научная статья по теме МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРОФИЛИ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА СУГЛИНИСТЫХ ПОЧВ ЛЕСНОЙ И СТЕПНОЙ ЗОН ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРОФИЛИ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА СУГЛИНИСТЫХ ПОЧВ ЛЕСНОЙ И СТЕПНОЙ ЗОН ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ»

ФИЗИКА ПОЧВ

УДК 631.4

МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРОФИЛИ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА СУГЛИНИСТЫХ ПОЧВ ЛЕСНОЙ И СТЕПНОЙ ЗОН ЕВРОПЕЙСКОЙ

ТЕРРИТОРИИ РОССИИ*

© 2011 г. Е. Б. Скворцова, В. А. Рожков

Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН119017, Москва, Пыжевский пер., 7

e-mail: eskvora@mail.ru Поступила в редакцию 15.12.2010 г.

С помощью компьютерного анализа изображений прозрачных вертикальных шлифов исследовали профильные изменения формы и ориентации тонких почвенных макропор (d = 0.2—2.0 мм) в дерново-подзолистой почве и черноземе миграционно-мицелярном. Обобщение полученных морфо-метрических данных проводили с использованием теории мерономии — дисциплины, изучающей структуру классифицируемых объектов. Показано, что обобщенные количественные данные в первом приближении можно рассматривать как архетипы морфометрических поровых профилей исследованных почв. В дерново-подзолистой почве архетип порового профиля включает четыре составные части (мерона), соответствующие гумусово-аккумулятивному, элювиальному, текстурному и переходному к породе горизонтам. Резкие границы между верхними горизонтами обусловливают резкие профильные изменения исследованных мерономических показателей формы и ориентации почвенных пор. В поровом профиле чернозема миграционно-мицелярного выделяются две составные части: специфические поры зернистого гор. AU и комплексное поровое пространство гор. ВСА и ВСса, которые, несмотря на генетические различия, слабо дифференцированы по строению тонких макропор. Обобщенные образы профилей порового пространства имеют однотипное строение в нижних, переходных к породе горизонтах (уровень сходства >75%) и существенно различаются между собой в верхних почвенных горизонтах (уровень сходства 24—41.5%). Проведенные исследования открывают перспективы морфометрического представления порового пространства отдельных генетических горизонтов в качестве меронов, составляющих архетипы порового профиля различных почв. Наряду с диагностической функцией, архетипы составят эталоны строения профилей порового пространства почвы на типовом уровне.

ВВЕДЕНИЕ

Естественные почвы отличаются от почвооб-разующих пород и различаются между собой характером профильных распределений педогенных признаков: содержанием органического вещества, наличием новообразований, структурным состоянием почвенной массы и др. Также почвы существенно различаются профильной организацией порового пространства. По аналогии с известными органо-, карбонатными, структурными профилями почв можно выделить диагностические профили порового пространства, которые представляют собой систему пор в вертикальной очередности почвенных горизонтов.

В почвах все многообразие пор делится на две большие генетические группы: пустоты, связанные с упаковкой структурных элементов почвы, и пустоты, не связанные с упаковкой этих элементов. Пустоты первой группы являются обязательной принадлежностью всех дисперсных систем. В почве они представлены многопорядковыми по-

* Исследования проведены при финансовой поддержке РФФИ, проект № 10-04-00353-а.

рами упаковки, в том числе межагрегатными и межчастичными порами. Специфической особенностью этих пор является зависимость их формы и ориентации от формы и ориентации структурных отдельностей. Пустоты второй группы встречаются как в оструктуренной, так и в не оструктуренной почвенной массе. Их расположение может быть межагрегатным, внутриагрегат-ным, трансагрегатным. К данной группе относятся полости, связанные с деятельностью почвенной биоты (биогенные каналы и камеры), и полости, образовавшиеся при физическом или химическом нарушении сплошности почвы (пузырьковые поры, поры выщелачивания и разнообразные трещины) [8, 19].

Наличие пор, не связанных с упаковкой структурных отдельностей, существенно расширяет представление о роли порового пространства в структурной организации почвы. Если поры упаковки можно рассматривать как функцию почвенной структуры [2], то поры биологического и физико-химического генезиса несут самостоятельную нагрузку, непосредственно обусловливая морфологические и структурно-функциональ-

ные свойства почвы. Так, пузырьковые поры формируют специфическую структуру коркового горизонта в целинных солонцах и орошаемых черноземах [1, 20]. Полигенетичность почвенных пор позволяет говорить о том, что профиль поро-вого пространства является одним из базовых показателей структурной организации почвы на профильном уровне.

Для характеристики порового пространства почв часто используют величины общей и дифференциальной объемной пористости. Однако даже самое дробное деление порового пространства только по объемам пор не решает задачи полного представления о характере пористости почвы, поскольку соотношение объемов не отражает строения порового пространства. Последнее характеризуется не только размерами, но также формой, ориентацией и взаимным расположением пор в почвенной массе. Комплекс этих показателей обладает наибольшей порово-генетической и структурно-функциональной информативностью. Нередко генезис пор прямо отражен в их наименовании: биогенные камеры, поры упаковки скелетных зерен и др. [18]. Таким образом, общая характеристика профиля порового пространства почвы должна включать его морфологические и/или морфометрические признаки и свойства.

Количественные морфометрические данные создают основу для новых пространственных представлений о пористости почвы. Обобщенные морфометрические характеристики профилей порового пространства почв можно рассматривать как некоторые приближения к архетипу по-рово-агрегатного строения почвы (архетип порового профиля — АПП).

Понятие архетипа возникло из области меро-номии — дисциплины, изучающей структуру классифицируемых объектов [6, 7]. Мерон представляет собой часть целого, его отдельный компонент, охарактеризованный комплексом диагностических показателей. В терминах мероно-мии различные варианты строения порового пространства, специфичные для отдельных почвенных структур или генетических горизонтов и представленные определенными наборами мор-фометрических показателей, в своей совокупности составляют единый образ профиля порового пространства почвы.

Применение концепции архетипов к порово-му пространству почвы оправдано сложной пространственной организацией ("архитектурой") почвенных пор. Независимо от качеств исследуемого объекта (2D или 3D изображения) анализ порового профиля осложняется сильным пространственным варьированием его основных показателей. Обобщенный диагностический профиль порового пространства почв может интерпретиро-

ваться по-разному. В терминах таксономии таковым может служить срединный (усредненный), модальный или медианный профиль. При этом возможен расчет многомерных статистических критериев достоверности различий профилей и/или индикаторов их сходства—различия [11]. В терминах мерономии АПП может быть задан как идеализированный абстрактный образ, исходя из опыта или общих соображений исследователя. В таком случае способ сравнения меронов и/или архетипов между собой зависит от способа задания типа АПП и объемов таксонов. Для единичного типа можно сравнивать профили по наличию—отсутствию меронов, то есть тех или иных частей АПП или комбинаций признаков его порового пространства. Существенность этих сравнений оценивается, исходя из условий задачи и значимости конкретных показателей пор. В любом случае профильное изучение морфометриче-ских показателей пор является источником меро-номических данных для формирования обобщенных образов профилей порового пространства (АПП) генетических типов почв. Данная статья посвящена изучению морфометрических профилей порового пространства степных и лесных суглинистых почв европейской территории России (ЕТР), а также описанию обобщенных образов по-ровых профилей на примере дерново-подзолистой почвы и чернозема миграционно-мицелярного (по Классификации почв..., 1977 г. — чернозема типичного).

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Дерново-подзолистые почвы и чернозем ми-грационно-мицелярный относятся к числу основных типов суглинистых почв центральной части ЕТР. Генезису, диагностике и эволюции этих почв посвящено множество публикаций. В том числе широко представлены микроморфологические исследования. Строение подзолистых почв и черноземов в прозрачных шлифах описывается в крупных руководствах и учебниках [5, 8], обсуждается в ряде монографий [4, 12], диссертаций и статей [3, 9, 10, 13, 15-17].

Среди множества специфических признаков дерново-подзолистые почвы и чернозем мигра-ционно-мицелярный содержат основной набор агрегатных структур, типичных для целинных суглинистых почв лесной и степной зон европейской территории России. Поровое пространство этих почв также включает основные морфомет-рические типы, характерные для лесных и степных почв [14]. Таким образом, указанные почвы являются представительными объектами для формирования общего облика профилей порово-го пространства и АПП зональных суглинистых почв.

Таблица 1. Характеристика почвенных пор различной формы

№ класса Фактор формы (/) Форма пор Характеристика пор

1 <0.2 Трещиновидная Поры упаковки угловатых агрегатов и их агломератов

2 0.21-0.4 Вытянутая изрезанная

3 0.41-0.6 Изометричная изрезанная Поры упаковки округло-комковатых агрегатов и поры-ваги* в неагрегированной почвенной массе

4 0.61-0.8 Изометричная слабоизрезанная Биогенные поры

5 0.81-1.0 Округлая

* Поры-ваги (ущ^) имеют изометричную форму с большим количеством полусферических или острых выступов, встречаются в неагрегированной почве и имеют проблематичный генезис [18, 19]. Можно предположить, что одним из путей их образования является трансформация из бывших пор упаковки комковатых агрегатов в результате различных процессов уплотнения почвы.

Строение порового пространства исследованных почв оценивали по профильным изменениям формы и ориентации тонких почвенных макро-пор d = 0.2—2.0 мм. Поры данного размера хорошо отражают специфические особенности лесного и степного почвообразования благодаря тесной связи с педогенным оструктуриванием, деятельностью почвенных беспозвоночных, развитием корневых систем растений. Строение п

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком