Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Энергетическое состояние почв природных и антропогенных ландшафтов юга Дальнего Востока России

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Пуртова, Людмила Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.9

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.27

Глава 3. ГИДРОТЕРМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА РОССИИ

3.1. Общие закономерности изменения радиационного баланса и его составляющих на территории Дальневосточного рег иона.33

3.2 Распределение осадков и термические условия формирования почв.;. 46

3.3. Почвенно-климатические ареалы и характеристика формирования почв на основе гидротермической системы. 54

Глава 4. ОРГАНИЧЕСКИЙ УГЛЕРОД ПОЧВ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЗАПАСЫ В ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ РАВНИНННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

4.1. Энергетические запасы и содержание органического углерода в автоморфных почвах.70

4.2. Энергетические запасы и содержание органического углерода в полугидроморфных и гидроморфных почвах.80

4.3. Энергетические запасы и содержание органического углерода в заболоченных почвах. 96

4.4.Основные закономерности изменения энергетических запасов почв равнинных территорий. 107

Глава 5. СИСТЕМА ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ ОСНОВНЫХ ТИПОВ ПОЧВ РАВНИННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ЮГА ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА И СВЯЗЬ ЕЕ С ЭНЕРГОЗАПАСАМИ ПОЧВ

5.1. Внутрипрофильное распределение основных компонентов гумусовых веществ и их энергетические запасы. 115

5.2. Гумусовые профили и энергетические запасы почв. 125

5.3. Типизация гумусовых профилей почв природных и агроландшафтов с различным типом OB режимов. 145

Глава 6.ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЗАПАСЫ ПОЧВ ГОРНЫХ ТЕРРИТОРИИ

6.1. Роль подстилки и опада в формировании энергетических запасов горных почв. 155

6.2. Энергетические запасы почв горных территорий. 164

6.3. Содержание органического углерода и энергетические запасы почв горных долин Сихотэ-Алиня. 179

6.4. Система гумусовых веществ и энергетические запасы почв горных территорий.!. .190

Глава 7. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПОЧВ ОСТРОВНЫХ ТЕРРИТОРИЙ ЮГА ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА РОССИИ (о. Сахалин)

7.1. Своеобразие гидротермических условий формирования почв и их энергозапасы.210

7.2. Система гумусовых веществ островных почв и связь ее с энергозапасами.221

Глава 8. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ КАК ПОКАЗАТЕЛИ ИНДИКАЦИИ ИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

8.1. Оптические и энергетические показатели почв горных и равнинных территорий. 230

8.2. Оптико-энергетическая связь в почвах рисовых нолей. 264

Глава 9. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ РАВНИННЫХ ТЕРРИТОРИЙ С УЧЕТОМ СТРУКТУРЫ СТРОЕНИЯ ПОЧВЕННОГО

ПОКРОВА. 277

Глава 10. ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗАПАСОВ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ЮГА ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА РОССИИ. 296

ВЫВОДЫ. 314

Введение Диссертация по биологии, на тему "Энергетическое состояние почв природных и антропогенных ландшафтов юга Дальнего Востока России"

Исследование вопросов энергетики почвообразования является одним из важнейших направлений в почвоведении, связанным с фундаментальной проблемой сохранения энергозапасов почв при антропогенных воздействиях. В пахотных почвах, в результате процессов дегумификации, уменьшается содержание органического углерода и соответственно их энергозапасов. В конечном счете, ухудшаются агрохимические, гидрофизические свойства и снижается плодородие почв, обусловленное безвозвратными энергетическими потерями.

В отечественной и зарубежной литературе накоплен обширный материал по вопросам энергетики почвообразования (Волобуев, 1953, 1956, 1958, 1960, 1968, 1974; Алиев, 1968, 1972, 1978; Искендеров, 1968, 1974; Козлов, 1971; Савич, 1986; Cooper, 1950; Ovington and Heitkamp 1960; Bien Kowsld 1990; Rimge, 1973).

Наиболее четко в решении данной проблемы просматриваются следующие направления: первое - связано с общими вопросами энергетики почвообразования (Волобуев, 1974; Герайзаде, 1988; Эллисон 1959). Второе - посвящено исследованию энергетики органической части разнообразных почв (Ваксман, 1937; Тюрин, 1946; Алиев, 1964, 1968, 1972, 1973, 1975; Савич, 1986, Дзядовец, 1970; Дубин, 1973). С этим направлением тесно сопряжено исследование микробиологической активности почв (Алиев, 1964; Алиев, Гаджиева, 1965; Козлов, 1971; Коринец, 1983).Третье - связано с изучением энергетики преобразования минеральной части почв (Волобуев, 1968; Волобуев, Пономарев, 1977; Водяницкий и др. 1986; Искендеров, 1968; Маркасев, Седиецкий, 1963; Фартушина, 1983).Четвертое - касается изучения процессов взаимодействия световой энергии с почвенной средой (Ильин, Орлов, 1973; Орлов, 1990; Михайлова, Орлов, 1986).

Для Дальневосточного региона проблемы энергетики почвообразования по рассмотренным основным направлениям практически не освещены. В литературе имеются данные калориметрических определений энергетических потенциалов лесных подстилок и теплотворной способности гумусового горизонта горнолесных почв кедрово-широколиственных и темнохвойных лесов (Сапожников, Сигбатулина, 1979; Сапожников, Крупская и др. 1972). В целом энергетическое состояние почв природных и антропогенных ландшафтов ДВ региона не изучалось.

Территория юга Дальнего Востока России является своеобразной зоной перехода от континента к океану, подвергающейся интенсивному воздействию Тихого океана. Распределение почвенного покрова в пределах данной территории подчиняется не широтной, а меридианальной зональности. Взаимодействие же континента и океана, проявляющееся в основном через климатические факторы, лежит в основе формирования многих природных процессов, накладывая отпечаток на направленность процессов почвообразования. В результате формируется весьма сложный по составу и структуре почвенный покров (Иванов, 1976; Ивлев, 1982; Крейда, 1970 и др.). Входящие в состав почвенного покрова почвы, различаются по основным морфолого-генетическим, химическим, физико-химическим, гидрофизическим и энергетическим показателям. При этом при интенсивных хозяйственных воздействиях существенно изменяются основные свойства почв, особенно содержание гумуса и система гумусовых веществ. Как правило, происходит снижение энергозапасов почв (Осорг), в большей степени проявляющееся в зависимости от гидротермических условий их формирования, обусловленной сменой окислительно-восстановительных режимов и процессов трансформации органического вещества. При этом почвы антропогенных ландшафтов различаются по величине энергопотерь, что обусловлено снижением органического углерода в почвах. Поэтому актуально проведение работ по исследованию энергетического состояния почв региона с дальнейшей оценкой их энергозапасов и разработкой методов для их индикации. Это способствует решению теоретических и прикладных вопросов энергетики почвообразования этой уникальной территории, находящейся на стыке континента и океана.

Основной целью работы явилось исследование энергетического состояния почв региона с учетом показателей системы гумусовых веществ и окислительно-восстановительных режимов их формирования, а также определение индикационных показателей для оценки энергозапасов почвенного покрова на различных уровнях его организации.

В задачу исследований входило:

1. Изучить гидротермические и энергетические условия формирования почв юга Дальнего Востока России.

2. Провести типизацию гумусовых профилей почв природных и антропогенных ландшафтов с различным типом ОВ режимов и содержания энергозапасов.

3. Исследовать связи между показателями системы гумусовых веществ и энергозапасами в основных типах почв горных и равнинных территорий.

4. Установить своеобразие системы гумусовых веществ и энергетических параметров почв островных экосистем (о. Сахалин).

5. Определить информативные мониторинговые показатели энергетических запасов почв и почвенного покрова, с учетом его структуры на различных уровнях организации.

6. Разработать систему показателей и оценить энергетическое состояние почв природных и антропогенных ландшафтов юга Дальнего Востока.

Научная новизна работы

Впервые исследованы энергетические показатели почв в зоне перехода от Евразийского континента к океану с учетом функционирования системы гумусовых веществ и разработана система показателей для оценки энергетического состояния почв на различных уровнях организации почвенной системы (горизонт - профиль - почвенный покров). Установлены различия в 1 идротермических и энергетических условиях формирования почв Дальневосточного региона. На основании исследования системы гумусовых веществ почв горных и равнинных территорий проведена типизация гумусовых профилей и определены их энергозапасы, с учетом ОВ режимов. Показано своеобразие почв островных экосистем по показателям системы гумусовых веществ и их энергозапасов, обусловленное активным воздействием биологического фактора. С учетом количественно-качественных различий по 0>сОрг разработаны оценочные шкалы для почв горных и равнинных территорий юга Дальнего Востока России. Установлены основные тенденции в изменении энергозапасов в почвах антропогенных ландшафтов и выявлены группы почв крайне неустойчивые к антропогенным воздействиям в связи с резким снижением С^сорг.

Разработаны и введены терминологические понятия -энергетическое состояние почвенного покрова, энергетическая емкость элементарного почвенного ареала, почвенной комбинации. Рассчитаны качественно-количественные показатели для оценки почвенного покрова различных геоморфологических участков равнинных территорий по величине Осорг (коэффициент контрастности, индекс неоднородности). Установлена тесная связь между оптическими показателями почв (интегральное отражение) и ее компонентов -гуминовых кислот (оптическая плотность) с энергетическими запасами почв. Это позволило предложить данные показатели для оценки Ос0рг почв и почвенного покрова в целом. Предложены формулы расчета энергозапасов почв по величине интегрального отражения. Разработана система показателей для оценки энергетического состояния почв природных и антропогенных ландшафтов и на ее основе проведена оценка основных типов почв горных и равнинных территорий.

Защищаемые положения:

1. Энергетические параметры почвенного покрова зоны перехода от континента к океану обусловлены своеобразием гидротермических условий Дальневосточного региона.

2. Формирование энергетических запасов почв и строение типов гумусовых профилей определяют окислительно-восстановительные режимы.

3. Разработана система показателей для оценки и индикации энергетических запасов почв и почвенного покрова

Практическое значение. Результаты исследований могут быть использованы при проведении работ по экологическому мониторингу, бонитетной оценки почв, при комплексных исследованиях почвенного покрова, в создании информационного банка данных по энергозапасам почв региона и рациональному использованию земельных ресурсов, а также в лекционных курсах Вузов.

Публикация и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 29 работ в отечественных и зарубежных изданиях, в том числе коллективная монография. Основные положения работы были доложены и обсуждались на Всесоюзной конференции " Почвы Дальнего Востока и других регионов СССР. Теоретические основы повышения их продуктивности" (Владивосток 1990г.); на втором и третьем съезде Докучаевского общества почвоведов России (Санкт - Петербург 1996, Суздаль 2000); ХУШ Тихоокеанском научном Международном конгрессе

Китай, 1995); Международных конференциях "Леса и лесообразовательный процесс на Дальнем Востоке", " Проблемы экологии и рационального природопользования стран Азиатско- Тихоокеанского региона" ( Владивосток, 1999), Дальневосточных региональных научных конференциях (1997, 1998) и заседаниях Дальневосточного отделения ДОП (Уссурийск, 1994; Владивосток 1996, 1999 )

Структура и объем работщ. Диссертация состоит из введения, 10 глав и выводов. Работа изложена на 339 страницах, включая 42 таблицы, 44 рисунков. Список литературы включает 259 названия, 13 на иностранном языке.