Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Пространственное варьирование величины РН в серых лесных почвах Владимирского ополья

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Пространственное варьирование величины РН в серых лесных почвах Владимирского ополья"



МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. Ломоносова

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

Егорова Ольга Николаевна

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ ВЕЛИЧИНЫ РН В СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ ВЛАДИМИРСКОГО ОПОЛЬЯ

Специальность 03.00.27 - ПОЧВОВЕДЕНИЕ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва-2004

Работа выполнена на кафедре общего земледелия факультета почвоведения Московского Государственного университета имени М.В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Ю.Н. Благовещенский Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук А.С. Фрид

кандидат биологических наук Д.Н. Липатов Ведущая организация: Институт физико-химических и биологических проблем

почвоведения РАЙ, г. Пущино

Защита состоится «"У^ » ^¿¿¿¿сА- 2004 года в "^ис ^ ^мин в аудитории М-2 факультета почвоведения МГУ на заседании Диссертационного Совета К.501.001.04.

Адрес: 119992 Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения

МГУ.

Автореферат разослан 2004 года.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Диссертационного Совета по почвоведению в МГУ, а отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 119992 Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый Совет.

Ученый секретарь Диссертационного Совета Кандидат биологических наук

Л.Г. Богатырев

Актуальность. Современный этап развития почвоведения характеризуется повышенным вниманием к проблемам, связанным с пространственной неоднородностью отдельных почвенных свойств. Для почв сельскохозяйственного использования наибольший интерес представляют свойства, влияющие на величину и качество продукции. Величина рН почвы относится именно к таким показателям. В агрохимической практике и во многих почвенных исследованиях показатель кислотности определяют, используя смешанные образцы. Однако в условиях неоднородного почвенного покрова этого оказывается недостаточно, так как упускается информация о многообразии значений свойства.

Для серых лесных почв Владимирского ополья величина рН оказалась еще и показателем, тесно связанным с генетической принадлежностью почв. Она явилась индикатором процессов оподзоливания почв на карбонатных почвообразующих породах, которые привели к дифференцированности кислотности как по профилю, так и в латеральном направлении.

Целью диссертационной работы было изучение закономерностей пространственной изменчивости величины рН в серых лесных почвах в масштабах педон-полипедон. В задачи исследования входило:

1. Определение диапазона варьирования величины рН в указанных масштабах.

2. Оценка характера пространственной изменчивости показателя кислотности при площадном и линейном опробовании.

3. Выявление закономерностей профильного изменения величины рН.

4. Оценка соответствия классификационных выделов и профилей рН.

5. Оценка изменчивости величины рН с изменением опробуемой площади и размеров проб, и анализ причин такой изменчивости.

Научная новизна. Впервые проведено подробное исследование изменчивости величин рН в пределах педон-полипедон на серых лесных почвах Владимирского ополья. Впервые использован метод классификации профилей почвенных свойств на основании теории «размытых» множеств. Показано, что классификация почвенных профилей, по крайней мере, на исследованной территории, может осуществляться путем выделения устойчивых структур и множества переходных вариантов. При этом устойчивые структуры совпадают с имеющимися классификационными единицами, а переходные варианты столь разнообразны, что не могут быть щем клас-

Практическая значимость. Результаты могут быть использованы при разработке классификации почв аналогичных территорий, при организации мониторинговых и режимных наблюдений.

Апробация работы. Результаты исследования были представлены на Всероссийских молодежных конференциях «Докучаевские чтения» (Санкт-Петербург, 1999, 2000); на III съезде общества почвоведов (Суздаль, 2000), на научном семинаре МГУ «Масштабные эффекты при исследовании почв» (Москва, 2001), на Ломоносовских чтениях на факультете почвоведения (2002), на заседании кафедры Общего земледелия факультета почвоведения МГУ (Москва, 2003).

Публикации. По материалам работы было опубликовано 2 статьи и 4 тезисов докладов (1 в печати).

Объем работы. Диссертация состоит из ... глав и включает в себя введение, обзор литературы, экспериментальную часть, результаты наблюдений, выводы, приложения и список литературы из ... наименований, из них ... на иностранных языках. Работа изложена на... страницах и содержит ... рисунков,... таблиц,... приложений и 1 карту.

Работа была начата под руководством профессора [Е.А. Дмитриева и явилась продолжением серии работ по исследовании пространственной неоднородности свойств почв. Автор выражает глубокую признательность доценту д.б.н. В.П. Самсоновой, профессору кафедры физики и мелиорации почв МГУ ЕЗ . Шеину за возможность участия в полевых экспедициях, м.н.с. кафедры радиоэкологии МГУ Д.Н. Липатову и М.М. Ис-маилову за помощь в полевых исследованиях, профессору кафедры общего земледелия П.Н. Балабко за интерес, проявленный к данной работе, сотрудникам кафедры общего земледелия.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Варьирование величины рН в почвах

По данным разных авторов, пространственная изменчивость величин рН характеризуется коэффициентами вариации 1-20% (Wilding, Bouma, Goss, 1994). Так, для верхних горизонтов подзолистой почвы в пределах почвенных разрезов коэффициенты вариации обычно не превышают 10% (Соколова, Дронова, 1992), в пределах одной площадки 20x20 м2 изменяются от 2,9 до 8,0%, а в пределах двух площадок возрастают от 3,9 до 9,3% (Коробова, 1996; Соколова, Дронова, Артюхов и др., 1997). Установлено, что для площади, около 4 га на пахотной дерново-подзолистой почве коэффициент вариации величины равен примерно 6% (Самсонова, Мешалкина, Дмитриев, 1999).

Для административной области диапазон изменения величин коэффициента вариации рН составляет 8-58% (Сорочкин, 1968).

Вариация величины рН в почвах может быть обусловлена разными факторами. К группе естественных факторов в первую очередь относится исходная неоднородность почвенного покрова, могут оказывать влияние на варьирование кислотности: микрорельеф (Зыонг Минь Виэн, 2000) и связанные с ним условия дренажа (Соколова, Дроно-ва, 1992), содержание гумуса (Егоров, 1963; Бугаев, Осипова, 1968; Шевцова, Сизова, 1974; Карпачевский, 1996 и др.), растительность (Холопова, 1982; Соколова, Дронова, 1992), деятельность микроорганизмов (Звягинцев, 1987), а также разные другие природные процессы (ветровалы, пожары и др.). Группа антропогенных факторов связана с практикой земледелия, внесением удобрений и мелиорантов, а также с промышленной деятельностью человека (вырубки лесов, кислотные осадки, техногенные загрязнения и др.). В реальности мы имеем совокупность различных факторов, приводящих к вариации почвенной кислотности, причем в каждом конкретном случае набор факторов варьирования величины рН почвы различен.

Глава 2. Объекты и методы исследования

Исследования проводились в 1998-2002 гг. на опытных полях Владимирского НИИСХ (г. Суздаль). Почвенный покров полей представлен комплексом серых лесных и темно-серых лесных почв на лессовидных суглинках, местами были выделены дерно-во-1рунтово-глееватые почвы.

1. Опытное поле (II закладка)

Рис. 1 Схема размещения удобрений и агротехнических приемов обработки почвы на опытном участке ВНИИСХ. (по данным А А. Корчагина, ТА. Волощук, 2000)

обработка почв 1- противоэрозионная, 2 - комбинированно-ярусная, 3 - энергосберегающая минимальная, 4 - общепринятая, уровни интенсификации: А - нулевой, Б - поддерживающий, В - интенсивный, Г - сверхинтенсивный, Д - интенсивный, Е - сверхинтенсивный, севообороты (стрелками показаны

их границы)

Поле размером 280x84 м1 было разбито на участки с пятью севооборотами в 4-кратной повторности, на которые были наложены четыре варианта с разными агротехническими приемами обработки почвы и четыре уровня интенсификации.

На опытном поле почвенные образцы объемом 100 см3 отбирались по специальной схеме (рис. 1) в мае 2001г. с двух глубин: 0-5 см, 5-10 см. Было отобрано по 64 образца с каждой глубины опробования.

2. Почвенные траншеи В июле 1998 г. была заложена траншея (СТ=98) длиной 41 м и глубиной около 2,5 м параллельно рядкам производственных посевов зерновых (в 1998 г. - овес). В июле 1999 г. заложили другую траншею (СТ=99) длиной 46 м и глубиной до 1,5 м. Траншея состояла из трех участков: целинного, залежного и освоенного. Была описана морфология траншей, почвенные горизонты зарисованы с помощью полевого почвенного пантографа (рис. 2,3).

о -20 -411

-ЛИ

-sa -loa -120 -1 -ЯП -1 АО -1 ВО

я 1'о 1 д 2а а» за -*о

Л2 карб Л)|ВГП Л2 |вщ Л2 Л2 карб

Рис. 2. Морфологическое строение траншеи 1998 г. (СТ=98): Н век. - глубина вскипания; горизонты: Ар - пахотный, АЬ - гумусовый, АЕ - гумусово-элювиальный, АЬ+АЕ - второй гумусовый, ЕВ - переходный, В1 — иллювиальный, Вк — карбонатный; почвы: Л2 карб - серая лесная остаточно-карбонатная,

Дг Л/ Л/карб Л2гкарб Л2Г Л/ Л2карб Л2 Л2карб Л2

Рис. 3. Морфологическое строение траншеи 1999 г. (СТ=99): Н(ВСК) - глубина вскипания, Н(С-\У) -глубина грунтовых вод; горизонты: Ар — пахотный, А1 - перегнойно-ак кумулятивный, АЕ - гумусово-элювиальный (второй гумусовый), ЕВ - переходный. Вы, - иллювиальный с гумусовыми, железисто-глинистыми кутанами и признаками оглеения, В» — иллювиальный с гумусовыми, железисто-глинистыми куганами, В1 - иллювиальный, Вк - карбонатный; почвы: Дг - дерново-грунтово-глееватая, Л2Г - темно-серая лесная глееватая, Л/карб - темно-серая лесная глесватая остаточно-карбонатная, Л2гкарб - серая лесная глееватая остаточно-карбонатная, Л2 карб - серая лесная остаточно-карбонатная, Л/—ссрая лесная глееватая, Л2 - серая лесная почва

Вдоль траншей в июле 1998-1999 гг. были отобраны образцы объемом 100 см3 с пяти глубин с шагом 25 см: в СТ=98 по линиям опробования из середины пахотного слоя, на 2, 15 см ниже пахотного слоя, с глубин 65 и 150 см, а в СТ=99 - с глубин 5-10, 30-35,45-50, 65-70, 120-125 см. В 2002 г. из траншеи (СТ=2002), заложенной на одном из опытных полей ВНИИСХ, на метровом участке отобраны образцы объемом 10 см3 с глубин: 30-35 и 45-50 см (по 50 проб с каждой глубины), а также агрегаты (размером 12 см) с этих глубин. Всего в ходе исследования было проанализировано около 2 тысяч почвенных образцов.

Измерения рН проводились в индивидуальных почвенных образцах по общепринятой методике для водной вытяжки 1:2,5 (с настаиванием в течение суток) на приборе ORION-290. Точность определения составляла 0,01 ед. рН.

Особенности изменчивости величины рН в исследуемых почвах анализировались различными стагистическими методами с помощью программы EXCEL, пакета программ STATISTICA, CLASSMASTER, SURFER.

Глава 3. Результаты наблюдений за пространственной изменчивостью величины рН исследуемых почв

3.1. Пространственная изменчивость величины рН, оцененная при площадном опробовании

В целом серые лесные почвы характеризуются нейтральной или слабощелочной реакцией рН. Реакция среды в пахотном слое почв близка к нейтральной. Диапазон колебаний составляет 0,7-0,9 ед. рН. Коэффициент вариации величины рН в пахотном горизонте почв, оцененный при площадном опробовании колеблется от 3 до 4 %. В пахотном горизонте величины рН распределены нормально.

Для оценки влияния разных вариантов обработки почв на изменчивость величины рН был использован дисперсионный анализ. Оказалось, что этот фактор не оказывает значительного влияния на изменчивость кислотности (рис. 4 а). Сравнение средних величин рН по разным уровням интенсификации показало, что применение различных минеральных удобрений и навоза также не оказывает влияния на кислотность пахотного горизонта почв (рис. 4 б). Скорее всего это связано с выравнивающим воздействием предыдущих обработок. Таким образом, показано, что окультуривание почв приводит к "выравниванию" значений рН в пахотных горизонтах.

Рис. 4. Средние и доверительные интервалы величины рН (Р=0,95) при разных агротехнических приемах обработки почв (а) и уровнях интенсификации (б) где рН1 - на глубине 0-5 см, рН2 - на глубине 5-10

3.2. Пространственная изменчивость рН, оцененная при линейном способе опробования

Анализ распределений на разных глубинах показывает, что в верхних горизонтах величина рН имеет нормальное распределение. Некоторые отклонения от нормального распределения (в траншее СТ=98) наблюдаются в подпахотном горизонте. Отличия от нормального распределения прослеживаются в нижележащих горизонтах траншей. Скорее всего, это связано с различной выраженностью оподзоленности почв на карбонатных почвообразующих породах.

Дифференциация почвенной толщи по показателю рН проявляется лишь в подпахотном горизонте (табл. 1, 2). С глубиной в среднем величина рН сначала уменьшается, а затем увеличивается. Отличия средних от медиан величин рН наблюдаются в нижележащих горизонтах, где увеличиваются и размах колебаний, и дисперсия. Максимальный размах колебаний величины рН в СТ=98 на глубине 1,5 м составляет 1,8 ед., в СТ=99 на глубине 65 см этот размах превышает 2,5 ед. Коэффициент вариации рН вдоль траншей колеблется от 2,0 до 9,0 %, увеличиваясь с глубиной. Варьирование в верхних горизонтах больше в целинных почвах по сравнению с пахотными (освоенными).

Таблица 1. Статистики величин рН для траншеи СТ=98

Статистики Траншея СТ=98вцелом (п= 164) Серая лесная остаточио-карбонатная почва (п = 62) Серая лесная и темно почвы (п= 102 -серая лесная

рН1 рН2 рНЗ рН4 рН5 рШ рН2 рНЗ рН4 рН5 рН1 р!12 рШ рН4 рН5

Среднее 6,93 6,83 6,74 6,74 7,06 6,94 6,93 6,83 6,90 7,76 6,93 6,77 6,68 6,64 6,63

Медиана 6,93 6,80 6,71 6,74 6,78 6,97 7,01 6,83 6,88 7,90 6,89 6,74 6,66 6,61 6,54

Минимум 6,58 6,31 6,42 6,10 6,27 6,58 6,50 6,62 6,69 6,72 6,64 6,31 6,42 6,10 6,27

Максимум 7,32 7,34 7,85 7,84 8,09 7,29 7,34 7,63 7,84 8,09 7,32 7,24 7,85 7,79 7,99

Нижний квартиль 6,80 6,70 6,64 6,57 6,50 6,76 6,76 6,72 6,80 7,80 6,81 6,63 6,60 6,50 6,44

Верхний квартиль 7,07 7,02 6,82 6,89 7,83 7,07 7,09 6,89 6,96 7,94 7,07 6,90 6,76 6,75 6,75

Дисперсия 0,027 0,043 0,029 0,060 0,402 0,034 0,043 0,021 0,027 0,116 0,024 0,035 0,026 0,057 0,080

Коэффициент вариации, % 2,4 3,1 2,5 3,6 9,0 2,7 3,0 2,1 2,4 4,4 2,2 2,8 2,4 3,6 4,3

Отличие от нормального распределения (тесты Хи квдлрет и Колмогорова-Смирнова) - + + - + - - - - + - - - - +

Примечание. рШ- в пахотном слое, рН2 - на 2 см ниже пахотного слоя, рНЗ - на 15 см ниже пахотного слоя, рН4 - на глубине 65 см, рН5 - на глубине 14 м

Таблица 2. Статистики рН для траншеи СТ=99

Статистики Траншея СТ=99вцелом (п= 185) Целинный и залежный участки СТ=99 (п = 96) Освоенный участок СТ=99 (п = 89)

рШ рН2 рНЗ рН4 рН5 РН| рН2 рНЗ рН4 рН5 рШ рН2 рНЗ рН4 рН5

Среднее 6,54 6,38 6,52 6,63 7,65 6,41 6,32 6,52 6,76 7,85 6,68 6,45 6,53 6.50 7,44

Медиана 6,57 6,38 6,54 6,71 7,84 6,41 6,32 6,51 6,79 7,87 6,73 6,42 6,57 6,51 7,59

Минимум 5,66 5,42 6,02 5,22 6,04 5,66 5,42 6,20 5,86 7,22 6,18 6,08 6,02 5,22 6,04

Максимум 7,17 6,93 6,85 7,90 8Д5 7,17 6,93 6,85 7,40 8,22 7,10 6,85 6,79 7,90 8,25

Нижний квартиль 6,31 6,26 6,44 6,36 7,44 6,21 6,19 6,43 6,59 7,43 6,53 6,33 6,48 6,05 6,83

Верхний квартиль 6,75 6,55 6,61 6,93 8,10 6,61 6,51 6,59 6,95 8,10 6,85 6,56 6,63 6,93 8,08

Дисперсия 0,083 0,066 0,020 0,189 0,304 0,085 0,090 0,018 0,078 0,071 0,045 0,033 0,023 0,286 0,471

Коэффициент вариации, % 4,4 4,0 2,2 6,6 7Д 4,5 4,7 2,0 4,1 3,4 3,2 2,8 2,3 8,1 9Д

Отлитое от нормального распределения (тссты Хи кпалри и Кшчогорова-Смщшова) - - - + + - - + + + - - + + +

Примечание, р! 11 - на Ь « 5-1 Осм, рШ - на Ь - 30-35см, рИЗ - на Ь = 45-50см, р114-наЬ = 65-70см, р! 15 - на Ь - 1,2-1,25м; Ь - глубина опробования

В целом по траншее СТ=98 на глубине 1,5 м коэффициент вариации.в 2 раза больше, чем по отдельным почвам траншеи. Примерно такое же значение коэффициента вариации характерно для пахотных (освоенных) почв СТ=99. Варьирование показателя кислотности в иллювиальных горизонтах залежного и целинного участков траншеи СТ=99 в 2-3 раза меньше варьирования участка сельскохозяйственного использования.

Вдольповерхностное изменение величин рН в траншеях (СТ=98, СТ=99) отражает морфологическое строение почв. Почвы неоподзоленные или мелко оподзоленные характеризуются большими значениями величины рН (особенно в нижней части профиля) в отличие от почв с мощной осветленной толщей (гор. ЕВ). Величина рН явилась своеобразным "маркером" процессов оподзоливания серых лесных почв на карбонатных почвообразующих породах.

Коэффициент вариации величины рН в пределах однородных классификационных групп вдоль траншей колеблется от 1,4 до 6,4% в зависимости от глубины и почвы. Наименьшее варьирование наблюдается в дерновой грунтово-глееватой почве (1,4— 2,3%), наибольшее - в серой лесной почве (причем, с максимальным коэффициентом вариации — 6,4% на глубине 1,2 м). При объединении объектов коэффициенты вариации увеличиваются, но не очень сильно. Заметное отличие в изменении значений рН отмечается лишь в иллювиальных горизонтах. Однако при объединении почв с признаками оглеенности в одну группу коэффициент вариации рН возрастает от 2—4 до 9-10%. 3.3. Закономерности профильного изменения величины рН исследуемых почв Изменение величины рН по профилю зависит от наличия карбонатов в почвенной толще, а также близости залегания жестких грунтовых вод. Серые лесные остаточ-но-карбонатные почвы имеют минимум значений рН в подпахотных горизонтах, который затем резко сменяется максимальными значениями рН в нижележащих горизонтах (рис. 5) Серые лесные почвы характеризует убывающий с глубиной профиль рН. Ог-леение «модифицирует» профиль: вне зависимости от присутствия карбонатов в профиле почвы характеризуются возрастающими с глубиной значениями рН (серые лесные глееватые, дерново-грунтово-глееватые почвы). Правда, наблюдается некоторое падение значений рH в подпахотных горизонтах, связанное с наличием горизонта ЕВ или второго гумусового горизонта. Резкое увеличение величины рН в нижележащих горизонтах обусловлено присутствием карбонатов в профиле и/или жестких грунтовых вод.

Рис. 5. Изменение величины рН по профилю почв Глава 4. Проблема выделения границ в почвенном покрове и проблема классификаций

Известно, что одному морфологическому профилю может соответствовать множество профилей разных свойств: гумусовый, рН, гидрологический (влажности), плотности и т.д. Эти профили часто не коррелируют с морфологическим профилем (Карпа-чевский, 2001). Одной из задач нашего исследования была оценка соответствия выделенных классификационных выделов и профилей рН различными математико-статистическими методами. Для этих целей почвенные траншеи (СТ=98, СТ=99) разбивались на почвенные разности согласно принципам почвенной классификации на

уровне рода (Классификация почв СССР. 1977). Основываясь на лих принципах на траншее СТ=98 выделено 4 рода, а на траншее СТ-99 - 7 родов почв.

4 /. Анализ градиентных границ в почвенном пространстве (на примерерН)

Градиентные границы - это поверхности (линии, точки), при переходе через которые градиент свойства, ранее не отличавшийся от нулевого значения, делается отличным от нуля (нуль-градиентные границы) или в которых градиент свойства приобретает наибольшее по модулю значение (максимально-градиентные границы) (Дмитриев. 2001).

Одной из задач данного исследования было выделение градиентных границ в латеральном изменении рН на разных глубинах и оценка их согласования с классификационными границами почв. Для того, чтобы различить закономерную и случайную изменчивость величины рН был использован метод сглаживания скользящими средними и медианами с окном 5. т.е. на каждой из линий опробования траншей данные усреднялись в пределах метрового участка. По сглаженным величинам рН были рассчитаны их градиенты. Оказалось, что в верхних горизонтах градиенты по модулю колеблются в пределах 0.1-0.2 ед.. отдельные до 0,3-0.4. Максимальных значений по модулю (от 0.8 до 1.1) они достигают на глубине 1.25-1,5 м (рис. 6. 7 ).

i

^iKipfi | Jbtoin I Jhipm | -'l'nníi

Рис. 6 Peí истрограммы гралиенюв сглаженных медиан рН (окно 5) по траншее СТ—98 на разных гл> бина\ (на всех глубинах, кроме 1.5 м прибавлены константы)

30 35 см —а—40 45 см —а—65 70 СМ -м—1 20 1 25 м

3.5

Рис 7 Регисгрсчраммы градиентов сглаженных медиан pli (окно 5) но граншес СГ=99 на разных пу-" ju всех глубинах кроме 1 2-1 25 м прибаалены константы)

Показано, что не на каждой глубине опробования возможно проведение градиентных границ по рН Согласование градиентных границ с границами классификационных выделов наблюдается в нижележащих юризонтах на глубинах более 1 м. где эти границы в большинстве случаев совпадают Лучше всего по градиентам патерального изменения рН различаются серые лесные и серые лесные остаточно-карбонатные почвы

4 2 Дискргминантный анализ

Задачей нашего исследования было установление переменных из числа количественных морфологических характеристик и величин рН (по разным глубинам), которые различают таксономические единицы почв, и оценка по матрице классификации числа профилей, корректно классифицированных, и тех. которые попали не в свои совокупности (группы) В качестве количественных характеристик были использованы мощности горизонтов второго гумусового горизонта оподзоленной толщи, а также глубина вскипания, глубина залегания грунтовых вод. величины рН по пяти глубинам Всего было исследовано до 11 переменных, каждая с массивом данных из 160-180 значении. Было показано разделение групп по максимальному количеств) переменных, i e при совместном использовании количественных морфологических характеристик и профилей рН для двух траншей (рис 8 а. 9 а)

0 2 4

Дискриминантная функция 1

а)

A G 44

• G _1 1 a G_2 2

-6 -5 -4 -3 2 -1 0 1 2 3 4 * Дискриминантная функция 1 б)

Рис 8 Разделение классификационных вылетов на траншее СТ=98 а) по совокупности морфологических характеристик и профилей рН. б) по профатям рН Gl 1- серая лесная остаточно-карбонатная. G2 2 - серая гесная со BIT. G3 3 - темно-серая лесная со ВГТ, G4 4- серая лесная почва

-1

-2

-3

-4

-5

-6 -14

• • **

* «* » •V

. " о Vе • <

=7

-12 -10 -8-6-4-2 0 Дискриминантная функция 1

а)

' 1

■ С_2 2 > С_3 3 к С_4 4 » С_5 5

-1 0123456^ Дискриминантная функция 1 б)

Рис 9. Разделение классификационных вылелов на траншее О =99. а) по морфологическим характеристикам и профилям рН. б) по профилям р! I. ОI: I - дерново-грунтово-глеевагая. С2:2 - темно-серая лесная глееиа!ая. 03:3 — темно-серая лесная остаточно-карбонатная глееватая. 04:4 - серая лесная оста-точно-карбонатная глееватая. 05:5 - серая лесная глееватая, 06 6 - серая лссная остаточно-карВонатная. 07:7 - серая лесная почва

Наилучшее разделение почв наблюдалось по траншее СТ=99 (рис. 9 а). Из рис. 8 а видно выделение двух больших совокупностей серых лесных почв некарбонатных и ос-таточно-карбонатных. Из анализа рисунков 8 б и 9 б заметно большее перекрывание совокупностей (групп) по сравнению с рисунками 8 а и 9 а.

Для установления переменных, оказывающих наибольшее влияние на дискрими-нантные функции используют коэффициенты факторной структуры, которые помогают установить вклад соответствующей переменной в дискриминацию совокупностей. Таблица 3. Матрица факторной структуры для траншей СТ=98 и СТ=99

Переменные СТ=98 СТ=99

Дискриминактная функция 1 Дискриминантная функция 2 Дискриминантная функция 1 Дискриминантная функция 2

рН1 -0,079 0,535 0,257 0,001

рН2 0,120 0,471 0^201 -0,103

рНЗ 0,165 0,246 0,028 -0,141

рН4 0,193 0,042 -0,150 -0,276

рН5 0,522 -0,141 -0,084 -0,426

мощность горизонта А| - - -0,856 -0,054

мощность горизонта А„„ 0,117 0,032 0,520 0,007

мощность ВГГ -0,354 -0,577 -0,255 0,282

мощность оподзоленной толщи -0,404 -0,046 0,079 0,246

глубина вскипания -0,585 0,145 -0,001 -0,771

глубина залегания грунтовых вод - - -0,201 -0,071

По траншее СТ=98 наиболее значимыми для дискриминации групп почв оказались глубина вскипания, величина рН на глубине 1,5 м, мощность второго гумусового горизонта, величина рН в пахотном слое и на глубине 2 см ниже пахотного слоя, а также мощность оподзоленной толщи. Для траншеи СТ=99 наиболее значимыми для дискриминации групп являются такие переменные, как мощность горизонта A1, глубина вскипания, мощность горизонта А^ и величина рН на глубине 1,20-1,25 м (табл. 3).

В ходе анализа мы выясняли, какие из профилей рН корректно классифицируют таксономические единицы почв, назовем их «ядрами» совокупностей, и какие из них попадают не в свои совокупности (группы) и образуют так называемые переходные зоны.

Классификация расчетная Классификация исходная

Группы почв •"г Прв Л2IBIT1 Ллвт л2

Л2 ">>• 57 0 3 2

Лг iBiTi 0 35 3 0

Ллвгп 0 16 0 4

л2 3 2 1 38

Общее ксш-во 60 53 7 44

Доля некорректно классифицируемых,% 5. 34 100 14

:Т=98

Классификация расчетная Классификация исходная

Группы почв дг Л3Г Лз'югав Л/мпб л,г Л2 »об л2

дг 14 0 1 0 0 0 0

Лзг 0 9 2 0 0 1 0

Лз „„« 0 0 13 0 0 5 0

Л2Г«,ов 0 0 1 6 1 8 0

л/ 1 0 1 2 14 9 1

Л, „об 1 0 4 2 1 50 3

л2 0 0 0 0 2 2 31

Общее кол-во 16 9 22 10 18 75 35

Доля некорректно классифи цируем ых.% 14 0 41 40 22 33 11

При рассмотрении матриц классификации (см. табл. 4, 5) было выявлено, что число профилей, попавших не в свои группы по траншее СТ=98 оказалось около 20 %, а по СТ=99 - порядка 26% от общего числа.

На 100% корректно классифицируется только темно-серая лесная остаточно-карбонатная глееватая почва. На 100% некорректно классифицируется почва темно-серая лесная со ВГГ. Остальные группы почв корректно классифицируются на 60-95%. Как правило, профили, попавшие не в свои группы, находятся вблизи границ между классификационными выделами и образует «переходные» зоны. Доля некорректно классифицируемых профилей в группах почв может достигать 41%, что свидетельствует о значительных размерах переходных зон между классификационными выделами.

4.3. Анализ «размытых» кластеров

Анализ «размытых» кластеров основан на теории «размытых» или нечетких множеств (fuzzy sets). Эта теория была предложена Zadeh (1965). Анализ нечетких множеств используется для классификации сложных объектов уже 20-25 лет. Важную роль в теории нечетких множеств играет функция принадлежности. Для каждого элемента х можно задать число выражающее степень принадлежности этого элемента

к множеству. Если ц (х) = 0, то элемент определено не принадлежит, если ц (х) = 1, то

определенно принадлежит. Если же значения находятся между 0 и 1, то множество размытое или нечеткое (fuzzy).

Исследования последних лет в области почвоведения показывают, что теория нечетких множеств и нечеткая логика могут служить инструментом в решении таких задач, как почвенные классификации и построение карт, оценка земель, моделирование физических процессов в почвах, а также применяться в геостатистических исследованиях и др. (McBratney, Odeh, 1997).

В ходе исследования первоначально была проведена процедура «размытой» кластеризации для профилей рН по исходным данным (рис. 10). По каждой из траншей был получен набор различных кластеров, между которыми местами заметны «провалы» или зоны переходов, где кластеры характеризуются вероятностью принадлежности значи-

Рис. 10. Регистрограммы «размытых» кластеров рН вдоль траншеи СТ=99 (разными значками показаны разные кластеры)

Затем кластеризация проводилась по сглаженным профилям рН, где данные усреднялись в пределах 0,5 м (окно 3). Оказалось, что усреднение данных рН для профилей в пределах полуметра приводит к существенному улучшению кластеризации (рис. 11а, б).

а) б)

Рис. 11. Регистрограммы «размытых» кластеров профилей рН по траншее СТ=98: а) по исходным данным до усреднения; б) после сглаживания данных (окно 3)

Анализировалось влияние мощности учитываемой почвенной толщи на «размытую» кластеризацию профилей рН. Показано, что с увеличением глубины профиля серых лесных почв кластеризация становится лучше (рис. 12 а, 12 б).

Рис. 12. Регистрограммы «размытых» кластеров сглаженных профилей рН по траншее СТ=98. а) кластеризация по 4 глубинам (до Ь=65 см); б) кластеризация по 5 глубинам (до Ь—1,5 м)

Для выяснения влияния размеров объекта исследования на выделение «размытых» кластеров рН мы объединили две траншеи (рис. 13). Увеличение размера объекта исследования почти в два раза привело к уменьшению числа кластеров и увеличению размеров «переходных» зон между ними.

Рис. 13. Регистрограммы «размытых кластеров» профилей рН до объединения траншей (а) и после их объединения(б)

В большинстве случаев показано согласование «ядер» классификационных выде-лов с «ядрами» кластеров при условии усреднения данных в пределах 0,5 м и мощности

толщи не менее 65 см. Однако, некоторые границы кластеров не совпадают с границами классификационных выделов (рис. 14,15).

Рис. 14. Согласование границ классификационных выделов на траншее СТ=98 с границами «размытых» кластеров профилей рН

Рис. 15. Согласование границ классификационных выделов на траншее СТ=99 с границами «размытых» кластеров профилей рН

Между «размытыми» кластерами местами заметны существенные «провалы», которые чаще всего соответствуют переходным зонам между классификационными единицами почв. Однако показано также, что и внутри самого «ареала» (например, серых лесных остаточно-карбонатных почв в СТ=99) наблюдается обширная переходная зона. Площадь переходных зон по траншее СТ=98 составляет порядка 30%, а по СТ=99 - около 40%. Сильно размытой оказывается граница в зоне перехода между серыми лесными почвами со BIT и серыми лесными. Аналогичная ситуация наблюдается для границ между серыми лесными и серыми лесными остаточно-карбонатными почвами. Таким образом, установлено, что размеры «ядер» кластеров могут быть сопоставимы с размерами переходных зон. По сравнению с дискриминантным анализом кластерный анализ по методу «размытых» множеств демонстрирует большую размытость границ исследуемых почв.

Глава 5. Изменчивость величины рН с изменением опробуемой площади и размеров проб

Для оценки зависимости диапазона вариабельности величины рН от уровней структурной неоднородности почвы исследовалось варьирование в траншеях, соответствующих полипедонам, почвенных профилях (педонах), горизонтах и на агрегатном уровне. Анализ данных разных выборок показал, что при уменьшении объема образца (от 100 см3 до размера агрегатов) и объема выборки коэффициенты вариации рН меняются незначительно (табл. 6).

Таблица 6. Статистики рН серых лесных почв на разных уровнях организации почвенного покрова (на глубине 45 см)

Дисперсия величины рН в пределах почвенного профиля ("метровка") оказывается большей, чем в трансектах (40-46 м) и сопоставима с дисперсией рН агрегатов. Полученный результат противоречит, казалось бы, четкой закономерности, что с увеличением размеров объекта опробования степень вариабельности должна возрастать. Однако наблюдаемый феномен можно объяснить влиянием размеров пробы на степень вариабельности. Малый объект опробовался образцами V=10 см3, траншеи - образцами V=100 см3. Чем меньше образец, тем при прочих равных условиях больше варьирование. Таким образом, уменьшение размеров объекта ведет к уменьшению варьирования, а уменьшение размера образца способствует его увеличению. В том случае, если размеры неоднородностей, обусловливающих величину рН, существенно меньше размеров образца, то изменение дисперсий при увеличении размера образца должно быть обратно пропорциональным объему пробы.

Сопоставление дисперсий, полученных на траншеях и в пределах метрового участка, показывает, что хотя и наблюдается тенденция увеличения дисперсий при малом объеме пробы, однако оно оказывается статистически незначимым. Причиной этого может быть существование уровней неоднородности, превышающих размеры проб, что

отчетливо видно на зарисовках пространственной смены почв в пространстве (рис. 2,3). Для того чтобы исключить влияние этого фактора, сопоставим распределения дисперсий, вычисленных по отдельным метровым участкам траншей (п=5 на каждом метре) и по выборкам, полученным на метровом участке (п=5, механический отбор, шаг 10). Таким образом, оценки дисперсий вычислялись по выборкам одинакового объема, что позволило исключить влияние разного числа повторностсй при сравнении дисперсий.

Диапазон изменения дисперсий на метровых участках достаточно широк (табл. 7). Отсюда следует, что отношения дисперсий, полученных даже на одинаковых по размеру участках почвенного покрова, могут колебаться в широких пределах. Так, например, отношение минимальной дисперсии величин при объеме V=10 см3 к .максимальной при объеме V=100 см3 равно 0,12. В противоположной ситуации оно равно 884,2. Можно предположить, что наличие в пространственной изменчивости свойств, составляющих изменения с различными "периодами", дает очень сильные "помехи". Для выявления усредненных закономерностей необходимо рассматривать параметры распределений дисперсий.

Таблица 7. Статистические характеристики выборок дисперсий величин рН

Статистики СТ=98 СТ=99 "Метровый" участок

Повторность 40 46 10

Среднее 0,018 0,009 0,037

Медиана 0,004 0,006 0,017

Минимум 0,000351 0,000161 0,001

Максимум 0,205 0,034 0,142

Нижний квартиль 0,002 0,004 0,007

Верхний квартиль 0,006 0,014 0,045

Дисперсия 0,002 0,00007 0,002

Коэффициент вариации, % 272,2 90,4 121,7

Полученные выборочные распределения дисперсий были проверены на соответствие логарифмически нормальному распределению. Для наглядного представления мы воспользовались техникой представления данных на "нормальной бумаге" (Благовещенский, Самсонова, Дмитриев; 1987). Дисперсии предварительно были прологарифмированы. Как можно видеть из рис. 16, распределения дисперсий на траншеях различаются

очень неплохо лишь в области высоких и низких значений и хорошо аппроксимиру-

Рис. 16. Распределения значений дисперсии рН (представление на «нормальной» бумаге)

Расхождения в области высоких значений соответствуют дисперсиям, полученным в областях переходов между серыми лесными почвами и серыми лесными почвами со вторым гумусовым горизонтом. Распределение значений при объеме пробы 10 см3 сильно отличается от этих распределений.

Таблица 8. Параметры логарифмически нормальных распределений дисперсий рН и отношения дисперсий при разном размере проб

Аппроксимация распределений дисперсий логарифмически нормальным распределением Средние дисперсии Отношение дисперсий при разных размерах

Уравнения и коэффициенты детерминации Среднее Стандартное отклонение проб, 2 / / ^ОО

«Метровый» участок», V = 10 см3

у = 0,56х + 2,27 Я2 = 0,98 -4,08 4,171 ' 0,0846 -

СТ=98, V = 100 см3

у = 0,97х + 5,40 Я2 = 0,98 -5,57 5,576 0,0065 13,0

СТ=99, V = 100 см3

у = 0,96х + 4,88 К2 = 0,98 -5,06 5,069 0,0108 7,8

Среднее отношение дисперсий 9,7

Определив параметры этих логарифмически нормальных распределений (табл. 8), предварительно объединив результаты по двум длинным траншеям, рассчитаем средние значения рН исходных распределений по формуле (Дмитриев, 1995):

Отношения средних значений этих распределений близки к 10, что следует из теоретических представлений о влиянии микронеоднородностей на пространственную вариабельность свойств в отсутствие выраженных макронеоднородностсй.

Таким образом, существование в почвенном покрове неоднородностей с размерами порядка 1 м создает иллюзию отсутствия влияния размеров проб на дисперсию свойства. Однако при помощи статистических методов эффекты влияния размеров проб можно обнаружить.

1. Коэффициент вариации величины рН в серых лесных почвах составляет 2-9%. Он увеличивается вниз по профилю от 2-4% в пахотном горизонте до 7-9% на глубине 1,5 м. Для целинных почв варьирование в верхних горизонтах больше по сравнению с пахотными почвами. Разные агротехнические приемы обработки почв не влияют на организованность величины рН в пахотном горизонте. Применение различных минеральных удобрений и навоза также не оказывает влияния на кислотность пахотного горизонта почв.

2. Вдольповерхностное варьирование рН на расстояниях, не превышающих 50 м, проявляется в довольно широких пределах и связано с морфологическим строением почв. Почвы неоподзоленные или мелко оподзоленные характеризуются большими значениями рН (особенно в нижней части профиля) в отличие от почв с мощной осветленной толщей (горизонт ЕВ). Максимальный размах колебаний величины рН в траншее 1998 г. составляет 1,8 ед. на глубине 1,5 м (рН = 6,3-8,1), в траншее 1999 г. - свыше 2,5 ед. на глубине 65 см (рН = 5,2-7,9).

3. Изменение величины рН по профилю зависит от наличия карбонатов в почвенной толще, а также близости залегания жестких грунтовых вод. Серые лесные остаточно-карбонатные почвы имеют минимум значений рН в подпахотных слоях, который затем резко сменяется максимальными значениями рН в нижележащих горизонтах. Серые лесные почвы характеризует убывающий с глубиной профиль рН. Оглеенис «модифицирует» профиль: серые лесные глееватые и дерновые грунтово-глееватые почвы характеризуются возрастающими вниз по профилю величинами рН.

ВЫВОДЫ

4. Статистическими методами исследования показано, что размер классифицируемой единицы в горизонтальном направлении должен составлять не менее 50 см, а в вертикальном - не менее 65 см. При этих условиях для территории Владимирского ополья размеры и расположение ядер «размытых» кластеров профилей рН оказываются близкими к пространственным выделам на основе общепринятой классификации почв. Установлено, что размеры «ядер» кластеров могут быть сопоставимы с размерами переходных зон между ними.

5. В условиях постоянства глубины опробования при уменьшении размера образца от 100 до 10 см3 не соблюдается ожидаемое теоретическое соотношение дисперсий величины рН. Отделение закономерной составляющей, обусловленной сменой почв в пространстве, позволяет установить, что среднее отношение дисперсий обратно пропорционально отношению объемов проб. Сравнение объектов по степени вариабельности рН возможно лишь при одинаковых объемах проб.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ

1. Егорова О.Н. Латеральное изменение величин рН в серых лесных почвах Владимирского ополья // Тезисы докладов III съезда Докучаевского общества почвоведов. «Почвы в XXI веке» Кн.З. Москва, 2000.

2. Егорова О.Н. Пространственная вариабельность величин рН в серых лесных почвах Владимирского ополья // Тезисы докладов III Докучаевских молодежных чтений «Почвы и биоразнообразие». Санкт-Петербург, 2000.

3. Егорова О.Н. Пространственная вариабельность величин рН в серых лесных почвах Владимирского ополья // Тезисы докладов III Международного съезда почвоведов. Суздаль, 2000.

4. Егорова О.Н. Пространственная вариабельность величин рН в серых лесных почвах Владимирского ополья // Масштабные эффекты при исследовании почв. Москва, 2001.

5. Самсонова В.П., Егорова О.Н. Пространственное варьирование величины рН в серых лесных пахотных почвах Владимирского ополья // Вестник МГУ. Серия Почвоведение. 2004. №2. С. 3-9.

6. Егорова О.Н. Пространственная изменчивость величины рН и строение почвенного покрова (на примере серых лесных почв) // Тезисы докладов IV Международного съезда почвоведов. Новосибирск, 2004 (в печати).

Подписано в печать 09.04.2004 Формат 60x88 1/16. Объем 1.5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 72 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г.Москва, Ленинские горы, д. 1 Главное здание МГУ, к. 102

f-78 34

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Егорова, Ольга Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ВЕЛИЧИНА РН ПОЧВЫ, ЕЕ ВАРЬИРОВАНИЕ В ПОЧВАХ

1.1. Показатели почвенной кислотности

1.2. Диапазоны варьирования величины рН в почвах

1.3. Факторы, оказывающие влияние на вариацию величины рН в почвах

1.3.1. Содержание и состав гумуса

1.3.2. Растительность

1.3.3. Деятельность микроорганизмов

1.3.4. Водный режим и условия дренажа

1.3.5. Ветровалы, пожары и вырубки

1.3.6. Кислотные осадки

1.3.7. Причины изменения величины рН в почвах агроценозов

1.4. Сезонное варьирование значений рН в почвах

1.5. Влияние способа отбора, хранения, подготовки проб и анализа на из- 25 менчивость рН почвы

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Серые лесные почвы Владимирского ополья

2.1.1. Гипотезы происхождения почв

2.1.2. Серые лесные почвы Владимирского ополья

2.2. Объекты исследования

2.2.1. Опытное поле

2.2.2. Почвенные траншеи

2.3. Методика отбора проб

2.4. Методика определения величины рН почвы

2.5. Методы статистической обработки

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТЬЮ ВЕЛИЧИНЫ РН ИССЛЕДУЕМЫХ ПОЧВ

3.1. Пространственная изменчивость величины рН, оцененная при площад- 45 ном опробовании

3.2. Пространственная изменчивость рН, оцененная при линейном способе опробования

3.3. Закономерности профильного изменения величины рН

ГЛАВА 4. ПРОБЛЕМА ВЫДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ В ПОЧВЕННОМ 57 ПОКРОВЕ И ПРОБЛЕМА КЛАССИФИКАЦИЙ

4.1. Анализ градиентных границ в почвенном пространстве 59 (на примере рН)

4.2. Дискриминантный анализ

4.3. Анализ «размытых» кластеров

ГЛАВА 5. ИЗМЕНЧИВОСТЬ ВЕЛИЧИНЫ РН С ИЗМЕНЕНИЕМ 89 ОПРОБУЕМОЙ ПЛОЩАДИ И РАЗМЕРОВ ПРОБ

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Пространственное варьирование величины РН в серых лесных почвах Владимирского ополья"

Актуальность. Современный этап развития почвоведения характеризуется повышенным вниманием к проблемам, связанным с пространственной неоднородностью отдельных почвенных свойств. Для почв сельскохозяйственного использования наибольший интерес представляют свойства, влияющие на величину и качество продукции. Величина рН почвы относится именно к таким показателям. Она изучается чаще всего, за редкими исключениями, в почвах агроценозов по средним значениям показателя. В агрохимической практике и во многих почвенных исследованиях показатель кислотности определяют используя смешанные образцы. Однако в условиях неоднородного почвенного покрова этого оказывается недостаточно, так как упускается информация о многообразии значений свойства.

Для серых лесных почв Владимирского ополья величина рН оказалась еще и показателем, тесно связанным с генетической принадлежностью почв. Карбонатность почвообразующей породы и процессы оподзоливания в изучаемых почвах привели к дифференцированности показателя кислотности как по профилю, так и в латеральном направлении. Постоянная вспашка, внесение удобрений, разные культуры должны нарушать естественное равновесие с одной стороны и выравнивать пахотный слой по плодородию, а с другой - приводить к его новой дифференциации. Нижние горизонты могут рассматриваться в качестве эталонов, относительно которых можно оценивать происходящие изменения. Поэтому можно думать, что изучение закономерностей пространственной вариабельности величины рН в пределах всей почвенной толщи позволить провести реконструкцию прежнего состояния почвенного покрова.

Целью диссертационной работы было изучение закономерностей пространственной изменчивости величины рН в масштабах педон-полипедон. В задачи исследования входило:

1. Определение диапазона варьирования величины рН в указанных масштабах.

2. Оценка характера пространственной изменчивости показателя кислотности при площадном и линейном опробовании.

3. Выявление закономерностей профильного изменения величины рН.

4. Оценка соответствия классификационных выделов и профилей рН.

5. Оценка изменчивости величины рН с изменением опробуемой площади и размеров проб и анализ причин такой изменчивости.

Научная новизна. Впервые проведено подробное исследование изменчивости величин рН в пределах педон-полипедон на серых лесных почвах Владимирского ополья. Впервые использован метод классификации профилей почвенных свойств на основании теории «размытых» множеств. Показано, что классификация почвенных профилей, по крайней мере, на исследованной территории, может осуществляться путем выделения устойчивых структур и множества переходных вариантов. При этом устойчивые структуры совпадают с имеющимися классификационными единицами, а переходные варианты столь разнообразны, что не могут быть адекватно описаны при существующем классификационном делении.

Практическая значимость. Результаты могу быть использованы при разработке классификации почв аналогичных территорий, при организации мониторинговых и режимных наблюдений.

Работа была начата под руководством профессора Е.А. Дмитриева! и явилась продолжением серии работ по исследовании пространственной неоднородности свойств почв. Автор выражает глубокую признательность доценту д.б.н. В.П. Самсоновой, профессору кафедры физики и мелиорации почв МГУ Е.В. Шеину за возможность участия в полевых экспедициях, н.с. лаборатории радиоэкологии Д.Н. Липатову и М.М. Исмаилову за помощь в полевых исследованиях, профессору кафедры общего земледелия П.Н. Ба-лабко за интерес, проявленный к данной работе, сотрудникам кафедры общего земледелия.

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Егорова, Ольга Николаевна

Выводы

1. Коэффициент вариации величины рН в серых лесных почвах составляет 2-9%. Он увеличивается вниз по профилю от 2-4% в пахотном горизонте до 7-9% на глубине 1,5 м. Для целинных почв варьирование в верхних горизонтах больше по сравнению с пахотными почвами. Разные агротехнические приемы обработки почв не влияют на организованность величины рН в пахотном горизонте. Применение различных минеральных удобрений и навоза также не оказывает влияния на кислотность пахотного горизонта почв.

2. Вдольповерхностное варьирование рН почвы на расстояниях не превышающих 50 м проявляется в довольно широких пределах и связано с морфологическим строением почв. Почвы неоподзолен-ные или мелко оподзоленные характеризуются большими значениями рН (особенно в нижней части профиля) в отличие от почв с мощной осветленной толщей (горизонт ЕВ). Максимальный размах колебаний величины рН на одной глубине составляет 1,8 ед. вдоль траншее 1998 г. (h=l,5 м) и свыше 2,5 ед. по траншее 1999 г. (h=65 см).

3. Изменение величины рН по профилю зависит от наличия карбонатов в почвенной толще, а также близости залегания жестких грунтовых вод. Серые лесные остаточно-карбонатные почвы имеют минимум значений рН в подпахотных слоях, который затем резко сменяется максимальными значениями рН в нижележащих горизонтах.

Серые лесные почвы характеризует убывающий с глубиной профиль рН. Оглеение «модифицирует» профиль: серые лесные глеева-тые и дерново-грунтово-глееватые почвы характеризуются возрастающими вниз по профилю величинами рН.

4. Статистическими методами исследования показано, что размер классифицируемой единицы в горизонтальном направлении должен составлять не менее 50 см, а в вертикальном - не менее 65 см. При этих условиях для территории Владимирского ополья размеры и расположение ядер «размытых» кластеров профилей рН оказываются близкими к пространственным выделам на основе общепринятой классификации почв. Установлено, что размеры «ядер» кластеров сопоставимы с размерами переходных зон между ними.

5. В условиях постоянства глубины опробования при уменьшении л размера образца от 100 до 10 см не соблюдается ожидаемое теоретическое соотношение дисперсий величины рН. Отделение закономерной составляющей, обусловленной сменой почв в пространстве, позволяет установить, что среднее отношение дисперсий обратно пропорционально отношению объемов проб. Проведенное исследование показывает, что сравнение объектов по степени вариабельности рН возможно лишь при одинаковости объемов проб.

97

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Егорова, Ольга Николаевна, Б.м.

1. Абрамова М.М. Сезонная изменчивость некоторых химических свойств лесной подзолистой почвы // Тр. Почв, ин-та им. В.В. Докучаева. 1947. Т. 25. С. 228-273.

2. Авдонин Н.С. Повышение плодородия кислых почв. М.: Колос, 1969. 303 С.

3. Аканова Н.И., Удалова Л.П. // Бюл. ВНИИ удобр. и агропочвовед. 2001. №115. С. 5-6.

4. Алифанов В.М. Серые лесные почвы центра Русской равнины. Ис-торико-генетический анализ // Сб. «Эволюция и возраст почв СССР // Пущино, 1986.

5. Алифанов В.М. Палеокриогенез и современное почвообразование. Изд. Изд. М., 1993.

6. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд. Моск. ун-та, 1970.490 С.

7. Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: Изд. МГУ, 1989. 3361. С.

8. Благовещенский Ю.Н., Самсонова В.П., Дмитриев Е.А. Непараметрические методы в почвоведении. Изд. М., 1987.

9. Боровиков В.П., Боровиков И.П. STATISTICA. Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. Изд. М., 1997, 608 с.

10. Боровиков В.П. Популярное введение в программу STATISTICA. Изд. М., 1998.

11. Бутылкина М.А. Закономерности пространственной структуры плотности пахотных серых лесных почв // Тез. докл. Докуч. молод, чтений «Методические проблемы современного почвоведения», СПб., 27 февраля 2 марта 2001. СПб., 2001. С. 112.

12. Важенин И.Г., Музычкин Е.Т., Прохорова З.А., Алешина Т.Н. О методике составления крупномасштабных почвенно-агрохимических картограмм в целях применения удобрений // Почвоведение. 1961. № 4. С. 1-13.

13. Васенев И.И., Таргульян В.О. Модель развития таежных дерново-подзолистых почв в связи с ветровалами // Почвоведение. 1994. №12. С. 5-16.

14. Васильев В.А., Швецов М.М. Применение навоза для удобрения. М.: Колос, 1983.

15. Величко А.А., Морозова Т. Д. и др. Позднеплейстоценовый крио-генез и современные почвообразование в зоне южной тайги / На примере Владимирского ополья // Почвоведение. 1996. № 9. С. 1056-1064.

16. Грибаускас Ю.П., Плюпелите Э.А. К вопросу определения рН в почвенных образцах // Вопр. генезиса и плодородия почв Литовской ССР. 1985. С. 28-34.

17. Григорьев А.А.; Окорков В.В. О природе гидролитической кислотности серой лесной почвы Владимирского ополья Влияние доз извести и минеральных удобрений. // Владимир. Земледелец. 1996. N 4. С. 24-28.

18. Дмитриев Е.А. Водный режим почвенных тел разной мерности // Почвоведение. 1996. №5.

19. Дмитриев Е.А. Закономерности пространственной неоднородности состава и свойств почв. Автореф. дис. .д-ра биол. наук. Изд. М., 1983.44 С.

20. Дмитриев Е.А. К генезису почв и почвенного покрова Владимирского ополья в окрестностях Суздаля // Вест. Моск. ун-та. Сер.17. Почвоведение. 2000. №1.

21. Дмитриев Е.А. К проблеме неоднородности почв и почвенного покрова//Биологические науки. 1988. № 12. С. 66-76.

22. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведение. Изд. МГУ 1995.

23. Дмитриев Е.А. О почвенных границах и элементах организации почвы // Почвоведение. 1994. №5. С. 5-13.

24. Дмитриев Е.А. Полевой почвенный пантограф // Почвоведение. 1977. №9.

25. Дмитриев Е.А., Гребенников A.M. Анализы результатов численной таксономии почв в пространстве почвенного покрова // Почвоведение. 1988. №5.

26. Дмитриев Е.А., Липатов Д.Н., Милановский Е.Ю. Содержание гумуса и проблема вторых гумусовых горизонтов в серых лесных почвах Владимирского ополья // Почвоведение. 2000. N 1. С. 6-15.

27. Дмитриев Е.А., Карпачевский Л.О., Скворцова Е.Б. Роль вывалов в формировании почвенного покрова в лесах // В кн.: Генезис и экология почв Центрального лесного государственного заповедника. М.: Наука, 1979. С. 111-120.

28. Дмитриев Е.А., Николаенко А.В. Пространственно-временная неоднородность почв и пористости экстраполяционных оценок влажности и рН // Вест. МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 1996. № 4. С. 3-14.

29. Доспехов Б.А., Мазурина В.А. Варьирование агрохимических свойств дерново-подзолистых почв и методика отбора почвенных проб в полевом опыте // Агрохимия. 1970. № 1. С. 68-94.

30. Доценко И.М., Жолоб В.Д., Федин В.В. Кислотность осадков на Кубани // Земледелие. 2001. №1, С. 22.

31. Дубенский Н.Я. Владимирская губерния в с.-х. отношении // Ж. Министерства государственных имуществ. 1851. №39.

32. Дубенский Н.Я. О почвах Владимирской губернии // Ж. Московского общества сельского хозяйства. 1855. №4-5.

33. Дубенский Н.Я. Крестьянское и господское хозяйство в Ополье // «Современная летопись». 1871. №3,4, 5.

34. Дубровина И.В., Кулинская Е.В. О микростроении и генезисе серых лесных почв Владимирского ополья // Бюл. почв, ин-та им. В.В. Докучаева. 1989. №51.

35. Егорова О.Н. Пространственная вариабельность величин рН в серых лесных почвах Владимирского ополья // Сб. Масштабные эффекты при исследовании почв. М.: Изд. Моск. ун-та, 2001. С. 210-214.

36. Заболоцкая Т.Г. Пестрота агрохимических свойств пахотных подзолистых почв и изменение их под влиянием удобрений // Современные процессы в подзолистых почвах северо-востока европейской части СССР. Л.: Наука, 1970, С. 153-163.

37. Звягинцев Д.Г. Почвы и микроорганизмы. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. 256 с.

38. Зыонг Минь Виэн. Влияние окультуривания, рельефа и систем удобрения на физико-химические и агрохимические свойства дерново-подзолистых почв. Автореф. дис.канд. биол. наук. М., 2000.

39. Иванов А.И. Основные тенденции изменения кислотно-основного состояния хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв Северо-Запада России в современных условиях // Тез. докл. Всерос. молод, конференции «Растение и почва», СПб., 1999. С. 91-93.

40. Иванов А.Л., Окорков В.В. Влияние системы удобрения на плодородие серой лесной почвы Владимирского ополья // Применение барды и удобрений для повышения урожайности с.-х.культур. 1997. Вып. 2. С. 125-142.

41. Иванов Л.А. Ботанические и почвенные исследования в Юрьевском и Суздальском уездах Владимирской губернии. Изд. М., 1897.

42. Иванов Л.А. Еще о Владимирском черноземе (по поводу статьи Г.И. Танфильева) // Почвоведение. 1899. №2.

43. Иванов, Петко и др. Изменение почвенной реакции и показателей почвенной кислотности под влиянием минеральных удобрений // Науч. съобщ. СУБ. Клон Добрич. (Болг.) 2000. №2. С. 33-38.

44. Известкование кислых почв // Под ред. Н.С. Авдонина, А.В. Петербургского и др. М.: Колос, 1976. 304 С.

45. Карпачевский Л.О. Пестрота почвенного покрова в лесном биогеоценозе. М.: Изд-воМоск. ун-та, 1977. 312 с.

46. Карпачевсий Л.О. Некоторые методические аспекты учета пространственной неоднородности в почвоведении // Сб. Масштабные эффекты при исследовании почв. М.: Изд. Моск. ун-та, 2001. С. 39-47.

47. Карпачевский M.J1. Изменение свойств почв в связи с сукцесси-онной динамикой таежных экосистем после пожаров и рубок. Автореф. дис.канд. биол. наук. Изд. М., 1996. 24 С.

48. Касаткин В.Г. Почвы и поверхность Ивановской промышленной области. 1931.

49. Кауричев И.С., Ноздрунова Е.М. О миграции и качественном составе воднорастворимого органического вещества в почвах лесолугоаой зоны // Изв. ТСХА. Почвоведение. Агрохимия. 1962. Т. 5. №48. С. 91-106.

50. Ким Е.Л. Усреднение рН в смешенных образцах на примере пахотной дерново-подзолистой почвы // Вест. МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 1985. № 1. С. 68-70.

51. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. С. 223.

52. Ковда В.А. Проблемы защиты почвенного покрова и биосферы планеты. Пущино, 1989. С. 81-87.

53. Кондрашкина М.И. Влияние размера и формы образца на информацию о почвенном объекте. Автореф. дисс. .канд. биол. наук. М.,1991. 24 С.

54. Копцик Г.Н., Копцик С.В., Странд Л., Венн К. Изменение кислотности и катионообменных свойств лесных почв под воздействием атмосферных кислотных выпадений// Почвоведение // 1999. №7, С. 873-884.

55. Копцик С.В., Копцик Г.Н., Странд Л., Венн К. Многопараметрический анализ кислотности и катионообменных свойств лесных почв в условиях атмосферных кислотных выпадений // Почвоведение // 1999. №8, С. 999-1008.

56. Кормилицина О.В., Сабо Е.Д. Изменение химических свойств дерново-подзолистых почв после сплошной рубки // Лесное хозяйство. 2000. №5, С. 31-33.

57. Коробова Н.А. Характеристика кислотно-основного состояния подзолистых почв Центрального лесного биосферного заповедника. Ав-тореф. дис. .канд. биол. наук. М., 1996.

58. Куринная В.Т. Влияние удобрений на плодородие выщелоченного чернозема Северной Осетии // Сб. науч.-иссл. работ аспир. и молод, ученых Ставропольского НИИСХ. 1974. №6. С. 57-62.

59. Лукина Н.В., Горбачева Т.Т., Никонов В.В. Пространственная изменчивость кислотности Al-Fe-гумусовых подзолов // Почвоведение. 2002. №2, С. 163-176.

60. Лыков A.M., Сафонов А.Ф., Осин А.А. Плодородие дерново-подзолистых почв. Изд. М., 1982.

61. Макеев А.О., Дубровина И.В. География, генезис и эволюция почв Владимирского ополья // Почвоведение. 1990. № 7. С. 5-24

62. Макеев О.В. и др. Почвенный криогенез. М.: Изд. Наука, 1974.

63. Макеев А.О. «Ополье» Почвы и почвенный покров Владимирского Ополья // Путевод. науч. полев. экскур. III съезда Докуч. об-ва почвовед., 11-18 июля 2000 г., Суздаль. Изд. М., 2000. С. 11-31.

64. Мальцев В.Т., Мошкарев В.Н. Влияние систематического применения удобрений на агрохимические свойства серых лесных почв и продуктивность севооборотов // Агрохимия // 2000. №4, С.5-11.

65. Матинян Н.Н., Керзум П.П. Структура почвенного покрова и генезис почв Владимирского ополья // Бюл. почв, ин-та им. В.В. Докучаева. 1988. №46.

66. Парамонова Т.А. Влияние кислотных атмосферных осадков на почвы лесных экосистем Восточной Литвы. Автореф. дис. .канд. биол. наук. М., 1994.

67. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Гумус и почвообразование: Методы и результаты изучения. Л.: Наука, 1980. 221 С.

68. Прохорова З.А. Изучение неоднородности свойств дерново-подзолистых почв, пестроты урожайности и связи между ними // Теоретические основы и методы определения оптимальных параметров свойств почв. М., 1980. С. 104-118.

69. Прохорова З.А., Фрид А.С. Изучение и моделирование плодородия почв на базе длительного полевого опыта. М.: Наука, 1993. 187 с.

70. Пузаченко Ю.Г., Холопова Л.Б. Ин-т проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН; Москва; Мезомасштабное варьированиенекоторых свойств дерново-подзолистых почв На примере Московской обл. // Сб. Экология и почвы. Пущино, 1998. Т.2. С. 207-248.

71. Рубцова Л.П. О генезисе почв Владимирского ополья // Почвоведение. 1974. № 6.

72. Рубцова Л.П. О неоднородности почвенного покрова Владимирской опытной станции // Труды Калуж. гос. обл. с.-х. Опыт. ст. 1970. т. 7.

73. Сает Ю.Е., Аркасов А.И., Башаркевич И.Л., Онищенко Т.Л., Саркисян С.Ш. и др. Геохимические особенности сельскохозяйственных территорий // Тр. биохим. лаб. ин-та геохим. и аналит. химии АН СССР. 1991. вып. 22.

74. Самсонова В.П., Мешалкина Ю.Л., Дмитриев Е.А. Структуры пространственной вариабельности агрохимических свойств пахотной дерново-подзолистой почвы // Почвоведение. 1999. № 11. С. 1359-1366

75. Справочник агрохимика. Мн.: «Ураджай», 1974. С. 368.

76. Соколов И.А., Макеев А.О., Турсина Т.В. К проблеме генезиса почв с текстурно-дифференцированным профилем // Почвоведение // 1983. №5.

77. Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Артюхов Д.Б., Коробова H.JI. Пространственное и временное варьирование величин рН в подзолистых почвах Центрального лесного биосферного заповедника // Почвоведение. 1997. №11. С. 1339-1348.

78. Сорокина Н.П. Пространственно-типологический подход в почвенной картографии // Сб. Масштабные эффекты при исследовании почв. М.: Изд. Моск. ун-та, 2001. С. 114-127.

79. Сорочкин В.М. Варьирование свойств дерново-подзолистых почв в лесу // Почвоведение. 1968. № 9.

80. Тайчинов С.Н. Почвоведение. М.: Колос, 1964.

81. Танфильев Г.И. О владимирском черноземе // Тр. Имп. Вольного экономического об-ва. 1896. №1.

82. Тюрюканов А.Н., Быстрицкая Т.Л. Ополя Центральной России и их почвы. Изд. М., 1971. С. 191-216.

83. Усманов Ю.А. Зеленое удобрение. Уфа: Башкнигоиздат, 1988.

84. Федькив Р.И. // Тез. докл. междунар. студен, конф. «Кризис почв, ресурсов: причины и следствия». СПб., 1997. С. 137-138.

85. Фрид А.С. Пространственное варьирование и временная динамика плодородия почв в длительных полевых опытах. Москва. 2002, 80 с.

86. Фридланд В.М. Структура почвенного покрова. М.: Мысль, 1972. 424 С.

87. Хабиров И.К., Кираев Р.С., Чанышев И.О. Влияние удобрений и извести на физико-химические свойства черноземов выщелоченных Башкирии при разных способах обработки // Почвоведение // 2000. №5, С. 6006-613.

88. Холопова Л.Б. Динамика свойств почв в лесах Подмосковья. Изд. М., 1982. 120 С.

89. Чюбяркене Д., Чюбяркис С. Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям // Тез. докладов Всерос. конф., поев. 75-летию Почв, ин-та. Изд. М., 2002. С. 152.

90. Чуян О.Г. Комплексное влияние агрогенных факторов на кислотность чернозема // Бюл. ВНИИ удобр. и агропочвовед. 2001. №114, С. 181-182.

91. Шеин Е.В. «Траншеи» Сельскохозяйственное освоение почв Владимирского ополья // Путевод. науч. полев. экскур. III съезда Докуч. об-ва почвовед., 11-18 июля 2000 г., Суздаль. Изд. М., 2000. С. 42-49.

92. Шихова Л.Н., Сунцов Е.Э. // Бюл. ВНИИ удобр. и агропочвовед. 2001. №115. С. 177-178.

93. Щеглов И.Л. Ледниковые отложения Владимирской губернии (объяснительный текст к карте). Владимир, 1903.

94. Якушевская И.В. Почвы Владимирского ополья. Автореф. дис. .канд. биол. наук. Изд. М., 1956. С. 3-12.

95. Amponsah G.I., Meyer W.L. Soil sampling size estimates for soils under teak plantations and natural forests in Ashanti Region, Ghana // Gan. J. Soil Sci. 2000. Vol. 80. №2, P. 327-336.

96. Acidification today and tomorrow. Ministry of Agriculture, Stockholm, 1982.

97. Baker A.S., Kuo S., Chae J.M. Comparison of arithmetic average soil pH values of composite samples // Soil Sci. Soc. Am. J. 1981. Vol. 45. №4. P. 828-829.

98. Bedrna Z. Nove poznatzy a vapnenia Kyseych pod // Uroda. 1989. Vol. 37. №8. P. 340-341.

99. Cayley J.W.D., McCaskill M.R. Changes in pH and organic carbon were miniral in a long-term field study in the Western District of Victoria // Austral. J. Agr. Res. 2002. Vol. 53. №2, P. 115-116.

100. Das M., Singh B.P., Singh B.N. Effect of submergence on pH of Meghalaya soils // J. Indian Soc. Soil Sc. 1989. Vol. 37. №1. P. 155-158.

101. David M.B., Fuller R. D., Fernander I J., et al. Spodosol variability and Assessment of Response to Acidic deposition // Soil Sci. Soc. Amer. J. 1990. Vol. 54. №2. P. 541-548.

102. Dos Santos H.L., Vasconcellos C.A. Determinacao do numero de amostras de solo para analise quimica em diferentes condicoes de manejo // Rev. brasil. Cienc. Solo, 1987. Т. 11. №3. P. 97-100.

103. Haynes R.J. Laboratory studu of soil acidification and leaching of nutrients from a soil amended with various surface-incorporated acidifying agents // Fertil. Res. 1986. Vol. 10. №2. P. 165-174.

104. Hickman M.V. Long-term tillage and crop rotation effects of soil chemical and mineral properties // J. Plant Nutr. 2002. Vol. 25, №7, P. 14571470.

105. Hootsmans M.J.M., Vries M.F.W. A study of soil variation in podzols in the Netherlands //Netherl. J. agr. Sc. 1986. Vol. 34. №1. P. 106-108.

106. Kovats A.; Marton L.; Szabo L. A humusz es a pH kapcsolatanak elemzese nagyuzemi tablak talajvirzsgalati eredmenyei alapjan // Novenytermeles, 1985. Vol. 34. №6. P. 507-512.

107. McBratney A.B.; Odeh I.O.A. Application of fuzzy sets in soil science: fuzzy logic, fuzzy measurements and fuzzy decisions // Geoderma, 1997. Vol. 77, № 2/4. P. 85-113.

108. McNab S. Soil acidity and nitrogen fertilizers // Aust. Grapegrower Winemaker. 1990. Vol. 316. P. 28-29.

109. Odeh I. O., McBratney А. В., Chittleborough D.J. Fuzzy-c-means and kriging for mapping soil as a continuous system // Soil Science Soc. Am. J. 56. 1992. P. 1848-1854.

110. Odner G., Randem G, Remedios G. Increase to soil acidity and concentrations of extractable elements by 1 M ammonium nitrate after storage of dry soil for up to 5 years at 22° С // Commun. Soil Sci. and Plant Anal. 2001. Vol. 32. №5-6. P. 675-684.

111. Ronse A., De Temmerman L., Guns M., De Borger R. Evolution of acidity, organic matter content, and CEC in uncultivated soils of Noth Belgium during the past 25 years // Soil Sc. 1988. T. 146. №6. P. 453-460.

112. Severin A. pH-Messungen in der Landwirtschaft // Forstwirtsch. 1985. Vol. 40. №1. S. 14.

113. Wilding L.P., Bouma J., Don W. Goss. Impact of spatial variability on interpretive modeling // Quantitative Modeling of Soil Forming Processes. SSSA Special Publication. 1994. № 39.