Взаимосвязь климатических параметров с ареалами распространения почвенных генетических горизонтов равнинной территории России

Неданчук, Инна Михайловна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Взаимосвязь климатических параметров с ареалами распространения почвенных генетических горизонтов равнинной территории России
ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Взаимосвязь климатических параметров с ареалами распространения почвенных генетических горизонтов равнинной территории России"

На правах рукописи

НЕДАНЧУК ИННА МИХАИЛОВНА

ВЗАИМОСВЯЗЬ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ С АРЕАЛАМИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЧВЕННЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ГОРИЗОНТОВ РАВНИННОЙ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ

Специальность 03.02.13 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 7 КК= "

а ¿011

Москва-2010

4843461

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

Научный руководитель:

доцент, кандидат биологических наук И.О. Алябина

Официальные оппоненты: доктор географических наук C.B. Горячкин

кандидат биологических наук Л.Г. Богатырев

Ведущая организация:

Почвенный институт В.В. Докучаева РАСХН

Защита диссертации состоится 8 февраля 2011 года в 15 ч. 30 мин. в аудитории М-2 на заседании диссертационного совета Д 501.001.57 при МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, д.1, стр. 12, МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, тел./факс (495) 939-24-67.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан «16» декабря 2010 года.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета. Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять по адресу: 119991 ГСП-1, Москва, Ленинские горы, д.1, стр. 12, МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, Ученый совет.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 501.001.57 доктор биологических наук

АС. Никифорова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Функциональная взаимосвязь между почвами и факторами почвообразования, установленная В.В. Докучаевым, позволяет, по его словам, «решить интереснейший вопрос о закономерных соотношениях между характером и распределением почв и факторами почвообразования ...» (Докучаев, 1949, с. 299). Роль факторов почвообразования в современном почвоведении рассматривается в одном из разделов экологии почв - факторной экологии (Добровольский, Никитин, 2006). Разработка методов изучения взаимосвязи между факторами почвообразования и почвами до сих пор остается актуальной задачей генетического почвоведения (Соколов, 1985). Одним из способов установления общих законов факторной экологии почв является обобщение почвенно-географических закономерностей. Выявить наиболее общие почвенно-географические закономерности возможно при учете как можно большего числа факторных характеристик, при этом наиболее корректными являются взаимосвязи, установленные на количественном уровне. Возможность одновременного учета большого объема почвенной инфорлгации и факторных характеристик дают геоинформационные системы (ГИС). Появление ГИС стало толчком для разработки новых методологических подходов к оценке влияния факторов почвообразования как на отдельные почвенные свойства (Moore et al.,1993; Odeh et al.,1994; Батжес, Бриджис, 2000; Caree, McBratney, 2005), так и на формирование почвенного покрова в целом (Герасимова и др., 2000; Алябина, 2003; McBrantey et al., 2003; Маречек и др., 2009). На сегодняшний день, по-прежнему, ощущается недостаток в методах оценки количественной взаимосвязи между факторными характеристиками и распространением почв. Этот факт делает актуальным поиск и разработку методов количественного учета влияния факторов почвообразования на почвенный покров.

Цель работы: Установить количественную взаимосвязь между климатическими параметрами и распространением почвенных генетических горизонтов на равнинной территории России. Задачи работы:

I. Получение исходного массива данных:

1. Подбор климатических параметров.

2. Наделение контуров цифровой почвенной карты масштаба 1:2 500 000 значениями климатических параметров.

3. Объединение почвенных типов по наличию в них генетических горизонтов и выделение ареалов распространения горизонтов на цифровой почвенной карте.

II. Разработка методов оценки взаимосвязи климатических параметров и распространения почвенных горизонтов на количественном уровне, анализ полученных данных:

4. Расчет общих и характерных диапазонов значений климатических параметров для почвенных горизонтов. Определение характера распространения почвенных горизонтов в полях климатических параметров.

5. Установление количественной взаимосвязи между климатическими параметрами и распространением горизонта.

6. Построение гидротермических полей климатических ареалов горизонтов.

7. Учет влияния почвообразующих пород на распространение почвенных

горизонтов в полях климатических параметров.

III. Характеристика распространения почв в полях климатических параметров.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях: XVI Всероссийская Школа «ЭКОЛОГИЯ И ПОЧВЫ» (г. Пущино, 2009), III международная конференция по лесному почвоведению (г. Петрозаводск, 2009), Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2009» (г. Москва, 2009), V Международная научно-практическая конференция «Экология речных бассейнов» (г. Владимир, 2009).

Публикации. По теме диссертации имеется 8 публикаций, включая 4 статьи.

Научная новизна работы сформулирована в виде следующих положений, которые выносятся на защиту:

Построены карты ареалов распространения двенадцати почвенных горизонтов на равнинной территории России.

Определены общие и характерные диапазоны значений климатических параметров для выделенных почвенных горизонтов.

Установлена количественная взаимосвязь между распространением горизонтов и значениями климатических параметров.

Показано влияние почвообразующих пород на распространение почвенных горизонтов в полях климатических параметров.

Предложены новые методические приемы и последовательность методов, позволяющая количественно оценить взаимосвязь климата и почвенных горизонтов на равнинной территории России.

Практическая значимость работы: Установление почвенно-географических закономерностей в факторном пространстве дает возможность прогноза почвенного покрова малоизученных территорий и палеогеографической реконструкции почвенного покрова при изменении природной среды. Почвенно-географические закономерности создают основу генетической логики для решения классификационных проблем почвоведения.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Диссертация изложена на 108 стр., содержит 23 рисунка и 1 таблицу. Список литературы включает 211 источников на русском и иностранных языках. Объем приложения составляет 16 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Факторы почвообразования и общие закономерности географического распространения почв (обзор литературы)

Одним из методов выявления общих законов экологии почв является обобщение и анализ закономерных связей между факторами почвообразования и почвами в почвенно-географическом пространстве. Влияние климата на формирование почвенного покрова

можно рассматривать как конкретную реализацию в реальном географическом пространстве общих почвенно-географических закономерностей, которые в дальнейшем можно использовать для понимания законов экологии почв.

Климат является энергетическим фактором почвообразования, формирующим потоки тепла и влаги на земле. Он оказывает как прямое воздействие на почву, определяя энергетический уровень минеральных преобразований в коре выветривания, обусловливая миграцию веществ на земной поверхности, сказываясь на физическом состоянии почвенной массы, так и косвенное, создавая основные условия протекания биологических процессов на земной поверхности. Климат определяет наиболее общие закономерности в почвенно-географическом пространстве (Высоцкий, 1906; Сибирцев, 1951; Афанасьев, 1922; Неуструев, 1931; Герасимов, 1945; Докучаев, 1949; Волобуев, 1953; Фридланд, 1959; Соколов, 1982). Важную роль в понимании взаимосвязи между климатом и почвенным покровом играют методы исследования. Установление количественных связей между почвой и почвообразователями - важнейшая задача почвоведения (Иенни, 1948; Докучаев, 1949; Соколов, 1993; Соколов, Конюшков, 2002).

На сегодняшний день существует небольшой набор методов, позволяющих выявлять почвенно-географические закономерности. Большинство из них основано на выборе ограниченного числа факторных характеристик. Наиболее информативным является метод экологических матриц, позволяющий учесть максимальное количество факторов (Иванова, 1976; Иванова, Розов, I960; Соколов, 1982), более простым и наглядным является метод гидротермических полей (Волобуев, 1953; 1963). Интересные результаты дает факторно-картографический анализ, суть которого заключается в сопоставлении ареалов почв с разнообразными тематическим картами природных факторов (Грачева, б/г; Марголина, Ильичев, б/г; Целищева, б/г).

Появление геоинформационых систем открыло новые возможности в поиске взаимосвязи между факторными характеристиками и почвенным покровом. На основе ГИС были разработаны количественные климофункции, топофункции и др. (McBrantey et al., 2003). С использованием ГИС была разработана методология оценки почвообразующего потенциала природных факторов (Шоба и др., 1999). Разработанные теоретические представления и методологические подходы послужили основой для первых опытов картографической оценки почвообразующего потенциала климата (Герасимова и др., 2000; Алябина и др., 2002а; Алябина, 2003), биоты (Моисеев, Алябина, 2002; 2007; Алябина и др., 20026), а также рельефа, материнских пород и характеристики некоторых общих природных закономерностей географии почв.

Глава 2. Материалы и методы

Использованные в работе цифровые картографические материалы и снятые с них параметры приведены в табл.1. Факторно-картографический анализ данных проводили в программных продуктах Maplnfo, Microsoft Excel, Stadia.

Использованные материалы_Таблица 1

Карта Масштаб Используемые данные

Почвенная карта РСФСР, 1988 (2007) 1:2 500 000 Почва

Почвообразующая порода

Карта почвенно-экологического районирования России, 2007 1:2 500 000 Средняя температура июля

Суммы температур воздуха выше 10°С

Продолжительность периода с температурой воздуха выше 10°С

Продолжительность безморозного периода

Средняя температура января

Количество осадков за год

Суммы температур выше 10°С в почве на глубине 20 см Цифровая модель Суммы температур выше 10°С в почве на глубине 20 см

Суммы температур ниже 0°С в почве на глубине 20 см Цифровая модель Суммы температур ниже 0°С в почве на глубине 20 см

Глубина проникновения температур выше 10°С в почву Цифровая модель Глубина проникновения температур выше 10°С в почву

Продолжительность периода с температурой выше 10°С в почве на глубине 20 см Цифровая модель Продолжительность периода с температурой выше 10°С в почве на глубине 20 см

Средняя годовая температура почвы на глубине 20 см Цифровая модель Средняя годовая температура почвы на глубине 20 см

Валовое увлажнение территории, 1964 1:35 000 000 Валовое увлажнение территории

Количество осадков. Теплый период (апрель-октябрь), 1964 1:35 000 000 Количество осадков теплого периода

Разность осадков и испаряемости, 1960 1:25 000 000 Разность осадков и испаряемости

Испарение с поверхности суши. Год, 1960 1:25 000 000 Испарение

Почвы в работе рассматривали как набор почвенных горизонтов. Такой подход обусловлен их большой генетической значимостью, поскольку основные почвообразующие процессы протекают на горизонтном уровне (Герасимов, 1984; Караваева и др., 1992; Таргульян, 2005; Тонконогов, 2008). Почвенные горизонты были объединены в следующие группы:

I. Гумусовые горизонты:

Серогумусовый (AY); Темногумусовый (AU); Светлогумусовый (AJ); Ша. Срединные горизонты (иллювиальные): Альфегумусовый (BHF); Текстурный (ВТ); Солонцовый (BSN);

II. Элювиальные горизонты:

Подзолистый (Е); Элювиальный (ЕЬ); Гумусово-элювиальный (АЕЬ); Шб. Срединные горизонты (метаморфические): Структурно-метаморфический (ВМ); Ксерометаморфический (ВМК); Палевометаморфический (ВРЬ).

Рассматривали влияние на распространение почвенных горизонтов двух факторов почвообразования - главным образом, климата и, в качестве дополнения, почвообразующих пород (гранулометрического состава рыхлых отложений). Корректное проведение анализа возможно при выравнешюсти остальных факторов почвообразования (Докучаев, 1949; Иенни, 1948). Минимизируя влияние рельефа и фактора времени, в работе рассматривали почвы равнинных территорий голоценового возраста. Биота, будучи главным «движителем» развития почв, является в то же время самым зависимым «ведомым» фактором почвообразования, ее развитие контролируется как климатом, так и литолого-унаследованными свойствами и педогенным преобразованием почв (Соколов, Конюшков, 2002). В связи с этим, имея целью установление наиболее общих закономерностей влияния климата, роль биоты в анализе не учитывали. Основное внимание в работе уделено оценке влияния климата.

Для получения исходного массива данных использована единая цифровая картографическая основа (покрытие), каждый полигон которой был охарактеризован набором необходимых для дальнейшего анализа данных: преобладающая почва, набор почвенных горизонтов, почвообразующая порода, значения климатических параметров, площадь в абсолютных единицах, площадь в % от равнинной территории России, площадь в % от ареала горизонта.

Цифровая картографическая основа получена путем объединения почвенной карты и карты почвенно-экологического районирования. Из рассмотрения были исключены горные территории, выделяемые на карте почвенно-экологического районирования как горные провинции. В итоге единое цифровое покрытие на равнинную территорию России состоит из 19729 полигонов (контуров), соответственно, такой объем имеет первичный массив данных.

Каждый контур почвенной карты1 может включать от одной до четырех почвенных типологических единиц и до двух почвообразующих пород (основные и сопутствующие). В расчет принимались только тип основной почвы, занимающей большую часть площади полигона (без учета сопутствующих почв или комплексов), и основная почвообразующая порода.

Информация о горизонтах почвенных типологических единиц взята из пояснительной записки к почвенной карте (Почвенный покров..., 2001). Набор горизонтов, используемых при анализе, был скорректирован по классификации 2004 года (Классификация и диагностика..., 2004). Выделенные на единой цифровой основе ареалы горизонтов включают от 280 до 3232 контуров.

В массив данных вошли значения климатических параметров, содержащиеся на карте почвенно-экологического районирования. Показатели с других климатических карт были пересчитаны методом средневзвешенных значений (с учетом площади) в каждый полигон.

Первичные данные, представляющие собой характеристики почвенного покрова равнинной территории России, почвообразующих пород и климата для всех контуров единой цифровой картографической основы, были подготовлены в программе Мар1пйэ и использованы для дальнейшего анализа с помощью различных методов.

1 Информация с почвенной карты использовалась в качестве фактического материала, анализировались почвенные контуры, а не принципы их выделения.

1. Для характеристики распределения горизонта в поле климатического параметра предложен метод построения сравнительных диаграмм (Неданчук, Алябина, 2010). На одном графике показаны доли площади с определенным значением климатического параметра на равнинной территории России в целом (в сумме принято за 100%) и доли площади с определенным значением климатического параметра в ареале почвенного горизонта (в % от площади равнинной России). Общий диапазон значений, принимаемых климатическим параметром на равнинной территории России, всегда шире диапазона, соответствующего ареалам горизонтов, которые занимают от 3% до 20% от площади равнинной России.

2. Для установления количественной взаимосвязи между климатическими параметрами и распространением почвенных горизонтов был использован метод ранговой корреляции. Предварительная проверка характера распределения данных показала отсутствие нормального распределения, что послужило причиной выбора непараметрического метода анализа. Анализ проводился для двух выборок: значений климатического параметра, входящих в общий диапазон на равнинной территории России, и долей площадей ареала горизонта, соответствующих каждому значению параметра. В результате обработки данных рассчитаны коэффициенты ранговой корреляции г Спирмена, являющиеся непараметрическим аналогом коэффициента корреляции, нормальная аппроксимация ^-статистика) и уровень значимости Р гипотезы о равенстве нулю коэффициента корреляции (нулевая гипотеза принимается, если Р>0,05). Количественный учет степени различий тесноты связи переменных проводился по 2-статистике и величине уровня значимости (Кулаичев, 2002).

3. Для получения дополнительной информации о распределении горизонта в поле климатического параметра предложен метод расчета характерных диапазонов. Характерный диапазон определяется путем вычисления среднего арифметического площади, занимаемой горизонтом при всех значениях, которые климатический параметр принимает на территории равнинной России, и исключения из общего диапазона ареала горизонта тех значений, при которых площадь горизонта меньше рассчитанного среднего. Таким образом, характерный диапазон включает в себя значения, принимаемые климатическим параметром в ареале почвенного горизонта, без учета «информационного шума». Характерные диапазоны включают от 76 до 100% площади ареалов горизонтов.

Для описания полученных результатов также введены термины «узкие» и «широкие» диапазоны. «Узким» считается диапазон, покрывающий 30-40% общего диапазона изменения параметра на равнинной территории России, «широким» - 60-100%. Относительная ширина диапазона может служить характеристикой влияния параметра на формирование горизонта.

4. Характерные диапазоны распространения почвенных горизонтов были использованы в ходе применения метода почвенно-климатических ареалов по В.Р. Волобуеву (1953). Положение климатических ареалов почвенных горизонтов определяли в гидротермическом поле температурного показателя - сумм температур выше 10°С в почве на глубине 20 см, и влажностной характеристики - годового количества осадков. Для характерных диапазонов распространения почвенных горизонтов рассчитаны средние арифметические значения

климатических параметров, образующие геометрический центр климатического ареала горизонта в гидротермическом поле.

5. Анализ влияния пород на распространение горизонта проводился в полях отдельных климатических параметров с дополнительным введением характеристики пород. Рыхлые породы по гранулометрическому составу были сгруппированы следующим образом: пески и супеси; легко- и среднесуглинистые; тяжелосуглинистые и глины. Плотные породы не учитывались. Для анализа по методу почвенно-климатических ареалов использованы общие диапазоны и средние арифметические значения климатических параметров распространения почвенных горизонтов. Из рассмотрения были исключены горизонты, развитые в почвах, формирование которых происходит на породах близкого гранулометрического состава: темногумусовый, подзолистый, альфегумусовый и палевометаморфический.

6. Характеристику распространения почв проводили как в полях отдельных климатических параметров, так и в гидротермических полях. Рассчитаны и графически представлены «экологические ниши» почв в общем диапазоне климатических параметров на равнинной территории России и общем диапазоне распространения горизонтов. Проведено сравнение распространения светлогумусового, альфегумусового и текстурного горизонтов с распространением почвенных типов, в состав которых они входят, в полях параметров сумм активных температур в почве на глубине 20 см и годового количества осадков. Распространение серогумусового, элювиального и текстурного горизонтов рассматривали в гидротермическом поле сумм активных температур в почве на глубине 20 см и годового количества осадков.

Глава 3. Анализ влияния климатических параметров на распространение почвенных

горизонтов

В главе дана оценка влияния отдельных климатических параметров на распространение почвенных горизонтов. Для определения влияния были построены и проанализированы гистограммы распространения горизонтов в полях климатических параметров, рассчитаны характерные диапазоны климатических параметров развития почвенных горизонтов, определена корреляция между значениями параметров и распространением горизонтов, а также построены и проанализированы климатические ареалы почвенных горизонтов в гидротермических полях параметров.

Рассматриваемые климатические параметры (табл. 1) делятся на три группы:

- температурные атмосферные и почвенные (всего 10);

- собственно влажностные, которые учитывают только поступление влаги (количество осадков за год, количество осадков за теплый период);

- влажностные, учитывающие перераспределение поступившей влаги, в том числе под влиянием температурных параметров (испарение, разность осадков и испаряемости, валовое увлажнение территории2).

Гистограммы распространения горизонтов в полях климатических параметров описывают характер распространения горизонта в поле параметра, то есть частоту

2 Ресурсы почвенной влаги, рассчитанные по комплексному, дифференцированному уравнению водного баланса.

встречаемости контуров горизонта при данном значении параметра и показывают общий диапазон его значений для горизонта. Характерный диапазон дает возможность исключить из рассмотрения «информационный шум». Анализ гистограмм позволяет выявить параметры, определяющие распространение горизонта. Непрерывное распространение горизонта в узком диапазоне значений параметра (относительно общего диапазона значений параметра на равнинной территории России) указывает на связь этого параметра с распространением горизонта. Количественная оценка влияния климатических параметров на распространение горизонтов методом ранговой корреляции позволила подтвердить результаты анализа графически представленных данных и выявить новые взаимосвязи. Результаты статистической обработки приведены в табл.2. Дополнительная характеристика влияния климатических параметров на распространение почвенных горизонтов была получена при построении их климатических ареалов в гидротермических полях параметров.

Гумусовые горизонты

Серогумусовый горизонт выделяется в следующих основных почвенно-таксономических единицах: дерново-подзолистые (66% от общей площади горизонта), серые лесные (15%), бурые лесные (13%), темно-серые лесные почвы (6%). Несмотря на широкое распространение серогумусового горизонта на равнинной территории России, горизонт формируется в достаточно узких диапазонах значений климатических параметров. Распространение горизонта в полях климатических параметров довольно равномерно (рис.1а). Характерные диапазоны сумм активных температур воздуха (1280-2370°С) и в почве (1300-2380°С), продолжительности периода с активными температурами воздуха (88145 дней) и в почве (75-135 дней), а также других температурных параметров расположены в центральной части общих диапазонов. Данные корреляционного анализа (табл.2) выявляют отсутствие взаимосвязи между распространением горизонта и следующими климатическими параметрами: средние температуры января, суммы отрицательных и суммы активных температур в почве, продолжительность периода с активными температурами в почве и глубина проникновения активных температур в почву. Горизонт распространен в узких диапазонах значений влажностных параметров. Диапазон значений годового количества осадков для серогумусового горизонта (475-730 мм) смещен в сторону больших значений в общем диапазоне значений параметра для равнинной территории России. Сочетание значений влажностных параметров для горизонта (годовое количество осадков, испарение -175-425 мм, разность осадков и испаряемости - (-150)-344 мм) указывают на достаточное количество влаги для формирования промывного водного режима горизонта. Данные корреляционного анализа выявляют наличие взаимосвязи между всеми влажностными параметрами и распространением горизонта, наиболее тесная связь установлена с разностью осадков и испаряемости (г=10,98; Р=0), валовым увлажнением (7=10,86; Р=0), испарением (г=10,6; Р=0). Наличие взаимосвязи между распространением горизонта и преимущественно атмосферными температурными параметрами и, напротив, связь со всеми влажностными характеристиками, говорит о первоочередном влиянии условий увлажнения на формирование горизонта.

25 20 15

10 5 0

l.lll.l.

□ равнинная территория России

■ АУ

■ ли

l!ll.iill..ll.Ul,l...i.J.........

о о о о о о о о m ш id m м о

N О О N m U1

оооооооо

(NOOinr^^rOlO

00 О О

1 акт. t в почве на глуб. 20 см, °С

О равнинная территория России

■ АУ

■ ди

■ м

hb.

lllil

OOUIOOOOOOOOOOOO

годовое количество осадков, мм

25 20 15 10 5 0

¡LU.

О равнинная территория России

■ Е

■ а

■ АЕ1

IL-llIL. . и. Л L,. ,iiL I.. Ь 1.1.

ООО

I акт. t в почве на глуб. 20 см, °С

II.

О равнинная территория России

■ Е

■ Е1

■ АЕ1.

ljJ.Il

8 1ЛООООООООООО

годовое количество осадков, мм

25 20 15

10 5 О

□ равнинная территория России

■ ВНР

■ ВТ

■ 85и

UU.

Ik.lkLfc- •.. ». ! li , l|L, L. L. LIi.

о о о о о

о о о о

I акт. t в почве на глуб. 20 см, "С

□ равнинная территория России

■ ВНР

■ ВТ

■ BSN

lilllJ

о о m о

N О N 1Л (N ГО ГО ГО

,I.LL

ооооооооооо

годовое количество осадков, мм

25 20 15

10 5 0

О равнинная территория России

■ ВМ

■ ВМК

■ ВР1

i.llU.ilLiL.u.hlI., лли.лкы.а.

2 акт. t в почве на глуб. 20 см, 'С

О равнинная территория России

■ ВМ

■ ВМК

■ BPL

IMI.

оооооооооо

годовое количество осадков, мм

Рис. 1. Распределение горизонтов в полях климатических параметров:

(а) гумусовые горизонты, (б) элювиальные, (в) иллювиальные, (г) метаморфические.

Темногумусовый горизонт развивается в черноземах (84% от общей площади горизонта), темно-серых лесных (9%) и лугово-черноземных почвах (7%). Горизонт

характеризуется равномерным распространением в полях климатических параметров (рис. 1а). Наиболее широкие диапазоны значений характерны для температурных параметров, горизонт формируется в характерных диапазонах значений сумм активных температур воздуха - 1630-3300°С, в почве - 1520-3760°С, с продолжительностью периода с активными температурами воздуха - 104-195 дней, в почве - 105-195 дней. Достаточно высокие значения сумм активных температур совместно с большой их продолжительностью создают благоприятные условия для процессов гумификации. В результате совокупного действия биоклиматических факторов в горизонте образуется наиболее ценный гумус гуматного типа. По данным корреляционного анализа установлена взаимосвязь между распространением горизонта и значениями всех температурных параметров, за исключением значений сумм отрицательных температур в почве (табл.2). Распространение горизонта в полях влажностных параметров характеризуется более узкими, по сравнению с температурными показателями, диапазонами значений (годовое количество осадков - 330-640 мм, испарение -225-475 мм, разность осадков и испаряемости - (-350)-150 мм), сочетание параметров создает оптимальные условия увлажнения, благоприятные для процессов аэрации. 0 4500 . 4500

',-4000 ! I ■ ® 4000

£ 3500 : . | ] 8 3500 . £

^3000 . ... . £ 3000 .а

. j; L I!.

<I i:' I I i 2500 " " i*

П!Ш! :: ¡=

S 2500 ™ 2000 I 1500

§ 1000 I ' * ■ ' ™ • 1000

> AEL

500 1' f: 500 1

* .asi

0 « 0

0 200 400 600 800 0 200 400 600 800

годовое количество осадков, мм годовое количество осадков, мм

У 4500 ¡J 4500

| 4000 J _ £ 4000

3 3500 j ° 3500

£ 3000 • ■ • ® 3000 • ¡ j i

I 2500 - 2500

í 2000

I 1500

'i:».'!, 'I ri • вне 3 ^ J ■ ■ i- г -ем

LVW l™ ' f -

вмк

1000 к ■ í II , ' ^ 1 1000 I ' №L

¿ 500 11 : * !' 1 ; 500

i л I . ■ I i

«o «o

w w

0 200 400 600 800 0 200 400 600 800

В годовое количество осадков, мм Г годовое количество осадков, мм

Рис.2. Климатические ареалы горизонтов в гидротермических полях:

(а) гумусовые горизонты, (б) элювиальные, (в) иллювиальные, (г) метаморфические.

Корреляционный анализ выявил наличие взаимосвязи между распространением горизонта и всеми влажностными параметрами, кроме годового количества осадков. С количеством осадков теплого периода и разностью осадков и испаряемости связь отрицательная.

Наиболее тесная связь установлена с параметрами испарения (Z=I0,I5; Р=0) и валового увлажнения (Z=8,538; Р=0).

Светлогумусовый горизонт выделяется в палевых (65% общей площади горизонта) и каштановых почвах (35%). Он развивается в широких характерных диапазонах значений температурных параметров (суммы активных температур воздуха - от 1420 до 3460°С, в почве - 1260-4350°С, их продолжительность для воздуха - 91-179 дней, в почве - 72-195 дней, глубина проникновения активных температур в почву - от 90 до 350 см). Распространение горизонта в поле значений параметров имеет неравномерный характер (рис. 1а). Внутри диапазонов горизонт формируется в отдельных интервалах значений, где плотность распространения горизонта резко возрастает. В этих интервалах отчетливо вырисовывается принадлежность горизонта к разным почвенно-таксономическим группам. Так, например, внутри диапазона значений сумм активных температур в почве выделяются значение 1420°С, при котором распространено 65% общей площади горизонта, и интервал значений от 2300 до 3460°С, где площадь распространения горизонта составляет 30%, в первом случае горизонт формируется в палевых почвах, во втором - в каштановых. Похожие интервалы выделяются внутри диапазонов значений всех температурных параметров. Анализ корреляции между значениями климатических параметров и распространением горизонта показывает наличие связи между распространением горизонта и большинством температурных показателей, за исключением сумм отрицательных температур в почве, продолжительности периода с активными температурами в почве и глубины их проникновения (табл.2). Влияние большинства температурных параметров на распространение горизонта при отсутствии целостных диапазонов значений объясняется выделением горизонта в резко различных по температурному режиму климатических условиях (Классификация и диагностика..., 2004) (в случае формирования горизонта в палевых почвах - холодных, в случае формирования в каштановых почвах - теплых). Горизонт формируется в более узких диапазонах значений влажностных параметров, но при этом отсутствие целостности диапазонов значений сохраняется. Характерный диапазон годового количества осадков изменяется от 220 до 480 мм, испарения - от 125 до 412 мм, а разности осадков и испаряемости - от -400 до -50 мм. Эта совокупность значений параметров создает условия для формирования непромывного водного режима, что в свою очередь, обусловливает уменьшение поступления биомассы, а соотношение процессов, формирующих горизонт (отсутствие миграции веществ, закрепление гумуса карбонатами почвообразующих пород), способствует уменьшению мощности гумусового горизонта. Данные корреляционного анализа показывают наличие взаимосвязи между распространением горизонта и всеми влажностными параметрами, за исключением годового количества осадков, причем с количеством осадков теплого периода связь отрицательная. Прослеживается меньшая степень влияния условий увлажнения, нежели температурных условий, на распространение горизонта. Следует отметить, что со всеми параметрами, для которых выявлена корреляция, степень тесноты связи имеет довольно близкие значения, максимальное из которых показывает параметр испарение (Z=5,435; Р=2,80Е-08). Дискретный характер распространения горизонта во всех полях климатических параметров указывает на

отсутствие общих климатических условий формирования горизонта и свидетельствует о различиях в его морфологии.

Исследование гумусовых горизонтов в гидротермических полях. Климатические ареалы серогумусового и темногумусового горизонтов в гидротермическом поле сумм активных температур в почве и годового количества осадков имеют четкие границы. В общую картину плохо вписывается климатический ареал светлогумусового горизонта (рис.2а). Анализ распространения светлогумусового горизонта в полях отдельных климатических параметров показал, что горизонт, распространен в широком диапазоне сумм активных температур в почве и более узком диапазоне значений годового количества осадков и не имеет целостных климатических ареалов. Это может говорить о различном генезисе ареалов горизонта и делает невозможным для него усреднение значений параметров. Темногумусовый горизонт характеризуется однородным климатическим ареалом, который занимает центральное положение в гидротермическом поле. Среднее значение сумм активных температур в почве на глубине 20 см для темногумусового горизонта - 2150°С, годового количества осадков - 485 мм. Геометрический центр климатического ареала серогумусового горизонта в гидротермическом поле смещен относительно темногумусового горизонта в сторону больших значений годового количества осадков примерно на 110 мм, со средним значением параметра для горизонта 595 мм, и меньших сумм активных температур в почве на 320°С (среднее - 1830°С). Сравнение характерных диапазонов параметров для этих горизонтов также указывает на смещение серогумусового горизонта в более холодную гумидную область и его более узкую экологию распространения, или экологическую нишу.

Элювиальные горизонты

Подзолистый горизонт выделяется в подзолах. Горизонт имеет равномерный характер распространения в полях климатических параметров (рис. 16). Диапазоны значений температурных параметров для горизонта в общих диапазонах этих значений смещены в сторону холодных условий (суммы активных температур воздуха - 700-1940°С, в почве -200-2000°С, средние температуры января - (-38,5-(-8)°С). Эти условия являются оптимальными для протекания процессов Al-Fe-гумусового элювиирования, при понижении значений сумм активных температур активизируется процесс ферсиаллитизации, что приводит к исчезновению горизонта (Таргульян, 1971; Тонконогов, 1977, 2009). Данные корреляционного анализа указывают на наличие взаимосвязи между распространением горизонта и основными температурными параметрами (табл.2). С суммами активных температур воздуха и в почве, продолжительностью периода с активными температурами воздуха и в почве связь отрицательная, а с суммами отрицательных температур в почве и среднегодовой температурой почвы - положительная. Наличие корреляции также выявляется между распространением горизонта и всеми влажностными параметрами, за исключением количества осадков теплого периода. Наиболее тесная связь с параметром разность осадков и испаряемости (Z=I4,89; Р=0). Диапазон значений годового количества осадков для горизонта (360-720 мм) в общем диапазоне значений параметра смещен в сторону его более высоких значений, что в сочетании с легким гранулометрическим

составом горизонта обеспечивает в толще промывной водный режим, и как следствие, протекание вертикальной фильтрации с выносом органо-минеральных комплексов за пределы горизонта. Таким образом, для формирования горизонта одинаково важны как условия увлажнения, так и температурные условия.

Элювиальный горизонт выделяется в дерново-подзолистых (77% от общей площади горизонта) и подзолистых почвах (23%). Горизонт формируется в широких диапазонах значений климатических параметров относительно общих диапазонов значений этих параметров на территории равнинной России. Наиболее широкие диапазоны характерны для температурных параметров (рис.1б), суммы активных температур воздуха для элювиального горизонта изменяются в диапазоне значений от 700 до 2370°С. Данные корреляционного анализа температурных параметров выявляют связь между распространением горизонта и суммами активных температур в почве (отрицательная), среднегодовой температурой почвы и суммами отрицательных температур в почве (табл.2). Широкие диапазоны значений температурных параметров и отсутствие корреляции между распространением горизонта и большим числом температурных параметров указывает на меньшую степень влияния температурных условий на формирование горизонта. Результаты корреляционного анализа выявляют взаимосвязь между распространением горизонта и всеми влажностными параметрами, наиболее тесная связь установлена для разности осадков и испаряемости (2=14,4; Р=0), валового увлажнения (2=10,15; Р=0) и испарения @=10,)2; Р=0). Диапазон значений годового количества осадков для горизонта (475-730 мм) смещен в. сторону высоких значений этого параметра в общем диапазоне значений. Сочетание значений годового количества осадков и испарения (175-475 мм) создают благоприятные условия для формирования промывного водного режима, что способствует процессам перемещения илистого материала и полуторных оксидов в горизонте (Тонконогов, Рубилина, 1986; Базыкина, 2004; Базыкина, Скворцова и др., 2007). Влияние влажностных параметров на распространение горизонта подтверждается как диапазонами значений параметров, так и данными корреляционного анализа. Но именно взаимное влияние температурных и влажностных параметров позволяет создать баланс процессов оподзоливания и лессиважа в горизонте и сформировать его индивидуальные свойства.

Гумусово-элювиальный горизонт выделяется в серых лесных (54% от общей площади горизонта), темно-серых лесных (27%) и светло-серых лесных почвах (19%). Горизонт развивается в достаточно узких диапазонах значений как температурных, так и влажностных параметров и имеет во всех полях климатических параметров равномерный характер распространения (рис. 16). Диапазоны значений температурных параметров для горизонта смещены в сторону повышения значений этих параметров в общих диапазонах (суммы активных температур воздуха - 1520-2370°С, в почве - 1480-2400°С, продолжительность периода с активными температурами воздуха - 102-145 дней, в почве - 105-135 дней). В результате корреляционного анализа обнаружена тесная связь между распространением горизонта и температурными параметрами, отсутствие корреляции выявлено только с такими параметрами как, суммы отрицательных температур в почве и глубина проникновения активных температур в почву (табл.2). Оптимальное соотношение температурных параметров способствует совместному протеканию в горизонте процессов

оподзоливания и гумификации (Алифанов и др., 2008). Анализ влажностных параметров показал, что горизонт развивается в условиях небольшого недостатка влаги (годовое количество осадков - 410-640 мм, испарение - 225-475 мм, разность осадков и испаряемости - (-150)-253 мм) с промыванием толщи в весенний период (количество осадков теплого периода - 225-540 мм). Тип водного режима для горизонта характеризуется как периодически промывной, что способствует протеканию в горизонте процессов оподзоливания и лессиважа (Ахтырцев, 1979; Алифанов, Лошакова, 1981). Интересные результаты получены в ходе корреляционного анализа, выявлена взаимосвязь между распространением горизонта и всеми влажностными параметрами за исключением параметра, характеризующего основное поступление влаги в почву, - годового количества осадков. Причем наиболее тесная связь наблюдается с валовым увлажнением (2=10,01; Р=0), испарением (2=9,383; Р=0) и разностью осадков и испаряемости (2=8,748; Р=0). Очевидно, для формирования горизонта важно именно соотношение тепла и влаги, а приоритетными являются температурные характеристики.

Исследование элювиальных горизонтов в гидротермических полях. Из всех изученных групп горизонтов наиболее близкое положение климатических ареалов в гидротермическом поле суммы активных температур в почве на глубине 20 см и годового количества осадков наблюдается у группы элювиальных горизонтов (рис.2б). Климатические ареалы элювиальных горизонтов пересекаются в плоскости сумм активных температур в почве, при этом видно, что средние значения параметра возрастают в направлении подзолистый—»элювиальный—»гумусово-элювиальный (1370, 1700, 1900°С, соответственно). Наиболее широкой экологической нишей в гидротермическом поле характеризуется подзолистый горизонт, его климатический ареал расположен в холодной гумидной области. Среднее значение годового количества осадков составляет 520 мм, а сумм активных температур воздуха - 1370°С. Климатический ареал элювиального горизонта пересекает климатические ареалы двух других горизонтов. В плоскости сумм активных температур в почве нижняя часть ареала пересекает климатический ареал подзолистого горизонта, а верхняя - гумусово-элювиального. Положение климатического ареала смещено в наиболее гумидную область поля, среднее значение годового количества осадков около 600 мм. Экология распространения климатического ареала элювиального горизонта в области годового количества осадков значительно уже, чем подзолистого. Наиболее узкой экологической нишей в области годового количества осадков и сумм активных температур в почве характеризуется гумусово-элювиальный горизонт. Климатический ареал горизонта в два раза уже климатических ареалов подзолистого и элювиального горизонтов в области сумм активных температур и в полтора - в области значений годового количества осадков. Значение среднего сумм активных температур в почве смещено в область более теплых значений (1900°С), годового количества осадков - в область меньших значений (520 мм).

Иллювиальные горизонты

Алъфегумусовый горизонт присутствует в следующих основных почвенно-таксономических единицах, с соответствующим процентным содержанием от общей площади всего горизонта: подзолы (89%) и подбуры (11%). Горизонт равномерно

распределен в полях температурных параметров (рис.1 в). Диапазоны значений температурных параметров для альфегумусового горизонта в общем диапазоне значений этих параметров смещены в сторону холодных температурных условий. Горизонт формируется в узких диапазонах значений температурных параметров (суммы активных температур воздуха - 240-1940°С, в почве - 200-1720°С, продолжительность периодов с активными температурами воздуха - 31-127 дней, в почве - 15-120 дней). Данные корреляционного анализа выявляют взаимосвязь между распространением горизонта и большинством температурных параметров, причем связь эта, за исключением связи с параметром суммы температур ниже 0°С в почве, отрицательная (табл.2). С параметрами средняя температура января, глубина проникновения активных температур в почву и среднегодовая температура почвы связи не установлено. Данные корреляционного анализа, как и узкие диапазоны значений параметров, говорят о влиянии температурных условий на формирование горизонта. Распространение альфегумусового горизонта в поле влажностных параметров имеет рассеянный характер с широкими диапазонами значений параметров (количество осадков в год - 360-720 мм, количество осадков теплого периода - 125-550 мм). Результаты корреляционного анализа показали отсутствие взаимосвязи между распространением горизонта и всеми влажностными параметрами, кроме параметра разность осадков и испаряемости, связь с которым наиболее тесная ^=14,99; Р=0). Теснота-связи и диапазон значений параметра (-50-350 мм) указывают на обязательное наличие промывного водного режима при формировании горизонта. Так как промывной водный режим может достигаться широким диапазоном значений годового количество осадков при наличии невысоких значений испарения (25-125), приоритетными для формирования горизонта являются температурные характеристики.

Текстурный горизонт выделяется в дерново-подзолистых (53% от общей площади горизонта), серых лесных (31%) и подзолистых почвах (16%). Горизонт равномерно распространен в полях всех климатических параметров (рис.1 в). Широкие диапазоны значений характерны для температурных параметров (суммы активных температур воздуха -700-2370°С, в почве - 1260-2380°С). Данные корреляционного анализа указывают на отсутствие взаимосвязи между распространением горизонта и значениями температурных параметров атмосферного климата, за исключением таких как средние температуры июля и января (табл.2). Большее влияние на распространение альфегумусового горизонта оказывают значения температурных параметров почвенного климата (наличие положительной корреляции со среднегодовой температурой почв и суммами отрицательных температур в почве, отрицательной - с суммами активных температур и продолжительностью периода с активными температурами в почве). Распространение альфегумусового горизонта в поле влажностных параметров характеризуется более узкими диапазонами значений, нежели в полях значений температурных параметров. Сочетание влажностных параметров (годовое количество осадков - 475-730 мм и испарение - 175-475 мм) создают условия для формирования промывного водного режима, способствующего миграции вещества по профилю. Необходимость специфических условий увлажнения подтверждается результатами корреляционного анализа, где выявляется наличие взаимосвязи между распространением горизонта и всеми влажностными параметрами, за исключением количества осадков теплого

периода. Наиболее тесная связь наблюдается с разностью осадков и испаряемости (2=13,53; Р=0), валовым увлажнением (2=9,793; Р=0) и испарением (2=9,787; Р=0). Таким образом, определяющими для формирования горизонта являются влажностные параметры.

Солонцовый горизонт был выделен в основном (99% от общей площади горизонта) в солонцах и небольшая часть ареала выделена в солодях. Распространение солонцового горизонта на равнинной территории России смещено в сторону теплых аридных условий (рис.1 в). Характер распространения горизонта в полях климатических параметров равномерный. Горизонт формируется в достаточно широком диапазоне сумм активных температур воздуха (1800-3460°С) и в почве (1750-4230°С) и с большой продолжительностью периода с активными температурами воздуха - 120-178 дней и в почве - 100-180 дней. Результаты корреляционного анализа выявляют взаимосвязь между распространением горизонта и всеми температурными параметрами за исключением сумм отрицательных температур в почве. Интересны данные корреляционного анализа для влажностных параметров (табл.2). Отсутствие корреляции между годовым количеством осадков и распространением солонцового горизонта, при наличии узкого диапазона параметра (340-500 мм), объясняется ролью осадков теплого периода в формировании горизонта, что подтверждается наличием корреляции между распространением горизонта и количеством осадков в теплый период, на который приходится основная часть осадков (125500 мм). Важное участие в формировании горизонта принимают такие параметры как испарение (2=8,84; Р=0), разность осадков и испаряемости (2=8,635; Р=0), обнаруживающие наиболее тесную связь с распространением горизонта. Это подтверждается также и значениями их диапазонов (солонцовый горизонт распространен в условиях превышения испаряемости над осадками - -680-(-50) мм, и высоких значений испарения - 175-375 мм). Сочетание влажностных параметров создают специфические условия увлажнения, что при распространении горизонта в достаточно широких диапазонах температурных параметров, является определяющим для географии распространения горизонта (Соколов, 1992).

Исследование иллювиальных горизонтов в гидротермических полях. Климатические ареалы иллювиальных горизонтов в гидротермическом поле сумм активных температур в почве на глубине 20 см и годового количества осадков имеют четкие границы (рис.2в). В нижней части гидротермического поля расположен климатический ареал альфегумусового горизонта, который характеризуется средними значениями сумм активных температур в почве 1250°С, годового количества осадков - 530 мм. Климатический ареал текстурного горизонта имеет более высокие показатели средних значений параметров (суммы активных температур в почве - 1800°С, годовое количество осадков - 600 мм), центральное положение ареала смещается в сторону повышения сумм активных температур в почве, относительно климатического ареала альфегумусового горизонта на 650°С, значительно сужается ареал горизонта относительно значений годового количества осадков. Положение климатического ареала солонцового горизонта смещено теплую аридную область. Ареал горизонта практически не имеет пересечения с климатическими ареалами текстурного и альфегумусового горизонтов, значительно отличаются и средние показатели горизонта (суммы активных температур в почве - 2400°С, годовое количество осадков - 420 мм).

Метаморфические горизонты

Структурно-метаморфический горизонт развивается преимущественно в буро-таежных (56% от общей площади горизонта), дерново-тежных (23%) и бурых лесных почвах (21%). Горизонт формируется в условиях влажного теплого климата (рис.1г). Диапазоны значений сумм активных температур воздуха (1280-2380°С) и в почве (1300-2210°С) занимают центральное положение в общем диапазоне значений этих параметров. Большие значения годового количества осадков (475-700 мм), выпадающих в основном в теплый период (225-600 мм), обеспечивают глубокое сезонное промачивание горизонта. Сочетание таких параметров как годовое количество осадков и испарение (150-425 мм) создает условия для формирования промывного водного режима. Теплые и влажные условия, в которых развивается горизонт, активизируют процессы трансформации первичных минералов и способствуют накоплению вторичной глины в толще горизонта, высвобождающиеся в процессе трансформации оксиды железа нейтрализуют агрессивные гумусовые кислоты, препятствуя процессу оподзоливания, который при наличии кислой среды и промывного водного режима протекает в более холодных условиях (Рубцова, Руднева, 1967; Буроземообразование и псевдооподзоливание..., 1974;). Результаты корреляционного анализа показали, что приоритетными для формирования горизонта являются условия увлажнения (табл.2). Наиболее тесная связь установлена с разностью осадков и испаряемости (7=12,69; Р=0), валовым увлажнением (2=9,959; Р=0), испарением (2=7,659; Р=0), количеством осадков теплого периода (2=6,22, Р=2,56Е-10). В то же время связь между распространением горизонта и большим количеством температурных показателей, в том числе суммами активных температур в почве, их продолжительностью и глубиной проникновения, не выявлена.

Ксерометаморфический горизонт выделяется в каштановых (80% от общей площади горизонта), бурых (17%) и лугово-каштановых почвах (3%). Горизонт распространен в условиях сухого, жаркого континентального климата с короткими периодами увлажнения (рис.1г). Суммы активных температур воздуха (1670-3460°С) и в почве (1680-4350°С) имеют широкие диапазоны, смещенные в сторону высоких показателей. Большая продолжительность периодов с активными температурами, а так же высокие значения средних температур июля указывают на формирование горизонта в специфических температурных условиях. Значения влажностных параметров изменяются в еще более узких диапазонах. Процесс метаморфизма, протекающий в горизонте, определяется небольшим количеством осадков (220-480 мм), поступающих в основном в теплый период (125-450 мм). Аридность климата подчеркивают значения разности осадков и испаряемости (-680-0 мм) и испарения (53-412 мм). Определяющими распространение горизонта в условиях широких диапазонов температурных параметров являются влажностные параметры. В результате корреляционного анализа (табл.2) наиболее тесная взаимосвязь установлена между распространением горизонта и испарением (2=8,228; Р=0), степень взаимосвязи между распространением горизонта и остальными климатическими параметрами, за исключением глубины проникновения активных температур в почву, сумм отрицательных температур в почве и годовым количеством осадков, характеризуется близкими показателями (корреляция с количеством осадков теплого периода отрицательная). Наличие наиболее тесной связи с

испарением, а также формирование горизонта в узких диапазонах влажностных параметров, говорит о возможном их приоритете для распространения горизонта. Таким образом, на формирование горизонта оказывают влияние как температурные, так и влажностные параметры, но лимитирующее значение влажностных параметров в условиях теплого климата определяют географию распространения горизонта.

Палевометаморфический горизонт развивается в палевых почвах. Горизонт формируется при значениях климатических параметров, лежащих в узком диапазоне, либо при конкретных их величинах (рис.1г). Сочетание значений параметров (низкие значения средних температур января - -38,5°С, при высоких средних значениях температур июля -17,5°С, небольшое количество осадков - 330 мм) определяют условия формирования горизонта, как резко континентальные. Совокупность климатических параметров способствует протеканию в горизонте метаморфических процессов, основным из которых является формирование железистых пленок, придающих цвет горизонту. Освобождение железа из кристаллических решеток минералов, дегидратация и кристаллизация свободных соединений железа происходит при иссушении и промораживании толщи горизонта в условиях резко континентального климата. Сухость климата и наличие многолетней мерзлоты обусловливает замедленное вымывание из почвы растворимых продуктов выветривания и почвообразования, вследствие чего продукты метаморфизма накапливаются в толще горизонта, формируя его свойства. В результате корреляционного анализа установлена связь со всеми влажностными параметрами (наиболее тесная с разностью осадков и испаряемости - Z=11,67; Р=0) и частью температурных параметров (табл.2). Степень взаимосвязи с температурными параметрами несколько ниже, а со среднегодовой температурой почвы, продолжительностью периода в почве с активными температурами и глубиной их проникновения вообще отсутствует. Таким образом, распространение горизонта определяется сочетанием условий увлажнения и температурных условий при приоритете влажностных параметров.

Исследование метаморфических горизонтов в гидротермических полях. Климатические ареалы горизонтов этой группы в гидротермическом поле сумм активных температур в почве на глубине 20 см и годового количества осадков практически не имеют между собой пересечений (рис.2г). Границы всех ареалов достаточно четкие. Наиболее узкой экологической нишей в гидротермическом поле характеризуется ареал палеометаморфического горизонта. Основная часть ареала горизонта, формирующая характерный диапазон (95% от общей площади), распространена в условиях выпадения 330 мм осадков в год, среднее значение сумм активных температур в почве - 1260°С. Значительно более широкими климатическими ареалами характеризуются ксерометаморфический и структурно-метаморфический горизонты. Климатический ареал структурно-метаморфического горизонта расположен в теплой области с большим количеством осадков, он имеет узкую экологическую нишу в плоскости сумм активных температур в почве и значительно более широкую в плоскости годового количества осадков. Средние значения параметров для климатического ареала горизонта значительно выше (суммы активных температур в почве - 1780°С, годовое количество осадков - 580 мм), чем для ареала палеометаморфического горизонта. Ксерометаморфический горизонт развивается

в наиболее жаркой аридной области, среднее значение сумм активных температур в почве для климатического ареала горизонта - 2400°С, среднее значение годового количества осадков - 370 мм.

Оценка роли климатических параметров

Анализ показал разную степень влияния климатических параметров на распространение горизонтов, что позволило выявить наиболее важные из них, а также определить параметры, влияние которых на распространение горизонтов либо отсутствовало, либо проявлялось редко. Наиболее значимыми для формирования горизонтов оказались разность осадков и испаряемости, испарение, валовое увлажнение. Эти параметры, отражающие перераспределение влаги под влиянием температурных параметров, имеют наиболее тесную корреляцию с распространением горизонтов, проявляющуюся с разной интенсивностью и в разных сочетаниях практически всегда, за исключением альфегумусового горизонта, для которого из этой группы параметров установлена связь только с разностью осадков и испаряемости (табл.2). Из параметров, непосредственно отвечающих за поступление влаги в почву, чаще осадки теплого периода оказываются более значимыми, по сравнению с годовым количеством осадков. Среди изученных температурных параметров для большинства горизонтов проявился приоритет средних температур июля, сумм и продолжительности активных температур воздуха (кроме элювиального горизонта, текстурного и подзолистого), а также сумм активных температур в почве (кроме серогумусового и структурно-метаморфического) и среднегодовой температуры почвы (кроме альфегумусового и палевометаморфического горизонтов).

Следует выделить параметры, которые зачастую не оказывают влияния на распространение горизонтов. Это, в первую очередь, глубина проникновения температур выше 10°С в почву (оказывается значимым только для темногумусового и солонцового горизонтов) и суммы температур ниже 0°С в почве на глубине 20 см (оказывает влияние на подзолистый, элювиальный, альфегумусовый, текстурный и палеометаморфический горизонты). В половине случаев из набора параметров, оказывающихся связанными с распространением почв, выпадают также продолжительность периода с активными температурами в почве, годовое количество осадков и средняя температура января.

Глава 4. Анализ влияния пород на распространение горизонтов в полях климатических

параметров

Почвообразующие породы в большей степени, нежели другие факторы почвообразования, способны смещать и нивелировать воздействие климата (Неуструев, 1931; Полынов, 1956). Трансформация поступившего в почву тепла и влаги зависит от гранулометрического состава почв, который в значительной степени унаследован от соответствующих почвообразующих (материнских) горных пород (Таргульян, 1971; Соколов, 1992). В работе рассмотрено влияние гранулометрического состава рыхлых почвообразующих пород на распространение горизонтов в полях двух основных характеристик климата - годового количества осадков и сумм активных температур в почве. На графике (рис.3) в поле климатических параметров показано распространение горизонтов

с учетом гранулометрического состава пород. Центры (средние арифметические значения) диапазона климатического параметра распространения горизонта на глинистых и тяжелосуглинистых породах, средних и легких суглинках, супесях и песках соединены красными линиями, демонстрирующими смещение горизонта в поле параметра в зависимости от породы.

/и

АУ

Т.

ЕЬ

АЕ1.

§88888888 Ш о 1Л о Ш О 1Л О •/• 1Л *н «н «ч гч го т

_В1_

м I §

ВвМ

вмк

8 8 8 8 8 1Л О 1Л О >Л гч со «г» «т С

АУ

Е1.

АЕЬ

§ 8 8 8 <М «1

ВТ

вмк

вм

8 8 8 8 тЧ ГЧ ГО «У

8 8 Г* 00 ММ

-горизонт на глинистых и тяжелосуглинистых породах -горизонт на средне- и легкосуглинистых породах -горизонтна супесчаных и песчаных породах

Рис.3. Горизонты на породах разного гранулометрического состава в поле климатических параметров:

а) суммы температур выше 10°С в почве на глубине 20 см;

б) годовое количество осадков.

В ходе анализа показано, что наиболее чувствительными к изменению годового количества осадков оказываются почвенные горизонты, развивающиеся на тяжело суглинистых и глинистых почвообразующих породах (за исключением солонцового горизонта). Они формируются в более узких диапазонах значений годовых осадков (рис.Зб). Для температурного показателя такая связь не прослеживается (рис.За). Также отмечено, что часть ареалов почвенных горизонтов, связанная с породами легкого гранулометрического состава, занимает более холодные аридные области, в то время как те же горизонты на породах тяжелого гранулометрического состава пород развиты в более теплых гумидных условиях (исключением также является солонцовый горизонт). Выявленная закономерность показывает вклад, который гранулометрический состав почвообразующих пород вносит в процесс формирования почв под влиянием климатических параметров.

Глава 5. Распространение почв в полях климатических параметров

Почвы и почвенные горизонты имеют различное пространственное распределение на равнинной территории России, причем ареалы почвенных горизонтов формируют более широкие экологические поля, чем почвы, профиль которых они составляют (Тонконогов, 2008). В полях отдельных климатических параметров были исследованы текстурный, альфегумусовый, светлогумусовый горизонты и группы почвенно-таксономических единиц, в которых они выделяются.

В профилях подзолистых, дерново-подзолистых и серых лесных почв содержится общий для всех почв горизонт - текстурный. Диаграммы распределения почвенно-таксономических единиц в полях климатических параметров характеризуются пересекающимися климатическими ареалами, при этом каждая почвенно-таксономическая единица имеет свою экологическую нишу в поле параметра (рис.4а). Серые лесные почвы распространены в наиболее теплой области поля сумм активных температур в почве, в узком диапазоне годового количества осадков. Дерново-подзолистые почвы занимают несколько более холодную область и характеризуются самым широким диапазоном распространения в поле параметра годовое количество осадков. Самый холодный и влажный сектор занимают подзолистые почвы. Диапазоны климатических параметров для рассмотренных почвенно-таксономических единиц, являясь более узкими по сравнению с диапазоном распространения текстурного горизонта, пересекаются областью своих значений.

Альфегумусовый горизонт выделяется в подзолах и подбурах. Подбуры распространены в областях с меньшим количеством годовых осадков и меньшими суммами активных температур в почве, в более теплом и гумидном секторе формируются подзолы (рис.4б). Значения климатических параметров существования почв, как и в случае с текстурным горизонтом, имеют области пересечения.

В профиле палевых и каштановых почв выделяется светлогумусовый горизонт. Диаграммы распределения этих почв в поле годового количества осадков характеризуются пересекающимися климатическими ареалами: узким аридным для палевых почв и широким аридным для каштановых. В поле сумм активных температур в почве палевые и каштановые почвы образуют непересекающиеся климатические ареалы (рис.4в). Дополнительный анализ показал, что палевые и каштановые почвы в полях всех температурных параметров не имеют

20 18 3? 16 «? 14

1 12 •2. 10

I подзолистые I дерново-подзолистые ■ серые лесные

„I

20 18 16 в 14

I "

™ 8 о 6

1Л О 1Л о о о г-* т г- т

1Л ш ш со г-*

годовое количество осадков, мм

!■ .1.11.1 1 I

о о о о о о о о СП Й щ (П 1\ о

О! СО О № № Ш

ооооооооо

(ЧООЬЛ^ЧГОиЭШ

I акт. I в почве на глуб. 20 см, °С

ВТ

20 18 гк 16 т 14 §12

£1° д. 8

о 6 С 4 2 0

I ПОДЗОЛЫ Iподбуры

|||. I

ll.il

ья 1/> со ю

годовое количество осадков, мм

20 18 « 16 ш 14

I 12 |10 й 8 о 6 с 4 2 0

ооооооооооо

СЛУЭСПСООООГОСОЧ-О

го т чз со

2 акт. I в почве на глуб. 20 см, °С

70 60 50 I 40

|зо

§ 20 с

10 о '

* палевые ■ каштановые

1.1.

1Л т со со

70 60 ш- 50 I 40

|зо | 20 С 10

1.1

годовое количество осадков, мм

о о о о о о

- IV, (О Ч- О О

I акт. I в почве на глуб. 20 см, "С

А1

Рис.4. Экологические ниши почв и горизонта, входящего в их профиль, в поле климатических параметров: (а) текстурный горизонт; (б) альфегумусовый; (в) светлогумусовый.

пересекающихся диапазонов. Диапазоны распространения этих почв пересекаются только в полях влажностных параметров, при этом если в полях температурных параметров почвы формируются в резко различных областях - жаркой и холодной, то в полях влажностных параметров почвы распространены, в основном, в аридной области. Таким образом, светлогумусовый горизонт, содержащийся в профилях каштановых и палевых почв, не имеет единого климатического диапазона во всех полях температурных параметров. Отсутствие единых климатических диапазонов может указывать на неоднородность его морфологических свойств и, как следствие, неправомерность рассмотрения данного горизонта как единого природного тела.

Серогумусовый, элювиальный и текстурный горизонты рассматривали в гидротермическом поле двух параметров. Пересечение горизонтов определяет экологические ниши почв, в состав которых входят эти горизонты. Центральную часть поля занимает область, где распространены все три горизонта, - это область дерново-подзолистых почв (рис.5). При близком годовом количестве осадков в более теплом секторе выпадает элювиальный горизонт (там он заменяется гумусово-элювиальным горизонтом), и формируются серые лесные почвы. В более холодном секторе выпадает серогумусовый горизонт, оставшиеся элювиальный и текстурный горизонты создают профиль подзолистых почв. Таким образом, почвенные горизонты формируются в значительно более широких диапазонах климатических параметров, нежели наборы горизонтов, т.е. почвы.

0 4500,0 5 4000,0 о 3500,0

(Ч

«3 3000,0

5 2500,0

™ 2000,0 V ей х о с о

1500,0 1000,0 500,0 0,0

серые лесные почвы

дерново-подзолИ' почвы

подзолистые почв

о о

гм

о о т

о о ш

о о г*

годовое количество осадков, мм

Рис.5. Экологические ниши почв в гидротермическом поле

Таблица 2

Результаты оценки корреляции

Гумусовые горизонты АУ

ПАРАМЕТР г г Р Корреляция

разность осадков и испаряемости 0,3951 10,98 0 есть

валовое увлажнение 0,4864 10,86 0 есть

испарение 0,4923 10,6 0 есть

средняя 1 июля 0,476 3,593 1,64Е-04 есть

средняя годовая 1 почвы на глуб. 20 см 0,6217 3,512 2,24Е-04 есть

годовое количество осадков 0,49 3,293 4.99Е-04 есть

период с акт. 1 воздуха 0,4348 2,888 1,95Е-03 есть

осадки теплого периода 0,1073 2,371 8,88Е-03 есть

безморозный период 0,2881 2,025 2,14Е-02 есть

I акт. 1 воздуха 0,2476 1,838 3,30Е-02 есть

глуб. проникновения акт. 1 в почву 0,3409 1,63 5,15Е-02 нет

период с акт. 1 в почве на глуб. 20 см 0,1731 1,434 7.58Е-02 нет

средняя 1 января 0,1435 1,017 0,1545 нет

X отриц. 1 в почве на глуб. 20 см 0,113 0,7244 0,2344 нет

2 акт. 1 в почве на глуб. 20 см 0,09488 0,6437 0,2599 нет

А11

ПАРАМЕТР г г Р Корреляция

испарение 0,4707 10,15 0 есть

валовое увлажнение 0,3874 8,538 0 есть

средняя 1 июля 0,6871 5,557 1,40Е-08 есть

период с акт. 1 воздуха 0,6809 4,868 5,73Е-07 есть

X акт. 1 воздуха 0,5714 4,507 3,34Е-06 есть

разность осадков и испаряемости -0,1636 -4,439 4.59Е-06 есть

средняя годовая 1 почвы на глуб. 20 см 0,7355 4,368 6,35Е-06 есть

X акт. 1 в почве на глуб. 20 см 0,5271 3,787 7,68Е-05 есть

период с акт. 1 в почве на глуб. 20 см 0,4343 3,718 1.01Е-04 есть

безморозный период 0,4729 3,427 3,08Е-04 есть

осадки теплого периода -0,1504 -3,329 4,39Е-04 есть

средняя 1 января 0,327 2,358 9,20Е-03 есть

глуб. проникновения акт. 1 в почву 0,3678 1,766 3.87Е-02 есть

годовое количество осадков 0,06237 0,3991 0,3449 нет

X отриц. I в почве на глуб. 20 см 0,0256 0,1637 0,435 нет

АЛ

ПАРАМЕТР г г Р Корреляция

испарение 0,2605 5,435 2,80Е-08 есть

средняя 1 июля 0,6748 5,427 2,93Е-08 есть

£ акт. 1 воздуха 0,5288 4,121 1,91Е-05 есть

средняя годовая 1 почвы на глуб. 20 см 0,6488 3,702 1,08Е-04 есть

период с акт. 1 воздуха 0,5122 3,459 2,72Е-04 есть

осадки теплого периода -0,1487 -3,293 4,99Е-04 есть

£ акт. \. в почве на глуб. 20 см 0,4587 3,244 5,93Е-04 есть

безморозный период 0,4373 3,145 8,34Е-04 есть

валовое увлажнение 0,1456 3,125 8,92Е-04 есть

средняя 1 января 0,2962 2,127 1,67Е-02 есть

разность осадков и испаряемости 0,07679 2,075 1.90Е-02 есть

годовое количество осадков -0,1194 -0,7655 0,222 нет

период с акт. 1 в почве на глуб. 20 см 0,07529 0,6209 0,2673 нет

£ отриц. 1 в почве на глуб. 20 см 0,0578 0,3698 0,3558 нет

глуб. проникновения акт. 1 в почву 0,0113 0,05289 0,4789 нет

Элювиальные горизонты Е

ПАРАМЕТР г г Р Корреляция

разность осадков и испаряемости 0,5242 14,89 0 есть

£ акт. 1 воздуха -0,4854 -3,742 9.22Е-05 есть

£ акт. 1 в почве на глуб. 20 см -0,5099 -3,647 1.33Е-04 есть

валовое увлажнение 0,1547 3,322 4.49Е-04 есть

годовое количество осадков 0,4501 2,998 1.36Е-03 есть

Е отриц. 1 в почве на глуб. 20 см 0,4439 2,953 1.58Е-03 есть

испарение 0,1345 2,778 2.74Е-03 есть

период с акт. 1 в почве на глуб. 20 см -0,2961 -2,481 6.56Е-03 есть

период с акт. 1 воздуха -0,3579 -2,346 9,50Е-03 есть

средняя годовая 1 почвы на глуб. 20 см 0,3192 1,687 4.58Е-02 есть

осадки теплого периода 0,07389 1,63 5.15Е-02 нет

средняя г января 0,1847 1,313 9.46Е-02 нет

глуб. проникновения акт. 1 в почву -0,2035 -0,9594 0,1687 нет

безморозный период -0,0741 -0,5135 0,3038 нет

средняя 1 июля -0,0494 -0,3562 0,3608 нет

ЕЬ

ПАРАМЕТР г Ъ Р Корреляция

разность осадков и испаряемости 0,5083 14,4 0 есть

валовое увлажнение 0,455 10,15 0 есть

испарение 0,4692 10,12 0 есть

годовое количество осадков 0,5382 3,66 1.27Е-04 есть

Г акт. 1 в почве на глуб. 20 см -0,3684 -2,563 5.20Е-03 есть

средняя годовая 1 почвы на глуб. 20 см 0,4341 2,336 9.76Е-03 есть

осадки теплого периода 0,09987 2,206 1,37Е-02 есть

X отриц. 1 в почве на глуб. 20 см 0,3369 2,202 1.39Е-02 есть

средняя 1 июля 0,1998 1,45 7.36Е-02 нет

средняя I января 0,203 1,445 7.42Е-02 нет

период с акт. 1 в почве на глуб. 20 см -0,1513 -1,252 0,1053 нет

£ акт. 1 воздуха -0,168 -1,24 0,1075 нет

глуб. проникновения акт. 1 в почву 0,1648 0,7749 0,2192 нет

безморозный период 0,07899 0,5472 0,2921 нет

период с акт. 1 воздуха 0,00434 0,02776 0,4889 нет

АЕ1,

ПАРАМЕТР г Ъ Р Корреляция

валовое увлажнение 0,449 10,01 0 есть

испарение 0,4378 9,383 0 есть

разность осадков и испаряемости 0,3176 8,748 0 есть

средняя I июля 0,5409 4,149 1,69Е-05 есть

средняя годовая 1 почвы на глуб. 20 см 0,6741 3,886 5Д4Е-05 есть

период с акт. 1 воздуха 0,5323 3,614 1.52Е-04 есть

X акт. 1 воздуха 0,3926 2,971 1.49Е-03 есть

безморозный период 0,3588 2,546 5.46Е-03 есть

средняя 1 января 0,34 2,456 7,04Е-03 есть

период с акт. 1 в почве на глуб. 20 см 0,264 2,205 1.38Е-02 есть

осадки теплого периода 0,09877 2,181 1.46Е-02 есть

X акт. 1 в почве на глуб. 20 см 0,2731 1,876 3,03Е-02 есть

годовое количество осадков 0,247 1,597 0,05509 нет

£ отриц. 1 в почве на глуб. 20 см 0,1902 1,225 0,1104 нет

глуб. проникновения акт. I в почву 0,2498 1,182 0,1185 нет

Иллювиальные горизонты

ВЦ F

ПАРАМЕТР г Z Р Корреляция

разность осадков и испаряемости 0,5274 14,99 0 есть

период с акт. t в почве на глуб. 20 см -0,6646 -6,092 5,73Е-10 есть

S акт. t воздуха -0,5704 -4,539 2.86Е-06 есть

£ акт. t в почве на глуб. 20 см -0,5428 -3,916 4.54Е-05 есть

период с акт. t воздуха -0,5154 -3,484 2.48Е-04 есть

безморозный период -0,4417 -3,179 7.42Е-04 есть

£ отриц. t в почве на глуб. 20 см 0,4048 2,674 3.76Е-03 есть

средняя t июля -0,3332 -2,452 7,11Е-03 есть

глуб. проникновения акт. t в почву -0,3276 -1,564 5.89Е-02 нет

испарение 0,06146 1,266 0,1027 нет

валовое увлажнение 0,05531 1,183 0,1184 нет

годовое количество осадков 0,1813 1,166 0,1218 нет

осадки теплого периода -0,0514 -1,134 0,1285 нет

средняя t января -0,1049 -0,7421 0,229 нет

средняя годовая t почвы на глуб. 20 см 0,01022 0,053 0,4789 нет

ВТ

ПАРАМЕТР г г Р Корреляция

разность осадков и испаряемости 0,48 13,53 0 есть

валовое увлажнение 0,44 9,793 0 есть

испарение 0,4551 9,787 0 есть

годовое количество осадков 0,5685 3,9 4.86Е-05 есть

средняя годовая t почвы на глуб. 20 см 0,6113 3,441 0,00029 есть

2 отриц. t в почве на глуб. 20 см 0,3695 2,426 0,00764 есть

период с акт. t в почве на глуб. 20 см -0,2803 -2,344 0,00954 есть

средняя t июля 0,2906 2,127 0,0167 есть

средняя t января 0,2697 1,931 0,02673 есть

2 акт. t в почве на глуб. 20 см -0,2702 -1,856 0,03176 есть

осадки теплого периода 0,06235 1,375 0,08451 нет

безморозный период 0,1762 1,226 0,1101 нет

период с акт. t воздуха 0,172 1,106 0,1344 нет

глуб. проникновения акт. t в почву 0,2128 1,004 0,1576 нет

Е акт. t воздуха -0,044 -0,3264 0,3721 нет

BSN

ПАРАМЕТР г г Р Корреляция

испарение 0,4144 8,84 0 есть

разность осадков и испаряемости 0,3137 8,635 0 есть

валовое увлажнение 0,3014 6,558 2.82Е-Н есть

средняя t июля 0,7211 5,935 1.51Е-09 есть

Z акт. t воздуха 0,6814 5,655 7.97Е-09 есть

период с акт. t воздуха 0,6897 4,952 3.74Е-07 есть

S акт. t в почве на глуб. 20 см 0,6142 4,532 2.96Е-06 есть

безморозный период 0,5661 4,201 1.34Е-05 есть

средняя годовая t почвы на глуб. 20 см 0,6964 4,055 2.54Е-05 есть

средняя t января 0,4762 3,525 2.13Е-04 есть

период с акт. t в почве на глуб. 20 см 0,3931 3,34 4,21Е-04 есть

осадки теплого периода 0,1028 2,27 1Д6Е-02 есть

глуб. проникновения акт. t в почву 0,3746 1,8 3.59Е-02 есть

S отриц. t в почве на глуб. 20 см 0,08846 0,5664 0,2856 нет

годовое количество осадков -0,0226 -0,1444 0,4426 нет

Метаморфические горизонты ВМ

ПАРАМЕТР г Ъ Р Корреляция

разность осадков и испаряемости 0,4525 12,69 0 есть

валовое увлажнение 0,4468 9,959 0 есть

испарение 0,3623 7,659 0 есть

осадки теплого периода 0,278 6,22 2.56Е-10 есть

средняя 1 июля 0,428 3,199 6.94Е-04 есть

средняя годовая 1 почвы на глуб. 20 см 0,5234 2,872 2.05Е-03 есть

годовое количество осадков 0,3879 2,555 5.32Е-03 есть

безморозный период 0,2902 2,04 2.07Е-02 есть

период с акт. 1 воздуха 0,2984 1,94 2.62Е-02 есть

I акт. 1 воздуха 0,2586 1,94 2.62Е-02 есть

глуб. проникновения акт. 1 в почву 0,34 1,626 5.20Е-02 нет

период с акт. 1 в почве на глуб. 20 см 0,1499 1,24 0,1075 нет

средняя 1 января 0,1008 0,7134 0,2378 нет

£ акт. 1 в почве на глуб. 20 см 0,1024 0,6947 0,2436 нет

2 отриц. 1 в почве на глуб. 20 см 0,07581 0,4852 0,3138 нет

вмк

ПАРАМЕТР г Ъ Р Корреляция

испарение 0,3876 8,228 0 есть

средняя 1 июля 0,7433 6,198 2.94Е-10 есть

валовое увлажнение 0,2553 5,527 1.67Е-08 есть

X акт. 1 воздуха 0,6691 5,522 1.71Е-08 есть

средняя годовая 1 почвы на глуб. 20 см 0,82 5,172 1.18Е-07 есть

2 акт. 1 в почве на глуб. 20 см 0,6613 4,969 3.43Е-07 есть

период с акт. 1 воздуха 0,6737 4,802 8.00Е-07 есть

разность осадков и испаряемости 0,1765 4,792 8.38Е-07 есть

безморозный период 0,5959 4,465 4.07Е-06 есть

период с акт. 1 в почве на глуб. 20 см 0,4951 4,296 8.82Е-06 есть

средняя 1 января 0,4279 3,136 8.61Е-04 есть

осадки теплого периода -0,1379 -3,051 1.15Е-03 есть

глуб. проникновения акт. 1 в почву 0,2828 1,343 8,96Е-02 нет

Е отриц. 1 в почве на глуб. 20 см 0,1521 0,9765 0,1644 нет

годовое количество осадков -0,1262 -0,8091 0,2092 нет

ВР1.

ПАРАМЕТР г Ъ Р Корреляция

разность осадков и испаряемости 0,4183 11,67 0 есть

испарение 0,2658 5,549 1.47Е-08 есть

валовое увлажнение 0,2411 5,212 9,54Е-08 есть

осадки теплого периода 0,1615 3,577 1.75Е-04 есть

средняя 1 июля 0,4161 3,103 9.62Е-04 есть

2 акт. 1 воздуха 0,3496 2,652 4,01Е-03 есть

£ отриц. 1 в почве на глуб. 20 см 0,3903 2,571 5.07Е-03 есть

средняя 1 января 0,3487 2,522 5.85Е-03 есть

безморозный период 0,3061 2,157 1.55Е-02 есть

годовое количество осадков 0,3223 2,102 1.78Е-02 есть

период с акт. 1 воздуха 0,2989 1,944 2.60Е-02 есть

£ акт. 1 в почве на глуб. 20 см 0,2777 1,909 2.82Е-02 есть

средняя годовая 1 почвы на глуб. 20 см 0,2485 1,304 9.62Е-02 нет

период с акт. 1 в почве на глуб. 20 см -0,1001 -0,8263 0,2043 нет

глуб. проникновения акт. 1 в почву 0,07565 0,3544 0,3615 нет

выводы

1. В ходе исследования взаимосвязи между распространением 12 почвенных горизонтов с 15 параметрами почвенного и атмосферного климата установлено, что из двух климатических параметров, оказывающих влияние на распространение горизонта, определяющим является параметр с более узким диапазоном значений.

2. Рассчитаны количественные значения тесноты связи между распространением почвенных горизонтов и значениями климатических параметров. Выявлено, что наиболее значимыми для формирования горизонтов являются параметры разность осадков и испаряемости, испарение, валовое увлажнение {X составляет до 14,99; 10,60; 10,86, соответственно, при Р=0). В меньшей степени проявился приоритет параметров средние температуры июля, суммы активных температур воздуха, продолжительность периода с активными температурами воздуха и суммы активных температур в почве. Наименьшее влияние на распространение горизонтов оказывает глубина проникновения температур выше 10°С в почву.

3. Показано, что развитие почвенных горизонтов на породах легкого гранулометрического состава продвигает ареалы их распространения в более холодные аридные области, в то время как утяжеление гранулометрического состава пород приводит к смещению ареалов распространения горизонтов в более теплую гумидную область.

4. Выявлено, что горизонты, формирующиеся в профиле почв на тяжелосуглинистых и глинистых почвообразующих породах, имеют более узкий диапазон распространения в поле параметра годовое количество осадков и, следовательно, более чувствительны к его изменению, чем горизонты, формирующиеся в профиле почв на песчаных породах.

5. Подтверждено, что ареалы почвенных горизонтов формируют более широкие экологические поля, чем поля системы горизонтов, т.е. почв. Представлены экологические ниши горизонтов и почв в полях отдельных климатических параметров и гидротермических полях.

6. Показано, что светлогумусовый горизонт, выделяемый в каштановых и палевых почв, в отличие от всех других горизонтов не имеет единого климатического диапазона во всех полях температурных параметров. Это может указывать на неоднородность его морфологических свойств и, как следствие, неправомерность рассмотрения данного горизонта как единого природного тела.

7. Предложены новые методические подходы в области экологии почв. Показано, что предложенный комплекс методов позволяет оценить влияние климатических параметров на состав почвенного покрова, выполнить верификацию генетической логики выделения почвенных горизонтов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. И.О. Алябина, И.М. Неданчук. Климатические диапазоны распространения почв с подзолистыми горизонтами на европейской части России // Роль почв в биосфере: Тр. Ин-та экологического почвоведения МГУ им. М.ВЛомоносова. М.: Изд-во «МАКС Пресс», 2007. Вып. 8. Экология почв. Почвенные ресурсы. Модели почвообразования. С. 23-37.

2. ИМ. Неданчук. И.О. Алябина. Метод климатических диаграмм для характеристики элювиально-иллювиального процесса в почвах Камчатки И Роль почв в биосфере: Тр. Ин-та экологического почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. М.: Изд-во «МАКС Пресс», 2009. Вып. 9. Экология почв. Почвенные ресурсы. С. 41-61.

3. Неданчук И М.. Почвенно-климатические ареалы почв с подзолистыми горизонтами на Европейской части России // Тезисы докладов Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2009. Секция почвоведение», г. Москва, апр. 2009. М.: «МАКС Пресс», 2009. С. 98.

4. Неданчук И.М.. Количественная оценка климатических параметров распространения иллювиального и метаморфического горизонтов в почвах равнинной территории России // Тезисы докладов Ш международной конференция по лесному почвоведению, г. Петрозаводск, 7-11 септ. 2009. «Продуктивность и устойчивость лесных почв», г. Петрозаводск. Карельский научный РАН Редакционно-издательский отдел, 2009. С. 83.

5. Неданчук ИМ.. Определение климатических параметров распространения аллювиальных кислых и аллювиальных заболоченных почв в бассейнах рек Объ и Енисей методами ГИС-анализа // Труды V Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов», г. Владимир, 9-12 сент. 2009. Владимир. 2009. С.353-357.

6. Неданчук И М.. Влияние климатических параметров на состав почвенного покрова равнинных территорий России // Материалы XVI Всероссийской Школы «Экология и почвы», г. Пущино, 5-9 окт. 2009. Пущино. 2009. С. 44.

7. ИМ. Неданчук. И.О. Алябина. Оценка влияния климатических параметров на формирование горизонта ВЬГ в профиле почв равнинной территории России // Роль почв в биосфере: Тр. Ин-та экологического почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. М.: Изд-во «МАКС Пресс», 2010. Вып. 10. Функционирование почв. Палеопочвоведение и климат Земли. Почвенная биота. Экологическое образование. С. 47-63.

8. И.М. Неданчук. И.О. Алябина, Оценка влияния климатических параметров на распространение альфегумусового горизонта в почвах равнинной территории России // Почвоведение, 2010, №9, С.1051-1059.

Благодарности

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю доценту, к.б.н. И.О. Алябиной за помощь в работе, благодарность д.б.н. И.С. Урусевской и профессору, д.г.н. В.О. Таргульяну за ценные советы и консультации.

Подписано в печать 15.12.2010 г.

Заказ № 4128 Тираж: 80 экз.

Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Неданчук, Инна Михайловна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ И ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ

ГЕОГРАФИЧЕСКОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЧВ (обзор литературы)

1.1.Факторы почвообразования.

1.2. Климат как фактор почвообразования.

1.2.1. Температурный режим почв.

1.2.2. Режим влажности почв

1.2.3. Совокупное влияние тепла и влаги на формирование почв.

1.3. Методы исследования почвенно-географических закономерностей.

1.3.1. Сравнительно-экологический подход. Методы учета влияния факторов почвообразования на почвенный покров.

1.3.2. Методы количественного учета влияния климата на почвенный покров.

1.3.3.Методы количественного учета влияния факторов почвообразования на почвенный покров.

1.3.4. Методы ГИС-анализа.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПОЧВЕННЫХ ГОРИЗОНТОВ

3.1. Гумусовые горизонты.

3.2. Элювиальные горизонты.

3.3. Иллювиальные горизонты.

3.4. Метаморфические горизонты.

3.5. Оценка роли климатических параметров в формировании горизонтов.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПОРОД НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ ГОРИЗОНТОВ В

ПОЛЯХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

ГЛАВА 5. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПОЧВ В ПОЛЯХ КЛИМАТИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Взаимосвязь климатических параметров с ареалами распространения почвенных генетических горизонтов равнинной территории России"

Почвообразовательный процесс, как и другие природные процессы, представляет собой совокупность взаимосвязанных явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще. Будучи по природе процессом особого рода, он в тоже время является звеном (почвенным звеном) более широкого процесса - круговорота вещества и энергии, протекающего в биосфере. Связь процесса почвообразования с этими более широкими процессами впервые четко сформулировал в 1881 году В.В. Докучаев, он писал, что почвы «. суть поверхностно лежащие минерально-органические образования, которые всегда более или менее заметно окрашены гумусом; эти тела всегда имеют своё собственное происхождение, они всегда и всюду являются результатом совокупной деятельности материнской горной породы, живых и отмерших организмов (как растений, так и животных), климата, возраста страны и рельефа местности.» ((1881), 1949 с.260). Являясь связующим звеном между большим геологическим и малым биологическим круговоротами, почва отражает влияние всех упомянутых Докучаевым параметров, получивших название факторы почвообразования.

В данной работе рассмотрен один из факторов почвообразования — климат. Этот фактор оказывает общее и обширное влияние на формирование почвенного покрова. Под его влиянием образуется общезональное распределение почв по поверхности земли. Но говоря о климате, нельзя рассматривать только этот аспект. Климат является многофункциональным фактором. Это проявляется во влиянии его как на общегеографическое распространение почв, так и на образование непосредственно почвенного профиля. Такое разностороннее влияние позволяет разделить климат на две составляющие — атмосферную и почвенную. Несомненно, что каждая составляющая вносит свой незаменимый вклад в формирование почвы. Так атмосферный климат формирует общегеографическое распространение почвенного покрова, а почвенный климат несет в себе узкую направленность на формирование каждого почвенного профиля в отдельности.

В работе исследовано влияние климата на распространение почвенных генетических горизонтов на равнинной территории России. В этой работе мы попытались в должной степени, детально рассмотреть каждую из составляющих климата, выявить климатические закономерности распространения почвенных горизонтов.

Существенную роль в рассмотрении влияния фактора играет выбор метода. Поскольку климат оказывает общегеографическое и повсеместное влияние на формирование почвенного покрова, одним из всеобъемлющих и полных подходов в его рассмотрении будет картографический метод с применением геоиформационных систем (ГИС).

Задачи работы:

I. Получение исходного массива данных:

1. Подбор климатических параметров.

2. Наделение контуров цифровой почвенной карты масштаба 1:2 500 ООО значениями климатических параметров.

II. Разработка методов оценки взаимосвязи климатических параметров и распространения почвенных генетических горизонтов на количественном уровне, анализ полученных данных:

5. Установление количественной взаимосвязи между климатическими параметрами и распространением горизонта.

6. Построение гидротермических полей климатических ареалов горизонтов.

7. Учет влияния почвообразующих пород на распространение почвенных горизонтов в полях климатических параметров.

III. Характеристика распространения почв в полях климатических параметров.

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Неданчук, Инна Михайловна

выводы

2. Рассчитаны количественные значения тесноты связи между распространением почвенных горизонтов и значениями климатических параметров. Выявлено, что наиболее значимыми для формирования горизонтов являются параметры разность осадков и испаряемости, испарение, валовое увлажнение (Ъ составляет до 14,99; 10,60; 10,86, соответственно, при Р=0). В меньшей степени проявился приоритет параметров средние температуры июля, суммы активных температур воздуха, продолжительность периода с активными температурами воздуха и суммы активных температур в почве. Наименьшее влияние на распространение горизонтов оказывает глубина проникновения температур выше 10°С в почву.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Неданчук, Инна Михайловна, Москва

1. Александрова JI.H. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации JL: Наука. 1980. 287 с.

2. Алифанов В.М., Гугалинская JI.A., Иванникова JI.A. Гидротермические условия функционирования серых почв: оценка и прогноз // Почвоведение. 2008 №1. С. 83-94.

3. Алифанов В.М., Лошакова H.A. Водный режим серых лесных почв // Почвоведение. 1981. №4. С.58-70.

4. Алпатьев A.M., Трофимова А.И. Исследование потерь атмосферных осадков на просачивание в пахотных почвах. Физика, химия и минералогия почв СССР. Доклады к VIII Международному конгрессу почвоведов. М.: Наука. 1964.

5. Алябина И.О., Герасимова М.И., Урусевская И.С., Таргульян В.О., Шоба С.А., Макеев А.О. Картографическая оценка климата как фактора почвообразования. http://soilinst.msu.rU/publ/8/PPClimate.htm// Доклады по почвоведению. ИП МГУ-РАН. 2002а.

6. Алябина И.О., Моисеев Б.Н., Герасимова М.И., Шоба С.А., Урусевская И.С. Картографическая характеристика биоты как фактора почвообразования. http://soilinst.msu.ru/publ/9/PPBiota.htm // Доклады по почвоведению. ИП МГУ-РАН. 20026.

7. Апарин Б.Ф. Гидрологические поля почвообразования // Почвоведение. 1996. №5. С.650-660.

8. Афанасьва Е.А. Черноземы Средне-Русской возвышенности. М.: Наука. 1966. 214 с.

9. Афанасьев Я.Н. Зональные системы. Горки. 1922. 86 с.

10. Афанасьева Т. В., Василенко В. И., Терешина Т. В., Шеремет Б. В. Почвы СССР / Отв. ред. доктор биолог, наук, проф. Добровольский Г. В., М.: Мысль, 1979. 380 с.

11. Ахтырцев Б. П. Серые лесные почвы Центральной России. Воронеж: Изд-во ВГУ. 1979.

12. Базилевич Н.И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии. М.:Наука. 1993. 293 с.

13. Базыкина Г.С. Элементы водного режима и физические свойства дерново-подзолистых почв Московской области под лесом, пашней и залежью // Почвоведение. 2004. №3. С. 343-351.

14. Базыкина Г.С., Скворцова Е.Б., Тонконогов В.Д., Хохлов С.Ф. Влияние составляющих водного баланса и температурного режима на свойства постагрогенных дерново-подзолистых почв Подмосковья // Почвоведение. 2007. №6. С. 685-697.

15. Большаков А.Ф. Водный режим мощных черноземов Средне-Русской возвышенности. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 320 с.

16. Бреслер Э., Манил Б.Л., Акртер Д.Л. Солончаки и солонцы. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 286 с.

17. Будыко М. И.Тепловой баланс земной поверхности. Л. 1956.

18. Будыко М.И. Испарение в естественных условиях. Л.: Гидрометеоиздат. 1948.

19. Буроземообразование и псевдооподзоливание в почвах Русской равнины. М.: Наука. 1974.21.

Информация о работе

Неданчук, Инна Михайловна
кандидата биологических наук
Москва, 2010
ВАК 03.02.13

Диссертация

Взаимосвязь климатических параметров с ареалами распространения почвенных генетических горизонтов равнинной территории России - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Взаимосвязь климатических параметров с ареалами распространения почвенных генетических горизонтов равнинной территории России - тема автореферата по биологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы