Введение к работе
Актуальность темы. Почве принадлежит ряд незаменимых функций в биосфере. Среди них плодородие, биоэнергетическая, гидрологическая, газово-атмосферная и др (Ковда, 1986). Важнейшая роль в выполнении этих функций принадлежит гумусному состоянию и физическим свойствам почв. Между ними существует тесная генетическая связь. Гумус содержит в своем составе все необходимые для роста и развития растений вещества и, одновременно, обеспечивает формирование почвенной структуры, от которой во многом зависят едва ли не все остальные физические свойства почв, которые, в своей совокупности, определяют объем порового пространства, соотношение воды и воздуха в этом поровом пространстве, количество питательных веществ, их миграцию по почвенному профилю и доступность. Кроме того, такие физические свойства, как гранулометрический состав, микроагрегатный, агрегатный составы определяют проницаемость почвы для корней растений. Известными работами агрофизиков (А.Ф. Иоффе, НА. Качинский, И.Б. Ревут, Н.В. Нерпин, А.Д. Воронин, И.И. Судницын, A.M. Глобус, А.Г. Бондарев, Е.В. Шеин и др.) показано, что физические свойства определяют интенсивность и величину продукционного процесса, ширину оптимума свойств для функционирования растительных сообществ. Таким образом, физические свойства почв формируют те условия, благодаря которым осуществляется синтез одного из важнейших в экологическом плане веществ - почвенного гумуса. Однако остается недостаточно изученной обратная связь, а именно влияние растительного сообщества, других экологических условий на формирование физических свойств почв. Это особенно важно проследить в биоклиматическом аспекте, при смене климатических факторов, обуславливающих рост и развитие соответствующих биоценозов, под которыми формируются почвы с характерными физическими свойствами. Кроме того, изучение взаимосвязи экологии почвообразования с физическими свойствами почв под целинной растительностью является основой для разработки комплекса мероприятий (моделирование условий) по восстановлению свойств деградированных почв агроэкосистем. В связи с этим, актуальность работы продиктована исследованием фундаментальных основ взаимосвязи экологических условий и физических свойств почв, расположенных в меридиональном аспекте, формирующихся под различными ценозами, отличающимися климатическими особенностями, но развивающихся на близких по характеристикам материнских породах.
Хорошо известны биосферные экологические функции почвенного органического вещества, которые отмечены в работах Л.Н. Александровой,ЕА. Афанасьевой, М.М. Кононова, И.С. Кауричева, Д.С. Орлова, A.M. Русанова, Е.Ю. Милановского и др. В последнее время в работах по органическому веществу почв указывается на то, что не только общее содержание гумуса, но прежде всего свойства определяют его роль и функционирование в биосфере. Среди этих свойств выделяют амфифильные свойства, которые определяют формирование устойчивой почвенной структуры (гидрофобные компоненты), ответственные за доступность элементов питания для почвенной биоты и перенос веществ в органо-минеральных комплексах (гидрофильные компоненты гумуса) (Милановский, Шеин, 2004; Милановский, 2006
и др.). Однако, особенности формирования соотношения гидрофильных и гидрофобных компонентов гумуса, столь важные в экологическом отношении, для почв Оренбургского Предуралья практически не изучены.
Следует также отметить, что в проблеме взаимосвязи физических свойств и экологических характеристик почв все большее внимание уделяется вопросам изучения неоднородности почв и почвенных свойств. Это обусловлено тем, что почвенное разнообразие тесно связано с биоразнообразием - важнейшей экологической биосферной функцией почвенного покрова. В этой связи изучение варьирования физических свойств почв является также весьма актуальной задачей, связанной с такой важной биосферной функцией почв, как сохранение и поддержание биоразнообразия.
Цель данной работы: выявить закономерности взаимосвязи экологических условий гумусоообразования и физических свойств почв Оренбургского Предуралья.
Исходя из целей работы в ее задачи входило:
Исследование биоклиматических характеристик, геоботанических и других экологических условий гумусообразования района исследования.
Изучение генетических особенностей основных почвенных подтипов Оренбургского Предуралья, расположенных в меридиональном направлении: чернозема выщелоченного, чернозема типичного, чернозема обыкновенного, чернозема южного, темно-каштановой почвы.
Установление взаимосвязи между экологией гумусообразования в ряду указанных почв с амфифильными (гидрофильных и гидрофобных) свойствами почвенного органического вещества.
Изучение и эколого-агрофизическая оценка основных физических свойств исследуемых почвенных подтипов.
Сравнительное изучение пространственной изменчивости некоторых физических свойств (плотности агрегатов), как одного из факторов, определяющих биоразнообразие.
Объекты исследования. Объектами работы послужили выщелоченные, типичные, обыкновенные, южные черноземы и темно-каштановые почвы Предуралья, расположенные под хорошо сохранившейся естественной растительностью, которая условно принята в качестве целинной.
Научная новизна. Впервые для Оренбургского Предуралья проведено комплексное изучение генетических особенностей и основных физических свойств зональных почвенных подтипов, расположенных в меридиональном направлении, в связи с геоботаническими, биоклиматическими и другими условиями. Показано, что по мере движения в ряду географической зональности почв закономерная смена экологических условий почвообразования проявляется не только в морфологии почвенного профиля и в изменении содержания и запасов гумуса, но и в соотношении гидрофильной и гидрофобной его составляющих и, как следствие, в агрегатной структуре почв. Впервые показано, что пространственная вариабельность такого важного эколого-агрофизического показателя, как плотность агрегатов,
связана с генетическими особенностями почв и экологическими условиями их развития.
Практическая значимость. Результаты работы на некоторых участках целинных почв использованы при мониторинге почвенно-растительных условий Оренбургской области. Материалы диссертации могут применяться при создании соответствующих разделов Красной книги почв Оренбургской области. Они вошли в качестве составляющей курсов дисциплин "Экология почв" и "География почв", читаемых в Оренбургском государственном университете.
Апробация. Основные результаты работ были доложены на Всероссийской научной конференции "Экологические проблемы Южного Урала" (Оренбург, 2007), на IV Всероссийской конференции "Гуминовые вещества в биосфере" (Москва, 2007), на Всероссийской научной конференции "Почва как носитель плодородия" (Санкт -Петербург, 2008), на V Съезде Докучаевского общества почвоведов при РАН (Ростов-на-Дону, 2008).
На защиту выносятся:
связь между экологией почв, условиями гумусообразования с амфифильными (гидрофобно-гёздрофильными) свойствами гумуса;
- зависимость физических свойств исследуемых почв от амфифильных свойств
гумуса;
- динамика основных физических свойств изучаемых почв в ряду их
географической зональности, связанная с изменениями в том же направлении
условий почво- и гумусообразования.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в т.ч. З в издании, рекомендованном ВАК РФ для публикации материалов диссертаций на соискание степени кандидата и доктора биологических наук.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на ПО страницах; включает 11 таблиц и 16 рисунков; состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка использованных источников, включающего 141 наименование, в том числе 18 на иностранных языках, и приложения.
Похожие диссертации на Экология и физические свойства почв Оренбургского Предуралья
