Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическая оценка устойчивости почв и закономерности формирования их поглотительной способности

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Экологическая оценка устойчивости почв и закономерности формирования их поглотительной способности"

МИНИСТЕРСТВО ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОХРАНЫ ПРИРОДЫ

На правах рукописи

АЛЯБИНА Ирина Олеговна

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПОЧВ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ИХ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ

03.00.16 — экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва— 1995

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте охраны природы Минприроды РФ.

Научные руководители: академик РАЕН, д.б.н. А.Н.Тюрюканов

д.б.н. В.В.Снакин

Официальные оппоненты: д.б.н. Л.О.Карпачевский

д.б.н. А.С.Керженцев

Ведущая организация — Российский институт мониторинга

земель и экосистем

Защита состоится "/( " 1995 г. на заседании Специа-

лизированного совета К 164.0i.01 по присуждению ученой степени кандидата биологических наук во ВНИИ охраны природы МП РФ (113628 Москва, М-628, Знаменское-Садки).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИ охраны природы МП РФ.

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного совета, -кандидат биологических наук

кПереладова

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. В настоящее время деградация окружающей среды становится проблемой, требующей незамедлительного решения. Для научно обоснованного нормирования антропогенного воздействия на биосферу необходимо установление и исследование параметров и механизмов устойчивости экосистем различного уровня и их компонентов к такого рода влиянию. И в первую очередь это касается почв, являющихся жизненно важным, невосполнимым ресурсом. Важнейшей почвенной характеристикой является поглотительная способность. Она определяет плодородие почв, обеспечивает один из механизмов устойчивости почв — "глушение" воздействия, в первую очередь химического загрязнения, за счет буферных свойств. Оценка устойчивости почвенного покрова различных регионов, а также знание механизмов ее обеспечения позволит разработать научно обоснованные мероприятия по предотвращению деградации почв.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целями данной работы являются:

— разработка и использование комплекса параметров функцио-ниро вания почвы как компонента ландшафта для оценки устойчивости почв к разного рода антропогенным воздействиям;

--установление закономерностей формирования почвенного по-

гло щающего комплекса, определяющего основные экологические функции почв (плодородие, буферность, устойчивость). Для достижения этих целей решались следующие задачи:

— составление карт устойчивости почв различного масштаба с учетом вклада разных параметров в общую оценку;

— создание базы данных для выявления зависимости поглотитель ной способности почв от состав а исходных материнских пород, и характера изменения емкости поглощения во времени.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. На основе оригинального комплекса параметров для оценки устойчивости почв по отношению к хозяйственной деятельности человека составлены карты и картосхемы устойчивости почвенного покрова на территорию бывшего СССР в масштабе 1:35 млн, на территорию России в масштабах 1:2.5 млн и 1:4 млн, для одного из хозяйств Московской области в масштабе 1:10000.

Впервые установлена закономерность изменения во времени поглотительной способности почв. Доказана зависимость максимально возможной величины емкости катионного обмена почв от содержания кальция и магния в исходной материнской породе. Составлена карта содержания кальция в поверхностных почво-

образующих породах на территорию бывшего СССР в масштабе 1:35 млн.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ. Система балльных оценок устойчивости почв к антропогенному воздействию, учитывающая все многообразие факторов, их вклад в общую оценку, позволяет достаточно объективно отразить уровень устойчивости почвенного покрова различных регионов страны к антропогенному воздействию. Учет состояния и устойчивости почв необходим при решении ряда территориально-управленческих проблем. Количественный подход делает возможным создание интегральных карт устойчивости, позволяющих установить регионы с наиболее чувствительным к влиянию хозяйственной деятельности человека почвенным покровом.

Знание временных и пространственных закономерностей формирования почвенного поглощающего комплекса позволяет оценить важнейшие свойства почв: плодородие, устойчивость к разнообразным загрязнителям, буферность по отношению к кислотным воздействиям, а также прогнозировать процессы деградации почв.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации доложены на Всесоюзной конференции "Экологические проблемы охраны живой природы" (Москва, 1990), на рабочем семинаре "Биогеохимические основы экологического нормирования" (Пущино, 1992), на научно-координационном совещании "Экологическое нормирование: проблемы и методы" (Пущино, 1993), на совместном заседании лаборатории биогеохимических основ охраны наземных экосистем и лаборатории охраны почв ВНИИ охраны природы.

ПУБЛИКАЦИИ. Результаты исследований изложены в 7 опубликованных научных работах.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Работа содержит страниц и состоит из введения, трех глав и выводов. В тексте приведены 17 рисунков и 6 таблиц. Список литературы включает 461 название. Имеется 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Рассмотрена актуальность проблем, затронутых в работе, определены цели и задачи. Отмечена необходимость количественной оценки устойчивости почв. Указано значение поглотительной спо-

собности почв как важнейшей почвенной характеристики, определяющей ее плодородие и устойчивость, в первую очередь, к различным химическим загрязнителям.

1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Карты устойчивости почв различного масштаба были составлены автором на основе Почвенной карты СССР под редакцией Н.Н.Розова (Атлас СССР, 1969, 1:17 млн), Почвенной карты РСФСР под редакцией В.М.Фридланда, (1988, 1:2.5млн), а также Почвенной карты одного их хозяйств Подольского района Московской области (ГИЗР, 1992,1:10000). Оценка устойчивости проводилась на основе оригинального комплекса параметров, созданного при непосредственном участии автора.

Карта содержания кальция в поверхностных породах на территорию бывшего Союза (1:35 млн) разработана автором на базе литературного и картографического материалов.

Компьютерные картосхемы получены с помощью системы "Оа1аСгаГ В.В.Артюхова и А.С.Мартынова (ВНИИприрода).

При создании базы данных, включающей 751 разрез, были использованы литературные и собственные данные (всего 237 работ). Для каждого почвенного разреза, основываясь на приведенных результатах физико-химического и валового анализов, рассчитывали следующие характеристики: в почве — содержание гумуса (%), содержание ила (%), рН, ЕКО (мг-экв на 100 г почвы), содержание Са (%), содержание Mg (%), в породе — содержание Са и

(%). Полученный материал был обработан с помощью программ ЭАС (автор — В.В.Артюхов) и "Statgraphics".

2. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПОЧВ

В.В.Докучаев (1949а) назвал почву "продуктом совокупной деятельности" пород, климата, растительных и животных организмов, возраста страны и рельефа местности. Развивая учение В.В.Докучаева о факторах и условиях почвообразования, А.А.Роде пополнил их перечень еще тремя факторами (Роде, 1947; 1958).

Во-первых, это земное тяготение, которое оказывает влияние на скорость и направление перемещения почвенных растворов в почве и твердых частиц по поверхности почвы на склонах. Во-вторых, грунтовые, почвенные и поверхностные воды, являющиеся источником вещества и энергии в процессе почвообразования. И наконец, третий "весьма важный и совершенно своеобразный" фактор, выделенный А.А.Роде (1947, с.55), — хозяйственная деятельность человека.

Человек, являясь источником веществ и энергии, одновременно видоизменяет естественные условия почвообразования, что делает его самого мощным фактором воздействия на почвы. Говоря о способности почв противостоять действию этого последнего, нередко перекрывающего влияние всех остальных, фактору, мы имеем в виду устойчивость почв к антропогенному воздействию.

Под устойчивостью почвы мы понимаем ее свойство сохранять естественное состояние и функционирование (с учетом непрерывно идущего эволюционного процесса), несмотря на разнообразные внешние воздействия.

Одним из способов оценки свойств природных комплексов, характеризующих устойчивость, является суммарная балльная оценка, складывающаяся из частных оценок отдельных факторов. Система балльных оценок устойчивости экосистем и их компонентов, максимально учитывающая все многообразие факторов, их вклад в общую оценку, позволяет достаточно объективно отразить уровень устойчивости по отношению к антропогенному воздействию, а также может быть использована при создании различных экологических карт.

Для оценки устойчивости почв нами разработан комплекс параметров функционирования почвы как компонента ландшафта (Снакин и др., 1992; Башкин и др., 1993). Каждый из параметров оценен по балльной системе, и в качестве оценки устойчивости почв к внешнему воздействию использована сумма баллов всего комплекса. Комплекс разработан с учетом опыта предшествующих исследований устойчивости экосистем (Преображенский, 1983; Куприянова, 1983; Арманд, 1983; Экосистемы..., 1989), ландшаф-тно-геохимических систем (Глазовская, 1976; 1983), почвенно-растительных комплексов (Букс, 1987), почв по отношению к техногенным кислотным воздействиям (Глазовская, 1990).

В состав комплекса параметров для оценки устойчивости почв входит шесть показателей (табл. 1).

Емкость катионного обмена почвы обусловлена ее поглотительной способностью и характеризует, прежде всего, устойчивость почвы к химическим загрязнителям.

Мощность гумусового горизонта является показателем устойчивости почвы к различным физическим воздействиям.

Тип водного режима почвы характеризует геохимическую устойчивость почв, т.е. интенсивность выноса веществ за пределы данной ландшафтно-геохимической системы.

рактер и интенсивность миграционных потоков в почве.

Крутизна склона влияет на скорость самовозобновления почвы. Интенсивность биогенного круговорота в большой мере определяет скорость современного почвообразования. В качестве этого показателя использовали отношение мортмассы к годичной продукции фитомассы.

Таким образом, рассмотренные параметры учитывают физические, химические и биологические свойства почвы, а также экологические факторы и условия, обеспечивающие устойчивость почвенного покрова по отношению к антропогенному воздействию.

На основе предложенной системы количественной оценки устойчивости почв к фактору антропогенного воздействия были составлены карты и картосхемы устойчивости почвенного покрова различного масштаба: на территорию бывшего Союза в масштабе 1:35 млн, России — 1:2.5 млн, хозяйства Московской области — 1:10000.

Таблица 1

Комплекс параметров для оценки устойчивости почв

I Параметры Балльная оценка

0 1 2 3 4

11. Емкость катионного обмена, мг-экв/100 г <10 10-20 21-30 31-40 >40

2. Мощность гумусового горизонта, см <3 3-9 10-25 26-80 >80

3. Тип водного режима почвы непромывной — периодически промывной ~~~ промывной

4. Положение почвы в ландшафте аккумулятивное — транзитное — элювиальное

5. Крутизна склона, градусы, (песок/глина) >24/39 24/39— 11/16 12/17— 6,1 6,0-2,5 <2,5

6. Интенсивность биогенного круговорота >15 15-6,1 6,0-2,6 2,5-1,0 <1,0

* — прочерк означает оценку по трехбалльной системе (0,2,4)

На первом этапе работы в общей оценке учитывали емкость ка-тионного обмена и мощность гумусового горизонта, тип водного режима, положение почвы в ландшафте и крутизну склона.

Анализ материалов позволяет сделать следующие выводы относительно устойчивости почвенного покрова России и бывшего Союза. Наименее устойчивый почвенный покров характерен для районов Средней Азии, Казахстана, Закавказья, севера и северо-

востока России, районов Средней Сибири, разного рода торфяных, засоленных, высокогорных, а также горных почв холодных регионов страны. Наибольшей устойчивостью отличается почвенный покров полосы распространения черноземных и серых лесных почв, а также территорий с богатыми кальцием и магнием породами (рис.1).

Рис I. Устойчивость почвенного покрова территории бывшего СССР (без показателя "интенсивность биогенного круговорота"), масштаб 1:35 млн.

Картосхему устойчивости почвенного покрова, построенную на основе всего комплекса параметров отличает то, что большая часть районов Казахстана, Средней Азии, Закавказья, расположенных южнее полосы черноземов, за счет высокой скорости биогенного круговорота вошла в группу территорий со среднеустойчивым почвенным покровом (рис.2). Таким образом, добавление в комплекс параметров показателя "интенсивность биогенного круговорота" позволило учесть процесс почвообразования, т.е. самовосстановления, как один из механизмов, обеспечивающих устойчивость почв за счет "ликвидации" последствий внешнего воздействия.

При работе с картами масштаба 1:10000 было установлено, что в случае однородности почвенного покрова, характерного для данного хозяйства, наименьшей устойчивостью обладают почвы пойменных и других понижений. Таким образом, возрастает значимость положения почвы в катене, типа водного режима и угла естественного откоса, т.е. показателей, обеспечивающих "сбрасывание" воздействия за пределы экосистемы. Наиболее устойчивыми являются почвы относитеггкнп впякытпр.ннму пттпгк-иу уцясакпи-изученной территории.

Рис. 2. Устойчивость почвенного покрова территории бывшего СССР (с учетом показателя "интенсивность биогенного круговорота"), масштаб 1:35 млн.

Еще один механизм устойчивости почв — "глушение" воздействия за счет собственных буферных свойств, обеспечивается, прежде всего, их поглотительной способностью. Этот аспект проблемы устойчивости почв особенно важен в наши дни, в условиях повсеместного загрязнения окружающей среды. Знание временных и пространственных закономерностей формирования почвенного поглощающего комплекса позволит оценить такие свойства почв, как устойчивость к разнообразным загрязнителям, буферность по отношению к кислотным воздействиям, прогнозировать процессы деградации почв.

3. РОЛЬ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ФОРМИРОВАНИИ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВ К.К.Гедройц различал механическую, физическую, химическую, биологическую и физико-химическую, или обменную поглотительную способность почвы, т.е. поглотительную способность почвы в тесном смысле. Говоря о поглотительной способности или емкости поглощения, мы имеем в виду физико-химическую, или обменную поглотительную способность.

Установлено, что емкость поглощения почв связана с механическим и минералогическим составом почв, содержанием гумуса и реакцией почвенного раствора (Дюшофур, 1970; Ковда, 1973; Гла-зовская, 1981; Почвоведение, 1975; 1988; Орлов, 1985). Вместе с тем, известно, какую существенную роль в эволюции почв играет содержание кальция и магния в материнских породах. Почвы на

богатых Са и М§ породах содержат больше гумуса, в основном гу-матного состава, а образование гумусового горизонта идет быстрее и более устойчиво, чем на кислых породах, процесс выветривания средних и основных пород происходит более быстро и полно и дает продукты, а следовательно и почвы, имеющие менее кислую реакцию и более тяжелый механический состав, чем выветривание пород кислого состава. Каолинитовыс глины с низкой поглотительной способностью являются продуктами выветривания преимущественно кислых пород и образуются в условиях кислой реакции, а образование монтмориллонита, имеющего высокую емкость поглощения, происходит, в основном, в условиях нейтральной реакции на породах основных, ультраосновных и карбонатных. Таким образом, образование в почве гумуса, тонкодисперсных фракций, минералов с высокой поглотительной способностью находится в прямой связи с содержанием кальция и магния в материнских породах.

На основе анализа литературного материала ранее нами было высказано предположение, что каждой первичной материнской породе породе, в зависимости от содержания в ней кальция и магния, соответствует почва со вполне определенной величиной максимально возможной емкости катионного обмена (ЕКО). Любая исходная почвообразующая порода, вступающая в процесс выветривания, обладает собственным почвообразующим потенциалом, определяемым запасом кальция и магния, который позволит, при благоприятных внешних условиях, сформироваться почвенному поглощающему комплексу (ППК), имеющему ЕКО определенной величины (Алябина, 1992).

Для проверки гипотезы собранный материал был обработан методами математической статистики. В базу данных вошли почвы, имеющие различную емкость катионного обмена на разных по содержанию кальция и магния породах. Наибольших значений, более 60 мг-экв/100 г, ЕКО достигает в почвах на карбонатных породах. Максимальное количество Са и Mg в материнской породе составляет около 55%. Большинство почв, составивших базу данных, сформированы на породах, сумма кальция и магния в которых не превышает 10% (рис.3).

В процессе работы ставилась задача группировки данных путем установления особенностей распределения величины ЕКО. При обработке материала исходили из вывода, сделанного нами ранее, о том, что все почвы по степени развития поглотительной способности могут быть разделены на 3 группы. В первую входят почвы с ^мкостБКПюглощения, еще не достигшей предельно возможной ве-

Рис. 3. Зависимость максимально возможной ЕКО почв от суммы кальция и магния в первичных почвообразующих породах.

личины. Вторая объединяет почвы, в которых полностью реализован почвообразующий потенциал породы, почвы, имеющие максимально возможную емкость поглощения. И, наконец, третью группу составляют почвы, поглощающий комплекс которых начал разрушаться, а ЕКО — уменьшаться.

Почвы первой и третьей групп ("молодые" и "стареющие" по степени сформированности поглощающего комплекса) представляют собой активно развивающиеся системы, стремящиеся к равновесному состоянию с внешними факторами. Вторая группа включает почвы, находящиеся в относительном равновесии с условиями среды, т.е. стабильные системы. В данном случае имеется в виду не равновесие в термодинамическом смысле, а условия взаимокомпенсации одних процессов и элементов системы другими. Известно, что когда случайная величина связана с большим числом независимых случайных величин, играющих в ее образовании незначительную роль, возникает нормальное распределение. Для всей совокупности данных распределение величин емкости кати-онного обмена не соответствует нормальному. Предположив, что относительно стабильное, равновесное состояние почв, имеющих максимально развитую емкость обмена, должно найти отражение в варьировании величины ЕКО данной группы почв, провели поиск пороговых величин ЕКО, выше которых данные распределены нормально. Выборки, варьирование величин ЕКО в которых под-

чиняется закону нормального распределения, теоретически должны включать относительно стабилизированные и зрелые почвы с максимально возможной поглотительной способностью; в них полностью реализован почвообразующий потенциал материнских пород, а ЕКО впоследствии может меняться только в сторону уменьшения.

Для того, чтобы вычленить из базы данных предполагаемые зрелые по емкости катионного обмена почвы, массив данных был разбит на части по сумме Са и в породе. В полученных группах произвели поиск пороговых величин ЕКО, выше которых данные распределены нормально. По пороговым величинам ЕКО каждой группы и соответствующим им средним количествам суммы Са и

в породах было рассчитано уравнение степенной регрессии (достоверность 0.81):

21.09003 х Л 0.30383 э {1)

где л:—сумма Са и Mg породы,у — ЕКО почв. Значения пороговых величин ЕКО, вычисленные по уравнению (1), расположены на кривой, разделяющей данные на две части (см. рис.3). Лежащие выше этой линии точки соответствуют почвам, имеющим максимально возможную или близкую к ней величину емкости катионного обмена. Таким образом, уравнение (1) позволяет рассчитать почвообразующий потенциал любой первичной материнской породы по содержанию в ней кальция и магния.

В состав выборки почв, достигших максимально возможной или близкой к ней поглотительной способности, вошли почвы равнинных территорий, включая пойменные, а также горные почвы на самых разных почвообразующих породах. Очевидно, любая исходная порода, независимо от состава, может пройти весь путь развития, реализуя свой почвообразующий потенциал, до сформирования на ней почвы, имеющей максимально возможную емкость катионного обмена. Наиболее часто это полноразвитые почвы равнинных территорий.

Более молодые пойменные почвы достигли состояния зрелых по емкости катионного обмена, видимо, благодаря участию в почвообразовательном процессе дополнительных количеств кальция и магния, приносимых с грунтовыми и поверхностными водами.

Горные почвы, вошедшие в выборку, по-видимому, являются динамически зрелыми, в них скорость эрозионного процесса значительно меньше скорости внутрипочвенного выветривания и гу-мусообразования. Характерно, что обычно эти почвы развиты на_ плоских вершинах, гощыхльдадув^ежгорных^здинах и на по-710ГИХ склонах с незначительным уклоном.

Большая часть данных (более 500) не вошла в выборку, содержащую почвы с максимально возможной емкостью катионного обмена. Это объясняется тем, что почвы в реальных условиях часто не имеют емкости катионного обмена, которая потенциально могла бы образоваться на данных первичных материнских породах. Это "молодые" и "стареющие" по степени развития емкости поглощения почвы..

Причины, задерживающие почвы на молодых стадиях развития, различны. Прежде всего, большое значение имеют свойства самих материнских пород, их плотность и состав, от чего зависит скорость выветривания. Так, значительная часть почв рассматриваемой группы развита на песчаных и супесчаных породах, состоящих, в основном, из устойчивого к выветриванию кварца.

Другим фактором служит положение почв в рельефе. Одной из причин широкого распространения в горах почв с крайне низкой по сравнению с теоретически возможной ЕКО можег являться то, что процесс эрозии в данном случае обгоняет процесс внутрипочвенно-го выветривания и гумусообразования.

Значительную роль играет также растительность, являющаяся важным фактором биологического выветривания. Еще в 1947 году Б.Б.Полынов писал, что живые организмы никогда не захватывают элементов в количествах, пропорциональных содержанию в среде, а по-своему их сортируют (Полынов, 1956д). Тем самым они активно изменяют свою собственную среду обитания.

Еще одним фактором, играющим важную роль в процессе развития поглотительной способности почв, является климат. Недостаток тепла или влаги может послужить препятствием для реализации почвообразующего потенциала породы. Среди равнинных почв, не достигших максимально возможной емкости поглощения, выделяются почвы холодных регионов страны, а также почвы засушливых территорий.

Наиболее преобразованными и древними во всей базе данных оказались почвы, развитые в достаточно влажных областях тропического и субтропического поясов на древних корах выветривания. На схеме почвенно-климатических ареалов основных почвенных типов мира В.Р.Волобуева (1974) они занимают крайнее положение на пересечении термо- и гидрорядов, характеризующееся высокой тепло- и водообеспеченностью. Очевидно, именно такой теплый и влажный климат является необходимым условием для прохождения первичной материнской породой полного цикла развития. Он заканчивается образованием латеритов, бокситов, каоли-нитовых глин, имеющих крайне, низкую емкость обмена. На тер-

ритории бывшего СССР такая почва отмечена только в субтропиках Грузии на красноземной коре выветривания.

Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что за время, которое исходная материнская порода находится на поверхности, в зоне действия всех экологических факторов и условий, в процессе выветривания в ней происходит закономерное изменение поглотительной способности. В самом общем виде изменение величины емкости поглощения верхней части коры выветривания, или почв с нуль-момента до стадии остаточного глубоковыветрелого элювия можно представить в виде кривой 1, изображенной на рис.4.

ЕКО

почвы

\ "ст*р«и*и«м

ПОМвЫ } ! \ почвы

V ■......................

ВОЗРЯСТ СТРАНЫ

Рис. 4. Схема изменения поглотительной способности почв во времени.

Высота пика кривой 1 определяется содержанием в исходной породе Са и Мя, т.е. ее почвообразующим потенциалом. Ширина основания пика соответствует времени прохождения породой полного цикла почвенного развития. Достижение максимально возможной емкости поглощения в почвах, видимо, происходит быстрее, чем последующий процесс "старения" почв, т.е. образования глубоковыветрелого элювия с крайне низкой поглотительной способностью.

Составленная нами ранее карта содержания кальция в поверхностных материнских породах территории бывшего Союза^маспь-.таб 1 ;35^.1лн)^аеттфедстзстешё~б1ючвообразующем потенциале этих пород, определяющем максимально возможную ЕКО почв.

Рис. 5. Содержание кальция в поверхностных почвообразующих породах, масштаб 1:35 млн.

Сравнительный анализ данной картосхемы (рис.5) и картосхем устойчивости почв (см. рис.1 и 2) позволяет оценить вклад различных параметров комплекса по оценке устойчивости почв (см. табл.1) в общую оценку, определить механизмы, обеспечивающие устойчивость, и в конечном счете, предсказать характер изменения устойчивости почвенного покрова под воздействием антропогенного фактора.

Возможность реализации почвообразующего потенциала породы, а также скорость изменения емкости катионного обмена почв зависят от ряда факторов, к которым, как отмечалось выше, относятся состав и плотность пород, рельеф, климат, биота, а кроме того, подток минерализованных вод и поступление свежего материала, например, пеплов в зонах развития вулканических почв, делювиальных и пролювиальных отложений в предгорных районах, аллювиальных наносов в долинах рек и т.п.

Примеры относительно молодых почв, в которых поглотительная способность со временем растет, можно найти в ряде статей. Процесс увеличения ЕКО характерен для почвообразования на элювии траппов Сибири, формирования лессовых пород на доломитах Средней Азии, хронорядов от моренных наносов до горнолуговых и лесолуговых почв в Приэльбрусье, ряда почв при зарастании песков до бурых пылеватопесчаных в Северном Прикас-пии. Эти почвы расположатся на левой ветви графика изменения ЕКО (см. кривую 1, рис.4).

Значительное число работ посвящено эволюции почв на карбонатных породах. Известно, что по мере выщелачивания рендзины или дерново-карбонатные почвы переходят в дерново-подзолистые или бурые лесные и далее, в зависимости от климатических условий, в подзолистые почвы. Для этих рядов почв характерно уменьшение поглотительной способности. Аналогично меняется емкость поглощения при переходе бурых почв Сибири через стадию кислых бурых к буро-подзолистым. Приведенные ряды почв на графике развития ЕКО займут место после перегиба на правой ветви кривой 1 (см. рис.4). В них начался процесс разрушения почвенного поглощающего комплекса.

Достижение почвами состояния конечной зрелости возможно только на древних не эродированных участках суши в тропических и субтропических зонах. Возраст этих ферраллитных, аллитных, ферритных почв измеряется сотнями тысяч, миллионами или десятками миллионов лет (Таргульян, 1979; 1982; Ковда, 1985). Очевидно, возраст наиболее древних кор выветривания и почв и будет тем временем, за которое емкость поглощения прошла весь путь развития в почвах, сменявших друг друга по мере выветривания исходных материнских пород. Поглотительная способность почв, представляющих собой эволюционный ряд на какой-либо первичной почвообразующей породе, характеризует реализацию почвообразующего потенциала данной породы во времени.

При определенных условиях (промывной водный режим, кислый опад, а также кислые дожди антропогенного происхождения) разрушение ППК может начаться еще до того, как его емкость поглощения достигнет максимально возможной величины. В таком случае почвообразующий потенциал породы, очевидно, останется нереализованным, а поглотительная способность почв начнет уменьшаться, не достигнув потенциально возможной величины (кривая 2, рис.4).

. Хозяйственная деятельность человека, сопровождающаяся привнесением в почвы дополнительных количеств кальция и магния (например, известкование почв), по-видимому, ускорит достижение максимально возможной величины емкости поглощения (кривая 3, рис.4).

ВЫВОДЫ

1. Предложен комплекс параметров для оценки устойчивости почв

к интегральному антропогенному воздействию^щшрыисключает-

хледующие-шесть-покштелеи: емкость катионного обмена, мощ-

ность гумусового горизонта, тип водного режима почвы, ее положение в ландшафте, крутизна склона и интенсивность биогенного круговорота. Устойчивость почвы как компонента ландшафта обеспечивается как ее собственными свойствами, так и влиянием всей совокупности экологических факторов и условий.

2. На основе разработанной системы количественной оценки устойчивости почв составлены карты и картосхемы устойчивости почв различного масштаба: на территорию бывшего Союза в масштабе 1:35 млн, России — 1:2.5 млн, хозяйства Московской области -1:10000.

3. Установлено, что наименее устойчивый почвенный покров характерен для севера и северо-востока России, районов Средней Сибири, разного рода торфяных, засаленных, высокогорных, а также горных почв холодных регионов страны. Наибольшей устойчивостью отличается почвенный покров полосы распространения черноземных и серых лесных почв, а также территорий с богатыми кальцием и магнием породами.

4. Показано, что каждая первичная материнская порода, вступающая в процесс выветривания, обладает собственным почвообразу-ющим потенциалом, определяемым, главным образом, запасом кальция и магния. Максимально возможная величина емкости поглощения, которая может при благоприятных внешних условиях сформироваться в почве, зависит от содержания этих элементов в исходной породе. Рассчитано уравнение, позволяющее определить почвообразующий потенциал первичной материнской породы по содержанию в ней кальция и магния.

5. Составлена карта содержания кальция в поверхностных материнских породах на территорию бывшего СССР в масштабе 1:35 млн., в основном характеризующая почвообразующий потенциал этих пород.

6. Определены закономерности изменения поглотительной способности почв во времени. Предлагается разделить почвы по степени развития емкости поглощения на три группы: "молодые", еще не достигшие предельно возможной поглотительной способности, зрелые, в которых полностью реализован почвообразующий потенциал породы, имеющие максимально возможную емкость поглощения и "стареющие" почвы, поглощающий комплекс которых начал разрушаться, а емкость поглощения — уменьшаться.

7. Рассмотрено влияние различных экологических факторов (состава и плотности пород, рельефа, климата, растительности, по-

ступления дополнительного материала) на возможность реализации почвообразующего потенциала породы, а также на скорость изменения поглотительной способности почв. Установлена роль хозяйственной деятельности человека в развитии поглотительной способности почв.

Работы, опубликованные по теме диссертации:

1.0 подходе к разработке нормативов в почвоохранительной практике // Проблемы охраны почв. — М.: Ин-т охраны природы, 1990.—С.29-34.

2. Сорбционная способность почв как показатель состояния ландшафта // Экологические проблемы охраны живой природы (Тезисы Всесоюзной конференции, Москва, 10-17 декабря 1990 г.). — 4.3. — М„ 1990. — С.191-192.

3. Емкость катионного обмена почв как функция состава материнских пород // Теоретические основы охраны почв. — М.: Ин-т охраны природы, 1992. — С.36-45.

4. Оценка состояния и устойчивости экосистем. — М.: Ин-т охраны природы, 1992. — 128 с. (В соавторстве с В.В.Снакиным, В.Е.Мельченко, P.O.Бутовским и др.).

5. Система оценки степени деградации почв. — Пущино: Путинский научный центр РАН, ВНИИприрода, 1992. — Препринт. — 20 с. (В соавторстве с В.В.Снакиным, П.П.Кречетовым, Т.А.Ку-зовниковой и др.).

6. Оценка состояния и устойчивости экосистем — основа экологи-ческо го нормирования // Экологическое нормирование: проблемы и методы (Тезисы научно-координационного совещания, Пущино, 13-17 апреля 1992 г.). — М., 1992. — С.134. (В соавторстве с В.В.Снакиным, П.П.Кречетовым, В.Е.Мельченко).

7. Биогеохимические основы экологического нормирования. — М.: Наука, 1993. — 304 с. (В соавторстве с В.Н.Башкиным, Е.С.Евс-тафьевой, В.В.Снакиным и др.).