ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2010, № 12, с. 1411-1423
ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
УДК 631.4
СТРУКТУРА ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ПЛОСКИХ ВОДОРАЗДЕЛЬНЫХ
ПРОСТРАНСТВ КАМЕННОЙ СТЕПИ*
© 2010 г. Н. Б. Хитров, С. В. Лойко
Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7
e-mail: khitrov@agro.geonet.ru Поступила в редакцию 22.12.2009 г.
Почвенные комбинации плоских водораздельных пространств Каменной Степи представлены трехкомпонентной пятнистостью черноземов типичных, выщелоченных и перерытых. Под различными по использованию угодьями на фоне естественной пятнистости формируются антропогенно обусловленные ташеты из агрочерноземов и черноземов постагрогенных. Помимо случайной составляющей варьирования морфометрических характеристик почвы внутри многих ареалов наблюдается закономерное изменение мощности почвенных горизонтов, обусловленное пространственным распределением интенсивности влияния локальных факторов, дифференцирующих почвенный покров (роющая деятельность животных и перераспределение воды по микрорельефу). В условиях плоских водораздельных поверхностей Каменной Степи морфометрические показатели почв статистически слабо связаны с параметрами рельефа для почвенной комбинации в целом, но обнаруживают тесную связь вдоль тальвега ложбин в пределах ареала чернозема выщелоченного. Особенности структуры почвенного покрова необходимо учитывать при организации и проведении мониторинговых исследований путем детального картографирования почв.
ВВЕДЕНИЕ
Агролесоландшафт заказника Каменная Степь является уникальным исследовательским полигоном, на котором проводятся разносторонние работы, начиная с Особой экспедиции под руководством В.В. Докучаева. Здесь проверяли и отрабатывали разнообразные подходы и технологии ведения сельского хозяйства в условиях Центрального Черноземья на основе информации обо всех компонентах ландшафта. Сравнение современной ситуации с данными, полученными различными авторами в результате исследований в предыдущие периоды, позволяет оценить изменения, происходящие в почвах и почвенном покрове в течение последнего столетия. Но при решении этой задачи необходимы дополнительные детальные исследования почвенного покрова на различных иерархических уровнях [29].
Картографические модели почвенного покрова Каменной Степи [2, 9, 18, 19, 25] отражают поэтапное развитие представлений о пространственном распределении почв. Однако специального исследования структуры почвенного покрова (СПП) не проводилось, хотя текстовые описания [9, 17, 21, 26] создают яркое представление о ее сложности. Дополнительная информация по этому вопросу получена в последние десятилетия на основе большого числа точек опробования на ключевых участках [3, 16, 23, 24, 28, 29,
* Работа выполнена при поддержке РФФИ, проекты № 0604-08323, 08-04-01195, 09-04-90811.
32—34, 36]. Недавно составлена карта СПП Каменной Степи в пределах территории НИИСХ ЦЧП [30].
Особый интерес представляет строение почвенного покрова плоских водораздельных поверхностей, на которых проводилась и проводится большая часть исследовательских работ, а также возможно проведение ретроспективного мониторинга состояния почвенного покрова [29]. Необходимость детальных исследований возникает при критическом анализе истории и результатов работ, выполненных в Каменной Степи. В частности, имеются разные мнения о роли лесных полос в развитии черноземов [1, 6, 26, 27], которые трудно сравнивать, если не использовать сведения о СПП.
Все это побудило нас более подробно изучить СПП плоских водоразделов Каменной Степи, во-первых, для выполнения ретроспективных мониторинговых исследований; во-вторых, для выяснения особенностей СПП, что в дальнейшем может способствовать проведению более выдержанных в методологическом отношении исследований современных почвообразовательных процессов на уникальном полигоне — Каменная Степь.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования выполняли на территории Каменной Степи, которая расположена на границе Окско-Донской низменности и Калачской возвышенности [15] и занимает крайнюю южную
Рис. 1. Схема расположения ключевых участков в Каменной Степи.
часть Окско-Донской провинции серых лесных почв и черноземов [12].
Исследуемая территория расположена южнее районного центра Таловая Воронежской обл. и приурочена к водоразделу р. Чигла и балки Таловая. Основными формами мезорельефа являются плоские слабоволнистые водоразделы с уклонами <1°, переходящие в восточном направлении, в сторону балки Таловая, в сравнительно крутые склоны, а в западном направлении, в сторону р. Чигла, в пологий длинный склон, расчлененный многочисленными лощинами, переходящими в глубоко врезанные балки. Почвообразующи-ми породами являются желто-бурые лёссовидные глины и суглинки мощностью от 1 до 2.5 м, подстилаемые коричнево-бурыми глинами [5].
Климат сухой, континентальный. Средняя температура воздуха в январе и феврале равна —9.4 и —9.7°С, соответственно, в июле +20.5°С, безморозный период длится в среднем 149 дней, годо-
вое количество осадков изменяется от 261 до 692 мм (в среднем 414 мм) [8, 20].
В конце XIX в. водораздельные пространства находились в автоморфном режиме. Грунтовые воды залегали на глубине 6—8 м и более [9]. В XX в. были осуществлены мероприятия по оптимизации водного баланса территории. В результате в начале XXI в. уровень грунтовых вод колеблется в интервале от 1.5—4 м во влажные годы до 3—6 м — в сухие, и автоморфные черноземы постепенно эволюционируют в полугидроморфные лугово-черноземные почвы.
Для выяснения СПП плоских водоразделов Каменной Степи было заложено четыре площадных ключевых участка, а также 9 трансект. Ключевые участки расположены на разном удалении от линии водораздела, с одной стороны, и от пологих приводораздельных склонов с верховьями лощин с другой, под различными угодьями: залежами и лесополосами разного возраста, пашней. Три ключевых участка сгруппированы в верхней части очень полого склона (~0.6°) западной экспозиции, возле северного конца лесополосы № 226. Они заложены на близко расположенных разных угодьях (рис. 1). Четвертый охватывает часть лесополосы № 40, пашню и косимую степь.
Ключевым участкам придавали прямоугольную форму. Внутри прямоугольника закладывали опорные разрезы, регулярную сеть ручного бурения с шагом 10 или 15 м и дополнительные скважины в позициях с высокой неопределенностью данных. Все точки опробования привязаны традиционным геодезическим способом и с помощью GPS-приемника. Название почвам присваивали на основе Классификации почв СССР [14] и, независимо от первой, Классификации почв России [13]. Съемку рельефа производили с помощью нивелира по регулярной сетке с шагом 5 м. В лесополосе № 40 в связи с ограничениями видимости сетка точек измерения высоты была нерегулярной с варьирующим шагом от 5 до 15 м.
Составление почвенных карт ключевых участков выполняли с использованием цифровых методов [34]. В каждой точке опробования была проведена комплексная полевая диагностика почвы. После этого для цифровой интерполяции данных выбраны более простые локальные критерии, на основе которых возможно в пределах обследованных участков однозначно воспроизвести полевую диагностику почв в обследованных точках и получить наиболее вероятное положение границ соответствующего ареала. Граничные числовые значения выбранных локальных критериев получены на основе статистических распределений морфометрических показателей разных почв Каменной Степи. Далее на основе каждого критерия выполнена интерполяция экспериментальных данных методом кригинг с использованием
программы Surfer. Отдельные картографические слои, отражающие пространственное изменение соответствующего показателя, совмещали для получения почвенной карты в той же программе. Использованы следующие критерии проведения границ ареалов почв:
1) В качестве внешней границы ареалов черноземов перерытых, которые на разных участках в зависимости от антропогенного воздействия представлены черноземами и/или агрочернозема-ми зоотурбированными (Чзтр и АЧзтр), использовали значения верхнего дециля общего статистического распределения глубины вскипания этих почв в Каменной степи, независимо от их антропогенного преобразования. Внутренняя область ареала Чзтр и АЧзтр имеет значение ГВск < 40 см, где ГВск — глубина вскипания от HCl [31]. Это связано с тем, что в этих почвах поверхностные гумусовые горизонты до глубины 40 см становятся карбонатными в результате зоогенного перемешивания их с карбонатным материалом, перенесенным животными из нижних горизонтов в процессе рытья новых и заполнения старых нор.
2) Ареалы черноземов и агрочерноземов глинисто-иллювиальных (Чги, АЧги) (черноземов выщелоченных по [14]) выделены по наличию глинисто-иллювиального гор. BI, что соответствует ареалу, имеющему Д1 > 4 см, где Д1 = ГВск—НГав, где НГав — нижняя граница гор. AUb (гор. AB).
3) Ареалы черноземов типичных (черноземов и агрочерноземов миграционно-мицелярных (Чммц, АЧммц) по [13]) имеют сочетание значений ГВск > 40 см и Д1 < 4 см. Это означает, что верхняя граница вскипания от HCl расположена в пределах гор. AUb, либо в непосредственной близости (менее 4 см) от его нижней границы. По статистическим данным [31], в черноземах типичных Каменной Степи на плоских водоразделах минимальное значение глубины вскипания равно 40 см. Совпадение его с верхним децилем распределения ГВск в черноземах перерытых было использовано для локального разделения этих почв на основе интерполяции данных. Для отображения пространственных закономерностей распределения почв в комбинации ареалы Чммц и АЧммц дополнительно подразделены по глубине вскипания с использованием изолиний ГВск = = 60 и 70 см, которые соответствуют медиане и верхнему квартилю статистического распределения глубины вскипания черноземов типичных (по [14]) Каменной степи [31], объединяющих Чммц и АЧммц (по [13]).
4) В пределах исследованных участков все почвы имеют признак квазиглееватости (q) в нижней части профиля, поэтому по нему выделения границ не проводили.
5) На трех ключевых участках дополнительно выделены ареалы черноземов, в которых гумусо-
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.