Серые лесные почвы Волжско-Камской лесостепи

Валеева, Альбина Альбертовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Серые лесные почвы Волжско-Камской лесостепи
ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Серые лесные почвы Волжско-Камской лесостепи"

ВАЛЕЕВА Альбина Альбертовна

СЕРЫЕ ЛЕСНЫЕ ПОЧВЫ ВОЛЖСКО-КАМСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ: КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ПОДХОД К КЛАССИФИКАЦИИ

03.02.13 - почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

АВГ 2Щ

Казань - 2014

005551834

Работа выполнена на кафедре почвоведения института фундаментальной медицины и биологии федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет"

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Колосов Геннадий Федорович

Официальные оппоненты:

Рожков Вячеслав Александрович, доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент Россельхозакадемии, профессор, ГНУ Почвенного института им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, главный научный сотрудник.

Ковалев Иван Васильевич, кандидат биологических наук, МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, старший научный сотрудник.

Ведущая организация: ГУ ТатНИИ агрохимии и почвоведения РАСХН, Казань.

Защита диссертации состоится « 7 » октября 2014 года в 15 час. 30 мин. в аудитории М 2 на заседании диссертационного совета Д 501.001.57 при МГУ имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, г. Москва, Ленинские горы, МГУ имени М.В. Ломоносова, д.1, стр.12, факультет почвоведения МГУ.

Автореферат разослан « £ » Сье?2014 года

Ученый секретарь

диссертационного совета <' (с <• <• К .— Никифорова Алла Сергеевна

Введение

Актуальность темы. Почвенный покров нашей планеты в настоящее время так изменен, что естественные процессы почвообразования и эволюции почв можно наблюдать лишь в тундре, лесах и ряде пустынь. Учитывая, что тундровые и пустынные почвы формируются в экстремальных климатических условиях и располагаются обычно на труднодоступных территориях, можно принять, что именно лесные почвы - то естественное множество почв, которое обеспечивает оптимальные возможности изучения их генезиса и эволюции, а также в полном объеме их экологические функции (Карпачевский, 2003; Добровольский, 1993, 2000). Сохранившиеся естественные почвы являются «природным банком», используя которые возможно в будущем наиболее эффективно вести научные поиски путей восстановления антропогенно изменённых ландшафтов (Климентьев,

2003 Никитин, 2010).

В настоящее время Республика Татарстан (РТ) является одной из самых аграрно-освоенных территориально-административных единиц Поволжья. Распаханность сельхозугодий по республике составляет в среднем 77%. В антропогенно-преобразованных ландшафтах РТ серые лесные почвы занимают 37% территории, что составляет 43% от общей площади пашни (Госдоклад, 2012).

Изучение естественных представителей серых лесных почв приобретает в связи с этим актуальность в двух аспектах. Во-первых, эти почвы являются отражением существующей естественной зональной среды лесостепи и современного процесса лесостепного почвообразования. Во-вторых, в связи с высокой аграрной освоенностью территории актуальным становятся инвентаризация, создание объективных образцов — виртуальных образов серых лесных почв, выбор контрольных объектов репрезентативно их представляющих.

Пели и задачи исследований. Цель работы - систематизация накопленных данных о свойствах серых лесных почв Волжско-Камской лесостепи с описанием таксономических единиц в виде виртуальных образов и обоснование на базе этих образов количественных критериев обособления таксонов.

В задачи исследования входило:

1. Обобщение и анализ многомерными статистическими методами авторских и литературных данных естественных и антропогенно-преобразованных серых лесных почв Волжско-Камской лесостепи по классификации 1977 года и типов по классификации 2004 года.

2. На базе обобщенных данных дать обоснование виртуальных образов таксонов серых и темно-серых почв, развивающихся в природно-антропогенных ландшафтах, и установить объективные критерии их обособления и диагностики.

3. Нахождение в составе почвенного покрова Волжско-Камской лесостепи реальных представителей типов, соответствующих виртуальным образам серых и темно-серых почв, описание их облика, состава и свойств с дальнейшим использованием в качестве эталонных объектов.

4. Использование численных методов для подтверждения предлагаемых критериев разделения естественных и антропогенно-преобразованных серых и темно-серых почв типового уровня в соответствии с классификационной схемой

2004 года и подтипового уровня по классификации 1977 года.

Научная новизна. На базе собственных исследований, обобщения фондовых и литературных данных предложены объективные критерии диагностики серых и

темно-серых почв Волжско-Камской лесостепи. Показано, что в пределах диапазона, задаваемого широтной климатической средой, ведущую роль в дифференциации почв играют литологические особенности почвообразующих пород, главным образом их гранулометрический состав и положении почв в рельефе.

Впервые построены функции, определяющие таксономическое положение естественных и антропогенно-преобразованных серых лесостепных почв применительно к классификационным системам 1977 и 2004 годов, которые могут использоваться в исследовательских работах.

Показано, что удаление органического вещества из подготовленных к анализу образцов почв уменьшает содержание физической глины на 3 - 6%. Подготовка образца почв для гранулометрического анализа с использованием стандартной методики, применительно к серым лесным почвам Волжско-Камской лесостепи, не приводит к полному разрушению микроагрегатов размером 0,005-0,001 мм. После удаления органического вещества и карбонатов микроагрегаты распадаются, а продукты их распада пополняют илистую компоненту.

Теоретическая и практическая значимость работы. Представляемые результаты исследований обобщают и дополняют существующие представления о свойствах серых лесных почв. Предложенные критерии обособления серых лесостепных почв могут быть использованы для изучения и систематики почв, решения практических задач землепользования, создания региональной почвенной базы и проектах экологической оптимизации территории.

Защищаемые положения.

1. Использование числовых методов классификации статистически обосновано и позволяет выделить критерии диагностики почв, согласно классификации 2004 и 1977 года.

2. Диагностика серых и темно-серых почв Волжско-Камской лесостепи может быть основана на содержании фракции физической глины в гумусовом горизонте и относительной доли ила в её составе, а также с помощью функций классификации.

Вклад автора. Автор принимал участие в поиске архивных данных естественных серых лесных почв, разработке маршрутов, организации и практическом осуществлении экспедиций по исследованию серых лесостепных почв. Результаты, составляющие содержание диссертации, получены автором самостоятельно. Он также лично проводил экспериментальные исследования, обрабатывал, интерпретировал и обобщал полученные результаты.

Научному руководителю принадлежит разработка концепции решаемой проблемы и постановка задач исследования.

Апробация работы. Материалы диссертации представлялись на Международной научной конференции «Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России» (Санкт-Петербург, 2011); на Международной научной конференции посвященной 85-летию М.Г. Танзыбаева «Почвы Хакасии, их использование и охрана» (Абакан, 2012); на Всероссийской с международным участием научной конференции «Почвы России: современное состояние, перспективы изучения и использования» (Петрозаводск — Москва, 2012); на VI Всероссийской научно-практической конференции «Аграрная наука в XXI веке: проблемы и перспективы» (Саратов,2012); на итоговых конференциях К(П)ФУ (Казань, 2011, 2012); на Всероссийской научно-

практической конференции «Повышение конкурентоспособности АПК в условиях инновационного развития» (Казань, 2012), на Всероссийской научной конференции «Почва как базовый компонент наземных экосистем» (Новосибирск, 2013); на Международной научной конференции «Наследие И.В. Тюрина в современных исследованиях в почвоведении» (Казань, 2013).

Публикации результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 14 работ из них 2 в реферируемых журналах.

Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 136 страниц состоит из введения, 7 глав и выводов. Список литературы включает 197 источника, в том числе 38 иностранных. Работа включает 41 рисунка, 19 таблиц и 4 приложений.

Благодарности. Выражаю глубокую благодарность научному руководителю д.б.н., профессору Г.Ф. Колосову за советы и помощь в написании работы. Выражаю искреннюю благодарность к.б.н. н.с. Института проблем экологии и недропользования АН РТ А.Б. Александровой за предоставление архивных данных пахотных серых лесных почв кадастрового центра «Земля», постоянную поддержку и помощь в написании работы. Н.М. Матвеевой за помощь в проведении полевых исследований, советы и рекомендации. Автор благодарит сотрудников кафедры почвоведения К(П)ФУ к.б.н. Б.Р. Григорьяна, д.б.н. профессора А.А. Шинкарева, к.б.н. К.Г. Гиниятуллина, к.б.н. Е.В. Смирнову за внимание, советы и замечания.

1. Обоснование образов таксонов серых и темно-серых почв

Путем обобщения фондовых материалов кафедры почвоведения КФУ (КГУ), данных опубликованных в открытой печати (Александрова, 2012; Винокуров, 1962; Газизуллин, 1972, 2005; Захаров, 1974, 2004; Тюрин, 1935а; Иванова, 1968; Шакиров, 1982) и авторских данных был создан реестр данных из 118 разрезов серых лесных почв, систематизированных согласно классификации 1977. Обработка полученных данных статистическими методами реализовалась с использованием пакетов программ StatGraphics Plus, Statistica 8.0 и Excel 2007.

С целью сравнения подтиповых свойств серых лесных почв использовали критерий Стьюдента (для параметрических выборок) и критерий Уилкоксона (Манна-Уитни) (для непараметрических выборок), при вероятности 99%.

Классификационная структура серых лесных почв исследована апробированными методами численной классификации (Пак, 1974; Рожков, 1984, 1987, 1988, 1989, 2011, 2012; Колосов, 2004; Шишов, 1985; Duning, 1986; Gruijter, 1977; Rodrigues de Lima, 2008; Anderson, 1971; Moore, 1972). Для нахождения информативных показателей использовался метод главных компонент (ГК). Для описания совокупности серых лесных почв использовался дискриминантный анализ (ДА). После установления модели и получения дискриминантных функций (ДФ) строились функции классификации (ФК), рекомендуемые для классифицирования новых объектов. ФК позволяет для каждого образца и для каждой совокупности вычислить классификационный вес (КВ), который рекомендуется учитывать при отнесении вновь определяемых объектов в совокупность, с наибольшим КВ.

2. Морфологическая н физико-химическая характеристика почв

Путем обобщения данных морфологического строения серых лесных почв с использованием показателей статистики был разработан схематический профиль светло-серых, серых и темно-серых лесных почв Волжско-Камской лесостепи (рис.1).

Гумусовый горизонт светло-серых лесных почв светло-серого цвета, со слабо выраженной комковатой структурой, мощностью от 13 до 23 см. Для серых лесных характерен гумусовый горизонт серого цвета, комковатой структуры, мощностью от 10 до 23 см. Гумусово-аккумулятивный горизонт темно-серых почв достигает мощности 38 см и имеет зернисто-комковатую структуру.

«Оподзоленность» профиля проявляется в осветлении окраски самой нижней части гумусового горизонта (А1А2). В темно-серой лесной почве в нижней части гумусового горизонта оподзоленность может отсутствовать или проявляется в виде небольшой белесой присыпки при высыхании.

Переходный горизонт ВА2, мощностью от 16 до 22 см, характерен для всех светлосерых и серых лесных почв. Окраска его неоднородная, что обусловлено

формированием налета по граням структурных отдельностей пылеватых и крупнопылеватых частиц кварца и полевых шпатов с хорошо отмытыми от пленок поверхностями. В темно-серых почвах горизонт АВ отличается темно-серой окраской, иногда при высыхании видна белесая присыпка.

Иллювиальный горизонт серых лесных почв желтовато-бурого или красновато-бурого цвета, ореховатой и призмовидно-ореховатой структуры, с белесой присыпкой, затеками гумуса и пленками окислов железа. В светло-серых и серых лесных на глубине 140 см он сменяется материнской породой, на шлейфах, спускающихся в долины рек, на глубине 100-120 см может подстилаться аллювиальными отложениями. Темно-серые почвы характеризуются среднемощным профилем с глубиной залегания нижней границы горизонта в среднем 112 см.

Мощность профиля светло-серых и серых лесных почв определяется положением в рельефе. На повышенных элементах рельефа и склонах доминирующих высот профиль почв отличается меньшей мощностью (от 110 до 120 см), что было показано в работах авторов (Урусевская, 1992; Винокуров, 1962; Газизуллин, 1995).

Гранулометрический состав. Характерная для серых лесных почв текстурная дифференциация профиля прежде всего определяется гранулометрическим составом (ГС) почвообразующих отложений, с которым связано закрепление органического вещества (ОВ) и создание наиболее благоприятной почвенной структуры (Качинский, 1965, Шеин, 2009, 2005, Кершенс 1992; Ванюшина, Травникова, 2003; Артемьева 2010). Следовательно, первым этапом анализа являлось исследование совокупности почв по ГС.

Содержание физической глины в гумусовом горизонте совокупности серых лесных почв изменяется от 20,3 до 66,2%, причем от 4,3 до 37,4 % её приходится на илистую фракцию (рис.2-1). Светло-серые почвы, в сравнении с другими подтипами, характеризуются неоднородностью в содержании мелкодисперсных частиц.

Низкие значения содержания физической глины (20-26%) наблюдаются в светло-серых лесных почвах (п=5) формирующиеся на перевеянных древнеаллювиальных отложениях рек Волги, Камы и их крупных притоков. Они

А1А2 ВА2

с(ск, п) Серые лесные Темно-серые

Рис.1. Схематическое строение профиля подтипов серых лесных почв

достоверно отличаются от других представителей светло-серых лесных почв (п=29),

сформированных на продуктах выветривания пермских и неогеновых мергелей, по

содержанию физической глины (7ст = 9,90 ftp = 2,88) и илистой фракции (р=0,016).

Серые лесные почвы формируются

на отложениях с содержанием частиц

j <0,01мм 29-48%, и занимают

промежуточное положение, перекрывая

диапазон размещения мелкодисперсных

частиц как светло-серых, так и темно-

серых почв, причем отчетливо тяготея к

II светло-серым почвам.

Темно-серые лесные почвы

обособляются в индивидуально группу.

_ _ „А Б Для них свойственны наиболее высокие

Рис.2. Положение подтипов по содержанию

физической глины (А) и илистой фракции (Б) в значения содержания физическои глины гумусовом горизонте (I) и ночвообразующей (47-67%). Большее содержание глины породе (II): 1-светло-серые, 2-серые, 3- темно- способствует стабилизации и серые накоплению ОВ в почвах.

Иллювиальные горизонты по содержанию физической глины достоверно обособляются только в серых и темно-серых почвах (/„=3,13 /кр=2,67) (табл.1).

Таблица 1

Достоверность различия содержания физической глины и ила в горизонтах профиля серых лесных почв (значимые различия выделены полужирным шрифтом)

4Jh 1 —Ш-

-Ш 2 -Eh

•Ю- 3 {ЕЬ-

20 30 40 50 60 70% 6 10 2 0 30 40

—Ш4 1 чхн

-ЕЛЬ 2 чин

3 Н I- н

Горизо нт Фракция <0,01мм Фракция <0,001мм

Светлосерые (п=34) Серые (п=25) Темно-серые (п=34) Светлосерые (п=34) Серые (п=25) Темно-серые (п=34)

А1 р=0,00 /„=5,17 /к„=2,66

| /„=10,9 /к„=2,66

А1А2 /„=3,15 /„=2,98 - /„=1,66 /„,=3,05 -

ВА2 р=0,09 /„=2,38 /„,=2,72

| /„=6,08 /к„=2,67 | /„=4,44 /к„=2,69

В1 р=0,01 | /„=1,02/„=2,70 |

| /„=3,13 /„=2,67 | /„=2.52 /„=2,68

В2 /„=2,52 /„=2,74 | /„=0,71 /„,=2,70 |

| /„=3,03 /„,=2,70 | /„=1,27 /«„=2,69

ВС р=0,02 | /„=0,66 /го=2,74 |

1 р=0,13 | /„=1,73 /го=2,72

Содержание физической глины в почвообразующей породе составляет 32-73% (рис. 2-П). Достоверно обособляются только светло-серые и темно-серые почвы (р=0,001). Выявленное различие содержания илистой фракции в почвообразующих породах в разных подтипах статистически не значимо (р=0,326). Одной из возможных причин отсутствия значимых различий в содержании мелкодисперсных фракций в почвообразующей породе является вертикальная неоднородность пород пермской системы, которые представлены чередованием в вертикальном направлении известняков, мергелей и глин.

Зависимость результатов определения ГС почвы от способов подготовки образцов к анализу. Для определения вклада ОВ на результаты определения ГС почв

исследован ГС серых лесных почв методом седиментометрии. Пробоподготовка образцов осуществлялась согласно общепринятой методике (Шеин, Карпачевский, 2007) и по международному стандарту (ISO 11277), включающему удаление в образцах ОВ и карбонатов.

Первоначально были проанализированы только гумусовые горизонты серых лесных почв, которые имеют ГС от супесчаного до тяжелосуглинистого. Удаление из этих образцов ОВ обеспечило снижение общего содержания физической глины на 3-6%. В состав физической глины входит фракция средней пыли, элементарные частицы которой состоят из кварца и аморфной кремнекислоты. Известно, что они не способны формировать устойчивые связи с ОВ. Поэтому наиболее информативным показателем оказалась сумма фракций мелкой пыли и ила, в которых сосредоточивается основная часть ОВ почв. Удаление ОВ из анализируемого образца почвы наиболее рельефно отражается на относительном содержании элементных частиц, входящих во фракцию <0.005 мм (снижается на 2,7 - 3,9% в светло-серых и серых лесных и на 4,2 - 5,8% в темно-серых лесных почвах). Удаление ОВ из образцов не повлияло на результаты определения классификационной принадлежности исследованных почв.

В профильном распределении мелкодисперсных фракций, полученных путем сжигания ОВ, наибольшие изменения наблюдаются во фракции мелкой пыли и ила. В горизонтах после деструкции ОВ, где наблюдалось наибольшее уменьшение фракции мелкой пыли, содержание илистой фракции увеличивалось, по сравнению с традиционной пробоподготовкой. Подготовка образца почв для гранулометрического анализа с использованием стандартной методики не привела к полному разрушению микроагрегатов размером 0,005-0,001мм, которые после удаления ОВ и карбонатов распадаются, а продукты их распада пополняют илистую компоненту. По данным авторов (Корнилова и др, 2011) в иллювиальной части профиля частицы меньшей размерности могут быть объединены полуторными оксидами, которые перемещаются из верхней части профиля и аккумулируются в текстурной части преимущественно в форме связанной с ОВ.

Физико-химические свойства. Подтиповое изменение некоторых физико-химических свойств серых лесных почв представлено в таблице 2.

Таблица 2

Вариабельность физико-химических свойств горизонтов профиля серых лесных почв

Свойства Светло-серые лесные (п = 29) Серые лесные (п = 29) Темно-серые лесные (п = 34)

1 2 3 4

ГоризонтА!*

Содержание физической глины, % Содержание илистой фракции, % рН водный Содержание гумуса, % Сумма обменных оснований, ммоль(экв)/100 г 20,3-45,3 4,3-19,5 4,9-6,6 2,20-3,98 6,7-20,0 28,8-46,9 10,8-25,3 5,3-6,8 4,26-7,58 20,4-35,0 47,1-66,2 24,5-37,4 5,8-7,4 6,17-11,7 30,1-55,1

Горизонт А1А2

Содержание физической глины, % Содержание илистой фракции, % рН водный Содержание гумуса, % Сумма обменных оснований, ммоль(экв)/100 г 13,3-39,7 4,8-12,2 5,2-5,5 0,39-2,07 2,2-16,0 33,1-41,5 5,7-18,3 5,3-5,9 1,23-3,80 10,7-18,7 41,6-49,4 29,8-31,8 6.6-7,0 3.7-4,2 30,0-33,1

1 2 4

Горизонт В1

Содержание физической глины, % 33,6-58,7 41,4-61,2 47,2-76,8

Содержание илистой фракции, % 22,5-45,8 20,0-45,0 30,3-49,3

рН водный 4,5-5,9 4,7-5,9 5,4-7,3

Содержание гумуса, % 0,17-0,92 0,3-1,6 0,7-3,0

Сумма обменных оснований, ммоль(эке )/100 г 8,0-28,7 16,4-35,5 23,7-42,2

Горизонт С

Содержание физической глины, % 32,5-49,8 37,8-61,6 41,9-73,0

Содержание илистой фракции, % 20,9-39,2 21,3-45,4 24,9-48,1

рН водный 5,5-8,8 5,8-8,4 6,4-8,8

Содержание гумуса, % 0,1-0,3 0,1-0,5 0,3-1,0

Сумма обменных оснований, ммоль(экв)/100г 14,7-30,5 20,3-37,0 23,2-46,1

Примечание * - в верхних 20см

Достоверные различия в профильном изменении содержания гумуса, обменных оснований и рН водной вытяжки представлены в таблице 3.

Таблица 3

Достоверные различия в профильном распределении физико-химических свойств серых лесных

почв (значимые различия выделены полужирным шрифтом).

Горизонт Содержание гумуса Сумма обменных оснований рН водный

Светлосерые (п = 29) Серые (п = 29) Темно-серые (п = 34) Светлосерые (п = 29) Серые (а = 24) Темно-серые (п = 32) Светлосерые (п = 25) Серые (п = 33) Темно-серые (п = 33)

А1 р=6,54-10"п р=3,05-10* /„=1,85 /„=2,67

| р=0,00 | р=0,00 | /„=2,70/к„=2,65

А1А2 /„=2,89 /„=2,90 - /„=3,22 /«„=3,05 - /„=0,93/„=3,11 -

ВА2 р=0,15 /„=3,95 /кр=2,73 р=0,05

| р=0,00 | /„=5,98 /к„=2,70 | р=0,00

В1 /„=2,52/„=2,69 | /„=3,58 /к„=2,71 | р=0,45 |

| р=0,00 1 р=0,04 | р=0,00

В2 /„=0,73/„=2,74 | р=0,00 | /„=1,27/„=2,81 |

| /„=5,40/к.„=2,69 1 р=0,16 | /„=6,99 /к„=2,06

ВС /„=1,68 /„„=2,95 | /„=5,19/к„=2,88 | /„=0,21 /„=2,86 |

| /„=2,25 /„„=2,89 | /„=2,26/„=2,86 | р=7,19-107

С р=0,22 | /„=3,62 /„=2,94 | р=0,03 |

| /„=2,23 /„=3,25 | /„=2,56 /„=2,95 | р=0,00

3. Использование чнсленных методов классификации для идентификации таксонов серых лесных почв

На первом этапе исследования классификационной структуры серых лесных почв (п=80) многомерными статистическими методами построили дендрограмму по 6 свойствам гумусового горизонта: мощность, содержание гумуса, обменных оснований, илистой фракции, физической глины и рН водной вытяжки. Дендрограмма рассчитывалась методом Варда с использованием Евклидового расстояния. На уровне сходства 80% выделились темно-серые почвы. В одну группу объединились гумусовые горизонты светло-серых и серых лесных почв, внутригрупповое сходство которых 60% (рис.3).

s- 20-

о"

о 40-

и 60' 80100

1.0

0.0

»""Г ° . ........» 4«

е о

ООО

• I

♦ п

°1П

оооооооооооо+оо+++++++"++оо"*\" + 00000000000000+++++++++++0+++

а Темно-серые лесные «■ Серые лесные « Светло-серые лесные

Рис.3. Дендрограмма сходства гумусовых горизонтов серых лесных почв, построенная с использованием числовых значений 6 свойств (содержание гумуса, обменных оснований, илистой фракции, физической глины, рН водный и мощность гумусового горизонта).

ГК1 сильно коррелирует со значениями содержания гумуса, физической глины, суммы обменных оснований и описывает 72% общей дисперсии признаков. Увеличение числа используемых признаков приводит к снижению дисперсии. ГК2 коррелирует с мощностью гумусового горизонта, описывая 17% дисперсии.

Разброс свойств гумусового горизонта серых лесных почв вдоль оси ГК представлен на рисунке 4. Основная часть серых лесных почв находится в положительной области факторной плоскости ГК1 ближе к светло-серым лесным. Они имеют близкое с ними морфологическое строение (рис.1), но отличаются количественной основой рассматриваемых признаков гумусового горизонта.

Близкое расположение в отрицательной области с темно-серыми лесными почвами связано с формированием их на более тяжелых почвообразующих породах по сравнению с большинством представителей серых лесных почв. Они характеризуются повышенным содержанием гумуса (7,03-7,80%) и обменных оснований (27 - 35 ммоль(экв)/100г). Основным препятствием к отнесению их в состав темно-серых лесных почв является малая мощность гор. А1 (от 14 до 18 см) и наличие гор. А1А2 с обильной белесой присыпкой.

Близость морфологического строения, дифференциация профиля, отсутствие статистических различий профильного распределения мелкодисперсных частиц, гумуса, значений рН, а также близкое расположение на факторной плоскости суммарной вариации почвенных свойств горизонта А1 показывает возможность объединения светло-серых и серых лесных почв в тип серые почвы и рассмотрения созданной совокупности в составе классификации 2004 г.

Путем обобщения данных морфологического строения профиля выделенных подтипов и статистической обработки нижних границ их горизонтов созданы виртуальные образы серых и темно-серых почв Волжско-Камской лесостепи (табл.4)

Достоверные различия в гумусовом горизонте серых и темно-серых почв были обнаружены в содержании гумуса (р=9,47-10~12), обменных оснований (/?=6,65-10"10),

-4 -3

Рис.4, свойств

2-1 0 1 ПО: 71.3% Расположение

2 з

подтиповых гумусового горизонта на факторной плоскости ГК1 и ГК2: I -светло-серые лесные, II - серые лесные, III - темно-серые лесные

илистой фракции (р=0,000), физической1 глины (р=2.03-10 ), кислотности (4Х—3,91 /кр=2,63), а также мощности гумусового горизонта (р=0,000), мощности выщелоченной толщи (до горизонта С) (р=0.0035) и запаса гумуса в метровой толще (т/га) (/„=4,89 /кр=2,98).

Таблица 4

Показатели строения профиля виртуального образа серых и темно-серых почв (глубины залегания

Горизонт М Мт Мах 8 У%

Серые (п=61)

АУ 20* 10 26 4,1 6,0**

АЕ1, 25* 18 40 5,7 5,0**

ВЕЬ 35 20 48 5,97 16,8

ВЦ 58* 36 76 10,18 15,0**

ВТ 98 58 124 14,97 15,2

ВС (ВСса) 139 110 164 16,23 11,7

Темно-серая (п=30)

ли 29 20 38 5,21 18,0

ВЕЬ 38* 31 57 7,24 13,0**

ВТ 62 47 77 7,98 12,9

ВТ 93 70 116 12,17 13,0

ВСса (ВС) 112 80 145 24,23 21,7

Примечание. А/ - среднее арифметическое, 5 - стандартное отклонение, V - коэффициент вариации, п - количество наблюдений. Для непараметрических данных используется медиана - * и межквартильный размах - **

Для численной классификации гумусового горизонта серых лесных почв по классификации 1977 г. и 2004 г. использовался ДА. По классификации 1977 г. имеются две значимые ДФ. Первая ДФ ответственна за 86% дисперсии и коррелирует с содержанием гумуса (р=0,00), обменных оснований (р=0,00), мощностью гумусового горизонта (р=0,00) и физической глины (р=0,02). Вторая ДФ определяет оставшиеся 14% дисперсии и коррелирует в большей степени с мощностью гумусового горизонта (р=0,00) и в меньшей степени с содержанием обменных оснований в гумусовом горизонте (р=0,00). ФК имеют вид:

Б! = -0,04x1 + 0,64х2 + 2,26хз + 1,00x4 - 24,43 = 0,30х] + 0,75x2 + З,60х3 + 0,75x4 - 37,80

83 = 0,35x1 + 0,90x2 + 4,87х3 + 1,42x4 - 69,81

— совокупность светло-серых лесных почв, - совокупность серых лесных почв, & — совокупность темно-серых лесных почв; X] — сумма обменных оснований, — содержание физической глины, хз — содержание гумуса, лг<— мощность гумусового горизонта.

Результаты анализа ДФ по классификации 2004 года показывают уменьшение достоверных переменных, которые позволяют проводить дискриминацию между типами серых и темно-серых почв. Так как сравнение происходит между двумя типами, то имеется только одна ДФ, которая коррелирует с мощностью гумусового горизонта (р=0,00), содержанием гумуса (р=0,00) и физической глины (р=0.02), определяя 100% дисперсию. ФК имеют следующий вид:

84 = 1,02x1 + 1,69х2 + 0,49хз - 22,51

35= 1,68x1+ 3,13х2+ 0,63х3-52,87

— совокупность серых почв, — совокупность темно-серых почв; X] - мощность гумусового горизонта, х2 - содержание гумуса, хз - содержание физической глины.

1.0 km 2.0 km AO km 4.0km 5.0km 60km 70km 8.0km

4. Размещение реальных представителей виртуальных образов в ландшафте

Для выявления связи строения профиля, свойств почв и факторов почвообразования исследовался ландшафтный профиль водораздела р.Камы и р.Брыссы. Исследуемый участок Янтыковского леса находится в пределах Лаишевского района РТ. На территории Янтыковского леса были заложены 7 разрезов. На рисунке 5 представлен схематический ландшафтный профиль, изображенный с использованием программы Global Mapper 14.

Исследованный участок характеризуется близким к поверхности залеганием коренных пород пермской системы татарского яруса, состав которых представлен чередованием мергелей и известняков. Первый разрез был заложен в верхней части склона СВ экспозиции (абс. высота 171,0 м), паровое поле. Элювий пермских пород, свободный от обломков коренной

карбонатной породы,

обнаруживается на глубине от 40 см. Здесь на остаточных продуктах выветривания коренной породы

формируется агротемно-гумусовая глинисто-

иллювиированная почва (рис.5, разрез 1).

На вершине

водораздела (абс. высота 182,4 м и 194,2 м), где мощность остаточных продуктов выветривания коренной породы превышает 80 см, развивается серая типичная насыщенная мелкая глубокоосветленная сильно выщелоченная тяжелосуглинистая почва на элювии пермских отложениях, разрез 2 и 3 (рис.5).

В средней части заложенного ландшафтного профиля мощность продуктов выветривания пермских мергелей колеблется в пределах от 100 до 120 см, ниже которых залегают песчаные отложения, по-видимому, того же возраста. Здесь на абс. выс. 134,8 - 146 м формируются серые типичные насыщенные мелкие неглубокоосветленные сильно выщелоченные тяжелосуглинистые почвы (рис.5, разрезы 4, 5 и 6).

В нижней части ландшафтного профиля (абс. выс. 121,1 м) аккумулированы мощные толщи перемещенных продуктов выветривания верхнепермских мергелей. Этот уплощенный элемент самой краевой зоны водораздельной поверхности распахивается и на нем формируется агросерая насыщенная среднепахотная сильно выщелоченная тяжелосуглинистая на делювиальной глине (рис.5, разрез 7).

10 30 = Р = AY AEL BEL ш AY AEL BEL - AY AY ALL = AY AEL BEL ....

50 1 С ВТ ВТ их BEL B1 ВТ -

90 D ВТ ВТ ВС ИТ ВТ ВТ

110 ВС — ВТ ВТ _ BD

L30 С С I BD — BD D -

170 Г п о

Р-З

Пермские

песгроцветные

отложения

□

р.4 р.5

Элювий известняка

р.б

р.7

Песчаные отложения

Рис.5. Серые лесные почвы в ландшафтном профиле

АУ

ЛЕЬ

ВЕЬ

ВТ

Строение профиля серых почв (разрез 2 и 6) изученного участка широколиственного леса отвечает распространенным в пределах исследуемого региона представителям серых почв. Гумусовые горизонты имеют приблизительно одинаковое содержание мелкодисперсных фракций.

Пространственное колебание современных условий формирования и облика серых почв, исследованного профиля, обусловлено орографическим фактором. Пониженные участки получают дополнительную влагу благодаря притоку ее с повышенных элементов рельефа. Избыток влаги усиливает миграционные процессы (больший вынос мелкодисперсных фракций и оснований из профиля серых почв). В результате формируется гумусово-элювиальный горизонт, где наряду с ореховатой структурой появляются непрочно-плитчатые агрегаты (разрез 6).

Реальные и переходные представители виртуальных таксонов. Для поиска и выбора виртуального образа в естественных условиях были заложены 15 почвенных разрезов. Используя виртуальный образ в качестве типового стандарта, из всех заложенных разрезов были выбраны по одному представителю серых и темно-серых почв с наиболее сходным с виртуальным образом строением профиля (табл. 4).

Реальный представитель образа серых почв (разрез 12, рис. 6) расположен на территории Янтыковского лесного массива, в Лаишевском районе РТ (Ы55°36.938'; Е49°37.481', абс. высота 182 м). Залегание нижних границ горизонтов приближаются к значениям виртуального образа серой почвы (рис. 6, табл. 4). Почва серая типичная насыщенная мелкая неглубокоосветленная сильно выщелоченная тяжелосуглинистая на элювии пермских отложений. Гумусовый горизонт характеризуется средним содержанием гумуса (4,96%) и повышенным содержанием обменных оснований (18,5 ммоль(экв)/100г). Реакция среды верхнего горизонта среднекислая (рНка 4,0). В текстурной части профиля реакция среды очень сильнокислая (рНКа 3,6), в основном за счет обменного водорода (2,46 ммоль(+)/100г) и алюминия (0,40 ммоль(+)/100г). На глубине 40-60 см находится горизонт максимального содержания тонкодисперсных фракций.

Кутаны по мере приближения к карбонатным материнским породам

становятся темнее. Локальное вскипание в местах скопления карбонатов отмечается с глубины 107 см.

Профильное изменение содержания гумуса, обменных оснований и актуальной кислотности в реальном представителе совпадают со

100

120

140 см

ВС(ВСса)

140-

С (Сса, Г>) СМ

100 120-

Рис.6. Профиль виртуального образа серой почвы (1) и серой почвы (разрез 12)

ымоль(экв)100г 10 20 30 -ю

Ли

Х-

Рис.7. Профильное изменение содержания гумуса (1), обменных оснований (2) и рН водной вытяжки (3) в виртуальном образе серой почвы (А) и его реальном представителе (Б) I^

100

120 см

среднестатистическими величинами виртуального образа (рис. 7). Это позволяет сделать предположение, что наиболее близкое морфологическое строение профиля серой почвы к статистическому образу характеризуется свойствами, приближенными к его средним величинам.

Представитель образа темно-серой почвы (разрез 16) расположен на территории Билярского лесхоза Алексеевского района РТ (N 54°54.584'; Е 50°33.985', абс. высота 175м) (рис. 8). "11 1 0-1 Почва темно-серая типичная насыщенная

средне мелкая средне выщелоченная тяжелосуглинистая на карбонатной глине. Иловато-крупнопылеватый тяжелосуглинистый гумусовый горизонт (23 см) обладает комковато-зернистой структурой, высоким содержанием гумуса (8,5 % в верхнем 15 см) и очень высоким содержанием обменных оснований (37,6 ммоль(экв)/100г). Реакция среды верхнего горизонта нейтральная, на глубине 40-80 см средне- и сильно кислая (pHKci 4,14,4). В субэлювиальном горизонте (BEL) диагностируется белесая присыпка. В нижней части профиля наблюдаются кутаны, которые по мере приближения к материнской породе становятся темнее. Локальное вскипание в местах скопления карбонатов отмечается с глубины 72 см.

Профильное изменение содержания гумуса в реальном представителе приближается к средним величинам рассматриваемого свойства в статистическом образе (рис. 9-1). Содержание обменных оснований и величина актуальной

BEL

ВТ

ВСса (ВС)

Сса (С) 1 2

Рис.8. Профиль виртуального образа темно-серой почвы (1) и темно-серой почвы (разрез 16)

ЬШ0ЛЬ(ЧКВ)'100Г

кислотности горизонте средними

в гумусовом также сходны со значениями образа

темно-серой почвы (рис. 92,3). В субэлювиальном и текстурном горизонте сумма обменных оснований и кислотность приближается к крайним лимитам типа темно-серых почв. Кислотность обусловлена в основном присутствием обменного

водорода в ППК (0,26 ммоль(+)/100г). Вероятно, источниками обменного водорода в темно-серой почве (разрез 16) служат органические кислоты, в серой почве (разрез 12) глинистые минералы и органические кислоты. В горизонтах ВС и С данные свойства приближаются к среднестатистическим величинам.

Крайний представитель серой почвы (разрез 2.11), являющийся переходным к дерново-подзолистой почве, был описан в Лаишевском районе РТ на верхней

Рис.9. Профильное изменение содержания гумуса (1), обменных оснований (2) и рН водной вытяжки (3) в виртуальном образе темно-серой почвы (А) и его реальном представителе (Б)

ммотьпгаНООг

10 20 30

террасе р. Волги (N 55°42.919"; Е 49°10.497' абс. высота 85 м) (рис. 10-1). Почва серая типичная ненасыщенная мелкая глубокоосветленная сильно выщелоченная супесчаная на делювиальном суглинке подстилаемая аллювиальными отложениями, характеризуется низким содержанием гумуса (2,8%), крупнопылевато-песчаным легкосуглинистым ГС и низким содержанием обменных оснований (9,5 ммоль(экв)/100г). Реакция среды верхних горизонтов слабокислая (рНКа 5,3), нижних - очень сильнокислая (рНКа 3,6-3,7).

На рисунке 10 - 2А,ЗА изображены минимальные и средние значения содержания гумуса и обменных оснований в виртуальном образе. Рассматриваемые свойства в профиле серой почвы (разрез 2.11) соответствуют минимальным значениями эталона, что характеризует его как крайний представитель не только по морфологическому строению, а также и по свойствам (рис.10 - 2Б,ЗБ).

Крайний представитель темно-серой почвы (разрез 21) был описан на территории Гархановского лесхоза

Рис.10. Строение профиля серой почвы (1) и профильное изменение гумуса (2) и обменных

Тетюшского района РТ (Ы 54 40.918';

оснований (3) в виртуальном образе серой Е48 31.272', абс. высота 123 м) (рис. 11-1). почвы (А1 и реальном представителе (Б) Почва темно-серая типичная насыщенная

маломощная сильно выщелоченная тяжелосуглинистая на карбонатной глине. Характерной особенностью морфологического строения профиля является постепенный переход темно-серых тонов верхней части в желто-бурый тон нижней части профиля. Гумусовый горизонт (32 см) обладает хорошо выраженной мелкокомковато-зернистой структурой, иловато-крупнопылеватым ГС, высоким содержанием гумуса (9,8 %) и высокой емкостью катионного обмена (64,7 ммоль(экв)/100г). На глубине 20-36 см содержание гумуса резко падает до 3,6 %.

На рисунке 11 - 2А,ЗА показаны средние и максимальные значения содержания гумуса и кислотности в виртуальном образе. Рассматриваемые свойства в профиле темно-серой почвы (рис. 11 -2Б,ЗБ) близки к максимальным значениям статистического образа. Таким образом, морфологическое строение профиля находится во взаимосвязи с ГС и свойствами почв. Близкое строение профиля серой и

темно-серой почвы к статистическому Рис.1 ЬСтроение профиля темно-серой почвы (1) образу характеризуется свойствами, и профильное изменение гумуса (2) и обменных

гО 5 10 15%

20 20 20

40 40' Г 40

60 80' и

г. о § <Ю

ко 1001 [ 80

100 120' Т1 100

см

120 120 см

140

приближенными

среднестатистическим

эталонов.

величинам

оснований (3) в виртуальном образе темно-серых почв (А) и реальном представителе (Б)

На основании статистической обработки литературных и авторских данных серых и темно-серых почв Волжско-Камской лесостепи и их пахотных аналогов разработаны оптимизированные лимиты, предназначенные для научно-практических целей (таблица 5). Лимиты могут быть использованы при корректировке полевых материалов, систематизации и каталогизации сведений о почвенном покрове.

Таблица 5

Диапазоны отклонения от средних величин физико-химических свойств горизонтов профиля серых и темно-серых почв и их пахотных представителей.

Свойства Серые (п=58) Темно-серые (п=34) Агро-серые (п=169) Агротемно -серые (п=68)

Горизонт АУ* ли* РУ ри

Содержание физической глины, % Содержание илистой фракции, % рН водный Содержание гумуса, % Сумма обменных оснований, ммоль(экв)/100 г 20,3-46,9 4,3-25,3 4,9-6,8 2,20-7,58 6,7-35,0 47,1-66,2 24,5-37,4 5,8-7,4 6,17-11,7 30,1-55,1 21,3-49,8 5,2-24,1 4,1-6,9 I,10-4,20 II,2-41,7 39,2-68,4 20,4-39,9 4,6-6,5 3,54-7,00 30,0-44,2

Горизонт АЕЬ Аие - -

Содержание физической глины, % Содержание илистой фракции, % рНводный Содержание гумуса, % Сумма обменных оснований, ммоль(экв)/100 г 13,3-41,5 4,8-18,3 5,2-5,9 0,39-3,80 2,2-18,7 41,6-49,4 29,8-31,8 6.6-7,0 3.7-4,2 30,0-33,1 - -

Горизонт ВТ1

Содержание физической глины, % Содержание илистой фракции, % рНводный Содержание гумуса, % Сумма обменных оснований, ммоль(экв)/100 г 33,6-61,2 22,5-45,0 4,5-5,9 0,17-1,6 8,0-35,5 47.2-76,8 30.3-49,3 5,4-7,3 0,7-3,0 23,7-42,2 32,2-67,5 19,4-47,3 3,2-6,8 0,30-2,60 8,5-32,8 44,1-72,1 28,7-48,6 3,7-7,1 2,80-0,10 17,9-45,8

Примечание * - в верхних 20см

5. Трансформация серых и темно-серых почв аграрным производством

В процессе окультуривания пахотный горизонт приобретает свойства не характерные природному почвообразованию. Поэтому возникает необходимость в детальной их характеристике, накоплении, систематизации и анализе данных по изменению свойств во времени. Одним из путей мониторинга свойств пахотных почв является сравнение их с эталоном, который необходим для разработки земледельческих технологий поддержания плодородия почв, основанного на их естественных возможностях.

Для обоснования такого эталона обобщались данные 237 разрезов неэродированных пахотных аналогов серых лесных почв. Данные получены из фондовых материалов кадастрового центра «Земля» (бывшего Татарского филиала Волгогипрозема), литературных источников (Колоскова, 1968; Винокуров, 1962) и данных собственных исследований, систематизированные по классификации 1977 года.

На основании подтиповых границ содержания физической глины и ила естественных серых лесных почв предпринята попытка статистического описания их пахотных аналогов. ГК1 наиболее сильно коррелирует со значениями содержания гумуса, обменных оснований и физической глины и описывает 58%

общей дисперсии признаков. ГК2 коррелирует с рН солевой вытяжки и описывает 27% дисперсии. Представленное распределение пахотного горизонта в координатах двух ГК показывает, что механическое перемешивание маломощного гумусового горизонта и нижележащего гумусово-элювиального горизонта формирует более облегченную пахотную толщу, группирующуюся в отрицательной области ГК1. Агротемно-серые почвы, характеризуясь более мощным гумусовым горизонтом составляют более компактную группу в положительной области ГК1 (рис.12Б). Поэтому первоначальная систематизация не выявила четкой группировки свойств пахотного горизонта на оси ГК1 (рис. 12А).

4 -? 3

1.2 Г—

<ч 1 <ч

-1

-2

Рис.12. Проекция свойств пахотного горизонта на факторную плоскость ГК1 и 1'К2 в подтипах серых лесных почв: А - по систематизации кадастрового центра Земля, Б - по систематизации согласно виртуальному образу.

Также была проведена численная классификация пахотного горизонта серых лесных почв по классификации 1977 и 2004 гг. с использованием ДА. По классификации 1977 г. имеются две ДФ, но значима только первая ДФ (р = 0,00). Она ответственна за 99 % дисперсии и коррелирует с содержанием гумуса (р = 0,00) и суммой обменных оснований (р = 0,00).

Матрица классификации показывает, что наиболее правильно были классифицированы пахотные светло-серые лесные почвы (на 89%). Из 68 представителей пахотных серых лесных почв правильно были классифицированы только 39, что составило 57 % корректных наблюдений. Пахотные темно-серые почвы были правильно классифицированы на 69%. Учитывая большую погрешность определения подтипов согласно систематизации кадастрового центра (25%) ФК нами не были описаны.

Результат анализа ДФ согласно выделенным виртуальным образам серых и темно-серых почв показывает увеличение достоверных переменных, которые позволяют проводить дискриминацию между типами. Имеется одна значимая ДФ, которая коррелирует с содержанием гумуса (р=0,00), обменных оснований (р=0,00) и физической глины (/7=0,00), кумулятивная доля которых составляет 100%. Матрица классификации показывает, что агросерые почвы были правильно классифицированы на 97%, агротемно-серые на 99%. Необходимо отметить, что систематизация проводилась по количественным данным содержания физической глины. Однако на дискриминацию типов больше внес показатель содержания гумуса.

Рассчитанные ФК, по данным 237 пахотных горизонтов агросерых и агротемно-серых почв, имеют следующий вид:

•ЗЩЖ5' ..>-_•: ° ** * ** . *

-3 -2 -1

О 1 ГК1: 57.90% _ Пахотные светло-серые лесные о Пахотные серые лесные

I I ОУЛТОЕТО Тй\шл_л<тт1а ттдлттттп

-А: Г"1-- . к-? " -Ц.+ + »+ ■ " +

-4 -3 -2 -1 0 Т 2 ГК1: 57,90% - Агросерые + Агротемно-серые

3 4

Б6= 1,88у1 + 0,41у2 + 1,16уз - 31,26 = 4,08У1 + 0,67у2 + 1,34у3 - 54,55 5« - совокупность агросерых почв, £7 - совокупность агротемно-серых почв; у; - содержание гумуса в пахотном горизонте, У2 - сумма обменных оснований в пахотном горизонте, уз -содержание физической глины в пахотном горизонте.

Погрешность определения типовой принадлежности агросерых и агротемно-серых почв Волжско-Камской лесостепи по ФК составляет 3%.

Основные направления аграрной трансформации естественных почв. Выявление изменений свойств агросерых и агротемно-серых почв проводилось сравнительно-генетическим методом. Разрезы были заложены в однотипных литолого-геоморфологических условиях с их естественными аналогами.

Систематическое известкование серых и агросерых почв нейтрализовала избыточную кислотность и повысило содержание обменных оснований в субэлювиальном и текстурных горизонтах. Наибольшие изменения физических и физико-химических свойств наблюдаются в легко- и среднесуглинистых агросерых почвах. Уменьшение валового содержания фосфора, калия и азота не компенсируется систематическим применением минеральных удобрений. В тяжелосуглинистых и легкоглинистых несмытых агротемно-серых почвах физико-химические свойства изменяются слабее, что связано с их обогащенностъю мелкодисперсными частицами и большей буферной способностью к деградационным изменениям.

Выводы

1. Созданы виртуальные образы серых и темно-серых почв. Определены формализованные рамочные шаблоны для полевой идентификации этих почв и основные критерии диагностики типов серых и темно-серых почв по классификации 2004 г (подтипов серых лесных почв по классификации 1977г).

2. Выявлены статистически значимые различия в содержании физической глины и илистой фракции в гумусовом горизонте, которые для серых почв составляют 20-47% и 4-25%, для темно-серых почв - 47-66% и 25-37%, соответственно. Удаление органического вещества из образцов уменьшает содержание физической глины на 3-6%, не влияя на результаты определения классификационной принадлежности исследованных почв. Гранулометрический состав может служить критерием для диагностики типов серых и темно-серых почв.

3. Совокупность изученных морфологических и физико-химических свойств почв показала, что выбранные природные объекты соответствуют виртуальным образам серых и темно-серых почв, а их свойства совпадают со среднестатистическими величинами.

4. Условием для формирования серых и темно-серых почв в условиях Волжско-Камской лесостепи является мощность выщелоченной толщи суглинистых и легкоглинистых отложений около 80 см и выше. При ее меньшей мощности формируются темногумусовые, серогумусовые почвы и карболитоземы.

5. На базе стандартных приемов численной классификации были получены функции, позволяющие объективно установить таксономическое положение почвенных индивидуумов в рамках классификации 1977 и 2004 г:

а) ФК совокупности подтипов серых лесных почв по классификации 1977 г: = - 0,04x1 + 0,64x2 + 2,26хз + 1,00x4- 24,43

Бз = 0,30x1 + 0,75х2 + З,60х3 + 0,75x4- 37,80

53 = 0,35xi + 0,90X2 + 4,87x3 + 1,42x4- 69,81

где Si - совокупность светло-серых лесных почв, S2 - совокупность серых лесных почв, S3

- совокупность темно-серых лесных почв; xi - сумма обменных оснований в гумусовом горизонте, х2 - содержание физической глины в гумусовом горизонте, хз - содержание гумуса в гумусовом горизонте, Х4 - мощность гумусового горизонта.

б) ФК совокупности типов серых и темно-серых почв по классификации 2004 г:

54 = l,02xj + 1,69x2 + 0,49х3 - 22,51

S5= 1,68х, + 3,13x2+ 0,63х3-52,87

где S4 - совокупность серых почв, Ss - совокупность темно-серых почв; xi - мощность гумусового горизонта, хг - содержание гумуса в гумусовом горизонте, х3 - содержание физической глины в гумусовом горизонте.

в) ФК агросерых и агротемно-серых почв по классификации 2004 г:

S6= 1,88у,+0,41у2+ 1,16у3-31,26

S7 = 4,08у, + 0,67у2 + 1,3 4уз - 54,55, где

где S6 - совокупность агросерых почв, S7 - совокупность агротемно-серых почв; yi -содержание гумуса в пахотном горизонте, у2 - сумма обменных оснований пахотного горизонта, Уз - содержание физической глины в пахотном горизонте.

Список опубликованных работ

1. Валеева A.A., Александрова А.Б., Колосов Г.Ф. Серые лесные почвы Республики Татарстан // Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. - 2011. - Т. 153., кн.2. - С.238-249. (50% 0,30 п.л.).

2. Валеева A.A., Колосов Г.Ф. Влияние подготовки почв на интерпретацию данных гранулометрического состава почв // Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. - 2013. - Т.155, кн.2. - С.172-181 (90% 0,35 п.л.).

3. Валеева A.A., Александрова А.Б. Численная классификация агросерых и агротемно-серых почв Волжско-Камской лесостепи // Сборник научных трудов Sworld. Сельское хозяйство. - 20Щ. - Т.ЗЗ. - С.58-61 (70% 0,02 п.л.).

4. Александрова А.Б., Копосов Г.Ф., Валеева A.A. Один из подходов выявления эталонов пахотных почв // Материалы Международной научной конференции «Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России». - СПбю: Издательский дом С.-Петербургского государственного университета, 2011. - С.28-29 (30% 0,02 пл.).

5. Валеева A.A. Серые лесные почвы в системе ландшафтов Предуральской провинции лесостепи // Программа итоговой конференции Казанского (Приволжского) федерального университета за 2011 год. - Казань: Казан, ун-т, 2011.

- С. 132 (100% 0,01 п.л.).

6. Валеева A.A., Александрова А.Б., Копосов Г.Ф. К вопросу об изучении серых лесных почв Республики Татарстан // Материалы международной научной конференции посвященной 85-летию М.Г. Танзыбаева «Почвы Хакасии и их использование и охрана». - Абакан: ООО «Кооператив Журналист», 2012. - С.34-40 (50% 0,11 п.л.).

7. Валеева A.A., Александрова А.Б., Копосов Г.Ф., Матвеева Н.М. Один из подходов к агроэкологической оценке земель // Материалы докладов VI съезда общества почвоведов Всероссийской с международным участием научной конференции «Почвы России: современное состояние, перспективы изучения и использования». - Петрозаводск-Москва, 2012. - С.128-129 (50% 0,04 п.л.).

8. Валеева A.A., Александрова А.Б., Колосов Г.Ф., Матвеева Н.М. К вопросу о предупреждении физической деградации почв // Сборник статей VI Всероссийской научно-практической конференции «Аграрная наука в XXI веке: проблемы и перспективы. Часть I. - Саратов: Издательство «КУБиК», 2012. - С.240-241 (50% 0,04 п.л.).

9. Валеева A.A. Сопоставление типологического положения серых лесных почв в классификации 1977 и 2004 гт. // Программа итоговой конференции Казанского (Приволжского) федерального университета за 2012 год. Образование и наука. - Казань: Казан, ун-т, 2012. - С. 117 (100% 0,01 п.л.).

10. Валеева A.A., Александрова А.Б., Копосов Г.Ф., Матвеева Н.М. Идентификация ранних стадий разрушения физической основы почв // Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Почвоведение в России: вызовы современности, основные направления развития». -Москва, 2012. - С.281-284 (50% 0,04 п.л.).

11. Валеева A.A., Александрова А.Б., Копосов Г.Ф., Матвеева Н.М. Изменение некоторых физических свойств серых почв Предкамья и Предволжья Республики Татарстан // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Повышение конкурентоспособности АПК в условиях инновационного развития». Вып.7. - Казань: Редакционно-издательский центр, 2012. - С.319-322 (60% 0,07 п.л.).

12. Валеева A.A., Александрова А.Б., Копосов Г.Ф. Численная классификация серых лесных почв Волжско-Камской лесостепи // Материалы Всероссийской научной конференции II Ковалевские молодежные чтения «Почва как базовый компонент наземных экосистем». - Новосибирск: изд-во «Окраина», 2013. - С. 5657 (60% 0,04 п.л.).

13. Валеева A.A., Копосов Г.Ф., Александрова А.Б., Файзрахманова Э.Р. Гумусовый профиль серых и агросерых почв лесостепи // Материалы Международной научной конференции «Наследие И.В. Тюрина в современных исследованиях в почвоведении» - Казань: изд-во «Отечество», 2013. - С. 39-41 (50% 0,06 п.л.).

14. Копосов Г.Ф., Валеева A.A., Александрова А.Б. Серые и темно-серые почвы Волжско-Камской лесостепи // Материалы Международной научной конференции «Наследие И.В. Тюрина в современных исследованиях в почвоведении» - Казань: изд-во «Отечество», 2013. С.85-91 (50% 0,14 п.л.).

Подписано в печать 10.07.2014. Бумага офсетная. Печать цифровая. Формат 60x84 1/16. Гарнитура «Times New Roman». Тираж 100 экз. Заказ 36/7.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства Казанского университета

420008, г. Казань, ул. Профессора Нужина, 1/37 тел. (843) 233-73-59, 233-73-28

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Валеева, Альбина Альбертовна, Казань

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет"

04201460701 Ш ПраВаХ РУК°ПИСИ

ВАЛЕЕВА Альбина Альбертовна

СЕРЫЕ ЛЕСНЫЕ ПОЧВЫ ВОЛЖСКО-КАМСКОИ ЛЕСОСТЕПИ: КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ПОДХОД К КЛАССИФИКАЦИИ

03.02.13 - почвоведение

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Г.Ф. Колосов

Казань - 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................4

1. Серые лесные почвы как природный объект, в процессе изучения которого развивалась теория лесного и степного почвообразования (научно-исторический очерк)...........................................................................9

1.1. Зарождение представлений о серых лесных почвах..............................9

1.2. История исследований серых лесных почв в 30-40х годах 19 века.........11

1.3. Исследование серых лесных почв в период восстановления страны после войны 1941-1945 г.....................................................................13

1.4. Современное направление исследования серых лесных почв................14

2. Геолого-геоморфологическая характеристика Волжско-Камской лесостепи............................................................................................................16

2.1. Географическое положение.............................................................16

2.2. Геолого-геоморфологическое строение...........................................16

2.3. Почвообразующие отложения.......................................................20

2.4. Климат....................................................................................25

2.5. Растительный покров..................................................................28

2.5.1. Типичные экотопы, в составе которых формируются серые лесные

почвы................................................................................30

2.6. Зональные почвообразующие процессы...........................................32

3. Общие сведения о почвенном покрове, его структуре.................................39

4. Обоснование образов таксонов серых лесных почв.....................................41

4.1. Обоснование виртуальных образов основных таксонов.........................43

4.1.1. Некоторые исходные положения статистических расчетов.................43

4.2. Морфологическая характеристика профиля......................................46

4.3. Распределение фракций гранулометрического состава........................49

4.4. Влияние органического вещества на интерпретацию данных гранулометрического анализа почв..................................................55

4.5. Вариабельность физико-химических свойств...................................62

4.6. Использование численных методов классификации для идентификации таксонов серых лесных почв..........................................................68

5. Размещение реальных представителей виртуальных образов таксонов в системе

географических ландшафтов (на примере Янтыковского леса)............................................................................................76

5.1.Профиль, секущий Янтыковский лес................................................76

5.2. Реальные представители центра виртуальных таксонов.......................83

5.3. Переходные представители..........................................................88

5.4. Лимиты облика, состава и свойств таксонов.....................................92

6. Роль естественных серых лесных почв в формировании экологической

обстановки лесостепной зоны...........................................................94

7. Трансформация серых и темно-серых почв аграрным производством.............98

7.1. Обоснование типовых таксонов пахотных почв на основании данных их массового обследования...............................................................99

7.2. Основные направления агараной трансформации естественных почв...........................................................................................................103

ВЫВОДЫ........................................................................................106

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................................108

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................127

ВВЕДЕНИЕ

Почва является основной средой обитания большинства организмов и входит в биогеоценозы как неотъемлемый их компонент. В.И. Вернадский (1994) назвал почву с населяющей ее фауной «единой живой пленкой суши». Почвенная оболочка - это планетарный узел экологических связей, объединяющий в единое целое все приповерхностные геосферы Земли, которые контактируют и активно взаимодействуют между собой через почву (Никитин, 2010).

Почвенный покров нашей планеты в настоящее время так изменен, что естественные процессы почвообразования и эволюции почв можно наблюдать лишь в тундре, лесах и ряде пустынь. Учитывая, что тундровые и пустынные почвы формируются в экстремальных климатических условиях и располагаются обычно на труднодоступных территориях, можно принять, что именно лесные почвы - то естественное множество почв, которое обеспечивает оптимальные возможности изучения их генезиса и эволюции, а также в полном объеме их экологические функции (Карпачевский, 2003; Добровольский, 1993, 2000). Сохранившиеся естественные почвы являются «природным банком», используя которые возможно в будущем наиболее эффективно вести научные поиски путей восстановления антропогенно изменённых ландшафтов (Климентьев, 2003).

В настоящее время Республика Татарстан (РТ), входящая в зону Волжско-Камской лесостепи, является одной из самых аграрно-освоенных территориально-административных единиц Поволжья. Распаханность сельхозугодий по республике составляет в среднем 77%. В антропогенно-преобразованных ландшафтах РТ серые лесные почвы занимают 37% территории, что составляет 43% от общей площади пашни (Госдоклад, 2011).

Изучение естественных представителей серых лесных почв приобретает в связи с этим актуальность в двух аспектах. Во-первых, эти почвы являются отражением существующей естественной зональной среды лесостепи, т.е. современного процесса лесостепного почвообразования. Во-вторых, в связи с высокой аграрной освоенностью актуальным становятся инвентаризация,

создание объективных образцов - виртуальных образцов серых лесных почв, выбор контрольных объектов, репрезентативно их представляющих.

Цели и задачи исследований. Цель работы - систематизация накопленных данных о свойствах серых лесных почв Волжско-Камской лесостепи с описанием таксономических единиц в виде виртуальных образов и обоснование на базе этих образов количественных критериев обособления таксонов.

Задачи исследования входило:

4. Использование численных методов для подтверждения предлагаемых критериев разделения естественных и антропогенно преобразованных серых и темно-серых почв типового уровня в соответствии с классификационной схемой 2004 года и подтипового уровня по классификации 1977 года.

Научная новизна. На базе собственных исследований, обобщения фондовых и литературных данных предложены объективные критерии диагностики серых и темно-серых почв Волжско-Камской лесостепи. Показано, что в пределах диапазона, задаваемого широтной климатической средой, ведущую роль в дифференциации почв играют литологические особенности почвообразующих пород, главным образом их гранулометрический состав и положении почв в рельефе.

Показано, что удаление органического вещества из подготовленных к анализу образцов почв уменьшает содержание физической глины на 3 - 6%. Подготовка образца почв для гранулометрического анализа с использованием стандартной методики, применительно к серым лесным почвам Волжско-Камской лесостепи, не приводит к полному разрушению микроагрегатов размером 0,0050,001 мм. После удаления органического вещества и карбонатов микроагрегаты распадаются, а продукты их распада пополняют илистую компоненту.

Научному руководителю принадлежит разработка концепции решаемой проблемы и постановка задач исследования.

Защищаемые положения.

2011); на Международной научной конференции посвященной 85-летию М.Г. Танзыбаева «Почвы Хакасии, их использование и охрана» (Абакан, 2012); на Всероссийской с международным участием научной конференции «Почвы России: современное состояние, перспективы изучения и использования» (Петрозаводск - Москва, 2012); на VI Всероссийской научно-практической конференции «Аграрная наука в XXI веке: проблемы и перспективы» (Саратов,2012); на итоговых конференциях К(П)ФУ (Казань, 2011, 2012); на Всероссийской научно-практической конференции «Повышение конкурентоспособности АПК в условиях инновационного развития» (Казань,

2012), на Всероссийской научной конференции «Почва как базовый компонент наземных экосистем» (Новосибирск, 2013); на Международной научной конференции «Наследие И.В. Тюрина в современных исследованиях в почвоведении» (Казань, 2013).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 14 работ из них 2 в реферируемых журналах.

архивных данных пахотных серых лесных почв кадастрового центра «Земля», постоянную поддержку и помощь в написании работы. Н.М. Матвеевой за помощь в проведении полевых исследований, советы и рекомендации. Автор благодарит сотрудников кафедры почвоведения К(П)ФУ к.б.н. Б.Р. Григорьяна, д.б.н. профессора A.A. Шинкарева, к.б.н. К.Г. Гиниятуллина, к.б.н. Е.В. Смирнову за внимание, советы и замечания.

1. Серые лесные почвы как природный объект, в процессе изучения которого

развивалась теория лесного и степного почвообразования (научно-

исторический очерк)

Проблема генезиса серых лесных почв является одной из наиболее дискуссионных. Пристальное внимание почвоведов к этой проблеме, как отмечает Б.П. Ахтырцев (1979, 1992), объясняется сложностью генезиса и переходным положением серых лесных почв между черноземами и подзолистыми почвами, их значительной зональной и фациальной изменчивостью, а также ее тесной связью с еще более дискуссионной проблемой взаимоотношения леса и степи.

Северные представители этих почв формировались под воздействием экологических факторов почвообразования, близких тем, которые способствовали образованию дерново-подзолистых почв, а южные представители - черноземов. Поэтому почвы лесостепи часто сочетают довольно многие процессы как подзолистого, так и дернового процесса почвообразования.

1.1. Зарождение представлений о серых лесных почвах

Серые лесные почвы как элемент почвенного покрова Русской равнины впервые выделил В.В. Докучаев. При исследовании черноземной полосы, а затем почв Нижегородской губернии им был установлен особый тип серых лесных почв, занимающий промежуточное положение между черноземами и подзолистыми почвами.

В.В. Докучаев полагал, что серые лесные почвы представляют собой самостоятельный почвенный тип, который формируется в результате своеобразного процесса почвообразования под пологом широколиственных лесов в климатических условиях лесостепной зоны. Однако он не располагал достаточными научными данными для раскрытия специфики почвообразования под дубравами и не проводил глубоких исследований этих почв. Поэтому его идея на первых порах не получила широкой поддержки.

Таким образом, В.В.Докучаев впервые установил самостоятельность типа серых лесных почв, развивающихся в переходных от лесной к степной зоне.

Однако это положение не было в достаточной степени оценено всеми современниками (Рубилин, 1970).

Возникновение и развитие почвоведения в конце XIX века оказало большое воздействие на становление геоботаники. В геоботанической науке оформилось представление о решающем воздействии на почвы саморазвивающихся растительных ассоциаций. С.И. Коржинский считал, что лес может теснить степь (Иванов, 2003). С.И. Коржинский отстаивал представление о вторичном образовании серых лесных почв из черноземов в результате их изменения под влиянием поселения леса по схеме: оподзоленные черноземы —► темно-серые—» серые —> светло-серые почвы.

Несмотря на полное отсутствие в работах С.И. Коржинского каких-либо достоверных данных, подтверждающих эти представления, и резкую критику их со стороны В.В. Докучаева она была безоговорочно принята многими почвоведами, геоботаниками и географами. Ее полностью или частично поддерживали и развивали Г.И. Танфильев, Р.В. Ризположенский, П.А. Костычев, Н.М. Сибирцев, А.И. Набоких, H.A. Богословский, Г.Н. Высоцкий, Н.И. Прохоров, И.К. Фрейберг, М.Е. Ткаченко, П.С. Коссович, С.П. Яковлев, К.Д. Глинка, H.H. Степанов и др. (Ахтырцев, 1979). Чрезмерное увеличение идеями С.И. Коржинского несколько свернуло изучение серых лесных почв с правильного пути, намеченного в трудах В.В. Докучаева и Н.М. Сибирцева (Рубилин, 1970).

В противоположность гипотезе С.И. Коржинского В.И. Талиев и П.Н. Крылов выдвинули гипотезу об образовании серых лесных почв в результате проградации (обратного наступления степей на лесные сообщества), произошедшей из-за изменения биоклиматических условий.

Р.В. Ризположенский, критикуя докучаевское определение почвы, утверждал, что в нем нет самого основного, существенного признака почвы -созидающей роли организмов, а непосредственные участники почвообразования (породы, организмы) смешиваются с внешними условиями почвообразовательного процесса.

В отличие от В.В.Докучаева Р.В. Ризположенский полагал, что есть только два настоящих прямых фактора почвообразования: организмы и породы. Представление Р.В. Ризположенского о почвообразовании как взаимодействии организмов и пород были положительно восприняты В.В. Докучаевым, Н.М. Сибирцевым, А.Н. Сабаниным, Г.Н. Высоцким, P.C. Ильиным и другими (Иванов, 2003).

1.2. История исследований серых лесных почв в 30-40-х годах XIX века

В развитии теоретических представлений о лесостепном почвообразовании большое значение сыграл Международный съезд почвоведов, который состоялся в 20-е годы прошлого столетия и который по желанию международного сообщества специалистов-почвоведов организовывался в нашей стране. Делегаты практически со всех континентов имели возможность познакомиться с достижениями отечественной почвенной науки и со всеми зональными типами почв нашего государства, что способствовало популяризации идей, изложенных В.В. Докучаевым и его последователями, в зарубежных государствах.

Однако в тридцатые (предвоенные) и сороковые (послевоенные) годы изоляция государственной общины и отечествен

Информация о работе

Валеева, Альбина Альбертовна
кандидата биологических наук
Казань, 2014
ВАК 03.02.13

Диссертация

Серые лесные почвы Волжско-Камской лесостепи - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему Серые лесные почвы Волжско-Камской лесостепи ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Серые лесные почвы Волжско-Камской лесостепи"

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Валеева, Альбина Альбертовна, Казань

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Серые лесные почвы Волжско-Камской лесостепи
ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение