Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Факторы почвообразования и общие закономерности географического распространения почв (обзор литературы) 5
1.1.Факторы почвообразования. 5
1.2. Климат как фактор почвообразования . 6
1.2.1. Температурный режим почв. 7
1.2.2. Режим влажности почв 10
1.2.3. Совокупное влияние тепла и влаги на формирование почв. 15
1.3. Методы исследования почвенно-гсографических закономерностей. 16
1.3.1. Сравнительно-экологический подход. Методы учета влияния факторов почвообразования на почвенный покров . 16
1.3.2. Методы количественного учета влияния климата на почвенный покров. 18
1.3.З.Методы количественного учета влияния факторов почвообразования на почвенный покров. 21
1.3.4. Методы ГИС-анализа. 22
ГЛАВА 2. Материалы и методы 25
Глава 3. Анализ влияния климатических параметров на распространение почвенных горизонтов 29
3.1. Гумусовые горизонты. 30
3.2. Элювиальные горизонты . 45
3.3. Иллювиальные горизонты. 60
3.4. Метаморфические горизонты. 75
3.5. Оценка роли климатических параметров в формировании горизонтов. 89
ГЛАВА 4. Анализ влияния пород на распространение горизонтов в полях климатических параметров 91
Глава 5. Распространение почв в полях климатических параметров 95
Выводы 98
Список литературы 99
- Климат как фактор почвообразования
- Сравнительно-экологический подход. Методы учета влияния факторов почвообразования на почвенный покров
- Элювиальные горизонты
- Распространение почв в полях климатических параметров
Введение к работе
доктор биологических наук А.С. Никифорова
Актуальность темы. Функциональная взаимосвязь между почвами и факторами почвообразования, установленная В.В. Докучаевым, позволяет, по его словам, «решить интереснейший вопрос о закономерных соотношениях между характером и распределением почв и факторами почвообразования …» (Докучаев, 1949, с. 299). Роль факторов почвообразования в современном почвоведении рассматривается в одном из разделов экологии почв – факторной экологии (Добровольский, Никитин, 2006). Разработка методов изучения взаимосвязи между факторами почвообразования и почвами до сих пор остается актуальной задачей генетического почвоведения (Соколов, 1985). Одним из способов установления общих законов факторной экологии почв является обобщение почвенно-географических закономерностей. Выявить наиболее общие почвенно-географические закономерности возможно при учете как можно большего числа факторных характеристик, при этом наиболее корректными являются взаимосвязи, установленные на количественном уровне. Возможность одновременного учета большого объема почвенной информации и факторных характеристик дают геоинформационные системы (ГИС). Появление ГИС стало толчком для разработки новых методологических подходов к оценке влияния факторов почвообразования как на отдельные почвенные свойства (Moore et al.,1993; Odeh et al.,1994; Батжес, Бриджис, 2000; Caree, McBratney, 2005), так и на формирование почвенного покрова в целом (Герасимова и др., 2000; Алябина, 2003; McBrantey et al., 2003; Маречек и др., 2009). На сегодняшний день, по-прежнему, ощущается недостаток в методах оценки количественной взаимосвязи между факторными характеристиками и распространением почв. Этот факт делает актуальным поиск и разработку методов количественного учета влияния факторов почвообразования на почвенный покров.
Цель работы: Установить количественную взаимосвязь между климатическими параметрами и распространением почвенных генетических горизонтов на равнинной территории России.
Задачи работы:
I. Получение исходного массива данных:
-
Подбор климатических параметров.
-
Наделение контуров цифровой почвенной карты масштаба 1:2 500 000 значениями климатических параметров.
-
Объединение почвенных типов по наличию в них генетических горизонтов и выделение ареалов распространения горизонтов на цифровой почвенной карте.
II. Разработка методов оценки взаимосвязи климатических параметров и распространения почвенных горизонтов на количественном уровне, анализ полученных данных:
-
Расчет общих и характерных диапазонов значений климатических параметров для почвенных горизонтов. Определение характера распространения почвенных горизонтов в полях климатических параметров.
-
Установление количественной взаимосвязи между климатическими параметрами и распространением горизонта.
-
Построение гидротермических полей климатических ареалов горизонтов.
-
Учет влияния почвообразующих пород на распространение почвенных горизонтов в полях климатических параметров.
III. Характеристика распространения почв в полях климатических параметров.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях: XVI Всероссийская Школа «ЭКОЛОГИЯ И ПОЧВЫ» (г. Пущино, 2009), III международная конференция по лесному почвоведению (г. Петрозаводск, 2009), Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2009» (г. Москва, 2009), V Международная научно-практическая конференция «Экология речных бассейнов» (г. Владимир, 2009).
Публикации. По теме диссертации имеется 8 публикаций, включая 4 статьи.
Научная новизна работы сформулирована в виде следующих положений, которые выносятся на защиту:
Построены карты ареалов распространения двенадцати почвенных горизонтов на равнинной территории России.
Определены общие и характерные диапазоны значений климатических параметров для выделенных почвенных горизонтов.
Установлена количественная взаимосвязь между распространением горизонтов и значениями климатических параметров.
Показано влияние почвообразующих пород на распространение почвенных горизонтов в полях климатических параметров.
Предложены новые методические приемы и последовательность методов, позволяющая количественно оценить взаимосвязь климата и почвенных горизонтов на равнинной территории России.
Практическая значимость работы: Установление почвенно-географических закономерностей в факторном пространстве дает возможность прогноза почвенного покрова малоизученных территорий и палеогеографической реконструкции почвенного покрова при изменении природной среды. Почвенно-географические закономерности создают основу генетической логики для решения классификационных проблем почвоведения.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Диссертация изложена на 108 стр., содержит 23 рисунка и 1 таблицу. Список литературы включает 211 источников на русском и иностранных языках. Объем приложения составляет 16 стр.
.
Климат как фактор почвообразования
Одним из первых количественно учесть влияние основных климатических элементов среднегодовой температуры и годового количества осадков на распространение некоторых типов почв попробовал Б.Б. Полынов (1915). Схема Б. Б. Полынова наглядно демонстрировала связь почв, обладающих известной морфологией и химическими свойствами, с определенными климатическими условиями. Это первое обобщение наблюдений почвенно-климатической сопряженности аналитически выявило ведущие климатические элементы: температурные условия и условия увлажнения. Как показала дальнейшая история развития почвоведения, Б. Б. Полынов не без основания оценил предложенную им схему, как намечающую и пути построения почвенной классификации.
R. Lang (1915) сделана попытка связать почвообразование и климат в форме определенных значений «дождевого фактора» (RF), под которым Р. Ланг понимал отношение среднего годового количества осадков в мм (R) к средней годовой температуре в C(t), названное им дождевым фактором: RF=R/F.
Е. Crowther (1931) определил среднее значение средней годовой температуры и годового количества осадков по основным почвенным зонам США и СССР при помощи вариационной статистики (по методу групп Фишера). Это обработка показала, что для всех американских почв осадки являются лучшим показателем, чем температура. Для почв кальциевых (от полупустынных до пустынных) температура вообще не показательна; она одинаково показательна с осадками для почв выщелоченных (анюможелезистых, по Марбуту, — от подзолов до латерита). В почвах, наоборот, температура оказывается более показательной, чем осадки. Все это, по Е. Кроузеру, объясняет неудачу применения коэффициентов, выражающих общее, без подразделения, влияние температуры и осадков.
Известно также исследование С. Thornthwaite (1931, 1948) по установлению связи между распространением почв и климатом, им были предложены две формулы для вычисления показателей «эффективности температуры» и «эффективности осадков». Таюке предложенная «рациональная классификация», Thornthwaite, исходит из представления о необходимом количестве влаги, потребном для поддержания почвы, покрытой растительностью, в состоянии полевого насыщения, без избытка на просачивание, являясь таким образом, первой попыткой выразить в форме определенной зависимости сезонные различия в условиях увлажненности.
В отечественном почвоведении вопросы характеристики климата по коэффициенту увлажнения разрабатывались Н.Н. Ивановьш (1941, 1948). В качестве коэффициента увлажнения Н.Н. Иванов принимал отношение количества выпадающих осадков к количеству возможного при данных климатических условиях испарения с открытой водной поверхности. Мировая карта зон увлажнении, составленная И.Н. Ивановым (1941), позволяет сказать, что предложенный им способ оценки условий увлажнения может быть использован для целей характеристики климата.
На характеристике климатических условии для целей изучения почвообразования останавливался также П.И. Колосков (1946). П.И. Колосков полагал, что увлажненность почв прямо пропорциональна количеству осадков и обратно пропорциональна температуре.
Широкую известность получил радиационный индекс сухости - R/Lr, где R - годовой радиационный баланс земной поверхности, ккал/см2; a Lr - тепло, необходимое для испарения годового количества атмосферных осадков (Будыко, 1948). Этот коэффициент связывает тепловые (энергетические) условия и степень влагообеспеченности территории. М.И. Будыко показал, что изолинии индекса сухости совпадают с границами природных зон, и сформулировал (совместно с А. А. Григорьевым, 1954) периодический закон географической зональности, по которому в различных тепловых поясах одним и тем же величинам радиационного индекса сухости соответствуют природные зоны, сходные по ряду существенных признаков.
Более сложные вычисления для нахождения гидротермических параметров распространения определенных типов почв были произведены В.Р.Волобуевым в 1953 году в работе «Почвы и климат». При сопоставлении почвенной карты мира с картами осадков и температур воздуха В.Р. Волобуевым были обнаружены закономерности формирования каждого почвенного типа в определенных климатических условиях. Это обстоятельство натолкнуло его на мысль выяснить климатические условия распространения тех или других почв, представленных на мировой почвенной карте.
Климатические элементы для основной части исследования приняты в виде средней годовой температуры и среднегодового количества осадков.
Методика исследования заключалась в следующем. Путем наложения на мировую почвенную карту карт изогнет и изотерм, совмещенных на восковке, определялись климатические условия в пределах контуров тех или других почвенных типов. Места «снятия» климатических характеристик по почвенному контуру распределялись таким образом, что они отображали встречаемое разнообразие климата. Найденные климатические характеристики точечными отметками наносились на систему прямоугольных координат, у которой по ординате отложена средняя годовая температура в градусах Цельсия, а по абсциссе — годовое количество осадков в мм. Таким путем В.Р. Волобуевым были получены климатические характеристики всех почвенных типов, представленных на мировой почвенной карте.
При нанесении найденных климатических характеристик на координатный график выяснилось, что климатические отметки по каждому почвенному типу располагаются во вполне определенных пределах климатических условий. Последнее обстоятельство позволило В.Р.Волобуеву выделить на этом координатном графике некоторые поля с преобладанием климатических отметок, характеризующие климатические условия районов распределения тех или других почвенных типов. Эти поля были названы В.Р. Волобуевым почвенно-климатическими ареалами.
Анализ совокупности почвенно-климатическнх ареалов помог В.Р.Волобуеву выявить на графике определенные криволинейные ряды, по которым распределились все ареалы последовательно от засушливых до сильно увлажненных. Эти ряды были названы гидрорядами. Гидроряды объединяют почвы со сходным в главных чертах водным режимом и однохарактерной миграцией веществ в почвенном профиле. Система гидрорядов находится в тесной связи с коэффициентом увлажнения Высоцкого - Иванова. Вместе с тем, оказалось возможным расчленить ряды увлажнения на термические варианты — терморяды. Терморяды объединяют почвы с одинаковым энергетическим уровнем почвообразования. Всего было выделено 7 гидрорядов и 7 терморядов. Система гидро- и терморядов, расчленявших координатный график на совокупность гидротермических полей, была названа системой почвенных гидротермотипов. Анализ гидротермической системы и ряд других соображений привели В.Р. Волобуева к выводу о существовании почвенных общностей — крупных генетических совокупностей почв, однотипно связанных с условиями среды и развивающихся в однотипной биогеохимической обстановке. В.Р.Волобуев выделил 14 почвенных общностей: тундровую, лесотундровую, дерново-подзолистую, желтоземную, коричневоземную, черноземную, каштановоземную, сероземную, светлоземную, пустынно-тропическую, светло-красЕЮземную, сухо- саванную, красно-буроземную, красноземную.
А. Бронгер (1991) выявил закономерности влияния гидротермических параметров на распространение аржиллик горизонта. Для этого были построены климатические диаграммы, включающие в себя такие параметры, как: температура, осадки, испарение и испаряемость. Они представляют собой трехмерные диаграммы, по вертикальным осям которых отложены температура и осадки, а по горизонтальной - месяцы. Сами кривые, построенные в данной координатной сетке, - это кривые испарения (рассчитанные с поверхности суши), испаряемости (с водной поверхности), осадков и температуры воздуха. Аржиллик горизонт обнаруживается в почвах, для которых на климадиаграммах площадь между кривыми испарения и испаряемости достаточно мала. Чем меньше полученные площади, тем большая вероятность присутствия данного горизонта. Такие выводы могут производиться на основе того, что кривые испарения и испаряемости отображают такие важные климатические параметры, как особенности увлажнения, тип водного режима, при этом учитывается почвообразующая порода, так как при расчете данных параметров учитываются особенности грунта, с которого идет процесс испарения. Температурная кривая воздуха отражает особенности теплового режима. Рассмотренный метод включает все основные и необходимые климатические параметры, которые могут диагностировать протекание элювиально-иллювиальной дифференциации в профиле. В действительности, если сопоставлять полученные результаты с истинным распространением процесса, то можно совершенно точно утверждать об их совпадении.
Сравнительно-экологический подход. Методы учета влияния факторов почвообразования на почвенный покров
Температурные показатели атмосферного климата. Суммы активных температур воздуха изменяются для подзолистого горизонта в диапазоне от 240 до 2370С (рис. 9). Распространенность горизонта максимальна при значениях параметра, соответствующих центру диапазона, и понижается при приближении к его краям. Основная часть горизонта (96% от общей его площади) развивается в диапазоне значений от 700 до 1940С, этот диапазон и является характерным для формирования горизонта.
Продолжительность периода активных температур воздуха для подзолистого горизонта изменяется от 31 до 145 дней (рис. 9). Характер распространения горизонта в поле параметра схож с распространением горизонта в поле сумм активных температур. Характерным для формирования горизонта является диапазон значений параметра 63-127 дней, в котором развивается 93% от общей площади горизонта.
Продолжительность безморозного периода изменяется для подзолистого горизонта в интервале от 62 до 148 дней (рис. 9). Характер распространения горизонта в поле параметра равномерный, и лишь при максимальных значениях параметра - от 130 до 148 - наблюдается небольшое уменьшение площади горизонта: на этот интервал продолжительности безморозного периода приходится менее 2% от общей площади горизонта. Характерный диапазон значений параметра для горизонта составляет 62-132 дня, в нем формируется 95% от общей площади горизонта.
Значения средней температуры июля изменяются для подзолистого горизонта в диапазоне от 8,8 до 18,9С (рис. 9). Площадь горизонта в интервалах значений от 8,8 до 13,8С и 17,9 до 18,9С составляет около 3% и менее 1%, соответственно. Характерный диапазон значений параметра составляет 13,9 — 17,8С, в котором развивается около 97% от общей площади горизонта. Средняя температура января для подзолистого горизонта изменяется от -38,5 до -6С (рис. 9). Горизонт распространен в поле параметра равномерно, незначительное уменьшение площади распространения горизонта наблюдается лишь в диапазоне средних январских температур от -10 до -6С, на который приходится менее 3% от общей площади подзолистого горизонта. Характерным для его формирования является диапазон значений параметра-38,5-(-8)С, в котором формируется 96% от общей площади горизонта.
Температурные показатели почвенного климата.
Суммы активных температур почв на глубине 20 см для подзолистого горизонта изменяются в интервале от 0 до 2380С (рис. 9). Распространение горизонта в поле параметра в целом равномерное, однако имеет два максимума при значениях параметра 1000 и 1400С, при которых доля площади горизонта увеличивается до 22 и 30%, соответственно. Уменьшение площади горизонта наблюдается в диапазоне значений от 0 до 600С, на который приходится всего около 2% площади горизонта. Характерный диапазон значений параметра составляет 0-2000С, в нем формируется 96% от общей площади горизонта.
Продолжительность периода активных температур почв изменяется для подзолистого горизонта в от 1,5 до 5,5 месяцев (рис. 9). Плотность распространения горизонта имеет два характерных максимума при значениях параметра 2,5 и 3,5 месяца. Они отвечают формированию 33 и 37% от общей площади горизонта, соответственно, а на диапазон значений от 2,5 до 3,5 месяцев приходится площадь формирования горизонта, достигающая 82%. Характерный диапазон значений параметра составляет 1,5-4,5 месяца и соответствует формированию 88% от общей площади горизонта
Суммы отрицательных температур почв изменяются в диапазоне значений от -2250 до -25С (рис. 9). Распространение горизонта в поле параметра равномерное. Характерным диапазоном является диапазон значений параметра от -1030 до -25С, в нем развивается 94% от общей площади горизонта.
Глубина проникновения активных температур в почву изменяется в интервале от 75 до 300 см (рис. 9). Распространение горизонта в поле параметра равномерное. Характерный диапазон составляет 90-230 см, в этом диапазоне формируется 84% от общей площади горизонта.
Подзолистый горизонт формируется в диапазоне значений среднегодовых температур почв от -7 до 9С (рис. 9). Характер распространения горизонта в поле параметра неравномерный: имеются два характерных максимума, первый из которых соответствует значению параметра в 3С и доле в 35% от общей площади горизонта, а второй наблюдается при значении параметра в 5С и отвечает образованию около 38% от общей площади горизонта. Характерным диапазоном для горизонта является диапазон значений параметра (-1) 7С, в котором формируется 95% от общей площади горизонта.
Влажностные показатели. Годовое количество осадков изменяется для подзолистого горизонта от 330 до 780 мм (рис. 9). Наибольшая площадь распространения горизонта наблюдается в диапазоне значений параметра от 475 до 730 мм - здесь развивается 95% от общей площади горизонта. Минимальным значениям параметра отвечают малые доли площади распространения горизонта, так, изменению значений параметра от 330 до 474 мм отвечает лишь около 5% площади горизонта. Характерным же в данном случае является диапазон значений параметра 360-720 мм, в котором формируется 93% от общей площади горизонта.
Количество осадков теплого периода для подзолистого горизонта варьирует от 175 до 550 мм (рис. 9). Основная часть горизонта (80% от общей его площади) развивается в диапазоне значений параметра от 325 до 450 мм. В этом же интервале наблюдается увеличение площади распространения горизонта при значениях количества осадков 325, 375 и 450 мм до 10, 26 и 11%, соответственно. Наименьшие значения площади распространения горизонта наблюдаются в начале и в конце диапазона. Характерным для формирования горизонта является диапазон значений 198-550 мм, в котором формируется 90% от общей площади горизонта.
Испарение для подзолистого горизонта изменяется в интервале от 75 до 425 мм (рис. 9). Характерным для распространения подзолистого горизонта является диапазон значений от 125 до 325 мм, в котором развивается 91% от общей площади горизонта. В диапазонах значений испарения от 75 до 124 мм и от 326 до 425 мм происходит резкое уменьшение площади распространения горизонта до 1 и 3%, соответственно.
Разность осадков и испаряемости изменяется для подзолистого горизонта в интервале от -50 до 375 мм (рис. 9). Распространение горизонта в поле параметра неравномерное, наблюдаются четкие максимумы при значениях параметра 150 мм и 250 мм, при которых формируется 34% и 27% от общей площади горизонта, соответственно. При значениях параметра, соответствующих краям диапазона - от -50 до 50 мм и от 250 до 375 мм — развивается по 6 и 2% от общей площади горизонта. Характерным для горизонта является диапазон значений параметра -50-350 мм, в котором формируется 94% от общей площади горизонта.
Валовое увлажнение изменяется для подзолистого горизонта в диапазоне от 75 до 550 мм (рис. 9). Основная часть горизонта (75% от общей площади) распространяется при значениях валового увлажнения от 250 до 350 мм. Остальная часть горизонта распределена в диапазоне значений параметра от 75 до 249 мм и от 351 до 550 мм, соответствующие доли общей площади горизонта составляют 8% и 17%. Характерный диапазон значений параметра составляет 100-480 мм, на него приходится 91% от общей площади горизонта.
Обобщение анализа взаимосвязи распространения горизонта и климатических параметров. Подзолистый горизонт имеет равномерный характер распространения в полях климатических параметров (рис.9). Диапазоны значений температурных параметров для горизонта в общих диапазонах этих значений смещены в сторону холодных условий (суммы активных температур воздуха - 700-1940С, в почве - 200-2000С, средние температуры января - (-38,5-(-8)С) (прил.2). Эти условия являются оптимальными для протекания процессов Al-Fe-гумусового элювиирования, при понижении значений сумм активных температур активизируется процесс ферсиаллитизащщ, что приводит к исчезновению горизонта (Таргульян, 1971; Тонконогов, 1977, 2009). Данные корреляционного анализа указывают на наличие взаимосвязи между распространением горизонта и основными температурными параметрами. С суммами активных температур воздуха и в почве, продолжительностью периода с активными температурами воздуха и в почве связь отрицательная, а с суммами отрицательных температур в почве и среднегодовой температурой почвы — положительная. Наличие корреляции также выявляется между распространением горизонта и всеми влажностными параметрами, за исключением количества осадков теплого периода (прил.З). Наиболее тесная связь с параметром разность
осадков и испаряемости. Диапазон значений годового количества осадков для горизонта (360-720 мм) в общем диапазоне значений параметра смещен в сторону его более высоких значений, что в сочетании с легким гранулометрическим составом горизонта обеспечивает в толще промьшной водный режим, и как следствие, протекание вертикальной фильтрации с выносом органо-минеральных комплексов за пределы горизонта. Таким образом, для формирования горизонта одинаково важны как условия увлажнения, так температурные условия.
Элювиальные горизонты
Диапазон значений средних температур июля для структурно-метаморфического горизонта изменяется от 15 до 22,8С (рис.19). Наибольшая плотность распространения горизонта наблюдается в интервале 17-18С, на который приходится 56% площади горизонта, формирующегося в буро-таежных и дерново-таежных почвах. В диапазоне значений параметра от 15-16,5С распространено 14% общей площади горизонта, который в данном случае развивается также в буро-таежных и дерново-таежных почвах. Формирование структурно-метаморфического горизонта в бурых лесных почвах смещено в сторону более высоких средних температур июля и начинается со значения 16,4С. Содержание горизонта значительно возрастает в интервале температур 18,3-22,8С, при которых развивается 30% его площади. Характерным для горизонта считается диапазон значений параметра 16,4-21С, в котором формируется 95% от общей площади горизонта.
Структурно-метаморфический горизонт распространяется в диапазоне значений средних температур января от -32,2 до -3,9С (рис.19). Характер распространения горизонта в поле параметра неравномерный. Так, в интервале значений от -28,6 до -27,8С распространено 58% площади горизонта, при этом внутри данного узкого диапазона наблюдается максимум при значении параметра -28,6С, при котором развивается 35% от общей площади горизонта. Во всем указанном диапазоне горизонт формируется в буро-таежных и бурых лесных почвах. Увеличение площади горизонта наблюдается в интервале значений параметра от -24,1 до -22,4С, в котором развивается 30% от общей площади горизонта. Характерным для формирования горизонта является диапазон значений (-28,6)-(-21,2)С, в котором формируется 95% от общей площади горизонта. Температурные показатели почвенного климата. Структурно-метаморфический горизонт развивается в диапазоне значений сумм активных температур почвы от 1300 до 3760 С (рис.19). Основная часть горизонта (97%) приходится на значения параметра от 1000 до 2200С. На протяжении всего диапазона, значений параметра горизонт формируется в буро-таежных и дерново-таежных почвах, а его распространение в бурых лесных почвах начинается со значений параметра порядка 1400С. Характерный диапазон для горизонта составляет 1300-2210С и отвечает формированию 95% от общей площади горизонта.
Отвечающий формированию структурно-метаморфического горизонта интервал отрицательных температур почвы ограничен значениями -1680 и -25С (рис.19). Распространение горизонта в диапазоне параметра равномерное, за исключением одного характерного максимума, наблюдаемого при -750С. Этому максимуму соответствует формирование 52% от общей площади горизонта, который при данном значении параметра распространен в буро-таежных, дерново-таежных и бурых лесных почвах. Характерным для горизонта является диапазон значений (-1600)-(-590)С, в котором формируется 95% от общей площади горизонта.
Диапазон продолжительности периода активных температур в почве на глубине 20 см, в котором происходит распространение структурно-метаморфического горизонта, составляет от 2,5 до 6,6 месяцев (рис.19). Характер распространения горизонта в поле параметра достаточно равномерный. При минимальном значении параметра (2,5 месяца) формируется 32% от общей площади горизонта, который в данном случае развивается в буро-таежных и дерново-таежных почвах. Следующий максимум наблюдается в диапазоне значений от 3,5 до 3,8 месяцев, в котором формируется 38% от общей площади горизонта, развивающегося в основном в буро-таежных и дерново-таежных почвах, и лишь небольшой процент (3%) от общей площади горизонта приходится на бурые лесные почвы. При значении параметра 4,5 месяца также наблюдается увеличение площади распространения горизонта, отвечающее развитию 20% от общей его площади, преимущественно в бурых лесных почвах. Анализ распространения структурно-метаморфического горизонта в поле рассматриваемого параметра показал, что формирование горизонта в буро-таежных и дерново-таежных почвах приурочено к значениям от 2,5 до 3,5 месяцев. Формирование же горизонта в бурых лесных почвах начинается со значений параметра 3,5 месяца и достигает своего максимума при 4,5 месяцах. Характерный диапазон значений параметра для горизонта составляет 2,5-5,5 месяцев и отвечает формированию 93% от общей площади горизонта.
Структурно-метаморфический горизонт развивается в диапазоне значений глубины проникновения сумм активных температур в почву от 100 до 350 см (рис.19). Характер распространения горизонта в поле параметра достаточно равномерный, за исключением одного максимума, приходящегося на значение параметра в 130 см. При этом значении параметра формируется 44% от площади горизонта, который в данных условиях развивается в буро-таежных и дерново-таежных почвах. Характерным для горизонта диапазоном значений климатического параметра является интервал 110-350 см, в котором формируется 96% от общей площади горизонта.
Среднегодовые температуры почвы изменяются для структурно-метаморфического горизонта в диапазоне от 1 до 13С (рис.19). Максимум распространения горизонта в поле данного параметра смещен в сторону значений среднегодовых температур от 1 до 5С. Данный диапазон является характерным для формирования горизонта, на него приходится 92% от его общей площади. В оставшейся части диапазона (от 6 до 13С) горизонт развивается в бурых лесных почвах. Таким образом, распространение горизонта в буро-таежных и дерново-таежных почвах отвечает меньшим значениям среднегодовых температур почвы, а в бурых лесных почвах — большим. Говоря о характерном диапазоне распространения структурно-метаморфического горизонта, необходимо отметить, что горизонт формируется в центральной части поля параметра для равнинной территории России.
Влажностные показатели. Годовое количество осадков для структурно-метаморфического горизонта изменяется в диапазоне от 220 до 730 мм (рис.19). При минимальных значениях параметра - от 220 до 350 мм — развивается всего 1% общей площади горизонта, который формируется в данном случае в буро-таежных и дерново-таежных почвах. В достаточно узком диапазоне значений параметра от 475 До 500 мм формируется 54% общей площади горизонта, развивающегося в этих условиях в буро-таежных и дерново-таежных почвах. В диапазоне значений от 570 до 690 мм также наблюдается увеличения площади распространения горизонта: на этот интервал приходится 30% от общей площади горизонта, который в этих условиях развивается как в буро-таежных и дерново-таежных, так и в бурых лесных почвах. Последний максимум в распространении горизонта соответствует значению параметра в 700 мм. При данном значении параметра горизонт формируется горизонт как в буро-таежных, так и в бурых лесных почвах. Характерным для горизонта является диапазон значений параметра 475-700 мм, в котором формируется 97% от общей площади горизонта.
Количество осадков теплого периода изменяется в интервале от 225 до 600 мм (рис.19). В диапазоне значений параметра от 275 до 300 мм происходит увеличение площади распространения горизонта до 30%. Значения годового количества осадков для ареала горизонта, формирующегося в этом диапазоне параметра, изменяется от 475 до 500 мм, а сам горизонт в данном диапазоне развивается в буро-таежных и дерново-таежных почвах. Таким образом, для этой части структурно-метаморфического горизонта основное поступление осадков происходит в летний период. Характер распространения горизонта в остальном поле параметра равномерный, и только при значении параметра 450 мм наблюдается небольшой экстремум, отвечающий распространению 10% от общей площади горизонта, который в данном случае формируется как в буро-таежных и дерново-таежных, так и в бурых лесных почвах. Отметим, что на долю осадков теплого периода приходится основная часть от годового количества осадков. Характерный диапазон значений параметра для горизонта составляет 225-550 мм, в нем формируется 97% от общей площади горизонта.
Испарение с поверхности суши для структурно-метаморфического горизонта изменяется в диапазоне от 26 до 425 мм (рис.19). Наименьшие значения параметра - от 26 до 149 мм -соответствуют распространению около 1% общей площади горизонта в дерново-таежных почвах. Порядка 54% от общей площади горизонта развивается в диапазоне значений испарения от 150 до 225 мм, который отвечает буро-таежным и дерново-таежным почвам южной части Среднесибирского плоскогорья, где количество осадков для этой части ареала горизонта изменяется от 475 до 500 мм в год. Небольшие значения испарения являются следствием невысоких сумм активных температур воздуха для данной территории. При повышении последних происходит постепенное возрастание значений испарения. Наибольшее значение параметра (425 мм) соответствует формированию горизонта в бурых лесных почвах на прибрежных территориях Дальнего Востока. При значении параметра 410 мм горизонт распространен в бурых лесных и буро-таежных почвах Калининградской области, где суммы активных температур почвы являются не самыми высокими для ареала распространения структурно-метаморфического горизонта, но показатели общего количества осадков одни из самых высоких для горизонта (730 мм). В целом, можно отметить, что горизонт имеет не очень высокие показатели испарения и только в редких случаях его доля составляет 50% от общего количества осадков, что указывает на высокое содержание влаги в почве после вычета одной из расходных статей водного баланса. Характерным для формирования горизонта является диапазон значений параметра 150-425 мм, в котором формируется 98% от общей площади горизонта.
Разность осадков и испаряемости изменяется для структурно-метаморфического горизонта от -180 до 450 мм (рис.19). При значениях параметра от -50 до 50 мм развивается основная часть горизонта — 60% от его общей площади, из которых 40% соответствует значению 50 мм. В этом диапазоне горизонт формируется в буро-таежных, дерново-таежных и бурых лесных почвах с очень широкой географией распространения. Значениям параметра от -180 до -50 мм соответствуют самые южные ареалы распространения горизонта, в которых развивается менее одного процента от общей площади горизонта. Этот факт позволяет говорить о нехарактерности высоких отрицательных значений разности осадков и испаряемости для распространения горизонта. Наибольшим положительным значениям параметра соответствует распространение горизонта в бурых лесных и буро-таежных почвах прибрежной части Дальнего Востока и полуострова Сахалин. Характерным для формирования горизонта является диапазон значений -180 — 400 мм, в котором формируется 98% от общей площади горизонта.
Распространение почв в полях климатических параметров
Значительно более широкими климатическими ареалами характеризуются ксерометаморфический и структурно-метаморфический горизонты. Климатический ареал структурно-метаморфического горизонта расположен в теплой области с большим количеством осадков, он имеет узкую экологическую нишу в плоскости сумм активных температур в почве и значительно более широкую в плоскости годового количества осадков. Средние значения параметров для климатического ареала горизонта значительно выше (суммы активных температур в почве - 1780С, годовое количество осадков — 580 мм), чем для ареала палеометаморфического горизонта. Ксерометаморфический горизонт развивается в наиболее жаркой аридной области, среднее значение сумм активных температур в почве для климатического ареала горизонта — 2400С, среднее значение годового количества осадков - 370 мм.
Анализ показал разную степень влияния климатических параметров на распространение горизонтов, что позволило выявить наиболее важные из них, а также установить параметры, влияние которых на распространение горизонтов либо отсутствовало, либо проявлялось редко. Наиболее значимыми для формирования горизонтов оказались разность осадков и испаряемости, испарение, валовое увлажнение. Эти параметры, отражающие перераспределение влаги под влиянием температурных параметров, имеют наиболее тесную корреляцию с распространением горизонтов, проявляющуюся с разной интенсивностью и в разных сочетаниях практически всегда, за исключением альфегумусового горизонта, для которого из этой группы параметров установлена связь только с разностью осадков и испаряемое (прил.1). Из параметров, непосредственно отвечающих за поступление влаги в почву, чаще осадки теплого периода оказываются более значимыми, по сравнению с годовым количеством осадков. Среди изученных температурных параметров для большинства горизонтов проявился приоритет средних температур июля, сумм и продолжительности активных температур воздуха (кроме элювиального горизонта, текстурного и подзолистого), а также сумм активных температур в почве (кроме серогумусового и структурно-метаморфического) и среднегодовой- температуры почвы (кроме альфегумусового и палевометаморфического горизонтов).
Следует выделить параметры, которые зачастую не оказывают влияния на распространение горизонтов. Это, в первую очередь, глубина проникновения температур выше 10С в почву (оказывается значимым только для темногумусового и солонцового горизонтов) и суммы температур ниже 0С в почве на глубине 20 см (оказывает влияние на подзолистый, элювиальный, альфегумусовый, текстурный и палеометаморфический горизонты). В половине случаев из набора параметров, оказывающихся связанными с распространением почв, выпадают также продолжительность периода с активными температурами в почве, годовое количество осадков и средняя температура января.
Почвообразующие породы в большей степени, нежели другие факторы почвообразования, способны смещать и нивелировать воздействие климата (Неуструев, 1931; Полынов, 1956).
Трансформация поступившего в почву тепла и влаги зависит от гранулометрического состава почв, который в значительной степени унаследован от соответствующих почвообразующих (материнских) горных пород (Таргульян, 1971; Соколов, 1992). В работе рассмотрено влияние фанулометрического состава рыхлых почвообразующих пород на распространение горизонтов в полях двух основных характеристик климата — годового количества осадков и сумм активных температур в почве. На графике (рис.21) в поле климатических параметров показано распространение горизонтов с учетом фанулометрического состава пород. Центры (средние арифметические значения) диапазона климатического параметра распространения горизонта на глинистых и тяжелосуглинистых породах, средних и легких суглинках, супесях и песках соединены красными линиями, демонстрирующими смещение горизонта в поле параметра в зависимости от породы.
Серогумусовый горизонт.
Западная часть ареала горизонта развивается на суглинистом каменисто-щебнистом элювии или элюво-делювии плотных пород. Центральная часть ареала горизонта формируется на лессах и лессовидных суглинках, а также на моренных и покровных суглинках. В восточной своей части горизонт распространен, преимущественно, на суглинистых и глинистых элювиально-делювиальных отложениях (Почвы СССР; 1979). Гранулометрический состав пород при этом очень разнообразный — от песчаных до глинистых. Большая часть (около 68% от общей площади) горизонта развивается на породах с легким и средним фанулометрическим составом (песчаные, супесчаные, средне- и легкосуглинистые), около 32% горизонта приходится на породы с более тяжелым фанулометрическим составом (глинистые и тяжелосуглинистые). Ареалы горизонтов, формирующиеся на песчаных и супесчаных, а также на легко- и среднесуглинистых породах, в поле годового количества осадков распространены в одинаковом диапазоне значений параметра. Ареал горизонта, формирующийся на тяжелосуглинистых и глинистых породах, развивается в более узком диапазоне значений параметра, при этом положение середины этого диапазона смещено на 55 мм в сторону больших значений относительно аналогичного значения для горизонтов с более легким фанулометрическим составом. Диапазоны распространения ареалов на породах с более легким фанулометрическим составом в поле сумм активных температур почв смещены в более холодную область относительно ареала горизонта, формирующегося на тяжелосуглинистых породах и глинах.
Светлогумусовый горизонт.
Горизонт развивается на породах различного происхождения, список которых включает как древнеаллювиальные облессованные карбонатные суглинки, так и карбонатные лёссовидные суглинки, лессы, засоленные суглинки и глины, продукты выветривания песчаников, известняков и малокарбонатных мергелей (Почвы СССР, 1979). Горизонт формируется на породах разного фанулометрического состава — от песчаного до глинистого. Основная часть горизонта формируется на породах с более легким фанулометрическим составом (84% от общей площади горизонта, 37% из которых приходится на супесчаные и песчаные и 47% на легко- и среднесуглинистые породы), остальная часть горизонта связана с породами глинистого и тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Ареалы горизонта, формирующиеся на породах с более легким гранулометрическим составом, смещены в более аридную область в поле годового количества осадков и в более холодную область в поле сумм активных температур почв. Ареал горизонта, развивающийся на тяжелосуглинистых и глинистых породах, характеризуется более узкими диапазонами распространения как в поле сумм активных температур почв, так и в поле годового количества осадков.
