Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние случайных фаторов на распределение морфологических свойств почв по мезорельефу в Тульских засеках (на примере Северо-Одоевского и Ясноволянского лесничеств)

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Влияние случайных фаторов на распределение морфологических свойств почв по мезорельефу в Тульских засеках (на примере Северо-Одоевского и Ясноволянского лесничеств)"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

О Д ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

ГОРЛЕПКО АНАСТАСИЯ СЕРГЕЕВНА

ВЛИЯНИЕ СЛУЧАЙНЫХ ФАКТОРОВ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ НО МЕЗОРЕЛЬЕФУ В ТУЛЬСКИХ ЗАСЕКАХ (НА ПРИМЕРЕ СЕВЕРО-ОДОЕВСКОГО И ЯСНОПОЛЯНСКОГО ЛЕСНИЧЕСТВ)

Специальность 03.00.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1998

Работа выполнена на кафедре географии почв факультета почвоведения Московского г осударственного университета им. М В Ломоносова

I 1аучнын руководи гель:

доктор биологических наук, доцент А.С. Яковлев

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Л.О. Карпачевский;

кандидат биологических наук О С. Хохлова

Ведущее учреждение:

Почвенный институт им. В.В Докучаева РЛСХН

Защита состоится« » 1998г. в 15.30 в ауд. М-2 на

заседании диссертационного совета К 053.05.16 МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения М1"У.

Автореферат разослан « » 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Г.В. Мотузова

Актуальность темы. К настоящему времени сложились основные представления о катенариых закономерностях распределения почв по негидроморфным элементам мезорельефа под широколистпенными лесами «теневого» типа: степень оподзоленности серых лесных, (а, в ряде случаен, - и дершшо-подзолистых) почв уменьшается ог вершин водоразделов к нижним частям склонов (Тюрин, 1935; Урусевская, 1963, 1990; Лхтырцев, 1979), в результате чего формируются топографические ряды почв. По мнению большинства исследователей (Высоцкий, 1906; Михайлов, 1914; Морозов, 1930; Сукачев, 1934; Голосов, 1937; Алехин, 1947; Коновалов, 1949), распределение почв по мезорельефу сопряжено с распределением важнейшего фактора формирования серых лесных почв -растительности, поэтому растительность может выступать индикатором аепени оподзоленности почвенных разностей.

Катепарнме закономерности распределения серых лесных почв проявляются на уровне общих тенденций и нередко нарушаются (Урусевская, 1963). Эги нарушения могут быть связаны с влиянием факторов, изменяющихся внутри одного элемента мезорельефа, часто не учитываемых при катенарном методе исследования почвенного покрова. Такие факторы являются «случайными» по отношению к мезорельефу, понимая под этим термином «все известные и неизвестные факторы, так или иначе определяющие результат испытания, но не контролируемые в рамках проводимого исследования» (Дмитриев, 1972). При обширных исследованиях варьирования преимущественно мобильных свойств почв внутри одного элемента мезорельефа в таежной зоне (Карпачевский, 1968; Дмитриев, 1978) и в меньшей степени в зоне широколиственных лесов (Терешенкова, 1980, Алнфанов, 1995) остается невыясненным влияние случайных факторов под широколиственными лесами на достаточно консервативные морфологические свойства почв, имеющие первостепенное значение при полевой диагностике. Таким образом,

неопределена роль случайных факторов в «нарушении» катенарных закономерностей распределения почв под широколиственными лесами, и их влияние па проявление связи между топографическими рядами почв и растительности.

Цель работы: Оценить влияние случайных факторов на распределение морфологических свойств почв по мезорельефу в Северо-Одоевском и Яснополянском лесничествах Тульских засек.

1 [оставленная цель определила следующие задачи:

1. Выявить закономерности в размещении почвенных таксонов на основных нсгидроморфпых элементах мезорельефа в широколиственных лесах Северо-Одоевского и Яснополянского лесничеств.

2. Изучить распределение макроморфологических свойств почв по мезорельефу в лесничествах.

3. Исследовать взаимосвязь топографических рядов почв и фнтоценозов широколиственных лесов.

4. Оценить влияние случайных факторов на варьирование морфолог ических свойств почв в пределах одного элемента мезорельефа.

5. Разработать предложения по крупномасштабному и детальному картографированию почв под широколиственными лесами.

Научная новизна. Обнаружено, что распределение дерново-иодзолистых и различных подтипов серых лесных почв по пегидроморфпым элементам мезорельефа в широколиственных лесах Тульских засек обычно не подчиняется кагенарным закономерностям. На уровне тенденций катенарные закономерности проявляются в связях между элементами мезорельефа и морфологическими свойствами, отражающими более дробно, чем в подтипах, степень оподзоленности почв. Нарушение катенарных закономерностей связано со значительным влиянием случайных факторов почвообразования в условиях незначительного градиента изменений экологических параметров

(влажности, освещенности) но мезорельефу в широколиственных лесах «теневого» типа.

Практическая значимость. Выявлена необходимость изучения варьирования морфологических свойств почв в пределах одного элемента мезорельефа (изучение ночи в траншеях) при проведений крупномасштабного и детального картографирования почвенного покрова под широколиственными лесами.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на конференции молодых ученых МГУ в 1997 году. Работа рассматривалась на заседаниях кафедры географии почв факультета почвоведения МГУ. Публикации. Но теме диссертации опубликовано 3 работы. Объем работы . Диссертационная работа изложена на ... страницах машинописного текста, включает .. таблиц и .. рисунков. Она состоит из введения, 7 глав и выводов. Список литературы включает ... наименований, ... из них на иностранных языках. Приложение имеет ... страниц ... машинописного текста,... таблиц и .. рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА О РАСПРЕДЕЛЕНИИ ПОЧВ И РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПО МЕЗОРЕЛЬЕФУ В ЗОНЕ ШИРОКОЛИСТВЕННЫХ ЛЕСОВ

Проявление кагепарных закономерностей почвенного покрова под широколиственными лесами связано с различной интенсивностью вертикальной и латеральной миграции веществ на разных элементах рельефа: для почв вершин водоразделов характерно застаивание влаги в элювиальной толще с последующим оггоком веществ в нижнюю часть профиля, что приводит к развитию процессов оиодзоливания, лессиважа, элювиального оглеения, создающих осветленный гор. А1А2 (А2); почвы склонов обогащаются тонкодисперсным органическим веществом и основаниями за счет бокового ст ока (Урусевская, 1963; Ахтырцев, 1979).

11арушеине катсиарнмх закономерностей почвенного покрова, наблюдаемое в ряде случаев (Урусевская, 1963), можег быть связано с локальным влиянием естественных (природных) и антропогенных факторов почвообразования, изменяющихся внутри одного элемента мезорельефа п, которые можно определить как «микрофакторы». В лесной зоне к естественным микрофакторам относятся а) факторы, опосредованно влияющие на почвенные свойства через формирование элементов микро- и наиорельефа: суффозионные просадки и эрозионные промоины (Симакова, 1994), палсокриогенные явления (Алифаиов, 1995), ветровальные комплексы (Васенев, Таргульян, 1995), б) биогенные мпкрофакторы почвообразования: парцеллярное строение биогеоценоза (Карначевский и др., 1968), расстояние от ствола дерева (Дмитриев и др., 1978), зоогашая деятельность. Антропогенные микрофакторы связаны с хозяйственной деятельностью человека в лесу: сплошные, санитарные и выборочные рубки, прочистки леса, посадки саженцев, создание лесовозных дорог (Ларюхин и др., 1987).

Использование катенарного метода исследований, предполагающего заложение разрезов на наиболее выровненных участках основных элементов мезорельефа, позволяет избежать влияние визуально определяемых микрофакторов (например, выраженный микро- и нанорельеф). Однако существуют микрофакторы, влияние которых невозможно избежать из-за скрытого характера их воздействия (наложение современных процессов на почвы, ранее измененные действием микрофакторов); из-за незначительной их выраженности (незаметные изменения наиорельефа, биогенное и антропогенное перемешивание почвенных горизонтов), из-за невозможности унифицировать их влияние (видовой состав и структура растительного покрова, расстояние от ствола дерева и т.д.). Поэтому при катенарном методе исследовании почв влияиие повсеместно действующих микрофакторов неизбежно и, по отношению к рельефу, они будут

являться случайными, поскольку не контролируются в ходе исследования (Дмитриев, 1972).

1! работах, посвященных генезису автоморфных почв в зоне широколиственных лесов (серых лесных и в меньшей степени дерново-иодзол истых ночи), ггеряостене/шая роль отводится леской растительности. (Коржинский, 1887, Тюрин, 1935; Докучаев, ¡949; Урусевская, 1%3; 1991; Ахгырцев, 1979; Алифанов, 1995). Доминирующая точка зрения, высказанная еще в начале века Г.Ф. Морозовым (1930) и Г.Н. Высоцким (1906), и развитая затем в трудах ПЛ. Михайлова (1914), B.C. Сукачева (1934), И.А. Голосова (1937), D.D. Алехина (1951), H.A. Коновалова (1949) и других исследователей, отстаивает специфичность -экологических условий на каждом элементе мезорельефа и существование, таким образом, топографических рядов фитоценозов и их взаимосвязь с тоиорядамн почв. Противоположную точку зрения - об отсутствии топографических рядов фитоценозов вследствие широкой экологической амплитуды их видов-дом и пантов -высказали С.С. Архипов (1939), И.Л. Гольдин (1971) и др. Таким образом, фитоцепозы широколиственных лесов, расположенные на различных элементах мезорельефа, наряду со случайными факторами могут влиять на проявление катенарных закономерностей почвенного покрова.

Одной из причин недостаточной изученности влияния случайных факторов и фитоценозов па проявление катенарных закономерностей почв в зоне широколиственных лесов является нечеткое обозначение географического (пространственного) уровня исследований. В настоящей работе изучение этих вопросов проводится на топографическом (влияние мезорельефа и растительных фитоценозов на формирование почв) и мнкрогопографическом (влияние случайных факторов на формирование почв) уровнях.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проходили на территории Северо-Одоевского (Одоевский район) и Яснополянского (ЦЦекинский район) лесничеств Тульских засек в период с 1994 г. по 1997 г. в рамках экспедиции МГУ им М.13. Ломоносова.

Северо-Одоевское лесничество расположено в Дугнинско-Срелнеупииском лесном районе, а Яснополянское лесничество - в Зушско-Упинском лесостепном районе (Зворыкин, 1961). Степень и глубина расчлененности рельефа в Севсро-Одоевском лесничестве больше, чем в Яснополянском лесничестве: перепад высот в первом случае составляет 50-60 м, крутизна водораздельных склонов в среднем 5-10°, балочных -30-40°; во втором случае - соответственно 30-40м, 2-3°, 15-30°. Для четкой характеристики мезорельефа по различным его параметрам были созданы классификаторы (табл. 1).

Почвообразующими породами на территориях обоих лесничеств служат бескарбонашые тяжелые покровные суглинки.

Средний возраст насаждений широколиственных лесов в Северо-Одоевском и Яснополянском лесничествах приблизительно одинаковый (несколько больше 100 лет).

Изучение растительности и иочв проводилось катенарным методом. В Ссверо-Одоевском в 10 кварталах площадью около 250 Га на

Табл.1.

Классификаторы факторов почвооб разования

( классификаторы Форма мезорельефа Крутизна склона Экспозиция склона Наличие склоновых видов-индикаторов

0 отсутствует отсутсвует

1 водораздел 0-1 с, с-в.с-с-в, с-з, с-с-з лрисутствуе

2 гребневидный 1-3 а, с-в-в, ю-в-в

3 прямой водораздельный склон 3-5(3-10) ю, ю-в, ю-ю-в, ю-э, ю-ю-з -

4 склон балки первого порядка 5-10 (10- 3, с-з-э, ю-з-з -

5 склон балки второго порядка* >10 (15- - -

6 >30*

* факторы, нехарактерные для Северо-Одоевского лесничества

различных элементах мезорельефа били заложены 49 разрезов и 52 прикопки; в Яснополянском в семи кварталах площадью около 230 Га - 63 разреза и 20 прикопок. Для унификации полевых описаний разрезов и прикопок были созданы классификаторы макроморфологических свойств почп (табл. 2). Названия почвам были паны на основании макроморфологическнх описаний в соответствии с ныне действующей классификацией ("Классификация и диагностика почв СССР", 1977). В Ссвсро-Одоенском лесничестве были описаны дерново-подзолистые н светло-серые лесные почвы. В Яснополянском лесничестве были описаны светло-серые лесные и серые лесные почвы.

При характеристике фитоценозов и составлении их названий использовался доминантно-детерминантный подход. Описание растительности осуществлялось в местах (точках) заложения почвенных

разрезов на пробных площадках размером 50 м х 50 м или 20 м х 20 м, в

Табл. 2

Классификаторы морфологических свойств почв

J0 Q О <Q ъс S -9 § g степень оструктуренности гср.А1 g о ф ■J S тФ CL 5 О О и с; ш >ч CJ я § е- 8 (наличие белесой |присыпки а гор.А1 степень отбеленное™ гор.А1А2 [степень слоистости А1А2 £ о а) у 15 С со 03 5 Я е- 8 сочетание белесых и бурых тонов ВА2 Наличие второго гумусового горизонта [глубины гор. А.А1А2, 'про-никновения гум. и |глин. кутан, перехода кц

0 - - - отсутствует - - отсутствует

1 преобладают супесь- отсутст- отбеленного чешуйча- супесь больше присут- выраже-

порош истые легкии вует материала то-листо- беле- ствует ны в ко

агрегаты сугпино к менее 20% от общей массы ватая* сы* тонов пичест-венной

2 равное соотноше- легкий единич- отбеленного плаеттч сулесь- равное шкале

ние зернистых, комковатых и лоро-шистых агрегатов суглино к ные зерна материала 2050% от общей массы а-тая (яисто- вато-плас легкий суглинок* соотношение

3 преобладают зер- легкий- пятна ма-териала 50- плитчата легкий больше

нистые или комко средний белесой 80% от общей я сугли- бурых

взтые агрегаты суглино лрисыпк массы нок тонов

4 — средний суглино к отселенного материала более 60% от общей массы* слоевато е сложен ив легкий-средний суглинок

* свойства, не встречающиеся в почвах Яснополянского лесничества в скобках - свойства, характерные только для почв Яснополянского лесничества

зависимости ог рельефа. Описание травяного яруса проводилось на площадке 10 м х Юм.

Для изучения влияния случайных факторов почвообразования в Яснополянском лесничестве были заложены пять траншей, описанных по точкам через 50см но классификаторам, применяемым и при описании разрезов.

Для выявления связей между заклассифицированными почвенными свойствами и факторами почвообразования использовались таблицы сопряженности (критерий хи=квадрат) и дисперсионный анализ (Дмитриев, 1972). Уровень значимости (а) для проверки статистических гипотез - 0,05.

В лабораторных условиях по общепринятым методикам в почвах наиболее представительных катен было определено общее содержание и групповой и фракционный состав гумуса, pH водной и солевой вытяжки, гидролитическая кнслотиость, степень насыщенности основаниями, свободное и аморфное железо, гранулометрический состав. Результаты химических анализов подтвердили описанные в полевых условиях различия макроморфологических свойств выделенных подтипов почв.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.б.н. A.C. Яковлеву, доценту каф. геоботаники, к.б.н. Ю.Е. Алексееву за проведение описаний растительности и ценные консультации, к.с/л.н. ЮЛ. Мешалкпной за помощь в проведении статистической обработки материалов. Самая искренняя признательность и благодарность выражается к.б.н. O.A. Макарову за организацию полевых исследований и постоянную помощь и поддержку ira всех этапах работы.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЛАВА 3. ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ РЯДЫ ФИТОЦЕНОВ.

Выделение растительных ассоциаций широколиственных лесов на исследуемых территориях осложнено существенной пестротой растительности, обусловленной естественными и антропогенными факторами. Влияние естественных факторов заключается в постепенном изменения (незначительном градиенте) условий почвообразования (влажности, освещенности) на местных водоразделах и водораздельных склонах, в результате чего доля участия различных древесных пород в древостое не можег быть увязана с конкретными топологическими и эдафическими условиями. Под влиянием лесохозяйственных мероприятий (антропогенных факторов) в лесах ровных водоразделов п их пологих склонов происходит естественного состава древесного яруса, осветление лесною полога, снижение сомкнутости крон; деформация кустарникового яруса и в ряде случаев «усиление», т.е. увеличение сомкнутости его крон, снижение освещенности под его пологом; изменение в мере участия растений травяного яруса. В связи с перечисленными условиями на исследуемых территориях было выделено 2 группы растительных ассоциаций.

1. Леса плакоров и пологих (до 1-3 градусов) водораздельных склонов: в составе древостоя доминирует липа сердцелистная (Tilia cordata). Дуб черешчатый (Quercus robur) и ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior) в количественном отношении почти везде уступают ей. Кустарниковый ярус растительных ассоцпиаций представлен, главным образом, лещиной (Corylus avellana), значительно реже встречается бересклет бородавчатый (Euonymus verrucosus), жимолость обыкновенная (Lonicera xylosteum), калина обыкновенная (Viburnum opulus), черемуха развесистая (Padus racemosa). Флористическая насыщенность травяного яруса фнтоценозов в обоих лесничествах невелика - от 7 до 20 видов на пробной площадке. Травяный ярус является полидоминантным и отличается мозаичностыо горизонтальной структуры, имеет хорошо выраженные парцеллы лролесника многолетнего (Mercurialis perennis),

зеленчука желтого (Galeobdolon luteum), лука медвежьего (Allium ursinum)

2. Леса крутых ( круипна более 10-15 градусов) водораздельных и овражно-балочных склонов: фитоценозы отличаются увеличением по сравнению с плакорамн и пологими водораздельными склонами флорист ческою богатства В древесном ярусе увеличивается участие мелколиственных пород - березы повисшей (Belula pendula) и осины (Populus Iremula). 13 кустарниковом ярусе кроме орешника лесного появляются или увеличивают свое участие бересклет бородавчатый, крушина ломкая (Frangula aliuis), рябина обыкновенная (Sorbus aueuparia), черемуха развесистая, калина обыкновенная. На склонах присутствует большинство видов травянистых растений, свойственных водоразделам, по одновременно появляются новые - осока пальчатая (Carex digitata), кострец ветвистый (Bromopsis ramosa), мятлик дубравный (Роа nemoralis), сочевичник весенний (Orobus vemus), а также такие редкие виды как овсяница высокая (Festuca altissima), лунник оживающий (Lunaria rediviva, скерда сибирская (Crépis sibirica), пырейник собачий (Elymus caninus) и др. Если на водоразделах осока волосистая (Carex pilosa) встречается редко и спорадически, то п;> склоновых численность этого вида резко увеличивается: она выступает как доминант.

ГЛАВА 4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ ПО ЭЛЕМЕНТАМ МЕ'ЮРЕЛЬЕФА

Изучение распределения почв по мезорельефу проводилось в отношении почвенных таксонов типового и подтипового ранга и отдельных морфологических свойств почв.

Распределение ночвениых таксонов по мезорельефу. В каждом лесничестве на негидроморфиых элементах мезорельефа были выделены почвы, относящиеся к двум таксонам, отличающихся между собой степенью оподзоленности: в Северо-Одоевском - дерново-подзолистые и

светло-серые лесные почвы, а в Яснополянском - светло-серые и серые лесные почвы. Основным критерием полевой диагностики дерново-подзолистых, светло-серых и серых лесных почв служила степень оиодзолеиности (отделенное! и) элювиального горизонта. Одновременно принимались в расчет и другие диагностические свойства почв. Так, например, при степени отбеленности горизонта А1Л2 < 20% (от общей массь| горизонта) в Северо-Одоевском лесничестве почвы диагностировались как свеию-серые, а в Яснополянском - как серые лесные почвы (табл. 3).

Изучение почв катенарным методом в обоих лесничествах показало, что при движении но мезорельефу не происходит закономерной смены таксонов (подгнпов/типов) почв (рис.1). Статистический анализ всех почв, формирующихся на различных элементах рельефа, выявил лишь отдельные связи различных таксонов почв с элементами мезорельефа, не отражающие катенарные закономерности почвенного покрова (табл.3). Так, было выявлено, что наименее огюдзозоленные почвы Ссвсро-Одоенского лесничества - светло-серые лесные -приурочены к средней части водораздельного склона крутизной 3-5°; а наиболее оподзоленные почвы Яснополянского лесничества - светлосерые лесные - приурочены к наиболее дренируемых участках склонов.

1'аси ределение морфологических почвенных свойств но мезорельефу. В ходе изучения связей с мезорельефом отдельных макроморфоло! ических свойств почв особое внимание среди последних уделялось степени огбеленности горизонта А1/А1А2. По степени проявления данного показателя почвы обоих лесничеств были разделены на слабо-, средне, сильно- и полностью отбеленные (табл.2). Таким образом, умышленно было проведено увеличение числа выделенных групп почв с различной степенью отбеленности элювиального горизонта (четыре группы в Северо-Одоевском лесничестве, три - в Яснополянском

11

I i

I

S

I

! 1

I

3

11

1

Сэ Ç,

S

55

Сэ

CS

са -н

группа растигеж-ныхассошгшЗ •'

леса лллкорой ir пелсгс/х seaafidj¿ejre,ffi/x еилама

злемент

воАОРазлел

глстсггыняая асесциация:

rpesyesL/лньш схмм Т/На cárdala - £sry¿¿/s

ril'J. cordata - Csrpius

avsí¿¿fl¿ - rterci/ridlis , avellana - Mc-reur/'alis Per&nm's persnnís

so Á10 30 ¿o

iO

o

¿¿{te-sí) ¿flzfts-vj) Az&(4l-S9)

B¿{S9-W) BZfeO-ffS') ¿C(rtf-W5..)

cserw-cefa? лесная легкасуглинис та ? на локроеном cvrjK/мке

¡лрлмог/ seaofíijaest____

1 ный снмн I | смену sa/izu

//SCd ¿¿>¿¿'АЛ5-

¿¿уишх и SáJ!DWUX с/слоте

| ЪШсйпШаТТогуШ' \¿vel[iflA -Унит

inie<~nie.c/iurn |

ItLiá cordata - Can/Luí ¿veLlana - Cartx pilosa.

es ¿тли-серая лесшл среднес/глинистая на логРовном о/мш*ё

О $00

Рис. 1. Почвенно-геоботаничесхий профили, а) Северо-Одоевское лесничество б) Яснополянское лесничество Условные обозначения:

¡ООО

М- ГОР. 1-Ю ООО BéPF. IUDOO

ноо

ái (0-ie) ^¿Щ-АгОс-к) U&ftv Ml(is-sz)

MAÍiZ-i/Л 31(1?-С W

üz (i4-?s) сеегло-сета

jltenajicosrop&M гумусг>ш/*гон/ -iCf/н- w...) зонтом легюсуг.

линистая нз па«-

poshom

zooo

Рус. 1<5

суглинке.

---— фаницы между элементами мезорельефа

границы между фуппами растительных ассоциаций

Дуб черешчатый ^ Липа сердцелистная ф Береза бородавчатая ф Осина тТ Пролесниклесной « Осока волосистая

Табл. 3

Проявление катенэрных закономерностей распределения таксонов почв и групп почв по степени отбеленности при различной степени расчленения рельефа

связь элементов мезорельефа с таксонами почв водораздельный склон 3-5гр. Северо-Одоевс-ко9 лесничество (сильно расчлененный рельеф)

таксон почвы дерново-подзолистые почвы светло-серые лесные почвы

связь элементов мезорельефа со степенью отбеленности водораздел склон балки

градации степени отбеленности отбеленного материала более 80% от общей массы отбеленного материала 5080% от общей массы отбеленного материала 20 50% от общей массы отбеленного материала менее 20% от общей массы

связь элементов мезорельефа со степенью отбеленности не встречаются водоразделы, наиболее дренируемые склоны Яснополянское лесничество (слабо расчлененный рельеф

таксон почвы светло-серые лесные почвы серые лесные почвы

связь элементов мезорельефа с таксонами почв наиболее дренируемые склоны

лесничестве) по сравнению с числом выделенных таксонов почв (по два таксона в каждом лесничестве).

Из всех изученных макроморфологических свойств (табл.2) наиболее тесной с мезорельефом оказалась связь у степени отбеленности элювиального горизонта: наблюдается тенденция к уменьшению проявления этою признака при движении от плакора вниз по склону (табл.3). Связи глубины горизонта А1 и глубины перехода к тяжелому суглинку с мезорельефом (их значения закономерно увеличиваются от водораздела к нижним частям склонов), вероятно, определяются поверхностным переносом почвенного материала и не отражают катепарных закономерностей почвенного покрова.

Отсутствие связей, отражающих катенарные закономерности почвенного покрова, между таксонами почв и элементами мезорельефа свидетельствует о том, что. набор и градации морфологических свойств почв, характеризующие подтиповой (типовой) таксон, не позволяют на исследуемых участках лесничеств разделить все почвы на группы, приуроченные к определенным элементам рельефа. Разделение почв на более мелкие группы но отдельным морфологическим свойствам

позволяет уловить дифференциацию почвенного покрова по мезорельефу. Гак, распределение но мезорельефу групп почв с определенной степенью отбеленное™ плювиального горизонта свидетельствует о проявлении катенарных закономерностей почвенного покрова под широколиственными лесами данного района.

В Яснополянском лесничестве в условиях незначительного расчленения рельефа, определяющего слабый градиент изменения экологических условий по мезорельефу, катенарные закономерности проявляются только в приуроченности наиболее оподзоленных (имеющих наиболее отбеленный горизонт А1Л2) почв к водоразделам и примыкающим к ним верхним частям гребневидных склонов. На водораздельных п балочных склонах этого лесничества, катенарные закономерности почв не проявляются. Напротив, почвы с наиболее оделенным элювиальным горизонтом приурочены к хорошо дренируемым склонам (преимущественно склонам балок первого порядка).

В Северо-Одоевском лесничестве, где расчлененность рельефа выше, усиливается проявление катенарных закономерностей: к водоразделам и нижним частям склонов приурочены соответственно почвы с наиболее и наименее отбеленным горизонтом А1Л2/А2.

Закономерное уменьшение степени отбеленное™ элювиальной толщи почв от плакоров к нижним частям овражно-балочных склонов наблюдается только на уровне тенденций, особенно в условиях незначительной расчлененности рельефа (Яснополянское лесничество). Это свидетельствует о том, что формирование того или иного почвенного профиля определяется не только условиями, связанными с изменениями мезорельефа, по и другими естественными н антропогенными случайными факторами, не учитываемых при изучении топорядов почв под широколиственными лесами Тульских засек.

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИИ СЛУЧАЙНЫХ ФАКТОРОВ НА ИЗМЕНЕНИЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ В ПРЕДЕЛАХ ОДНОГО ЭЛ t; М I.I {ГАМ КТО РЕЛЬЕФА

В Яснополянском лесничестве, где меньший градиент изменения экологических условий по мезорельефу и большая антропогенная нагрузка, чем в Северо-Одоевеком лесничестве, проявление случайных факторов почвообразования оказывается более очевидным. Их влияние на варьирование макроморфологических свойств почв в пределах одного элемента мезорельефа изучалось в пяти траншеях: под старым лесом на водоразделе, водораздельном и балочном склонах; под молодым лесом на водоразделе и водораздельном склоне. Возраст леса в данном случае рассматривается не как фактор длительности воздействия лесной растительности на проявление морфологических свойств, а как показатель степени антропогенной нагрузки: в молодом лесе в 93 и 81 гг (на водоразделе и водораздельном склоне соответсвенно) по прорубленным полосам в жердняке после подготовки почвы сажались саженцы дуба лесопосадочной машиной СБИ-1А.

Исследовалось влияние факторов, описанных в количественной (относительные превышения, расстояние от дерева) и качественной (количество опада, количество корней крупнее 1см в диаметре, нарцеллобразующне виды травянистого яруса) шкалах. Для траншей под молодым лесом оценивался также характер антропогенного воздействия: выделялись полосы сплошных вырубок с посадками саженцев дуба (посадки 1981 г на водоразделе и 1993г. на водораздельном склоне) и невырубленные полосы жердняка.

В пределах траншеи все рассматриваемые морфологические признаки почв варьируют в широких пределах. Для свойств, описанных в количественной шкале, стандартное отклонение составляет около 30% от среднего значения; свойства, описанные в качественной шкале, изменяются минимум на три градации классификаторов. Более широкий

диапазон изменения морфологических свойств наблюдается в траншеях иод молодым лесом. Но границам диапазона изменения рассматриваемых признаков различаются между собой как траншеи на разных элементах мезорельефа, так и иод лесами различного возраста, причем в последнем случае эти различия более существенны (это особенно проявляется в изменении глубин горизонтов А1 и Л1Д2 и степени отбелениости элювиальною горизонта).

Особое внимание уделялось изучению варьирования тех морфологических свойств, которые определяют классификационное положение серых лесных почв на подтиловом и видовом уровнях -степени отбеленное™ элювиального горизонта и глубине гумусовой толшп (А1+А1А2). Варьирование степени отбелсниос-ти в стенке траншей на водоразделе и водораздельном склоне под молодым лесом и траншеи на склоне балки под старым лесом настолько существенно, что в пределах этих траншей диагностируется два подтипа серых лесных почв - светлосерые и серые. В результате изменения мощности гумусовой толщи в пределах этих же траншеи формируются три вида серых лесных почв: маломощные, среднемощные и мощные (рис.2). В наиболее широких границах степень (пвелспиосги и мощность гумусовой толщи варьируют а траншее под самыми молодыми посадками 1993 г. Таксономические разности ночв в пределах траншеи выделялись как почвенные индивидуумы в понимании их Л.И. Прасоловым (1927).

Методами математической статистики анализировалось влияние случайных факторов почвообразования на проявление всех рассматриваемых макроморфологических свойств почв. При этом особое внимание отводилось возможному действию случайных факторов на те признаки, которые отражают гумусонакопление (глубина гумусовой толщи) и оподюлппаиие (наличие белесой присыпки в горизонте А), степень очбелеиности и слоистости горизонта А1А2/А2) в изучаемых почвах.

J

лолосз. незыруьленмго жгрлнакв.

Рис. Za

такеономс/Уесниз рз.гличия лоча

Рис. 2 5

Рис. 2. Варьирование морфологических свойств почв в траншее. м. гор. 1:50 верт. 1:10

а) Траншея №2 на водоразделе под молодым лесом (посадки 1993г.).

б) Траншея №4 на водораздельном склоне под молодым лесом (посадки 1981 г.).

в) Траншея №3 на водораздельном склоне под старым лесом )возраст более 100 лет).

Индексы почв:

Условниые обозначения: I' ' дневная поверхность граница гор. А1 граница гор. А1А2 граница гор.А2

I---\

отсутствие белесой присыпки в гор.А1 отдельные отбеленные зерна в гор.А1 пятна белесой присыпки в гор.А1

отбеленного материала <10% а гор.А1А2/А2 от общей массы отбеленного материала 10-30% в гор.А1А2/А2 от общей массы отбеленного материала 30-50% в гор.А1А2/А2 от общей массы отбеленного материала >50% в гор.А1 А2/А2 от общей массы

Л1 светло-серая лесныя маломощная Л1" светло-серая лесныя среднемощная

г,«"'

Л1 светло-серая лесныя мощная Л2' серая лесныя маломощная Л2 серая лесныя среднемощная Л2"' серая лесныя мощная

1>ыло установлено, что под старым лесом степень оподзоленности ночи в большинстве случаев связана с микрорельефом. На водоразделе, водораздельном и балочном склонах на микроповышениях встречаются почвы с более 01 беленным горизонтом А1А2 (вплоть до формирования горизонта А2) На водораздельном склоне на микроиовышениях отмечается также формирование почв с наибольшим содержанием белесой присыпки в горизонте А1, а па балочном склоне в проявлении этого признака обнаруживается обратная тенденция. На водоразделе при увеличении высотных отметок наблюдается укрупнение слоистой структуры в горизонте А1А2/А2.

Под молодым лесом связи между высотными отметками и свойствами, отражающими степень оподзоленности почв не проявляготся совсем или проявляются прямо противоположно. Это свидетельствует о том, что интенсивная лесохозяйственная деятельность (посадки саженцев дуба по прорубленным полосам 1981 и 1993 гг.) нарушает генетически обусловленные связи микрорельефа со степенью оподзоленности почв.

Для морфологических свойств, характеризующих гумусонакопление в почвах под старым лесом не было выявлено четко выраженных связей со случайными факторами. Под молодым лесом наблюдается уменьшение глубины гумусового горизонта в прорубленных полосах посадок саженцев дуба, что свидетельствует о связи этого свойства с антропогенными, а не с естественными случайными факторами почвообразования.

Влияние случайных факторов, связанных с растительностью (расстояние ог дерева, количество корней), на рассматриваемые почвенные свойства в большей мере проявляется под старым лесом, чем иод молодым. Это, вероятно, объясняется тем, что под молодым лесом существующие генетические связи между свойствами почв и растительностью существенно нарушены в результате недавних (1981 и 1993 гг) посадок.

ГЛАВА 6. СООТНОШЕНИЕ ПОЧВ И ФИТОЦЕНОЗОВ ШИРОКОЛИСТВЕННЫХ ЛЕСОВ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ МЕЗОРЕЛЬЕФА

Изучение вопросов о взаимоотношении почв и лесной расти [слмшсти в Сеисро-Одоевском и Яснополянском лесничествах Тульских засек проводилось на двух уровнях: топографическом (соотношение почв и растительности на различных элементах мезорельефа) и микротопографическом (соотношение почв и растительности в траншеях).

Формы проявления взаимосвязи ночв и растительности изучались на топографическом уровне но линиям: почвенный таксон (подтип/тип) -таксон фитоценоза (группа растительных ассоциаций), почвенный таксон - свойство фитоценоза, почвенное морфологическое свойство - таксон фитоценоза, почвенное свойство - свойство фитоценоза, а на микротопографическом - по линии почвенное морфологическое свойство-свойство фитоценоза.

При закономерной смене двух групп растительных ассоциаций по элементам мезорельефа (рис. I) не происходит последовательной смены таксонов почв: чаще всего, внутри одного ареала группы растительных ассоциаций формируются различные подтипы (типы) почв. Это подтверждается методами математической статистики. Из всех рассматриваемых линий проявление связей отмечается только между отдельными свойствами расти гельпости и морфологическими свойствами ночв.

Отсутствие четких связей между таксонами и свойствами почв с одной стороны и таксонами и свойствами растительности с другой стороны на фоне установленных катенарных закономерностей (по крайней мере на уровне тенденций) для групп почв с определенной степенью отбеленное™ элювиального горизонта и групп растительных ассоциаций может свидетельствовать о разнохарактерном влиянии

мезорельефа на изменения почв и растительности. То есть, одинаковое изменение параметров мезорельефа (формы, крутизны, экспозиции, дренируемое™ склонов, ошоеительных превышений) может приводить к изменению почвенных таксонов или свойств, но не приводить к изменению растительных таксонов или свойств и наоборот.

В результате исследований было установлено, что на мезо- и ммкротопографическом уровнях связи проявляются только между свойствами почв и свойствами растительности. При этом выявленные связи свойств ночв и растительности в траншеях являются преимущественно закономерными (например, влияние количества крупных корней на глубину горизонта А1А2). А связи на топографическом уровне скорее всего опосредованы через рельеф (например связь степени отбслеиности горизонта А1А2 с присутствием Carex pilosa).

Существование связей между неотъемлемыми компонентами биогеоценоза в зоне широколиственных лесов - почвенным и растительным покровами - не ставится под сомнение. Эти связи разноуровневы, разнохарактерны, часто опосредованы и проявляются с различной очевидностью. Па топографическом уровне исследования с использованием общепринятых методик крупномасштабного картографирования связи между почвами и растительностью достаточно слабы и нередко опосредованы через рельеф. В то же время повсеместное влияние случайных факторов, связанных с растительностью, часто приводит к закономерному локальному изменению морфологических свойств серых лесных почв.

ГЛАВА 7. ПРОЯВЛЕНИЕ СЛУЧАЙНЫХ ФАКТОРОВ НА ТОПОГРАФИЧЕСКОМ И МИКРОТОПОГРАФИЧЕСКОМ УРОВНЯХ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА

Топографические особенности почвенного покрова под широколиственными лесами отражаются на средне-, крупномасштабных и легальных каргах в виде сочетаний дерново-подзолистых, светло-серых и серых лесных почв или их индивидуальных ареалов в соответствии с преобладающими научными представлениями об уменьшении степени оиодзоленности почв от водоразделов к нижним частям склонов (Урусевская, 1963; Ахтырцси. 1979). Между тем, результаты настоящей работы свидетельствуют о том, что данные представления часто не соответствуют реальному распределению почв на различных элементах мезорельефа. Повсеместный характер действия и значительная роль случайных факторов почвообразования в условиях слабых градиентов изменения экологических параметров по мезорельефу приводят к тому, что невыполнение катепарпых закономерностей почвенного покрова в зоне широколиственных лесов оказывается достаточно типичным. Однако при исследовании почп на мезотопографическом уровне, когда основным источником информации является конкретный почвенный профиль, некрытый разрезом на определенном элементе рельефа, оценить повсеместное влияние случайных факторов практически невозможно.

Исследование почв на микротопографическом уровне (в траншее) позволяет проследить одновременное изменение макроморфологических почвенных свойств и случайных факторов почвообразования в пределах одного элемента мезорельефа и таким образом оценить взаимосвязь между ними. Полученные результаты можно использовать для разработки методических рекомендаций, позволяющих учесть влияние случайных факторов при детальном и крупномасштабном картографировании почвенного покрова под широколиственными лесами. Так, исследования почв в траншеях позволяют составить набор морфологических свойств почв и разработать их классификаторы для выделения почвенных групп, закономерно распределяющихся по мезорельефу (в данном случае - в соответствии с катсиарными закономерностями) , а также определить

условия загюжеиия базовых разрезов, унифицированные по характеру воздействия случайных факторов.

ВЫВОДЫ:

1. В Сеперо-Одоевском и Яснополянском лесничествах Тульских засек в распределении таксонов почв по элементам мезорельефа катснарпме закономерности не проявляются; в распределении групп почв по степени оподзоленности катенарные закономерности проявляются на уровне тенденций.

2. По мезорельефу широколиственные леса образуют не четкие ряды фиюценозов, а дне основные группы растительных ассоциаций: а) фшоценозов водоразделов и пологих водораздельных склонов и б) фиюценозов крутых водораздельных и овражно-балочных склонов. Это связано с высокой континуальностью широколиственных лесов при слабом градиенте изменений экологических условий по мезорельефу и при существенной зоогенной и антропогенной нарушенное™ территории.

3. Связь между таксонами почв и группами растительных ассоциаций в широколиственных лесах Тульских засек не проявляются. Установленные связи между отдельными свойствами почв и растительности опосредованы через рельеф.

4.11а топографическом уровне изучения в широколиственных лесах Тульских засек не выявляются связи между таксонами почв (типы/подтипы) и таксонами растительности (группы растительных ассоциаций), а также связи между закономерно распределенными по мезорельефу группировками почв и фитоценозов (группы почв по степени отбелснностн элювиального горизонта и группы растительных ассоциаций). Установленные связи между отдельными свойствами почв и растительности опосредованы через рельеф.

5. Влияние случайных факторов почвообразования приводит к значительному генетически обусловленному варьированию

морфологических свойств почв в пределах одного элемента мезорельефа. В результате этого влияния в пределах траншеи формируются почвы, различающиеся между собой на различных таксономических уровнях (вплоть до подтипа).

6. Усиление действия случайных факторов, связанных с антропогенной деятельностью, увеличивает варьирование морфологических свойств почв в пределах одного элемента мезорельефа и нарушает генегмчески обусловленные связи почвенное свойство -случайный фактор. Гак, в траншеях под старым лесом Яснополянского лесничества наблюдается зависимость степени отбеленности элювиальной толщи от относительных превышений, а в траншеях под молодым лесом - не наблюдается.

7. Существенное влияние случайных факторов на пространственное распределение почв под широколиственными лесами обусловливает необходимость более широкого привлечения "мнкроюпографичсскнх" методов для целей крупномасштабного картографирования почвенного покрова.

Но теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Макарова A.C., Макаров O.A., Мешапкина Ю.Л., Алексеев Ю.Е. Особенности распределения по мезорельефу морфологических свойств серых лесных иочо под широколиственными лесами Яснополянского лесничества Тульских области. Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 17. Почсвоведение. №2, 1997.

2. Макарова A.C. Распределение морфологических свойств серых лесных ночв в Тульских засеках. // Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-96». Тезисы докладов. Москва, 1997.

3. Макаров O.A., Алексеев 10.Е., Макарова A.C., Яковлев A.C. Топоряды фитоценозов и ночв Тульских Засек. Почвоведение. В печати.