Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изменение вариабельности свойств каштановой почвы при антропогенном воздействии

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Изменение вариабельности свойств каштановой почвы при антропогенном воздействии"

pro oj

российская академия hahk 9 о ¡г.п; сибирское отделение

Институт почвоведения и агрохимии

На правах рукописи УДК 631.445.51

МИХЕЕВА Ирина Викторовна

изменение вариабельности свойств каштановой почвы при антропогенном воздействии

(Специальность -03.00.27 - почвоведение)

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск - 1993

Работа выполнена в лаборатории физики и мелиорации почв Института почвоведения и агрохимии СО РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Ведущее учреждение: факультет почвоведения Московского Государственного Нниверситета им. Н.В.Ломоносова

Защита диссертации состоится "___" апреля 1993 г. на

заседании Специализированного совета Д-002.15.01 по защите ученой степени доктора наук в Институте почвоведения и агрохимии СО РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института почвоведения и агрохимии СО РАН

Автореферат разослан "___"_______1993.г.

Заверенные отзывы в двух экземплярах просим присылать по адресу: 630099, г.Новосибирск-99, ул. Советская, 18.

Ученый секретарь Специализированного

В.П.Панфилов

Н.В.Семендяева

кандидат биологических наук

В.А.Рассыпнов

Совета ИПА СО РАН. доктор биологических наук

Дергачева М.И.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Одной из наиболее актуальных проблем прикладного почвоведения в настоящее время является создание методологической и методической основы почвенно-экологического мониторинга. Основные задачи возникавшие при этом: анализ, оценку, прогноз изменений свойств почв как в ходе естественной динамики так и под влиянием хозяйственной деятельности человека нельзя выполнить корректно не зная пространственной вариабельности этих свойств, от которой зависит сама методика получения и анализа информации о свойствах почвы, а такяе точность, состоятельность оценок и достоверность прогнозов. Развитие математического моделирования почвенных процессов и его широкое применение в информационно-советующих системах для принятия решений в сельскохозяйственном производстве и при' экологическом мониторинге связано с учетом в математический моделях пространственной вариабельности параметров, определяемых почвенными свойствами. Поэтому важные для теоретического и прикладного почвоведения исследования вариабельности свойств почв становятся особенно актуальными с точки зрения создания почвенно-зкологического мониторинга.

Вместе с тем анализ научной литературы свидетельствует о том, что изучение варьирования почвенных свойств, начатое еще в прошлом веке, до'настоящего времени не завершено. Вариабельность свойств почвы в пределах таксономически однородных участков почвенного покрова, как отмечал Е.А.Дмитриев /1983/,наименее изучена. В настоящее время считается, что возмояность появления тех или иных случайных значений свойств почв ограничена характером процессов, формирующих данные свойства. Антропогенное воздействие на почву может изменить сами эти процессы и, следовательно, вариабельность свойств почвы. Однако, вопрос влияния способа использования почвы на статистическое распределение ее свойств недостаточно ясен и требует детального изучения.

В связи с вышесказанным были поставлены следующие цели и задачи исследования: 1, Изучить влияние сельскохозяйственного использования на изменение пространственной вариабельности свойств в генетическом профиле почвы в предельно однородных условиях почвообразования внутри таксона. 2. Изучить изменение пространственной вариабельности свойств супесчаных каштановых почв в пределах производственных массивов при орошении слабоминерализованными

-1-

водами.

Научная новизна и теоретический вклад. Показаны закономерности изменения пространственного варьирования свойств каштановой почвы в генетическом профиле в предельно однородных условиях почвообразования. Выявлено изменение пространственной вариабельности свойств каштановой почвы при антропогенной нагрузке. Показано возрастание варьирования свойств супесчаной каштановой почвы Приирты-шской равнины с увеличением площади исследования. Установлено, что форма статистического распределения свойства может слуаить характеристикой распространения процесса, формирующего данное свойство.

Защищаемые положения: 1. Повышение вариабельности свойств вниз по профили является общей закономерностью каштановых супесчаных почв. Механическая обработка и орошение приводят к резкому возрастанию варьирования свойств в нижних горизонтах, причем в большей степени - в орошаемой почве. 2. Орошение каштановых почв слабоминерализованными водами приводит к увеличении содержания обменного натрия и суммы солей в поверхностном горизонте, изменяя их пространственную вариабельность в пределах орошаемых массивов. 3. Форма статистического распределения свойства может служить характеристикой стадий распространения процесса,формирующего данное свойство.

Практическая ценность и пути реализации.1. Проведен анализ влияния орошения слабоминерализованными подземными водами на каштановые почвы легкого гранулометрического состава. Отчеты с рекомендациями переданы Павлодарскому филиалу Целингипрозема, колхозу им. 30-летия Казахской ССР Нспенского района Павлодарской области. 2. Результаты выполненных исследований используются при математическом моделировании оптимального режима увлажнения почв орошаемых массивов.3. Опробованы интерпретационные возможности и показана перспективность квантильного метода в экологических исследованиях для анализа изменений свойств почв при антропогенном воздействии.

Полученные материалы положены в основу банка данных о состоянии орошаемых почв Кулундинской степи. Результаты исследования используются при создании математического и информационного обеспечения мониторинга орошаемых земель, а также могут использоваться при создании информационно-советующих систем для принятия решений в сельскохозяйственном производстве и при экологическом мо-

-2-

ниторинге.

Апробация. Материалы диссертации докладывались на республиканской конференции "Ландшафтно-зкологические основы природопользования и природоустройства" / Целиноград, 1Э89 /; на конференции научной молодежи ИПА СО РАН / Новосибирск.1990 /; на международном симпозиуме Тенезис и управление плодородием засоленных почв" / Волгоград,1991 /: на конференции стран Содружества "Физика почв и проблемы экологии" / Пущино, 1992 /; использовались при защите диплома по специальности эколог-эксперт /МГН.Москва,1989 /.По теме диссертации опубликовано четыре работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и основных выводов. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц, 17 рисунков. Список литературы включает 112 источников, из них 27 работ иностранных авторов.

МЕТОДОЛОГИЯ. ОБЬЕКТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ Генетический подход к рассмотрению пространственной вариабельности свойств почв /Фридланд.1972; Козловский, 1970; Карпачев-ский,1966:Дмитриев,1983/ в сочетании с дисперсионным подходом к ее изучении /Дмитриев,1970/ позволяет рассматривать дисперсию лвбогд свойства почвы б£, количественно выражающую внутриконтур-ное варьирование на низшем таксономическом уровне в виде суммы двух дисперсий 0^=6^+ б*. Дисперсия б* отражает неоднородность свойства на близких расстояниях в предельно однородных условиях, или "статистическую" пестроту по Фридланду, связанную с биологическими факторами почвообразования и стохастической природой самих почвенных процессов, таких как образование микро- и ма-кропор, структурных агрегатоЕ, трещин и других. Оценку этой величины мы получали при изучении варьирования свойств в элементарном вариационном ареале почвы /ЗЗйП/. Дисперсия б* отражает варьирование почвенного свойства вследствие неоднородности факторов почвообразования на исследуемой территории, или "функциональную" пестроту по 1ридланду, связанную с рельефом и микрорельефом. 3 силу

положительности слагаемых суммарная дисперсия свойства на терри-

2 2.

тории всегда оолысе либо равна дисперсии свойства в 5ВАП: б^> бг. В случае равенства - эту территорию можно считать однородной по данному свойству.

Объектом для изучения пространственной вариабельности свойств

в данной работе являются каштановые почвы Прииртышской равнины, располагающейся в Западной части Кулундинской степи. Характерной особенностью этих почв является легкий гранулометрический состав, представленный супесями и легкими суглинками. Исследования проводились на территории колхоза им.30-летия Казахской ССР Нспенского района Павлодарской области.

Экспериментальный участок для изучения изменения пространственной вариабельности свойств почвы при сельскохозяйственном использовании был выбран на одном элементарном почвенном ареале /ЗПА/. Основная часть его в период освоения целины была распахана и в начале 60-х годов подвергалась дефляции. С 1968 года пахотные почвы вовлечены под орошение слабоминерализованными подземными водами гидрокарбонатнонатриевого состава С20,4), содержащими 0,7-1 г/л солей. В то 18 время часть почв этого ЗПА в настоящее время находится в состоянии целины и неорошаемой пашни. Изучение варьирования свойств почвы в ЭВАП супесчаной каштановой почвы в вариантах целины, неорошаемой и орошаемой пашни проводилось траншейным способом /Кузьмина,1980/. Траншеи длиной 6 м и глубиной 2,5 м были заложены в идентичных условиях мезо- и микрорельефа и вскрывали все генетические горизонты почвы. Вначале определялись нихние границы и мощность горизонтов, проводилось морфологическое, описание почвы в траншеях. Затем рабочая стенка траншей размечалась через 25 см вертикальными линиями и определялись точки отбора образцов. Образцы объемом 1000 кубических сантиметров отбирались из середины генетических горизонтов в 20-22-кратной повторности, что достаточно для попарного сравнения средних и дисперсий с помощью критериев Стьдента (Т) и Фишера (Г).

Анализы образцов были проведены в производственной лаборатории Павлодарского филиала Целингипрозема по следующим методикам: содержание гумуса - по Тюрину в модификации Никитина; гранулометрический состав - пипет-методом с пирофосфатной подготовкой; емкость катионного обмена - по методике Бобко-йскинази с подготовкой по Грабарову; поглощенный кальций и магний - трилонометричес-ким методом; обменный натрий - методом уксусно-кислого аммония; рН - потенциометрическим методом; водная вытяжка - стандартная методика с разбавлением 1;5 (10% анализов подвергались повторному контрольному определению). Разброс полученных количественных значений, характеризующих почвенные свойства значительно превышает

-4-

случайные аналитические ошибки (Сердобольский,1937;Дмитриев,1Э83) и отражает пространственное варьирование самих почвенных свойств.

Для выяснения вопроса влияния механической обработки и орошения на статистическое распределение свойств каштановой почвы наряду с дисперсией (80 и средним СМ), основными статистическими характеристиками, вычисляли коэффициенты асимметрии (А) и эксцесса (Е), а также ошибку среднего (и), коэффициент вариации (СО), минимальное и максимальное значения. При анализе моментов статистического распределения его особенности часто нивелируится, поз^ тому в данной работе был проведен также анализ их квантилей /Благовещенский, Самсонова, Дмитриев,1987/. Всего проанализировано 448 выборок.

Для изучения вариабельности свойств каштановой почвы на территории 40 тыс. га, представительной для Прииртышской равнины, и ее изменения при орошении слабоминерализованными подземными водами были использованы материалы почвенной съемки в масштабе 1:25000, проведенной в 1975 году на неорошаемых почвах и двух почвенно-со-левых съемок в масштабе 1:10000, проведенных на орошаемых массивах Павлодарским филиалам Целингипрозема осенью 1982 и 198Э годов. Повторная съемка в 1989 году проводилась по тем же маршрутным ходам и образцы отбирались в тех же точках, что и в 1982 году. .

В данной работе приведен анализ статистического распределения содержания обменного натрия и суммы солей на восьми участках орошения в зависимости от длительности орошения.

ИЗМЕНЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СВОЙСТВ В ГЕНЕТИЧЕСКОМ ПРОФИЛЕ ПОЧВЫ В ПРЕДЕЛЬНО ОДНОРОДНЫХ УСЛОВИЯХ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ ПРИ АНТРОПОГЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Рассмотрены результаты изучения пространственного варьирования отдельных свойств супесчаной каштановой почвы в ЗВАП трех вариантов ее использования, а именно, в. вариантах целины, старопахотной неорошаемой почвы и длительного регулярного орошения слабоминерализованными водами.

Мощность и нижняя, граница горизонтов. Характерным морфологическим признаком каштановых почв Кулунды является малая мощность гумусового горизонта. Варьирование мощности гумусового горизонта невелико. Близость статистического распределения нижней границы горизонта В1 к симметричному при небольшой дисперсии, одинаковой во всех вариантах свидетельствует о законченности формирования

-5-

этой границы во всех вариантах .

В то же время установленное значительное увеличение дисперсии нижней границы горизонтов В2 и ВС в пахотных вариантах- причем в большей степени - в орошаемой почве, что, связано с увеличением количества воды, поступающей по отдельным крупным капиллярам и ходам отмерших корней растений в эти горизонты, свидетельствует о современном формировании границ этих горизонтов.

Содержание гумуса. Низкое содержание гумуса при небольшой мощности гумусового горизонта в каштановых супесчаных почвах обусловлено климатическими условиями почвообразования и легким гранулометрическим составом. В горизонте й целинного ЭВАП содержание гумуса составляет в среднем 1,66 '/., при этом варьирование его содержания здесь максимально (Табл.1), что, по-видимому, связано с неоднородностью поступления в почву биомассы в целинных условиях.

Усиление процессов минерализации гумусовых веществ в пахотных почвах в связи с изменением физических свойств, а также сокращение поступления растительного опада, вследствии отчуждения с урожаем надземной биомассы приводят к достоверному снижению содержания гумуса в пахотном слое по сравнению с горизонтом А целины /Титляно-ва, Кирюшин, Охинько, 1Э84/, что подтверждается и нашими данными. По причине ежегодного перемешивания поверхностного горизонта при обработках почвы и,возможно, большей однородности поступления биомассы (по сравнении с естественной степной растительностью) варьирование содержания гумуса в пахотной почве также достоверно снижается. При орошении почв степной зоны, вследствие оптимизации водного режима и повышения микробиологической активности, усиливаются процессы гумификации и минерализации органического вещества /Родынюк, Гантимурова, Ко.синова и др., 1988/. В то же время, в связи с повышением продуктивности растений увеличивается поступление органического вещества в почву , особенно при возделывании многолетних трав, что в конечном итоге способствует увеличению содержания гумуса в орошаемой почве по сравнению с неорошаемой /Снеговой,Бажов,1989/. По нашим данным в горизонте А орошаемой каштановой почвы содержание гумуса достоверно выше, чем в неорошаемой пашне и составляет 1,57У.. Однако, увеличение подвижности гумуса при орошении, особенно, щелочными водами, отмечаемое Д.С.Орловым,Е.М.Аникановой,В.А.Маркиным /1980/ вызывает некоторое его перераспределение в почвенном профиле.

-6-

Неоднократное полное промачивание поверхностного слоя почвы при поливах щелочной водой способствует равномерному распределению гумуса в почвенной массе этого слоя, что резко снимает варьирование его содержания (Табл.П.

Для каштановой почвы характерно значительное убывание содержания гумуса вниз по профилю на всех вариантах в горизонте В1 оно меньше ['/.. Дисперсии содержания гумуса в этом горизонте на всех вариантах одинаковы, однако, форма статистического распределения данного показателя в целине отличается значительной левой асимметрией С А=-1,41), что свидетельствует о близости к пределу накопления гумуса при постоянных внешних условиях. Характерно также, что если на целине варьирование содержания гумуса значительно снижается при переходе из горизонта А в горизонт В1, слабо уменьшаясь в В2, а в неорошаемой пашне монотонно снижается, то на орошении оно заметно возрастает вниз по профилю (Табл.1).

Таким образом, сельскохозяйственное использование каштановой почвы приводит не только к изменению среднего содержания гумуса в том или ином генетическом горизонте, но и, что наиболее характерно, к изменению его внутрипрофильного и пространственного варьирования.

Гранулометрический состав. Варьирование гранулометрического состава почвы в пространстве, вызывающее варьирование многих других ее свойств, и, прежде всего воднофизических, определяется в основном генезисом почвообразующих пород. Вместе с тем, варьирование гранулометрического состава в отдельных горизонтах может быть обусловлено почвенными процессами, такими как внутрипочвен-ное выветривание, осолонцевание, лессиваж и др., а также влиянием современной водной и ветровой эрозии. Неоднородность гранулометрического состава отражается в варьировании содержания отдельных фракций. В данной работе рассматривается вариабельность содержания всех фракций гранулометрического состава,выделяемых при анализе по методу Качинского.

Низкое содержание крупных фракций ((1 > 3 мм) в изучаемых почвах и неравномерность пространственного распределения этих элементарных почвенных частиц (ЗПЧ) определяет значительную правую асимметричность их выборочного статистического распределения в ЭВАП (А = 2,2-4,1), значимый эксцесс (Е = 3,0-13,0) и высокий коэффициент вариации (СУ > 200%). Содержание гравия (сЬ 1-3 тш)

-7-

Статистические показатели почвенных свойств. Сравнение средних и дисперсий по вариантам.

Таблица 1

Гори- Бари- Срав-

зонт ант М+^т б си А нение Т Р

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 н

Содержание гумуса,2

Ц 1,66+0,12 0,269 16 0,74 ц-п 28 2,41* 6,29* 21/19

й п 1,51+0,05 0,109 7 0,07 Ц-0 24 1 .45 15,63* 21/19

о 1,57+0,03 0,068 4 0,34 п-о 32 2,31* 2,48* 19/19

Ц 0,90+0,04 0,110 12 -1.41 ц-п 40 4,43* 1,35 21/19

В1 п 0,76+0,04 0,094 12 0,58 ц-0 40 2,08* 1,06 21/19

о 0,83+0,05 0,107 13 0,26 п-о 38 2,20* 1,27 19/19

Ц 0,57+0,04 0,092 16 0,07 ц-п 35 1,05 2, '65* 21/19

В2 п 0,60+0,03 0,057' 9 0,25 Ц-0 40 0,11 1,53 19/21

0 0,57+0,06 0,114 20 0,69 п-о 28 0,73 4,06* 19/19

Содержание ила,%

и 8,8+0,31 0,70 8 -0,40 ц-п 40 16,94* 1,37 21/19

й п 12,2+0,28 0,60 5 -0,63 Ц-0 40 3,96 * 1,21 21/19

о 9,6+0,30 0,64 7 -0,03 п-о 38 13,20* 1,14 19/19

Ц 10,1+0,37 0,84 8 0,14 ц-п 40 8,75* 1,53 19/21

В1 п 12,7+0,48 1,03 8 0,17 Ц-0 40 6,60* 1,49 19/21

О 12,1+0,48 1,02 8 1,04 п-о 38 1,99 1,03 19/19

Ц 9,4+0,45 1,02 11 -0,11 ц-п 40 8,56* 1,34 19/21

В2 п 12,3+0,55 1,18 10 0,32 Ц-0 40 2,16* 1,83 19/21

о 8,6+0,64 1,38 16 0,65 п-о 38 9,22* 1,36 19/19

ц 8,3+0,46 1,03 12-1,23 ц-п 28 4,54*3,66*19/21 ВС п 10,5+0,92 1,97 19 0,49 ц-о 21 3,39*16,73* 19/21 о 11,6+1,97 4,21 36 0,64 п-о 27 1,00 4,58" 19/19 ЬР-значение Т-распреЗгленчи при р'ЦЗИ- у У/ ^ - чцелс степеней с£еер1ы

-8-'

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 5 7 8 9 10 11

рН

Ц 6,54+0,05 0,12 2 ■ -0,40 ц-п 40 4,54* 1,14 19/21

й п 6,46+0,06 0,13 2 2,10 ц-о 40 10,75* 2,56* 21/19

0 7,17+0,09 0,19 3 ■ -0,72 П-0 38 13,79* 2,25* 19/19

Ц 6,78+0,09 0,20 3 0,95 ц-п 40 1,84 1,97 21/19

В1 п 6,88+0,06 0,14 2 ■ -0,30 Ц-0 40 3,64* 3,22* 21/19

о 6,96+0,05 0,11 2 0,40 п-о 38 2,03* 1,64 19/19

Ц 7,26+0,17 0,38 5 0,31 . ц-п 31 10,03* 4,20* 21/19

В2 п 8,17+0,08 0,18 2 • -1,98 Ц-0 40 2,84* 1;32 19/21

0 7,61+0,20 0,43 5 0,82 п-о 38 5,27* 5,53* 19/19

ц 8,23+0,06 0,23 2 0,02 ц-п 21 3,09-* 1,69 19/19

ВС п 8,45+0,05 0,10 1 0,40 Ц-0 40 2,43* 3,41* 21/19

0 7,92+0,11 0,24 3 1,36 п-о 38 9,19* 5,96* 19/13

Емкость катионного обмена, мг.эке 1 на 100 г

ц 9,64+0,18 0,41 4 0,06 ц-п 40 15,49* 1,84 21/19

А п 11,36+0,14 0,30 3 • -0,68 ц-0 40 6,44* 1,11 19/21

О 10,48+0,20 0,43 4 ■ -0,17 п-о 38 7,40* 2,04 19/19

ц 9,77+0,36 0,81 8 0,51 ц-п 40 6,57* 1,14 19/21

В1 п 11,47+0,40 0,86 8 0,31 Ц-0 40 6,76' 1.74 19/21

0 11,77+0,50 1,07 9 0,11 п-о 38 0,95 1,54 19/19

ц 9,42+0,66 1,47 16 0,52 ц-п 40 4,54* 2.60* 21/19

В2 п 11,34+0,43 0,92 8 1,06 Ц-0 40 0,60 1,23 21/19

0 9,16+0,62 1,33 15 0,45 п-о -38 6,04* 2,12* 19/19

ц 7,37+0,28 0,62 8 ■ -0,24 ц-п 40 3,39* 2,35* 19/21

ВС п 8,37+0,44 0,95 11 0,12 Ц-0 40 1,59 26,79* 19/21

0 8,53+1,50 3,22 38 0,69 п-о 38 0,21 11,39* 19/19

-9-

Продоляение таблицы 1

1 2 3 4 5 6 7 8.9 10 11

Содержание обменного натрия.%

Ц 1,7+0,06 0.15 9 -0,44 ц- ■п 40 3,50* 1,37 19/21

А п 1,5+0,08 0,17 12 1,25 ц- -о 20 31,11*40,38* 19/21

о 8,2+0,43 0,94 11 -0,30 л- -о 20 31,76*29,45* 19/19

ц 1,6+0,12 0,27 17 1,38 ц- -п 33 7,14* 3,49* 21/19

В1 п 1,2+0,07 0,14 12 -0,43 ц- -о 20 25,32^40,09* 19/21

О 11,4+0,79 1,70 15 -0,26 п- -о 19 26,74139,86* 19/19

ц 1,8+0,17 0,37 21. 0,61 ц- -п 40 0,56 1 ,76 19/21

В2 п 1,7+0,23 0,49 29 -0,51 ц- -о 20 14,29*39,82* 19/21

О 9,4+1,08 2,34 25 0,20 п- -о 21 14,29* 22,64* 19/19

ц 3,4+0,34 0,76 23 -0,26 ц- -п 33 2,48* 3,40* 21/19

ВС п 2,8+0,19 0,41 15 0,53 ц- •о 29 4,15* 3,45* 19/21

о 4,7+0,66 1,4-1 30 -0,17 п- ■о 22 5.8Е? 11,74* 19/19

Сумма солей,%

ц 0,021+0,002 0,006 30 1,94 ц- -п 26 2,77* 9,04*21/19

А п 0,017+0,001 0,002 12 -0,26 ц- •о 40 17,03* 1,34 21/19

о 0,051+0,002 0,005 11 1,42 п- -о 25 26,88* 6,74*19/19

ц 0,019+0,002 0,004 22 1,78 ц- •п 40 2,28* 1,16 21/19

В1 п 0,021+0,002 0,004 18 0,71 ц- -о 21 13,08* 15,29*19/21

о 0,066+0,008 0,016 24 0,72 п- •О 21 12,34*" 17,69*19/19

ц 0,027+0,004 0,010 38 0,97 ц- -п 40 7,97* 1,99 21/19

В2 п 0,048+0,004 0,007 15 -1,12 ц- ■о 26 6,83* 4,86*19/21

о 0,063+0,010 0,022 35 0,90 п- -о 23 3,00* 9,67* 19/19

• ц 0,046+0,004 0,008 17 0,49 ц-п 37 0,77 2,26*21/19 ВС п 0,047+0,002 0,005.. 11 0,82 ц-о 19 7,71* 108,14*19/21 р 0,187+0,037 0;082 45 0,32 п-о 19 7,64*244,50*19/19 * - ртл^ч^е достс(ерно с ¡ерок тпсчтые -10-

в исследуемых почвах также невелико ,но в поверхностном горизонте оно более равномерно (Си = 12-14%).

Содержание крупного и среднего песка С(1= 0,25-1 тш) в пределах ЗВАП более равномерно распределенный признак, чем содержание фракций скелета почвы. Так, значительных отклонений в форме его статистического распределения, выражающихся в наличии значимых асимметрии и эксцесса не обнаружено,а си в поверхностном горизонте не превышает 8-12%. Основную массу исследуемых каштановых почв составляет мелкий песок,' или ЭПЧ с диаметром 0,05-0,25 шт. Вариабельность фракции мелкого песка-невелика (С11 = 3-5%). В то же время дисперсия и Си фракций песка вниз по профилю возрастает.

Впервые аналогичные данные по варьированию содержания фракций пыли на исследуемой территории были получены Кузьминой/1980/ при оценке противодефляционной устойчивости этих почв. Нами получена существенно меньшая степень варьирования пыли в поверхностном горизонте пахотных почв, чем этим автором, что, по-видимому, является следствием ежегодного перемешивания пахотного слоя при обработках в течении длительного бездефляционного периода.

Для изучаемых почв характерно невысокое содержание ила 8-12%.• В профиле целины дисперсия содержания ила изменяется незначительно, вместе с тем, в горизонте В1 ила содержится 10,1%, что достоверно (Т - 5,63) выше, чем в горизонте А, где его 8,8% (Табл.1).

В профиле пахотной неорошаемой почвы иллювиальный горизонт выражен слабее, однако, варьирование содержания ила здесь значительно возрастает вниз по профилю, особенно в горизонтах В1 (Р = 2,95) и ВС (Р= 2,79), Следует отметить, что содержание ила в поверхностном слое пахотной каштановой почвы, подверженной дефляции, варьирует больше (Си = 34% - Кузьмина, 1980), чем в недеф-лированной, где при близких средних значениях Си = 7-8% ,

Н.П.Чижикова, Н.Б.Хитров, В.С.Дуженко /1992/ отмечают, что орошение степных почв приводит к изменению характера связей между генетическими горизонтами по содержанию ила. Л.Н.Бурлакова, Л.М.Татаринцев /1989/ выявили тенденцию облегчения гранулометрического состава пахотного слоя орошаемых почв и некоторое утяжеление его в подпахотном горизонте, обусловленное транзитом части ила в нижележащие горизонты. Среднее содержание ила в горизонте А орошаемой каштановой почвы составляет 9,6%, что достоверно ниже", чем в неорошаемой, а в горизонте В1 оно в этих вариантах одинако-

-11-

во. Достоверное (Т=8,83) уменьшение до 8,6% среднего содержания ила в горизонте В2 сменяется в ВС его достоверным (Т=3,01) увеличением до 11,6% . Как отмечал И.С.Кауричев /1975/ при периодическом воздействии на незасоленные почвы'слабых растворов натриевых солей профиль первоначально осолонцовывается, а затем нисходящие потоки воды выносят продукты щелочного гидролиза в более глубокие горизонты. Действительно, в горизонте ВС орошаемой почвы более, чем в 25% выборки содержание ила не менее, чем на 4% превышает содержание ила в неорошаемой почве. Это свидетельствует о накоплении ила в отдельных точках горизонта ВС орошаемой почвы. Расширение абсолютного диапазона варьирования содержания ила при этом привело к увеличении дисперсии (Табл.1).

Итак, сельскохозяйственное использование каштановой почвы вызывает процессы внутрипрофильного перераспределения ила и приводит к изменении его содержания и пространственного варьирования. Это вызывает правуи асимметрии статистического распределения содержания ила в глубоких горизонтах и увеличение его варьирования вниз по профилю культурных почв, особенно в орошаемом ЭВАП.

Реакция среды (рН). Отдельные авторы / Козин,1988; Орешкина, 1988 7 отмечали невысокую вариабельность рН в почвах, объясняя это буферностьв почвенного раствора. Следует подчеркнуть, что рН является логарифмической величиной, поэтому рост и разброс этого показателя невелики.(в ЭВАП СО =3-5%). Несмотря на это способ использования почвы влияет на средние значения и особенности статистического распределения рН (Табл.1). Так значения рН в горизонте А неорошаемой пахотной почвы в 75% выборки меньше 6,5, а в целине в 75% выборки рН >6,5, В поверхностном горизонте орошаемой почвы, вследствич привноса иона НСОз с поливной водой рН возрастает, при этом более чем в 50% выборки значения рН > 7,0. В горизонте ВС дисперсия рН снижается на всех вариантах, однако, если в целинной и неорошаемой пахотной почве значения рН свидетельствуют о щелочной реакции среды в ВС, то в орошаемой почве в 75% объема этого горизонта реакция среды слабощелочная .

Емкость катионного обмена (ЕНО). Легкий гранулометрический состав и низкая гумусированность изучаемых почв обуславливают невысокую ЕНО, в пределах 8-13 мг-экв/100 г почвы. Варьирование ЕНО в горизонте А, как и варьирование ила невелико (Си- 3-4%).

Характерно достоверное повышение вариабельности ЕКО в гори--12-

зонте В1. В горизонте В2 целинной почвы дисперсия ЕКО возрастает СР=3,29), однако, в ВС достоверно снижается, что наряду с уменьшением варьирования гумуса, ила и рН свидетельствует о стационарном состоянии этого горизонта. В неорошаемой пашне варьирование ЕКО глубяе пахотного горизонта постоянно . В орошаемой почве варьирование ЕКО, практически одинаковое в В1 и В2, в горизонте ВС резко возрастает, проявляя правую асимметрии статиситческого распределения, что является следствием повышения содержания ила в отдельных точках этого горизонта. Таким образом, выявлена тенденция к повышению варьирования ЕКО вниз по профилю почвы (Табл.1).

Состав обменных катионов. Орошение водами гидрокарбонатно* натриевого состава приводит к повышению доли обменного натрия, в ППК во всех генетических горизонтах, при этом значительно возрастает и дисперсия его содержания. Выявлено, что дисперсия и коэффициент вариации обменных катионов возрастают вниз по профилю.

Сумма солей. Изучаемые каштановые почвы незасолены: содержание солей во всем профиле целинной почвы не превышает.0,1%. Усиление фильтрационных свойств и промывка снеготалыми водами поверхностного горизонта неорошаемой пахотной почвы приводит к достоверному снижению среднего содержания солей и его варьирования по сравнению с целинной почвой. В горизонтах В1 и В2 вариабельность содержания суммы солей в целинной и неорошаемой пахотной почве одинакова. В то же время при одинаковом среднем значении в горизонте ВС дисперсия содержания суммы солей в целине достоверно выше.

Изменение содержания солей в орошаемой почве происходит вследствии привноса солей с поливной водой, изменения ионных равновесий между твердой и жидкой фазами почвы, в связи с щелочной реакцией поливной воды и неблагоприятным соотношением натрия и двухвалентных катионов, а также внутрипрофильного перераспределения солей. Многолетнее орошение слабоминерализованными водами, содержащими 0,7-1,0 г/л приводит к достоверному увеличению содержания суммы солей во всем профиле почвы. Повышение содержания солей свыше 0,6% в 10% объема поверхностного горизонта является причиной правой асимметрии статистического распределения суммы солей. В каждом глубжележащем-горизонте орошаемой почвы варьирование содержания солей увеличивается тем больше, чем глубже расположен этот генетический горизонт (Табл.1).

Следоватэльно, механическая обработка каштановой почвы при--13-

водит к изменении среднего содержания солей и его варьирования в профиле почвы. Орошение слабоминерализованными водами вызывает еще более значительные изменения пространственного распределения солей во всех генетических горизонтах, причем в большей степени-в глубоких горизонтах.

Итак, повышение вариабельности изученных свойств .вниз по профилю почвы - общая закономерность для каштановых супесчаных почв и является , по-видимому, генетическим признаком зональных почв сухостепной зоны Западной Сибири. Механическая обработка и орошение почвы нарушают сложившееся в течении естественной эволюции динамическое равновесие в целинной почве. Повышая гомогенность, поверхностного горизонта, эти воздействия вызывают процессы внут-рипрофильного перераспределения веществ и приводят к резкому возрастанию варьирования свойств почвы в нижних горизонтах, причем в большей степени - в орошаемой почве. При этом статистическим распределениям почвеннях показателей, как правило, характерна правая асимметричность, свидетельствующая о том, что значительные изменения свойств произошли лишь в небольшой части этих горизонтов, очевидно, из-за малого количества атмосферных осадков и небольших поливных и оросительных норм.

Обнаруженное, в ЭВАП варьирование свойств почвы выявляет почвенную неоднородность, которая возникает в предельно однородных условиях почвообразования. При увеличении площади объекта исследования в силу большего разнообразия условий почвообразования возрастает и варьирование свойств почвы. Так при почвенной съемке на территории 40 тыс.га супесчаной каштановой почвы в масштабе 1:25000 выявлены более широкий диапазон варьирования и более высокая дисперсия для большинства свойств почвы, чем в ЭВАП (Табл.2).

ВЛИЯНИЕ ОРОШЕНИЯ СЛАБОМИНЕРАЛИЗОВАННЫМИ ВОДАМИ НА ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ СВОЙСТВ ПОЧВЫ В ПРЕДЕЛАХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ НАССИВОВ

В работе изучено влияние орошения слабоминерализованными водами гидрокарбонатно-натриевого состава на вариабельность и особенности статиситческого распределения содержания обменного натрия и суммы солей в поверхностном горизонте каштановой почвы в пределах орошаемых участков

-14-

Таблица 2

Диапазон варьирования и дисперсия свойств в горизонте А неорошаемой супесчаной каштановой почвы ( Р - коэффициент Фишера, V 1' V 2 - число степеней свободы )

Почвенный Диапазон варьирования Дисперсия

--------------г-----------------------' р V 1/У 2

показатель ЗВАП территория ЭВАП территория

Мощность 18,0-28,0 11,0-35,0 2,49 4,40 3,12 54/19

горизонта,см

Содержание

гумуса, У. 1,26-1,74 0,8-2,61 0,11 0,26 6,36*

Содержание

песка круп- ■ 13,0-13,4 2,0-44,6 1,69 7,12 17,86*"

ного и среднего,У. ■

Содержание

мелкого 53,6-65,7 37,4-73,2 2,83 5; 35 3.58*

песка,%

Содержание

физической 17,0-19,3 12,3-23,6 0,62 2,78 19,74*

глины,%

Содержание 10,8-13,0 4,7-13,2 0,60 1,79 8,89*

ила,'/.

рН 6,3-6,9 6,2-7,6 0,13 0,25 3,75* 53/19

ЕК0, мг.экв

на 100 г 10,74-11,77 7,10-13,0 0,30 1,54 25,98* 47/19

Содержание

обменного 8,6-9,8 6,9-11,0 0,39 1,61 16,88* 47/19

кальция,

мг,экв/100 г

Содержание

обменного 0,14-0,22 0,0-0,15 0,02 0,02 1 54/19

натрия, мг.экв/1С0г Сумма солей,

У. 0,013-0,020 0,002-0,102 0,002 0,01 25,0 48/19

х- -различие гнаиыпо с вероятностью -15-

Содержание обменного натрия в поверхностном слое неороиае-мой каштановой почвы на всей обследованной территории составляет меньше 1 % от емкости катионного обмена. В первые же годы оропени: средние значения содержания обменного натрия по участкам орошени. резко возросли (Табл.3).

Таблица 3

Статистические показатели содержания обменного натрия (%)

N Начало 1982 1989

уча- ороше-

стка ния п И б си А п М б си А

1 1968 79 4.1 2,87 70 1,82 80 4,9 3,25 66 1,83

2 1976 42 ' 7.1 4,05 57 0,14 21 13,2 5,09 24 -0,08

3 1378 47 6,8 2,93 43 0,45

4 1975 47 8.4 5,74 69 0,25 44 14,0 3,59 39 -0,38

5 1975 86 8,0 4,21 53 -0,64 92 12,1 4,05 34 0.36

6 1980 56 2,6 1,99 76 1,42 66 3.7 2,36 64 1,34

7 8 1978 1982 44 48 7.6 4.5 2,91 2,97 39 66 0,23 0,81

Неорожаемая

почва 55 0,5 0,35 70 1,67

Характерной чертой статистического распределения содержания обменного натрия при небольшом сроке орошения является значительный рост дисперсии и правая асимметричность. При этом основная часть площади участков с небольшим сроком орошения - более 50% -представлена несолонцеватыми и слабосолонцеватыми почвами, сред-несолонцеватых почв - 30-40% , сильносолонцеватые почвы составляют 3-6% площади. Это характерное пространственное распределение почв по степени солонцеватости и является причиной правой асимметрии статистического распределения и значительного роста дисперсии содержания обменного натрия в поверхностном горизонте каштановых почв на начальном этапе орошения слабоминерализованными водами. Устойчивые к воздействии этих вод почвы сохраняют такое статистическое распределение в течении длительного срока орошения Наибольшие изменения дисперсии содержания обменного натрия -16-

1риходятся на первые годы орошения. При увеличении длительности прошения и постоянном росте среднего значения, ширина доверительно интервала этого показателя практически не изменяется, а фор-(а статистического распределения становится ближе к симметричной, кновную доли площади на участках орошения при этом представляит :реднесолонцеватые и сильносолонцеватые почвы1.

Вместе с тем, каштановые супесчаные почвы на разных орошае-<ых участках не одинаково реагируит на воздействие натрийсодеряа-?ими водами, что выражается в различных темпах изменения среднего содержания обменного натрия и связано, по-видимому, с особен-гюстями гранулометрического состава: почвам, в меньшей степени юдверженныи осолонцеванию, присуще достоверно большее содержание ~рубых фракций - крупного и среднего песка и гравия, что определяет более высокую в них подвижность влаги.

На отдельных орошаемых участках дисперсия содержания обменного натрия, значительно возросшая в первые годы орошения, затем цостоверно уменьшается, что свидетельствует о повышении равномерности в пространстве накопления натрия в поверхностном горизонте почвы. Если в первые годы орошения на таких участках наблидался широкий спектр почв по степени солонцеватости: от несолонцеватых цо сильносолонцеватых, то в дальнейшем диапазон колебания содержания обменного натрия уменьшился за счет исчезновения несолонцева-гых и слабосолонцеватых почв. При этом большую часть площади занимают сильносолонцеватые почвы с содержанием обменного натрия 10-15% (52,42 площади) и 15-202 (33,32 площади: от емкости кати-онного обмена. Сужение абсолютного интервала варьирования и умень-иение дисперсии, свидетельствуют о приближении к пределу накопления- обменного натрия в почвенно-поглощающем комплексе на всей • площади орошаемого участка, который соответствует натриевому адсорбционному соотношению поливной воды.

В связи со значительным ростом среднего значения содержания обменного натрия в поверхностном горизонте орошаемых почв коэф-1ициент вариации этого содержания уменьшается. Однако, в первые годы орошения рост дисперсии может опережать рост среднего значения, при этом коэффициент вариации несколько возрастает. Практически неизменным остается отношение дисперсии к среднему значению в почвах устойчивых к осолонцеванию.

Содержание солей в поверхностном слое неорошаемой каштановой -17-

почвы на 98% обследованной территории меньше 0,1% и лишь на 2% площади сумма солей составляет 0,1-0,2%, что обуславливает (й=4,31 правую асимметричность статистического.распределения этого показателя. С первых же лет орошения слабоминерализованными водами среднее по участкам орошения содержание суммы солей в поверхностном горизонте возрастает. При этом в пространственном распределении до 50-60% площади орошаемых каштановых почв увеличивается доля почв с содержанием солей 0,1-0,2%, а 4% составляют почвы с содержанием солей 0,3% и выше. Расширение спектра различных по содержанию солей почв приводит к значительному повышению дисперсии содержания суммы солей в поверхностном горизонте орошаемой почвы при существенной правой асимметричности статистического распределения.

Общей закономерностью изменения распределения каштановых почв орошаемых участков по содержанию солей с увеличением длительности орошения является увеличение доли незасоленннх почв с содержанием суммы солей в поверхностном горизонте менее 0,1%. В большей степени это характерно для участков с выращиванием люцерны. Например, на участках 4 и 5 в 1989 году незаселенные почвы составили, соответственно, 100 и 84,5% против 35 и 36% в 1982 г. При этом сужение абсолютного интервала варьирования содержания суммы солей и уменьшение коэффициента асимметрии привело к достоверному снижению дисперсии этого показателя почти до уровня неорошаемых почв. Прекращение орошения также приводит к снижению содержания солей:' его среднее значение и дисперсия в каштановых почвах уменьшаются вследствии промывки поверхностного горизонта снеготалыми водами до уровня неорошаемых почв.

При неизменной технологии орошения однолетних кормовых культур среднее содержание суммы солей достоверно увеличивается в первые годы орошения, а в дальнейшем изменяется мало. Небольшое увеличение доли незасоленных почв сопровождается появлением средне- и сильнозасоленных почв С2-Е% всей площади) и обуславливает значительную правую асимметрию статистического распределения, а также приводит к дальнейшему росту дисперсии, что свидетельствует о повышении неоднородности орошаемых участков.

Значительные изменения среднего значения содержания суммы солей при изменении формы статистического распределения в почвах орошаемых участков приводят к неоднозначным изменениям коэффици-

-18-

ента вариации. Общей закономерностью является некоторое снижение Си в поверхностном горизонте в первые годы орошения слабоминерализованными водами. В то же время рост Си на отдельных участках орошения вызван опережающим ростом дисперсии и связан с появлением сильнозасоленых пятен.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Повышение вариабельности большинства изученных свойств вниз по профилю почвы является общей генетической закономерностью каштановых супесчаных почв. Механическая обработка и орошение приводят к возрастанию варьирования свойств в нижних горизонтах ( в пределах ЗВАП ), причем в большей степени - в орошаемой почве. Статистическим распределениям почвенных показателей при этом, как правило,'характерна правая асимметричность, что свидетельствует о значительных изменениях свойств лишь в небольшой части пространства.

2. Увеличение площади объекта исследования приводит к возрастанию дисперсии и коэффициента вариации большинства изученных свойств каштановой почвы. Пространственное варьирование свойств супесчаной каштановой почвы в пределах производственных массивов характеризуется более широким диапазоном варьирования и более высокой дисперсией большинства свойств, чем в ЗВАП. Наиболее вариабельными свойствами каштановых почв Прииртышской равнины являются содержание крупных фракций гранулометрического состава и суммы солей.

3. Орошение слабоминерализованными водами приводит к увеличению содержания обменного натрия и суммы солей в поверхностном горизонте, повышая пространственную неоднородность каштановых почв орошаемых участков. С увеличением срока орошения рост дисперсии содержания обменного натрия замедляется, а ее уменьшение свидетельствует о приближении к максимально возможному пределу накопления обменного натрия в почвенно-поглощающем комплексе на всей площади орошаемого участка.

4. Форма статистического распределения свойства может служить характеристикой стадий пространственного распространения процесса, формирующего данное свойство.

5. Коэффициент вариации не всегда отражает особенности изменения пространственного варьирования свойств почвы, поскольку уменьшение или увеличение коэффициента вариации во многих случаях неоднозначно, в силу значительного изменения средних значений почвен-

-19-

ных показателей.

6. Анализ квантилей статистических распределений свойств почвы более информативен при изучении изменения вариабельности свойств почв при антропогенном воздействии, чем анализ моментов статистического распределения.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Михеева И.В. Изменение химических и физико-химических свойств темно-каштановых почв при орошении слабоминерализованными водами меловых горизонтов//Сибирский вестник с.-х. науки.-N1.-1991.-

с.90-97.

2.Михеева И.В..Кузьмина Е.Д. Вариабельность свойств орошаемых каштановых почв Кулундинской степи//Тр. междунар. симпозиума "Генезис и управление плодородием засоленных почв" .Волгоград.-1991-с.98-101 - англ.

3. Михеева И.В..Кузьмина Е.Д.Изменение вариабельности свойств почвы под воздействием оровения//Тез. конференции стран Содружества "Физика почв и вопросы экологии".-Пушино.-1992.-с.76-78.

4. Кузьмина Е.Д.,Михеева И.В. Мониторинг и банк почвенных данных на массивах орошения в колхозе им.30-летия Каз.ССР Павлодарской области//Матер. конф."Ландшафтно-экологические основы природопользования и природоустройства".Целиноград, — 1991-е. 145-146.