Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии
Неоднородность подзолистых почв в биогеоценозах южной тайги
Автореферат докторской диссертации по биологии
|
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТАОбщие характеристики свойств почвы и их линейной связи с биомассой трав представлены в табл.9. Анализ значений оценок средних изученных свойств почв свидетельствует о достаточно предсказуемом их поведении в пределах обрабатываемого слоя, которое во многом объясняется начальными стадиями сельскохозяйственного освоения обследованной территории. Этим объясняется в среднем невысокое содержание углерода и в ряде случаев низкая обеспеченность питательными элементами, а также заметное переуплотнение пахотного горизонта.
Кластерный анализ структуры почвенных переменных показал четкое разделение на две группы: агрохимические (за исключением углерода), которые формируют кластеры из однородных свойств, и физические свойства и углерод, которые формируют кластеры по разным глубинам. Поэтому была предпринята еще попытка оценить связь целевой переменной с почвенными факторами с помощью дискриминантного анализа. Были рассмотрены все комбинации из четырех переменных для дискриминации по двум классификациям, описанным выше. Дискриминантный анализ показал, что урожай биомассы в условиях формирующегося агроценоза связан преимущественно или исключительно с физическими свойствами почвы. Практически во все комбинации из четырех переменных входят величины плотности твердой фазы, плотности сложения и влажности почвы.
Таблица 9. Характеристики почвенных переменных и их корреляции
С, % |
pH |
K20, мг/100 г |
P2O5, мг/100 г |
d, г/см3 |
?, г/см3 |
W, % |
|||||||||||||||
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
х |
0,80 |
0,69 |
0,31 |
4,99 |
4,94 |
4,84 |
6,14 |
6,20 |
6,84 |
12,9 |
13,5 |
11,2 |
2,67 |
2,65 |
2,71 |
1,39 |
1,38 |
1,52 |
17,1 |
17,1 |
15,0 |
s |
0,36 |
0,31 |
0,23 |
0,59 |
0,74 |
0,73 |
1,35 |
1,70 |
2,37 |
11,1 |
8,08 |
9,16 |
0,07 |
0,06 |
0,05 |
0,12 |
0,12 |
0,09 |
1,48 |
1,41 |
1,28 |
p (%) |
100 |
4 |
28 |
100 |
16 |
37 |
100 |
69 |
65 |
100 |
28 |
73 |
100 |
1 |
3 |
100 |
20 |
38 |
100 |
17 |
40 |
4 |
100 |
2 |
16 |
100 |
2 |
69 |
100 |
45 |
28 |
100 |
38 |
1 |
100 |
7 |
20 |
100 |
1 |
17 |
100 |
3 |
|
28 |
2 |
100 |
37 |
2 |
100 |
65 |
45 |
100 |
73 |
38 |
100 |
3 |
7 |
100 |
38 |
1 |
100 |
40 |
3 |
100 |
|
p0 (%) |
26 |
0 |
29 |
15 |
1 |
41 |
1 |
7 |
0 |
34 |
28 |
35 |
19 |
1 |
0 |
17 |
3 |
44 |
28 |
5 |
59 |
х, s - оценки среднего и стандартного отклонения; h - индекс корреляции однородных свойств почвы между собой; h0 - индекс корреляции свойств почвы с урожаем (курсивом выделены значения с отрицательным коэффициентом).
Чтобы выявить количественные связи и качество этих связей был выполнен регрессионный анализ. Как и в предыдущем случае, были проанализированы все комбинации из четырех переменных и проанализированы 12 лучших комбинаций. Во все комбинации входят переменные 21, 20 и 15, т.е. все существенные переменные - физические. Как видно из рис.10, с увеличением числа компонентов регрессии естественным образом сжимается эллипс рассеяния.
Регрессионный анализ, выполненный с учетом ранее полученной информации об особенностях имеющихся ключевых зависимостей между целевой переменной и почвенными факторами, позволяет количественно охарактеризовать эти связи. Для трех свойств (W25, W15 и d25 - величины влажности и плотности твердой фазы на соответствующих глубинах; диапазон величин предикторов см. табл.10) уравнение регрессии выглядит следующим образом: биомасса = 0,934W25 + 0,245W15 + 0,271d25
Хотя физический смысл полученных коэффициентов объяснить сложно, сам факт наличия этой отчетливой связи подтверждает прежде сделанные выводы о решающем вкладе именно физических переменных в формировании урожая и его неоднородности. Уместно предположить, что при определенных значениях данных переменных мы можем иметь, условно говоря, нулевой урожай. В табл.10 представлены такие критические значения компонентов регрессии. С учетом реальных значений параметров изученных свойств, встречающихся в опыте, по формуле рассчитаны различные возможные сочетания переменных, при которых биомасса трав статистически неотличима от нулевого варианта, т.е. может иметь величину урожая с укосной площадки в считанные граммы.
Рис. 10. Линейная множественная корреляция (регрессия) биомассы трав и почвенных факторов (W25, d25 и W15). Звездочками обозначены положения соответствующих площадок при регрессии с использованием 3-х факторов. 1, 2, 3 - эллипсы рассеяния данныха для 1-го, 2-х и 3-х компонентов регрессии при r1 = 0,87; r2а = 0,91; r3 = 0,95.
Таблица 10. Параметры и некоторые критические значения компонентов регрессии
свойство |
х |
s |
min |
max |
Критические значения |
||||||
W25 (%) |
15,04 |
1,277 |
13,4 |
18,0 |
12,80* |
min |
12,88 |
min |
13,29 |
12,30** |
12,66 |
W15 (%) |
17,10 |
1,415 |
14,9 |
19,1 |
14,62* |
min |
min |
12,86 |
13,29 |
14,07** |
12,66 |
d25 (г/см3) |
2,711 |
0,052 |
2,60 |
2,80 |
2,621* |
2,526 |
min |
min |
min |
х |
х |
х, s - оценки среднего и стандартного отклонения; * - х-1,75s; ** -а х-2,14s.
Принципиальным моментом в этой ситуацииа является то, что даже при минимальных значениях плотности твердой фазы почвы находятся критические значения влажностей, при которых урожай трав приближается к ничтожным величинам, т.е. к неурожаю. Характерно, что во всех случаях эти значения всегда ниже отмеченных в опыте минимумов на соответствующих глубинах и нигде не превышают величины 15%. Такая влажность на тяжелосуглинистых подзолистых почвах является критической для развития растений, они могут просто засохнуть в подобной ситуации.
Последовательное и обоснованное с формальных позиций исключение из конечных расчетов ряда изученных показателей не должно вводить в заблуждение и абсолютизировать полученные результаты. Конкретика выполненного исследования лишь подчеркивает то обстоятельство, что в определенных условиях физическое состояние почв может являться решающим фактором в формировании урожая, а различная реализация этих условий приводит к пестрополью. Таким образом, на начальных стадиях сельскохозяйственного освоения подзолистых почв пестрополье зависит, прежде всего, от агрофизического состояния почвы, которое определяется уровнем ее окультуренности, частично наследуется от предыдущих этапов почвообразования в условиях лесного биогеоценоза и отражается в первую очередь в высокой неоднородности морфологического строения обрабатываемого слоя.
4-5. Некоторые особенности развития почв на стадииа залежи и лесовозобновления.
Во время активного окультуривания пахотных подзолистых почв наиболее существенные изменения происходят с верхней частью профиля, почвенная масса которой при длительной обработке гомогенизируется, морфологические признаки вовлекаемого на начальном этапе освоения в обрабатываемый слой материала различных горизонтов трансформируются, становятся менее заметными, а со временем и исчезают. Применение удобрений и извести в процессе освоения и окультуривания увеличивает содержание в пахотном слое элементов-биофилов и гумуса, уменьшает кислотность, причем отмечаемые изменения бывают иногда весьма значительными.
С другой стороны, процессы, приводящие к образованию профиля элювиально-иллювиального типа, в пахотных почвах не затухают, а лишь изменяют свою интенсивность (Пестряков, 1974; Караваева с соавт., 1985 и др.). Одним из проявлений этих процессов является дифференциация пахотного горизонта (Макаров, 1981, 1984). В относительно короткий промежуток времени (от одного вегетационного сезона до нескольких лет) процесс дифференциации, не прерываемый обработкой, приводит к уменьшению плодородия пахотного слоя и соответствующему изменению определяющих его свойств. При более длительном развитии данного процесса - от нескольких лет до нескольких десятков лет (в зависимости от свойств почвенной разности и степени изменения свойств почвы при сельскохозяйственном использовании) происходят уже качественные изменения материала в толще бывшего пахотного горизонта. Его строение и свойства приближаются к таковым в аналогичных естественных почвах, в частности, происходит частичная регенерация подзолистого горизонта. Одновременно отмечается выравнивание содержания питательных веществ, обменных оснований, гумуса, кислотности в бывшем пахотном слое с этими показателями в аналогичном слое целинных почв.
Развитие пахотных почв при выводе их из сельскохозяйственного использования во многом сходно с изменениями почвенного материала после зоо- и фитопедотурбаций (прежде всего ветровальных), как было показано постоянно происходящих под пологом зрелого леса. Процессы регенерации профиля почв в таких лесах представляют собой часть общих явлений, поддерживающих стабильность лесных биогеоценозов, и в то же время - форму их функционирования. В пахотных почвах после прекращения их обработки сходные процессы идут без участия таежной растительности, но происходящие при этом изменения свойств почв создают предпосылки для ее возобновления. В дальнейшем такие изменения, идущие уже одновременно с сукцессиями лесной растительности, приводят к квазиравновесному состоянию этих почв, что в свою очередь способствует восстановлению климаксной лесной растительности.
В истории освоения лесных территорий нередко встречаются ситуации, когда пашня выводится из сельскохозяйственного использования, проходит стадию залежи с последующим лесовозобновлением, характеризующимся своими особенностями почвообразования на данном этапе (Апарин, Васильев, 1981; Баранова, 1987; Владыченский с соавт., 2006 и др.). К настоящему времени накоплен большой фактический материал, свидетельствующий об особенностях морфологического строения почв подзолистого типа, связанных с возобновлением леса по бывшим пашням. Основное внимание при этом обращается на природу верхних гумусо-аккумулятивных горизонтов, как возможных рудиментов пахотного слоя, что ряд авторов связывает с продвижением ареала дерново-подзолистых почв на север (Карпачевский, 1979; Васильевская, Шварова, 1984; Лебедева, Тонконогов, 1984). Особый интерес такой анализ приобретает для подзолистых почв в районах с традиционно высоким (по крайней мере, в недалеком прошлом) процентом использования земель под пашню и при отсутствии необходимого документального подтверждения сельскохозяйственного использования территории в прошлом.
Исследования проводились на подзолистых почвах республики Коми. В лесном биогеоценозе (БГЦ) заложены две почвенные трансекты с шагом опробования 20м: I - от опушки вглубь леса, II - перпендикулярно первой, вдоль кромки леса. Место пересечения выбиралось предположительно в зоне перехода вторичного фитоценоза (возраст древостоя примерно 100 лет) в коренной. Линия I была продолжена на соседствующую с лесом пашню, время освоения которой не превышало 10 лет.
Морфологический анализ исследованных лесных почв позволил выделить два принципиально отличных типа строения профилей: А0(А0А1) - А1А2 - А2 - (А2В) - В1 и А0(А0А1) - А2 - (А2В) - В1. Основное различие приведенных типов профилей сводится к наличию или отсутствию гор.А1А2. Данный признак имеет достаточно строгую пространственную привязку. По линии I - это ее часть, которая приурочена в периферийному участку лесного БГЦ (вторичному ценозу). По линии II - такой закономерности не прослеживается, т.к. она совпадает с направлением границы наличия-отсутствия гор.А1А2 в почвах данного БГЦ. Во всех положительных случаях (за исключением переходной зоны) гор.А1А2 хорошо выражен, имеет примерно одинаковую мощность (10-15 см) и сходное строение. Слагающий его материал характеризуется определенной гетерогенностью. На общем серовато-буром фоне выделяются, с одной стороны, более темноокрашенные гумусированные участки, а с другой - пятна осветленного материала. Отмеченная дифференциация связана с делением почвенной массы на структурные отдельности, представленные в основном комками разного размера, и бесструктурные включения, что может указывать на исходное механическое перемешивание материала данного горизонта. Сходное с описанным имеет строение и гор.Апах, недавно вовлеченных в использование почв на контроле.
Сравнительный анализ некоторых физических и агрохимических показателей названных горизонтов (табл.11) также говорит об определенном их сходстве, хотя однозначно это утверждать нельзя. Так, с одной стороны, гор.А1А2 на глубине 5 см характеризуется меньшей величиной плотности и более высоким содержанием углерода, с другой - меньшими значениями рНkcl и заметно более низким содержанием Р2О5. В содержании К2О отличий практически нет. Значения дисперсий по всем изученным свойствам (за исключением К2О) для пахотного горизонта заметно выше по сравнению с гор.А1А2. Указанные особенности свидетельствуют о специфике ранней стадии освоения подзолистых почв, о направлении и скорости современных почвообразовательных процессов под лесом, в наибольшей степени трансформирующих как раз верхнюю часть профиля. Сравнение двух глубин подтверждает эту мысль. Если для гор.Апах сохраняются достаточно близкие значения изученных показателей по глубинам, то для гор.А1А2 отмечается вполне очевидная дифференциация, связанная с идущими процессами восстановления профиля, характерного данному биогеоценозу.
Таблица 11.а Статистические характеристики некоторых показателей подзолистой почвы для горизонтов Апах и А1А2
Свойство |
Глубина, см |
x |
s |
||||
Апах |
А1А2 |
t |
Апах |
А1А2 |
F |
||
W, % |
5 |
20,09 |
21,34 |
+ |
1,95 |
1,57 |
- |
15 |
19,06 |
16,40 |
+++ |
2,18 |
1,17 |
++ |
|
?, г/см3 |
5 |
1,28 |
1,21 |
+ |
0,13 |
0,11 |
- |
15 |
1,34 |
1,44 |
+++ |
0,10 |
0,07 |
- |
|
С, % |
5 |
1,17 |
1,29 |
+ |
0,21 |
0,15 |
- |
15 |
1,15 |
0,37 |
+++ |
0,19 |
0,14 |
- |
|
рНKCl |
5 |
4,68 |
4,09 |
+++ |
0,56 |
0,34 |
++ |
15 |
4,77 |
4,12 |
+++ |
0,56 |
0,32 |
++ |
|
Р2О5, мг/100г почвы |
5 |
17,24 |
6,69 |
+++ |
4,11 |
1,75 |
+++ |
15 |
13,64 |
5,02 |
+++ |
3,91 |
1,72 |
+++ |
|
К2О, мг/100г почвы |
5 |
9,84 |
9,18 |
- |
1,89 |
2,26 |
- |
15 |
10,27 |
7,38 |
+++ |
1,61 |
2,10 |
- |
|
объем выборки n = 20, x - среднее арифметическое,s - стандартное отклонение, t - критерий Стьюдента, F - критерий Фишера, знак л+, л++ и л+++ - достоверность различий соответственно с уровнем значимости ? = 0,05; 0,01 и 0,001.
Приведенные данные позволяют допустить, что гор.А1А2 изученных подзолистых почв под лесом является реликтом пахотного слоя. Его наличие в профиле почв района исследований может рассматриваться как свидетельство распашки территории в прошлом.
Таким образом, подзолистые почвы обладают устойчивостью к факторам сельскохозяйственного использования, после прекращения действия которых почвы способны возвратиться в свое исходное состояние. В то же время следы предшествующих этапов в развитии почв могут сохраняться в их профиле достаточно длительное время, и далеко не всегда представляется возможной их однозначная интерпретация.
|
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии