 00 200 120 300 220 150 350 025

Ыерзлотно-

таёхнал 80 120 •ч 26 130 43 200 зе 250 190

Дерново-таёжная 30 60 6 50 45 130 10 110 в 120 91

Чернозём 16 40 ЭО 140 36 200 25 250 10?

Данные таблицы показывают, что характерна* пасса органического профиля дерново-подзолистой почвы 133 т/га при опада 5,6т/га обновляется полностью за 90 лет* а органическая масса чернозёма 825 т/га ори опаде II»2 т/га обновляется за 350 лет. При атом масса горизонта А0 в первом случае обновляется за 20 лет, во втором за 4 года. Характерное время дерново-таёжных почв 120 лет, а мерзлотно-таёжных почв и чернозёмов - 250 лет, (рте.II).

Кроше характерной массы и характерного времени существует третий интегральный показатель) отражающий сущность почвы как динамической системы - характерный спектр фракций органического вещества профиля и его горизонтов. Совокупность этих показателей позволяет строить трёхмерную шкалу диагностики почвы. Однако в настоящее время характерный спектр фракций выражается набором цифр'группового или фракционного состава, а интегральный однозначный показатель пока не разработан. Это осложняет использование трёхмерной шкалы в диагностике почв.

Объективность предложенной модели может контролироваться выходными параметрами путём измерения выноса вещества из почвы в атмосферу (VI,у), фитомассу (14.г) и гидросферу (У1з). На языке существущих методов измерения это означает дыхание почвы по СО^, зольность прироста и модуль химического стока. Оперируя перечисленными показателями, можно контролировать динамику почвы в декадном режиме с помощью существующих методов я техники измерений.

Предложенная модель может стать инструментом для изучения сложных процессов, протекающих в почве и её горизонтах, позволит увязать почву с другими компонентами экосистемы.

Б почвенной покрове Ундино-Даинской депрессии мерзлотные лугово-десные почвы отличаются наибольшей продуктивностью, запасами гумуса и питательных элементов, Мсашо считать, что они развиваются в наиболее благоприятных условиях. Расположение почв по градиенту гидротердагеских условий заметно даже в пределах одного склона. Среднюю часть южного склона с мощными высокогумусными чернозёмами занимают наиболее продуктивные злаково-разнотравные ассоциации (38 ц/га). В нижней части склона расположены менее продуктивные бобово-раэнотравные ассоциации (25 ц/га). Здесь температура почвы на 2-3° ниже, чем в первом случае. Верхнесклоновые и привершинные ассоциации характеризуются также пониженной продуктивностью (31 и '¿4 ц/га) вследствие низкой влажности щебнистых каштановых почв. Дифференциация продуктивности по гвдротер-мическш условиям найлюдаетсл при сравнении выпуклых и вогнутых участков средней части склона*

В условиях крногенеза контрасты гидротерщческих условий проявляются даже на уровне микро- и накорельефа. Блоки полигонов, ограниченные мороз обойными трещинами на 1-2° теплее и на 5-10% суше, чем материал, заполняющий трещину. Между вершиной блока и трещиной лепит зона оптимума. От вершины блока к трещине растёт мощность гумусового горизонта (12,18,26 см) и содержание гумуса (2,5* 3,8; 5.4Ж).

Примеры показывают, что каждый уровень организации почвы кмеег собственную амплитуду гидротермических условий,*в пределах которой можно выделить диапазоны минимальной, оптимальной и максимальной продуктивности почв. Гармония между растениями и почвой обеспечивается адекватной реакцией автотрофных и гетеротрофных организмов на изменения гидротераических условий, При этом надо учитывать и специфическую реакцию растений на свет, а почвы на аэрацию.

Суточный ход гидротермических условий определяет ритмику активности биоты, причём, гетеротрофная биота высвобождает минеральны« элементы из некроыаесы, & автотрофная - потребляет юс док синтеза фитомассы. Годовые колебания гидротерыичасакх условий синхронизируют динамику почвенного гуыуса, прироста и одада фитомассы. Многолетние и вековые колебания климата отражаются на морфологии почвы и структуре фитоценоза. Сложность заключается в том, что биота реагирует на гидротермические условия, а мы измеряем отдельно температуру и влажность в разных единицах. Интегральный гидро-тернический показатель, соизмеримый по времени с ритмикой биоты, пока не разработан.

Предлаваем способ интегрального описания гидротермических условий для оценки ритмики почвенных процессов. Он базируется на конечности биологически значимых изменений каждого фактора: температуры и влажности почвы. Точкой максимально благоприятного сочетания для бноты тепла и влаги является 30°С и 60% ПВ. Анабиоз наступает как при дефиците, так и при избытке фактора: 5 и 55°С и 5, 95% ПВ. Совмещаем точки минимума обоих факторов и точки максимума, делим совмещенную кривую градиента на три части: пес-симум, оптимум, максимум, составляем перечень сочетаний диапазонов1' одного фактора с диапазонами другого, распределяем их по градиенту биологической значимости и получаем в результате шкалу гидротермических условий в баллах. Вес балла определяется экспериментально для каждой почвы. Изображение хода гидротехнических условий в безразмерных баллах обнаруживает гораздо большую корреляцию с ритмикой биологической активности почв, чем раздельное изображение хода температуры к влажности почвы. Построенные на этой же основе гидротермическив поля в большей степени соответствуют пространственной изменчивости почв, чем поля температуры и влажшости почвы в отдельности.

Главное достоинство способа в том, что он позволяет измерять и оценивать изменчивость почвы во времени н пространстве по единому. критерию.

Заключение

Почвенный покров Ундино-ДаинскоЙ депрессии харктеризуется рядом специфических признаков, обусловленных резко выраженной пространственной и временной изменчивостью параметров экстраконтинентального климата, усиленного горным рельефом.

Влияние климатических факторов на почву проявляется опосредованно через изменение ритмики биологических процессов, которая, в свою очередь, обусловливает изменение скорости трансформации органического вещества и выделение при этом минеральных элементов в количестве и соотношениях необходимых дакноиу фитоценозу в данный момент при данных условиях.

Согласованность выделения почвой и потребления фитоценозом минеральных элементов в процессе трансформации органического вещества обусловлена адекватной реакцией и автотрофиых и гетеротрофных организмов на изменение гвдротермических условий. Отсутствие прямой зависимости объясняется тем, что растения автономно реагируют на свет, а почвенная Гетеротрофная биота на аэрацию. Взаимосвязь между растениями и почвой через гидротердаческие условия, регулирующие активность авто-трофной и гетеротрофной биоты, особенно ярко проявляется в условиях криогенеза, хотя имеет место во всех природных зонах.

Фракции органического вещества, составляющие в совокупности облик почвы, её генетический профиль, по существу являются стадиями трансформации неяромасоы, а гумусовый профиль почвы представляет собой колонку последовательных смен стадий трансформации массы отмерших организмов до полной минерализации.

Механизм функционирования почвы в экосистеме заключается в трансформации органического вещества с выделением ка всех стадиях этого процесса минеральных элементов в форме газов, содей, коллоидов, а также с формированием запаса элементов путем вторичного синтеза гумуса. На этом принципе построена математическая модель функционирования почвы, используемая нами как инструмент для изучения динамических процессов в числении экспериментах.

Численные эксперименты на почвах Забайкалья и Европы позволили найти принцип построения количественной диагностики почв на основе двух динамических параметров; характерной массы органического вещества почвы и характерного времени его обновления в процессе трансформации. Третьим параметром диагностики мог бы стать спектр фракций органического вещества почвы, но он пока не поддается однозначному количественному' выражению, хотя с его введением в диагностику эту словдую задачу можно доверить компьютеру. Это дело будущего.

■ ОСНОВНЫЕ ВЫВОДУ

1. Ундино-Даинская депрессия является удачным модельный полигоном для проведения экспериментов по изучении пространственной и временной изменчивости пота и отработке их дин этнических характеристик. •

2. Контрастность экстраконтиненталького климате. Забайкалья в пространство и во времени, усиленная горным рельефом, главная причина специфических криогенных явлений (полигональная трещиноватость, вну-трипочвешая гидро*еть, рельеф мерзлотного водоупора, плавающая верховодка и др.), проявляющихся в почвенном профиле как крисморфозы (языковатость, инверсия, глубинные гумусовые горизонты и г.п.).

3. Консервативные диагностические признаки почв (почва-память) есть результат многократно повторяющихся короткопериодных процессов

Спочва-момент), обусловленных ритмикой биологической активности почв под влиянием флуктуаций гидротехнических условий,

4. В условиях криогенеэа резко выражены "гидротермически© ножницы"-многократная, в течение сезона вегетации, смена благоприятных для биоты сочетаний тепла и влаги неблагоприятными, чем объясняется пульсирующий характер биологических процессов, который проявляется в волнообразном изменении массы прироста, спада, активности биоты.

5. Анализ специфических признаков и пространственно-временной изменчивости криогенных почв позволил поставить и частично решить проблему экологической функции почвы в экосистеме как блока запасания

и дотирования элементов минерального питания, обеспечивающего устойчивое функционирование фитоценоза га счёт трансформации органического вещества отмершей биоты (некромассы).

6. Раскрытие, механизма трансформации органического вещества в почве дозволило разработать математическую модель для количественного описания динамики процесса функционирования почвы и проведения численных экспериментов по изучению круговорота вещества в экосистемах.

?. На основе проведённых численных экспериментов предложен принцип количественной диагностики почв с помощью двух динамических параметров; характерной массы органического вещества почвы и характерного времени его обновления. Введение третьего параметра - характерного спетра франций - значительно повысит объективность диагностики, но для этого надо найти способ его выражения в одной цифре.

3. Предложена программа стационарных исследований к экспериментов в "Экотроне" - экосистеме, функционирующей в замкнутом объёме с контролируемыми и управляемыми параметрами почш и фитоценоза. Такие эксперименты нужны для верификации модели и отработки параметров для динамической классификации и диагностики почв.

СШСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО Ш ДИССЕРТАЦИИ

1. Устройства для изучения динамики криогенных трещин,треощномеры. В кн.; Почвенный криогенез. М., Наука»1974, с210-514.

2. Мерзлотные экосистемы и их продуктивность. В кн.: Экологические проблемы Севера. Якутск, 1974, с.65-72 (в соавторстве).

3. Гидротериичеокне процессы в почвах Ундино-Даинской депрессии Восточного Забайкалья. Материалы Совета по проблеме« теплофиаи-ческих исследований почв. М., 1975, с.36-43 (в соавторстве).

4. Роль растительности в системе керэяотного биогеоценоза. Б кн.; Флора, растительность и растительные ресурсы Забайкалья и сопредельных областей. Вып.5. Чита, 1975, с.12-14,

5. Продуктивность надземной биомассы в лесных фитоценозах Ундино-Даинской депрессии. Там же, с.76-79 (в соавторстве).

6. Магнитная восприимчивость некоторых почв Забайкалья. В кн.: Почвенный криогенез и мелиорация мерзлотных и холодных почв. Ы.,Наука,

1975, с.42-44 (в соавторстве).

7. Микроклимат и криогенные процессы в почвах Восточного Забайкалья. Там же, с.104-106 (в соавторстве).

8. Своеобразие эрозионных процессов в криогенных почвах. Там же, с. 241^43.

9. Особенности режимов тепла и влаги в мерзлотных и холодных почвах Уедино-Даинской депрессии. Там же, 0.243-245.

10. Особенности морфологии и генезиса мерзлотных лугово-лесных почв Восточного Забайкалья. В кн.; Почвоведение и агрохимия. ОНТИ ЩЕИ АН СССР, Цущино, 1977, с.57-65.

11. Магнитная восприимчивость некоторых почв Восточного Забайкалья. Почвоведение, № 7, 1977, с.74-80 (в соавторстве).

12. Парамагнитные центры в лугово-лесной мерзлотной почве. Тезисы ' докл. У съезда ВОП, вып.2, Минск, 1977, с.114-115 (в соавторстве).

13. Роль климата в формировании криогенных почв. В кн.: Криогенные почвы и их рациональное использование. М., Наука, 1977, с.14-19.

14. Морфология криогенных почв. Там же, с.31-42 (в соавторстве).

" 15. Биологические процессы в криогенных почвах. Там же, с.80-102,

16. Температурный режим криогенных почв. Там же, с.64-7? (в соавт.).

17. Режим влажности криогенных почв. Там же, с.77-88.(в соавторстве).

18. Влияние теплового и водного режима, потаенно-климатических условий и рельефа на режим питания и продуктивность агрофитоценозов. Там же, с.157-163 (в соавторстве).

19. Пространственная и временная изменчивость почв Восточного Забайкалья. В кн.; Прогноз изменения криогенньк почв под влиянием хозяйственного освоения территории. 0КГИ НЦБИ АН СССР, Пущино", 1980, с.100-102.

20. Пространственная и временная изменчивость природной среды экологического региона Центральной России. В кн.: Биосферные заповедники. Л., Гвдрометеоиздат, 1903, с.151-162 (в соавторстве).

£1. Роль почвы в структуре и функциях природных систем. В кн.: Информационные проблемы изучения биосферы. 0НТИ 1Ц£Н All СССР," Пущино, 1906, с.136-148 (в соавторстве).

22. О моделировании процесса трансформации органического вещества в почве. В кн.: Информационные проблемы изучения биосферы, М., Наука, 19В8, с.76-84 (в соавторстве).

23. Об общих свойствах информационных систем в живой природе и технике. Там же, С.182-196 (в соавторстве).

24. Модель трансформации органического вещества в почве. В кн.: Информационные проблемы изучения биосферы, OlOT'I 1ЦВИ АН СССР, Пущино, 1990, с.152-157 (в соавторстве).

£5. Информационное единство биологических и технических систем. Там же, с.419-439 Св соавторстве).

■ 26, Модель трансформации органического вещества в почве для количественного изучения функций почин в экосистемах. Докл. АН СССР, 1990, т.312, № 3, с.759-762 (в соавторстве),

27, Изменчивость почвы в пространстве и во времени. 1!.,Наука,1991,148с.

¿utuj> г/-ftort&t* Q. '

QW^'»«, /О-/--/09(7

2.09.91 г. Тираж 150 эка. Заказ 3624Р. Уч.-ияд.л. 2.0.

Отпечатано с оригинала-макета на ротипринте

в ОНТИ ПНЦ АН СССР '