Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Спектральная отражательная способность некоторых почв южной тайги и Убсу-Нурской котловины

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Спектральная отражательная способность некоторых почв южной тайги и Убсу-Нурской котловины"

Р >

СУХАНОВА НАТАЛЬЯ ИВАНОВНА

СПЕКТРАЛЬНАЯ ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ПОЧВ ЮЖНОЙ ТАЙГИ И УБСУ-НУРСКОЙ

КОТЛОВИНЫ

Специальность 03.00.27. - Почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители: дбн, профессор Д.С.Орлов,

дбн, профессор А.Д.Воронин

Москва -1998.

Работа выполнена на кафедре химии почв факультета почвоведения Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.

Научные руководители: доктор биологических наук,

профессор Д.С.Орлов, доктор биологических наук, профессор А.Д.Воронин

Официальные оппоненты: доктор с/х наук, Б.М.Когут

кандидат биол. наук Ю.Н.Зборищук

Ведущее учреждение - Институт почвоведения и фотосинтеза РАН, г. Пущино

Защита состоится "ош^уЦи^Р 1998г. в 15 час. 30 мин. В ауд. М-2 на заседании диссертационного совета К 053.05.16. МГУ им. М.В.Ломоносова, 119899, Москва, ГСП, Ленгоры, МГУ, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан "6 " иМЬ^г^Ц 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Г.В.Мотузова

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Показатели спектральной отражательной способности являются основными при дистанционном мониторинге почв. Зависимость отражения света почвами от влажности, содержания гумуса, карбонатов, солей, размера агрегатов описывается уравнениями, вид которых не зависит от .типа почвы, но значения коэффициентов закономерно и в широких пределах изменяются для почв различного генезиса. Спектральная съемка, базируясь на таких математических зависимостях, может дать обширный материал для картографирования почв, для оценки состояния почв, растительности и ландшафта в целом.

Несмотря на это до сих пор остаются неизвестными спектральные кривые отражения для многих почв и почвообразующих пород, не выявлена конкретная роль почвенных пигментов в формировании отраженного светового потока, не найдены количественные параметры отражения света почвами многих типов, не осуществлен анализ региональных закономерностей изменения показателей отражения, не разработаны принципы составления картограмм спектральной отражательной способности различного содержания и масштаба для их дистанционного мониторинга.

Цели и задачи исследования. Целью работы являлось изучение особенностей отражательной способности некоторых почв южной тайги и Убсу-Нурской котловины. . ■ у Для этого были поставлены следующие задачи:

1.Изучить особенности спектральной отражательной способности почв сопряженных ландшафтов УОПЭЦ «Чашниково» и Убсу-Нурской котловины.

2.Изучить возможность использования спектральных коэффициентов отражения для идентификации почв и почвенных горизонтов.

3.Установить количественные связи между величинами спектральной отражательной способности и содержанием красящих компонентов почв.

4.Изучить возможности использования показателей спектральной отражательной способности для картографирования почв. Научная новизна. Впервые проанализированы и сопоставлены показатели спектральной отражательной способности почв сопряженных ландшафтов двух резко различных регионов «Чашниково» (Московская обл.) и Убсу-Нурской котловины (Тува), оценены пределы природного варьирования коэффициентов отражения света их главнейшими почвами, дана оценка достоверности различий почв и почвенных горизонтов этих регионов по их отражательной способности, для идентификации почв Убсу-Нурской котловины предложены длины волн, в которых разница между почвами по величинам коэффициента отражения наибольшая. Впервые установлена экспоненциальная зависимость между содержанием органического вещества и спектральным коэффициентом отражения, рассчитаны параметры зависимостей для «Чашниково» и "Убсу-Нурской котловины. Впервые предложен полный набор количественных показателей спектральных кривых отражения. Впервые составлены картограммы спектральной отражательной способности территории «Чашниково» и Убсу-Нурской котловины. Впервые предложен комплексный показатель для оценки почвы - «природный почвенный потенциал» и прослежена его связь с поглощением света почвами. Апробация работы. Материалы работы были доложены на Международном Совещании "Советско-Монгольский эксперимент Убсу-Нур" 1-9 августа 1989 г. Кызыл-Пущино; на Всероссийском съезде почвоведов, Санкт-Петербург, 1996г., на заседании кафедры химии почв ф-та почвоведения МГУ 24 ноября 1997г., Москва.

Объем работы. Диссертационная работа включает/^ таблицу рисунков. Она состоит из 8 глав, выводов, приложения и списка литературы, который включает ¡20 названий.

Содержание работы Глава 1. Общие закономерности отражения света почвами (лит.обзор). Приведенный в работе обзор литературы, посвященный исследованиям

влияний красящих компонентов на спектральную отражательную способность почв и их количественных выражений, насчитывающий большое количество авторов, начиная от Тюремнова (1927), Покровского (1928) до работ Орлова с соавторами (1964, 1995), Виноградова (1981), Михайловой (1986) и др., ясно показывает перспективы использования спектральных коэффициентов отражения в дистанционном и наземном мониторинге почв.

Глава 2. Объекты и методы. Изучение спектральной отражательной способности почв подзоны южной тайги проводилось на территории УОПЭЦ «Чашниково», где было заложено 8 наиболее типичных опорных разрезов. Изучены почвы: дерново-сильноподзолистая на моренном суглинке, дерново-слабоподзолистая на покровном суглинке, дерново-среднеподзолистая оглеенная на покровном суглинке, дерново-луговая оглеенная на речном аллювии, аллювиальная дерново-луговая, торфянисто-подзолисто-глеевая, дерново-глеевая и торфянисто-глеевая. Для оценки коэффициента отражения как диагностического показателя генетических горизонтов из каждого горизонта опорных разрезов отобрано по 9 проб, всего 306 проб. Для определения связи коэффициента отражения и органического вещества почв подзоны южной тайги и составления картограммы по сетке квадратов отобрано 1975 поверхностных (0-5 см) проб.

Изучение спектральной отражательной способности почв Центральной Азии проводилось в составе комплексной биосферной экспедиции «Эксперимент Убсу-Нур» в 1986-1989 гг. на территории Убсу-Нурской котловины, где заложено 8 разрезов, охватывающих все основные почвенные. > разности. в соответствии с вертикальной зональностью. Изучены почвы горных тундр, горные мерзлотные почвы, горные таежные перегнойные и горные таежные дерновые под лиственничными лесами, горные черноземы, горные каштановые, светло-каштановые, болотные солончаковые, солончаки. Кроме того, для расчета связи спектрального коэффициента отражения и содержания органического углерода и

составления картограммы спектральной отражательной способности территории Убсу-Нурской котловины использовано 383 поверхностных проб почв, отобранных вдоль геоморфологических профилей, пересекающих склоны котловины.

Спектральную отражательную способность почв измеряли в видимой области спектра (400-750 нм) на спектрофотометре СФ-14.

В пробах почв определяли общее содержание органического углерода по Тюрину, групповой и фракционный состав гумуса по Тюрину в модификации Пономаревой и Плотниковой, содержание карбонатов -газоволюметрическим методом на кальциметре, содержание несиликатного железа по Мера-Джексону, емкости катионного обмена методом Бобко-Аскинази. Для обработки результатов исследований были применены методы математической статистики (Плохинский, 1970; Дмитриев, 1972). Часть расчетов была проведена на ЭВМ «МИР-2». Данные представлены в таблицах 1 и 2. В дальнейшем тексте использованы следующие обозначения: р - коэффициент отражения, р. -коэффициент отражения при длине волны Я . Ар- разность коэффициентов отражения при фиксированных длинах волн, рт -

интегральный коэффициент отражения.

Глава 3. Спектральная отражательная способность почв «Чашниково» и Убсу-Нурской котловины.Зональные почвы подзоны южной тайги характеризуются коэффициентом отражения р1М — 43-45% в верхнем горизонте. Вниз по профилю величина его обычно увеличивается, имея характерный максимум в элювиальном горизонте. Величины рш

горизонтов дерново-подзолистых почв могут изменяться на 11-16%. В нижних иллювиальных горизонтах автоморфных почв южной тайги характер кривой может меняться, появляется ярко выраженный перегиб в области 500-600 нм, свидетельствующий о накоплении окисных соединений железа. Избыточное увлажнение, обычное в этом регионе,

Таблица I.

Химические показатели н коэффициент отражения рш почв "Чашниково".

Почва Горизонт, глубина, см Собщ С, к СФ« Ре

% к почве

Дерново-силы юподзо-листая легкосуглинистая на моренном суглинке Аа.1-16 2,09 0,40 0,98 1.51 43,0

Е, 16-35 0,26 0,02 0,13 0,68 59,1

ЕВ 1,35-50 0,12 0,01 0,11 2,89 53,0

В2,50-86 0,07 ис опр. не опр. 3,02 54,5

Дериово-слабоподзо-листая средиесугли-нистая на покровном суглинке А1.1-22 1,68 0,30 0,54 1,68 44,7

ЕВ 1,22-35 0,39 0,05 0,21 1,79 55,2

В2.36-65 0,20 0,02 0,12 2,64 50,2

ВЗ.65-108 0,17 ПС опр. не опр. 2,27 46,4

Дерново-среднеподзо-листая оглеенпая лег-косуглипистая на покровном суглинке А1.1-14 5,67 1,00 1,31 0,85 32,2

Е, 14-25 2,91 0,58 0,88 0,81 39,4

Е,.,25-37 0,64 0,08 0,23 1,06 58,2

В1,., 37-81 0,14 0,02 0,08 2,52 44,9

В2,., 81-120 0,24 ПС опр. НС опр. 3,40 45,6

Дерново-луговая огле-енная легкосуглинистая па речном алшовии Аа,0-22 2,13 0,41 0,80 2,16 30,2

В1,.,22-62 2,21 0,68 1,23 2,57 31,5

В2в,62-84 0,91 0,07 0,36 2,34 40,1

Б3,.,84-165 0,28 пс опр. не опр. 1,77 45,8

Аллювиальная дерново-луговая средиесуг-линистая Ли,0-25 2,74 0,26 1,95 2,82 41,1

В 1,25-40 0,60 0,05 0,27 2,77 53,1

В2,.,40-88 0,33 0,03 0,17 3,71 48,9

ВЗс,88-115 0,38 ПС опр. НС опр. 4,25 39,0

Торфяписто- подзолисто- глеевая Т,0-9 43,39 9,03 9,00 пс опр 15,0

А 1,9-22 8,44 2,70 1,54 0,67 26,1

Е,.,22-35 0,51 0,07 0,23 0,94 62,0

В,.,35-80 не опр. не опр. не опр. ис опр 49,7

Дерново-глеевая лег-косуглипистая па ал-гаовиалыю-делюви-альных отложениях А<|,0-20 2,47 0.28 1.34 1,77 45,3

В1,.,20-45 0,29 0.03 0,16 2,32 52,2

В 2,.,45-90 0,19 0,02 0,09 НС опр 45,4

В38,90-100 0,16 ис опр. не опр. пс опр 46,1

Торфянисто-глеевая Т 1,0-25 22,09 4,75 5,45 не опр 11,0

Т2,25-48 20.49 6,62 3,56 пс опр 13,6

Т3,48-70 30,57 9.91 3,74 ис опр 8.9

Вв, 70-90 1,27 не опр. не опр. 2,08 26,7

Таблица 2.

Химические показатели и коэффициент отражения р)адпочв

Почва Горизонт, глубина, см Собщ С, к Сфк С02 карбонатов Л%

% к почве

1 2 3 4 5 6 7

Горно-тундровая АО, 0-2 НС опр. НС опр не опр ПС опр 20,0

перегно йно-дерновая А, 2-10 6,68 2,81 2,05 и 26,0

В1, 10-24 2,18 0,70 0,87 _ 32,8

В2, 24-30 0,44 НС опр. не опр. к 36,0

Горная мерзлотная АО", 0-4 22,5 и и и 21,5

грубогумусная АО", 4-11 22,1 и и и 18,0

АО",11-16 13,8 и и " 16,5

А1,16-25 1,33 0,29 0.64 следы 28,8

В1, 25-36 1,15 НС опр. ПС опр. 32,3

В2, 36-61 0,64 к и 29,3

ВЗС, 61-80 ПС опр и и 31,8

Си, 80-91 и к 8,57 44,0

Горная таежная АО, 0-5 НС опр. 13,0

перегнойная А, 5-13 3,95 1,51 1,08 следи 18,5

неоподзоленная В1, 13-20 1,68 0,64 0,62 24,0

В 2,20-40 1,20 0,40 0,46 27,8

ВЗС, 40-54 0,36 ПС опр. не опр. 2,05 29,0

Горная таежная Ат, 0-10 11,82 6,15 2,60 3,73 14,8

дерновая А1, 10-23 2,13 1,09 0,61 4,07 15,0

неоподзоленная А 1,23-56 2,06 1,04 0,62 2,22 15,5

В1са, 56-72 1,46 0,71 0,50 3,65 19,5

В2са, 72-90 0,69 ■ 1С опр. не опр. 11,3 38,5

Горный чернозем Ал, 0-9 5,62 2,07 1,52 2,49 13,5

А1.9-18 2,45 0,92 0,88 0,69 17,5

В1, 19-27 2,07 0,62 0,8! слсдм 29,3

В2оа, 27-38 2,31 0,71 0,89 7,89 30,3

ВЗса, 38-63 0,73 ПС опр. не опр. ПС опр. 49,0

Горная А, 0-8 2,19 0,72 0,60 слсды 26,0

каштановая В1.8-14 1,35 0,44 0,40 2,70 26,0

В2с,, 18-26 1,78 0,60 0,48 37,0 41,3

ВЗса, 26-35 0,90 0,26 0,31 44,5 46,0

В4с.а, 35-47 0,86 0,22 0,29 47,8 33,5

С, 47-52 0,42 не опр. ПС опр. ПС опр. 25,8

1 2 3 4 5 6 7

Светло- А, 0-7 0,71 0,30 0,30 2,08 32,5

каштановая В1.7-18 0,85 0,35 0,20 5,81 29,3

ВСса, 18-30 1,12 по опр. ПС опр. 9,95 35,0

Болотная А', 0-10 1,50 к 28,2 51,0

солончаковая А", 10-16 1,60 к 31,5 50,0

Всзд, 16-37 1,00 50,2 61,5

Солончак 1 слой 0,20 5,81 39,0

2 слой 0,07 0,62 35,0

3 сдой 0,10 и 0,42 35,0

может приводить к накоплению в верхнем горизонте почв органического вещества, которое снижает коэффициент отражения иногда очень существенно (до 9% в торфяных горизонтах). Нижние горизонты переувлажненных почв с интенсивным процессом оглееиия очень осветлены, величина коэффициента отражения может достигать 60%. Размах колебаний величин коэффициентов отражения (Рт)

гидроморфных почв может быть очень большим, до 40%. Почвы дерново-подзолистой зоны хорошо дифференцированы по цвету. Почвы Убсу-Нурской котловины также неплохо дифференцированы по цвету, но характеризуются более низкими коэффициентами отражения, величина их колеблется в пределах 13-32% в верхних горизонтах. В таежных почвах котловины это происходит за счет большого накопления органического вещества в верхних горизонтах. В почвах сгеппых ландшафтов котловины это обусловлено особенностями группового состава гумуса, доля гуминовых кислот и гумииа в нем выше, чем и дерпово-подзолистых

почвах южной тайги. В нижних горизонтах почв котловины величина риа

резко увеличивается за счет присутствия карбонатов.

Глава 4. Содержание гумуса и отражательная способность почв «Чашниково» и Убсу-Нурской котловины. Впервые установлено, что зависимость коэффициента отражения от содержания гумуса выражается экспоненциальным уравнением вида:

А» -А-е'к" +р„ ,

где: рш- коэффициент отражения при 750 им, А = р „ — р , ро-

коэффициент отражения безгумусной минеральной основы (при Н=0), рн-коэффициент отражения многогумусной почвы (при Н - Н|). Общий вид зависимости показан на рисунке 1а,б,в. Рассчитаны уравнения связи р—Н для лесных р1Я = 50,1 • е'"м>" + 8,4 и безлесных почв Чашниково рт = 35,5•е~'мн + 9,0 ; для почв Убсу-Нурской котловины

При достижении уровня органического вещества, обозначенного Н|, величина рт остается при дальнейшем накоплении гумуса постоянной и равной рн , то есть влияние гумуса на коэффициент отражения имеет пределы:

для почв «Чашниково»

Параметры уравнений связи р;5)1 -Я для почв «Чашниково» резко отличаются от параметров экспоненты для почв Убсу-Нурской котловины. Для лесных почв «Чашниково» р „= 58,5, р п= 8,4, А = 50,1, к = -0,063, Н; = 55; для безлесных почв «Чашниково» р о= 44,5, р = 9,0, А = 35,5, к = -0,043, Н( = 70; для почв Убсу-Нурской котловины р и= 48,3,

р н= 13,5, А = 34,8, к = -0,34, Н; = 15. Общий характер зависимости показан на рисунках 1а,б,в. Уровень содержания органического вещества

Ая= 34,8-^" + 13,5.

для почв Убсу-Нурской котловины

А

' рт = §(Н) при 0 < Н < 15% А„ = р при 15% <Н <100%

а - лесные почвы "Чашниково"

б - луговые и пахотные почвы "Чашниково"

в - почвы Убсу-Нурскон котловины

Рис.1. Зависимость коэффициента отражения р 75и от содержания органического вещества в почвах.

(Hi), при увеличении которого коэффициенты отражения остаются постоянными для почв подзоны южной тайги равен 55-70% (против 15% -в Убсу-Нурской котловине), что более эффективно для оценки средней обогащенности гумусом участков территории дистанционными методами.

Глава 5. Характеристика коэффициента отражения как диагностического показателя. Проведена оценка варьирования коэффициента отражения на выбранных участках УОПЭЦ «Чашниково», которая показала, что /};Viдовольно стабилен для большинства участков, в которых достаточен объем выборки; изменчивость наиболее тесно связанного с ним содержания органического углерода значительно выше. При попарном сравнении участков по коэффициенту отражения Добыло найдено, что достоверно различались 12 участков из 15 возможных.

Проведена оценка варьирования величин коэффициентов отражения

Ртл 1 Рш > Paw 1 Рь so' Рш '

рт,Ар,Ар2,Ар} в пределах каждого

генетического горизонта почв южной тайги, которая показала, что коэффициенты отражения в наименьшей степени варьируют в длинноволновой части спектра, в целом же они в пределах одного горизонта стабильны. Высокая достоверность различий обнаружена между горизонтами почв южной тайги либо по отдельному спектральному показателю отражения либо по сочетанию их. Полученные результаты свидетельствуют, что показатели спектральной отражательной способности можно использовать в качестве диагностических для выделения генетических горизонтов почв южной тайги в системе наземного и дистанционного мониторинга. Для почв Убсу-Нурской котловины установлено, что наибольшие различия между горизонтами прослеживаются, когда почвы находятся в сухом состоянии. Анализ полученных данных позволил рекомендовать длины волн спектрофотометрирования для целей идентификации почв и почвенных горизонтов Убсу-Нурской котловины (табл.3).

Таблица 3 '

Длины волн, рекомендованные для использования при дистанционном мониторинге почв Убсу-Нурской котловины

Почва Длины волн, нм

Профиль Холь-Оожу

Горно-тундровая перегнойно-дерновая 640,750

Горная таежная перегнойная неоподзоленная 750

' Горная каштановая ■ 640

Светло-каштановая 490

Профиль Ак-Чира

Луговая солончаковатая 490,640

Светло-каштановая 490 750

Луговая болотная засоленная 490,750

Профиль Оо-Шннаа

Горная лугово-каштановая 750,640

Светло-каштановая 490

Аллювиально-луговая 640

Бурая пустынно-степная 490,640

Серо-бурая 640

Глава 6. Опыт составления картограмм спектральной отражательной способности почв. Вся территория «Чашниково», площадью 600 га, была разделена на квадраты с длиной стороны 50 м, в вершинах квадратов отбирали с поверхности почвенные пробы (всего проб 1975). Для каждой пробы была измерена отражательная способность и на этой основе составлена картограмма отражательной способности. Всего на

картограмме было выделено 38 участков (рис.2). Пределы изменения коэффициента р„„ на участках различны и представлены следующими интервалами: 5-10, 10-26, 14-30, 18-26, 26-34, 26-36, 30-36, 30-38, 34-38, 3638, 35-40, 38-42, 38-50, 42-46% (показаны штриховкой). Для каждого участка картограммы отражательной способности проверена гипотеза о нормальности распределения коэффициента отражения и рассчитаны статистические характеристики рт. На картограмме хорошо выявляются

сравнительно однородные участки, в пределах которых величина коэффициента отражения меняется мало. На фоне однородных участков хорошо выделяются и эродированные территории. На картограмме выделены участки, которые по средним значениям коэффициента отражения могли бы объединяться с соседними, но имеют очень высокий коэффициент варьирования значений рп1, обусловленный почвенной пестротой сложного рельефа. Четко выделяются разной степени полугидроморфные территории с пятнами торфяников. Контуры на картограмме спектральной отражательной способности не всегда совпадают с контурами на почвенной карте, ограничивающими почвы низших таксономических единиц, хотя общая картина примерно одинакова. Несовпадение может происходить по следующим причинам: из-за неточности проведения контуров на почвенной карте, которые привязываются в основном к горизонталям на топографической основе без детального выявления конфигурации контуров; из-за того, что на почвенной карте некоторые почвы (смытые, намытые) показаны внемасштабными знаками, а на картограмме спектральной отражательной способности они могут выделяться особыми участками. Однако подбор интервалов спектрального коэффициента отражения с учетом влияния на него красящих компонентов может дать большую точность картограмм.

Картограммы спектральной отражательной способности почв Убсу-Нурской котловины (рис. 3) составлены для трех верхних горизонтов (А,В1 ,В2) на основе данных по спектральной отражательной способности

Рис.2. Картограмма спектральной отражательной способности почв территории "Чашниково"; цифрами обозначены номера участков, штриховкой показаны уровни отражательной способности.

опорных разрезов и поверхностных проб ( всего 392 пробы). Картографической основой служила почвенная карта котловины масштаба 1:1000000 (Востокова Е.А., 1986). Весь общий интервал значений спектральных коэффициентов отражения разделен нами на подинтервалы с шагом 2%. Участок песков на днище котловины, местами зарастающих, местами развеваемых, не дифференцированных по глубине, выделен отдельным контуром с величиной коэффициента отражения 40-50%. Территории пойм и участки дельт с большой пестротой почвенного покрова также выделяются одним контуром с величиной коэффициента

Рис.3. Картограмма спектральной отражательной способности почв Убсу-Нурской котловины; а - горизонт А, б - горизонт В1, в -горизонт В2.

отражения в пределах 20-50%. Для каждой почвенной разности определены средние значения коэффициента отражения и вычислены статистические характеристики . Результаты статистической обработки показывают, что все горизонты А почвенных разностей достоверно различаются и попадают в разные интервалы за исключением каштановых горных и каштановых равнинных почв, которые выделяются одним контуром на картограмме (рис.За). Отражение света от проб из верхних горизонтов этих двух почв одинаковое и в целом они различаются только по коэффициенту варьирования Ди (для горных каштановых коэффициент варьирования - 14,8; для равнинных каштановых - 7,9). На картограмме спектральной отражательной способности для горизонта В1 (рис.Зб) прослеживается общее осветление почвенной толщи и в один контур объединяются таежные почвы, черноземы и темнокаштановые почвы за счет того, что горизонты В1 этих почв близки по содержанию гумуса. На картограмме спектральной отражательной способности горизонта В2 (рис.Зв) отражается еще большее осветление почвенной толщи, обусловленное либо накоплением карбонатов, как в степных почвах, либо характером почвообразующей породы в таежных почвах. В один контур здесь попадают горные, равнинные каштановые почвы и пески; таежные и черноземы, темно-каштановые и бурые пустынно-степные.

Глава 7. Природный почвенный потенциал почв Убсу-Нурской котловины. Для оценки состояния почвы предложен обобщенный показатель «природный почвенный потенциал» (по аналогии с «природным потенциалом», предложенным Бугровским В.В., 1986), который рассчитывается по формуле:

-> 1=1

где: VI - показатели для оцениваемой почвы, Уо! - показатели для эталонной почвы.

В качестве показателей для зональных почв предложены: глубина гумификации Сгк: Сфк , емкость катионного обмена, мощность Гумусированного слоя. Рассчитаны величины природного почвенного потенциала для зональных почв Убсу-Нурской котловины отдельно для северного более влажного склона и южного более, сухого склона котловины (табл.4). Для сравнения взят чернозем обыкновенный Центрально-черноземного заповедника, почва, которая в широтном зональном ряду признана наиболее продуктивной. Природный почвенный потенциал увеличивается с высотой местности вслед за увеличением

Таблица 4.

Природный почвенный потенциал (я-) и коэффициент поглощения света(/"750 = 100 — рт) почв Убсу-Нурской котловины.

Местоположение Почва Показатели почв, V, v, я, Зм».

Сгк: Сфк ЕКО.мг-эквЛООг мощн.гум. слоя, см

Центр алъ-ночернозе мный заповедник, Курск.обл Чернозем типичный 1,6 56,8 100 1,00 89,0

Южный макросклон котловины хребет Танну-Ола, Тува Горнотундровая 1,1 17,7 24 0,41 80,0

Горнотаежная перегнойная неопо-дзоленная 1,0 21,1 40 0,47 81,5

Горнокаштановая 1,2 13,2 14 0,37 74,0

Светло-каштановая 1,4 9,0 18 0,41 85,2

Северный макросклон котловины хребет Хан-Хухей, Тува Дерновая таежная 1,8 36,2 72 0,82 85,2

Горный чернозем 1,0 29,6 38 0,51 84,3

Горная каштановая 0,9 14,1 32 0,37 76,0

степени увлажнения от сухостепных почв (0,37) до почв таежной зоны, где он максимален (0,82). Выше, в тундровой почве величина его опять уменьшается (0,41) вследствие малого количества тепла в этой зоне. Почвы северного, более влажного, макросклона имеют в целом более высокие значения природного почвенного потенциала, чем почвы южного, более сухого.

Показана связь природного почвенного потенциала с коэффициентом поглощения света 1750 (rzso = 100 - рт,%) (рис.4)

70 80 30 %

Рис.4. Зависимость между коэффициентом поглощения света (г) и природным почвенным потенциалом ( Ж ) почв Убсу-Нурской котловины.

Глава 8. Способы измерения почвенной окраски. В главе дается обзор используемых до настоящего времени показателей спектральной отражательной способности почв и впервые предложен исчерпывающий набор количественных показателей, которые учитывают не только

величины спектральных коэффициентов отражения, но и характер распределения их по спектру. К числу таких показателей относятся: интегральный коэффициент отражения рт, спектральный коэффициент отражения рл, показатели перегиба на спектральных кривых - длина

волны полуперегиба Я ,, высота перегиба Ь, характеристики наклона

2

спектральных кривых - тангенсы углов наклона в целом и отдельных участков tga 1 и разности коэффициентов отражения для отдельных участков спектра Ар. Выводы:

1. Анализ спектральных коэффициентов отражения почв двух резко различных по природным условиям регионов - подзоны южной тайги и Убсу-Нурской котловины показал, что верхние горизонты почв южной тайги характеризуются более светлой окраской, чем аналогичные горизонты почв Убсу-Нурской котловины; в первых коэффициенты отражения р 750 меняются в пределах 30-50%, во вторых - 13-32%. Во всех почвах величины коэффициентов отражения увеличиваются вниз по профилю. Причинами этого во всех почвах является снижение содержания гумуса. Кроме того, в почвах таежной зоны значительное влияние оказывает элювиальный процесс, а в почвах степных ландшафтов Убсу-Нурской котловины и накопление карбонатов.

2. Установлена экспоненциальная зависимость коэффициента отражения (р 7У1) от содержания органического вещества (Н) для верхних горизонтов

почв южной тайги и Убсу-Нурской котловины, параметры уравнения которой отражают специфику влияния органического вещества на отражательную способность этих регионов. Для почв южной тайги экспоненциальный характер кривой связи р—Н выдерживается в пределах содержания гумуса от 0 до 55-70%, для почв Убсу-Нурской котловины от 0 до 15%.

3. Анализ варьирования величин Д JV1 в поверхностных пробах выделенных участков территории «Чашниково» показал, что коэффициент отражения стабилен для большинства участков; коэффициенты варьирования р 7S1I меняются в пределах 5-14%, коэффициенты варьирования содержания органического углерода на тех же участках меняются в более широких пределах - от 20 до 49%. В то же время при попарном сравнении рассмотренных участков по величинам р J5(l достоверно различаются 12 из 15 возможных пар при уровне вероятности 0,95.

4. Коэффициенты варьирования величин показателей спектральной отражательной способности Д, Д4„„, рш, Д81,, рт, Д ,„, АД, Дд, АД

в пределах каждого генетического горизонта почв южной тайги невелики и за редким исключением меняются от 1,4 до 15-17%. В то же время между горизонтами прослеживается высокая достоверность различий по одному из исследованных спектральных коэффициентов отражения или по сочетанию их.

5. Для целей идентификации генетических горизонтов почв Убсу-Нурской котловины определены длины волн при которых различается наибольшее число горизонтов.

6. Составлена картограмма спектральной отражательной способности почв УОПЭЦ «Чашниково» в масштабе 1:600, на которой выделено 38 участков различной однородности и с различными уровнями величин р 7,л. Сопоставление ее с почвенной картой показало, что контуры низших таксономических единиц на почвенной карте не совпадают с контурами на картограмме, хотя общая картина примерно одинакова. С помощью таких картограмм можно значительно повысить точность проведения границ между близкими по свойствам почвами.

7. Составлены картограммы спектральной отражательной способности трех верхних горизонтов почв Убсу-Нурской котловины в масштабе

1:1000000. Верхние горизонты почвенных разностей по средним значениям коэффициента отражения р отличаются друг от друга за исключением горных и равнинных каштановых почв, выделенных на картограмме одним контуром. Картограммы нижележащих горизонтов характеризуются укрупнением контуров за счет объединения некоторых типов почв по величинам коэффициента отражения.

8. Для оценки состояния почвы предложен обобщенный показатель -«природный почвенный потенциал», величина которого рассчитана для изученных зональных почв Убсу-Нурской котловины. Величины природного почвенного потенциала зональных почв хорошо отражают особенности смены природных зон в Убсу-Нурской котловине и прослеживается четкая связь природного почвенного потенциала с коэффициентом отражения. Почвы, способные в большей степени поглощать световую энергию, характеризуются более высокими значениями природного почвенного потенциала.

9. Предложены семь важнейших показателей спектральной отражательной способности почв, которые учитывают характер распределения света по видимому диапазону длин волн. В них входят ранее принятые показатели: интегральный коэффициент отражения света и спектральный коэффициент отражения при 750 нм, а также новые показатели: длина волны полуперегиба кривой, высота перегиба, тангенсы угла наклона спектральной кривой в целом и отдельных ее участков, разность коэффициентов отражения для отдельных участков спектра.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Орлов Д.С., Лопухина О.В., Суханова Н.И. Количественные закономерности отражения света почвами. Х.О возможности крупномасштабного картирования почв по спектральной отражательной способности.//Биологические науки, 1982, №1, с.92-96 .

2. Орлов Д.С., Суханова Н.И. Влияние гумуса на отражательную способность почв подзоны Южной тайги.// Почвоведение, 1983, №10, с. 43-51.

3. Орлов Д.С., Суханова Н.И., Воронин А.Д. Влияние гумуса на отражательную способность почв дерново-подзолистой зоны.//В сб.: Спектрофотометрические исследования почв и горных пород, ЛГУ, 1983, с. 66-71.

4. Суханова Н.И., Орлов Д.С. Спектральная отражательная способность почв территории Убсу-Нурской котловины.// В сб.: Информационные проблемы изучения биосферы. Эксперимент Убсу-Нур, Пущино, 1986, с.93-99 .

5. Бугровский В.В.....Суханова Н.И. и др. О "природном потенциале"

сухих степей Убсу-Нурской котловины. // там же, с. 205-215.

6. Суханова Н.И., Орлов С.Д. Влияние солей на спектральную отражательную способность.// В сб.: Химическое состояние солонцов и их мелиорация, Новочеркасск, 1986, с.50-58 (в соавт.).

7. Орлов Д.С., Сальников В.Г., Суханова Н.И. Спектральная отражательная способность почв АБС "Чашниково" и ее связь с содержанием гумуса. //В сб.: Комплексная химическая характеристика почв Нечерноземной зоны. МГУ, 1987, с.65-112.

8. Евдокимова Т.И., Карелина М.С., Суханова Н.И. О содержании железа в почвах Северной Монголии.// Почвоведение, 1991, №4, с.38-44.

9. Орлов Д.С., Суханова Н.И. Использование спектральных характеристик почв и растительности в целях почвенно-экологического мониторинга.// В кн.: Почвенно-экологический мониторинг, МГУ, 1994, с.127-146.

10. Орлов Д.С., Воробьева Л.А., Суханова Н.И. Количественные параметры спектральной отражательной способности почв.// Вестник Московского университета, сер. 17, почвоведение, №4, МГУ, 1995, с.35-43.

11. Заварзина А.Г., Розанова М.С., Суханова Н.И. Содержание гумуса и отражательная способность верхних горизонтов почв юга европейской части России.//Почвоведение, 1995, №10, с.1248-1255.

12. Эксперимент Убсу-Нур.// Колл. монография, 1995, 355 с.