Главная » 2014»Июль»24 » Скачать Базовые свойства и режимы почв полярно ориентированных склонов. Проценко, Елена Петровна бесплатно
2:46 AM
Скачать Базовые свойства и режимы почв полярно ориентированных склонов. Проценко, Елена Петровна бесплатно
Базовые свойства и режимы почв полярно ориентированных склонов
Диссертация
Автор: Проценко, Елена Петровна
Название: Базовые свойства и режимы почв полярно ориентированных склонов
Справка: Проценко, Елена Петровна. Базовые свойства и режимы почв полярно ориентированных склонов : диссертация доктора сельскохозяйственных наук : 06.01.03, 03.00.16 Курск, 2004 491 c. : 71 05-6/35
Объем: 491 стр.
Информация: Курск, 2004
Содержание:
Введение
I Пространственная неоднородность экологических условий в склоновом рельефе п
11 Особенности распределения климатических ресурсов на склонах
12 Проявление механизма обратной связи между микроклиматооб-разующими факторами
13 Пространственная неоднородность свойств почв склонов
14 Влияние абиотических факторов на процессы почвообразования и биопродуктивность склонов в зональном аспекте
II Объекты исследований
21 Полевые и экспедиционные исследования
22 Многолетний стационарный полевой опыт
III Влияние экологических факторов на свойства почв склонов в зональном аспекте
31 Климатические особенности наклонных поверхностей полярной ориентации в разных широтных зонах
311 Особенности поступления солнечной радиации на участки земной поверхности полярной ориентации
312 Оценка ресурсов увлажнения в условиях холмистого рельефа
32 Экологические условия формирования почвенного покрова на Крайнем севере России
321 Взаимосвязь микроклимата и рельефа в северных регионах
322 Особенности изменения свойств тундровых глеевых почв в ме-зо-, микро- и нанорельефе
323 Элювиально-глеевые почвы Особенности комплексного влияния почвообразующих пород и рельефа на их свойства
324 Особенности проявления фактора рельефа в подзолистых поч
33 Экологические особенности формирования почвенного покрова ^ на склонах в лесостепной зоне
331 Физико-географическая характеристика района исследований
332 Вариабельность свойств темно-серых лесных почв в пространстве и во времени
333 Агрофизические свойства, влаго- и теплообеспеченность черноземов типичных
IV Трансформация свойств чернозема типичного под действием природных и антропогенных факторов в многолетнем цикле
41 Пространственная неоднородность азотного, фосфорного и калийного фондов в склоновом агроландшафте
42 Изменение режимов элементов минерального питания на склонах полярных экспозиций под действием антропогенных факторов во временном аспекте (в течение 4-х ротациях севооборота)
421 Изменения свойств почв после первой ротации севооборотов
422 Трансформация свойств и режимов почв в течение четырех ротаций севооборотов
423 Динамика запасов питательных элементов в черноземе типичном в зависимости от природных и антропогенных факторов
V Динамичность азотного фонда - основа пространственно-временной неоднородности свойств черноземных почв склонов полярных экспозиций
51 Нитрификационная способность чернозема типичного на склонах
52 Особенности функционирования азотного фонда в агроланд
Ш) шафтах на склонах (на примере зернопаропропашного севооборорота)
521 Динамика накопления минеральных форм азота в чистом пару
522 Динамика содержания минерального азота в почве и его в растения озимой пшеницы
523 Динамика минерального азота в почве и особенности его поступления в корнеплоды и ботву сахарной свеклы
524 Динамика минерального азота в почве и особенности азотного питания ячменя
VI Изменение продуктивности агроэкосистем в склоновых ландшафтах
61 Ротационная динамика изменения продуктивности севооборо-^ тов под действием природных и антропогенных факторов
62 Влияние рельефа и минеральных удобрений на плодородие среднесмытого чернозема на склонах полярных экспозиций
VII Особенности построения системы удобрения для эродированных почв склонов
71 Управление почвенно-агрохимической системой
72 Оценка продуктивности в склоновом рельефе с учетом климатических ресурсов
721 Общие подходы к оценке климата как ресурса, обеспечивающего продукционный процесс
722 Оценка климатических ресурсов полярно ориентированных склонов
VIII Биоэнергетическая и эколого-экономическая оценка системы удобрения на склонах
Введение:
Изучение особенностей строения, свойств и режимов почв в склоновом эрозионно - опасном рельефе особенно активно происходит в последнее десятилетие, что, видимо, связано с развитием ландшафтно -экологического подхода в агрохимии, земледелии, агропочвоведении. Выращивание сельскохозяйственных культур на склоновых землях предполагает максимальную степень приспособления технологий к экологическим условиям определенного ландшафта (Жученко, 1990; Лисецкий, 2000) и носит зональный характер. Разработка ландшафтных подходов к эксплуатации природно-сельскохозяйственных систем, с одной стороны, диктует необходимость поиска общих закономерностей функционирования почв склоновых ландшафтов в разных климатических зонах, с другой стороны, - выявления и изучения тех отличий, которые характерны для почв склонов в различных климатических зонах.
В связи с пространственной неоднородностью экологических факторов на склонах полярных экспозиций справедливым и достаточно обоснованным с точки зрения климатологии является утверждение о том, что с продвижением от средних широт к высоким разница в тепловлагообеспеченности склонов полярных экспозиций увеличивается. Логично было бы предположить, что значимость фактора экспозиции склона должна в северных регионах намного превосходить таковую в средних широтах по влиянию на свойства почв и их режимы. Наиболее компклексные многолетние стационарные исследования, в которых отмечалась разница в свойствах почв разных экспозиций относятся, в основном, к лесостепной и степной зонам России (Чуян, 1994; Каштанов, Явтушенко, 1997; Черкасов, 1999; Проценко, Траутвах, 2000), а также к Забайкалью, где исследования проводятся в условиях горных котловин (Бадмаев, Корсунов, Куликов, 1996). Именно элементы рельефа являются постоянными и устойчивыми признаками территории во всех широтных зонах, дифференциация почв в & пространстве склоновых ландшафтов по тепловлагоресурсам вызывает их неоднородность как по срокам наступления физико - технологических кондиций , так и по отзывчивости на агромероприятия.
Одним из главных факторов повышения продуктивности почв склонов является рациональное размещение сельскохозяйственных культур, дифференцированное использование удобрений, мелиорантов, обработок почв и других приемов. Антропогенная деятельность не должна вступать в конфликт со сложившимися в ландшафте процессами и взаимосвязями. Распространение одних и тех же приемов возделывания культур на •5 равнинные и склоновые земли, без учета неравнозначности экологических условий не позволяет эффективно использовать плодородие почв склонов. Это характерно не только для пахотных, но для почв под естественной растительностью, особенно в условиях Крайнего севера, где использование и освоение территории под различные антропогенные мероприятия без учета таких экологических факторов как многолетняя мерзлота, особенности рельефа, материнских пород и структуры почвенного покрова может приводить к тяжелым экологическим последствиям.
Поскольку такие экологические факторы как тепловой режим и режим * влажности почв в ландшафте изменяются в зональном аспекте очень значительно, рассмотрение данного вопроса при движении от Крайнего северо- востока России (Таймыр, Западная Сибирь) на юго-запад (Центральное Черноземье) имеет, на наш взгляд, не только теоретическое, но и практическое значение, поскольку в этом же направлении меняется биопродуктивность растительных сообществ (Ресурсы биосферы, 1975).
Реализация возможностей дифференцированного регулирования плодородия почв на склонах в настоящее время ограничивается слабой ^ изученностью закономерностей формирования свойств и режимов почв, что связано, прежде всего, с не многочисленностью стационарных опытных объектов, на которых получены многолетние экспериментальные данные. В ? настоящей работе проведены комплексные исследования по оценке состояния и направленности изменения плодородия почв на склонах как в пространстве, так и во времени, разработаны научные основы управления его уровнем, путем применения рациональных, с учетом экологических аспектов ландшафта приемов.
Почвенный и экологический аспекты совместно формируют подход, определенный нами как эколого- катенарный, использование которого при соответствующей оценке водно-теплового режима почв склонов, а также их почвенно - агрохимических свойств открывает возможность более Ш рационального использования почв конкретных природных ландшафтов.
Целью наших исследований являлось установление пространственных закономерностей изменений свойств и режимов почв склонов полярных экспозиций и разработка путей управления ими в ландшафтах.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Выявить основные факторы, влияющие на свойства и режимы почв в склоновом рельефе в разных широтных зонах России:
• изучить комплексное влияние экологических факторов (инсоляции, рельефа различного масштаба, состава материнских пород, характера распространения многолетней мерзлоты) на свойства почв склонов полярных экспозиций в северных регионах России;
• определить степень влияния фактора рельефа в средних широтах (ЦЧЗ) по влиянию на свойства и режимы почв склонов противоположных экспозиций.
2. Изучить изменения агрофизических, физико — химических и агрохимических свойств темно-серых лесных и черноземных почв склонов полярных экспозиций в холмисто — волнистом рельефе ЦЧЗ в пространстве и во времени.
3. Выявить приоритетные факторы, лимитирующие урожайность * сельскохозяйственных культур на склонах противоположных экспозиций в агроценозах.
4. Разработать методические подходы к совершенствованию системы удобрения для склоновых агроландшафтов.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые на основе системно - аналитического подхода на обширном экспериментальном материале проведены исследования зонального аспекта проблемы влияния экологических факторов на свойства почв в склоновом рельефе. На основе Ш длительных опытных и экспериментальных данных проведена количественная оценка зависимости продуктивности почв склонов лесостепи ЦЧЗ от их физико — химических и агрохимических свойств и режимов. Выявлено длительное воздействие антропогенных факторов (внесение органических и минеральных удобрений, различных обработок почв склонов, севооборотов) и природных факторов (положение в рельефе) на агрохимические свойства и продуктивность почв склонов. Разработаны методические подходы к прогнозированию урожайности в склоновом рельефе на основе математических моделей зависимости продуктивности сельскохозяйственных культур от содержания элементов питания и климатических показателей.
На защиту выносятся следующие основные положения: 1.Специфическое сочетание экологических факторов в высоких широтах России (п-в Таймыр, север Западной Сибири) способствует сглаживанию различий в свойствах зональных почв разноориентированных склонов, хотя разница в их инсолированности в высоких широтах выше, чем в средних. Среди зональных почв региона набольшие различия в морфологических ^ свойствах разноориентированных почв склонов в мезорельефе характерны для подзолов. Наиболее значительные различия в свойствах характерны для интразональных дерновых почв южных склонов яров, которые отличаются от почв склонов северных экспозиций по ряду показателей.
2. Агрофизические свойства темно-серых лесных и черноземных почв северных и южных склонов лесостепи ЦЧЗ различны, они зависят не только от экспозиции, но и от целого комплекса экологических факторов. Во временном аспекте характер изменений их свойств также неодинаков.
3. Агрохимические и физико-химические свойства черноземов типичных на склонах южной и северной ориентации различаются как исходными показателями плодородия, так и разными уровнями их изменений под воздействием длительной антропогенной нагрузки. Почвы северных склонов имеют более высокие показатели потенциального плодородия, но их эффективное плодородие, связанное с подвижностью элементов питания и теплообеспеченностью, снижено по сравнению с почвами южных склонов.
5. Динамичность азотного фонда типичных черноземов на склонах -основа пространственно-временной неоднородности показателей продуктивности почв склонов южной и северной экспозиций.
6. Управление агрохимической системой почв склонов полярных экспозиций необходимо строить с учетом неодинаковой эффективности удобрений на склонах полярных экспозиций.
Практическое значение работы заключается в том, что предложенные автором подходы к стабилизации почвенного плодородия склонов могут использоваться для принятия управленческих решений в системе агрохимслужбы, а также сельскохозяйственными предприятиями различных форм собственности, поскольку до 70% территории ЦЧЗ представлено склонами различной крутизны. Предложенные разработки позволяют более эффективно использовать имеющийся потенциал плодородия почв склонов разной направленности. Материалы автора используются при чтении курсов лекций в КГСХА, а также в МГУ им. М.В.Ломоносова.
Основные положения и материалы диссертации были доложены на II и III съездах Всероссийского общества почвоведов в Санкт - Петербурге (1996г) и в г.Суздале (2000г), на VIII и XI Симпозиумах "Биологические проблемы Севера", на IX и X школах «Экология и почвы» в г. Пущино — на Оке в 1999 и в 2000гг. в институте биологических проблем почвоведения РАН, на 3-х Международных и 12-ти научных и научно - практических конференциях, на Всемирном съезде почвоведов в Таиланде в 2001г.
Содержание работы опубликовано более, чем в 50-ти работах.
Автор преклоняется перед своими Учителями: член.- корр. АН СССР
В.А. Ковдой |, доктором с.-х. наук, заведующим лабораторией агрохимии
ВНИИЗ и ЗПЭ, профессором |Г.А. Чуяном|, профессором кафедры общего почвоведения МГУ, доктором биологических наук В.Д. Васильевской, оказавшим в разные годы огромное влияние на формирование научного мировоззрения автора как исследователя.
Автор выражает глубокую благодарность за поддержку и за ценные научные консультации: академику РАСХН В.Г. Минееву; доктору с.-х. наук, заслуженному деятелю науки, профессору Д.В. Мухе; доктору с.-х. наук, лауреату Государственной премии Г.Н. Черкасову; доктору с.-х. наук А.Г. Рожкову, доктору с.-х. наук, профессору М.К. Пружину.
Особую признательность хочется выразить заведующему лабораторией систем земледелия доктору с.-х. наук И.Г. Пыхтину за многолетнее сотрудничество на многофакторном полевом опыте, а также руководителям опыта С.С. Мащенко и С.Н. Халину, самоотверженный труд которых в тяжелые для сельскохозяйственной науки годы перестройки позволил автору продолжать исследования.
Помощь в работе в разные годы оказали сотрудники ВНИИЗиЗПЭ, доктора с.-х. наук: Т.В. Карпинец, В.П. Герасименко, кандидаты наук: В.В. Ермаков, С.А. Шульга, А.И. Санжаров, С.И. Санжарова, Ю.А. Виноградов, С.И. Чуян, З.А. Бойченко, М.И. Хмоленко, Н.В. Шустрова, О.Г. Чуян, Д.В.
Дубовик, при активном участии которых проводились экспериментальные и > аналитические исследования. Автор благодарен также зав. лабораторией агрохимии Курского НИИ АЛЛ кандидату с.-х. наук Н.Н. Боевой за обмен научной информацией.
Неоценимую помощь в работе оказали сотрудники института, проводившие химико-аналитические исследования и испытания: Н.В. Виноградова, Г.С. Жиляева, Т.А. Рылькова, Г.В. Сулеина, JI.H. Тынник, Н.И. Чернышева. Также хочется поблагодарить к. с.-х. н. Р.Ф. Еремину за научные консультации по биоэнергетике, а также сотрудников лаборатории агрохимии О.П. Тур, JI.H. Караулову, А.Ю. Медведеву, помогавших в Ш обработке результатов и оформлении работы.
I. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В СКЛОНОВОМ РЕЛЬЕФЕ
Активное антропогенное освоение природных ландшафтных систем особенно в условиях расчлененного рельефа, в различных климатических зонах диктует необходимость поиска общих закономерностей функционирования в склоновых ландшафтах всех его составляющих: почв, почвообра-зующих пород, растительности, биоты и других. В изменяющихся в склоновом рельефе экологических условиях освещенности, тепло - и влагообеспе-ченности, радиационного режима и режима элементов питания изменяется биопродуктивность и трансформируются основные факторы почвообразования. Однако, независимо от климатической зоны вещественные потоки перераспределяются сходным образом. Существующее многообразие форм рельефа сильно затрудняет оценку его влияния на плодородие почвы, однако геоморфологические и агрохимические подходы, связанные с выделением элементарных геохимических ландшафтов (элювиального, трансэлювиального, трансаккумулятивного, аккумулятивного) позволяют провести анализ процессов, происходящих в аналогичных условиях (Глазовская, 1964).
Почвенные и агрохимические исследования по оценке плодородия почв, а также по урожайности выращиваемых культур и применению удобрений и мелиорантов должны дополняться данными о геохимических потоках веществ в ландшафтах, о природном перераспределение в рельефе различных компонентов (Башкин, Учватов, 1990; Константинова, 1992). Это связано с тем, что удобрения и мелиоранты стали важнейшим геохимическим фактором, их применение должно основываться на знании многих природных закономерностей, определяющих перераспределение элементов питания растений в зависимости от рельефа, экспозиции склона, направленности миграционных потоков. Известно, что большую часть суши — более 80% — составляют склоны (Демек Д., 1977). Именно рельеф является первопричиной пространственной неоднородности почв, представляя важнейший фактор почвообразования (Неуструев, 1915, Докучаев, 1949). Влияние мезорельефа может быть сопоставимо с влиянием материнских пород на режим элементов питания и с влиянием удобрений на урожай культур (Липкина, 1988).
Рельеф оказывает влияние на распределение по поверхности земли климатических элементов, на характер растительности, водный режим, выступает как фактор, определяющий интеграцию питательных элементов и мелиоративное состояние почв. Любая местность с определенным рельефом состоит из зон выноса, переноса и аккумуляции, границы которых меняются для каждого переносимого компонента в зависимости от его подвижности. Это относится как к самым простым ландшафтам, так и к крупным геоморфологическим подразделениям (Фридланд, 1983; Соколова, Куйбышева, 1989).
К настоящему времени достаточно хорошо изучены эрозионные процессы, происходящие на склонах различной длины, крутизны и экспозиции. В существенно меньшей степени охарактеризованы процессы естественной геохимической дифференциации элементов питания растений по различным элементарным ландшафтам и их сочетаниям в почвенно-геохимических ка-тенах. Эти процессы в значительной мере обусловлены рельефом и во многом связаны с антропогенными воздействиями. Кроме того, в настоящее время развивается количественный геоморфометрический подход, основы которого были заложены Дж. К. Максвеллом (Maxwell, 1870), далее развиты К.Ф. Гауссом (1956), Г.Дж. Спейтом (Shtight, 1968; 1974), И.С. Эвансом (Evans, 1972), Й. Крхо (Krcho, 1973). Физико-математическая теория общей гео-морфометрии получила развитие в работах И.Н. Степанова (Степанов и др., 1984, 1991), П.А. Шарого (Шарый, 1991; Shary, 1995), А.В. Митусова (2001), которые предлагают использовать количественные морфометрические величины для характеристики свойств почв.
