Кондрашин, Александр Геннадьевич. Роль палеокриогенного микрорельефа в изменчивости биологических свойств почв

Короткий опис

Кондрашин, Александр Геннадьевич. Роль палеокриогенного микрорельефа в изменчивости биологических свойств почв : диссертация ... кандидата биологических наук : 03.02.13 / Кондрашин Александр Геннадьевич; [Место защиты: Воронеж. гос. ун-т].- Пущино, 2012.- 148 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-3/1392

Пущинский государственный естественно-научный институт Учебный центр почвоведения, экологии и природопользования Магистерская образовательная программа Экологии почв
КОНДРАШИН АЛЕКСАНДР ГЕННАДЬЕВИЧ
РОЛЬ ПАЛЕОКРИОГЕННОГО МИКРОРЕЛЬЕФА В ИЗМЕНЧИВОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ
Специальность: 03.02.13 - почвоведение
Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Научный руководитель: д.б.н. В.М. Алифанов
Пущино - 2012 
Содержание диссертации
Стр.
Введение 3
Глава 1. Биологические свойства почв 6
1.1. Органическое вещество почвы 8
1.2. Микробиота - живое органическое вещество почв 12
1.3. Биологическая активность почв 15
1.4. Факторы, влияющие на биологические свойства почвы 16
1.5. Особая роль микрорельефа в изменчивости свойств почв 23
Глава 2. Объекты и методы исследования 25
2.1. Схема экспериментов 26
2.2. Серые лесные почвы. Ключевой участок «Пущино» 27
2.3. Чернозёмы выщелоченные и оподзоленные. Ключевой участок
«Венев» 29
2.4. Черноземы обыкновенные, типичные и солонцеватые. Ключевой участок «Каменная степь» 31
2.5. Методы исследования 34
Глава 3. Роль палеокриогенного микрорельефа в изменчивости физико- химических и биологических свойств серых лесных почв. Ключевой участок «Пущино» 41
3.1. Физико-химические свойства серых лесных почв 41
3.2. Биологические свойства серых лесных почв 46
Глава 4. Роль палеокриогенного микрорельефа в изменчивости физико- химических и биологических свойств чернозёмов северной подзоны лесостепи. Ключевой участок «Венев» 52
4.1. Физико-химические свойства северных подтипов черноземов 52
4.2. Биологические свойства северных подтипов черноземов 59
Глава 5. Изменчивость физико-химических и биологических свойств черноземов на разных элементах палеокриогенного микрорельефа в условиях разного землепользования. Ключевой участок «Каменная степь».63
5.1. Тип землепользования - пашня. Участок «Пашня» 63
5.2. Тип землепользования - косимая степь. Участок «Косимая степь-1»... 75
5.3. Тип землепользования - лесополоса. Участок «Лесополоса» 87
Глава 6. Использование биологических свойств почв для изучения истории
позднеплейстоценового почвообразования 99
Глава 7. Роль палеокриогенного микрорельефа в изменчивости биологических свойств почв 103
7.1. Сравнительный анализ влияния палеокриогенного микрорельефа на изменчивость биологических свойств разных типов и подтипов почв 104
7.2. Различия параметров биологических свойств чернозёмов, обусловленные
палеокриогенным микрорельефом, в условиях разного землепользования 111
Выводы 118
Использованная литература 119
Приложения 132
Введение
Актуальность работы.
Как известно, почвы и почвенный покров имеют длительную и сложную историю развития [Роде, 1955, 1984; Герасимов, 1969; Таргульян, 1971; Ковда, 1973; Соколов, 1984; и др.]. Понимание современных процессов функционирования почв невозможно без анализа истории их формирования и эволюции. Вместе с тем понимание причин пространственной изменчивости биологических и физико-химических свойств почв невозможно без всестороннего изучения роли современных факторов дифференциации почвенного покрова.
Из-за возросшего антропогенного прессинга содержание органического вещества в почвах снижается. Наибольшим изменениям при этом подвергается активный пул органического вещества почвы, к которому относятся микробная биомасса и негумифицированное органическое вещество, отличающиеся повышенной способностью к трансформации.
Изменение биологических свойств почв России под влиянием различных факторов описано в ряде статей и монографий [Орлов, Бирюкова, 1984; Звягинцев, 1987а; Ларионова, Розанова, 1993; Полянская и др., 1995; Щеглов, 1999; Ананьева, 2003; Стахурлова, Свиридов, 2006; Вальков и др., 2008; Семенов и др., 2008, Anderson, Domsch, 1978; Kay, Angers et al., 1999].
Однако многочисленные исследования по динамике биологических свойств почв естественных природных комплексов и освоенных территорий направлены на изучение поверхностных горизонтов, в то время как данных о пространственной и профильной динамике биологических свойств почв недостаточно. Кроме того, практически не исследовалась роль палеоэкологических факторов, палеогеографических особенностей в изменчивости биологических свойств почв.
К настоящему времени известно, что почвообразующие породы, на которых сформировались современные серые лесные почвы и черноземы центра Восточно-Европейской равнины, а именно покровные лессовидные суглинки, пережили период криогенеза в конце позднего плейстоцена (18-20 тыс. лет назад) [Величко, Фаустова, 1989, Алифанов, 1995; Алифанов и др., 2010]. В переходный к голоцену период мерзлота деградировала, оставив после себя в покровных лессовидных суглинках погребенные полигонально-трещинные образования, клиновидные сгрукгуры и другие криогенные явления. Палеогеографы достаточно давно отмечали пятнистость дневной поверхности, связанную с системами реликтового мерзлотного микрорельефа [Величко, 1964,1965; Бердников, 1976].
На территории исследования палеокриогенный микрорельеф является мощным фактором дифференциации почвенного покрова с начала его формирования и до настоящего времени.
Неоднородность свойств почв, определяемая микрорельефом, в первую очередь, влияет на характер горизонтального переноса влаги вместе с растворенными в ней элементами питания и взвешенными частицами. По данным В.М. Алифанова с соавторами (1993, 2006; 2010) на разных элементах палеокриогенного микрорельефа формируются почвы, существенно отличающиеся по своим морфологическим и физико-химическим характеристикам, проявляющимся на уровне подтипа почв.
Таким образом, положение почвенного профиля в микрорельефе, гидротермические условия поверхностного слоя почвы (обусловленные, в том числе, микрорельефом), наличие или отсутствие растительности и обработки, являются факторами регуляции почвенных процессов в экосистемах.
Биология почв располагает показателями, которые характеризуют более динамичные свойства, являющиеся индикаторами современного развития почвы. Поэтому использование биологических методов необходимо для общей характеристики почвы и её состояния [Звягинцев, 2005].
Поскольку биологические свойства почв, характеризующие параметры органического вещества и биологическую активность почв, являются индикаторами актуальных процессов в жизни почв, особую значимость приобретают исследования изменчивости биологических свойств почв под влиянием широко распространенного палеокриогенного микрорельефа и современных факторов.
Цель и задачи исследований.
Основной целью исследований является изучение влияния палеокриогенного микрорельефа на изменчивость биологических свойств серых лесных почв и черноземов.
В соответствии с поставленной целью предусматривалось решение следующих задач:
1. Выявление особенностей биологических свойств разных типов и подтипов почв, сформированных на разных элементах палеокриогенного микрорельефа (на блоке и в межблочье);
2. Выявление изменчивости параметров биологических свойств черноземов заказника «Каменная степь» на разных элементах палеокриогенного микрорельефа в условиях разного землепользования (пашня, косимая степь, лесополоса);
3. Выявление особенностей биологических свойств современных и погребённых почв и их связь с морфологическими и физико-химическими почвенными параметрами.
Научная новизна. Впервые проведены исследования пространственной изменчивости биологических свойств почв разных таксономических уровней, обусловленной разным положением почв в системе палеокриогенного микрорельефа. Выявлены основные отличия биологических характеристик почв, сформированных на разных элементах палеокриогенного микрорельефа: почвы, сформированные в межблочных понижениях, как правило, имеют более высокие значения показателей биологических свойств, но меньший по мощности гумусовый горизонт. При этом разница в параметрах биологических свойств почв блочных повышений и межблочных понижений зависит от зонального типа почвообразования, степени выраженности полигонального микрорельефа и типа землепользования. Полученные данные позволили расширить представление о генезисе изученных почв.
Практическая значимость.
Результаты исследований роли палеокриогенного микрорельефа в изменчивости биологических свойств почв могут быть использованы при моделировании пространственной динамики органического углерода дневных и погребённых почв, наземных экосистем в целом. Также результаты могут применяться при палеогеографических реконструкциях условий голоценового и более древнего почвообразования.
Выявленный факт мелко контурной изменчивости биологических свойств почв разных таксономических уровней необходимо учитывать при изучении крупномасштабной пространственной изменчивости почвенного покрова.
Предложенный комплекс показателей биологических свойств почв может быть использован при диагностике и мониторинге почв, при изучении структуры почвенного покрова, а также при восстановлении почвенных и растительных ресурсов.
Положения, выносимые на защиту:
1. Показатели биологических свойств почв значительно варьируют в зависимости от положения почвенного профиля в палеокриогенном микрорельефе (блок, межблочье);
2. Роль палеокриогенного микрорельефа в изменчивости биологических свойств почвенного покрова сопоставима с влиянием зональной смены условий почвообразования;
3. Максимальные различия показателей биологических свойств почв на блоках и в межблочьях на каждом ключевом участке соразмерны с зональными различиями биологических свойств почв;
4. Отличия биологических свойств почв, сформированных на разных элементах палеокриогенного микрорельефа, ослабляются при увеличении антропогенной нагрузки.

Список літератури

Выводы
1. Пространственная изменчивость биологических свойств серых лесных почв и чернозёмов центра Восточно-Европейской равнины, обусловленная палеокриогенным микрорельефом, сопоставима по значению с влиянием смены подзональных условий почвообразования.
2. Факторы, обуславливающие изменчивость биологических свойств почв, по увеличению значимости располагаются в следующем ряду: палеокриогенный микрорельеф —► тип почвы (природная зона) —» тип землепользования. При этом в зоне широколиственных лесов в зависимости от положения в микрорельефе биологические свойства почв изменяются на 11-28%, в лесостепной зоне на -7-99%, в степной зоне на 2-73%, 13-24% и 7-60% соответственно на пашне, косимой степи и в лесной полосе.
3. Почвы, сформированные в палеокриогенных межблочных понижениях, отличаются, как правило, большими значениями показателей биологических свойств, но меньшей мощностью гумусовых горизонтов по сравнению с почвами, сформированными на палеокриогенных блочных повышениях.
4. Содержание углерода микробной биомассы (Смб) в почвах на блочных повышениях и в межблочных понижениях значительно различается. Чёткая приуроченность к элементам микрорельефа отсутствует: большие значения отмечаются в чернозёмах обыкновенных на блочных повышениях; в других случаях - в почвах межблочных повышений (серые лесные почвы и чернозёмы выщелоченные).
5. В условиях разного землепользования различия параметров биологических свойств чернозёмов, обусловленные палеокриогенным микрорельефом, заметно снижаются при увеличении антропогенной нагрузки. Наиболее сильное снижение под действием распашки наблюдается по фракциям легко- и среднеминерализуемого углерода.
6. Показатели биологических свойств почв, современных и погребённых, коррелируют с отдельными физико-химическими характеристиками (положительно с содержанием Р205, К+ и отрицательно с содержанием С02 карбонатов, и Ыа+), отражая тем самым сложность строения почвенной толщи и почвообразующих пород.
7. Показатели биологических свойств почв могут быть использованы как объективные характеристики для выделения скрытых горизонтов погребённых почв, выявления частных почвообразовательных процессов и, следовательно, для восстановления условий почвообразования и предварительных палеогеографических реконструкций.