Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы исследования структуры почвенного покрова степной зоны (лит. обзор) 8
2. Основные компоненты исследуемой геосистемы степной зоны 45
2.1. Местоположение ключевого участка 45
2.2. Рельеф ключевого участка 47
2.2.1. Методика исследования 47
2.2.2. Элементы и формы рельефа 47
2.3. Литолого-гидрогеологическое строение 52
2.3.1. Методика исследования 45
2.3.2. Литологическое строение исследуемой геосистемы 46
2.3.3. Грунтовые воды 49
2.3.4. Выводы 53
2.4. Структура почвенного покрова ключевого участка 79
2.4.1. Методика исследования 79
2.4.2. Общее строение почвенного покрова 79
2.4.3. Закономерности эродированности и намытости почв в геосистеме 92
2.4.4. Закономерности распределения почв повышенного увлажнения в геосистеме 107
2.4.5. Закономерности распространения засоленных почв в геосистеме 112
2.4.6. Количественные показатели структуры почвенного покрова геосистемы 116
2.5. Растительный покров геосистемы 128
2.5.1. Культурная растительность 128
2.5.1.1. Методика исследования 128
2.5.1.2. Озимая пшеница 128
2.5.1.3. Яровой ячмень 135
2.5.1.4. Выводы по состоянию культурной растительности 144
2.5.2. Растительность очагов переувлажнения 145
2.5.2.1. Методика исследования 147
2.5.2.2. Общее геоботаническое описание участка 147
2.5.2.3. Продуктивность тростниково-пырейного сообщества 151
2.5.2.4. Сукцессии растительности во время формирования нового очага переувлажнения 156
2.5.2.5 Выводы по состоянию растительности очагов переувлажнения.. 158
3. Взаимосвязь компонентов геосистемы 159
3.1. Влияние рельефа на почвенный покров 159
3.1.1. Методика выделения элементов рельефа 160
3.1.2. Оценка на основе совмещения почвенной карты и карты элементов рельефа 166
3.1.3. Тенденция приуроченности почв к разным элементам рельефа... 174
3.1.4 Статистическое распределение параметров рельефа в пределах элементарного почвенного ареала 177
3.1.5. К вопросу о проведении границ элементарных почвенных ареалов на основе рельефа при детальном почвенном картографировании 182
3.1.6 Влияние рельефа на растительный покров 183
3.2. Влияние литолого-гидрогеологических условий на почвенный и растительный покровы
3.3. Влияние почв на растительность и растительности на почву 187
3.4. Антропогенный фактор изменения геосистемы 188
Основные выводы 190
Список используемой литературы 193
- Литологическое строение исследуемой геосистемы
- Количественные показатели структуры почвенного покрова геосистемы
- Оценка на основе совмещения почвенной карты и карты элементов рельефа
- Влияние литолого-гидрогеологических условий на почвенный и растительный покровы
Введение к работе
Актуальность темы. Степная зона в настоящее время подвергается активному антропогенному воздействию: 60-90% площади распахано, используется широкий спектр агрономических, агротехнических и мелиоративных воздействий, которые в совокупности приводят к существенному изменению факторов почвообразования (растительности, рельефа, особенно микрорельефа) и соответственно свойств и режимов почв.
За счет этого в современных степных агроландшафтах, по-видимому, изменяются связи между компонентами. Об этом косвенно свидетельствует широкое развитие эрозионных явлений, формирование и устойчивая тенденция роста площадей переувлажненных черноземов и распространение других видов деградированных почв. Поэтому, комплексные исследования агроландшафтов, связей между их компонентами и тенденций развития почвенного покрова являются актуальными.
Почвенный и растительный покровы часто изучают раздельно, хотя они являются взаимосвязанными компонентами геосистемы. Характер этой связи не однозначный и может меняться во времени. Поэтому многие вопросы строения, функционирования и особенностей взаимодействия разных компонентов геосиситем остаются мало изученными, особенно в условиях современного развития вторичного переувлажнения почв степной зоны.
Цель работы; Изучить особенности формирования структуры почвенного и растительного покровов одного из типичных агроландшафтов степной зоны в пределах Приазовской наклонной равнины (Ростовская область).
Задачи:
1. Изучить рельеф, литолого-гидрогеологические условия, структуру почвенного покрова и современный растительный покров выбранной геосистемы на основе составления крупномасштабных карт.
2. Получить качественные и/или количественные оценки влияния рельефа и литолого-гидрогеологических условий на почвенный и растительный покровы.
3. Провести мониторинг развития нового очага переувлажнения.
Научная новизна.
1. Проведены комплексные исследования одной из типичных степных геосистем в пределах Приазовской наклонной равнины (Ростовская область) на основе детального картографирования основных ее компонентов.
2. Усовершенствована методика выделения элементов и форм рельефа, в основе которой лежит совмещение методики А. В. Гедымина и подходов количественного описания рельефа П. А. Шарого. Предложенная методика позволяет выделять поверхности разной степени выпуклости и вогнутости, а также днища и борта ложбин при детальном картографировании (масштаб 1:1000 и крупнее).
3. Получены количественные оценки связи почв с рельефом.
4. Элементарные почвенные ареалы лугово-черноземных почв, имея общую приуроченность к ложбине, смещены относительно тальвега этой ложбины в западную сторону, занимая, таким образом, большую часть (но не всю) днища и часть примыкающего правого (западного) борта. По-видимому, такое смещение вызвано отклонением потоков поверхностных вод к западу под действием силы Кориолиса, вызванной вращением Земли.
5. Выполнен четырехлетний мониторинг начала развития нового очага переувлажнения.
Защищаемые положения:
1. Результаты комплексного исследования общего строения и внутрисистемных связей компонентов одной из типичных степных геосистем Приазовской наклонной равнины.
2. Методика выделения элементов и форм рельефа для масштабов исследования 1:1000 и крупнее.
Научно-прикладное значение работы:
Результаты комплексного исследования общего строения и внутрисистемных связей компонентов одной из типичных степных геосистем Ростовской области являются вкладом в развитие общих представлений о строении и развитии степных геосистем, находящихся в условиях сельскохозяйственного антропогенного воздействия. Они могут быть использованы при чтении лекций по курсам общего почвоведения и структуре почвенного покрова. Методика выделения элементов и форм рельефа для масштабов исследования 1:1000 и крупнее, а также результаты количественной оценки влияния рельефа на почвы позволяют совершенствовать методику крупномасштабного (детального) почвенного картографирования.
Апробация работы; Результаты исследований по теме диссертации были представлены на региональной конференции «Деградация почвенного покрова и проблемы агроландшафтного земледелия» (Ставрополь, сентябрь, 2001), на молодежной научной конференции «Экологические аспекты агроландшафтов» (Персиановка, ноябрь 1999), на молодежных Докучаевских чтениях (Санкт-Петербург, февраль, 2003), на заседаниях отдела генезиса и мелиорации засоленных почв Почвенного института им. В.В. Докучаева (2000 - 2003).
Публикации: По теме работы опубликовано 2 статьи (1 в печати), 3 тезисов и отдельные разделы в сводных отчетах по экспедиционному проекту № 116-5.1 Федеральной Целевой Программы «Интеграция» за 2000 и 2001 годы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных выводов и списка цитированной литературы. Она изложена на страницах, включая страниц машинописного текста, рисунков, таблиц. Список литературы содержит 207 источников, в том числе 2 на иностранных языках.
Автор выражает глубокую признательность за помощь в выполнении работы и ценные советы научному руководителю доктору с.-х. наук Н.Б. Хитрову. Автор искренне благодарен за поддержку в проведении полевых исследований доктору с.-х. наук О. Г. Назаренко, директору ФГУ ГЦАС «Ростовский», кандидату с.-х. наук И. А. Нагабедьян, зав. лаборатории В. И. Продан, доктору географических наук Н. М. Новиковой, аспирантке ИВП Н. А. Николаенко, доктору с.-х. наук Н. П. Чижиковой, кандидату с.-х. наук П. И. Тихонравовой, гл. агроному учхоза «Донское» А.Г. Ситракову, студентам ДонГАУ: А. Ковалеву, С. Авдееву, А. Малинину, Е. Рубачеву. Автор признателен руководству Почвенного института им. В. В. Докучаева и сотрудникам отдела генезиса и мелиорации засоленных почв за предоставленную возможность выполнения работы.
Литологическое строение исследуемой геосистемы
В агроландшафтах Тамбовской равнины в последнее время «... наблюдается ежегодный прирост переувлажненных пахотных земель (в Тамбовской области - 4 тыс. га в год) ...» (Паракшин и др., 1998, с. 281).
Полупан и др. (1983) все вторично переувлажненные почвы, которые они называют «мочаристыми» или «мочарными», предлагают разделять на два типа: «климатогенные» и «литогенные» в зависимости от преобладающего фактора по мнению этих авторов. Эти авторы считают, что климатогенные «мочарные» почвы формируются на водоразделах и на склонах, в западинах, потяжинах в результате скопления атмосферных осадков.
Литогенные «мочарные» почвы образуются на склонах со сложным ли-тологическим строением, в результате выклинивания грунтовых вод (Полупан и др., 1983). Е.М. Цвылев (2001), соглашаясь с подобным подразделением переувлажнением черноземов проводит дополнительные особенности этих почв. Для черноземов климатогенного типа переувлажнения особенностями являются: 1. сезонность пепеувлажнения (преимущественно весной); 2. трансформация черноземов при увлажнении доходит до луговых почв; 3. профиль переувлажненных черноземов мало отличается от зональ ных; 4. в сезон увлажнения на поверхности могут образовываться озера, продолжительность затопления не превышает 20 дней, большую часть времени года затопление отсутствует, уровень грунтовых вод залегает глубже 3 м; 5. признаки гидромофизма (полуторные окислы, засоление, оглеение) отсутствуют или проявляются слабо; 6. водоупор образуется в подпочве на глубине 1,5-2 м под влиянием постоянного переувлажнения и иссушения (слитогенез); 7. с глубиной под водоупором влажность грунтов уменьшается. Для черноземов литогенного типа переувлажнения характерны следующие диагностические признаки: 1. постоянное грунтовое переувлажнение; 2. трансформация черноземов со временем доходит до болотных почв; 3. профиль переувлажненных литогенных черноземов заметно отличается от зональных; 4. признаки гидроморфизма (полуторные окислы, засоление, оглеение) проявляются отчетливо; 5. с глубиной влажность почвогрунтов увеличивается.
Кроме этих типов Е.М. Цвылев (2001) предлагает выделять третий тип — техногенные переувлажненные черноземы, формирование которых обусловлено воздействием различных факторов антропогенного воздействия: строительство дорог, трубопроводов, сооружений и т.п., препятствующих естественному дренажу территории, аварии на водных объектах и т.п.
С нашей точки зрения такое подразделение слишком условное и довольно часто является неудачным, поскольку в конкретных ситуациях образование очага вторичного переувлажнения всегда определяет совокупность факторов, в частности переувлажнение (именно переувлажнение) в западинах на водоразделах, в степной зоне, как правило возможно при наличии близких к поверхности относительных водоупоров. В этом случае, помимо питания атмосферными водами дополнительным существенным фактором является ли-тологическое строение. Поэтому отнесение такого варианта к климатогенно-му, а не литогенному типу, становится дискуссионным. Аналогичные рассуждения применимы и к «литогенному» типу, когда грунтовые воды по водо-упору выклиниваются на склоне. В таких ситуациях тип питания грунтовых вод, как правило, атмосферный, поэтому, говорить о чисто литогенном типе, в противоположность климатогенному, также становится дискуссионным.
О.Г. Назаренко (2002) предложила процесс вторичного переувлажнения черноземов называть «неогидроморфизмом», предложив некоторую классификацию его разных вариантов: богарно-агроландшафтный, ирригационный, водохранилищный гидротехнический, селитебный и индустриальный урбанизированный.
Причинами формирования вторичного переувлажненных черноземов считаются климатические, литологические, геоморфологические и антропогенные.
Ряд авторов (Минкин с соавт., 1990, Зайдельман с соавт., 1998, Ахтыр-цев, 1999, Полупан с соавт., 1983) считают, что климат является одной из причин образования переувлажненных черноземов. При этом они отмечают повышенное количество годовых осадков в последние десятилетия 20 века, преобладание относительно теплых условий зимой и прохладных летом. Конечно, эти причины могут способствовать развитию переувлажнения черноземов, хотя достоверного тренда увеличения осадков и увлажненности за год в целом, отдельно за холодный и теплый периоды для степной зоны Европейской части России не наблюдается (Груза и др., 2001).
Роль рельефа определяется тем, что вода собирается на пониженных и вогнутых в плане с малым уклоном (Полупан с соавт., 1983; Ачканов и Николаева, 1999; Хитров, Назаренко, 2001; Назаренко, 2002).
Цитологическое и гидрогеологическое строение территории определяет формирование переувлажненных черноземов за счет наличия относительных и абсолютных водоупоров, уплотненных горизонтов различного происхождения, но чаще всего, представленного глинами (Конаков, 1939; Гвоздецкий, 1933; Полупан и др., 1983; Кисель, 1981; Сувак, 1977; Зайдельман и др., 1998; Минкин и др., 1991; Цвылев, 2001; Хитров, Назаренко, 2001).
Практически все выше цитированные авторы сходятся во мнении о влиянии антропогенного фактора на формирование (возникновение) переувлажнении черноземов. Влияние этого фактора определяется прямым или косвенным изменением водного баланса и режима территории в результате деятельности человека. Устройство препятствий на пути движения временных потоков воды в ландшафте в виде насыпей, дорог, сооружений и т.п. Приемы влагонакопления в почвах, противоэрозионный комплекс на полях, снегозадержание, различные виды лесомелиорации, орошение, регулирование стоков рек, создание прудов и т.п.
Развитие переувлажнения черноземов приводит к изменению свойств этих почв. Наиболее сильные изменения проявляются через возникновение признаков оглеения: холодных тонов окраски, сизых пятен, железисто-марганцевые новообразования в виде конкреций или пленок гидроксидов железа на поверхности агрегата.
В ряде случаев появляются признаки засоления почв, могут изменяться водно-физические характеристики и биологические свойства (Полупан и др., 1983; Зайдельман и др, 1998; Минкин и др., 1990; Хитров и Назаренко, 2001; Сувак, 1977; Ачканов и Николаева, 1999; Ахтырцев, 1999; и др.).
Формирование очагов переувлажнения приводит к изменению растительности. Культурная растительность, как правило, угнетается и/или полностью погибает, на ее месте появляются сорные влаголюбивые виды, которые в последующем заменяются пыреем и тростником (Николаенко, 2003; Зайдельман и др., 1998; Полупан и др., 1983; Минкин и др., 1990; Хитров и Назаренко, 2000,2001; и др.).
Количественные показатели структуры почвенного покрова геосистемы
Во-вторых, грунтовые воды отсутствуют в области между очагами переувлажнения, в которой кровля скифских глин образует выпуклый слабонаклонный гребень (х=25 м, у=42 м). По-видимому, при недостаточном количестве (осенью) грунтовые воды эту область обтекают. Аналогичная область ( х=45 м у=90 м) с отсутствием грунтовых вод находится выше по склону от нового очага переувлажнения. Здесь препятствием для движения грунтовых вод оказался останцовый бугор кровли скифских глин.
Вскрытые грунтовые воды приурочены к областям, в которых внутренний рельеф кровли скифских глин представлен ровными или слабо вогнутыми в плане склонами, ложбинами и седловинами, а также в новом очаге и по верхнему краю большого очага переувлажнения.
Весной грунтовые воды вскрываются в большом очаге переувлажнения, в основном, в верхней его части, которая маркируется наиболее высоким сплошным тростником. Эта область совпадает с грядой останцовых бугров внутреннего рельефа скифских глин, чуть южнее - с ложбиной поверхности скифских глин, которая расположена в теле правого борта второй ложбины современного рельефа (от Х=55 м Y=45 м в верхней части в направлении Х=45 м Y=25 вниз по склону). Уровни воды весной (с конца апреля и до начала июня), как правило, находятся в пределах 30-80 см. В конце июня, в наиболее влажные годы, вода в этом месте может сохраняться, а к концу июля грунтовые воды в тростнике пересыхают за счет активной транспирации. При этом грунтовые воды сохраняются вне зоны тростника в северо-западной части и в районе нового очага переувлажнения.
В пределах большого очага, по днищу современной ложбины, грунтовые воды вскрываются на глубине 120-140 см — ранней весной. В середине-конце мая вода исчезает как грунтовая, при этом влажность почвы остается высокой (в пределах наименьшей влагоемкости), что и обеспечивает поддержание роста тростника в течение лета. В северо-западной части П-1Р грунтовые воды до глубины 7 м не вскрыты. На основе общего геологического строения территории и буровых скважин в районе п. Персиановский, можно допустить, что грунтовые воды здесь залегают на глубине 15-20 м. Вниз по склону, по мере уменьшения мощности лессовидных пород и приближения к поверхности скифских глин, воды вскрываются ближе к дневной поверхности. В пределах юго-восточной части участка в сентябре 2001 г. их глубина менялась от 3,4-4,0 м в области с координатами Х=70-100, Y=80-150 м до 50-60 см в районе большого очага переувлажнения (Х=82, Y=35 м).
В таблице (3) представлены минимальные и максимальные значения глубины залегания грунтовых вод на четырех динамических площадках (ДП), расположенных в юго-восточной части П-1Р в разное время года. Размещение площадок указано на (Рис. 6). В очагах переувлажнения (на площадках 6 и 8) в зимнее и весеннее время глубина залегания грунтовых вод составляет от 10-60 см и 40-80 см, осенью и зимой — 80-160 и 60-120 соответственно. Постоянный подток и близкое залегание грунтовых вод к поверхности на данных площадках является причиной формирования очагов переувлажнения. В весенний и иногда в зимний периоды с южной стороны нового очага наблюдается излияние на поверхность грунтовых вод, которые растекаются вниз по склону, образуя промоины глубиной от 5 до 10-15 см и шириной около 10-15 см. Подобное явление отмечается и в районе большого очага переувлажнения.
На межложбинном водоразделе (площадка 5) и участке, расположенном между очагами переувлажнения (площадка 7), уровень залегания грунтовых вод значительно ниже, летом грунтовые воды на эти участки вообще не поступают. Периодическое поступление воды в эти районы, возможно, связано со сложным строением рельефа поверхности скифских глин. На данной территории отмечены выпуклые участки, которые, очевидно, препятствуют свободному передвижению грунтовых вод. Поэтому них не происходит развитие очагов переувлажнения. На остальных четырех динамических площадках, расположенных в области мощных лессовидных суглинков и глин грунтовые воды залегают на глубине более 7 м, и здесь создаются автоморфные условия почвообразования.
По глубине залегания грунтовых вод, расположению на местности, приуроченности к очагам переувлажнения и составу грунтовых вод, юго-восточная часть участка П-1Р была разделена на несколько областей.
К первой области относится участок, в котором мощность лессовидного материала 3-5 м и более, а также глубина залегания грунтовых вод не менее 180 см - область поступления воды (Рис. 6, 10 и 11). Грунтовые воды сульфатного типа засоления и смешанного состава по катионам. Общая минерализация составляет 3-5 г/л (Таблицы 4, 5, Рис. 10, 14,15).
Участок (II) с хлоридно-сульфатным типом засоления грунтовых вод, расположенный в центральной части первой области, образовался, возможно, из-за останцового бугра скифских глин, которого с разных сторон обтекает водный поток, замедляя при этом скорость течения. В результате этого происходит увеличение расходов воды на транспирацию, что послужило причиной увеличения концентрации хлоридов в растворе. Во время бурения скважин, на этом участке были зафиксированы несколько отдельно растущих растений тростника, которые в следующем году обнаружены не были.
Участок с общей минерализацией грунтовых вод 14 г/л (область III, скважина 143 Рис 14, Рис. 6), по-видимому, не связана с остальными грунтовыми водами в исследуемой области. В днище ложбины 3 (скважины 134, 133, 129), отмечено увеличение минерализации грунтовых вод при движении вниз по склону от 0,8 до 3,9 г/л, соответствующее направлению потока по гидроизогипсам (Рис. 10).
Оценка на основе совмещения почвенной карты и карты элементов рельефа
Распашка территории, которая не является устойчивой к эрозионным воздействиям, привела к смыву верхних слоев почвы, в результате чего стали формироваться почвы разной степени эродированности.
Наименьший уклон поверхности (2,5-3) наблюдается в верхней приводо-раздельной части (северо-западный угол). В результате этого, здесь сформировались наименее смытые черноземы: несмытые (№ 1, 20 в легенде к почвенной карте) и среднесмытые (№ 2-7 и 21) (рис. 22).
Ниже по склону с увеличением угла наклона от 3-5 до 5-8 (в области перегиба) и длины склона, скорость потока воды возрастает, что приводит к более интенсивному смыву верхних слоев почвы. В результате этого здесь формируются сильносмытые черноземы (№ 8-Ю в легенде к почвенной карте) общей площадью 2,85 га (32,8%). Горизонты А и АВ смыты настолько, что они не сохраняются в виде отдельных незатронутых обработкой горизонтов ниже пахотного слоя. Вместе с тем, нижележащие иллювиально-карбонатные горизонты не смыты. Данные участки находятся между ложбинами 2, 3 и 4, а также северо-восточнее ложбины 2 и юго-западнее ложбины 3 на выпуклых элементах рельефа (рис. 22). В пределах выделенных почвенных разностей содержание гумуса в пахотном слое (0-20) 1,78-3,74% (среднее арифметическое 2,74) (табл. 6). Содержание СОг карбонатов изменяется от 1,5 до 4,6% (среднее арифметическое 3) (табл. 7).
Ниже перегиба склона в юго-восточной части участка угол наклона уменьшается до 3-5и склон постепенно выполаживается. Но при этом формируются агроабраземы (№ 11-19 в легенде к почвенной карте). Исходный профиль чернозема в этих почвах полностью смыт до нижней части иллювиально-карбонатного горизонта или даже до горизонта ВС. Возможной причиной смыва такой интенсивности в этом месте является большой уклон и общая длина склона, а также близкое залегание водоупорных скифских глин (1-2 м). По поверхности этих глин поступают грунтовые воды, которые, увлажняя лессовидный материал, препятствуют впитыванию поверхностного стока. Возможно, что при большом количестве поступающей грунтовой и поверхностной воды относительно тонкий (1-2 м) суглинистый слой, оставшийся в этом месте, сильно насыщается водой, набухает, в результате чего более легко может размываться даже незначительными потоками воды. Содержание гумуса в слое 0-20 см 2,16-3,38% (среднее арифметическое 2,54) (табл. 6), С02 карбонатов - 2,67-4,41% (среднее арифметическое 3,36) (табл. 7).
Интенсивный смыв почв на участке сопровождается частичным накоплением перенесенного водой материала в ложбинах и в очагах современного переувлажнения почв с более или менее постоянным растительным покровом. Общая площадь этих участков составляет 6,3 га (7,3%). По мощности намытого слоя почвы объединены в две группы. Первая группа включает почвы с намытым слоем до 30-40 см. Это лугово-черноземные намытые (по классификации 1977 г.) или агрочерноземы криптоголееватые гумусово-стратифицированные (по классификации 2000 г.) (№ 22, 23 в легенде к почвенной карте), пролюви-альные слаборазвитые темные почвы (№ 27, 30 и 31 в легенде к почвенной карте) и черноземы криптоглееватые, гумусово-стратифицированные (№ 28 и 29). Вторая группа включает почвы с намытым слоем более 30-40 см. В нее входят стратоземы темные (№ 32-36).
В пролювиальных слаборазвитых темных почвах (№ 27, 30, 31 в легенде к почвенной карте) содержание гумуса в верхнем слое 0-20 см 3,6%, СО2 карбонатов-2,5%.
В верхнем двадцатисантиметровом слое стратоземов темных (№ 32-36 в легенде к почвенной карте) содержание гумуса имеет высокие значения 3,48-6,54%. Это связано как с намывом на участки, занимаемые данными почвами гумусированного материала, наличие влаги и большое поступление растительных остатков (в основном корней пырея и надземных частей пырея и тростника).
По мере движения от водораздела вниз по склону первые намытые участки появляются в днищах ложбин, где развиты лугово-черноземные почвы (рис. 22). Увеличение мощности намытого слоя происходит постепенно при движении вниз по склону. Лугово-черноземные почвы (4,89% от общей площади П-1Р) погребены слоем от 20 до 40 см за счет намыва и/или дополнительного перемещения материала пахотного слоя во время вспашки с бортов ложбин в днища. В результате пахотный слой приобретает карбонаты кальция (бурное вскипание от 10% НС1). Хотя в погребенном профиле лугово-черноземных почв на глубине 40-60 см вскипание становится очень слабым, в отдельных случаях локальным, а с 60 до 130 см оно практически отсутствует. Заметное количество карбонатов кальция появляется со 140 см. Верхняя граница появления аккумуляции карбонатов в виде белоглазки находится на глубине 290 см.
Содержание гумуса в пахотном слое этих почв изменяется от 2,74 до 3,79% (среднее арифметическое 3,3) (табл. 6). Ниже пахотного слоя отмечается повышение содержания до 4,65% на глубине 40 см. Затем происходит постепенное снижение значений данного показателя и на глубине 120 см он достигает 1,9% (рис. 23). Такой характер распределения содержания гумуса по профилю подтверждает, почва погребена под намытым и натащенным слоем почвы.
Содержание СОг карбонатов в этих почвах изменяется от 1,06 до 3,26% (среднее арифметическое 2,44) (табл. 7, рис. 24). Поскольку исходный почвенный покров черноземов был представлен кар бонатными черноземами, для которых характерен аккумулятивный тип накоп ления гумуса с максимумом в верхнем горизонте и постепенным уменьшением с глубиной, а также элювиально-иллювиальным типом распределения карбона тов, с минимумом их содержания в поверхностном горизонте и максимумом в иллювиально-карбонатном, имеющем белоглазку, можно ожидать наличие относительно тесной связи между гумусом и С02 карбонатов в пахотном горизонте почв разной степени эродированности и намытости (рис. 32).
Влияние литолого-гидрогеологических условий на почвенный и растительный покровы
Рельеф является одним из условий почвообразования. На качественном уровне приуроченность разных почв к ЭР отмечали многие почвоведы, начиная с В. В. Докучаева. В последнее время, систематизируя эти подходы, Н. П. Сорокина (Сорокина, 2003) предложила рассматривать модели почвенно-ландшафтных и ландшафтно-индификационных связей. Данная модель включает оценку вероятности развития элементарных почвенных структур (ЭПС) на различных ЭР в разных литологических условиях. Подобные оценки ею выполнены для зоны распространения дерново-подзолистых, серых лесных почв и черноземов (Сорокина, 1976, Сорокина и др., 1993, Григорьев и др., 1975, Сорокина, 2003). Подобные модели разрабатывают при составлении крупномасштабных почвенных карт (1:10000, 1:25000), на которых могут быть показаны в основном не ЭПА, а ЭПС.
Наша задача состояла в количественной оценке влияния рельефа на дифференциацию почвенного покрова исследуемого ключевого участка П-1Р, используя результаты детального почвенного картирования в масштабе 1:1000. Оценку осуществили несколькими способами.
Первый способ заключается в совмещении двух карт (почвенной и карты ЭР), которые представляют собой качественную дифференциацию участка с одной стороны на ЭПА, с другой — на ЭР. Совмещение двух карт дает возможность выделения новых контуров, по соотношению площади которых, можно дать оценку связи почв с рельефом в двух вариантах.
ЭПА может быть разделен границами элементов рельефа на несколько частей. Соответственно доля каждой этой части от общей площади ЭПА будет характеризовать однозначность или неоднозначность расположения ЭПА на определенном ЭР (однозначность приуроченности ЭПА к соответствующим ЭР).
Если рассматривать в качестве основы контуры ЭР, то, в свою очередь, ареалы почв могут делить эти контуры на части. В этом случае, доля площади почвенной разности или группы почв (по эродированности-намытости, наличия или отсутствия оглеения или засоления) в % от общей площади ЭР, будет характеризовать предпочтение развития тех или иных почв именно на определенных ЭР.
Второй способ предполагает оценку статистических распределений количественных показателей рельефа в пределах территории распространения той или иной почвы. В этом случае качественная дифференциация рельефа, которая применялась в предыдущем способе, заменяется количественными параметрами рельефа в отдельных точках, расположенных в узлах сетки (в нашем случае через 10 м).
Третий способ предполагает поиск корреляционных связей и регрессионных зависимостей между отдельными количественными показателями свойств почв и количественными показателями рельефа в тех же точках опробования. Нами будут рассматриваться изменение содержания гумуса, СОг карбонатов, нитратного азота (по Кравкову), фосфора и калия (по Мачигину) в пахотном слое.
Перед тем как перейти к результатам оценки влияния рельефа на почвенный покров с использованием указанных способов рассмотрим методику выделения элементов рельефа.
Выделение элементов и форм рельефа выполнено на основе метода Геды-мина (А. В. Гедымин «Использование изображений рельефа горизонталями при создании почвенных карт крупного масштаба», Почвоведение 1992 г, №5, с. 5-14), дополненного расчетом уклонов и средней кривизны поверхности, предложенным Шарым (Shary, Р.А., Sharaya, L.S., Mitusov, A.V. Fundamental quantitative methods of land surface analysis. Geoderma, 2002 v.107, no.1-2, p.l-32.). Метод Гедымина предполагает выделение элементов рельефа на основе его изображения с помощью горизонталей, и позволяет выделить контуры с учетом уклона поверхности и кривизны склонов, выделяя при этом такие элементы рельефа, как плоские, выпуклые и вогнутые в плане и профиле поверхности, днища балок, выполаживающиеся части склонов и т.д. Шарый с соавторами (Shary et al., 2002) предложили систему показателей, с помощью которой можно давать количественную геометрическую характеристику конкретной точки в соответствии с ее положением на некоторой поверхности, в частности каждого местоположения в рельефе. В качестве таких показателей нами были выбраны величины: Н - средняя кривизна поверхности в данной точке (Gauss, 1805, цит. по Shary et al., 2002) выражена в 1/м и GA — уклон, выраженный в градусах. «Коэффициенты p,qj",sj есть частные производные рассматриваемого многочлена в центральной точке подрешетки, имеющей координаты х=у=0. Именно, p=dzldx\ q=dzfdy\ r=c?zfdx2; s=&zldxdy\ t=d zfdy2. Используя эти значения частных производных, можно для центральной (5-ой) точки подрешетки 3x3 рассчитать любые локальные морфометрические величины, выражающиеся через первые и вторые частные производные от высоты поверхности, заданной уравнением z=z(xiy). Затем решетка 3x3 своим центром перемещается на другой элемент матрицы высот и процедура повторяется. Расчет проводится для всех элементов матрицы, кроме граничных» (Shary et al., 2002). Поэтому на карте (рис. 48) краевые участки рельефа не отмечены.
Для выделения элементов рельефа мы совместили подходы Гедымина и. Шарого. На основе цифровых данных высоты, уклона и средней кривизны для каждого узла сетки с шагом 10 метров составлены 3 карты: первая - гипсометрическая в виде горизонталей (рис. 2 ); вторая — карта изолиний уклона (рис. 46) и третья — средней кривизны в виде изолиний (рис. 47). Все три карты накладывались (совмещались) одна на другую с помощью графического пакета «SURFER-32» в виде одного рисунка (рис. 48), на котором горизонтали рельефа представлены сплошной линией, изолинии уклона — пунктирной, а изолинии кривизны выделены цветом и дополнительно нанесены разделители в виде сплошных линий. Используя совмещенный рисунок, вручную отрисовывали соответствующие элементы рельефа. На рисунке (рис. 3 см. раздел 2.2.2.) представлена карта элементов рельефа без дополнительных изолиний, которые затрудняют ее чтение. На основе количественных параметров уклонов поверхности, средней кривизны и некоторых качественных характеристик (верховье, борта и днище ложбин и др.), была составлена легенда (см. рис. З в разделе 2.2.2.).
