Содержание к диссертации
Введение
1. Современные представления о почвенном покрове и картографическом методе исследований 8
2. Создание картографической информации 15
2.1. Пространственно — временная организация ландшафтов Витимского плоскогорья в плейстоцене и голоцене 15
2.2. Пространственная организация факторов почвообразования Еравнинской котловины 18
2.2.1. Геология и геоморфологическое строение 19
2.2.2. Климат и многолетняя мерзлота 24
2.2.3.Гидрография 34
2.2.4. Растительность 34
2.2.5. Классификация геохимических ландшафтов 38
2.3. Пространственная организация почвенного покрова на разных иерархических уровнях 43
2.3.1. Морфология, состави свойства почв 44
2.3.2. Пространственная организация почвенного покрова 71
а) бассейновый - макроуровень 72
б) катенный - мезоуровень 77
в) микрокатенный - микроуровень 98
г) нанокатенный - наноуровень 103
3. Анализ картографической информации 108
3.1. Информационно-картометрическая оценка связей в системе «ПОЧВА-КЛИМА Т» на регионально-экологическом уровне 112
3.2. Информационно-картометрическая оценка связей в системе «ПОЧВА-СРЕДА» на топоэкологическом уровне 120
4. Принципы создания информационно-распознающей системы для факторной диагностики почв 209
5. Почвенно-экологическое зонирование Еравнинской котловины Забайкалья 250
Заключение 288
- Пространственная организация факторов почвообразования Еравнинской котловины
- Пространственная организация почвенного покрова на разных иерархических уровнях
- Пространственная организация почвенного покрова
- Информационно-картометрическая оценка связей в системе «ПОЧВА-СРЕДА» на топоэкологическом уровне
Введение к работе
Актуальность темы. Познание разнообразия почв природных комплексов одна из основных проблем современной науки. К сожаленью, до сих пор идут споры о способах его измерения (Мэгарран, 1992). Особенно это относится к таким сложноорганизованным системам как почва и почвенный покров. Данная проблема обретает еще большую значимость в регионах, где возникают новые связи и соотношения почв со средой, вызванные криогенными процессами и мерзлотой. Мерзлотные условия, равно как и литологические и фитоценотические, дальше усложняются расчлененностью рельефа. Именно поэтому, становиться возможным обособление множественной сети экологических ниш с резко контрастными режимами выветривания и почвообразования.
Чтобы выявить особенности мерзлотного почвообразования и географические закономерности распределения почв криолитозоны, необходимо изучить их пространственную организацию и параметры функционирования. Решение этих и других проблем потребовало новых, особенно количественных подходов, реализованных в рамках современных методов анализа картографической информации, а с учетом пространственных масштабов объектов — разработки и применения информационно-картометрического подхода для координатной оценки связей в системе «ПОЧВА-СРЕДА и распознавания почв в многомерном признаковом пространстве.
Цель исследований - Разработать информационно-распознающую систему почв на основе количественной оценки и факторной диагностики связей в системе «почва-среда».
Для решения поставленной цели последовательно решались следующие задачи:
1. Создать картографическую информацию пространственной организации факторов почвообразования и почвенного покрова на разных иерархических уровнях;
2. Дать всесторонний анализ картографической информации и разработать информационно-картометрический подход для оценки связей в системах регионально-экологического и топоэкологического уровней;
3. Разработать алгоритм выявления экологических ниш почв;
4. Создать многоступенчатую информационно-распознающую системы для факторной диагностики почв.
Объект и методы исследований. В качестве природной модели для исследования разнообразия почв и почвенного покрова криолитозоны принята Еравнинская котловина (ЕК) Забайкалья, представляющая собой в центре котловины криоаридную лесостепь, а по периферии - лиственничную тайгу. Она расположена в юго-западной части Витимского плоскогорья, где ярко проявляется кольцевая зональность сочетаний природных комплексов степи, лесостепи и тайги с мерзлотными и сезономерзлотными почвами.
Методологический подход заключается в выявления связи почв с факторами почвообразования, которая в отличие от функциональной, является вероятностной, пространственно-временной и меняется сопряженно под воздействием множества взаимосвязанных причин. Такие связи относятся к информационным и устанавливаются методами информационно-статистического и картографического анализов (Пузаченко, Мошкин, 1969; Берлянт, 1978). Основное достоинство этих методов в том, что они позволяют выявить количественные параметры связи между качественными признаками (Арманд, 1975; Карпачевский, 1977; Куликов, 1991; Маркина, 1992; Михеева, 2001).
Наряду с этими, были использованы общепринятые методы исследований картографирования почвенного покрова (Фридланд, 1972, 1976, 1980), координатный метод (Волобуев, 1962, 1963, 1973), метод комплексной ординации (Сочава, 1973, Снытко, 1974), информационно-статистический (Закономерности..., 1970; Карпачевский, 1977, 1981, Берлянт, 1978, 1986, Ралько, 1987, Маркина, 1992; Михеева, 2001), анализы химических, физических свойств и изучения гидротермического режима (Агрофизические ..., 1966; Химия ..., 1968: Аринушкина, 1970; Вадюнина, Корчагина, 1974; Принципы организации..., 1976). Достоверность и воспроизводимость результатов и выводов обоснованы статистически.
Научная новизна и теоретическая значимость работы заключается в том, что на основе информационно-картометрического подхода впервые выявлены меры связи почв со средой на разных уровнях организации почвенного покрова и определены параметры экологических ниш основных типов почв Забайкалья. Каждый тип почвы имеет свою экологическую нишу в многомерном признаковом гидротермическом и топоэкологическом пространствах с числовыми характеристиками.
Впервые создана информационно-распознающая система для факторной диагностики почв. Процесс распознавания почв проводится последовательно с применением иерархического принципа таксономии почвенной номенклатуры: ствол - отдел - тип. Информационно-картометрический подход, разработанный для оценки разнообразия почв криолитозоны Забайкалья, является универсальным инструментом для описания, обобщения, упорядочения и формализации имеющегося картографического материала по почвам.
Защищаемые положения:
1. Разработанный информационно-картометрический подход составляет методологическую основу оценки связей в системе «почва-среда»;
2. Установленные количественные параметры экологических ниш рассматривается как базовое для факторной диагностики почв в многомерном признаковом пространстве;
3. Многоступенчатая информационно-распознающая система, опирающаяся на факторную диагностику, позволяет адекватно оценить почвенный покров.
Практическое значение и реализация исследований. Научный материал по всесторонней географ о-генетической оценке разнообразия почв криолитозоны Забайкалья явился основой их диагностики и классификации, а также разработки проектов Бурятского предприятия «ВостНИИгипрозем и комитета по землеустройству по Республике Бурятия. По результатам исследований обоснована возможность создания ботанического памятника природы «Ширингинский сосновый бор» в Еравнинской котловине Забайкалья.
Исходные материалы и личный вклад автора в решении проблемы. В основу работы положены материалы, собранные автором в процессе картографических и стационарных исследований почвенного покрова аридных, криоаридных и мерзлотных котловин Забайкалья в рамках плановых тем Института общей и экспериментальной биологии СО РАН и грантов РФФИ (№ 97-04-96168, 01-04-97205) и ГЭФ (№ UVA-A008 Ml) с 1987 по 2004 годы. Лично автором сформулированы научные задачи, разработан методический подход к оценке разнообразия почвенного покрова и принципы многоступенчатой информационно-распознающей системы для факторной диагностики почв.
Публикации и апробация работы. Основные положения диссертации изложены в 36 печатных работах, в том числе 3 монографиях и 15 статьях в реценцируемых и центральных журналах. Выводы и заключения апробированы в докладах на международных (Томск, 1993; Улан-Удэ, 1995, 1996, 2002; Новосибирск, 2000) и российских (Пущино, 1989; Якутск, 1989; Ташкент, 1989; Владивосток, 1989; Новосибирск, 1989, 2004; Курск, 1991; Алма-Ата; 1991; Красноярск; 1996, 1998; Чита, 1999; Иркутск, 2001; Улан-Удэ, 1987, 1990) симпозиумах, съездах, конференциях и совещаниях.
Содержание работы. Диссертация представляет собой рукопись объемом 308 страниц компьютерного набора, состоит из введения, пяти глав и заключения, в том числе содержит 63 рисунка, 18 таблиц и библиографию из 226 наименований, из них 39 на иностранном языке.
Пространственная организация факторов почвообразования Еравнинской котловины
Почва и почвенный покров по своим свойствам представляют собой результат взаимодействий многих факторов почвообразования. Лишь при определенной совокупности или сочетании факторов почвообразования формируются и развиваются различные типы почв. В связи с этим, очень важно для познания сути почвообразования и свойств почвенного покрова рассмотрение основных экологических факторов почвообразования. По физико-географическому районированию Витимское плоскогорье выделено в самостоятельный природный округ (Преображенский и др., 1959), по почвенно-географическому районированию ЕК относят к бореальному (умеренно-холодному) поясу Восточно-Сибирской мерзлотно-таежной области Северо-Прибайкальской горной провинции Еравнинско-Телембинского котловинного округа (Атлас ..., 1967). 2.2.1. Геология и геоморфологическое строение ЕК. ЕК имеет полого-вогнутую округлую форму, вытянутую в северовосточном направлении на 70 км при ширине до 60 км, ее площадь составляет около 3850 км2. Плоская поверхность днища котловины чередуется с увалисто-холмистыми и предгорно-волнистыми (по окраинам котловины) формами рельефа. По геолого-генетическим и геолого-петрографическим комплексам горных пород и тектоническим условиям территория ЕК относится к областям всхолмленных и аккумулятивных равнин мезозойских и кайнозойских впадин (Атлас..., 1967). Центральная часть ЕК представлена палеоген-неогеновыми озерными, аллювиальными и алювиально-делювиальными отложениями (глины, алевролиты, пески, мергели, пласты бурых углей, конгломераты). Юго-западная предгорная и горная часть ЕК сложена кайнозойскими базальтами, долеритами и андезито-базальтами. Западная окраина исследуемой котловины сформирована мезозойскими континентальными вулканогенно-терригенными отложениями (песчаники, конгломераты, туфы и др.). Северовосточная часть днища ЕК представлена аллювиальными кайнозойскими континентальными рыхлыми отложениями (галечники, пески, суглинки). Предгорное и горное обрамление котловины сформированы палеозойскими кислыми и средними интрузивными породами (граниты, гранитопорфириты). Кристаллический фундамент котловины покрыт довольно мощным чехлом осадков различного генезиса и состава (рис. 2.2). Наиболее широко распространены породы четвертичной системы. По генезису - это элювий, элювио-делювий, делювий, делювий карбонатный, аллювио-делювий, аллювио-пролювий, аллювий и озерные отложения.
Центральная, наиболее низкая часть котловины в северо-восточном направлении по долине р.Холой занята в основном древнеозерными песчаными отложениями, которые и служат здесь в качестве наиболее распространенной почвообразующей породы. Приподнятая плоская остепненная часть ЕК формируется на делювиальных карбонатных супесчано-суглинистых отложениях, луговые, лугово-болотные и болотные ландшафты низких пойменных экосистем представлены озерными, аллювиальными, аллювиально-делювиальными, аллювиально- пролювиальными отложениями, легкого гранулометрического состава (рис. 2.3). Предгорные пологие лесостепные и лесные позиции ЕК заняты делювиальными и делювиально-карбонатными суглинистыми отложениями. Таежные слабо-и густорасчлененные денудационные части ЕК, иногда с формами гольцового рельефа формируются на элювиально-делювиальных отложениях разного гранулометрического состава. Анализ строения поверхности ЕК (рис.2.4) показывает, что наиболее низкая в геоморфологическом отношении, центральная часть котловины представлена плоскими равнинами плиоцен-четвертичного возраста, созданные озерной и речной аккумуляцией. В северо-восточной части плоские равнины на выходе из котловины сочетаются в долине р. Холой в грабен-синкилинальных впадинах с комплексом аккумулятивных террас. Восточная и северная часть котловины из плоских равнин постепенно переходит в плоские равнины, созданные озерной и речной аккумуляцией, а также денудацией в плиоцене, нижнем и среднем плейстоцене. В южной и западной частях ЕК переход плоских равнин происходит несколько по другому. Здесь переход на более высокие позиции (гипсометрические уровни) более резок. В южной части котловины наблюдаются вулканические массивы, слаборасчлененные эрозией, со ступенчатым рельефом, озерными котловинами и вулканическими конусами. В западной части ЕК отмечены денудационное слаборасчлененное плоскогорье с останцовыми массивами. Абсолютные высоты здесь составляют 1300 м, относительные - 200 м. Предгорный гипсометрический пояс исследуемой котловины представлен слабовсхолмленными денудационными равнинами, абсолютные высоты которых составляют 1300 м, относительные - 100-150 м. Горное обрамление ЕК формируют денудационное густо расчлененное плоскогорье с абсолютными высотами 1400-1500 м и относительными - 200 м. 2.2.2. Климат и многолетняя мерзлота ЕК Особенности современного климата Забайкалья обусловлены тем, что ее территория подвержена резко противоположному влиянию холодной Субарктики и Арктики, жарких и сухих пустынь Монголии, влажных муссонов Дальнего Востока.
Наличие высоких горных сооружений и глубоких впадин создает своеобразный стиль циркуляции воздушных масс и контрастность увлажнения и теплообеспеченности. Значительной становится роль местного климата, зависящего от конкретных условий: уровня абсолютной высоты, экспозиции склонов, почв, растительности и др. Зима в ЕК очень морозная и малоснежная. Анализ среднемноголетних температур за январь в ЕК показывает ее пространственную неоднородность (рис. 2.5). Так, низкие температуры воздуха характерны для таежных ландшафтов, особенно в северо-восточной части ЕК. Здесь максимальная величина температуры воздуха за зимний период равняется - 26-28 С, тогда как в центральной степной части — 22-24 С. При таких условиях поверхностные горизонты почв обычно охлаждаются до -15-20 С, что приводит к накоплению в почвенной толще больших "запасов холода", медленному оттаиванию и слабой прогреваемости почв. Это является одной из главных причин широкого распространения здесь многолетней мерзлоты. Такая же пространственная неоднородность наблюдается в распределении летних температур воздуха в ЕК. Максимальные величины температуры воздуха за июль по среднемноголетним данным характерны для открытой степной приозерной части котловины (16-18 С), в лесостепных и таежных позициях южной части ее величина составляет 14-16 С. Относительно низкие величины температуры воздуха в июле наблюдаются в таежных ландшафтах северной части ЕК (рис.2.6). Распределение атмосферных осадков характеризуется пространственно-временной неоднородностью. По данным четырех метеостанций, расположенных в ЕК, из годовой нормы осадков (253-313 мм) за май-сентябрь выпадает от 230 мм в юго-западной части до 270 мм в северо-восточной части котловины. Синтез этих данных, а также картографической информации пространственного распределения осадков по среднемноголетним данным Атласа Забайкалья (1967).позволил построить картосхему пространственной организации годового распределения осадков в ЕК (рис. 2.7). Наибольшее количество осадков выпадает в таежной западной густорасчлененной части ЕК. Здесь ее величина достигает до 350-400 мм в год. Наименьшее ее количество приходится на степную приозерную центральную часть котловины (250-300 мм). Промежуточное положение между ними по величине количества осадков занимают лесостепные и таежные ландшафты предгорных положений и части горного обрамления ЕК (300-350 мм).
Пространственная организация почвенного покрова на разных иерархических уровнях
Почвы и почвенный покров Забайкалья, в том числе и ЕК издавна привлекали внимание исследователей и явились предметов научных дискуссий (Короткий, 1913; Прасолов, 1927; Семенова, 1956; Соколов, Соколова, 1963; Ногина, 1964; Митупов, 1966; Уфимцева, 1967; Соколов, Таргульян, 1970; Цыбжитов, 1971; 1991; Макеев, Ишигенов, Бухольцева, 1968; Ишигенов, 1972; Дугаров, 1976; Почвенный криогенез, 1977; Вторушин, 1982; Колосов, 1983; Худяков, 1986; Куликов, Дугаров, Панфилов, 1986, Кузьмин, 1988; Дугаров, Куликов, 1990; Чимитдоржиева, 1990; Алифанов, 1991; Керженцев, 1992; Абашеева, 1992; Цыбжитов, Убугунова, 1992; Вторушин, Пигарева, 1996; Куликов, Дугаров, Корсунов, 1997; Убугунова, Убугунов, Корсунов и др., 1998). Анализ этих работ свидетельствует о доказанном факте самобытности почв экстраконтинентального Забайкалья, в связи с чем общепринятые сложившиеся взгляды на генезис и эволюцию почв здесь оказались не вполне приемлемыми и требовали выработки новых подходов. Географическая изученность почвенного покрова территории крайне мала и неравномерна. Имеются мелкомасштабные почвенные карты Бурятии (М 1:1000000, Мартынов, Цыбжитов, 1980; Забайкалья и почвенного районирования (М 1:3500000, Макеев и др., 1967), почвенная карта СССР и Российской федерации (М 1:2 500 000). Анализ имеющихся литературных данных и картографических источников по почвам и почвенному покрову мерзлотных ландшафтов Забайкалья показывает их слабую изученность по проблемам географии и их пространственной организации. Имеются дискуссионные вопросы по проблеме формирования мерзлотных лугово-лесных почв лесостепной и почв с бурым недифференцированных профилем таежной зон криолитозоны. 2.3.1. Морфология, состав и свойства почв ЕК При разработке систематики почв ЕК (табл. 2.1) нами использованы основные положения «Классификации и диагностики почв СССР» (Классификация ..., 1977) и новая классификация почв России (Классификация ..., 1997; Почвенная..., 1999), а также количественные критерии, разработанные на данных собственных исследований (Куликов, Бадмаев, Содномов, Дугаров, 1991; Бадмаев, Дугаров, 1991; Бадмаев, 1995; 1997; Бадмаев и др., 1996; 1997; 2000; 2002).
В соответствии с принятыми в «Классификации ...» (1977) термическими параметрами большинство почв ЕК относятся к умеренно холодному длительно промерзающему и умеренно холодному мерзлотному фациальным подтипам (сумма температур воздуха выше 10С равна 1250-1600С, сумма температур почвы выше 10С на глубине 0,2 м равна 1200-1600С, а продолжительность периода отрицательных температур почвы на глубине 0,2 м составляет 5-8 и больше 8 месяцев). К первому фациальному подтипу относятся почвы центральной остепненной части, ко второму более холодному мерзлотному - почвы предгорных лесостепных и таежных ландшафтов котловины, а также низких и аккумулятивных, более увлажненных частей исследуемого региона. Приведенное расчленение территории по термическим параметрам отражает общую направленность изменения последних в связи с гипсометрическим положением. Эта простая схема значительно осложняется под влиянием на гидротермический режим почв разной мощности снежного покрова, растительности, увлажнения, экспозиции и других факторов. Согласно положениям Новой классификации почв России (Классификация ..., 1997), в целях упорядочения общей системы и выявления генетических общностей среди всего многообразия почвенных типов в структуру классификации введены две надтиповые категории — стволы и отделы, впервые предложенные В.М. Фридландом (1982). Таким образом, классификация предусматривает последовательное выделение следующих таксономических категорий: ствол, отдел, тип, подтип, род, вид, разновидность и разряд. В результате средне- и крупномасштабного картирования почвенного покрова ЕК, согласно положениям новой классификации почв России (1997), нами выделены два ствола: постлитогенные и синлитогенные. Почвы органогенного ствола, профиль которых (весь или большая часть) состоит из органического материала, преимущественно торфа, на рассматриваемой котловине не встречаются (таблица 2.1.). Ствол постлитогенных почв включает б отделов: альфегумусовые, органо-аккумулятивные, аккумулятивно-гумусовые, щелочно-глинисто-дифференцированные, галоморфные и литоземы. Данный ствол представлен 8 типами почв: дерново-подзолы, подбуры, дерновые альфегумусовые, дерновые, темно-гумусовые, черноземы (пропиточные и криптоглееватые), солонцы темные, солончаки темные и литоземы грубогумусные, а также 20 их подтипами. Ствол синлитогеннных почв состоит из одного отдела аллювиальных с четырьмя типами: аллювиальные светлогумусовые, аллювиальные темногумусовые, аллювиальные перегнойно-глеевые и аллювиальные торфяно-глеевые с 10 их подтипами. Таким образом, в мерзлотной лесостепной Еравнинской котловине Забайкалья, нами выделены два ствола, семь отделов, тринадцать типов и тридцать подтипов. В процессе крупномасштабной почвенной съемки и аналитических работ было проведено «портретно-профильное» описание морфологических признаков почв, химико-аналитическая диагностика и количественная характеристика местоположения разрезов, полуям и прикопок, а также факторов почвообразования. В дальнейшем, при анализе экологических условий, почвообразования эти количественные критерии будут являться основой для информационно-картометрической оценки в системе «почва-среда». 1. СТВОЛ: ПОСТЛИТОГЕННЫЕ Объединяет почвы, в которых почвообразование происходит на сформировавщейся почвообразующей породе; аккумуляция свежего материала либо отсутствует, либо незначительна и не отражается на строении профиля. 1. Отдел: Литоземы. Отдел объединяет почвы, профиль которых состоит из органогенного горизонта различной природы, залегающего непосредственно на плотной коренной породе. Мощность мелкоземистой толщи, в которой сформирован органогенный горизонт, не превышает 30 см (табл. 2.2)
Литоземы грубогумусовые характеризуются наличием грубогумусового горизонта, обычно формирующегося под оторфованной подстилкой. Над плотной породой часто наблюдается прослойка слабогумусированного рыхлого материала. Реакция почв кислая, редко нейтральная. Отношение Сгк:Сфк в данных почвах близко к 1 и могут колебаться от 0,6 до 1,3 (, Колосов, 1983; Кузьмин, 1988). Морфология данных почв представлена следующим сочетанием типодиагностических горизонтов: AT— М По режимным показателям литоземы грубогумусовые характеризуются очень низким запасом влаги и очень низкой теплоаккумуляцией. 2. Отдел: Альфегумусовые. Почвы данного отдела занимают на рассматриваемой территории наибольшую площадь и представлены тремя типами почв: дерново-подзолами и подбурами мерзлотными, дерновыми альфегумусовыми сезонномерзлотными. Для почв отдела характерны кислая реакция всего профиля, ненасышенность поглощающего комплекса основаниями, фульватный или гуматно-фульватный состав гумуса. 2.1. Тип: дерново-подзолы мерзлотные 2.1.1. Подтипы: иллювиально-железистые, глееватые По строению профиля и свойствам дерново-подзолы близки к типу подзолов, отличаясь от них присутствием светлогумусового дернового горизонта мощностью до 15 см (табл. 2.2). Содержание гумуса широко варьирует в пределах от 0,5 до 5,0%, обычно составляя 1,0-1,5%. Распределение гумуса в профиле 49 аккумулятивное. В составе гумуса резко преобладает фульвокислоты (Спс.Сфк = 0,3-0,5). Емкость поглощения в дерновом горизонте 5-10 мг-экв. Подзолистый горизонт мощностью до 15 см. Иллювиальный горизонт светлых желтых или буро-желтых тонов. Почвы имеют сильнокислую или кислую реакцию почвенного раствора. Подтипы на рассматриваемой территории выделяются по характеру железистых аккумуляций и признакам оглеения. Дерново-подзолы мерзлотные ЕК диагностируются системой следующих горизонтов: AY-E -BF(BHF)-C Водопроницаемость данных почв по шкале сибирских почв (Почвенно ..., 1977) характеризуется как высокая, 55 мм за 3 час впитывания. Водоудерживающая способность дерново-подзолов довольно высокая. В слое 0-100 см при НВ в зависимости от литологического состава удерживается 220-280 мм влаги, что позволяет отнести их к средневлагоемким почвам.
Пространственная организация почвенного покрова
Структура почвенного покрова исследуемой мерзлотно-лесостепной Еравнинской котловины Забайкалья формируется при тесном взаимодействии биоклиматического и геоморфолого - литологического факторов, особенно сказывается влияние сезонной и многолетней мерзлоты. При этом, факторы дифференциации почвенного покрова на отдельных геоморфологических участках территории различны, что проявляется в его структуре, компонентном составе и пространственном размещении почв в пределах каждой почвенной комбинации. Исследование почвенного покрова ЕК проводилось методом топоэкологических профилей (макро-полигонов-трансектов - север-юг), охватывающих все характерные элементы рельефа через всю котловину, бассейновый уровень почвенного среднемасштабного картографирования (М 1:200000), мезо-полигонов-трансектов, характеризующих элементы склоновой дифференциации, катенный уровень почвенного крупномасштабного картографирования (М 1:25000), микро-полигонов-трансектов, охватывающий элементы микрорельефа, микрокатенный уровень почвенного детального картографирования (М 1:2000) и нано-полигон-трансектов, характеризующих элементы нанорельефа (М 1:100), нанокатенный уровень почвенного детального картографирования. а)бассейновый - макроуровень (М 1:200000) В результате детального и крупномасштабного почвенного картирования составлена среднемасштабная карта пространственной организации почвенного покрова ЕК (рис.2.13). Разнообразие факторов почвообразования при широком распространении сезонной и многолетней мерзлоты обусловило большую неоднородность и кольцевую зональность почвенного покрова ЕК. Центральное степное ядро котловины занимают сочетания черноземов криптоглееватых мерзлотных и солонцов с солончаками мерзлотными. Низкие приозерные позиции заняты мерзлотными почвами аллювиального отдела (светлогумусовыми, темногумусовыми, торфяно-глеевыми и перегнойно-глеевыми почвами).
В пределах центрального степного ядра встречаются сочетания дерновых мерзлотных и черноземов пропиточных сезонномерзлотных, которые формируются на склонах антиподах. На крутых склонах южной экспозиции доминируют черноземы, элювиальные и трансэлювиальные части склона противоположной ориентации заняты дерновыми мерзлотными почвами. На теплых песчаных отложениях приозерной центральной части выделены, кроме черноземов, еше одни в пределах криолитозоны, «оазисные» ландшафты реликтовых сосновых лесов. Здесь формируются дерновые альфегумусовые сезонномерзлотные почвы. Выше по абсолютной высоте местности, на пологих склонах, окружающих котловину, где с высотой постепенно степные ландшафты сменяются тайгой нижнетаежного типа, формируются темногумусовые мерзлотные почвы. В центральной части котловины эти почвы развиваются под живописными лесами паркового типа. По древостою это обычно березово-лиственичные осветленные леса. Аккумулятивные позиции ландшафтов и пойменных экосистемах речных мелких долин заняты сочетаниями аллювиальных светло- и темногумусовых мерзлотных почв, разной степени криогидроморфизма. Замыкают кольцо сочетания подбуров мерзлотных и дерново-подзолов мерзлотных, которые занимают хребты бортового обрамления котловины. На густо расчлененных позициях, иногда с формами гольцового рельефа формируются литоземы грубогумусные. На этих же гипсометрических уровнях встречаются непочвенные образования - выходы скальных пород. Анализ полученной картографической информации позволил выявить, что основным фактором дифференциации почвенного покрова на территории мерзлотной котловины является рельеф, как перераспределитель влаги и тепла. Во вторую очередь, на неоднородность почвенного покрова влияет растительность, т.к. она сама связана с рельефом, как перераспределитель влаги. Геологическое строение территории оказывает воздействие на химические и морфологические свойства почв (кислотность, гранулометрический и химический состав почв и др.). Результаты крупномасштабного картирования топо-экологического профиля ЮГ-СЕВЕР через всю котловину представлены на рис. 2.14. Анализ составленного топоэкологического профиля почвенно-растительного покрова позволил предварительно выявить связь в системе «почва-растительность». Так, под лиственничными лесами пологих склонов северной, северозападной и западной экспозиции формируются сочетания подбуров с дерново-подзолами мерзлотными. В следующем поясе под березово-лиственичными лесами развиваются темногумусовые мерзлотные почвы. Далее по склону в низинной части под сомкнутыми ерниковыми ассоциациями кустарниковой березки занимают положение аллювиальные торфяно-глеевые мерзлотные почвы. В открытых степных пространствах под типчаковыми, кобрезиево-типчаковыми ассоциациями с полевициевыми сообществами формируются черноземы криптоглееватые мерзлотные почвы, засоленные варианты которых встречаются под вострецовыми степями. Полынные степи отмечаются только на каменистых и сильноскелетных вариантах этих же почв. На пологих склонах южной экспозиции черноземы криптоглееватые мерзлотные почвы встречаются также с типчаковыми степями. Осоковые сообщества маркируют пойменные участки с аллювиальными светлогумусовыми (дерновыми) мерзлотными почвами. Более низкие позиции с лиственничниками с зарослями круглолистной березки и ивняками занимают аллювиальные перегнойно - глеевые мерзлотные почвы. Под березовой колонной лесостепью на склонах северной экспозиции формируются дерновые мерзлотные почвы. Под несомкнутыми ценозами кустарников на береговом валу восточного берега оз. Малое Еравное развиваются песчаные отложения, которые являются самыми теплыми позициями в исследуемой ЕК и на них сохранили свои позиции сезонномерзлотные дерновые альфегумусовые почвы под сосновыми лесами, в окрестностях с. Ширинга. б) катенный - мезоуровенъ (М 1:25000) Влияние рельефа и его характеристик - как важнейшего фактора организации топоэкологической неоднородности почвенного покрова, почвенных свойств и режимных показателей изучалось на пяти полигонах-трансектах (ПТ), где преобладали мерзлотные почвы. ПТ заложены в пределах мерзлотной лесостепной ЕК, Кондинско-Телембинской мерзлотной болотно-лугово-таежной депрессии на границе ее перехода в Витимское плоскогорье и на стыке Удинского сухостепного ландшафтного района и рассматриваемой ЕК.
Все ПТ рассекают типичные для Забайкалья, в том числе и ЕК, формы рельефа, главное свойство которых диссимметрия - склоны южной экспозиции относительно более крутые и укороченные, чем противоположные. Диссимметрия рельефа отразилась и в диссимметрии морфологии, свойств и режимных показателей почв (рис. 2.15. - 2.19). На вершинной (элювиальной) и транзитной частях склона южной экспозиции формируются черноземы криптоглееватые тяжелосуглинистые почвы под твердовато-осоковыми и ковыльными сообществами, транзитная часть склона северной ориентации занята темногумусовыми мерзлотными почвами под березово-лиственничными лесом с ерниками и ивами. Аккумулятивные позиции склонов представлены соответственно аллювиальными темногумусовыми мерзлотными под вострецово-полевициевыми и кобрезиево-осоковыми сообществами (южный склон) и аллювиальными светлогумусовыми мерзлотными (северный склон) почвами под вейниково-осоковыми сообществами. Полигон-трансект (ПТ-1) заложен на террасо-увале в западной части ЕК, вблизи оз. Большое Еравное. Этот террасо-увал сложен плиоценовыми глинами. В этой связи, почвы всех позиций исключая аллювиальные светлогумусовые мерзлотные, по гранулометрическому составу мало отличаются друг от друга. Тем самым, представляется возможность изучить влияние характеристик рельефа (экспозиция, крутизна, положение в ландшафте - фация) и растительного покрова на формирование пространственной организации почвенного покрова, без наложенного действия гранулометрии почв и пород. Анализ морфологического строения ПТ-1 «Улан-Хада» свидетельствуют, что на разных элементах рельефа формируются почвы разного морфологического строения, принадлежащие достаточно удаленным друг от друга генетическим таксонам. Рельеф создает контрасты в экологических условиях, а именно локальную аридность и гумидность, холод и тепло. С другой стороны, рельеф служит объединению почв и почвенных режимов в единые ландшафтные ассоциации. Все почвы, исключая аллювиальные светлогумусовые мерзлотные почвы долины ручья, оказались в той или иной мере окарбоначенными.
Информационно-картометрическая оценка связей в системе «ПОЧВА-СРЕДА» на топоэкологическом уровне
Информационно-картометрическая оценка связей в системе «почва-среда (факторы почвообразования) на топоэкологическом уровне проводился по такой же разработанной методике, как и в системе «почва-климат». Отличительной чертой был только масштаб аналитического материала составленной нами картографической информации тематических карт природной среды, а также многообразие и большая выборка ее количественных характеристик. Исходным материалом для топоэкологического познания связей в системе «почва-среда» служили, составленная картографическая информация тематических карт крупного масштаба ЕК (М 1:25000): 1) топоэкологического профиля почвенно-растительного покровов макро-пологона-трансекта ЮГ-СЕВЕР; 2) почвенного покрова 5 экспериментальных мезо-полигонов-трансектов на катенном уровне; 3) детальных (М 1:2000) карт почвенного покрова на микрокатенном уровне; 4) карт почвенного покрова на наноуровне (М 1:100); 5) карта сплошной почвенной съемки безлесной открытой территории ЕК; 6) материалы крупномасштабной почвенного картографирования сельскохозяйственных земель хозяйств разных лет обследования (2 тура), входящих в ЕК (система "Росземпроект"); 7) топографическая карта; 8) геоботаническая карта; 9) лесоустроительные материалы лесхозов и межколхозлеса, входящих в ЕК. Для установления тесноты связи между факторами среды (почвообразования) и формирующимися в этих условиях почвами, также были использованы составленные среднемасштабные карты (М 1:200000): 1) пространственной организации почвенного покрова; 2) пространственной организации растительного покрова; 3) почвообразующих пород (по генезису); 4) группировки почв по гранулометрическому составу почвообразующих пород; 5) строения поверхности (геоморфологической карты); 6) глубины сезонного протаивания почв; 7) типов, семейств и классов геохимических ландшафтов.
Разработанный, на основе анализа подготовленной тематической картографической информации (КИ) методический подход к оценке разнообразия почвенного покрова, имеет несколько этапов, последовательность которых представлена на рис.3.4. Подготовленная КИ о пространственной организации почвенного покрова ЕК крупного масштаба (М 1:25000) разделяется на сетку квадратов, размер одного из которых равен 8x8 см, что составляет 400 га. Далее, по топокартам с помощью горизонталей составлена картометрическая (размер - протяженность, площадь, объем; ориентировка -азимут, экспозиция, угол наклона) и морфометрическая (форма -вытянутость, извилистость, кривизна, общие очертания) основы (Мищенко, 1967; Берлянт, 1978; 1986), на которой отражены количественные и качественные характеристики рельефа: абсолютная высота местности, экспозиция, крутизна и положение почвенного выдела в ландшафте (фация). Дальнейшие картометрические исследования сводятся к наложению карт последовательно друг на друга, определению площадей и фиксации свойств среды (кроме выше описанной процедуры с количественными и качественными характеристиками рельефа, на почвенную карту налагаются и другие факторы почвообразования - многолетняя мерзлота (глубина протаивания и промерзания), растительный покров, почвообразующие породы и их гранулометрический состав, испаряемость и типы, семейства и классы геохимических ландшафтов, со своими численными показателями), характеризующих экологическую нишу каждого выделенного почвенного выдела (ареала). На картах идентифицирована 350 квадратов-площадок, как отмечено выше, каждая размером 8 х 8 см (общая площадь - 400 га), что соответствует ландшафтным фациям, урочищам и местностям. На каждом квадрате определяется и фиксируется количество и площадь отдельного почвенного выдела (на уровне типа почв), в границах которых определяются и фиксируются количественные и качественные характеристики отдельного фактора почвообразования. Например, в данном квадрате встречаются четыре выдела (типа) почв: на вершине (элювиальной части) ландшафта и на склоне северной экспозиции формируются дерновые мерзлотные почвы. Второй контур составляют черноземы пропиточные сезонномерзлотные, которые занимают склон южной экспозиции. Третий почвенный контур составляют черноземы криптоглееватые мерзлотные почвы, развивающиеся на аккумулятивной части склона южной и трансаккумулятивной позиции склона северной экспозиции. Данный тип почв заходит также на транзитные позиции склона западной экспозиции. Последний выдел данного квадрата - аллювиальные темногумусовые мерзлотные почвы, формирующиеся на аккумулятивной части склона северной экспозиции. Этот этап информационно-картометрической оценки системы «почва-среда» «снимает» данные открытой картографической информации, т.е. показывает качественную картину о распределении почв на определенных элементах рельефа. Нас интересует «скрытая» информация с почвенной и топографической карт, а также с других тематических карт, т.е. количественные (численные) характеристики, с помощью которой возможно произвести оценку и выявить тесноту связи почв с факторами среды (почвообразования). Следующий этап включает, определение количественных характеристик рельефа. В данном случае, почвенный контур с дерновыми мерзлотными почвами, имеет следующие количественные и дополнительно качественные характеристики рельефа: 1. абсолютная высота местности колеблется в пределах 995-1000 м; 2. формируется на элювиальных и трансэлювильных частях склона северной экспозиций. Крутизна склона составляет 2-3. Почвообразующие породы на данных почвах представлены элювиальными и элювиально-делювильными легко- и среднесугинистыми разновидностями. Растительность на почвах данного почвенного контура имеет несколько вариантов: 1. Степные житняково-вострецовые сообщества на вершинной (элювиальной) части склона; 2. Березово-лиственничный лес паркового типа на пологом склоне северной экспозиции. Климат как фактор почвообразования на уровне мезорельефа (катенного), представлен глубиной протаивания, его численными характеристиками. Глубина протаивания мерзлотных и сезонномерзлотных почв - интегральный показатель почвенно-климатических условий.
Численную характеристику данного показателя «снимается» с блока создание КИ «климат и мерзлота», которая была представлена в главе 2.2.2., (рис.2.9.). Дерновые мерзлотные почвы, сформированные на разных элементах рельефа и под разным растительным покровом, отличаются неодинаковым характером процесса протаивания и имеют следующие количественные показатели: 1. на вершине (элювиальной) части склона протаивают на глубину 270 см (целина) и 295-300 см (пашня); 2. на склоне северной экспозиции под березово-лиственничным лесом глубина протаивания составляет 250-260 см. В качестве еще одного показателя климата, который может иметь количественную характеристику, предложена испаряемость (Куликов, Бадмаев, Содномов, Дугаров, 1991). Испаряемость принята как интегральная характеристика топоклиматических условий. Этот параметр определен с учетом экспозиции и крутизны склонов, а также положением почвы в ландшафте (фация), введением соответствующих пересчетных коэффициентов (Романова и др., 1983). Расчеты показали, что на почвах данного контура она колеблется в пределах 471-522 мм. В почвах под березово-лиственничным лесом, испаряемость имеет минимальные величины этого предела. Кроме этого, на почвах данной площадки-квадрата, проведены натурные исследования влияния рельефа на перераспределение осадков и испаряемости. Анализ экспериментальных данных показал, что кронами березово-лиственничного леса удерживается от 11 (в относительно сухую первую половину) до 13 (во влажную половину лета), а в целом за вегетационный сезон до 12% жидких осадков (Бадмаев, Корсунов, Куликов, 1996). Установлено, что в целом за вегетационный период, рельеф как фактор перераспределения солнечной энергии, повышает испаряемость транзитной части склона южной экспозиции на 19 и уменьшает на 87 величину испаряемости под березово-лиственничным лесом и на 17-19% на склоне северной экспозиции, по сравнению с почвами вершиной (элювиальной) части склона. По данным испаряемости и суммы выпадающих осадков, нами был рассчитан коэффициент увлажнения (Иванов, 1948), показывающий степень влажности и засушливости климата.
