Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Состав жидкой фазы почвы в экосистемах различных типов

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Состав жидкой фазы почвы в экосистемах различных типов"

ВНИИ ОХРАНЫ ПРИРОДЫ И ЗАПОВЕДНОГО ДЕЛА МЭ РФ

На правах рукописи

ПРИСЯЖНАЯ Алла Александровна

СОСТАВ ЩДКОИ ФАЗЫ ПОЧВЫ В ЭКОСИСТЕМАХ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

03.00.1 В - экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1992

Работа выполнена в Институте почвоведения и фотосинтеза РАН

Научный руководитель: к.б.н. В.В.Снакин

Официальные ошоненты: д.б.н. А.Н.Тюрюканов

к.г.н. А.Ф.Гуров

Ведущая организация: Московская сельскохозяйственная

академия им.К.А.Тимирязева

Защита состоится ¡¿¿" ^ек^^ил. 1992г. на заседании Специализированного совета К 164.0101 по присуждению ученой степени кандидата биологических наук в ВНИИ охраны природы и заповедного дела МЭ РФ (113628, г. Москва, М-628, Знаменское-Садки).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИ охраны природы и заповедного дела МЭ РФ.

Автореферат разослан "/%" колб/гл. 1992г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат биологических наук

; /Переладова О-В.

екА

Актуальность исследования. В условиях возросшего антропогенного воздействия особый интерес приобретают исследования современных биогеоценотических процессов. С зтих позиций жидкая фаза почв, являясь структурным элементом биогеоценоза и активно взаимодействуя со всеми его компонентами, представляет собой индикатор напряженности этих процессов.- В силу особенностей своих свойств она чутко реагирует на изменения экологических факторов и может служить показателем изменения окружащей среда. С накоплением материалов по составу жидкой фазц почвы возникла необходимость в систематизации имеются данных с целью получения новой информации о функционированию! экосистем на основа использования математических приегюв анализа.

Цэль и задачи исследования. Цэлыо настоящей работы являлось сравнительное изучение особенностей формирования состава жидкой фазы почв в различных экосистемах. Для достижения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:

- создание базы данных по составу жидкой фазы почв,- анализ влияния различных рколоигческих факторов на физико-

химические параметры жидкой фазы почв;

- определение степени влияния различных факторов на состав жидкой фазы почв;

- исследование степени и направления антропогенного изменения жидкой фазы почв различных типов;

- исследование возможности использования данных по составу жидкой фазы почв для классификации различных типов акосистем.

В работе уделено внимание решению вопросов методического характера с целью дальнейшей разработки методики непосредственного определения состава жидкой фазы почвы в полевых условиях.

Научная новизна. Впервые на основе прямых ионометрических измерений ш з11;и получены наиболее характерные диапазоны значений исследуемых параметров жидкой фазы почв (ЕЪ, рН, активности ионов Саг+, к+, N0") для различных типов акосистем. Проанализированы особенности состава жидкой фазы почв агроценозов в сравнениии с естественными биогеоценозами. Получены количественные оценки антропогенного изменения различных типов почв по комплексу физико-химических характеристик жидкой фазы. Результаты работы позволили выявить и оценить степень влияния различных экологических факторов на состав жидкой фазы почв.

Научно-методическое и практическое значение. Результаты

проведенного исследования позволяют представить современную почвенно-зкологическую обстановку функционирования различных

экосистем. Создана база данных по составу жидкой фазы почв, которая может быть использована для количественного наполнения математических моделей, без построения которых невозможно познание закономерностей функционирования экосистем и прогнозирования их изменений под воздействием человека.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены: на VI Делегатском съезде Всесоюзного общества почвоведов (Тбилиси,1981), на Всесоюзном совещании "Анализ-90" (Ижевск,1990), на региональном совещании "Методы и приборы для экологического исследования" (Иркутск,1990), на

научно-координационнм совещании "Экологическое нормирование: проблемы и методы" (Москва,1992), на Международной конференции "Физическая химия и массообменные процессы в почвах" (Пущино,1992), на заседании Отдела почвоведения ИШС РАН. Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ. Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и практических предложений, изложенных на 145 страницах, иллюстрирована 36 таблицами, 7 рисунками, а также содержит приложений. Список использованной литературы включает 147 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ГЛАВА I. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЖИДКОЙ ФАЗЫ ПОЧВЫ Содержится краткий обзор литературы по экологической роли жидкой фазы почвы. Показано, что изучение этой важнейшей категории природам вод идет различными путями в самых разных отраслях знаний: экологии, почвоведении, агрохимии, физиологии растений, физической химии и т.д.

Рассмотрено два принципиально различные направления исследования состава жидкой фазы почв: а) выделение части жидкой фазы из почвы в виде почвенных растворов и б) определение ее состава непосредственно в почве с помощью электрометрических методов. Показано, что именно второй подход к анализу жидкой фазы почвы в наибольшей степени отвечает задачам биогеоценологии и экологии и позволяет получать реальные данные о почве в неразрывной связи с другими компонентами биогеоценоза.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Исследования проводились в 1982-1991гг. на территориях заповедников: Центрально-лесного Тверской области, Приокско-Террасного Московской области. Центрально-черноземного Курской области, "Хомутовская степь" Донецкой области, "Аскания

Нова" Херсонской области, Кавказского, "Тульские засеки", Заокскоого лесничества Московской области и на прилегающих к заповедным территориям пахотных угодьях, а также на Опытной полевой станции ИПФС и Долгопрудной агрохимической станции. Объектами исследования были естественные (лесные и травянистые) экосистемы и агроценозы. Даны названия растительных ассоциаций, краткая характеристика почв, описаны природные условия районов исследования.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТАВА ЖИДКОИ

ФАЗЫ ПОЧВ

Рассмотрены основные проОлег.м, возникающие при измерениях состава жидкой фазы непосредственно в почве in situ: активность и концентрация, термодинамическая неопределенность величины окислительно-восстановительного потенциала почвы, неполный контакт электрода с почвой, влияние влажности почвы на измерения, влияние температуры почвы на ионометрические измерения, "суспензионный эффект", приборная погрешность, исследование свежеотобранных образцов. Показано, что проблема "суспензионного эффекта" остается самым спорным вопросом ионометрии при исследованиях в коллоидных системах. Установлено, что методическая погрешность ионометрии при анализе почвенных, систем обусловлена потенциалом жидкостного соединения, величина которого в исследованиях не превышала 0,15 рХ для одновалентных и 0,3 рХ для двухвалентных ионов.

Основные положения методики измерения состава жидкой фазы почвы подробно опубликованы нами в работе "Методика потенциометрического определения активности ионов в жидкой фазе и окислительно-восстановительного потенциала почвы in situ" /Пущино,1991/.

В лабораторных условиях определяли состав обменных оснований, гидролитическую кислотность, углерод, гигроскопическую влажность, состав почвенных растворов, вытесненных этанолом.

Разработана структура базы данных "Деметра", которая включает в себя результаты анализа жидкой фазы почв, почвонных растворов, вытесненных этанолом, некоторые характеристики почвы (тип и подтип почвы, полевые температура и влажность, горизонт ючвенного профиля, мехсостав, содержание гумуса, 00о почвенного зоздуха, обменные основания, гидролитическая кислотность, емкость сатионяого обмена), данные о. типе экосистемы, названии гастительной ассоциации, периоде вегетации, продуктивности

экосистемы, месте и дате исследования. Основной массив банка (свыше 600 записей) составляют данные, полученные группой современных почвенных процессов ИПФС РАН при непосредственном участии автора.

Математическая обработка результатов проведена с помощыэ пакета статистических программ "Statgгaphioз". Использованы: корреляционный анализ, регрессионный анализ (в том числе множественная регрессия), многофакторный дисперсионный анализ, дискриминантный анализ.

ГЛАВА 4. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТАВА ЖИДКОИ ФАЗЫ ПОЧВ РАЗЛИЧНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Приводятся диапазоны максимальных и минимальных, а также наииболее характерных (встречаемость 80&) значений окислительно-восстановительного потенциала (ЕЬ),рН, активностей ионов Са2| к+ и N0" в жидкой фазе почвы всех исследованных экосистем(табл.I).

По значениям величины Ей сообщества можно расположить в ряд: хвойные леса > щироколиственные леса > степи > луговые степи > луга ^ агроценозы; а также типы почв в ряд : подзолистая > каштановая > бурая лесная > серая лесная & чернозем > горно-луговая > аллювиальные.

По значениям величины рН сообщества располагаются в ряд: степи & агроценозы > луговые степи > луга г: широколиствонные леса > хвойные леса; различные типы почв естественных сообществ в ряд: чернозем > серая лесная = каштановая = аллювиальные > горно-луговая > бурая лесная > подзолистая.

По величине активности ионов кальция в жидкой фазе почв экосистемы можно расположить в ряд: степи > агроценозы > луга > широколиственные леса > луговые степи >хвойные леса; и различные типы почв естественных сообществ: чернозем > серая лесная > каштановая = бурая лесная ^ горно-луговая = аллювиальные ^ подзолистая.

По величине активности ионов калия в жидкой фазе почв можно выстроить ряд сообществ: луга > степи > агроценозы > луговые степи & широколиственные леса ^ хвойные леса; а также ряд типов почв: бурая лесная > горно-луговая > каштановая > чернозем > серая лесная > аллювиальные > подзолистая.

Активность нитратных ионов в жидкой фазе почв травянистых сообществ больше, чем лесных. Самые высокие значения активности нитратных ионов в жидкой фазе почв естественных сообществ наблюдали в бурой лесной почве, самые низкие значения - в

Таблица I. .Состав хсидкой фазы почв в различных экосистемах (числитель - диапазон наиболее характерных - встречаемость 80;?--значений, знаменатель - минимальные и максимальные значения)

Экосистемы № ,мВ рН Са2+ К+

мг-экв/л

Естественные сообщества:

лесше экосис- 500- -800 4 ,5-6 ,5 0,03-10 0,01-1,1 0,01-0,8

темы в целом 257- -884 3 ,7-6 ,8 0,03-41,7 0,005-10,3 0,008-26,7

хвойные 600- -800 4 ,0-5 ,5 0,03-2 0,005-1,1 0,01-0,6

257- -884 3 ,7-6 ,1 0,03-10,0 0,005-10,3 0,01-26,7

широко- 500- -700 5 ,0-6 ,2 0,3-15 0,01-1,2 0,01-0,9

лиственные 328- -732 4 ,4-6 ,8 0,29-30,6 0,01-4,42 0,01-3,3

травянистые 510- -620 5 ,2-7 о Г" 0,1-25 0,1-4 0,02-3

экосистема в целом 426- -743 4 ,5-7 ,э 0,12-64,0 0,1-11,9 0,02-23,1

луговые 540- -640 5 ,0-6 ,0 0,2-25 0.01-4 0,02-4

сообщества 426- -686 4 ,5-7 ,7 0,15-64,0 0,01-11,9 0,02-23,1

лугово-степные сообщества 575- 625 5 ,8-7 ,0 1,9-10 0.С6-1,8 0,2-1

574- -620 5 ,7-7 .1 1,9-10,8 0,06-3,3 0,19-1,86

степные 510- -700 5 ,7-7 .2 0,1-38 0,02-3 0,2-3

сообщества 478- -743 5 ,4-7 ,9 0,12-54 0,02-7,9 0,13-10,1

440 -640 5 ,6-7 ,6 0,4-20 0,01-2 0,2-10

Агроценозы 360- -740 5 ,0-8 ,2 0,38-74,0 0,008-25,1 0,21-66,3

Среднее по всем 500- -700 5 ,0-7 ,0 0,03-20 0,03-3 0,01-10

экосистемам 257- -884 3 ,7-8 О 0,03-74 0,005-25,1 0,008-66,3

подзолистой.

Различные экосистемы обладают достаточно характерным составом жидкой фазы почвы, о чем свидетельствуют результаты дискриминантного анализа. Определены показатели эффективности классификации состава жидкой фазы почв различных экосистем по комплексу физико-химических параметров. В наибольшей степени сгруппированы данные лесных экосистем (86%). Травянистые

лесная

Исходные группы

-+-

Подзолистая Серая Чернозем Каш тюкая лесная

Исходные группы

Рис. I. Результаты классификации различных типов почв естественных сообществ (а) и агроценозов (б) по комплексу физико-химических характеристик жидкой фазы

экосистемы по составу жидкой фазы почвы имеют сходство с агродепозами (1956 значений попадает в эту группу) и лесными экосистемами (14% значений попадает в эту группу, причиной чему можвт быть включение в группу травянистых сообществ лесных полян). Агроценозы имеют большую степень сходства с травянистыми сообществами (35% значений попадает в эту группу) и в меньшей мере с лесными(10%).

Результаты классификации естественных сообществ показали наиболее четкую сгруппированность (100%) физико-химических параметров жидкой фазы почв хвойных лесов.

Классифицируя данные по типам почв мы отметили, что жидкая фаза различных типов почв естественных сообществ по комплексу физико-химических характеристик достаточно сильно отличается. Почвы агроценозов более схожи между собой: группировка данных менее отчетлива(рис.I). По-видимому, антропогенное влияние перекрывает влияние природных факторов, нивелируя даже зональные различия почв.

Сравнивая пахотные и целинные почвы (рис.2 и табл.2), можно отметить, что в результате окультуривания в наибольшей степени изменились свойства подзолистых почв (уменьшение величины ЕЙ в среднем на I ЮмВ.подщелачивашго на 1,4 единицу рн, значительное увеличение активностей ионов кальция и нитратов), в наименьшей -

Еп, кЗ

650-

600-

550-

I I I 1 I

5,0 6,0 7,0 рН

Рис.2. Степень и направление антропогенного изменения почв различных типов по окислительно-восстановительным и ¡сислотно-щв-лочным свойствам: I - подзолистые, 2 - серые лесные, 3 -черноземы, 4 - каштановые почвы

Таблица 2. Диапазоны наиболее характерных (встречаемость 8'М) значений физико-химических параметров жидкой фазы почв. различных типов (числитель-целинные, знаменатель-пахотные)

Тип Са К+ ио3

почвы Иг рН мт-экв/л

Подзолистая 600-800 4,3-6,2 0,03-4 0,005-1 0,02-0,6

470-670 5,3-6,8 0,4-16 0,01-2 0,4-15

Серая лесная 540-650 5,7-6,8 0,3-35 0,01-1,4 0,2-2,2

550-620 5,7-6,9 I,2-30 0,02-0,25 0,3-25

Чернозем 520-620 6-7,2 I,2-35 0,02-3 1,3-2

500-640 5,7-7,4 I,8-35 0,02-2 0,2-3

Каштановая 560-740 5,8-6,7 0,2-11 0,02-3 0,2-3

540-680 6,2-7,7 3-8 0,1-0,5 0,3-25

черноземов. Отмечено значительное увеличение активности нитратных ионов во всех типах почв.

Чтобы оценить степень антропогенного изменения почв различных типов по комплексу физико-химических характеристик жидкой фазы мы провели дискриминантный анализ четырех типов почв (пахотных и целинных). После нахождения даскриминантных. функций были определены центроиды групп, затем рассчитаны расстояние между центроидами групп агроценозов и естетвешшх биогеоценозов одного типа почв (так называемое Евклидово расстояние)-. Результаты этого анализа (табл. 3) показывают, что в наибольшей мэре

Таблица 3. Степень антропогенного изменения состава жидкой фазы различных типов почв

Типы почвы Степень изменения

(Евклидово расстояние)

Черноземы 0,25

Каштановые 1.8

Серые лесные 2,1

Подзолистые 2,9

антропогэнному вшяшт подвержены подзолистый почвы, степень изменения черноземов - минимальна. Эти результаты могут бить также использованы дая оценки устойчивости почв к антропогенному влиянии. На этой основе возможно выстроить следующий ряд устойчивости почв:

черноземы » каштановые > серые лесные > подзолистые.

ГЛАВА 5. ВЗАИМОСВЯЗЬ ХАРАКТЕРИСТИК СОСТАВА ЖИДКОЙ ФАЗЫ ПОЧВ В РАЗНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

По результатам корреляционного анализа обнаружена средняя достоверная зависимость между парами величин ЕЬ-рН, рН-рСа? рСа-рК ; между ЕН-рСа, рН-рШ^, рСа-рЛО^, рК-рГГО^ - слабая достоверная зависимость, между Е1г-рК, рн-рК, ЕИ-рШ^ корреляционная связь нз обнаружена.

Оценку влияния, исследуемых параметров жидкой фазы на анализируемую величину проводили по результатам множественной регрессии по соответствующим коэффициентам детерминации(г,Я) .

Во всех исследуемых экосистемах существенное влияние на величину окислительно-восстановительного потенциала оказывает величина рН почвы, причем это влияние гораздо больше проявляется в агроценозах, чем в естественных сообществах. Провэдэнный регрессионный анализ связи Еп-рН для различных почв естественных сообществ и агроцонозов показал практически во всех случаях существенную отрицательную корреляцию между величинами Иг и рН. Коэффициент А в уравнении регрзссии (ЕН=А+ВрН) изменяется от 650 мВ (луговые сообщества) до 1039 (хвойные леса). Коэффициент В, соответственно, от -14 до -73. В пахотных почвах отмечена более устойчивая отрицательная связь между величинами ел и рН: коэффициенты В изменяются в небольших пределах.

Обнаружено достоверное влияние исследуемых параметров на величиныу рН в целом по всем экосистемам. Однако, в различных экосистемах это влияние проявляется по-разному. В хвойных лесах обнаружено достоверноое влияние: ЕЬ(г=47%). рСа(г=11Я) и рЫО^(г=13%), в луговых сообществах: рСа(г=19Я), рК(г=15%), рМО-^гИО;?), в стешшх: ЕЬ(г=14%) и рК(г=Зб%). В агроценозах преобладает влияние величины во всех почвах, кроме

каштановых. В серых лесных и каштановых пахотных почвах обнаружено достаточно большое влияние величины рСа, возможно

♦

Здесь и далее под величинами рН.рСа.рК.рЫО^ имеется ввиду значения отрицательных логарифмов активности соответствуицих ионов.

из-за дифицита кальция в этих почвах.

На активность ионов кальция в жидкой фазз почв достоверно влияние величин рН(г=Ш), рК(г=ЮЖ) и Еп(г=4%) (по всей базе данных). В подзолистых целинных почвах обнаружено существенное влияние рК(г=48%),а в пахотных - рК(г-19Я) и рио.,(г=18%) (взаимосвязь параметров рСа-рК-рЮ^ обусловлена внесением удобрений, собенно это проявляется в подзолистых почвах,что свидетельствует о большей подверженности этих почв антропогенному влиянию). В серых лесных целинных почвах обнаружено влияние величины К1(г=60%), а в пахотных - рН(г=44%). В пахотных черноземах существено влияние рК(г=2б%).

На активность ионов калия в жидкой фазе почв в целом по всем исследуемым объектам обнаружена достоверное влияние величин рСа(г=11%) и рЖ)3(г=13%), причем в естественных сообществах влияние рШ^ значительно больше(г=30%), вероятно, вследствие невысокой активности нитратных ионов в этих почвах. В лесных хвойных экосистемах значительно влияние

окислительно-восстановительного потенциала(г=32Я). В луговых сообществах преобладает влияние рСа(г=27%) и рЫ03(г=9%), в степных - рН(г=38Я) и Ш(г=10%).

На активность нитратных ионов в жидкой фазе почв достоверно влияют величины рН(г=12&) и рК(г=13%): в естественных сообществах влияние рК больше. В хвойных экосистемах обнаружено существенное влияние величины Е1(г=34%) и рН г(21%) (что, по-видимому, связано с жизнедеятельностью микроорганизмов) . В широколиственных лесах отмечено также влияние величины КЬ(г=32%). В травянистых сообществах наиболее существенно влияние величины рК(г=16%).

Необходимо отметить, что каждый из исследуемых параметров достаточно тесно связан с другими параметрами жидкой фазы почв, о чем свидетельствуют высокие множественные коэффициенты корреляции. В почвах агроценозов величина этого коэффициента почти всегда больше.

ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ НЕКОТОРЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СОСТАВ

ЖИДКОЙ ФАЗЫ ПОЧВЫ

Влияние таких свойств почв, как температура, влажность, содержание гумуса, представляет существенный интерес для анализа функционирования биогеоценоза. Окончательный итог воздействия этих параметров трудно предугадать, поскольку их прямое воздействие на состав жидкой фазы почвы сопровождается не менее значительным косвенным, часто противоположным, влиянием через - другие

Таблица 4. Парные коэффициенты корреляции между физико-хими-чвскими характеристиками жидкой фазы и некоторыми свойствами почв всех исследуемых экосистем

Температура Полевая . Гумус С02 почвенного

Параметры почвы,t* С влажность почвы,;? воздуха, %

почвы,

Eh -0,09* * 0,11 * -0,15 * -0,01

РН -0,01* -0,37 -0,41 -0,09*

рСа -0,28 0,29 0,23 0,43

рК -0,24 -0,07* -0,26 0,09*

рШз -0,11 0,39 0,22 0,32

* - коэффициенты недостоверны при уровне значимости а < 0,05

факторы (растительность, микроорганизмы, почвенный воздух и др).

В таблице 4 представлены результаты корреляционного анализа по всем исследуемым экосистемам. Хотя в конкретных биогеоценозах направленность процессов и сила связи может быть иная, все же общая направленность некоторых процессов существенна.

Обнаружена достоверная отрицательная связь между величинами рСа, рк, pN03 и температурой почвы, причем влияние температуры на активность нитрат-ионов невелико. Наши исследования в моделышх экспериментах показали, что с увеличением температуры активность ионов калия достоверно возрастала, активность нитратных ионов падала. Активности ионов кальция и водорода в разных типах почв изменялись по-разному: в черноземе с повышением температуры наблюдали рост активности кальция и падение активности водорода; в более кислых, испытывающих дефицит по кальцию, серой лесной и подзолистой почвах - активность ионов кальция становилась еще меньше, а кислотность увеличивалась.

Между величиной рН и влажностью почвы наблюдается отрицательная средняя связь, а между величинами рСа и рЮз -положительная сеязь с влажностью почвы. Влияние содержания гумуса в почве достаточно велико: обнаружена существенная отрицательная связь между содержанием гумуса и величинами рН и рК, и положительная с величинами рСа и рШз. Содержание углекислого

газа в почвенном воздухе влияет на активность ионов кальция и нитратов (отмечена существенная положительная связь с величина1® рСа И рЫОЗ).

Чтобы определить степень влияния температуры, влажности и гумуса на состав жидкой фазы различных типов почв, ш провели множественный регрессионный анализ. Как показали расчеты, влияние изучаемых факторов сильнее проявляется при проведении расчетов для конкретных биогеоценозов: как правило, мнозэствэшыо коэффициенты корреляции, оценивающие силу влияния всех изучаемых факторов, в этом случае больше.

Изучение катионообменной способности почв обычно проводят по результатам модельных экспериментов в лабораторных условиях. С целью определить, насколько описывают известные уравнения катионного обмена зависимости между составом обменных катионов и составом катионов в жидкой фазе "живой" почвы, был проведен анализ трех уравнений: Гапона, Никольского и Гвйнса-Томаса. Прежде всего, обращает внимание хорошее описание моделей для почв агроценозов по всем трем уравнениям. В естественных сообществах связь меаоду соотношением кальция и калия в почвенном поглощанцем комплексе и соотношением их в жидкой фазе (меньшую, чем в агроценозах) обнаружена только по уравнению Ганона, причем достоверную корреляционную связь выявили для всех исследуемых типов почв. По уравнению Никольского связь достоверна только в серой лесной почве, а по уравнению Гейнса - Томаса. - в серой лесной почве и черноземе. По-видимому, в почвах агроценозов влияние биологического фактора, вносящего неопределенность в известные соотношения, проявляется в меньшей степени, чем в почвах естественных сообществ. Поэтому соотношение катионов в жидкой и твердой фазах всех исследуемых типов почв агроценозов достаточно хорошо описываются известными физико- химическими уравнениями катионного обмена.

Проведен анализ наиболее известных уравнений адсорбции: Ленгмюра и Фрейндлиха. Обнаружена сильная достоверная связь мевду кальцием в ППК и в жидкой фазе для всех исследуемых почв: и агроценозов и биогеоценозов,но необходимо отметить, что сила этой связи в почвах естественных сообществ все же меньше, и это также может свидетельствовать о большей роли биологического фактора в почвах этих экосистем.

Подобный анализ для ионов калия показал, что достоверной связи между ионами калия в жидкой фазе и ионами калия в ППК по уравнению Ленгмюра не обнаружено. По уравнению Фрейндлиха связь

Таблица 5. Коэффициенты'детерминация (58), характеризующие зависимость состава жидкой фазы почв от типа экосистемы, типа почвы и периода вегетации

Факторы Обозначение ®1 РН ЭСа2+ со +■ аш-

Естественные сообщества

Тип экосистемы А 20 13 31 15 4*

Тип почва В 5 II 5* 4*

Период вегетации С 6 3 13 16 8*

Совместное влияние АВС 61 17 58 •31 19*

Агроценозы

Тип почвы В * 4 Э 17 6* 12

Период вегетации С 10 6 7* 6* 5*

Совместное влияние ВО 18 15 24 12* 17

* - коэффициенты недостоверны при уровне значимости а < 0,05

между ионами калия жидкой и твердой фазами достоверна только для почв агроценозов. Из всего изложенного можна сделать предположение, что ионы калия сильно подвержены влиянию биоты, роль которой в почвах естественных биогеоценозов больше. Это подтверждает выводы других авторов, отмечавших большую концентрацию ионов калия в почвенных растворах естественных сообществ по сравнению'с агроценозами.

Проведен факторный дисперсионный анализ зависимости физико-химических показателей жидкой фазы почв от типа экосистемы, типа почвы и периода вегетации. Как показали расчеты (табл.5), параметрами, достоверно зависящими от типа экосистемы, оказались: окислительно- восстановительный потенциал, рн почвы, активность ионов кальция и калия. От типа почвы в естественных сообществах существенно зависят величины ЕЬ, рн и активность ионов кальция, причем зависимость активности кальция больше, чем

а и рН. Необходимо отметить, что влияние типа экосистемы на исследуемые параметры (по соответствующим коффициентам детерминадиии) в значительной степени больше, чем влияние типа почвы. Обнаружено существенное влияние сезонной изменчивости на величины ЕЙ и рН, активности ионов кальция и калия, причем для калия и кальция это влияние проявляется в большей степени. Не обнаружено существенного влияния сезонных изменений на активность ионов N0".

Влияние типа почв на состав жидкой фазы почв агроцэнозов достоверно определено для величины рН, активности ионов Са2+ и N0^- Сезонные изменения существенны для величин Ен и рН.

Чтобы оценить влияние периода вегетации на все изучаемые параметры жидкой фазы почв в совокупности (ен, рН, активности ионов кальция, калия, нитратов), мы .провели диснримлнантннй анализ. Как видим из табл.6, период вегетации растительности естественных сообществ имеет большое влияние на изменчивость параметров жидкой фазы почв. Особенно отчетливо сгруппированы весенние измерения, т.е. весной жидкая фаза естественных сообществ обладаэт достаточно определенными характеристиками и четко отличается от летне-осенних значений.

В агроценозах такого четкого распределения по периодам вегетации мы не наблюдали. По-видимому влияние антропогенного фактора (внесение удобрений, различная технология обработки почв) проявляется в большей степени, чем влияние деятельности живой компоненты.

Таблица Б. Результаты классификации {%) состава жидкой фазы почвы естественных сообществ по периодам вегетации: I - начало; II - разгар; III - окончание

Исходные группы Предполагаемые группы

I II III

I 100 0 0 8 68 23 0 20 80

II

III

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Результата аналкза закономерностей формирования состава жидкой фазы почвы позволяют рассматривать ее как структурный элемент биогеоценоза и продукт взаимодействия его компонентов -что способствует более полному пониманию роли жидкой фазы почвы в функционировании экосистеш.

2. Установлены наиболее вероятные диапазоны значений тараметров жидкой фазы почв (кн, рн, активности ионов са2+, к+, го~) различных экосистем.

3. Факторный дисперсионный анализ показал, что из юследованных факторов (тип экосистеш, почвы, период вегетации) гаибольшее влияние на состав кидкой фазы почвы оказывает тип косистемы.

4. По исследованию сезонной изменчивости жидкой фазы почв становлено, что динамика ее состава хорошо согласуется с ериодами вегетации растений, особенно в естественных эобществах.

5. Определены показатели эффективности классификации состава едкой фазы различных типов почв по комплексу физико-химических зраметров, величины которых свидетельствуют о размытости типовых юнальных) различий пота агроценозов.

6. В процессе окультуривания степень изменения свойств щкой фазы различных типов почв уменьшается в ряду:

подзолистые > серые лесные > каштановые » черноземы.

Для оценки устойчивости почв к антропогенному влиянию комендуется использование результатов потенциометрических иервний состава жидкой фазы почвы 1п ззЛи.

7. Анализ взаимосвязей состава жидкой и твердой фаз почв вдетельствует, что из рассмотренных уравнений катионного обмена шона. Никольского, Гейнса-Томаса) наиболее универсальным при гользовашш результатов измерений состава жидкой фазы почв 1п ;и является уравнение Талона. В почвах агроценозов соотношение ив кальция и калия в ППК и жидкой фазе почв достаточно хорошо 'сывается всеми анализируемыми уравнениями. Связь ионов кальция ППК и жидкой фазе почв достаточно хорошо описывается внениями Ленгмюра и Фрейндлиха. Достоверной зависимости между нем обменным и растворимым не было обнаружено.

При изучении катионообменной способности почв рекомендуется эльзование уравнение Гапона. Использование уравнений эльского и Гейнса-Томаса возможно только при исследованиях

агроцэнозов.

8. Создана база данных по составу жидкой фазы почв "Дэметра" для количественного наполнения и построения математических моделей с целью познания закономерностей функционирования экосистем и прогнозирования их изменений под воздействием человека.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Исследование карбонатно-кальцаевого режима в черноземе обыкновенном Приазовья//Исследоваяия почв и почвенных режшшв в степных биогеоценозах Приазовья. Вып.2.M.,1979.С.44-54 (в соавт.).

2. Неоднородность кальциевой и водородной активностей в почвенных растворах различных почв//Почвенно-биогеоценологические исследования Центра Русской равнины.Вып.I.M.,1980.С.57-61 (в соавт.).

3. Особенности физико-химических режимов рекультивируемых земель черноземной зоны//Агрохимия, N4,1984, С.73-76 (в соавт.).

4. Влияние температуры на потенциал некоторых ионоселективных электродов при анализе почв//Ионометрия в почвоведении. Пущино: ОНТИ НЦБИ, 1987. С.25-31 (в соавт.).

5. Ионометрия при анализе карбонатно-кальциевой системы почв//Ионометрия в почвоведении. Пущино:ОНТИ НЦБИ, 1987. С.152-165 (в соавт.).

6. Трансформация состава атмосферных осадков полох'ом колхидского леса//Почвенно-биогеоценологические исследования на Северо-западном Кавказе. ПущиногОНТИ НЦБИ,'1990.С.70-82 (в соавт.).

7. Динамика химического состава компонентов заповедного степного биогеоценоза//Проблемы охраны почв. М.,1990. С.71-75 (в соавт.).

8. Динамика растительного вещества и современные почвенные процессы в травяниствх экосистемах. Пущино: ОНТИ НЦБИ, 1991. 236с.(в соавт.).

9. Методика потенциометрического определения активности ионов в жидкой фазе и окислительно-восстановительного потенциала почв in situ//npenpHHT. Пущино: ОНТИ НЦБИ, 1991. 64с.(в соавт.).

I8.XI.92 г. 3°к.5191Р Тир.125 экз. Уч.-иэд.л. 1,0 Отпчччт-зно не ротапринте я СНТЧ !ÎE[ РАН