Динамика почвенных свойств в связи с возрастом сосняков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.03.03, кандидат сельскохозяйственных наук Карминов, Виктор Николаевич

• Карминов, Виктор Николаевич
• кандидат сельскохозяйственных наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат сельскохозяйственных наук Карминов, Виктор Николаевич

Введение.

Глава 1. ДИНАМИКА СВОЙСТВ ЛЕСНЫХ ПОЧВ (обзор литературы).

Глава 2. ОБЪЕКТЫ, ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Объекты исследований.

2.2. Характеристика природных и лесорастительных условий первого объекта исследований.

2.3. Характеристика природных и лесорастительных условий второго объекта исследований.

2.4. Программа и методика работ.

2.5. Объём выполненных работ.

Глава 3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ И ХАРАКТЕРИСТИКА

НАСАЖДЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Описание пробных площадей.

3.2. Характерные особенности и основные свойства исследованных почв.

Глава 4. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПОЧВЫ В ВОЗРАСТНОМ РЯДУ

СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ.

4.1. Изменение морфологических свойств.

4.2. Изменение водно-физических свойств.

4.3. Изменение химических свойств.

4.4. Гранулометрический состав исследованных почв.

Глава 5. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ДАННЫХ.

5.1. Статистическая достоверность полученных результатов.

5.2. Статистическая значимость различий средних морфометрических показателей пробных площадей.

5.3. Статистическая значимость различий средних химических свойств почв.

5.4. Проверка статистической значимости различий средних показателей при помощи дисперсионного анализа.

5.5. Уравнения связи таксационных показателей насаждения с почвенными свойствами

• 5.6. Группировка почвенных объектов с помощью методов численной классификации.

5.7. Кластеризация почвенных объектов с помощью построения дендрограмм.

5.8. Классификация почвенных объектов с помощью метода главных компонент.

5.9. Построение диагностической модели на основе линейной дискриминантной функции

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика почвенных свойств в связи с возрастом сосняков»

Актуальность темы. Почва — важнейший экологический фактор, определяющий существование леса. Она составляет неотъемлемую часть леса как биогеоценоза или экосистемы. Взаимодействуя с компонентами леса, влияя на них, почва сама находится под их постоянным воздействием. Лес, как фактор почвообразования, с возрастом претерпевает огромные изменения, что в свою очередь сказывается на почве, поэтому почвенные свойства являются динамическими не только в пространстве, но и во времени.

Несмотря на то, что почвы являются консервативным элементом лесных биогеоценозов, возрастные изменения растительности заметно изменяют их свойства. Движущей силой динамики свойств почв в ходе возрастных изменений насаждения является изменение структуры древостоя и связанных с ним природных условий экотопа.

Цели и задачи исследования. Установление общих закономерностей изменения свойств почв с возрастом насаждений на примере дерново-подзолистых почв сосновых лесов Подмосковья и сопряжённых с ним районов, а также определение с помощью математических методов качественной и количественной оценки этих изменений и построение математической модели связи почвенных и таксационных показателей.

Научная новизна. В результате проведенных исследований для условий Подмосковья и сопряженных с ним районов определены основные закономерности изменения важнейших почвенных свойств в процессе возрастного развития насаждения. С помощью многомерных статистических методов выявлены наиболее значимые почвенные показатели и установлены их количественные зависимости, связанные с ростом и развитием соснового биогеоценоза.

Практическая значимость работы. Почва - динамическая система, и, следовательно, для управления почвой нужно представлять ее в динамике, найти такие параметры, которые позволят измерять ее изменчивость во времени. Ключ к пониманию почвенных процессов в познании динамики почвенных свойств. Полученные материалы можно будет использовать при проведении работ по оценке земель, в частности при составлении земельного кадастра, и прогнозировании продуктивности лесных ресурсов. Результаты данной работы позволят создать систему обоснованных рекомендаций по улучшению состояния и производительности лесных экосистем.

На защиту выносятся.

1. Изменение основных свойств почвы в результате возрастного развития сосновых насаждений в Подмосковье и сопряжённых с ним районов.

2. Получение с помощью многомерных статистических методов системы информативных признаков (СИП), характеризующей изменения почвенных свойств с возрастом насаждения.

3. Получение количественных зависимостей в системе "лес-почва" и создание диагностической модели состояния почвенных свойств в зависимости от возраста насаждения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов МГУЛ (2001, 2002, 2003 гг.), и международных научных конференциях студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2001", "Ломоносов-2002" и "Ломоносов-2003".

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ.

Личный вклад. Автором выполнено научное обоснование, программа, методика работ, сбор полевых материалов, а также осуществлена обработка и анализ полученных результатов на ПЭВМ с использованием современных статистико-математических методов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 211 наименований (в том числе 11 на иностранных языках) и 5 приложений. Текстовая часть диссертации изложена на 110 страницах, содержит 15 таблиц и 23 рисунка.

Заключение диссертации по теме «Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними», Карминов, Виктор Николаевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Изученные почвы характеризуются значительной динамикой свойств, как морфологических, так химических и водно-физических, обусловленной возрастными изменениями сосновых древостоев.

2. Большинство основных свойств почвы (плотность, влажность, мощность гумусового горизонта, содержание элементов питания, гумуса) изменяется по параболе с перегибом в насаждении 75 летнего возраста, т.е. в возрасте количественной спелости. Только кислотные свойства почвы и мощность лесной подстилки показывают тенденцию к монотонному увеличению с возрастом насаждения.

3. С помощью t-критерия Стьюдента и дисперсионного анализа статистически достоверно (с уровнем значимости не менее 0,05) показано различие в морфологических и химических свойствах почв под насаждениями разного возраста.

4. Получены линейные регрессионные уравнения зависимостей таксационных показателей насаждений, таких как запас и средняя высота, с комплексом наиболее значимых почвенных свойств для условий Подмосковья и сопряжённых районов. Также установлены связи отдельных свойств почвы с возрастом насаждения, которые лучше всего аппроксимируются полиномом второй степени.

5. Построенные уравнения связи таксационных показателей насаждений со свойствами почвы с учётом региональных ограничений могут использоваться при прогнозировании и оценки объемов лесных ресурсов.

6. Применение многомерных статистических методов, в частности кластер-анализа с построением дендрограмм и метода главных компонент, также показало существенное изменение комплекса почвенных свойств в зависимости от возраста насаждения. Наиболее информативны с точки зрения возрастной динамики насаждения свойства гумусового горизонта А], а также мощность горизонта Ао.

7. Использование многомерных статистических методов также выявило, что наилучшая группировка почвенных объектов в зависимости от возраста насаждения осуществляется по набору признаков, состоящего из основных свойств горизонта Ai — основного корнеобитаемого слоя и мощности горизонта А0. Включение в исходный набор признаков свойств остальных горизонтов ухудшает качество классификации.

8. Для условий объектов исследования на основе линейной дискриминантной функции построена диагностическая модель состояния почвенных свойств в зависимости от возраста насаждения.

9. Однако более полное решение данной проблемы может быть осуществлено при помощи многолетнего мониторинга на основе ГИС, что вытекает из отмеченных различий соответствующих почвенных показателей, определённых в разные годы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат сельскохозяйственных наук Карминов, Виктор Николаевич, 2003 год

1. Абатуров Б.Д. Влияние роющей деятельности кротов на почвенный покров. - М.: Наука, 1968.

2. Акимцев В.В. Исторические почвы Каменец-Подольской крепости // Тр. II Международного конгресса почвоведов 1930 г. 1932. Т. 5. С. 132 — 140.

3. Актуальные вопросы изучения почв и почвенного покрова Нечернозёмной зоны (научные труды). М.: ВАСХНИЛ, 1984. 128 с.

4. Алгоритмы и программы для ЭВМ СМ-4. Рожков В.А., Фрид. А.С. Бибернейт А.Б. и др.-М.: ВАСХНИЛ, 1985.- 108 с.

5. Александровский А.Л. Методические подходы при изучении истории почв// Общие методы изучения истории современных экосистем. — М., 1979,-С. 142-161.

6. Александровский А.Л. Педогенез на датированных поверхностях: скорости ЭПП // Тез. докл. Всесоюзн. конференции "История развития почв СССР в голоцене". Пущин, 1984. - С. 54 - 56.

7. Анизотропность в супесчаных лесных почвах. Л.О. Карпачевский, П.В. Кузнецов, Д.Е. Мокрушина, Т.В. Зубкова // Почвоведение. 2001. — № 6. — С. 645-652.

8. Анучин Н.П. Лесная таксация. — М.: Лесная промышленность, 1982. — 552 с.

9. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970.-488 с.

10. Афанасьева Т.Ф., Василенко В.И., Терешина Т.В., Шеремет Б.В. Почвы СССР.-М.: Мысль, 1979.-380 с.

11. Бганцова В.А. Влияние травянистых растений на свойства почвы в лесном биогеоценозе//Почвоведение. — 1991. №10. -С. 131-143.

12. Бейли Н. Математика в медицине и биологии. М.: Издательство "Мир", 1970-326 с.

13. Блинцов И.К. Некоторые особенности физических свойств почв сосняка брусничника в зависимости от возраста насаждений. — В кн.: Лесоведение и лесное хозяйство. Минск, 1975, вып. 10, С. 8 - 14.

14. Боровиков В.П. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере: Для профессионалов. 2-е изд. (+CD) — СПб.: Питер, 2003. - 688 с.

15. Боровиков В.П. и др. STATISTICA 5.1 (краткое руководство), 3-е издание -М.: StatSoft, 1997.-252 с.

16. Боровиков В.П. Программа STATISTICA для студентов и инженеров. — 2-е изд. -М.: КомпьютерПресс, 2001.-301 с.

17. Боровиков В.П., Боровиков И.П. STATISTICA Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. — М.: Информационно-издательский дом "Филинъ", 1998.

18. Буданцев П.Б., Кострикин П.Б, Александрович В.Е. К оценке влияния свойств почв на рост и продуктивность сосны веймутовой (Pinus strobus L.) //Почвоведение.-2001.-№ 12.-С. 1473-1482.

19. Буш М.К. Влияние продолжительности произрастания леса на морфологию почв приморских дюн ЛатвССР. В кн.: Лес и почва, Красноярск, 1968,-С. 163 - 167.

20. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. - 416 с.

21. Ведрова Э.Ф. Влияние сосновых насаждений на свойства почвы. — Новосибирск: Наука, 1980.- 104 с.

22. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. -М.: 1981.

23. Вернадский В.И. Биосфера. Л., 1926. - 146 с.

24. Вильяме В.Р. Почвоведние, вып. I, М., 1914.

25. Волков А.Д. Строение ельников южной части Карельской АССР // Сб. науч.-исслед. работ ЛенНИИЛХ. М., 1967. Вып. II. - С. 60 - 66.

26. Вопросы советской науки (вопросы лесоведения). Под ред. В.Н. Сукачёва. М.: Изд-во АН СССР, 1957.-46 с.

27. Вопросы советской науки (научные основы рационального использования и повышения производительности почв СССР). Под ред. И. В. Тюрина. -М.: Изд-во АН СССР, 1957.-31 с.

28. Воронин А.Д. Основы физики почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. -244 с.

29. Ганжара Н.Ф. Почвоведение. М.: Агроконсалт, 2001. - 392с.

30. Геннадиев А.Е. Почвы и время: модели развития. М.: Изд-во МГУ, 1990. -232 с.

31. Геннадиев А.Н. Герасимова М.И., Пацукевич З.В. Скорость почвообразования и допустимые нормы эрозии почв // Вест. МГУ. Сер. 5. География. 1987. №3, С. 31 - 36.

32. Геннадиев А.Н. Изучение почвообразования методом хронорядов (на примере почв Приэльбрусья) // Почвоведение. — 1978. № 12. - С. 33 - 43.

33. Геннадиев А.Н. Скорость и направление формирование горно-луговой почвы (Приэльбрусье). Деп. — Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1976. №4.-С. 123.

34. Геннадиев А.Н. Хроноструктуры почвообразования: природоохранный аспект // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1982. № 3. — С. 20 - 27.

35. Герасимов И.П., Глазовская М.А. Основы почвоведения и географии почв. -М.: Географгиз, 1960.

36. Глазовская М.А. Почвы мира. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1972. - 231 с.

37. Голубев В.А., Дробышев Ю.И., Короткое С.А. Тенденции динамики структуры сосновых лесов восточного Подмосковья // Лесопользование и воспроизводство лесных ресурсов. Научные труды. — Вып. 303. — М.: МГУЛ, 2000.-С. 14-17.

38. Горбачев В.Н., Дмитриенко В.К., Попова Э.П. и др. Почвенно-экологические исследования в лесных биогеоценозах. — Новосибирск: Наука, 1982.-185 с.

39. Горбунов Н.И., Прусинкевич 3., Градусов Б.П. Образование глинистых минералов в подзолистых почвах на песчаных породах разного возраста // Почвоведение. 1963. -№ 8. С. 48 - 57.

40. Григорьев А.Ю. К вопросу о происхождении скрытоподзолистых почв Валдайской возвышенности // Структура и функционирования экосистем южной тайги. М., 1986 с. 151 - 156

41. Дергачева М.И. Система гумусовых веществ почв. Новосибирск: Наука, 1989. 110 с.

42. Динамика естественных и искусственных лесных биогеоценозов Подмосковья. 1987.

43. Динамика хвойных лесов Подмосковья / J1. П. Рысин, А. В. Абатуров, JI. И. Савельев и др. -М.: Наука, 2000. 221 с.

44. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М.: МГУ. 1970.-292 с.

45. Дмитриев Е.А., Карпачевский JI.O., Строганова М.Н. Скорость почвообразования в лесных биогеоценозах // Проблемы почвоведения. М., 1982.-С. 121-126.

46. Добровольский В.В. География почв с основами почвоведения. — М.: Просвещение, 1967. — 350 с.

47. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экологические функции почвы. — М.: Изд-воМГУ, 1986. 136 с.

48. Добровольский Г.В., Трофимов С.Я. Систематика и классификация почв (история и современное состояние). М.: МГУ, 1996. — 80 с.

49. Докучаев В.В. К вопросу о переоценке земель Европейской и Азиатской России, М., 1898.

50. Докучаев В.В. Русский чернозём. СПб., 1883, 376 с.

51. Дубов С.Д., Поляков А.Н. Лесная съемка. М.: Лесная пром-сть, 1982. -198 с.

52. Дюшофур Ф. Основы почвоведения. Эволюция почв. М.: Прогресс, 1970. -591с.

53. Евдокимова Т.И. Почвенная съемка: Учеб. пособие. — 2-е изд. М.: Изд-во МГУ, 1987.-268 с.

54. Забелло К.Л. Динамика элементов почвенного питания сосновых насаждений на лёгких по механическому составу дерново-подзолистых почвах. — В кн.: Лес и почва, Красноярск, 1968, — С. 377 382.

55. Загреев В.В. и др. Лесная таксация и лесоустройство. М.: Экология, 1991. -384 с.

56. Зайцев Б.Д. О запасах питательных веществ в профиле лесной почвы // Почвоведение, 1956, № 11, С. 59 62.

57. Зайцев Г.А. Лесные культуры на отвалах горных пород в Подмосковном угольном бассейне // Восстановление земель после промышленных разработок. — М.: Колос, 1964. С. 55 - 67.

58. Зеликов В.Д. Имитационные модели лесных почв. М.: МЛТИ. 1991 - в 3-х частях.

59. Зеликов В.Д. Почвы и бонитет насаждений. М., 1971. 120 с.

60. Зонн С.В. Влияние леса на почвы. Л.: Изд-во АН СССР. 1952. 160 с.

61. Зонн С.В. Изучение взаимодействия между лесом и почвой в СССР. // Вопросы лесоведения и лесоводства, М. Изд-во АН, 1954, С. 131 — 146.

62. Зонн С.В. К вопросу о взаимодействии лесной растительности с почвами // Почвоведение, 1954. № 4, С. 51-60.

63. Зонн С.В. Почва как компонент лесного биогеоценоза // Основы лесной биогеоценологии. М., Наука. 1964, С. 372 - 495.64