Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ДИНАМИКА ВАРЬИРОВАНИЯ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПОД ПОСЕВАМИ ЯЧМЕНЯ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ДИНАМИКА ВАРЬИРОВАНИЯ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПОД ПОСЕВАМИ ЯЧМЕНЯ"

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

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

УДК 631.452:631,81

ПРАСОЛОВА Нина Витальевна

динамика варьирования свойств

ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ почвы ПОД ПОСЕВАМИ ЯЧМЕНЯ

Специальность 06.01.04 — агрохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1989

Работа выполнена за кафедре осшвго земледелия факультета Почвоведения Иоовавс&ага государственного уннверситета иы. И Л} Ломоносова

академик ВАСХШЯ, профессор В.Г.Шюевв доктор Оиоаогичвских наук, лрофессор ¿.¿.Дмитриев

доктор сельскохозяйственных наук Д. Н. Дурманов

кандидат биологических наук Б.ЕЛазарчик

НШ сельского хозяйства Центральных районов Нечерноземной зоны РСФСР

Замята состоится а 15 час. 30 мин,

з аул. И-2 факультета Почвовелзыия на заседании специализированного согкчга К 053.05.86 в .-1. М.В.Лоооносова: Г198УЗ, Москва, Ленте . ;«лультет ¡1очл " Ученый Совет

С „з* ыогно ознага'^пься в библиотеке факультета

Почвоведе.- .: ¿17

^зтореферат разослан

Ученый счсоет^цз —-

V * /

сзециализассвар" ' /¿//¿-¿¿е., йЛ.БаОьева

Научные рукоюдктшсё:

Офецважьвю оппоненты:

Звдушее учреждение:

^ттяьность проблему. В последнее время накоплен обаирныЙ м достаточно противоречии! материал по варьированию почвенных свойств в пространстве. Факт наличия пространственно! неоднородное та почвенных свойств проявляется в результатах многих «сследован ай вне зависимости от ставившихся в нкх задач, способов интерпретации результатов, а также des учета временной дкнамшеж почвенных СВОЙСТВ.

Соотношение временно! ■ пространственно! вариабельности неодинаково для различных почвенных свойств: в рада работ указывается, что временная вариабельность существенно превышает пространственную в пределах выбранной генеральной совокупности (SiiktflL ,

странственная вариабельность свойств, часто не возводящая однозначно выявить характер изменения свойства во времеви (Зайцева. Звягинцев, 1976). Поэтому назрела необходимость изучить изменчивость структуры пространственной организации свойств во времени. Выявление динамики структуры пространственной неоднородности приобретает особое значение при изучении свойств, на которых базируются оценки различных почвенных состояний.

Цель работы. Изучение динамики варьирования различных почвенных свойств, а также научение возможности выявления оптимальных параметров почвенных свойств для возделывания сельскохозяйственных культур в производственных посевах в рамках пассивного эксперимента.

Научная новизна. Впервые охарактеризована динамика структуры пространственной организации почвенных свойств и биомассы ячменя. Показано, что изучение отдельных свойств почвы позволяет понять некоторые особенности структуры почвы как сложи о о рганнзовакной системы, связанные с.плодородием, но в силу того, что плодородие является свойством почва, проявлявшемся на уровне целого и определи- -

, 1968). В других работах превалирующей признается про-

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА t-.''сск, сольсксхоз. академии им. К. А. Тимирязева

■Ин;;. №

имгооя не только свойствами компонентов, не позволяет в полно! мере донять, как реализуется плодородие (в виде урожая)'. .

Практическая значимость. Полученные данные представляет не только теоретический интерес, но могут быть использованы в прикладных целях: поскольку плодородие является эмерджентным свойством почвы, характеризует ее как целое и любое воздействие на почву приводит к изменению всей системы, возможность разработки мер воздействия на почву под планируемый урожай на основе изучения зависимости урожая от отдельных свойств почвы носит проблематичный характер.

Адробаляя работу в Материалы диссертация докладыва-

лись на I/ Всесоюзной конференции молодых ученых И1ЮС (Путанно, 1988). Работа рассматривалась на заседании кафедр« общего векледелия факультета Почвоведения MIT (1986). По материалам диссертации опубликовано S печатных работ.

ftfoeM рабртн- Диссертации состоит из введения, глав, выводов. Содержит страниц печатного текста, рисунков. Список литературы на наименований, из них на иностранных языках.

рб-ьекты иссла^дддия Изучение динамики пространственного варьирования свойств почв и биомассы ячменя проводилось на дерново-подзолистой почве агробиостаншл Чашниково, находящейся и Солнечногорском районе Московской области. Динамика пространственного варьирования изучалась на 2-х объектах.

В 1986 г. в пределах поля Л I севооборота "Кирпичное полб* и случайном порядке было отобрано и зафиксировано 16 учетных площадок пловады) I х2. Для изучения динамики пространственного варьирования почвенных свойств отбирались обреэш почвы с учетных площадок в В сроков (I срок отбора - 17.06; 2 - 4.07; 3 - 14.07; 4 - 22,07; 5 - 29.07; 6 - 21.06) 7 - 7.09; 8 - 19.09),

В I9Ô7 г. все поле » 4 севооборот» •Кирпичное поле" било раз- ,

- Э -

бито ва квадраты площадью 2 га. В 4-х квадрата* в случайной порядке отдирались но 2 участка 50 х 50 у?, внутри которых б случайной

л

порядке отбирались по 2 участка 10 х 10 м , внутри которых также в случайной порядке располагались по 2 учетные площадки I I I ы^. I срок отбора - 18.05; 2 - 25.05; 3 - 1.06; 4 - 8.06; 5 - 15.06; б - 1,07; 7 - 14.07; в - 27,07; 9 - 10.08 я растительные пробы с плоиади 0,25 м2 - 3 срока.

Дроби почвы отдирались буром диаметром 4 см с глубины 0-20 см. Объем образца составлял 250 см8. В почвенных образцах определяли влажность почвы, рН^ и , содержание подвижных форм фосфора

к калия в вытяжках Кирсанова к Эгнера-Рима, содержание подвижныI форм фосфора в вытяжке Олсена, содержание а , калия

ш кальция в водной вытяжке, содержание в солевой вытяжке,

содержание Л» (Л-ЛО^ + „ГС-УНц) после недельного инкубирования, содержание общего углерода, а также плотность почвы. Кроме того, на учетных плэддках производилась закладка ионообменных смол (анионага марки А-4 в катеонита марки К~2). В анионитах определяли содержанке юна а катиони тах - содержание калия. В растительных образцах

определяли содержание калия, фосфора и азота.

ДИНАМИКА ОСНОВНЫХ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЧВЕННЫХ СВОЙСТВ

В характере динамики пространственной неоднородности для различных почвенных свойств не выявляется однонаправленного изменения: для одних свойств (содержание фосфора в вытяжке Олсена, калил в вытяжке Эгнера-Рима, азота (^Г-Л'^ + ) после недельного инкубирования, гумуса, калийного потенциала, рН, рСа) динамика средних, ■вменение размаха варьирования выражены слабо, для других (содержание фосфора в вытяжках Кирсанова в Эгнера-Рима, содержание калия в водной вытяжке и вытяжке Кирсанова, содержание азота в водной и со-

лево! вытяжках) наблюдается статистически эпачвмая динамика средняя, степени варьирования, распределен*!! (табл.1).

Таблша I

Изменение средни значений результатов анализов некоторых свойств по срокам (содержание фосфора в вытяжке Кирсанова -РдО^х; в вытяжке Эгнера-Рича - ^205л; содержание калия в вытяжке КирсановаК^Ок; в вытяжке Эгнера-Римя ~ К^Ол; содержанке нитратов в I и. КСI-вытяжке - Я-Щ ; (мг/100 г почвы); влажность - ^ {£))

свойства: ЛТП

. I г 3 4 5 6 7 8 9

Р2°5К 17,2 16,4 21,2 16,8 15,6 23,2 19,2 17,6 19,2

р2°5* 12,6 в,9 - 8,1 8,0 11,4 11,8 9,9 8,4

К2йс 6,0 4,0 5,0 4,2 4,4 5,'Э 6,2 5, В 4,7

V" У) 6,8 7,4 - 8,5 7,0 7,9 7,7 7,6 12,2

1,46 1,51 1,74 2,71 2,06 0 0 0,34 0

Р%С1 3 6,96 6,90 6,87 6,74 6,24 6,45 6.80 6,49 6,92

V/ 19,9 29,0 25,1 21,7 19,2 21,5 22,2 21,0 15,0

19,4 1У,4 у,и V 9,3

Р2°5* 6,8 3,4 4,5 4,8 6,3 3,4' 6,3 2,3

^Ок м 7,2 7,7 5,9 6,0 5,1 5,0 6,7 6,2

КзОл 8,5 10,9 9,3 8,6 8,7 7,1 7,2 П,1

0,67 0,32 0,24 1,09 0,97 0,12 1,06 0,20

Р%С1 § 4,75 4,61 4,50 4,86 4,44 4,55 4,58 4,73

V»/ 25,6 20,1 22,3 22,9 20,6 26,9 25,0 28,8

Несмотря на изменение параметров распределения свойства во времени,форма его остается практически неизменной. Динамика пространственной изменчивости даже одного и того же свойства, характеризуемого на основании результатов анализа разных вытяжек, монет быть различной (табл.2).

Наличие дивамики пространственной неоднородности может приводить к существенной зависимости оценок средних, дисперсий, распределений от срока опробования, а наличие набора разнокачественных

характеристик (содержание одного к того же момента в разных вытяжках) приводит к тому, что вайор показателя определяет оценку ситуация на поде по обеспеченности с/х культуры питательным алеиентом ила условиями и во специфику.

Таблица 2

Изменение стандартных отклонений результатов анализов некоторых свойств по срокам (сроки указаны в скобках; значения, подчеркнутые одной непрерывной линией отличаются статистически незначимо с =0,05) (содержание фосфора в вытяжке Кирсанова - Р2р5к» в вытяжке Эгнера-Рима - ~ содержание нитратов в солевой вытяжке)

OrH: ,2^5) 3,9(2) 9.8(9) .9.3(1) I0,0f8) 10-8(4) II.6(5). I5.2(6,7j Р205л S 2.6(5) 3.2(91 3.7(21 T?(4) 4,7(8) 5.3(71 6,0(1) 6,0(6$

jf-мз а ot4a(i)"fl.78tgnr.übiai i.üUbl l.ssui i.&ta

Po°5K M ,2,4(6)2.5(3) 3.3(8) 4.2(41.5.0(5) 5.8(9) 1Л19Л 9.ЦЦ Р205л | ,0.9(3) I.<?(4) Щ UW) ¿.Ш). .¿.ЫбУ 4.0(5) 4.8(11 Jf-Mi a >£Jg(3) 0.15(7Г0.42(вГ(ГБгГЕТТСЙ^) 1.&(Ц.2.50(5) 2.6<ftl

ИЭСЕКЧИВОСТЬ СТРУКТУРУ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРГАНИЗАЦИИ СВОЙСТВ ВО ВРЕМЕНИ

Ддя оценки структуры варьирования свойств почвы использовалась иерархическая модель дисперсного анализа (Дмитриев, 1976). Анализ данинх 1987 г. показывает, что доля обпей вариации свойства дня поля в целой, связанная с неоднородностью участков различной площади, ее одинакова не только для различных свойств в одинаковые сроки наблюдения, но может существенно изменяться для одного свойства в разные сроки.

Так, для содержания фосфора в вытяжке Кирсанова первый срок характеризуется минимальным вкладом случайного фактора (вариабельность в пределах 10 X 10 м2) в о<5щую дисперсии '39$), а восьмой срок - минимальный (7%). Ори этом отчетливо выражена тенденция к уменыке-вин роли случайного фактора вплоть до конца ншя, далее процент дне-

- в -

перси, пядаотий ва случайный фактор, повивался до 19$. Вякяни» рашеров плочадок не одинаково для разных сроков ■ ке повторяет точно ситуацию для случайного фактора (линии вычерпывания джспарскк не параллельны)(рве. 1а), Иная ситуация обнаруживается для содержания подвижных форм фосфора из вытяжки Эгнвра-Рима. Для всех сроков максимальный вклад осуществляет случайный фактор (яе менее 50* общей вариации). Отмечается, что в конце вегетационного периода доля дисперсии, связанная с неоднородность» по изучаемому свойству в пределах площади наименьшего размера, меньше, чем в другие сроки, для которых не выявляется определенных тенденций (рисЛб). Для содержания фосфора в вытяжке Олсена для площадей опробования 50 х 50 и2 для 2 и 7 сроков происходит постепенное нарастание доли общей дисперсии, обнаруживаемой ва площадках при увеличении площади опробования с 10 х 10 до 50 х 60 м2. Для I и 5 сроков вся доля дисперсии, приходящаяся на участки 50 х 50 м^, исчерпывается в пределах 10 х 10 у? (рисЛв).

Для содержания подвижных форм калия в вытяжке Кирсанова в мае и ише {1-5 сроки а 8 срок) характерно более, чем на половину вплоть до полного (для I, 3, 5 сроков) исчерпывания всего шала зона варьирования в пределах 10 х 10 м2. Для остальных сроков характерно постепенное исчерпывание всего диапазона варьирования по мере увеличение плкчиртдя опробования. Динамика структуры пространственной организации содержания кадия в вытяжке Эгнера-Рима основными чертами напоминает таховуп для содержания калия в вытяжке Кирсанова.

Для показателя рН^ для майских и ишьсхих сроков (1-5) вклад случайного фактора составляет оком 60* и в дальнейшем (с увеличением площади опробования) идет постепенное возрастание доли дисперсии, во так, что уже вся вариабельность исчерпана в пределах 2,5 га. Для польских сроков при таком же вкладе случайного фактора не отмечается

400 {Г, и

10 50 160 400 {?,м й

Т*Г5б--1$0 400

Ю 50 160 400 Г

Ряс. I. Роль различных источников варьирования в создании обще! дисперсна.

---I срок 4 срок ».* - 7 срок

— -2 срок - 5 срок ^^ - 3 срок

.....- 3 срок -— - 6 срок - 9 срок

Содержание подвижных форм фосфора; а) по Кирсанову; 0) по Эгнеру-Риму; в) по Олсену; г; влажность почвы

практически вариабельность средни на 100 м2 в пределах 50 х 50 м2 и ив 50 х 50 к2 в пределах 2.5 га. Резко обособлено ведет себя августовски! срок: доля от общей вариации случайного фактора весы» мала (6*), а вариабельность средних на площадках 2,5 га вычерпывает 70J6 обще! вариации признака на доле.

Для содержания (I а. KCl вытяжка) до середины июня ха-

рактерна высокая доля обпей вариабельности содержания нитратов на поле для случайного фактора (от 35 до 659С) ж в дальнейшем с увеличением площади опробования до 50 х 50 м2 незначительное ее нарастание, при этом, чем большая доля общей вариабельности била вычерпана внутри площадок 10 х 10 м2, тем меньше вклад вариабельности средних

аа 100 и2 в пределах участков 50 х 50 м2. Для 8 срока (конец вегета-t

mu) практически полное исчерпывание обпей вариабельности (на 90Ä) завершается в пределах участков 100 м2.

Дле влажности всех сроков, кроме 6-го, для которого уже внутри площадок IQx 10 м2 исчерпан весь диапазон варьирования для поля в целом, нетрудно заметить, что диапазон вклада случайного фактора в общее варьирование весьма широк (от 15 до 70£). В этой ситуация оклеивается для целого ряда сроков (с высоким вкладом случайного фактора, сроки 4, 7, 9) исчерпанной вся вариабельность уже в пределах 50 х 50 м2. Для 1, 2, 4, 5 и 8 сроков максимальный вклад в общую вариабельность оказывает вариабельность участков 10 х 10 м2 в пределах 50 х 50 Дан X, 2, 4, 5 и 8 сроков средние значения влажности на площадках 10 х 10 м2 оказываются значимо различными, а для 2 срока и средние участков 2,5 га в пределах поля (рисЛг).

Для изученных свойств доля варьирования, обусловленная различиями средних на участках мевьщей плошали в пределах участков большей площади, в равные сроки может меняться как за счет изменения дисперсии на соответствующие площадях при постоянстве общей дисперсии,

так и за очет изменения общей дисперсии при неизменности вариабельности на участках различной площади. Возможна ситуация, когда вариабельность, присущая малым площадям (при более высоких значениях дисперсии для поля в целом) в один срок, отмечается в другой срок на всей территории поля. Обнаруживается принципиальное сходство в изменчивости во времени дисперсия для поля в целом и дисперсий, падающих на случайный фактор,

К сожалении, попытка связать динамику структуры пространственной организации целого ряда свойств с изменением гидротермических условий и развитием с/х культуры не дало положительных результатов. Более того, однозначной связи между структурой пространственной организации влажности почвы и выпадением осадков, термическим режимом не отмечается.

ИЗМЕНЕНИЕ ВО ВРЕМЕНИ ДОЛИ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛЯ, СПОСОБНОЙ ОБЕСПЕЧИТЬ РАСТЕНИЯ ШТАШЬШМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Р-1И изучении изменения содержания питательных влементов или показателей свойств, которые непосредственно связаны с питанием растений, ватным представляется знать не только измененке средних, а с учетом показателей структуры выборки долю поверхности соля, состояние которой по содержанки питательных веществ ели их групп, а'также другим показателям, неблагоприятно для с/х культуры. Для определения доли площади поля, благоприятной или неблагоприятной по содержанию питательных элементов, удобно пользоваться графиком квантилей и определять вкаждом случае долю выборка, приходящуюся на величины вше критического уровня (критический уровень - условное значение дог .зателя свойства, ниже которого растения не могут считаться обеспеченными в достаточной степени питательными элементами или любым другим условием среды).

Как для поля # I, так и для поля * 4, доля поверхности поля,

- Не-

которая может характеризоваться как обеспечивающая растения в достаточной степени фосфором, существенно изменяется не только во времени« но и от выбора способа оценки обеспеченности (от характера вытяжки). Дан волн Л 4 по оценкам содержаная фосфора в вытяжке Кирсанова во все сроки доля поля, обеспечивавшая растения достаточным количеством фосфора, не была меньше 96!£, а в вытяжке Згнера-Рнма не была меньае в вытяжке Оясена падала с 90$ в начале вегетации до 50К к концу, при этом средние значения содержания фосфора превосходили критические значения: Для поля Л I по оценке содержания фосфора в вытяжке Кирсанова доля поверхности поля с содержанием фосфора ниже критической не была выше 25$, а в вытяжке Эгнера-Рима колебалась от 30 до 60$.

Б первый срок доля поверхности поля * 4, на которой содержание азота ( -водная вытяжка) вкое критического уровня составляет 80$, к концу мая она падает до 40$ (средние же значения содержания практически одинаковы) и в дальнейшем вплоть до кущения ячменя постепенно повышается до 79? и вновь уже к началу цветения падает практически до нуля. Абсолютно аналогичная ситуация наблюдается и для содержания нитратов, определенных в солевой вытяжке. Для поля Л X, согласно принятым градациям, отмечается устойчивая неблагополучная ситуация. За все время вегетации культуры практически вся территория (9056) поля содержала минерального азота ниже критического уровня. К концу вегетации на половине площади поля содержание азота возросло до значений вше критических. Даже при среднем содержании авота вше критического, доля поверхности поля со значениями вше критического, не превысила половши.

По рН^д ситуация для поля Л 4 во все сроки благополучна. На доле Л I ви в один из сроков« кроме времени после уборки культуры, благоприятная по рН доля поверхности пода не превысила 20$, но и

после уборки не составляла более 30£.

Анализ сопоставления среднего значения показателя содержания питательного элемента с долей поверхности поля, благоприятной по содержанию этого элемента, свидетельствует о недостаточности использования средних значений для построения критерия обеспеченности растений питательными элементами в пределах поля,

ХАРАКТЕР ДИНАМИКИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ КОМПЛЕКСА СВОЙСТВ ПОЧВЫ

I. Анализ динамики "многомерной" неоднородности с помощью визуализации данных

Если рассматривать результаты анализов почвенных образцов, отбираемых в разные сроки кз фиксированных на поле точек, как характеристики точек опробования (объектов) в эти сроки, то представляет интерес анализ множества данных, принадлежащих больному количеству объектов, в совокупности для оценки "многомерной" неоднородности. Весьма наглядно это можно сделать с помощью визуализации данных (Самсоаова и др., 1987). Каждая точка опробования представляется в виде векторов, на которых откладываются показатели почвенных свойств, вершины векторов соединяют. Получающаяся векторная диаграмм характеризует соотношение значений отдельных показателей свойств почвы (рис.2). Анализ диаграш выявляет следующие тенденции: в начальные периоды наблюдения отмечается большое разнообразие диаграмм по их площади и конфигурации ж преобладание больших векторов, характеризующих содержание подвижных соединений ааота и калия. В дальнейшем происходит как бы "сжимание" диаграш, уменьшается разнообразие их конфигураций и площадь. На фоне общей тенденции равные точки поля могут иметь разную направленность изменений по срокам.

В тенденции изменения совокупности показателей свойств в различных точках наблюдается принципиальная однотипность: уменьшение

показателей всех свойств в стабилизация их комплекса во времени. Однако, каждая конкретная точка развивается самобытно. Как следствие вышесказанного, следует отметить, что оценка достаточности количеств питательных элементов для с/х культур на весь период вегетации линь по начальному состоянию может приводить х получению искаженных представлений об обеспеченности питательными элементами растений в различные стадия развития.

2. Анализ динамики "многомерной* неоднородности с помощью кластер-анализа

В результате проведения кластер-анализа (раздельно для I, 2, 4, 5 сроков я 7, 8, 9 сроков), где в качестве объектов выступали точки опробования в отдельные сроки наблюдения, а в качестве переменных -набор некоторых признаков (влажность, рК, pCa, pHKCj, содержание подвижных фор« фосфора х калия в вытяжках Кирсанова и Эгнера-Рима), Aua установлена определенная специфика пространственно-временной принадлежности точек опробования к отдельным кластерам (рис.За и 36).

Точки, принадлежащие I я 9 срокам, предпочтительно формировали отдельные кластеры, что свидетельствует о том, что пространственная вариация в 1-й и 9-й сроки менее выражена, чем временная изменчивость свойств почвы в одной ж той же точке. Возможно объединение в один кластер разных точек, принадлежащих равным срокам (2, 4, 5 срока) и одних ж тех же точек, принадлежащих разным срокам (7, 8 сроки). Так, в самом большом ив кластеров (рис.36) (соотношение числа точек 7-8-9 сроков 16:16:1) из 16 объектов 7 срока н 16 объектов 8 срока по 12 оказались принадлежащими одним и тем же точкам опробования. Это свидетельствует о более выраженной пространственной вариации свойств в 7 а 8 сроки по сравнешш с временной изменчивость» свойств почвы в одной и той же точке.

Итак, для поля, охарактеризованного множеством точек с совокуп-

ностьв признаков, отмечается категориальная структура: с одной стороны временная (вертикальная) - разномасштабное«. временных срезов развития отдельных участков (точек) поди, с другой - пространственная (горизонтальная) - формирование групп, обладающие высокой степенью "естественной" близости, не наследуют« во времени одни и те же точки.

<рг р?з <?ъ с?? (<?е

ОЮ ¿?И 612 ^15

<> ¿¡>17 <=¡318 019(220 Се!

<?25 <^8 С 29 й>Э1 ф 32

а У 6

Рис.2. Визуализация данных по показателям свойств почвы.

а) визуализация данных по 32 точкам поля в I 1.7 срохи отбора проб почвы;

б) схема представления данных:

вектора а ^ , а ^^, а К , а Са обозначают активности ионов (*/л х Ю-4); вектор Р^Од ан. - содержание фосфора в анионятах (мг/100 г анионита); зектор с ^ - содержание нитратов (I н. КС£ вытяжка (мг/100 г почва); зектор V - влажность СО. 1-32 - аомера точек опробования; цифры на векторах показывают масштаб изменения свойства.

■üfl*

0:0:3:5 0:1:16:12 2:6:1:0 0:1:3:1

0:3:1:0 1:17:6:13 22:0:0:0

сроки 7-й:в-й:9-Й

.-9—

7

9 3 7 8

9 9

7 б 7 в

1:2:23 16:16:1 6:7Т2 5:3:16

Ркс.З. Схема кластер-анализа всего множества точек опробования на поле К 4 эа 7 сроков (I, 2, 4, 5, 7, 8, 9 сроки) отбора почвенных образцов с выделением подмножества точек» принадлежащих одному сроку отбора почвенных образцов. Под кластерами приведено соотношение точек в них из различных подмножеств (сроков),. 1-9 - сроки отбора почвенных образцов.

о сравнительной изучении некоторых методов ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ФОШ питательных элементов в почве

ЕКявлеио, что значимые коэффициенты корреляции между содержанием фосфора в различных вытяжках (Кирсанова, Эгнера-Риыа, Олсена, а также анионообменпой смоле) наблюдаются для образцов большинства, во ее всех сроков отбора.

Остановился на анализе корреляционной связи содержания фосфора в двух различных вытяжках (Кирсанова х Эгнера-Рима) для образцов,

отобранных на одной и той же площадке, но в разные моменты времени (в динамике). Оказывается, что в атом случае корреляционные связи (по площадкам) не обнаруживаются (рис.4). Для иллюстрации были выбраны I, 3, 7 сроки (характерно разное отношение содержания фосфора в вытяжках Кирсанова ж Эгнера-Рима) в I, 6, 9 ж 13 площадки на поле * I.- Таким образом, отмечаемая в большинстве (ко не во всех) случаев корреляционная связь между показателями содержания подвижных форм фосфора в разных вытяжках, определяемого в сериях образцов, отобранных в один срок, не обнаруживается в сериях образцов, отобранных с одной площадки в динамике, другими словами, отношения содержания фосфора в разных вытяжках, измеренные для образцов, отобранных в один момент временя, более сходны между собой, чем отношения содержания фосфора в разных вытяжках, измеренные для образцов, отобранных с одной х той же площадки, но в разные моменты времена. Данное явление связано с несинхронным ходом динамики содержания двух форм ' фосфора, хх динамику обусловливает целый ряд факторов, действующих с различной амплитудой и в разных временных масштабах.

1 вОвшУшУв 1 Внвввнво 60Ь Л.

ШОвввааоповУввавв шввВав

ИВаввавВбВв 9 ВЭвваавн 130ВэаОПэО

I___________16 I-----УШ I------л

Рис,4. а) Диаграмма варьирования подвижных форм фосфоре

в почве. 1-16 - номера точек опробования, 1-УП - сроки отбора почвенных образцов, а - содержание подвижных форм фосфора по Кирсанову! б - содержание подвижных . форм фосфора во Эгыеру-Риму. . б) Диаграмма изменений за период наблюдений содержания подвижных форм фосфора в точках опробования.

ДИНАМИКА ПРОСТРАНСТВЕННОГО ВАРЬИРОВАНИЯ БИОМАССЫ И КОЛИЧЕСТВА ПОБЕГОВ ЯЧМЕНЯ

В первый срок (кущение) распределение на поле сухой биомассы ячменя отлично от нормального, сильно асснметркчно (особенно с учетом децилей), во второй (колошение) и третий (уборка) сроки - сншет-ричное* Анализ квантилей, индекса Шеннона и Пиелу показывает, что в молодых посевах основная часть поля однородна, лишь очень малая доля посевов на всей территории поля имеет высокую биомассу, наблюдается минимальная выровненность участков по классам и максимальное доминирование класса с наименьшей биомассой. По мере роста растений распределение биомассы по классам приближается к равномерному (максимальная выровненность и отсутствие доминирования какого-либо класса). Аналогичная картина наблюдается и для количества побегов. Биомасса сорняков равномерно распределена в пространстве во все сроки отбора.

В начальный момент корреляционная связь биомассы ячменя положительна, отсутствует зависимость биомассы сорняков от количества растений ячменя, что, очевидно, свидетельствует об отсутствии конкуренции за жизненные условия, во 2-Й срок вследствие несинхронности' развития растений сорняков н ячменя на различных участках (несинхронноеть - функция густоты посева, глубины заделки семян, наличия вариабельности содержания питательных веществ, условий физической среды) связь разрушается. Однако, прослеживается отрицательная связь биомассы сорняков с количеством побегов'ячменя. К концу вегетации проявляется отрицательная корреляционная связь биомассы сорняков и ячменя, биомассы сорняков и количества побегов ячменя -явное свидетельство конкуренции растений ячменя и сорняков за жизненные условия. В начальный момент бисцасса сорняков не обусловливала ее величину ко второму сроку, в дальнейшем видка четкая унасле-

ловашгость участкам« величина биомассы сорнякоя.

ИЗМЕНЧИВОСТЬ СТРУКТУРЫ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРГАНИЗАЦИЙ ' ШОМАССЫ И КОЛИЧЕСТВА ПОБВГОВ ЯЧМЕНЯ

Вклад случ^01,0 фактора (pic,5) в оЗную вариабельность Сисмас-cii со временен растет про переходе от фазы кущения к фазе колошения значительно резче, чем при переходе от фазы колошенжя к уборке» Для первого срока максимальный вклад в общую вариабельность биомассы осуществляет вариабельность средних на участках 10 х 10 и2 в пределах 50 х 50 м2 и средние пловадок 10 х 10 м3 значимо отличатся; вариабельность средних на участках 50 х 50 м2 в пределах 2,5 га п средних на участках 2,5 га в пределах поля невелика (9 и 4Î). Обнаруженные закономерности, очевидно, можно объяснить тем, что в фазу кущения неоднородность плодахок 10 х 10 tt2 обусловлена неоднородностью высева культуры (размеры участков с равной густотой посева соизмеримы с 100 м2). Б продессе саморазвития фитоценоза происходит перестройка пространственной организации системы. Для фазы колошения максимальный вклад осуществляет случайный фактор (53$), но вариабельность средних на участках площадью 50 х 50 м2 в пределах 2,5 га также валика (44jt), таким оOpeзом, практически весь диапазон вариабельности исчерпан в пределах 2,5 га. Для 3 срока (фаза согревания), так же как и в фаву колошения, максимальный вклад осуществляет случайный фактор (67?), В дальнейшем с увеличением площади опробований вклад неоднородности средних на 10 х 10 М2 и 160 х 160 м? участках примерно одинаков, средние на участках площащд 50 х 50 м2 практически не варьируют в пределах 160 х 160 м2. Аналогично биомассе третьего срока ведет себя и биомасса зерна, но о меньшими «качениями вклада оду-?' чайного фактора и с большим вкладок варьирования средних на 160 х 160 м2 участках в общую вариабельность поля,

Для количества растений {I срок) юлершмяие дисперсии вдет

Рис,5. Роль различных источников варьирования в создан ее

Общей дисперсии: а) сухой биокассы ячменя; б) количества побегов. 1-Ш - сроки отбора растительных проб.

точно так же, как и для биомассы. Для количества побегов в фазы ко-ловенкя и К уборке картина отличается как от I срока, так к от дан-шх по биомассе. Максимальный вклад в общую дисперсии осуществляет случайный фактор и для 2-го и для 3-го срока (82-84$).

. ОЦЕНКА ЗАВИСИМОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК ФИТОЦЕНОЗА ОТ СВОЙСТВ ПОЧВЫ

Для оценки зависимости характеристик фитоценоза на участках (биомассы ячменя в разные стадии развития посева, количества побегов, содержания азота, фосфора и калия в биомассе на учетных площадках) от свойств почвы был использован корреляционный анализ.

Среди вычисленных парных коэффициентов корреляции (порядка 2000) мещу отдельными характеристиками фитоценоза и отдельными показателями свойств почвы в разные сроки наблюдения значимыми могут быть признаны около 10$, Дня одной в той же характеристики фитоценоза на участках в разные сроки наблвдается корреляционная связь с разными

почвенным« свойствам!. Практически не выявляется связь характеристик фитоценоза с целым рядом изученных почвенных свойств (содержании фосфора в равных вытяжках, гумуса, влажность!), калийным потенциалом, плотность!) почвы, рй), В одних случаях нет статистически значимой зависимости, очевидно, жэ-за нахождения почвенного свойства (содержание фосфора, рН, влажность) в интервале достаточных его количеств для растений, дм других свойств (плотность почвы, содержание гумуса, калийный потенциал, содержание + Л-ЛЧ, в почве после иккубиро-ваижя) причина втого кроется, по-видимому, в невысокой вариабельности свойства. В некоторых случаях решающим фактором для формирования свойства фитоценоза является непочвенный фактор (например, для величины биомассы ячменя в фазу хупенжя - густота посева). Наиболее часто обнаруживается зависимость характеристик фитоценоза на участках от содержания калия и азота ж ЛС-ЛЦ,) в различных вытяжках,

что, возможно, для калия связано с тем, что его количества на поло ' находятся в интервале недостаточных для культуры, а для азота - с высокой вариабельностью величины ж хорошей отзывчивостью с/х культуре.

Как тенденция выявляется, что значения изученных характеристик фитоценоза в определенную фазу развития оказываются связанными не со значениями почвенных свойств в образцах, отбор которых непосредственно предшествовал учету биомассы или был сопряжен с шш, а со значениями свойств почвы в предыдущий временной момент. Так, характеристика фитоценоза на участках в фазу кувевяя наибольшее количество связей обнаруживают с почвенными свойствами, еафоксированнымж на две неделя раные учета биомассы, & в фазу колошения - со значениями почвенных свойств, обнаруженных на 4 недели ранее учета биомассы.

Сопоставление неоднородности пространственной структуры свойств, влиявших на развитие растений, в разные сроки с формирующейся я различные этапы структурой пространственной неоднородности фитоцено-■

и вюлвет ах принципиальное «есовпменне. В то время как мается ч«тжм тенденция к виравниванню посева по маре развития растений, для почвенных свойств изменение их вариабельности от срока к сроку не имеет столь четкой закономерности.

Проведение множественного линейного регрессионного анализа (рассчитано порядка 400 уравнений); Функции - характеристики фитоценоза на участках, аргументы - почвенные свойства, густота посева) позволило установить, что значимые коэффициенты регрессии обнаруживаются для ограниченного набора свойств (показателей содержания калия, азота, рСа, рНод * количества высеянных на учетной площадке растений, значительно реже - содержания фосфора в анионитах и вытяжке ОдсенаК Для других свойств (показателей содержания фосфора в вытяжках Кирсанова и Эгнера-йша, влажности, плотности почвы, содержания гумуса)

ошечаптся незначимые коэффициенты регрессии.

Среди характеристик фитоценоза одни (сухая биомасса ячменя в фа,-ау хушения и в фазу колошения) имеют значимые уравнения регрессии {фактически для всех сроков отбора почвенных образцов, другие характеристики (сухая биомасса ячменя к моменту созревания, биомасса зерна, количество побегов к фазе колошения и'в созревшем состоянии) лишь в некоторые срч>ки отбора почвенных образцов обнаруживают статистически значимые зависимости от почвенных свойств.

В разные сроки не одни и те же свойства обнаруживают статистически значимую связь с функциональным признаком. При множественном регрессионном анализе разные показатели, характеризующие одно и то же свойство почвы (например, содержание калия в разных вытяжках, калийный потенциал) могут обнаруживать статистически значимое влияние на характеристики фитоценоза, однако это влияние может быть разнонаправленным (в рамках заданного вида уравнения регрессии).

Отмечается факт изменения меры влияния ж статистической аначи-

мост» коэффициентов регрессии учитываемых факторов в зависимости от их набора, например, из двух уравнений

у = -51,34* - 5,67*^19,26^1 + е,23*Са * 5,97*КгОк и

у в 1,41 - 3,53 pf<4+2,65 рСа + б.ОТ^Ок ,

где у - биомасса зерна (ц/га), Са - активность кальция (И/л х ИГ**), KjOk - содержание калия в вытяжке Кирсанова (мг/IOO'r почвы); я - коэффициент регрессии значим с 4 =0,05; первое оказалось статистически значимым, а второе статистически не значимым.

В отличие от активного эксперимента, где обычно достаточно определенно удается выяснить влияние доз, форм, сроков внесения удобрений на урожай с/х культуры, в эксперименте, где изучаются связи урожая с отдельными почвенными свойствами, результаты охааывавтся гораздо менее определенными,

Причина-этого заключается в следующем, почва как сложноорганж-зованная система, помимо свойств, присущим ее компонентам, обладает эмерцжеитнымж свойствами, которые нельзя предсказать из свойств ее частей и которые проявляются только на уровне целого. Таким наиболее важным эмердяентдом свойством почвы является ее плодородие.

В активном эксперименте оря изучении воздействия на почву (доз, форм, сроков внесения удобрений), почва исследуется как целое и выступает в роли "черного яявка", где змерджентное свойство - плодородие реализуется в виде урожая ж является результатом воздействия ва систему в целом. Это определяет возможность оцевкл'эффективноете тех или иных воздействий ж разработки принципов планирования урожая.

' Изучение отдельных свойств почвы позволяет "заглянуть" в "черный ящик" и понять некоторые особенности структур« системы (почвн), связанные с плодородием, но не позволяет в полной мере понять, как реализуется плодородие почвы, поскольку оно определяется не только свойствами компонентов.

Поскольку плодородие характеризует почву как целое и в силу того, что любое воздействие меняет вс» систему, а не только отдельные свойства, разработка мер воздействия на почву под планируемый урожай, на основе изучения зависимости урожая от отдельных почвенных свойств, по-видимому, не является лучшим путем решения проблемы.

ВЫВОДЫ

1, Наблюдается принципиальная однотипность изменение совокупности показателей ряда свойств почвы на различных участках во времени: общее уменьшение значений изученных показателей свойств (влажности, содержания фосфора в анионитах, нитратов в солевой вытяжке,

активностей ионов К*, f, tfOj и стабилизация их -

комплекса во времени; однако характер изменения свойств почвы в конкретной точке на поле имеет индивидуальные черты.

2. Доя совокупности почвенных свойств (влажности, содержания подвижных форм фосфора и калия в вытяжках Кирсанова и Эгнера-Рима, рК, рСа, отмечается пространственно-временная категориальная структура, обнаруживающая ряд закономерностей: в начальный и конечный моменты вегетации растений временная изменчивость свойств почвы в одной и той же точке более выражена, чем пространственная вариация в одни срок. В остальные срока наблюдения (от фазы всходов до стадии молочно-восковой спелости) пространственная вариация свойств почвы в один срок становится более выраженной по сравнению с временной изменчивостью,

3, Доля от обшей вариации свойства для поля » целом, связанная с неоднородностью участков различной площади, не одинакова не только да различных свойств в одинаковые сроки наблщения, но и может существенно изменяться для одного свойства в разные сроки.

4. Установлено, что связь между отдельными показателями свойств ноч-

вы во времена может не выявляться, даже при налачин таковой в рамках одного временного среза.

5. Оценка степени обеспеченности почвы питательными элементам! для с/х культур на весь период вегетация лшвь по начальному состояния может приводить к получению искаженных представлений о наличии достаточных количеств питательных элементов в различные стадии развития растений.

6. Поскольку средние для поля показатели содержания питательного элемента не дают в полной мере представления об обеспеченности отдельных растений элементами питания, недостаточно использовать лишь средние значения для построения критерия обеспеченности растений питательными элементами в пределах поля. Более надежным критерием наряду со средним значением показателя свойства может служить учет доли поверхности поля, способной обеспечить растения питательна« элементом,

7. В пассивном эксперименте (при организации учета свойств почвы и посевов на единичных участках малой площади)*, когда изучается зависимость характеристик фитоценоза на поле от отдельных почвенных свойств, оценка роли отдельных факторов, определяющих рост и развитие растений, зависит в рамхах выбранного вида уравнения связи от вабора изучаемых свойств почвы, что необходимо учитывать при интерпретации результатов регрессионного анализа.

8. В силу того, что плодородие является змерджентшм свойством почвы, характеризует ее как целое и любое воздействие на почву приводит

к измевеяи» всей системы, возможность.разработки мер воздействия на почву под планируемы! урожай на основе изучения эавясмостей, урожая от отдельных свойств почвы носит проблематичный характер.

Со матер1шдам диссертации опубликованы следующие работы;

1. Оценка пространственной изменчивости влажности почвы седьскохоалй ствешшх угодий // Те», докладов 7 Всесоюзно! ваучно-техн. конференции до проблемам кукурузы. Днепропетровск, 1907.

2. Способы интерпретация результатов агрохимического обследования с/х угода! // Тез. докладов Всесоюзно! научнь-техн. конференция "Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелие", 11., 1968.

3. Пространственно-временная изменчивость агрохимических свойств в пределах поля // Тез, докладов 1У конференции молодых ученых КПК, Путанно, 1988.

4. Анализ пространственно-временной изменчивости свойств почвы с помощь» визуализации данных // Продуктивность агроценовов как

комплексная проблема. Цукиыо, ОНТИ НЦБИ. 1988. *

5. Динамика структуры пространственной неоднородности агрохимических свойств// Tes. докладов съезда ВОП. Новосибирск, 1989, т.2.

¿BR./?.?* Afif.a яг* »f, ff iff '+¿£4

Troajt

бдытво-аолигоасичесиоа псвдзриятав iüffiiiTSüí а гороха Москва, уд. Завидова« 69.