Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
1.1. Значение рельефа в почвообразовании, функционировании почв и растительного покрова 8
1.2. Полуколичественные и неколичественные подходы 26
1.3. Количественные подходы 54
Глава II. Разработка методов общей геоморфометрии 84
2.1. Общая геоморфометрия и использование карт-матриц 85
2.2. Разработка классификации морфометрических величин (MB) 90
2.3. Основные механизмы миграции и аккумуляции веществ 93
2.4. Разработка системы MB (с их описанием) и алгоритмов их расчета 97
2.5. Развитие представления о роли характерных размеров изучаемых регионов при описании взаимосвязи рельеф-почва-растительность 120
Глава III. Объекты и методы исследования 122
3.1. Объекты исследования 122
3.2. Методы исследования 141
Глава IV. Статистическая оценка распределения свойств почв и растительности
по элементам рельефа. 143
4.1. Изучение взаимосвязи качества урожая, характеристик почв и рельефа 145
4.2. Поведение почв и лесной растительности в зоне аккумуляции 154
Глава V. Заключение и выводы 166
Практические рекомендации 167
Благодарности 168
Глава VI. Приложения 169
Приложение 1. Связь двух механизмов аккумуляции с кривизнами 169
Приложение 2. Вывод формул локальных морфометрических величин 178
Приложение 3. Описание алгоритмов расчета локальных морфометрических величин 187
Список литературы 190
- Значение рельефа в почвообразовании, функционировании почв и растительного покрова
- Общая геоморфометрия и использование карт-матриц
- Изучение взаимосвязи качества урожая, характеристик почв и рельефа
Введение к работе
Актуальность. Известно, что рельеф играет существенную роль в функционировании биогеоценозов. Однако, количественное изучение взаимосвязи рельефа с характеристиками биогеоценозов, почв и их экологическими функциями было затруднено из-за недостаточной изученности количественных характеристик рельефа и их физического смысла.
Предложенная в работе представительная система из 18 базовых характеристик рельефа морфометрических величин (MB), полученная путем объединения уже известных и введения новых, а также изучения их физического смысла, характера связей между ними и процессами в ландшафте позволяет не только решать традиционные задачи, но и оценивать величину и качество урожая сельскохозяйственных культур и характеристики эколого-ценотических групп лесных экосистем на различных формах рельефа, их обеспеченность элементами питания, прогнозировать состав и свойства растительности и почв на различных элементах рельефа. Полученные результаты достигаются благодаря разработке методических подходов для репрезентативного описания рельефа и сопряженной оценки статистических связей растительности и почв с количественными характеристиками рельефа, то есть со всей системой 18-ти базовых MB.
Цель и задачи исследований.
Целью исследования была разработка системы количественной оценки взаимосвязи характеристик растительных сообществ и почв с рельефом, а также зонами аккумуляции и сноса сыпучих и жидких веществ.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
- Разработать систему морфометрических величин (MB) для количественного описания форм рельефа, изучить взаимосвязь между ними и физический смысл каждой.
- Разработать методы (алгоритмы), позволяющие на основе системы MB статистически оценивать взаимосвязь рельефа со свойствами почв, характеристиками миграции и аккумуляции сыпучих и жидких веществ, а также продуктивностью и составом растительных сообществ.
- Разработать подходы, позволяющие эффективно оперировать большой системой MB для выявления связей рельеф-почва-растения в биогеоценозах путем группирования их по физическому смыслу с предварительным установлением MB, дублирующих друг друга по физическому смыслу на конкретных участках.
- Изучить взаимосвязь MB с механизмами аккумуляции веществ, показателями состава и свойств растительности и почв.
- Изучить взаимосвязь характеристик сельскохозяйственных культур, лесной экосистемы, почв и рельефа.
Научная новизна. Для описания рельефа сформирована система из 18 MB, из которых 6 MB введены впервые, а остальные заимствованы из 12-ти различных разделов физики, математики и наук о Земле. Ранее в почвоведении, ландшафтоведении и экологии использовалось до 6 базовых, не составных, MB. Произведена систематизация MB, в результате чего сформированы классы непересекающихся MB. Это позволяет для описания рельефа оперировать не только самими MB, но и общими свойствами классов.
Введен также ряд новых понятий, например, аспектов действия рельефа и закономерностей связи MB с различными механизмами аккумуляции. Введено также понятие трех различных по тесноте статистических связей характерных размеров (ХР) участков, что позволяет связывать различные уровни иерархической организации ландшафтов в пространстве с разными ХР и априорно выделять ХР, пригодные для изучения определенных иереархических уровней.
При изучении агроценоза выявлено, что в отсутствие статистически значимой связи между продуктивностью ячменя и рельефом, эта связь достоверна для ряда показателей качества урожая; показаны также определенные аспекты причинно-следственной связи найденных закономерностей с пространственной изменчивостью свойств почв. При изучении лесной экосистемы показаны существенные изменения видового состава эко-лого-ценотических групп растительности в зоне аккумуляции; показано, что причиной этого служат закономерные изменения характеристик почв в зоне аккумуляции, вызванные действием механизмов аккумуляции на малых геологических временах.
Разработанный в данном исследовании групповой анализ MB, основанный на физической интерпретации механизмов их действия, совместно с выявлением дублирующих друг друга в данных условиях MB, дает новые возможности эффективного использования расширенной системы MB, которые не были известны ранее в литературе.
В полевых исследованиях показано, что использование расширенной системы MB, а также новых понятий и методических подходов, позволяет обнаруживать закономерные связи между свойствами почв, растительности и рельефом в тех ситуациях, в которых это невозможно было сделать при использовании прежних подходов.
Защищаемые положения.
1. Существенно повышен уровень (качество) количественного описания рельефа путем введения новых морфометрических величин (MB), изучения их физического смысла, а также классификации системы MB, что позволило обнаруживать статистиче ски значимые связи между рельефом и свойствами почв там, где они ранее не обнаруживались.
2. Установлено, что даже при отсутствии статистически значимой связи между характеристиками продуктивности ячменя на сельскохозяйственном поле, показатели качества урожая (хозяйственный коэффициент, процент белка различных фракций в зерне ячменя) статистически достоверно связаны с рельефом, что обусловливается, в свою очередь, пространственной дифференциацией характеристик почв вследствие связи последних с рельефом как одним из факторов почвообразования.
3. Введение представления о связи иерархических уровней организации ландшафта с определенными характерными размерами опытных участков позволило установить взаимосвязь MB с показателями состава и свойств растительности и почв в агроценозе и лесной экосистеме и изучить специфику этих связей для участков различных характерных размеров.
4. Выявлено устойчивое изменение числа видов различных эколого-ценотических групп (ЭЦГ) растений всех ярусов лесной экосистемы в зоне аккумуляции по сравнению с областью вне этой зоны, при котором в этой зоне уменьшается число видов связанных с хвойными деревьями ЭЦГ (бореальной и боровой) и возрастает число видов остальных ЭЦГ, показана связь этих изменений с закономерными изменениями характеристик почв в зоне аккумуляции.
5. Показано, что на селькохозяйственном поле заглубление нитратного азота NO3-в почвах приводит также и к тесной корреляционной связи концентрации ЫОз с рельефом в нижних слоях почв.
Апробация работы. Результаты исследований представлены на конференциях «Теория и практика классификации и систематики в народном хозяйстве» (Пущино, 1990), «Геохимические пути миграции искусственных радионуклидов в биосфере» (Гомель, 1990), «Современные проблемы почвенной картографии» (Москва, 1991), «География и картография почв» (Москва, 1991), симпозиуме «International Symposium and Workshop on Paleoenvironmental Records of Desert Margins and Paleomonsoon Variation during the last 20 Ka» (Китай, 1994), конференции «Global Changes and Geography» (Москва, 1995), на III съезде Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000), на конференциях «Биологические ресурсы и устойчивое развитие» (Пущино, 2001) и «New Approaches Characterizing Groundwater Flow» (Германия, 2001), на 17 международном конгрессе по почвоведению (Таиланд, 2002) и на международной конференции «Природное наследие России: изучение, мониторинг, охрана» (Тольятти, 2004), на международном конгрессе «32-nd International Geological Congress» (Италия, 2004), на
международной конференции «Element Balances as a Tool for Sustainable Land Management» (Албания, 2005). Результаты этих исследований использовались другими авторами в 30 статьях в международных журналах и в монографиях, и в 4 диссертациях, защищенных в России и за рубежом.
Публикации. По теме данной диссертации опубликовано 14 работ, из них 3 в журналах, 3 статьи в сборнике, 7 тезисов, 1 карта.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, практических рекомендаций, выводов, списка литературы и трех приложений. Она изложена на 224 страницах, включая 224 страницы машинописного текста, 73 рисунка, 8 таблиц, 21 страницу приложений. Список литературы содержит 439 источников, в том числе 174 на иностранных языках.
Значение рельефа в почвообразовании, функционировании почв и растительного покрова
Более 100 лет назад В.В.Докучаев (1983) ввел понятие пяти факторов почвообразования — климата, организмов, материнских пород, рельефа и времени, - результатом совместного действия которых является почва, заложил представления о зональности почв, растительности и материнских пород (Докучаев, 1898,1899а,б), которые в дальнейшем получили широкое распространение и в других разделах ландшафтоведения и экологии (Грибова с соавт., 1980; Лесная энциклопедия, 1986).
С 1960-70 гг. практические потребности землепользования привели ко 2-му этапу развития ландшафтоведения и экологии (Ковда, 1985; McBratney et al., 2000), в связи с новыми задачами, возникшими при изучении и использовании земельных ресурсов, включая различные аспекты деградации почв, связанные с вырубкой лесов, дегумифи-кацией, истощением почв (Ковда, 1986), потерей продуктивности земель вследствие вызванной деятельностью человека эрозии, вторичного заболачивания и засоления почв, аридизации и опустынивания суши, с переуплотнением пахотного и корнеоби-таемого горизонтов тяжелыми машинами, с кислотными дождями (van Grinsven et al., 1987), загрязнением почв токсичными соединениями (Солнцева, 1970; Глазовская с соавт., 1983) и др. Это, и развитие ряда новых направлений - например, лесного, агрономического, геохимического, мелиоративного почвоведения (Ковда, 1985), - привело к необходимости использования специальных исследований, как писал В.А.Ковда (1985, с.14), «...иногда более тонких и сложных, и обязательно с необходимой статистической достоверностью». Подобный процесс происходил и в геологии, геоморфологии (Speight, 1968,1974; Evans, 1972; Krcho, 1973,1983), исследованиях эрозии (Moore et al., 1991), геоботанике (Hairston, Grigal, 1991) и др.; ускорению этого процесса способствовало также и быстрое развитие дистанционных методов и вычислительной техники, примерно с того же времени.
На 1-ом этапе представления В.В.Докучаева были развиты введением и развитием ряда систематизирующих положений, таких как концепции
кор выветривания как областей находящихся на различных стадиях развития преобразованных выветриванием верхних слоев литосферы (Полынов, 1934; Фридланд, 1955), горизонтальной и вертикальной зональности в географическом распределении почв и растительности (Докучаев, 1899а,б; Сибирцев, 1900; Неуструев, 1915,1930; Фридланд, 1951),
иерархической организации структуры почвенного и растительного покрова (Неуструев, 1915; Фридланд, 1965,1972,1977; Добровольский, 1993),
почвенных комбинации, комплексов и сочетаний, катен, зон аккумуляции как существенно связанных со свойствами ландшафтов и экосистем и отражающих закономерные связи рельефа, почв и растительности (Сибирцев, 1900; Неуструев, 1915; Milne, 1935; Фридланд, 1965; Ковда, 1985), .
ландшафтно-индикацнонные методы как необходимые и широко используемые при изучении пространственной изменчивости почв и растительности (Сибирцев, 1900; Фридланд, 1976).
Развитие этих представлений было тесно связано с рассмотрением роли и функций рельефа в почвообразовании, функционировании почв и формировании растительного покрова. Рассмотрим здесь коротко эти представления, обращая внимание на связи рельеф-почва-растительность в них.
Б.Б.Полынов (1934) изучал закономерности размещения и переноса различных по подвижности продуктов выветривания в связи с рельефом и развил представление о стадийности образования коры выветривания: этот термин был известен и в геоморфологии (Пенк, 1924, с.81). По определению Полынова, «кора выветривания - это верхняя часть литосферы, попадая в которую, твердый массивный материал более глубоких зон земной коры превращается в рыхлое кластическое состояние и увеличивает поверхность своего соприкосновения с газообразной, парообразной и жидкой средой более внешних оболочек земной коры» (Полынов, 1934, с.31), причем почву можно рассматривать как «верхнюю, охваченную биосферой, часть» коры выветривания (там же, с.32). В.М.Фридланд (1955) отметил дополнительно, что кору выветривания характеризует не только разрушение, но и формирование новых веществ, например, глино-образование.
При рассмотрении участков большой протяженности (напр., континентальной или горных областей) отчетливо видна зональность (Докучаев, 1898,1899а,б) в географическом распределении почв, связываемая в первую очередь с климатом (Докучаев, 1899а; Полынов, 1934; Фридланд, 1970а), но также и с рельефом и гидрологическими условиями (Мещеряков, 1967), поскольку процессы выветривания могут сильно изменять валовый состав почвенного профиля, если выветривание сопровождается выносом продуктов выветривания (Фридланд, 1955). Снос продуктов выветривания очень важен также и в рельефообразовании, так как одно лишь выветривание еще не создает форм рельефа (Пенк, 1924, с.117); влияя на свойства почв, этот снос предопределяет одну из граней связи между почвами и рельефом.
Сходные условия выветривания создают в тенденции конвергенцию продуктов выветривания, когда последние оказываются ближе друг к другу, чем подстилающие горные породы (Сибирцев, 1900, с.307; Фридланд, 1970а,1978). Сравнивая окислы различной валентности в материнских породах и в элювиальных отложениях влажных тропиков (Северный Вьетнам), умеренного влажного климата (Русская равнина) и аридного климата (Казахстан), Фридланд (1970а) показал относительную близость элювиальных отложений, обобщив этот результат в дальнейшем на понятие зональных групп кор выветривания (Фридланд, 1978). Он отметил также, что конвергенция крайне редко бывает полной (Фридланд, 1970а).
Известны «Карта поверхностей выравнивания и кор выветривания СССР масштаба 1:2,5 млн.» (Герасимов, Сидоренко, 1972), - материалы о ней можно найти в работе (Мещеряков, 1964), - а также карта геохимических ландшафтов мира масштаба 1:60 млн. (Glazovskaya, 1998), частично отражающая коры выветривания.
Общая геоморфометрия и использование карт-матриц
И.С.Эванс (Evans, 1972) при изучении геоморфологии ледников поставил следующий вопрос. «Если ледниковая земная поверхность явно различима, то каковы по сути способы, которыми она может быть различена от других видов земной поверхности? Может "степень ледниковости" быть выражена количественно?». Вопросы этого рода он пытался решить на количественной основе, используя геометрический подход к анализу рельефа (напомним, что рельеф мы условились понимать в этой работе как синоним понятия земная поверхность). Этот автор предложил использовать термин геоморфометрия для обозначения геометрического подхода к анализу рельефа, отметив что приставка «гео» уместна для различения этой дисциплины от, например, морфо-метрии растений.
Далее он предложил различать частную и общую геоморфометрию, в отношении которых писал (Evans, 1972): «Общая геоморфометрия обеспечивает основу для количественных сравнений качественно различных ландшафтов, и может адаптировать методы анализа поверхности, используемые вне геоморфологии. Частная геоморфометрия более ограниченна; она включает в себя более произвольные решения и оставляет больше места для субъективизма в квантовании своих понятий».
Следовательно, методы общей геоморфометрии, которые мы изучаем, развиваем и применяем к анализу закономерностей пространственной изменчивости почвенного покрова и растительности в настоящем исследовании, должны быть эффективны на любых территориях и должны составлять определенную систему для того, чтобы обеспечивать основу количественного анализа рельефа местностей. Различные эмпирические комбинации базовых MB, такие как «модифицированный фактор рельефа» в теории эрозии (Moore et al., 1991; Mitasova et al., 1999) или «топографический индекс» в моделях гидрологии поверхностных вод (Beven, Kirkby, 1979), а также не имеющие ясного смысла понятия, такие как стремящаяся к бесконечности при возрастании подробности рассмотрения длина горизонтали (Mandelbrot, 1967), уже не входят в общую геоморфометрию, и в настоящем исследовании они не изучаются. Другими словами, анализ рельефа ограничен в настоящем исследовании методами только общей геоморфометрии.
Специфика земной поверхности состоит в том, что каждая ее большая форма составлена меньшими, то есть, эта поверхность не может считаться гладкой (Mandelbrot, 1967). Или, точнее, для ее описания необходимо отказаться от модели гладкой поверхности, так как для гладкой поверхности должно существовать предельное значение длины линии ее пересечения с горизонтальной плоскостью (горизонтали), что противоречит экспериментам Л.Ф.Ричардсона (см. выше обзор) по измерению длины береговой линии Англии на разных масштабах. Кроме того, земная поверхность находится в гравитационном поле (Maxwell, 1870), а потому ряд оказавшихся плодотворными для ее изучения методов и понятий, таких как бассейн, имеют смысл лишь при одновременном рассмотрении двух физически и математически разных объектов: самой этой поверхности и гравитационного поля. Иначе говоря, в геоморфометрии изучается двойной объект: «земная поверхность + гравитационное поле» (Shary, 1992).
Разумеется, гравитационное поле не является единственным геофизическим полем, в котором находится земная поверхность. Она находится также в магнитном, электрическом полях, поле солнечного излучения и полях излучения от каждой из множества видимых с Земли звезд и планет. Однако, на топографических картах, кроме сравнительно небольшого числа специальных карт, таких как карты изолиний магнитного поля Земли, большая часть этих геофизических полей не отображается, и кроме того, они не играют столь важной роли в ландшафте, как гравитационное поле, под действием которого текут реки и происходят процессы денудации и эрозии, формирующие поймы рек с их гидроморфными почвами и т.п., и поле солнечного излучения, с которым связаны терморежим склонов, эффекты замораживания/оттаивания почв и т.д. В этом исследовании мы будем учитывать только эти два поля. Все эти геофизические поля есть векторные поля, то есть в каждой точке трехмерного пространства они задают некоторое направление: вектор ускорения гравитационного поля — вниз, вектор поля солнечного излучения — от Солнца к Земле. Обобщая положение о земной поверхности как о двойном объекте, можно сказать, что земная поверхность изучается в геоморфометрии как двойной объект: «земная поверхность + векторное поле» (Shary, 1995а).
Аналогично тому, как мы не учитываем («игнорируем») другие векторные поля при рассмотрении эффектов гравитационного поля, например для целей анализа поверхностного стока, мы можем не учитывать (игнорировать) вообще никакие векторные поля, рассматривая при этом собственно земную поверхность, слепок которой мы как бы мысленно помещаем в невесомость. Именно такой подход используется (по отношению к гладким поверхностям) в математике дифференциальной геометрии поверхностей (Погорелов, 1974), создание которой как науки связывают с работой К.Ф.Гаусса (1827) «Общие исследования о кривых поверхностях». Коль скоро в таком подходе игнорируется гравитация, то не учтено и направление вверх, а потому угол наклона поверхности по отношению к горизонтальной плоскости (о последней в этой ситуации мы ничего не знаем), то есть крутизну склонов, определить оказывается невозможно. Поэтому ее и нет в дифференциальной геометрии поверхностей (Погорелов, 1974). Вместо этого, там строятся величины, такие как средняя кривизна, которые обладают свойством инвариантности (независимости) по отношению к наклонам поверхности как целого относительно гравитационного поля, то есть без изменения ее формы.
О каких формах в данном случае речь? Такие формы рельфа, как бессточные депрессии (Рис. 1.3.4), явно изменятся, если наклонить слепок земной поверхности относительно гравитационного поля (так как при достаточном наклоне они потеряют способность удерживать воду), а эти формы при таком наклоне не меняются. Значит, есть два понятия о формах земной поверхности: формы самой поверхности и формы, определяемые для системы «земная поверхность + векторное поле». Первые мы называем геометрическими формами рельефа — килевые, гребневые формы и т.п., — вторые — поле-специфичными (или индуцированными) формами рельефа (Shary, 1995а) - бассейны, бессточные депрессии и т.д. Известный пример поле-специфичной формы для системы «земная поверхность + солнечное излучение» — тень, отбрасываемая холмом в солнечный день. Эта тень индуцируется (наводится) векторным полем солнечного излучения с помощью геометрической формы холма. Подобным образом, бессточная депрессия индуцируется гравитационным полем с помощью геометрической формы депрессии (углубления в земной поверхности). Можно предположить, что за всякой поле-специфичной формой рельефа скрывается некоторая геометрическая форма рельефа, с помощью которой векторное поле может индуцировать ее.
class3 . Статистическая оценка распределения свойств почв и растительности
по элементам рельефа. class3
Изучение взаимосвязи качества урожая, характеристик почв и рельефа
Межвидовая конкурентная борьба растений за лучшие условия питания достаточно хорошо известна; на сельскохозяйственном поле она способна приводить к «принципу компенсации»: чем больше покровных культур в данном месте, тем меньше там подпокровных культур (подсева), и наоборот. Эти результаты показывают статистически значимую связь между хозяйственным коэффициентом для ячменя (т.е. отношением веса зерна к весу соломы) и MB, описывающими зоны относительной аккумуляции; хозяйственный коэффициент возрастал (в статистическом смысле) в зонах относительной аккумуляции. Например, для связи его со средней кривизной rs = -0,59 (Р 10 3). Хозяйственный коэффициент (ХК) является одним из показателем качества урожая.
Валовое содержание белков в зерне ячменя демонстрировало тесную связь с рельефом; например, для связи его с дисперсивной площадью г$ = -0,77 (Р 10_6). Однако, если хозяйственный коэффициент был связан с зонами оносительной аккумуляции (увеличен в них), то валовое содержание белков в зерне ячменя оказалось связано с характеристиками относительного положения в рельефе - высотой Z, площадью сбора МСА, дисперсивной площадью MDA. Поскольку, как видно из Рис.3.1.11, склон на участке «Глебово» направлен на север и имеет выпуклую в профиле форму, то крутизна GA возрастает вниз по склону, а освещенность F(35,180) убывает вниз по склону. В этой ситуации на участке «Глебово» крутизна и освещенность дублировали характеристики относительного положения в рельефе. Отрицательная корреляция валового содержания белков в зерне ячменя с высотой показывает, что этот показатель качества урожая возрастал вниз по склону.
Это дублирование характеристик относительного положения в рельефе на участке «Глебово» иллюстрируется корреляцией между соответствующими MB. Для связи между высотой Z и крутизной rs = -0,75 (Р 10-5), для связи между Z и освещенностью rs = 0,79 (Р 10_6), для связи между Z и площадью сбора rs = -0,87 (Р 10_6), для связи между Z и дисперсивной площадью rs = 0,96 (Р 10_6). Эта достаточно тесная связь говорит о том, что все эти MB характеризуют в данной ситуации, в сущности, относительное положение в рельефе. Перепад высот в точках отбора проб на участке «Глебово» составлял 15,7 м, что исключает эффекты высотной зональности. Крутизна (рассчитанная при шаге решетки 16 м) в тех же точках менялась от 2,5 до 3,8, возрастая вниз по склону вследствие общей выпуклости профиля склона.
Характер связи легкорастворимых белков с рельефом аналогичен ситуации с валовым содержанием белка. В отличие от этого, процент структурных белков в зерне ячменя демонстрировал корреляционную связь — хотя и менее тесную - как с характеристиками относительного положения в рельефе, так и с характеристиками зон относительной аккумуляции, несколько возрастая в последних, о чем свидетельствует отрицательный знак его корреляции со средней кривизной. Процент легкорастворимых и труднорастворимых белков не коррелировали друг с другом.
Причины описанных связей показателей качества урожая с рельефом следует искать, по Как показано ниже, для малонарушенных почв лесного сообщества такая ситуация (отсутствие корреляции между обменными Са2+ и Mg2+) нехарактерна; например, на участке «Данки» для связи между концентрациями обменных Са2+ и Mg2-1" в слоях 0-10 см и 10-20 см было найдено rs = 0,90 (Р 10 ). По-видимому, отсутствие корреляции между Са + и Mg + на сельскохозяйственном поле связано с известными эффектами поглощения обменного Mg + корневой системой растений (напр., Caravaca et al., 1999) и с уходом части магния с растениями при сборе урожая.
В слое почвы 20-30 см концентрация обменного Са2+ не коррелировала с рельефом, тогда как концентрация обменного Mg2+ продолжала коррелировать с характеристиками относительного положения в рельефе. Для корреляции между Са2+ и Mg2+ в этом слое rs = 0,60 (Р 10 ). По-видимому, поглощение Mg и сбор урожая в этом слое в меньшей степени влияли на пространственное распределение обменных катионов Са2+ и Mg2+.
В нижнем слое (30-50 см) концентрации обменных Са2+ и Mg2+ не коррелировали ни с одной MB (взятыми порознь); связи между ними в этом слое относительно менее тесная, rs = 0,39 (Р 0,05).
Концентрация обменного Na+ коррелировала только с характеристиками относительного положения в рельефе в слое 0-20 см, связь была менее тесной. В этом слое для связи с площадью сбора rs = 0,44 (Р 0,05), для связи с высотой rs = -0,43 (Р 0,05), для связи с дисперсивной площадью rs = -0,39 (Р 0,05), т.е. концентрация обменного Na+ возрастала вниз по склону. В других слоях эта концентрация значимо не коррелировала с рельефом. Для связи между обменными Са2+ и Na+ в слое 0-20 см rs - 0,47 (Р 0,01), в других слоях они не коррелировали; Mg и Na коррелировали только в слое 30-50 см, wers = 0,51(P 0,01).
Для обменного К+ связь в слое 0-20 см наблюдалась лишь с горизонтальной избыточной кривизной и была слабой, rs = -0,36 (Р 0,05); в слое 20-30 см наблюдалась связь с характеристиками относительного положения в рельефе; в этом случае для площади сбора rs = 0,45 (Р 0,05), для высоты rs = -0,44 (Р 0,05), для дисперсивной площади rs = -0,43 (Р 0,05). Концентрация К+ возрастала вниз по склону. Для связи между обменными Са2+ и К+ в слое 0-20 см rs = 0,37 (Р 0,05), в слое 20-30 см rs = 0,52 (Р 0,01), в слое 30-50 см rs = 0,49 (Р 0,01); связь между обменными Mg2+ и К+ более тесная и возрастает с глубиной: в слое 0-20 см rs = 0,69 (Р 10"4), в слое 20-30 см rs = 0,77 (Р 10_6), в слое 30-50 см rs = 0,87 (Р 10"6). Отметим однако, что вследствие попадания К+ в межпакетные пространства слюдоподобных кристаллов экстрагируемый К+ нельзя в полной мере считать обменным, это скорее смесь обменного и растворимого К+, причем значения измеренной концентрации К+ могут зависеть от применяемого экстрагента и даже от времени экстракции (Сох et al., 1999).
Корреляция между Na+ и К+ наблюдалась лишь в нижнем слое, г$ = 0,52 (Р 0,01).
Концентрация органического углерода Сорг коррелировала с рельефом (демонстрируя не слишком тесную связь) лишь в среднем слое 20-30 см, увеличиваясь (в статистическом смысле) в зонах относительной аккумуляции (Рис.4.1.3).
Концентрация Р2О5 во всех трех слоях значимо коррелировала только с характеристиками относительного положения в рельефе, демонстрируя в каждом из слоев возрастание вниз по склону (Рис.4.1.3).
Таким образом, на сельскохозяйственном участке «Глебово» связь почв с рельефом имеет разный характер для разных компонент почв. Как следствие этого, можно ожидать и различного характера связи с рельефом разных характеристик качества урожая, что и наблюдалось на опыте (Рис.4.1.2).
Измерения гранулометрического состава почв проводились вместе с гигроскопической влагой; здесь, однако, связь мелкодисперсной фракции почв (частиц меньше 1 мкм — ил и тонкая пыль) с характеристиками относительного положения в рельефе не была монотонной. Для немонотонной связи могут обнаруживаться низкие значения коэффициентов корреляции; в таких случаях более приемлема кубическая регрессия (см. об этом раздел 2.8 выше). В случае участка «Глебово» линейная регрессия не давала для мелкодисперсной фракции почв значимой связи с рельефом. Для кубической регрессии наблюдалась значимая корреляция этой характеристики почв с характеристиками относительного положения в рельефе: в слое 0-20 см для высоты rs = 0,43 (Р 0,05), для дисперсивной площади rs = 0,36 (Р 0,05). Гистограмма общего распределения частиц серой лесной и дерново-подзолистой почв по фракциям показана на Рис.4.1.4; связь мелкодисперсной фракции ( 1мкм) с высотой показана на Рис.4.1.5.
