Delist.ru

Экспериментально-теоретические основы использования потоковой структуры агроэкосистем в прецизионном земледелии (19.08.2007)

Автор: Лопачев Николай Андреевич

Пашня 30-50 Mg++ * * * *

Пашня 0-20 Na+ -33,4 * * *

Пашня 20-30 Na+ * * * *

Пашня 30-50 Na+ -35,1 * 37,5 *

вить, какой именно. Монотонная зависимость Ca++ от kh, установленная на обоих участках в верхних слоях почвы, и отсутствие значимой связи с kv, указывает на приуроченность зоны аккумуляции к нижним частям вогнутых отрогов. На пашне связь K+ и Na+ с kh имеет тоже направление (табл. 9).

Установлена положительная связь обменных катионов с разностной кривизной (E), а на лугу только для Ca++.. Она указывает, что концентрация данных катионов выше в точках, где 1-ый механизм аккумуляции преобладает над 2-м. Для K+ установлена связь только на лугу с kv, что в настоящее время пока трудно объяснить. Направление связей NO3-, в слоях 20-30 и 30-50 см с kh (rs = - 0,63 и 0,55 соответственно), с E (rs = 0,66 и – 0,49 соответственно), с khе (rs = - 0,71 и 0,52 соответственно) противоречиво, что не позволяет определить приоритетный на его горизонтальное распределение.

На пашне распределение NH4+ обусловлено только вторым механизмом аккумуляции kv (rs = 0,44) и только в пахотном слое. Это указывает на увеличение концентрации NH4+ на повышениях, что может быть связано с водно-воздушным режимом почв данных элементов потоковых структур.

Анализ образцов почв на лугу показал следы NH4+ и NO3-и они были исключены из статистической обработки на данной территории.

На пашне и луговом участке не обнаружено значимых корреляционных связей K+ и Mg++ с характеристиками геометрических форм земной поверхности, как и в нижних слоях почвы на пашне для Ca++ . Однако существенная связь Ca++ установлена в верхних слоях почвы на обоих участках. Противоположным образом ведет Na+, для которо

Таблица 9. Коэффициенты rs Спирмана обменных ионов с локальными МВ, характеризующими геометрические формы земной поверхности, Глебово, 1997 г.

Слой, см Катионы kmax kmin H M

0-20 Ca++ -66 * -67 -59

20-30 Ca++ * * * *

30-50 Ca++ * * * *

10-20 2Ca++ -52 -57 -58 *

0-20 Na+ * * * *

20-30 Na+ * * -33 -33

30-50 Na+ -34 * -37 -33

0-20 NO3- * * * *

20-30 NO3- -56 * -54 -54

30-50 NO3- 56,1 * 56,9 54,3

Примечание: * - rs не существенен на 95% уровне значимости.

uо установлены связи в более глубоких слоях почвы. Увеличение концентрации Ca++ и Na+ обусловлено средней кривизной (H), и она повышается в точках с отрицательными значениями данной МВ (табл. 9). Это подтверждает связь указанных катионов с kmin (табл. 9) – их концентрация снижается с ростом выраженности гребневых форм земной поверхности. На пашне NO3- связан с теми же МВ, что и обменные катионы за исключением слоя 30-50 см (табл. 9). В пахотном слое для NO3- значимых связей с МВ не установлено. Ион NH4+ связан со средней кривизной (H) в слое 20-30 см (rs = 0,35). Направление этой связи противоположно обменным катионам и показывает увеличение концентрации NH4+.в зонах, где Н положительная.

Возможность объективно интерпретировать зависимость Ca++, Na+ и NO3- от сферичности (М) на пашне появится после дальнейших исследований. На пашне и лугу установлена монотонная связь концентрации обменных катионов и NO3-с характеристиками линии тока в плане: полной кольцевой кривизны (KR) и ротором (rot). Концентрация Ca++ увеличивается в точках, где линии тока отклоняются влево (против часовой стрелки), а Mg++, где линии тока отклоняются вправо (против часовой стрелки).

5.3. Связь внутрипочвенного стока с геометрическими формами рельефа. На участке малого характерного размера Алфертищево с хорошо выраженными килевыми и гребневыми формами рельефа со средней крутизной 28о распределение влаги и мелкодисперсной фракции в почве теснее связано с геометрическими формами, чем с характеристиками поверхностного стока. Это вызвано спецификой истории развития рельефо- и почвообразования на подобных участках. Рассмотрим схематичный фрагмент участка (рис. 11,а). Допустим, что в процессе рельефообразования участок повернулся в пространстве, как целое относительно продольной оси (рис. 11,в). Так, до поворота по

Рис. 11. Механизм памяти почв: а – участок земной поверхности до поворота вокруг тальвега; б – участок земной поверхности после поворота; 1 – старое положение тальвега, 2 – новое положение тальвега.

ложение тальвега характеризовалось наименьшим значением kmin; (рис. 11,а), а после поворота в течение некоторого времени эта МВ будет оставаться наименьшей не в новом, а в старом тальвеге, что и позволяет отследить местонахождение последнего. Положение нового тальвега можно определить с помощью горизонтальной кривизны. С другой стороны, вещественный состав почв старого и нового тальвега изменится не сразу, как бы запаздывая за изменениями в почвообразовательном процессе. Это приводит к формированию в подобных условиях механизма памяти в системе почва–рельеф (основа потоковой методологни), который позволяет на основании морфометрического анализа геометрических характеристик земной поверхности восстановить историю некоторых аспектов процессов почвообразования, с одной стороны, и на основе анализа пространственного распределения ряда характеристик почв восстановить исторические аспекты изменения рельефа, с другой.

Теоретический анализ этой ситуации для подобных участков показал, что при действии данного механизма памяти в почвах гидрологические характеристики должны наиболее сильно коррелировать с kmin, а затем с H и kh (Mitusov, Shary, 2001). Например, отрицательная корреляция влажности с kmin означала бы, что влажность статистически выше в области старого тальвега, где при наличии этого вида памяти в почвах ожидались бы наибольшие изменения их свойств почв и в то же время kmin принимает наименьшие значения, что и было подтверждено экспериментально. Так, в ходе исследований установлено, что влажность в слое 15-20 см теснее всего связана с геометрическими формами земной поверхности kmin (rs = -0,72 при Р<0,0001, рис. 67), и только затем с одной из морфометрических предпосылок стока kh (rs = -,64 при Р<0,001). Аналогичный результат в слое 10-20 см получен с kmin для мелкодисперсной (<5мкм) фракции почвы, в которую входят ил и мелкая пыль (rs = - 0,60 при Р<0,001) м с kv (rs = -0,59 при Р<0,001). Как правило, подобные участки характеризуются экстремальными значениями МВ и заняты овражно-балочным комплексом

5,4, Связь свойств пахотных земель на разной глубине с рельефом. На пахотном участке «Глебово» установлено, что с увеличением глубины слоя почвы снижается влияние стока на пространственное в плане распределение Р2О5 (табл. 7), Mg++ (табл. 8) и Ca++ (табл.9). Наиболее наглядно данная закономерность прослеживается на примере корреляционной связи Ca++ с kh (рис. 12).

Глубина, см Рис. 12. Изменение тесноты связи обменного Ca++ с горизонтальной кривизной (kh) в зависимости от глубины почвенного слоя, rs взят с обратным знаком, Условные обозначения: пунктирная линия соответствует 95% доверительному интервалу.

Более сложная связь с морфометрическими предпосылками стока обнаружена для K+ и Na+. Корреляция K+ с МВ, характеризующими сток локально (табл. 9), изменяется в соответствии с вышеизложенной тенденцией. Однако, с региональными МВ (табл. 7) прослеживается увеличение тесноты связи с глубиной, т. е. тенденция противоположная. Для Na+ корреляция с региональными МВ (MCA и Z) уменьшается в нижних слоях, по сравнении с верхними (табл. 7). Однако, с локальной МВ (kh) корреляции теснее для нижних слоев. Установленные тенденции для K+ и Na+ можно объяснить свойствами самих катионов, и различиями между региональными и локальными МВ. Однако определить доминирующую причину такого их поведения, связанную с вышеуказанными характеристиками почв пока не удается.

В пахотном слое (0-20 см) достоверных связей иона с МВ не обнаружено (табл. 10), что объясняется более сильным, по сравнению с рельефом, влиянием на данную форму азота неучтенных факторов (биота, обработка почвы, удобрения и т. д.). С увеличением глубины теснота связи NO3- со всеми морфометрическими предпосылками стока уменьшается (табл. 10). Коэффициент rs морфометрических характеристик геометрических форм наоборот больше в нижележащих слоях по сравнению с вышележащими. Наиболее наглядно данная закономерность прослеживается на примере корреляции NO3- с kh (рис. 12). При этом, в слое 20-30 см для NO3- две наиболее тесные связи установлены с характеристиками стока, а в слое 30-50 см две наиболее тесные связи установлены с характеристиками геометрических форм.

Таблица 10. Изменение коэффициентов rs Спирмана и их уровней значимости Р между NO3- и МВ в зависимости от глубины, «Глебово», 1997 г.

Морфометрические величины1 Слой, 0-20 см, rs Слой 20-30 см Слой 30-50 см

rs Р rs Р

Морфометрические предпосылки поверхностного стока

Горизонтальная кривизна (kh) * -0,63 0,0001 0,55 0,001

Разностная кривизна (E) * 0,66 0,0001 -0,49 0,01

Горизонтальная избыточная кривизна (khe) * -0,71 0,00001 0,52 0,001

Ротор (rot) * -0,47 0,01 0,41 0.01

загрузка...