Введение к работе
Актуальность проблемы. Успешное решение проблемы охраны окружающее среды во многом зависит от объективности знаний о динамических свойствах экосистем и их компонентов, об изменчивости этих свойств во времени и пространстве. На основе таких знаний можно предупредить критические отклонения экосистем от оптимума, избежать необратимых изменений их структуры и функций.
Почва - один из главных компонентов наземных экосистем. Однако набор параметров, характеризуючих почву как уникальное тело природы, является арсеналом сравнительной диагностики и не позволяет измерять и оценивать изменчивость почвы во времени*
Необходимость организации экологического мониторинга) разумного управления продуктивность» экосистем и их устойчивостью х негативным воздействиям требует поиска новых информативных во времени параметров, отражающих механизм функционирования экосистем и их компонентов, в том числа и почв.
Укдино-Даинская депрессия является удобным модельным полигоном для изучения динамических свойств почв, благодаря ярко выраженной суточной, годовой и многолетней динамике гидротермических условий. Этому способствует резкоконтинентальный климат Забайкалья и горный рельеф, усиливающий контрасты в пространстве и во времени не только гидротермических условий, но и обусловленных ими биологически и геохимических процессов.
Сказанное выше объясняет актуальность поставленной проблемы и полученных в процессе исследований результатов.
Цель и задачи исследований. Основная цель работы состояла в изучении динамических свойств криогенных почв как компонентов природных экосистем. При этом ставились следующие задачи;
I. Выбор полигона для проведения экспериментов по изучению динамических процессов в почвах:
изменчивости морфологических признаков, гидротермических режимов, биологической активности почв Ундино-Даинской депрессии Восточного Забайкалья,
сопоставления изменчивости почвенных параметров и факторов внешней среды.
2* Разработка методологии для реализации в виде математической модели механизма функционирования почвы в экосистеме.
Объекты и методы исследований.В основу работы положены материалы круглогодичных стационарных исследований, выполненных автором с сотрудниками Забайкальского мерзлотного стационара Института агрохимии и почвоведения АН СССР в 1971-19 гг. под руководством д.г-м.н.
профессора О.В.Макеева. Использовались публикации сотрудников Почвенного института им.В.В.Докучаева, проводивших за 10 лет до нас стационарные исследования тех же почв под руководством д.с-х.н.» профессора А.А.Роде.
Наряду с общепринятыми методами в работе применялся ряд оригинальных методов измерения параметров почв и криогенных явлений:
описание морфологии почвенного профиля и плана по В.О.Таргульяну,
инструментальное измерение динамики криогенных трещин и рельефа мерзлотного водоупора,
гидротермическое профилирование почвенного покрова катены по элементам мезо- и микрорельефа,
наблюдения миграции почвенной влаги в рыхлой толще мощностью 6 метров на площади I кв.км с помощью сети скважин и нейтронного влагомера. Изображение динамики влаги в плане и профиле в форме топо-и хроноизоплет,
численные эксперименты по изучению динамических свойств почвы
с помощью математической модели трансформации органического вещества.
.Вклад автора состоит в разработке основных теоретических и методических положений работы. Им сформулирована концепция о почве как функциональном динамическом компоненте экосистемы, осуществлён выбор полигона для изучения динамики почв в екосистемах» разработана методология и проведены круглогодичные полевые исследования динамики криогенных почв» обобщены результаты полевых и численных экспериментов.
Научная новизна работы. В работе впервые показано, что:
ириоморфозы почвенного профиля (язиковатость, инверсия горизонтов, глубинные гумусовые горизонты, пятнистая оподэ елейность и др.) являются следствием специфических криогенных феноменов (полигональная трещиноватость, рельеф мерзлотного водоупора, внутрипочвенная гидросеть и др.), обусловленных резкоконтинентальным климатом и горным рельефом Забайкалья.
почвенные криоморфозы служат своеобразными приспособлениями экосистем к функционированию в экстремальных условиях. Например, внутри-почвенная гидросеть защищает почвы склонов от смыва муссонныни ливнями, а в засушливые периоды обеспечивает растения влагой.
консервативные признаки почвы ("почва-память") являются интегральным отражением повторяющихся короткопериодных процессов, обусловленных ритмикой биологической активности почвы под воздействием гидро-термичесхих условийСпочва-момент").,
пульсирующий характер динамики биологических и других процессов
в почве обусловлен "гидротерыическими ножницами" - многократной сменой
благоприятных для биоты сочетаний влаги и тепла неблагоприятными в течение одного вегетационного периода.
модель трансформации органического вещества в почве является инструментом для изучения динамики' почвенных процессов, механизма запасания минеральных элементов и дозирования их перехода фитоценозу.
численные эксперименты на почвах Забайкалья к Европы с помощью математической модели трансформации органического вещества показали возможность разработки количественной классификации почв по двум динамическим параметрам; характерной массе органического вещества и характерному времени ее обновления. Введение третьего параметра — характерного спектра фракций органического вещества - значительно повысит объективность классификации и диагностики почв.
Защищаемые положения:
-
Консервативные признаки почвы (почва-память) являются интегральным отражением повторяющихся хороткопериодних процессов (почва-момент), синхронных ритмике гидротермических условий.
-
Процесс трансформации органического вещества, формирующий запас минеральных элементов в почве и дозирующий их поступление в фитоценоз, определяет главную функцию почвы в экосистеме - функцию катаболизма.
Практическая ценность работы.
Научные и методические положения, изложенные в работе, использовались при:
выполнении научно-исследовательских работ по заданию ГКНГ "Почвы мерзлотных и холодных областей, мелиорация и использование",
выполнении исследований по проектам 1№ 6 и 8 Международной программы "Человек и биосфера",
разработке технического задания "Автоматизированная система эко-информации-и управления экологической обстановкой г.Москвы и Московского региона",
разработке программы исследований секции Тесэкоинформатика" Комиссии АН СССР по проблемам экологии, ~~
разработке методологии регионального экологического мониторинга,
разработке рекомендаций по регулированию внутрипочвенного стока и борьбе с "зыбунами" в условиях криогенеэа как части системы мероприятий по борьбе с линейкой эрозией почв в районах распространения многолетней мерзлоты.
- б -
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано более 30 печатных работ, в том числе одна монография. Материалы диссертации и основные выводы обсуждались на УІ симпозиуме "Биологические проблемы Севера"(Иркутск,1974), симпозиуме "Человек и биосфера"(Москва,1975), Всесоюзной конференции "Почвенный хриогенез и мелиорация мерзлотных и холодных почв"(Пущино,1975), совместном заседании I и У комиссий ВОП (Москва,1976), У Делегатском съезде ВОП (Минск;1977), Всесоюзной конференции "Прогноз изменений криогенных почв под влиянием хозяйственного освоения территорий"(Пущине,19801» Всесоюзном совещании "Мерзлотно-гкдротермическия режим промерзающих почв, его регулирование рациональное использование и охрана"(Пущино,19в2), заседании кафедры Географии почв факультета Почвоведения МГУ (Москва,1963)а заседании научного.совета "Информационные проблемы изучения биосферы" Минпри-бора СССР(Москва,1986), заседании отдела Географии почв Института географии АН СССР(Москва,!987), Международном совещании по эксперименту "Убсу-Нур"(Кызыл,1989) и других.
Объём и структура работы.
Диссертация общим объёмом 237 страниц машинописного текста состоит из шести глав к выводов, включает 27 таблиц, 29 рисунков и приложение. Список литаратуры содержит 395 названий, из них 85 на иностранных языках.
Пользуясь случаем, автор выражает глубокую благодарность инициал тору и научному руководителю всего комплекса почвенно-мерзлотных исследований д.г-м.н.,профессору 0.В.Макееву, а также непосредственным участникам работ на Забайкальском мерзлотном стационаре Института агрохимии и почвоведения АН СССР: Т.П.Ушаковой, С.Н.Осипенко, О.Н.Гу-бикой, В.В.Керженцевой, Т.В.Деревцовой, 0.В.КайдановоЙ, Т.В.Смигюховоі A.M.Русских, Е.И.Несмеловой, Ю.А.Смирнову, Р.Р.Олейникову, Б.И.Елу-нину и другим сотрудникам, благодаря труду которых состоялся научно-исследовательский комплекс Забайкальского мерзлотного стационара ИМ АН СССР и настоящая работа, обобщающая полученные материалы.