Введение к работе
Актуальность работы. Многочисленные исследования почвенного покрова Восточно-Европейской равнины позволяют говорить о его довольно длительном и сложном историческом развитии (Роде, 1947; Ковда и др., 1966, 1968; Ковда, 1969, 1973; Герасимов, 1973, 1976; Глазовская, 1981; Таргульян, 1982, 2008; Гугалинская, 1982; Александровский, 1983, 2008; Соколов, 1984; Шоба, 2007; Алифанов и др., 2010; Величко, 2012 и др.). Почвообразующие породы обширной территории центра Восточно-Европейской равнины в процессе накопления прошли криогенные этапы, которые в современном почвенном покрове проявляются в виде реликтового криогенного микрорельефа (Марков, 1959, 1986; Герасимов, Глазовская, 1960; Величко, 1964, 1965, 1973; Бердников, 1976; Алифанов, Гугалинская, 1993; 2006).
Реликтовый криогенный микрорельеф обусловил значительную пространственную вариабельность почвенных свойств на разных уровнях их структурной организации (Алифанов, 1992, 1995; Величко и др., 1996; Овчинников, 2009; Алифанов и др., 2010; Козлова, 2011; Макеев, 2012 и др.). Поскольку понимание процессов развития и функционирования почв возможно только при всестороннем изучении такой вариабельности, выявление закономерностей и механизмов ее формирования на сегодня приобретает все большую актуальность как для решения проблем историко-генетического почвоведения, так и для теоретических основ природопользования.
Для того чтобы более обоснованно судить о степени пространственного варьирования почвенных свойств, необходимо применение инструментальных методов непосредственно в полевых условиях, бесконтактно или без какого-либо воздействия на образец. Одним из немногих показателей, позволяющих приблизиться к пониманию процессов, формирующих пространственную изменчивость почвенных свойств, является показатель магнитной восприимчивости (MB) почв. Несмотря на то, что магнитные соединения железа в почвах имеют различное происхождение, в природных ландшафтах величина MB определяется, в основном, присутствием ферримагнитных минералов педогенного, литогенного и частично космогенного происхождения даже при их очень незначительном содержании, что позволяет судить об интенсивности протекания ряда элементарных почвенных процессов и палеоэкологических условиях, в целом (Le Borgne, 1960; Вадюнина, Бабанин, 1972; Mullins, 1977; Водяницкий, 1989, 2003, 2008; Иванов, Бабанин, 1993; Бабанин и др., 1995; Иванов, 2003 и др.). Показатель MB почвы определяется в полевых условиях без какой-либо специальной подготовки образца, что дает возможность проводить массовые исследования и получать картину, соответствующую природной (Алексеев и др., 1988, 2012).
Цель работы: выявить закономерности и механизмы формирования структуры пространственной неоднородности почвенных свойств и почвенного покрова, обусловленной палеоэкологическими факторами, на основе показателя магнитной восприимчивости.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
-
Исследовать пространственную и профильную изменчивость величин MB в голоценовых (дневных) и погребенных почвах центра Восточно-Европейской равнины.
-
Выявить закономерности структуры варьирования MB, показателей физико-химического и гранулометрического состояния в профилях почв, сформированных на разных элементах палеокриогенного микрорельефа.
-
Оценить и соотнести роль древних и современных природных процессов в формировании пространственной изменчивости почвенных свойств.
Научная новизна. Впервые выявлены закономерности пространственной изменчивости показателя MB в почвах разных элементов палеокриогенного микрорельефа. Полученные семивариограммы и топоизоплеты MB позволили выявить характерные размеры неоднородностей, обусловленных палеокриогенным микрорельефом и его структурообразующими элементами. Пространственное распределение MB, обусловленное палеокриогенным микрорельефом, имеет вид кольцеобразных, ритмически повторяющихся структур. Показано, что влияние палеокриогенного микрорельефа на формирование сильномагнитных железистых минералов изменяется со сменой зональных условий: в районах с избыточным увлажнением процессы, приводящие к росту педогенной MB, интенсивнее протекают в почвах блочных повышений, тогда как в районах неустойчивого увлажнения аналогичные процессы усиливаются в межблочных понижениях. Впервые удалось уточнить представления о формировании палеокриоморфных почв на основе показателя MB.
Защищаемые положения:
-
Пространственная и профильная изменчивость величин магнитной восприимчивости в современных (дневных) и погребенных почвах центра Восточно-Европейской равнины во многом определяется процессами поздневалдайского криогенеза.
-
Влияние палеокриогенного микрорельефа на формирование сильномагнитных железистых минералов изменяется в зональном направлении и выражается в дифференциации водно-воздушных режимов, характер варьирования которых обуславливает неоднородность свойств почв на уровне подтипа.
-
Структурообразующие элементы палеокриогенного микрорельефа (крупные клиновидные грунтовые структуры) определяют формирование в поверхностных горизонтах черноземов и серых лесных почв областей повышенного содержания ферримагнетиков, в плане оконтуривающих блочные повышения. Таким образом, как и структура почвенного покрова, картина распределения MB в пространстве имеет вид кольцеобразных, ритмически повторяющихся структур и свидетельствует о преобладании в них циклов умеренного периодического переувлажнения на фоне устойчивого господства окислительных процессов на блоках.
-
Показатель магнитной восприимчивости является объективным критерием оценки условий формирования современных и погребенных почв, их
морфогенетических особенностей, что позволяет использовать этот показатель в комплексных палеопочвенных исследованиях.
Практическая значимость. Результаты исследования влияния палеокриогенного микрорельефа на изменчивость параметра магнитной восприимчивости почв могут быть использованы при моделировании факторов, обуславливающих пространственную неоднородность почв, при изучении структуры почвенного покрова и его картографировании, мониторинге почвенных характеристик в связи с развитием технологий точного земледелия. Результаты работы должны учитываться при организации опытно-деляночных исследований в смежных науках.
Апробация работы. Материалы и основные положения диссертации докладывались автором на Всероссийских школах «Экология и почвы» (Пущино, 2009, 2011), на конференции, посвященной 200-летию экспедиции МОИП в Подмосковье (2009), на Всероссийской конференции «Биосферные функции почвенного покрова» (Пущино, 2010), на Международных конференциях «Ломоносов» (Москва, 2010, 2011, 2012, 2013), на Международных Пущинских школах-конференциях «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2010, 2011, 2012, 2013), на Всероссийских Докучаевских молодежных чтениях (Санкт-Петербург, 2010, 2011, 2012), на Всероссийских научно-практических конференциях «Актуальные проблемы использования и охраны природных ресурсов России» (Самара, 2010, 2011, 2012), на 4-й молодежной конференции «Природно-антропогенные геосистемы: мировой и региональный опыт исследований» (Курск, 2012), на X Международной конференции по мерзлотоведению «Ресурсы и риски регионов с вечной мерзлотой в меняющемся мире» (Салехард, 2012), на VI съезде Общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Петрозаводск, 2012).
По теме работы опубликовано 15 научных работ, из них 6 - в рецензируемых журналах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Общий объем работы 172 страницы машинописного текста, включающего 40 рисунков. Список литературы включает 222 источника, в том числе 24 зарубежных.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю д.б.н. В.М. Алифанову за постоянную поддержку и продуктивное обсуждение результатов работы, д.б.н. Л.А. Гугалинской за критические замечания и ценные советы, к.б.н. А.Ю. Овчинникову и к.б.н. А.Г. Кондрашину за содействие и помощь в сборе полевых данных.
Похожие диссертации на Магнитная восприимчивость как показатель формирования пространственной изменчивости почв, обусловленной палеоэкологическими факторами
