ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2013, № 3, с. 322-327
УДК (551.34:631.437.8)+519.2
ФИЗИКА ПОЧВ
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВАРЬИРОВАНИЯ МАГНИТНОМ ВОСПРИИМЧИВОСТИ В ПРОФИЛЯХ ПАЛЕОКРИОМОРФНЫХ ПОЧВ*
© 2013 г. И. М. Вагапов, Л. А. Гугалинская, В. М. Алифанов
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 142290, Пущино,
Московская обл., ул. Институтская, 2 Пущинский государственный естественно-научный институт, 142290, Пущино, Московская обл., пр. Науки, 3
e-mail: vagapovim@mail.ru Поступила в редакцию 28.09.2011 г.
Исследовано распределение и варьирование величин магнитной восприимчивости (МВ) в профилях почв с признаками палеокриогенеза. Наибольшую связь с МВ имеет содержание С орг, а также рН водной вытяжки (на блочном повышении) и рН солевой (в межблочье). Показано, что горизонты погребенных почв отличаются высокой вариабельностью МВ; максимальное варьирование величин в них происходит на гораздо меньших расстояниях, чем в современных почвах. Это позволяет предполагать, что условия почвообразования древних почв значительно отличались от условий современного почвообразования. Различия, выявленные в пространственной изменчивости величин МВ, во многом связаны с наличием реликтов палеокриогенеза, которые оказывают достаточно сильное влияние на современные почвенные процессы.
Ключевые слова: палеокриогенез, палеокриогенный микрорельеф, погребенные почвы.
DOI: 10.7868/S0032180X13030118
ВВЕДЕНИЕ
Структура почвенного покрова центра Восточно-Европейской равнины, его комплексность и динамичность процессов во многом обусловлены древними, в частности, палеокриогенными процессами [2, 3]. Палеогеографические аспекты формирования почвенного покрова, связанные с проявлением на современной дневной поверхности погребенного реликтового полигонально-блочного микрорельефа, изучаются с 80-х гг. прошлого века [1]. Подтверждение существования древней полигонально-блочной структуры, проявляющейся в современном почвенном покрове, методами геостатистики было впервые осуществлено путем выявления на полувариограммах (се-мивариграммах) колебательной составляющей с периодом 30—50 м в распределении некоторых физических и физико-химических показателей в гумусовом горизонте [7]. В нашей работе для выявления роли палеокриогенеза в функционировании современных почв впервые исследовались закономерности пространственного варьирования величин магнитной восприимчивости (МВ) — показателя, определяемого без какого-либо разру-
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (№ 11-04-00354, 11-04-01083), Программы Президиума РАН (подпрограмма 2), Программы "Развитие научного потенциала высшей школы", код 2.1.1/13314.
шения образцов (химического или физического), что обеспечивает близкую к природной картину их распределения.
Магнитная восприимчивость разных типов почв и их генетических горизонтов является физической величиной, характеризующей способность почвенных железосодержащих компонентов намагничиваться. Величина МВ может служить хорошим критерием интенсивности протекания таких элементарных почвенных процессов, как гумусонакопление, оглеение, осоло-дение и др. [6].
В задачи нашего исследования входило: разработать методы изучения МВ в профилях почв, сформированных под воздействием криогенеза (погребенных криоморфных почв), и почв, сформированных, под влиянием палеокриогенеза (современных почв на разных элементах погребенного палеокриогенного микрорельефа, выраженного на современной дневной поверхности); исследовать закономерности пространственной изменчивости МВ и оценить роль палеокриоге-неза в их пространственном распределении.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Район исследований расположен на северо-востоке Тульской обл., в типичных для Средне-
Статистические характеристики распределения МВ (х10-3 ед. СИ) в пределах линий опробования (Тульская обл.)
Линии опробования*
Параметр разр. 1-2009 разр. -2010
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Объем выборки 72 72 72 72 70 70 60 60 60 55 60 60
Среднее 0.59 0.52 0.29 0.25 0.27 0.29 0.66 0.52 0.37 0.33 0.32 0.64
Дисперсия 0.002 0.003 0.004 0.001 0.001 0.001 0.003 0.002 0.004 0.005 0.002 0.071
Стандартное отклонение 0.045 0.058 0.059 0.032 0.026 0.027 0.05 0.04 0.07 0.07 0.05 0.27
Коэффициент вариации, % 7.7 11.0 20.3 12.8 9.7 9.0 7.7 7.5 17.9 21.3 15.3 41.9
Минимум 0.48 0.40 0.20 0.19 0.21 0.23 0.55 0.42 0.24 0.23 0.24 0.21
Нижний квартиль 0.56 0.48 0.25 0.23 0.25 0.28 0.63 0.50 0.33 0.27 0.27 0.43
Медиана 0.58 0.54 0.29 0.25 0.27 0.29 0.66 0.53 0.36 0.32 0.33 0.63
Верхний квартиль 0.62 0.57 0.32 0.27 0.29 0.31 0.70 0.55 0.42 0.37 0.35 0.77
Максимум 0.69 0.63 0.49 0.33 0.34 0.35 0.78 0.61 0.52 0.46 0.46 1.59
* Линии опробования: 1 — вдоль гор. А1 (глубина 10 см), 2 — вдоль гор. А1А2 (50 см), 3 — вдоль нижней границы гор. В2А2 (90 см), 4 — вдоль нижней границы гор. [Вса] (130 см), 5 — вдоль нижней границы гор. [В2са] (170 см), 6 — вдоль гор. [А^са] (190 см), 7 — вдоль гор. А1 старопах (10 см), 8 — вдоль нижней границы гор. А1А2 (50 см), 9 — вдоль нижней границы гор. В1А1А2 (70 см), 10 — вдоль гор. В2 (90 см), 11 — вдоль гор. В3 (120 см), 12 — вдоль нижней границы гор. [А1] (270 см).
русской возвышенности условиях. Пространственная вариабельность МВ изучалась в двух разрезах-обнажениях, вскрывающих почвенно-грунтовые толщи, состоящие из современного выщелоченного и оподзоленного черноземов, серии погребенных почв и различных палеокрио-генных образований (разр. 1-2009 длиной 14 м и глубиной от 3 до 8 м; разр. 1-2010 длиной 12 м и глубиной 3 м). Дневные поверхности, на которых располагаются разрезы, имеют очень незначительный уклон.
Детальный морфологический анализ профиля разр. 1-2009, вскрывающего оба элемента палео-криогенного микрорельефа — блочное повышение и межблочное понижение, показал наличие существенных различий в профилях почв, развитых на блоке и в межблочье. Различия выражаются в наличии или отсутствии отдельных генетических горизонтов, в их форме и степени выраженности. Одной из основных особенностей почвы разр. 1-2009 является присутствие вскрытой в районе межблочья крупной клиновидной грунтовой структуры, которая и обусловливает формирование палеокриогенного полигонально-блочного микрорельефа.
Особенность строения почвы разр. 1-2010 заключается в наличии большого количества хорошо сохранившихся реликтов палеокриогенеза — выклинивании генетических горизонтов в меж-блочье, криогенном растрескивании генетических горизонтов с образованием клиньев, заклинков и карманов. Наиболее крупные из трещиноватых форм отклонены от вертикали влево (вниз по древнему склону), содержат грубодис-
персный обломочный материал. В нижней части профиля разреза имеются горизонты криоморф-ных погребенных почв (ПП).
Магнитная восприимчивость измерялась кап-паметром KT-6 в узлах регулярной сетки с размерами ячеек 20 х 20 см. Статистический анализ распределения МВ в горизонтальном направлении проводился для шести линий опробования в разр. 1-2009 и для шести линий в разр. 1-2010, которым соответствовали определенные генетические горизонты. Обработка результатов измерений проводилась в программах Excel и STATISTICA 6.0, а построение семивариограмм и топоизоплет пространственного распределения МВ осуществлялось в программе Surfer 7.04.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В таблице показаны результаты статистического анализа распределения МВ вдоль выбранных горизонтальных линий опробования. Под таблицей указано, каким генетическим горизонтам они соответствуют и на какой глубине расположены. При сравнении средних значений МВ выявляется следующая закономерность: сначала значения МВ последовательно уменьшаются с глубиной, но в профилях ПП они снова возрастают, причем в разр. 1-2010 возрастание происходит до значений МВ, характерных гумусовым горизонтам современных почв. Высокая вариабельность МВ в горизонтах ПП, связанная как с аномально высокими, так и низкими значениями МВ, свидетельствует об усложнении почвенных
У(Н) 0.0030
0.0025
0.0020
0.0015
0.0010
0.0005
0
0.0016 0.0014 0.0012 0.0010 0.0008 0.0006 0.0004 0.0002
А
Б
В
0.0050 0.0045 0.0040 0.0035 0.0030 0.0025 0.0020 0.0015 0.0010 0.0005 0
0.0011 0.0010 0.0009 0.0008 0.0007 0.0006 0.0005 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001
Д
0.0055 0.0050 0.0045 0.0040 0.0035 0.0030 0.0025 0.0020 0.0015 0.0010 0.0005 0
0.0009 0.0008 0.0007 0.0006 0.0005 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001
Е
0 100200300400500600700 800
0 100200300400500600700 800
0 100200300400500600700 800
Расстояние межу точками опробования, см
Рис. 1. Семивариограммы магнитной восприимчивости, построенные для линий опробования в пределах постоянных глубин разр. 1-2009 (здесь и на рис. 2: пунктирная линия — величина дисперсии, жирная — модель; цифры у точек указывают количество пар, используемых в анализе). Линии опробования: А — вдоль гор. А1, Б — вдоль гор. А1А2, В — вдоль нижней границы гор. В2А2, Г — вдоль нижней границы гор. [Вса], Д — вдоль нижней границы гор. [В2са], Е — вдоль гор. [А11са].
Г
профилей ПП, на что указывают результаты квантильного анализа.
Считается, что многие закономерности пространственного варьирования почвенных свойств проявляются в неявной форме и не могут быть выявлены путем непосредственного наблюдения [8]. Поэтому для оценки возможного влияния на современный почвенный покров палео-криогенных структур нами использовался метод вариографии. Для горизонтальных линий опробования были построены экспериментальные семивариограммы — графики зависимости полудисперсии МВ у(Н) от величины смещения Н. Экспериментальное значение полудисперсии МВ рассчитывалось по формуле:
N (к)
у (к=N0 ^ [) - ^+к) ]
где Щ(Н) — количество пар точек, удаленных друг от друга на расстояние Н, 1(х) и + Н) — значения МВ в точках х{ и х1 + Н [9].
Для аппроксимации экспериментальных се-мивариограмм МВ в разр. 1-2009 были использованы Гауссова (рис. 1А и 1Г), сферическая (рис. 1Б), экспоненциальная (рис. 1Д и 1Е) и линейная (рис. 1В) модели. Вид семивариограмм имеет характерные особенности и изменяется с глубиной опробования. Семивариограммы, построенные для линий опробования вдоль гор. А1 и [Вса] разр. 1-2009 (рис.
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.