Введение к работе
Актуальность темы. Большинству почв присуща разновременная изменчивость с периодической активизацией основных процессов их функционирования и развития. Играя важную роль в жизни почв и наземных экосистем, она всегда была в центре внимания ученых и практиков землепользования. В настоящее время лучше отработаны методические вопросы изучения кратковременной динамики почв: их суточных, сезонных и годичных циклов. С другой стороны, традиционно большое внимание уделяется исследованию многовековой эволюции почв, с явно выраженными трендами развития.
В последние годы, с выходом в свет целого ряда обобщающих, методологических работ [ «Процессы почвообразования...», 1985; Геннадиев, 1990; Козловский, 1991; Крупеников, 1992; «Элементарные почвообразовательные процессы», 1992; «Quantitative modeling...», 1994; Карпачевский, 1997; Du-chaufour, 1998; «Структурно-функциональная...»,1999; «Handbook ...», 2000] были заложены новые методические основы для активизации исследований в области средневременных (п*10' - 102 лет) интервалов развития и изменения почв. В подобных исследованиях за рубежом активно используется понятие почвенных сукцессии. В российском почвоведении оно еще слабо укоренилось и нуждается в уточнении соответствующего понятийного аппарата.
Особое значение при анализе средневременных изменений почв имеют закономерности пространственно-временного варьирования ЭПП и качества почвы - напрямую связанные с эффективностью среднесрочных прогнозов состояния наземных экосистем и рисков землепользования. Повышенная актуальность этих исследований в бореальных,суббореальных регионах России обусловлена преобладанием здесь сравнительно молодого почвенного покрова, высоким разнообразием условий природных и антропогенно измененных экосистем, ускорением и усложнением процессов деградации почв в условиях нарастающих глобальных и локальных изменений наземных экосистем.
Объективные затруднения в количественном описании ЭПП и функционально дифференцированной оценке качества используемых почв, значительное варьирование результатов - серьезно усложняют их применение в теоретических концепциях почвоведения и на практике землепользования.
Целью работы является исследование основных закономерностей развития ряда представительных почвенных сукцессии таежных и антропогенно измененных лесостепных экосистем - с оценкой скорости доминирующих в них ЭПП и функционального качества измененных почв.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
Формализация разновременных составляющих общей модели почвообразования и уточнение понятийного аппарата почвенных сукцессии.
Систематизация почвенных сукцессии и выделение их «чистых линий» для количественного анализа ЭПП на объектах исследования.
Морфогенетические исследования ветровальных и склоновых почвенных сукцессии в Центре ЕТР и Средней Сибири. Уточнение их вклада в общее развитие и функционирование таежных по
дзолистых тгочв",'., „;
Г У iPOC. НАЦИОНАЛЬНА
J БИБЛИОТЕКА |
I СПетербург
\ 09 іщ$щ
Сравнительно-географический анализ агрогенных, агрогенно-эрози-онных и мелиоративных сукцессии черноземов в лесостепи ЦЧР и Молдавии.
Оценка скорости антропогенно активизированных ЭПП в техногенных почвенных сукцессиях Кишинева, Курска и медного рудника Копе Бэйсн
Разработка методологических основ комплексного анализа и прогноза функционального качества антропогенно измененных почв - с количественной оценкой лимитирующих факторов и параметров их состояния на разных стадиях сукцессии.
Объекты исследований. Основным объектом исследований являются почвенные сукцессии, наблюдаемые при их изучении скорости процессов почвообразования (ЭПП) и трансформации функционального качества антропогенно измененных почв. Наиболее полно и целенаправленно исследованы ветровальные сукцессии таежных подзолистых почв и агрогенные сукцессии лесостепных черноземов (табл. /). В меньшей мере - агрогенно-эрозионные, агрогенно-ирригационные и техногенные сукцессии черноземов и серых лесных почв. Единичные объекты приходятся на склоновые турбогенные сукцессии таежных почв и первичные сукцессии в техногенно-намытых грунтах.
Таблица 1. Основные объекты полевых исследований
Научная новизна работы состоит:
В совершенствовании теоретических и методических основ исследования средневременных интервалов многовековой эволюции почв (формализация понятий и систематизация почвенных сукцессии, критерии их анализа).
В выявлении и описании на языке ЭПП общих закономерностей развития ряда представительных почвенных сукцессии таежных и антропогенно измененных лесостепных экосистем.
Предложено формализованное определение термина «почвенные сукцессии». Показано их принципиальное разнообразие и положение в общей схеме развития-динамики почв. Предложена и апробирована рабочая систематика импактно инициированных и аллогенно сингенетических сукцессии.
Проанализированы закономерности формирования и развития ветровальных сукцессии таежных подзолистых почв. Дана количественная оценка доминирующих в них процессов. Предложена модель импактно активизируемого развития таежных подзолистых почв в голоцене.
Выявлены закономерности развития аллогенно сингенетических почвенных сукцессии - на примере агрогенных сукцессии серых лесных почв и лесостепных черноземов. Показаны закономерности зонально-провинциальной и литолого-геоморфологической дифференциации основных вариантов агрогенных сукцессии черноземов в условиях ЦЧР и Молдавии.
Проведен количественный анализ скорости развития целого ряда ЭПП в импактно инициированных и аллогенно сингенетических техногенных почвенных сукцессиях. Показана максимальная активизация процессов трансформации почвенной массы (и свежего субстрата) в контактных зонах с контрастными почвенно-гидротермическими и/или геохимическими режимами.
Основные защищаемые положения.
1. Базовое определение термина: почвенные сукцессии -развитие почв
на элементарном участке почвенного покрова (ЭПА, ПСЭ, ЭСПП) с последо
вательной сменой почвенных таксонов в течение десятилетних-столетних
периодов педогенеза. Операционное определение: ПС - локальные средневре-
менные (п*10'~2 лет) ряды почв с последовательной сменой таксонов.
2. В области кратковременной динамики (п*10 лет) почвенные сук
цессии граничат с легкообратимыми флуктуациями, вбирая их последствия.
В масштабе многовековой эволюции (п*102_4лет) ПС являются отдельными
звеньями эволюционной траектории педогенеза на конкретном участке. Ком
бинации сукцессии во времени определяют особенности развития конкрет
ной почвы, в пространстве - особенности формирования почвенного покрова.
3. Свойственные разновозрастным таежным лесам ветровальные сук
цессии являются одним из ключевых элементов формирования и развития
подзолистых почв. В ходе этих сукцессии наблюдается резкая активизация
(на порядок!) трансформационных и миграционных ЭПП, по-стадийное раз
рушение вовлеченного в элювиальную часть профиля материала иллюви
альных горизонтов и отчетливое углубление элювиальных горизонтов.
4. Скорость ЭПП, доминирующих в антропогенных сукцессиях лесостепных почв (эрозии, дегумификации, подкисления, выщелачивания и др.), резко выросла за последние 3-4 десятилетия (до 2-4 раз) - в результате качественного изменения землепользования. Наиболее существенные изменения большинства ЭПП (дегумификации и гумификации, выщелачивания, карбона-тизации, засоления и др.) отмечаются в техногенных почвенных сукцессиях: рекреационных, хемогенно-деградационных, абрагенно-стратогенных и т.п.
Практическая значимость и реализация результатов.
Полученные результаты значительно дополняют известные данные по скорости развития основных ЭПП таежных подзолистых почв, антропогенно измененных серых лесных почв и черноземов. Они уточняют дифференцированные значения устойчивого содержания гумуса для основных подтипов черноземов ЦЧР разного гранулометрического состава и землепользования.
Предложенная система комплексной оценки функционального качества почв позволяет оперативно выявлять и моделировать лимитирующие факторы, параметры экологически безопасного и рентабельного землепользования - с учетом зонально-провинциальных особенностей почв, текущего состояния земель и дифференцированных по функциям требований к их качеству.
Применение выполненных на их основе разработок позволяет:
Повысить разрешающую способность морфогенетического и агро-экологического мониторинга антропогенно измененных почв — с улучшением качества среднесрочного прогнозирования их развития и функционирования.
Повысить качество комплексной оценки агроэкологического состояния почв и земель, с количественным анализом приоритетных проблем землепользования и моделированием эффективных способов их разрешения.
Результаты проведенных исследований использованы и используются при разработке и развитии: (а) автоматизированной системы агроэкологиче-ской оценки земель (РАСКАЗ), (б-в) областной и локальной ИСС для оптимизации землепользования и земледелия в хозяйстве (КАСКАД и ЛИССОЗ).
Материалы и результаты исследований использованы при разработке ряда нормативно-методических документов и пособий ( включая «Экологическое обоснование Генплана развития г. Кишинева», 1990; «Ландшафтное земледелие», 1993; «Методика разработки систем земледелия на ландшафтной основе», 1996; «Модели управления продуктивностью агроландшаф-та», 1998; «Методическое пособие и нормативные материалы для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия», 2001; «ИСС по оптимизации землепользования в условиях ЦЧЗ», 2002). Они использовались в работе областных и городских комитетов экологии и земельных ресурсов, при выполнении НТП и чтении учебно-лекционных курсов в ВУЗах и КПК.
Организация исследований и вклад автора. В основу диссертации положены данные полевых и лабораторных исследований, выполненных автором или при его активном участии в экспедициях Факультета почвоведения МГУ, Почвенного института им. В.В. Докучаева, Отдела географии АН
МССР, ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, Университета штата Те-ннеси США (в 1981-2000 гг.), в ходе плановых, поисковых и договорных работ лабораторий агрофизики, агропочвоведения, геоинформационных систем и агроэкологического мониторинга (ГИСиАЭМ) ВНИИЗиЗПЭ {1989-2002 гг.).
Автору принадлежит постановка проблемы, разработка ряда теоретических положений, программы исследований и принципиальных алгоритмов оценки, анализ полученных результатов, литературных и фондовых материалов, формулирование задач, основных положений и выводов работы.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международных и всероссийских (всесоюзных) конференциях(в т.ч. -.Тарту, 1987; Кабулети,1988;Пущто,1989; Кишинев, 1990; Алма-Ата,Курск,1991; Таловая, 1992; Акапулько,Фурано,1994; Курск, 1995; С.-Петербург, 1996; Нанкин, 1997; Москва,Монтпелъе,1998;Солт-Лэйк-Сити,1999;Суздаль,Оснабрюк,2000;Бер-лин,Йошкар-Ола,Минск,Москва, 2001; Курск, Москва, 2002). Обсуждались на теоретических семинарах (Бет-Даган, 1993; Нанкин, 1997; Брауншвэйг, 1998, 2001 ;Ноксвилл,2000;Оак-Ридж,2000; Курск.2001) и совещаниях (Курск, 1998; 2001), заседаниях кафедры географии почв МГУ (1987;2002), Отдела географии АН МССР(/9&5) лабораторий агрофизики,агропочвоведения, ГИСиАЭМ ВНИИЗиЗПЭ(/Р9/-200.2), лаб. почвенных процессов Корнельского университета (1996). Разработка ЛИССОЗ получила Золотую медаль ВВЦ (2002).
Публикации. Основное содержание и результаты изложены в 85 научных работах, включая 1 монографию и 8 коллективных монографий.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на Вебстраницах текста, состоит из введения, 9-ти глав и выводов. Содержит 55 таблиц, 115 рисунков и список основной использованной литературы из 530 источников.
