Количественная оценка пространственного разнообразия почв (РФФИ)НИР

K

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 11 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Количественная оценка пространственного разнообразия почв
Результаты этапа: Поставленные на 2016 год цели достигнуты в полной мере. 1. Проведен анализ и систематизация существующих подходов к количественной оценке пространственного разнообразия почв, подготовлена статья по этой тематике. Показано, что теория структур почвенного покрова, геостатистика и концепция педоразнообразия обладают необходимой теоретической и методологической основой для количественной оценки пространственного разнообразия почв.Таксономическое и функциональное разнообразие почв взаимно дополняют друг друга, и их совместное использование при оценке пространственного разнообразия почв отражает дискретно-континуальный характер почвенного покрова и поэтому является предпочтительным.Функциональное разнообразие наиболее полно может быть охарактеризовано геостатистическими методами; таксономическое – показателями из теории структур почвенного покрова или концепции педоразнообразия (в зависимости от целей исследования). 2.Рассчитаны таксономические расстояния между парами отделов классификации почв России по методике, предложенной для расчета таксономических расстояний между реферативными почвенными группами международной классификации (WRB). На основании полученных данных сформулированы предложения по совершенствованию классификации почв России. Основная часть отделов характеризуется высокими показателями по отношению друг к другу, и корректность их выделения в классификации не вызывает сомнений. Небольшими таксономическими расстояниями обладают пары отделов органо-аккумулятивных и структурно-метаморфических почв, гидрометаморфических почв и литоземов, криометаморфических и элювиальных и других почв, что позволяет говорить о целесообразности уточнения критериев выделения отделов и/или формул профилей типов почв, образующих отделы. Подготовлена статья по данной тематике. 3.На основании анализа литературных и картографических данных, данных дистанционного зондирования, были выбраны три ключевых участка: "Ниязгулово" (лесостепной пояс Урала), "Драгунский" (лесостепной пояс Алтая), "Устьянский" (юго-восток Устьянского плато, средняя тайга); проведены рекогносцировочные исследования на всех ключевых участках. 4. Проведены химико-аналитические работы с отобранными почвенными образцами - исследован элементный состав почв участка "Устьянский"; построены цифровых модели рельефа ключевых участков. Кроме заявленных на 2016 год целей дополнительно были выполнены: 1. Детальные полевые исследования на ключевом участке "Драгунский" (заложено 76 почвенных разрезов и отобрано 156 образцов почв) 2. Детальные почвенно-геоботанические исследования (совместно с геоботаниками) на участке "Устьянский" (заложено 10 пробных почвенно-ботанических площадок,исследованы 26 почвенных разрезов и отобрано 129 образцов почв) 3. Апробация количественных методов оценки пространственного разнообразия почв на имеющемся авторском и опубликованном материале по строению почвенного покрова карстовых воронок. Подготовлена статья "Разнообразие компонентов почвенного покрова карстовых воронок" 4. Анализ влияния латеральной механической миграции вещества на пространственное разнообразие почв (на основании имеющихся авторских материалов). Подготовлена статья "Assessing soil redistribution in sinkholes using fly ash fallout: a case study in the Perm region, Russia" 5. Подготовка материалов для участия в научных мероприятиях "VII съезд Общества почвоведов им. В.В. Докучаева" и "Морфология почв: от макро- до субмикроуровня".
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Количественная оценка пространственного разнообразия почв
Результаты этапа: Все поставленные на 2017 год задачи достигнуты в полной мере. 1. Построение пространственных моделей почвенного покрова, создание факторно-экологических моделей почвенного покрова ключевых участков.Оценка разнообразия компонентов почвенного покрова ключевых участков. Для ключевого участка "Драгунский" были построены факторно-экологическая и пространственная модели почвообразования. Ведущими факторами дифференциации почвенного покрова участка одновременно являются рельеф и почвообразующие породы, формируются денудационно-аккумулятивные и литолого-экспозиционно-дифференцированные структуры почвенного покрова. Состав почвенного покрова Драгунского плато образуют карбопетроземы, карболитоземы темногумусовые, темногумусовые почвы (подтипы остаточно-карбонатные, метаморфизованные, глинисто-иллювиированные), темно-гумусово-глеевые, стратоземы темногумусовые (подтипы типичные, остаточно-карбонатные, квазиглееватые) черноземы глинисто-иллювиальные (подтипы типичные, остаточно-карбонатные, миграционно-мицелярные), черноземы глинисто-иллювиальные квазиглеевые, темносерые глеевые, перегнойно-гумусовые глеевые почвы. По особенностям строения рельефа участок (5 км2) можно разделить на две приблизительно равные части: северную и южную. В северной части расположены три параллельно вытянутые в субмеридианальном направлении гряды, разделенные крупными ложбинами. Относительная высота гряд составляет 110 м, углы наклона склонов на самых крутых участках достигают 30 градусов. В качестве почвообразующих пород выступают элювий, элюво-делювий мергелей, известняков и зеленых сланцев на склонах гряд, делювиальные отложения в крупных межгрядовых ложбинах. Мощность мелкоземистой толщи почвообразующих пород увеличивается от нескольких сантиметров на вершинах и крутых склонах гряд, до, более чем, 3 метров у подножия и в пределах крупных ложбин. тип почвенного покрова северной части участка может быть определен как денудационно-аккумулятивные и литолого- и экспозиционно - дифференцированные полосчатые и неупорядоченно-пятнистые сочетания, сочетания-мозаики карбопетроземов, карболитоземов, темногумусовых почв, черноземов глинисто-иллювиальных, черноземов глинисто-иллювиальных квазиглеевых, темносерых глеевых и стратоземов темногумусовых. Индекс разнообразия Шеннона равен 2.6, количество почв, образующих почвенный покров - 7. Южная часть исследуемого участка выположена, она представлена пологими холмом, ограниченным с севера и запада Драгунским ключом, с востока – Поперечным ключом. Углы наклона склонов холма до 10 градусов, его относительная высота – около 40 м. В качестве почвообразующих пород выступают суглинистый и глинистый элювий мергелей, известняков и аллювиальные легкосуглинистые и супесчаные отложения. Тип почвенного покрова южной части участка может быть определен как экспозиционные пятнистые, древовидные вариации и сочетания черноземов глинисто-иллювиальных квазиглеевых, черноземов глинисто-иллювиальных остаточно-карбонатных, черноземов глинисто-иллювиальных миграционно-мицелярных и перегнойно-гумусовых глеевых почв. Индекс разнообразия Шеннона равен 2.1, количество почв, образующих почвенный покров - 4. Для карстовой воронки ключевого участка "Астраханский" были построены факторно-экологическая и пространственная модели почвообразования. Основными факторами пространственного разнообразия компонентов почвенного покрова здесь являются неоднородность условий тепловлагообеспеченности и эрозионные процессы. Дополнительным фактором формирования структуры почвенного покрова служит зоогенный фактор, связанный с особенностями поступления солнечной радиации на поверхность почв и их степенью увлажнения; высокая активность почвенной фауны на северных склонах приводит к формированию турбированных почв и литоземов. В пределах карстовой воронки формируются эрозионные и экспозиционно неупорядоченно-сегментные сочетания и ташеты каштановых почв, бурых аридных, светлогумусовых, сероземовидных, стратоземов и литоземов. ИНдекс разнообразия Шеннона для воронки составляет 1.67. С наибольшим числом компонентов почвенного покрова соседствуют светлогумусовые метаморфизованные глинисто-иллювиированные миграционнно-карбонатные почвы (6) и светлогумусовые метаморфизованные глинисто-иллювиированные (5); с наименьшим – стратоземы (3) и бурые аридные почвы (2). В латеральном направлении связь между компонентами почвенного покрова однонаправленная. Проведено сравнение между разнообразием почв карстовой воронки сухостепного ландшафта и воронок северотаежных ландшафтов (расчет индексов разнообразия почв воронок северотаежных ландшафтов проведен автором на основании опубликованных карт почвенного покрова).Показано, что согласно значениям индексов Шеннона, латеральной пространственной дифференциации и количества почв, образующих почвенный покров воронок, карстовая воронка сухостепного ландшафта характеризуется более высоким внутривороночным разнообразием почв. 2. Проведение полевых исследование на ключевом участке. Полевые исследования были проведены на ключевом участке "Ниязгулово". В рамках работ было заложена 30 почвенных разрезов, приуроченных к точкам выполнения полных геоботанических описаний, заложенных в 2016 году. 3. Подготовка к печати статей о пространственном разнообразии почв исследованных участков. По теме проекта подготовлены и опубликованы две статьи: Смирнова М. А., Геннадиев А. Н. Количественная оценка почвенного разнообразия и эрозии почв в пределах карстовой воронки (подзона сухих степей) // Почвоведение. — 2017. — № 8. — С. 899–911. Смирнова М.А. Почвенный покров Драгунского плато (Тигирекский заповедник, Алтайский край) // Сб. статей всероссийской научной конференции с международным участием «Почвенные ресурсы Сибири: вызовы XXI века». -2017. - С. 4. Были подготовлены тезисы для участия в конференции European Geosciences Union General Assembly 2018, секции SSS9.8/BG2.44/GM5.6/HS11.53 Coevolution of soils, landforms and vegetation: patterns, feedbacks and ecosystem stability thresholds, под названием:"Local plant and soil diversity in secondary boreal forest: properties and interactions". Кроме того, дополнительно были проведены следующие работы: 1. Впервые рассчитаны таксономические расстояния между всеми почвенными порядками классификации почв Soil Txonomy.Данные о таксономических расстояниях между почвенными порядками отражают степень их контрастности по отношению друг к другу и необходимы для расчета индекса квадратной энтропии Рао при количественной оценке почвенного разнообразия. 2. Проанализировано наличие почвенно-растительных связейна примере ключевого участка в среднетаежной подзоне выявлены некоторые особенности сопряженного развития растительного и почвенного покрова. Растительный компонент экосистем характеризуется большим разнообразием, чем почвенный: различные по видовому составу растительные группировки могу формироваться на одних и тех же почвах. Фитоценотическое разнообразие, определенное на основе индексов Шеннона и Симпсона, не имеет тесной сопряженности с изменением морфологических свойств почв, но связано с рН. Наибольшее разнообразие растительности формируется в условиях слабокислых-нейтральных значений. При рН < 4 количество видов не превышает 20. В этих условиях ель является доминирующей древесной породой. ЕЕ преобладание определяет развитие сопутствующего комплекса обореальных видов в травяно-кустарничковом ярусе сообществ, отличающимся консервативным составом и небольшим разнообразием. Увеличение видового разнообразия связано с развитием хвощево (Equisemsyl vaticum) – щитовниково (Dryopterisexpansa)-высокотравных (Aconitumseptentrionale, Filipendulaulmaria) группировок, развивающимся под пологом мелколиственно-темнохвойного древесного яруса, либо в лесных «окнах». Состав и структура напочвеного покрова фитоценозов, представленного травяно-кустарничковыми мохово-лишайниковым ярусами, не оказывает значимого влияния на морфологическое строение почвенного профиля, но заметно связано с содержанием некоторых элементов в породах. С увеличение содержания Mn2O3 в верхних горизонтах (коэф. Корреляции Пирсена 0.081 с уровнем значимости 0.01), и уменьшением содержания MnO в нижних горизонтах почв (коэф. Корр. 0.52 с уровнем значимости 0.05) возрастает проективное покрытие бореальных видов в травяно-кустарничковом ярусе. Значимая теснота связи обнаружена между показателем максимально высоты травостоя и щелочно-кислотными условиями верхних и нижних почвенных горизонтов ( значения коэффициентов с уровнем значимости 0.01, 0.073 и 0.605 соответственно). Участие неморальных видов не обнаруживает значимых статистически значимых связей с параметрами почв и пород. В наибольшей степени в морфологических свойствах почвенного профиля, разнообразия почвенных горизонтов и их мощности отражено участие и соотношение мелколиственных (береза, осина), темнохвойных (ель) и светлохвойных (сосна), а также видов, слагающих поделесок. Область наиболее тесных взаимосвязей приходится на верхние горизонты почв – подстилку, гумусовый и элювиальный горизонты.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Количественная оценка пространственного разнообразия почв
Результаты этапа: 1.Ключевой участок "Ниязгулово" расположен в лесостепном поясе Урала и представлен сопкой с пологоволинистым южным и слабоволнистыми - выровненными склонами северной, западной и восточной экспозиций, слабоволнистым межсопочным пространством. Абсолютная высота сопки составляет 613 м, относительная – 102 м. Угол наклона склонов варьирует от 5 до 25 градусов. Поверхность склонов осложнена крупными линейно-вытянутыми ложбинами. Среднегодовое количество осадков (2005-2016 гг.) составляет около 480 мм/год, средняя температура июня +18,6о С, января – 15,9о С. В качестве почвообразующих пород выступает элювий гранодиоритов, андезитов, делювиальные отложения в долинах. Особенностью участка является ярко выраженная экспозиционная лесостепь. Ведущим фактором дифференциации почвенного покрова участка «Ниязгулово» одновременно являются почвообразующие породы и рельеф. Особенности литологического строения исследуемой сопки предопределяют заложение протяженных линейно-вытянутых ложбин,приуроченных к выходам основных пород. Тип почвенного покрова участка может быть определен как экспозиционно-дифференцированный денудационно-аккумулятивный;на южном склоне - древовидные и неупорядоченно-пятнистые сочетания и сочетания-мозаики литоземов светлогумусовых, литоземов темногумусовых, светлогумусовых почв, темногумусовых почв, черноземов, петроземов, стратоземов темногумусовых; на северном склоне - пятнисто-древовидные сочетания и вариации литоземов темногумусовых, темногумусовых почв, черноземов глинисто-иллювиальных, стратоземов темногумусовых, петроземов. 2. Компоненты почвенного покрова ключевого участка «Ниязгулово» представлены следующими восемью почвенными типами (в порядке убывания занимаемых площадей): темногумусовыми почвами, литоземами темногумусовыми, черноземами глинисто-иллювиальными, черноземами, стратоземами темногумусовыми, литоземами светлогумусовыми, светлогумусовыми почвами, петроземами. На северном склоне сопки встречаются пять почвенных типов, на южном – семь типов почв. Индексы разнообразия Шеннона для северного и южного склонов, соответственно, равны 1.3 и 1.7. С наибольшим количеством компонентов почвенного покрова, как в пределах южного, так и в пределах северного склона сопки, соседствуют стратоземы темногумусовые. Их ареалы вытянуты вдоль склонов сопки. Наименьшее количество почвенных соседей характерно для петроземов. Они образуют небольшие ареалы и соседствуют с литоземами. 3.В 2018 году к печати были подготовлены две статьи: В результате подготовлена статья "Количественная оценка разнообразия почв Арктики и Субарктики России (по Картографическим данным)" и «Парцеллярная структура среднетаежных плакорных биогеоценозов юго-востока Устьянского плато (Архангельская область): разнообразие компонентов и почвенно-растительные связи». Обе статьи приняты к печати и будут опубликованы в 2019 году в журналах «Почвоведение» и «Вестник МГУ. Серия 5: География». 4. Был подготовлен финальный отчет, в котором отражены основные результаты, полученные в рамках реализации проекта. Он включали анализ существующих подходов к оценке пространственного разнообразия компонентов почвенного покрова; было предложено, что при оценке почвенного разнообразия набор используемых критериев должен зависеть от задач исследования и включать в себя как оценку классификационного, так и функционального разнообразия почв. На основании полевых исследований, проведенных в пределах среднетаежных, горных лесостепных, сухостепных ландшафтов и литературных данных по особенностям строения почвенного покрова Арктики и Субарктики России проведена оценка почвенного разнообразия и сравнительная характеристика между различными регионами. Впервые были рассчитаны таксономические расстояния между отделами Классификации и диагностики почв России, что позволило верифицировать существующую классификационную систему и высказать ряд предложений по ее улучшению. Результаты проведенного в рамках проекта исследования опубликованы в 10 статьях, 2 статьи приняты к печати и будут опубликованы в 2019 году в журналах "Почвоведение" и "Вестник МГУ. Серия 5: География".

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".