Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Пространственная организация почвенного покрова правобережной части Енисея

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Бажкова, Елена Владимировна, Красноярск

-*•> ¡^ £ ¿г О .у .„.>'2 .«--е-.. «йашгс«^''

/ • V * ^

КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи БАЖКОВА ЕЛЕНА ВЛАДИМИРОВНА

ТЕМА: ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ПРАВОБЕРЕЖНОЙ ЧАСТИ ЕНИСЕЯ (НА ПРИМЕРЕ НИЗКОГОРИЙ ВОСТОЧНОГО САЯНА И ЕНИСЕЙСКОГО

КРЯЖА)

Специальность 03.00.16 - экология

Диссетрация на соискание ученой степени кандидата

биологических наук

/Научный руководитель -д.б.н., профессор В.Н. Горбачев

Красноярск -1999

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4 Глава 1. Современные представления о почвенном покрове и почвенно- 8 экологическом картографировании

1.1 Учение о структуре почвенного покрова 8

1.2 Почвенная картография 16

1.3 Ландшафтно-геохимические исследования 22

1.4 Эколого-картографические исследования природных 26 ресурсов.

1.5 Метод пластики рельефа в тематическом картографировании. 31 Глава 2. Объекты и методы исследования. 41

2.1 объекты исследования. 41 ^

2.2 Методы исследования. 46 Глава 3. Экологические условия районов исследования. 53

3.1 Геологическое строение территории заповедника «Столбы» и 53 территории бассейна реки Посольной.

3.2 Геоморфологическое строение и рельеф территории заповедника 60 «Столбы» и территории бассейна реки Посольной.

3.3 Почвообразующие породы. 65

3.4 Климат и почвообразование. 69

3.5 Растительность. 76

3.6 Экологические условия почвообразования. 80 Глава 4. Почвенный покров. 84

4.1 Почвенный покров экскурсионной зоны заповедника «Столбы». 84

4.2 Особенности почвенного покрова территории бассейна реки 96 ¿Посольной.

4.3 Заключение 106 Глава 5. Пространственная организация почвенного покрова. 108

5.1 Морфологический анализ территории. 109

5.2 Структура почвенного покрова. 121

5.3 СПП как показатель движения вещества в геосистеме. 137 Глава 6. Почвенно-эколого-геохимическое картирование. 144

6.1 Ландшафтно-геохимические факторы перераспределения 145 вещества в геосистеме.

6.2 Карта условий миграции. 152

6.3 Распределение тяжелых металлов в почвах ландшафтов 160 низкогорной части Восточного Саяна.

Выводы 168

Литература 170

Приложения 187

ВВЕДЕНИЕ

В условиях усложнения социальных проблем и значительного ухудшения состояния окружающей среды актуальной становится разработка научной основы рационального природопользования. Исследования, проводимые в различных областях науки, дают ответы на многие вопросы. Среди них важное место занимают ландшафтно-географические исследования природопользования, где изучение пространственной организации почвенного покрова имеет первостепенное значение.

В связи с этим, актуальность темы обусловлена все возрастающим воздействием человека на биосферу, в т.ч. и на почвы, поскольку при любых видах загрязнения окружающей среды почвенный покров является основным концентратом загрязняющих веществ в наземных экосистемах. Изучение свойств почвенного покрова, оценка устойчивости почв и почвенного покрова, в целом, являются важнейшими звеньями в процессе экологической оценки любой территории. Одним из важнейших факторов, позволяющих определить направления изменений в ландшафтах и почвенном покрове, является ранняя диагностика негативных явлений. Но процесс этот очень трудоемок и дорог. Трудно проводить регулярные обследования больших территорий. В этом случае важно выделить наиболее уязвимые ландшафты. Решением этой проблемы занимаются многие ученые, которые разрабатывают различные методики почвенно-экологического, почвенно-геохимического и прогнозного картографирования.

Однако, чаще всего, составляемые карты не позволяют определить направление развития того или иного процесса, определить в серии элементарных ландшафтов наиболее слабые звенья и взаимосвязь между различными ландшафтами, т.к. эти карты (при всех своих положительных сторонах) дискретны и статичны. Для изучения современного и будущего состояния ландшафтов большое значение имеет степень взаимосвязи

различных элементарных ландшафтов, изучение их как системы со своими законами жизнедеятельности и типами взаимодействий. Это говорит о необходимости перехода от статичных дискретных карт к системным, объемным картам, которые позволяют определить и оценить степень взаимосвязи различных ландшафтов. Имеющиеся почвенно-геохимические карты не дают подобной информации, а изучение условий миграции подразумевает возможность проследить и пути миграции различных химических элементов. Цель исследований:

- изучение свойств почвенного покрова, создание карт структуры почвенного покрова и карт условий миграции химических элементов, которые послужат научной основой для оценки устойчивости ландшафтов к различным видам антропогенного загрязнения.

Задачи исследований:

- провести анализ потоковой организации изучаемых территорий, выявить факторы, влияющие на перераспределение потоков вещества в геосистеме, используя метод пластики рельефа;

- выявить факторы формирования почвенного покрова на изучаемых территориях, определить степень взаимосвязи геоморфологических характеристик территории со строением и составом почвенного покрова и составить карты структуры почвенного покрова и геометрии структуры почвенного покрова;

- составить почвенно-геохимические карты условий миграции элементов, используя метод пластики рельефа;

- выявить закономерности распределения ряда элементов в почвенном покрове низкогорий Восточного Саяна.

Научная новизна работы.

- впервые составлены карты условий миграции химических элементов на территорию бассейна реки Посольной и ТЭР заповедника «Столбы». При этом используются сведения о структуре почвенного покрова и

потоковой организации геосистем. Подтверждена связь геоморфологических характеристик территории со структурой и составом почвенного покрова. Показана необходимость использования информации о потоковой организации геосистем, о структуре почвенного покрова, о геометрических характеристиках структуры почвенного покрова при создании почвенно-геохимических карт. Именно эта информация дает возможность проследить путь того или иного элемента в системе ландшафтов любой территории. Защищаемые положения:

1. Пространственная организация почвенного покрова определяется формой, крутизной склонов и потоковой организацией территории (направлением и скоростью потоков движения вещества).

2. Условия миграции вещества связаны не только с кислотно-щелочными и окислительно-восстановительными условиями, но и с наличием геохимических барьеров, с потоковой организацией геосистем, со структурой почвенного покрова и ее геометрическими характеристиками, с контрастностью почвенных комбинаций и положением по рельефу.

Практическая значимость работы. Материалы составленной серии карт (структуры почвенного покрова, геометрии структуры почвенного покрова, условий миграции, геоморфологической) позволят по комплексу признаков определить путь движения вещества в системе сопредельных ландшафтов. Карта условий миграции, составленная на основе потоковой организации территории, позволяет выявить ландшафты имеющие потенциальную возможность максимально сомоочищаться (характеризуются активным выносом определенных элементов), ландшафты - накапливающие наибольшее количество веществ, транзитные ландшафты. Эта карта позволяет выделять контура с однотипными условиями миграции, что в свою очередь послужит основой для составления различных прогнозных карт

(прогноз накопления того или иного вещества, группы веществ, максимальной нагрузки на ландшафт и др.).

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПОЧВЕННОМ ПОКРОВЕ

И ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОМ КАРТОГРАФИРОВАНИИ 1.1 УЧЕНИЕ О СТРУКТУРЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА

Особая необходимость всесторонней разработки экологических проблем в почвоведении приводит к отчетливому их проникновению в различные разделы науки о почве. В полной мере эта тенденция проявляется в географии почв и ее важнейшем разделе - картографии. На протяжении фактически всего периода своего существования география почв связывалась, главным образом, с изучением пространственного размещения почв и их связи с их генезисом. Сегодня, среди других задач наиважнейшей следует признать разработку функционально-экологического подхода в картографии почв и его реализацию с использованием новых технических средств: более полное извлечение почвенно-экологической информации из накопленного картографического материала и экологическая оценка почв (Добровольский, Никитин, 1996). Попытка подойти к решению этой проблемы и определила направление исследований.

Первые эмпирические знания человека о земле, вероятно, так же древни, как и начала агрономии. С тех пор как человек использует плодородие почвы и обрабатывает ее для получения урожаев, он стал накапливать опыт земледелия и сведения о свойствах почв. Но анализ и научное обобщение этого опыта долго отставали от практики, носили местный, зачастую односторонний характер. Накопление эмпирических данных о почве и ее свойствах было наиболее длительным подготовительным этапом в становлении почвоведения как науки.

Официальной датой рождения современного докучаевского почвоведения, вероятно, следует считать декабрь 1874 года. Именно тогда, на заседании Петербургского общества естествоиспытателей молодой геолог В.В. Докучаев сделал сообщение «О подзоле Смоленской губернии». В мировой научной литературе сооснователем современного почвоведения, по праву, счи-

тается американский ученый Е.В. Гильгард (1833-1916 г.г.) (Ковда, 1973). Именно с тех пор почвоведение стало развиваться как самостоятельная наука, состоящая из нескольких направлений. Одним из основных направлений почвоведения является география почв.

В сущности, именно вопросы географии и картографии почв побудили В.В. Докучаева обратиться к поиску ответов на такие основополагающие вопросы, как: что такое почва, каково ее происхождение, причины разнообразия почв и их свойств. Докучаев пришел к заключению, что понять и объяснить генезис и географию чернозема можно только в результате одновременного и сопряженного изучения его свойств и природных условий на территории его распространения. Так были заложены основы сравнительно-географического метода изучения почв.

Первоначально, в основе географии почв лежали законы широтной и вертикальной зональности. Однако, вскоре стало ясно, что далеко не все закономерности географии почв и строения почвенного покрова могут быть объяснены с позиций законов зональности почвенного покрова. Все более необходимым становилось нахождение закономерностей строения почвенного покрова на небольших территориях (Добровольский, 1989). Было выяснено, что закономерности географии почв можно рассматривать как конкретную реализацию в реальном географическом пространстве более общих закономерностей экологии почв, т.е. закономерностей распределения факторов почвообразования, ведь почва, как самостоятельное природное естественнои-сторическое тело, представляет собой противоречивое единство четырех принципиально разных составляющих:

1. Совокупность литогенных свойств унаследованных от исходных почвообразующих пород;

2. Совокупность педогенных свойств, возникших в результате преобразования почвенными процессами исходных почвообразующих пород, при участии геоморфологических факторов;

3. Совокупность процессов и режимов циклического характера, представляющих жизнь почв;

4. Совокупность антропогенных свойств.

Противоречивость заключается в том, что каждая из этих составляющих обладает большой степенью свободы по отношению к остальным, формируясь по своим собственным законам. Соответственно, и география каждой составляющей своя. Единство всех четырех составляющих в том, что все они принадлежат одному природному телу - почве (Соколов, 1993).

Изменяясь в пространстве, от точки к точке, эти составляющие формируют почвенный покров территории. Следовательно, почвенный покров каждой конкретной территории имеет специфические черты, что выражается в его строении и взаимодействии почв между собой. Наличие взаимосвязей между компонентами почвенного покрова отмечалось еще основоположниками генетического почвоведения Докучаевым и Сибирцевым. Более подробно они стали изучаться в конце прошлого и начале нынешнего века Г.Н. Высоцким, показавшим зависимость этих взаимосвязей от зональных условий, затем П.С. Косовичем, С.С. Неуструевым и другими учеными. Впоследствии, капитальные исследования этих проблем, выполненные Б.Б. Полыно-вым (1934-1953 г.г.) заложили основы геохимии ландшафтов (Фридланд, 1972).

Уже в первых обобщениях исследователей почв в этом направлении, изложенных Н.М. Сибирцевым, большое значение придавалось изучению комбинаций почв. При этом подчеркивалось, что для каждой зоны характерны свои почвенные комбинации (ПК) и определенное их многообразие в связи с местными условиями почвообразования. Но для каждой данной местности число их вовсе не безгранично, и они повторяются множество раз с замечательной правильностью и постоянством (Кауричев и др., 1992). Таким образом, Н.М. Сибирцевым была создана теоретическая основа учения о структуре почвенного покрова (СПП) (Фридланд, 1972). В последующих работах К.М.Глинки, Г.Н. Высоцкого (1906 гг.), H.A. Димо и Б.А. Келлера

(1907 г.), С.С. Неуструева (1915 г.), С.А. Захарова (1911 г.) и других исследователей были освещены закономерности строения почвенного покрова для отдельных регионов страны и обоснована необходимость выделения ПК в зависимости от условий микро- и мезорельефа. Развернувшиеся в 20 - 30-х годах почвенно-географические исследования накопили большой материал о ПК. Большую роль в становлении представлений о СПП как об обязательном методе исследования почв сыграли работы Г.А. Маландина, И.П. Герасимова, Б.Б. Полынова и др.

Г.А. Маландин (1934 г.) дал достаточно четкое разделение почвенной пестроты на 2 класса: комплексность и пятнистость. Он наметил принципы типизации и методы разграничения СПП. В 1948 году И.П. Герасимов опубликовал статью посвященную общим вопросам картографии почв и полевым методам их исследований. Самыми главными принципами современного полевого исследования почв И.П. Герасимов считает следующие: профильное изучение почв как основа полевой диагностики; типизация почвенных комплексов и сочетаний при помощи сравнительно-географического метода; полевая почвенная съемка, опирающаяся на профильную диагностику и типизацию почвенных комплексов и сочетаний. Типизацию структур и исследование структур почвенного покрова И.П. Герасимов считает одним из основных методов исследования почвенного покрова.

В 1953 и 1956 годах опубликованы работы Б.Б. Полынова «Учение о ландшафтах» в которых он раскрыл основные вопросы СПП. Он дал определение наиболее важных понятий, раскрывающих основное содержание СПП. Б.Б. Полынов подчеркивал неизбежность проявления пестроты почвенного покрова. Он утверждал невозможность встречи полной однородности формирования элементарных ландшафтов на более или менее большом протяжении. Полынов предложил и общую схему типизации СПП, определяя ее через соответствующие типы ландшафтных форм (Григорьев, 1978).

Однако, учение о неоднородности почвенного покрова оформилось в самостоятельный раздел географии лишь в 1965 году, когда в свет вышла

статья В.М. Фридланда «О структуре (строении) почвенного покрова» (Козловский, Горячкин, 1993). В.М. Фридланд заменил не совсем удачный и не совсем определенный термин «неоднородность» понятием «структура почвенного покрова», вложив в него строгое географическое определение. Результаты многочисленных исследований СПП были обобщены в монографии В.М. Фридланда «Структура почвенного покрова» (1972г.), содержащей всестороннюю характеристику СПП, развернутую схему классификации (типизации) структур, а так же много новых понятий и терминов. Этой работой был подведен итог многочисленных исследований и намечены основные направления дальнейшего изучения СПП (Григорьев, 1975).

За последние 30 лет учение приобрело широкую известность в стране и в мире. За этот период опубликовано около полутора тысяч значительных работ о СПП на различных языках. Больше работ на русском языке. Однако, по своему характеру российские работы более тяготеют к описанию, регистрации региональных особенностей СПП, их антропогенных изменений, в то время как теоретических работ значительно меньше (Козловский, Горячкин, 1993). Хотя, конечно, истекший период можно охарактеризовать как начальный этап развития учения о СПП, основной задачей которого было обобщение огромного фактического материала (Козловский, 1992).

С точки зрения системной организации почвы специфика учения о СПП заключается в том, что именно здесь исследователь переходит от изучения некото