WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
-- [ Страница 1 ] --

УДК: 631.8: 550.8.015

ПРОЦЕССЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ КАК ТРАНСФОРМАЦИЯ,

МИГРАЦИЯ И АККУМУЛЯЦИЯ ВЕЩЕСТВА, ЭНЕРГИИ И ИНФОРМАЦИИ

В.И. Савич, В.А.

Раскатов

Российский государственный аграрный университет –

Московская сельскохозяйственная академия имени К.А. Тимирязева, г. Москва

E-mail: mshapochv@mail.ru

В системе почва-растение действуют общие термодинамические принципы и законы сохранения энер гии, вещества и информации. В соответствии с Куражковским Ю.Н. (1990), «жизнь может существовать только в процессе движения через живое тело потока веществ, энергии и информации. Прекращение движения в этом потоке прекращает жизнь» (Реймерс Н.Ф., 1994).

В соответствии с одним из принципов Вернадского В.И., живое вещество находится в непрерывном хи мическом обмене с космической средой, его окружающей и создается и поддерживается на нашей планете кос мической энергией Солнца. В то же время, почва и биота находятся под постоянным воздействием геофизиче ских полей Земли, которые также вносят определенный вклад в энергетику почвообразовательных процессов.

Включение энергетики, как экологического фактора, достаточно обосновано тем, что все процессы в природной среде по своей основе всегда энергетические. Переработка информации - также неотрывное свойст во живого. При этом ответную реакцию на энергию и информацию дают и абиотические компоненты (триггер ный эффект в геофизических процессах).

Процессы почвообразования обусловлены трансформацией, миграцией и аккумуляцией вещества, энер гии и информации (Савич В.И., 2007) и идентифицируются по свойствам почв, протекающим процессам и ре жимам. Усложнение структурных взаимосвязей в почве соответствует накоплению информации. В связи с этим, полезно рассмотрение общих закономерностей изменения в процессе эволюции энтропии и информации.

Однако при оценке генезиса и плодородия почв, как правило, ограничиваются изучением вещества.

Энергетической оценке почвообразования и плодородия посвящено значительно меньше работ, а информаци онная оценка этих процессов практически не проводиться. Рассмотрение почвообразования и плодородия, с точки зрения энергетики и информации, является необходимым этапом углубленного изучения протекающих в почве экологических процессов.

Прогрессивное развитие почв соответствует накоплению энергии и информации (уменьшению энтро пии), увеличению степени надежности и долговечности функционирования системы, а деградация приводит к противоположным процессам. Почвообразование соответствует и определенной закономерности связей веще ства и заключенной в нем энергии и информации.

Излучаемая веществом энергия обладает определённой информацией. При этом любые почвенные объ екты поглощают и излучают энергию в различных областях спектра и только совместный комплексный анали тический анализ характеристических частот поглощения и выделения их интенсивностей позволяет дать наи более полную почвенно экологическую характеристику изучаемого объекта.

Разная интенсивность воздействия на объект позволяет снять с него информацию не только разной прочности связи, но и разного характера. При этом селективное воздействие снимает и селективную информа цию, а информация при разных длинах волн (при воздействии на объект разных физических полей, соедине ний) дополняет друг друга, так как оценивает объект с разных сторон.

Существует эффект артишока, когда последовательное постепенно увеличивающееся по интенсивности или более продолжительное по времени воздействие на почву, позволяет снимать с него разные все более глу бокие слои информации. Реализация информационной функции происходит путём осуществления структурных взаимосвязей, как внутри изучаемого объекта, так и между ним и другими компонентами. При этом энергия с информацией, снятая с разных слоёв почвы (конкреций, органо минеральных отдельностей, кристаллических решеток индивидуальных минералов и функциональных групп, ароматических соединений гумусовых веществ и их функциональных групп), обладает и разным воздействием на биоту, растения, процессы, протекающие в почве, эволюцию почв и плодородие.

Важное значение при энергетической оценке плодородия почв имеет характеристика степени рассеяния энергии в ходе протекающих в почве процессов роста энтропии или накопления информации (роста негэнтро пии). Увеличение энтропии в одних частях системы при уменьшении ее в других частях системы соответствует увеличению энтропии почв, накоплению энтропии в горизонте А2 (в элювиальных горизонтах) и уменьшение ее в аккумулятивных и иллювиальных горизонтах.

Перенос информации и неупорядоченность существует, как в системе почва-растение, так и между гори зонтами, в ландшафте, в биогеоценозе. Можно рассматривать вопрос об отдаче растениями неупорядоченности почве, а почвой - грунтовым водам, породе и приземному слою воздуха.

С нашей точки зрения перспективно рассматривать на разном иерархическом уровне, как информацию содержащуюся в почве (бассейне, ландшафте, катене, горизонте, экологической нише, сорбционном центре и т.д.), так и действие информации на свойства почв, почвенные и почвообразовательные процессы и режимы. В почве, как и в любой природной системе, существуют пирамиды массы, энергии и информации взаимосвязан ные друг с другом. Анализ природных почвообразовательных процессов на разном уровне детализации позво ляет глубже раскрыть их сущность. Следовательно, избыток вещества, энергии и информации создает свое по ле;

недостаток – другое поле.

По полученным нами данным эффект влияния на процессы, протекающие в почве, отличается при воз действии на них собственного поля почв (компонентов), отраженного поля этих объектов при разном уровне воздействия, водорастворимых, обменных, подвижных соединений и т.д.

  В проведенных нами исследованиях показано, что в ряде случаев оподзаливание в большей степени про текает под широколиственным, а не под хвойным лесом. Это обусловлено тем, что рассматриваемый процесс обусловлен одновременным воздействием на почву кислых продуктов мигрирующих из опада;

влиянием ком плексообразования (констант устойчивости образующихся комплексов и количества мигрирующих через про филь лигандов);

влиянием восстановления (констант полувосстановления и количества лигандов восстановите лей) и т.д. Если под хвойным лесом более кислая реакция мигрирующих водорастворимых соединений, то под широколиственным, в связи с большей массой опада, больше экстенсивных параметров – количество мигри рующих веществ кислой природы и лигандов склонных к комплексообразованию, восстанавливающих ионы переменной валентности в почве. В данном случае при одновременном действии этих факторов отмечаются эффекты синергизма. При более детальном рассмотрении отмечается связь эльювирования с количеством сво бодных радикалов, магнитными и электрическими свойствами ионов, спином электронов.

Высказанные теоретические положения подтверждены экспериментальными данными по оценке влия ния гумусовых соединений почв на эволюцию почв, их плодородие и токсичность отдельных поллютантов.

При энергетической оценке гумусового состояния почв большое значение имеют такие показатели, как воз можность выполнения органическими соединениями почв определенных экологических функций, эффектив ность их выполнения, надежность и долговечность функционирования.

Исследование разных слоев информации гумусовых соединений проведено на разном иерархическом уровне: с оценкой группового и фракционного состава гумуса черноземов, дерново-подзолистых почв, красно земов, солонцов;

фракционного состава фульвокислот по Форситу, содержания положительно и отрицательно заряженных, гидрофильных и гидрофобных соединений, определение молекулярной массы гумусовых кислот методом гелевой хроматографии, аминокислотного состава, структурно-фрагментарного состава - методами трансмиссионной и растровой электронной микроскопии.

Оценка функциональных свойств и структурно-группового состава органических соединений проведена методами пиролитической масс-спектрометрии, инфракрасной спектрометрии, ДТА и ДТГ, ЭПР, спектроско пии в видимой области спектра.

Показано, что матричная роль гумуса в значительной степени обусловлена ароматическими компонен тами с определённым набором энергетических связей, влияние на свойства почв – алифатическими структур ными группировками.

Литература Вернадский В.И. Очерки геохимии. М.: Наука.1983.420 с.

Гуламов М.И., Палиев В.А., Раскатов В.А., Ходырев А.А. Моделирование взаимодействия экологических факторов.

М.: Тверь.2003.192 с.

Крымский Я.Я., Раскатов В.А., Диагностика ФК различного происхождения методом пиролитической масс спектрометрии // Известия ТСХА. 1982. вып.№5.С.83-90.

Раскатов В.А., Черников В.А. Элементный состав ФК черноземов Северного Казахстана фракционированных мето дом систематизированной гель-хроматографии. Известия ТСХА. 1983. вып.№2. С.85-93.

Реймерс Н.Ф. Теория, законы, правила, принципы и гипотезы. М.: Россия молодая.1994. 367 с.

Савич В.И., Парахин Н.В., Степанова Л.П., Шишов Л.Л., Кершенс М. Агрономическая оценка гумусового состояния почв Орел: Орел ГАУ. 2001. т.1, 234 с.,т.2. 205 с.

Савич В.И., Сычев В.Г., Никольский Ю.Н., Замараев А.Г., Сюняев Н.К. Энергетическая оценка плодородия почв. М.:

ВНИИА. 2007. 500 с.

УДК: 631.

ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА КОТЛОВИН ТУВЫ

С ПРИМЕНЕНИЕМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН, Изучение структуры и динамики почвенного покрова базируется на выявлении биоразнообразия и зако номерностей, определяющих целостность, устойчивость, продуктивность и проявление средообразующих функций как отдельных биогеоценозов, так и образуемых ими территориальных комплексов. Алтае-Саянская горная страна является частью мирового водораздела между гумидной бореальной и аридной областями Цен тральной Азии. На ее обширных пространствах расположены крупные промышленные комплексы, а также имеются еще не освоенные территории, занятые естественными экосистемами, в которых представлена значи тельная часть видового разнообразия Евразии. Функционирование уникальных ландшафтов, сформированных в условиях своеобразного сочетания природных факторов, значительно осложняется воздействием хозяйствен ной деятельности, которая часто становится причиной возникновения экосистем с частичным разрушением компонентов. Вследствие антропогенного воздействия общая трансформация природных комплексов Алтае Саянской горной страны составляет около 29% [1].

В настоящее время с внедрением ГИС-технологий в практику проведения экологических исследова ний значительно возросла возможность получать пространственно распределенные данные, обеспечивающие необходимую оперативность и широкий охват территорий. Изучение природных объектов с использованием временных рядов спутниковых изображений представляет особую ценность для мониторинговых исследова ний почвенного покрова, поскольку, дополненные материалами наземных наблюдений, они позволяют выяв лять особенности проявления факторов почвообразования или историю землепользования. В литературе 268   появились некоторые сведения о результатах исследования пространственно-временной динамики расти тельного покрова, водных ресурсов и других объектов природной среды Тувы. Однако почвенный покров, несмотря на высокую степень его экологической и хозяйственной значимости, в контексте данной проблемы практически не исследовался. Цель нашей работы – разработка методических положений дистанционного мониторинга почвенного покрова степных котловин Тувы, которые отличаются спецификой почвообразова ния, связанной с комплексом природных условий, и в то же время они имеют много общего в системе их хо зяйственного использования. Мониторинг почвенного покрова, как и других природных объектов, предпола гает соблюдение ряда принципиальных требований как достоверность пространственных данных и контро лируемость показателей. В качестве общих показателей рассматривались площади и информационное со держание почвенных контуров, в качестве частных – специфические эффекты природно-антропогенного воздействия на почвенный покров котловин Тувы.

Основой территориальной организации материала для выявления элементов антропогенной инфраструк туры и степени фрагментированности территории и как основы для географической коррекции космических снимков были географические карты. Тематические почвенные и геоботанические карты использовались как вспомогательные при дешифрировании [2–4]. Среднемасштабные почвенные карты ключевых участков со ставлены по материалам дешифрирования космических снимков Landsat. Методом интерпретации комических снимков служило классифицирование спектрального изображения в программной среде Erdas Imagine с после дующей векторизацией в ArcGis. На космических снимках котловины распознаются как индивидуальное целое по закономерной композиции структурных элементов и выделены в качестве обособленных геоморфологиче ских единиц. В границах отдельно взятых котловин количественная оценка типологического разнообразия про водилась с учетом объективно отражающихся на космических снимках специфических для локальных условий природных и антропогенных факторов дифференциации почвенного покрова. К естественным факторам, фор мирующим почвенное разнообразие и четко распознающимся при дешифрировании, относятся подгорные шлей фы, конусы выноса временных русловых потоков, речные долины, моренные всхломления, криогенные мезо- и микроформы. Основными видами хозяйственной деятельности являются распашка и орошаемое земледелие.

Тува относится к старым сельскохозяйственным районам, поскольку еще в глубокой древности (с III ве ка до н.э.) ее территорию населяли скотоводческие племена, концентрирующиеся преимущественно в межгор ных степных котловинах, наиболее благоприятных для развития как скотоводства, так и для земледелия [5]. На протяжении тысячелетий хозяйственное воздействие на почвенный покров постепенно возрастало по двум ос новным направлениям: уничтожение коренной экосистем под воздействием выпаса и распашки [6]. Интенсив ность использования почвенного покрова в настоящее время несколько раз выше, чем в начальный период ос воения территории.

Тувинская котловина. Для выявления типологического разнообразия почвенного покрова котловины специальных исследований не проводилось. В системе других котловин изучались особенности генезиса, гео графии и систематики наиболее распространенных почвенных типов [7, 8]. На схеме распределения основных типов разнообразия автоморфного сухостепного почвообразования в котловине занимает 54% от общей пло щади. Полугидроморфные незасоленные и засоленные почвы также выделены единым контуром, занимающим 5% площади. С учетом гидроморфных контуров за период эксплуатации Саяно-Шушенского водохранилища общая площадь переувлажненных земель увеличилась на 12%.

Плоский, иногда слабовсхолмленный моренный или криогенный рельеф и широкое распространение су хих и опустыненных степей являются отличительной чертой котловины и хорошо распознаются на космиче ских снимках. Ареал распространения зональных светло-каштановых почв практически полностью совпадает с границами опустыненно-степной растительности. В пределах ареала отчетливо дешифрируются выделы свет ло-каштановых маломощных супесчаных или суглинистых почв, и светло-каштановых сильно щебнистых почв. Специфическими для Тувинской котловины под чиевыми степями формируются бурые пустынно степные солончаковые почвы. Они образуют контуры меньшего размера и занимают 11% от общей площади.

Под воздействием временного избыточного увлажнения и концентрации солей создается значительная часть типологического разнообразия почвенного покрова. В долине Енисея можно проследить и по окраинам небольших озер на сравнительно небольшой площади можно проследить всю гамму переходов от засоленных каштановых почв до солончаков. По данным комического снимка выделено 9 разностей гидро- и полугидро морфного почвообразования. Главным антропогенным фактором изменения типологического разнообразия почв является затопление водами Саяно-Шушенского водохранилища и искусственное орошение, которое ши роко применяется с древних времен и до наших дней.

Убсу-Нурская котловина. В пределах Республики Тыва рельеф части котловины представлен полого волнистой равниной с останцовыми грядами возвышенностей [9]. Подгорные шлейфовые равнины южных склонов Танну-Ола, древние террасы и современная долина р. Тес-Хем сливаются с Убсу-Нурской приозерной низменностью. Эоловые всхолмленные равнины песков Цугер-Элисс занимают юго-восточную часть котлови ны. Почвенный покров Тувы на карте отражен не только мелкого, но среднего масштаба [4, 10]. Почвенная карта степных котловин Тувинской АО, 1955 и карта, составленная с использованием космического снимка, довольно близки по количеству почвенных выделов и их контурным границам. На основании дистанционных данных есть возможность представить почвенное разнообразие котловины в более полном объеме. Например, обобщенные контуры преобладающих в почвенном покрове подтипов каштановых и светло-каштановых почв можно разделить с выделением контуров темно-каштановых почв. На космоснимках отчетливо распознаются не только бурые лугово-степные почвы, которые как и в Чуйской котловине, формируются под чиево солянковой растительностью, но и бурые пустынно-степные, наиболее ксероморфные в зональном ряду рав нинных почв. Эоловый рельеф является специфическим для Убсу-Нурской котловины фактором дифференциа ции типологического разнообразия почвенного покрова. На космоснимках выделяется грядовой, извилисто узкополозчатой, струйчатой или ячеистой морфологией. Более 20% общей площади на Почвенной карте…, 1955 выделены пески задернованные и каштановые. На космоснимке хорошо видны площади с характерными признаками активного перевевания песка.

Таким образом, совмещение материалов дистанционного и наземного обследования свойств почв и дру гих компонентов ландшафтов в различные периоды времени обеспечивает большую долю достоверности диаг ностики пространственных и временных изменений засоленности и увлажненности почв и др. Интерпретация материалов многолетних исследований, а также опубликованных данных позволила установить, что получен ная на основании космоснимков оценка площадного и информационного содержания представленных вариан тов воздействия естественных и антропогенных факторов на почвенный покров степных котловин Тувы, дает представление о высокой степени достоверности дистанционных данных, необходимых для создания системы почвенно-экологического мониторинга.

1. Сохранение биологического разнообразия в России. Первый национальный доклад. М., 1997. С. 7–15.

2. Шретер А.И. Карта растительности Тувинской области / Природные условия Тувинской автономной области. Тру ды Тувинской комплексной экспедиции. М., 1957. Вып. 3. С. 190–191.

3. Атлас: Экономический потенциал Республики Тыва (2003-2004 гг.). Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2005. 60 с.

4. Почвенная карта степных котловин Тувинской автономной области. М., 1955.

5. История Сибири. Л.: Наука. Ленинград. отд-ние. 1968. Т. 1. 454 с.

6. Ершова Э.А. Антропогенная трансформация растительности юга Средней Сибири. Новосибирск, 1995. 52 с.

7. Курбатская С.С. Почвенный покров и биогеохимия межгорных котловин Тувы. Автореф. канд. диссер. М., 1990. 8. Гуркова Е.А. Почвенно-географическая специфика Центрально-Тувинской котловины. Автореф. канд. диссер. Но восибирск, 2009. 18 с.

9. Куряшова С.Я., Дитц Л.Ю. дистанционное исследование природно-антропогенной трансформации почвенного по крова межгорных котловин юга Сибири // Сибирский экологический журнал. Вып. 2, 2009. С. 223–230.

10. Носин В.А. Почвы Тувы. М., 1963. 336 с.

УДК: 631.435:550.4(440.318)

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИХ ФРАКЦИЙ И ГУМУСА

В ПОВЕРХНОСТНОМ ГОРИЗОНТЕ ПОЧВ МАЛЫХ ЭРОЗИОННЫХ ФОРМ

(ЦЕНТРАЛЬНАЯ ЧАСТЬ БАССЕЙНА р. ПРОТВЫ)

Пространственная вариабельность почвенно-геохимических параметров в малых эрозионных формах (оврагах и балках), которые можно рассматривать как связующее звено между склонами междуречий и русло вой сетью, изучены мало;

особый интерес они представляют для оценки миграционных процессов. Цель рабо ты анализ пространственного распределения гранулометрических фракций и гумуса, основных факторов дифференциации содержаний химических элементов, в поверхностном горизонте почв оврага и балки, выявле ние зависимостей между ними статистическими методами.

Объекты. Овраг и балка расположены на левом берегу р. Протвы;

они относятся к группе малых эрози онных форм, прорезающих исключительно толщу четвертичных отложений. По положению в долине, морфо логии и истории развития они относятся к двум разным группам. Овраг Волчий молодой овраг, начало фор мирования которого относится ко второй половине голоцена, имеет простую ромбовидную форму в плане, длина оврага не превышает 200 м, глубина в средней части достигает 8 м. Склоны прямые, крутизной от 20о до 50о. Бровки оврага четкие, поперечный профиль V–образный, в приустьевой части – U-образный. В верхней части овраг последовательно прорезает маломощные покровные суглинки, флювиогляциальные пески и сильно опесчаненную московскую морену;

в средней части углубляется в легкоразмываемую 15-метровую толщу вод но-ледниковых песков и алевритов. В днище имеются литогенные ступени длиной 15-20 м, но в целом про дольный профиль имеет правильную вогнутую форму.

Водосборная территория оврага Волчий представляет собой трансэлювиальный ландшафт с еловым зем лянично-овсянницевым сообществом на дерново-среднеподзолистых почвах;

склоны коренного берега р. Про твы, окружающие эту форму покрыты еловыми мертвопокровными, елово-березовыми и елово-сосновыми мертвопокровными сообществами на дерново-слабоподзолистых почвах. На склонах и в днище оврага преоб ладают кустарниковые сообщества, состоящие из черемухи, бересклета, лещины. Некоторые участки днища лишены растительности. Почвенный покров склонов и днища оврага состоит из дерновых, дерновых слабораз витых разностей. На конусе выноса, под луговым, землянично-клеверо-злаковым сообществом, формируются дерновые среднемощные почвы.

Сенокосная балка имеет, вероятно, плейстоценовый возраст. Ее длина достигает 400 м, а глубина в сред ней части – 12-13 м;

имеются 2 отвершка длиной до 100 м, поперечный профиль балки – ящикообразный.

Верхние пологие (3°-5°) части склонов с плавными, часто невыраженными бровками – реликты более древних форм. Крутые (20°-40°) с четкими бровками склоны, опирающиеся на днище, сформировались в процессе уг лубления современной эрозионной формы. Склоны сложены валунными суглинками и перекрыты плащом по кровных суглинков мощностью от 1,1 до 1,45 м. Водосборная площадь Сенокосной балки, а также склоны ко 270   ренного берега, окружающие ее верхнюю часть, представлены агроландшафтами на дерново среднеподзолистых освоенных почвах. На остальной части склонов долины р. Протвы сформировались дубово еловые и елово-дубовые широкотравные сообщества на дерново-слабоподзолистых почвах. Склоны и днище балки заняты липово-березовыми и березово-рябиновыми крупнотравно-широкотравными сообществами. Поч венный покров склонов и днища балки образуют те же разности, что и в овраге, однако гранулометрический состав почв суглинистый, а в овраге часто проявляется опесчаненность почвенных профилей. На конусе вы носа, под злаково-разнотравным сообществом развиваются дерновые почвы.

Материалы и методы. Малые эрозионные формы рассматривались как единые системы, в которых все звенья (склоны, днище, конус выноса) находятся в тесном взаимодействии между собой и с окружающими ландшафтами водосборной части и склонов. В крест простирания оврага и балки были заложены профили, рас стояние между которыми, в среднем, составляло 100 м;

на каждом из них, из слоя 0-10 см (гумусового горизон та), отобраны пробы почв на: окружающей территории, в 2-3 м от бровки оврага или балки;

средней части склонов;

днище;

конусе выноса. По днищам пробы отбирались также между профилями, через 35-40 м. Всего отобрано 75 проб. В пробах определено: содержание органического углерода по Тюрину в лаборатории гео лого-геохимической экспедиции г. Бронницы. Гранулометрический анализ выполнен пирофосфатным методом в химической лаборатории Института географии РАН (г. Москва). Выборки для статистической обработки бы ли сформированы в соответствии с принадлежностью проб к геоморфологическим элементам малых эрозион ных форм: склонам, днищу, конусу выноса, а также «окружающей территории».

Связь между признаками в почвах эрозионных форм оценивалась с помощью коэффициента корреляции Спирмена. На его основе также выявлены пространственные линейные тренды изменений рассматриваемых параметров вдоль днища оврага и балки.

Результаты. Распределение гранулометрических фракций. Гранулометрический состав гумусовых го ризонтов дерново-подзолистых почв на территориях, окружающих овраг и балку, отличается слабо (таблица).

Среднее содержание* гранулометрических фракций и гумуса в поверхностных горизонтах дерново-подзолистых почв территорий, окружающих овраг и балку, % Сенокосная балка, *- среднее арифметическое;

**в скобках – число проб В овраге контрастно распределяется по элементам рельефа фракция среднего песка: ее содержание уве личивается от 5,7% в почвах окружающей территории до 39,3% в дерновых почвах конуса выноса, а содер жание средней и мелкой пыли, наоборот, снижается почти в 3 раза (рис. 1А). У мелкого песка и крупной пыли различия между максимальными и минимальными значениями более чем в 2 раза, но характер их распределе ния противоположный. Содержание илистой фракции слабо уменьшается в каскадной системе «окружающая территория»склоны днищеконус выноса (рис. 1А). По типу поведения гранулометрические фракции де лятся на две группы: накапливающиеся в подчиненных позициях (песчаные фракции) и рассеивающиеся в них (пылеватые и илистая фракции). Рост содержаний песчаных фракций на склонах и в днище оврага можно объ яснить выходом на поверхность песчаных, флювиогляциальных отложений, а на конусе выноса – приносом из вышележащих частей оврага. Днище оврага представляет собой транзитный ландшафт для мелкопылеватой и илистой фракций, содержание которых здесь ниже, чем на склонах соответственно в 1,6 и 1,4 раза.

В балке изменение содержаний различных фракций по геоморфологическим элементам равномернее, чем в овраге. Максимальна дифференциация фракции среднего песка на склонах ее почти в 2 раза больше, чем на ок ружающей территории и в днище: соответственно 10,8%, 6,0% и 4,3%. Аналогичное, но менее контрастное рас пределение характерно для мел кого песка (рис. 1Б). Накопление песчаных фракций на склонах, вероятно, обусловлено их посту плением с окружающей террито рии в процессе механической ми грации. Так как мощность сугли нистых отложений на склонах балки превышает 1 м, то подсти лающие их опесчаненные морен ные суглинки не влияют на гра нулометрический состав верхнего горизонта почв. Пылеватые и илистая фракции распределены довольно равномерно: содержа- Рис. 1. Латеральная дифференциация средних со-держаний гранулометри ние средне-, мелкопылеватых и илистых частиц слабо возрастает эрозионной формы к его содержанию в почвах «окружающей территории»).

(в среднем на 10%, или в 1,1 раза) Рис. 2. Латеральная дифференциация средних содержаний чем с водным поверхностным стоком, домини гумуса в поверхностных горизонтах почв оврага и балки. рующим в балке.

наличие линейных пространственных трендов: аккумуляции среднего песка (слабо – мелкого песка), рассеяния крупной и средней пыли (слабо – мелкой пыли) от верховьев к конусу выноса в днищах оврага и балки.

Распределение гумуса. Содержание гумуса в почвах оврага и балки варьирует от 1 до 8,5%, что обу словлено активностью эрозионно-аккумулятивных процессов, наличием или отсутствием растительного сооб щества и его составом. Максимальные концентрации гумуса приурочены к почвам склонов (рис.2), вероятно, за счет приноса и аккумуляции материала из прилегающих ландшафтов, что подтверждает возможность накопле ния почвенного материала на склонах. Минимальные содержания гумуса приурочены к днищам. В днище обе их эрозионных форм, от верховьев к низовьям, проявляется тенденция снижения содержаний гумуса, что сов падает с характером распределения крупнопылеватых частиц. Результаты корреляционного анализа показали наличие положительной связи содержаний гумуса с фракциями средней и мелкой пыли в овраге;

в балке корреля ционные связи с гранулометрическими фракциями не выявлены.

УДК 631.442.6: 639.1.055.36(470.53)

СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОЧВ ПОДГОЛЬЦОВОГО И ГОРНО-ЛЕСНОГО ПОЯСОВ

СРЕДНЕГО УРАЛА (НА ПРИМЕРЕ ЗАПОВЕДНИКА «БАСЕГИ»)

ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА имени акад. Д.Н. Прянишникова», г. Пермь;

В целях охраны и изучения, в границы заповедников включаются типичные природные ландшафты и отдельные уникальные природные комплексы. При создании заповедников и при последующем планировании и проведении стационарных научных исследований почвам не уделялось должного внимания. Стационарные исследования, играющие важнейшую роль в изучении почв и почвообразовательных процессов, их динамики, в настоящее время в заповедниках России практически не ведутся, и только в 20 % заповедниках проводятся от дельные исследования почвенного покрова Считается, что почвенный покров заповедников представляет собой систему эталонных почв. В этом за ключается их научное и неоценимое практическое значение. Практические работы по оценке уникальности почвенных объектов являются труднореализуемыми. Почвы заповедников в разной степени изучены, инфор мация по ним не всегда опубликована. Создание списка почв горных заповедных территорий и выбор из них кадастровых объектов для Красной книги послужит уточнению их классификационного статуса и выявлению почвенного эколого-генетического разнообразия горных территорий.

Цель исследований – изучить свойства и выявить особенности горных почв подгольцового и горно лесного поясов на Западном склоне Среднего Урала. Исследования проводились на территории ООПТ запо ведник «Басеги» Горнозаводского района Пермского края. В пределах Пермского края минимальной антропо генной нарушенностью характеризуется территория заповедника «Басеги», на территории которого выделяют ся горно-лесной, подгольцовый (субальпийский), гольцовый (альпийский) пояса. В 2009 году был обследован северный склон г. Северный Басег.

Почвенное обследование г. Северный Басег проводилось с высоты 950 м до 400 м с учетом высотной по ясности. Разрезы заложены в подгольцовом поясе на высоте 700 м (разрез 5), 570 м (разрез 1) и горно-лесном поясе на высоте 430 м (разрез 9) и 400 м (разрез 10). Общими морфологическими характеристиками горных почв хребта Северный Басег является укороченный профиль, слабо выраженная дифференцированость на от дельные горизонты. В профиле почв горно-лесного пояса морфологические признаки оподзоленности не выяв лены, несмотря на наличие елово-пихтовых лесов и кислого лесного опада, но слабо выражены признаки иллю виирования в виде непрочной ореховатой структуры. Почвы отличаются щебнистостью. Необходимо отметить, 272   что чем круче склон, тем меньше мощность профиля, гумусового горизонта и ближе к поверхности массивно кристаллические породы.

Гранулометрический состав мелкозема для почв подгольцового пояса является более облегченным в гуму совых горизонтах (среднесуглинистый) с последующим утяжелением в середине профиля до тяжелосуглинистого (разрез № 5) и глинистого (разрез № 1) с облегчением вновь до среднесуглинистого к породе. В почвах горно лесного пояса гранулометрический состав более тяжелый: от тяжелосуглинистого в верхней части профиля до глинистого в породе. В связи с этим, отмечается следующая особенность горных почв: при относительно высоком содержании щебня, мелкозем является суглинистым, несмотря на обогащенность его песчаной фракцией.

Оценка гранулометрического состава проведена путем сравнения структурных формул, которые показа ли четко выраженный максимум содержания крупной пыли в почвах горно-лесного пояса и в дерновой горно лесной субальпийской. В почвах подгольцового пояса нет устойчивой структуры гранулометрического состава, возможно в связи с большой протяженностью пояса по высоте.

Определение валового состава позволяет выявить особенности горных почв по распределению оксидов по профилю в зависимости от высоты местности. Можно констатировать несколько меньшее содержание кремнекислоты в почвах подгольцового пояса (53-58 %) в сравнении с почвами горно-лесного (66-70%) (коэф фициент корреляции составил –0,8). Отмечается положительная средняя корреляционная связь между содер жанием кремнекислоты и содержанием илистой фракции (r =0.5) в горизонтах почв. Таким образом, накопле ние ила в почвах в некоторой степени зависит от разрушения и выветривания обломков элювия коренных и почвообразующих пород.

Содержание полуторных оксидов в горных почвах составляет 9-20% с преобладанием валовых форм же леза. Распределение по профилю почв и соотношение оксидов алюминия и железа в почвах не подчиняется за кономерностям, типичных для почв равнинных территорий. Железа в горных почвах содержится в 1,5-3,0 раза больше, чем алюминия, то есть создается более узкое соотношение между содержанием алюминия и железа, чем в почвах подзолистого типа равнинной части таежно-лесной зоны. Возможно, повышенное содержание ва лового железа, является причиной отсутствия признаков проявления подзолистого процесса.

Коэффициент элювиально-иллювиальной миграции Al2O3 и Fe2O3 (R2O3) в генетических горизонтах почв, в сравнении с материнской породой показывает отсутствие выноса, слабую убыль компонента в генети ческом горизонте по отношению к породе в почвах горно-лесного пояса – горно-лесных кислых неоподзолен ных. В почвах подгольцового пояса дерновой горно-лесной субальпийской (разрез № 1) имеется горизонт сильного иллювиирования соединений полуторных оксидов при отсутствии выноса в верхней части профиля. В дерновой горно-луговой субальпийской на высоте 700 м (разрез № 5) отмечается средняя степень убыли в пе регнойно-аккумулятивном горизонте, а в нижележащем типичное накопление полуторных оксидов. По этому коэффициенту данная почва имеет элювиально-иллювиальный тип профиля.

Наименьшая контрастность в профиле почв проявляется по относительному содержанию кремнекислоты и молярному отношению SiO2:R2O3, причем больше всего это наблюдается в почвах горно-лесного пояса (раз резы № 9, 10). Во всех почвах независимо от высоты н.у.м. отмечается сильная дифференциация по валовому содержанию алюминия. Очень высокая дифференциация по профилю почв отмечается по молярному отноше нию кремнекислоты к валовому железу. По отношению кремнекислоты в целом к полуторным оксидам, на блюдается невысокая дифференциация по профилю, причем в почвах горно-лесного пояса наименьшая.

Анализируя физико-химические свойства горных почв, можно отметить следующее. Во-первых, растя нутый гумусовый профиль как в почвах подгольцового пояса, так и в почвах горно-лесного пояса. Во-вторых, горные почвы имеют очень кислую реакцию среды (2,9-4,1) независимо от высоты местности и произрастаю щей растительности. Кроме того, почвы отличаются от равнинных достаточно высокой гидролитической ки слотностью: от 11,6-17,8 мг-экв/100г почвы в подгольцовом поясе до 23,2-27,1 мг-экв/100г почвы в горно лесном. Горные почвы обогащены обменным алюминием (3,0-12,5 мг-экв/100г) и ненасыщенны обменными основаниями (1,4-16,0 мг-экв/100г). Емкость катионного обмена варьирует от 19,1 до 37,1 в поверхностных го ризонтах с постепенным понижением вниз по профилю. Степень насыщенности почв основаниями выше в почвах подгольцового пояса (39-68 %) за счет большего развития травянистой растительности.

Таким образом, в почвах горно-лесного пояса отмечается некоторая выщелоченность кальция из верхних горизонтов. При рН ниже 5,0 алюминий легко мобилизуется, становясь более мобильным, и конкурирует с водо родом и другими катионами за место в почвенно-поглощающем комплексе. Обменный алюминий в силу своей валентности в таких кислых условиях вытесняет Са из ППК и сильнее в нем удерживается. Отмечается четкая об ратная зависимость их содержания по профилю почв. Так, коэффициент корреляции между содержанием обмен ных оснований и обменным алюминием составил –0,6. Исследования К.К. Гедройца в свое время показали, что коллоидные глинистые минералы, связанные с алюминием образуют соли силикатов, которые имеют большую прочность к разрушающему воздействию на них воды. Этим и объясняется отсутствие признаков оподзоленности в профиле почв при достаточно высокой кислотности. Кроме того, установлена обратная средняя корреляционная зависимость между содержанием обменного алюминия, гидролитической кислотностью и высотой н.у.м. (–0,7).

Итак, не насыщенность почв основаниями и высокое содержание обменного алюминия в почвах зависит от высоты н. у. м., так как процессы почвообразования и выветривания протекают неодинаково в разных гор ных поясах. По физико-химическим свойствам можно судить, что в почвах создаются условия для подзолисто го процесса как под лесной, так и под луговой растительностью. Однако, в горных почвах существуют явления и процессы, ограничивающие проявление подзолообразования. Проведенный анализ свойств показал, что оп ределение физико-химических свойств горных почв не дает полной картины о процессах в них происходящих.

Групповой состав гумуса показывает невысокую подвижность органического вещества в верхних горизон тах, увеличивающуюся с глубиной. Органические коллоиды образуют с алюминием устойчивые соединения, что делает их малоподвижными и тем самым ограничивают подзолообразование, несмотря на кислую природу гуму совых веществ и фульватный гумус. Установлена прямая корреляционная зависимость между степенью гумифи кации и содержанием обменного алюминия (0,7). Степень гумификации органических остатков очень низкая (1, 8,8 %) и очень высокое содержание негидролизуемого остатка (66,9-94,7 %). Причем, наибольшая степень гуми фикации отмечается на высоте 750 м в подгольцовом поясе и постепенно понижается к почвам горно-лесного пояса, в которых значения составляют менее 5 %. Математически доказана эта взаимосвязь (r=0.99).

Низкая степень гумификации говорит о невысокой биологической активности горных почв в целом, и большей частью в почвах горно-лесного пояса. Избыточная влажность, недостаток тепла, кислая реакция сре ды, кислые продукты трансформации растительных остатков, высокое содержание обменного алюминия, вы щелоченность профиля от кальция и магния способствуют консервации органического вещества в стабильной части гумуса (негидролизуемый остаток). Математически доказана сильная корреляционная зависимость меж ду содержанием негидролизуемого остатка и высотой н.у.м. (r=0.8).

Таким образом, несмотря на достаточно высокое содержание гумуса в горных почвах (3,8-14,9 %), фор мирующихся в достаточно суровых условиях, его качественный состав значительно обогащен фульвокислота ми. Трансформация органических остатков задерживается на промежуточных продуктах образования, что воз можно и является причиной накопления фульвокислот и негидролизуемого остатка, что в свою очередь не спо собствует образованию гуминовых кислот.

Условия залегания горных почв и особое сочетание факторов почвообразования в разных высотных поя сах создают специфические особенности почв по гранулометрическому и валовому составов, физико химическим свойствам, что отличает их от равнинных почв таежно-лесной зоны. На основании выделенных особенностей можно заключить, что почвы горно-лесного пояса так же, как и подгольцового, можно считать специфическими горными почвообразованиями.

УДК 594.1 504. 4.054;

504.53.04;

631.46.427.12;

631.427.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ПОЧВЫ ПРИ ПОСЛЕДЕЙСТВИИ

ИМПАКТНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Национальный научный центр «Институт почвоведения и агрохимии им. А.Н. Соколовского» НААНУ, Почвы, как компонент биогеоценоза, являются средой для существования микроорганизмов, которые играют одну из ведущих ролей в процессе почвообразования, эволюции почв, в значительной степени опреде ляют их основное свойство - плодородие. При увеличивающемся влиянии интенсивного техногенного действия на биосферу, в частности загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) на почвы и сопредельные среды, возрастает необходимость в контроле их состояния и разработке экспрессных методов, критериев оценки, которые позво лят в короткие сроки оценить экологическое состояние почвенной системы.

Последействие полиэлементного загрязнения чернозема оподзоленного тяжелосуглинистого (рН вод ный – 5,7;

рН сол. – 5,2;

гумус - 3,7%;

сумма поглощенных оснований – 240 ммоль/кг;

валовое содержание азота – 0,2%, фосфора –0,12%, калия – 2,8%;

содержание легкогидролизуемого азота – 3,8 мг/100г почвы;

подвижных Р2О5 и К2О (по Чирикову) – 4,8 и 10,3 мг/100 г соответственно) разными дозами ТМ изучали в микрополевом опыте в сосудах без дна (40х20 см) на территории опытного хозяйства “Коммунар” Харьков ской области. Повторность вариантов опыта трехкратная, с рендомизацией сосудов и моделированием за грязнение почвы, соответствующего уровням 3, 5, 7, 10, 15 и 20 – кратного превышения регионального фо нового содержания Cd, Zn, Ni, Pb (0,8–58-24-10 мг/кг почвы соответственно). Отбор почвенных проб, микро биологические анализы проводили по общепринятым методам почвенной микробиологии на 4-ый, 7-ой и ой год после загрязнения, оценку достоверности результатов - используя корреляционный, факторный мето ды анализа в рамках пакета программ Statistica 7.0.

Численность микроорганизмов основных эколого-трофических и таксономических групп (как биотесты) определяли методом посева почвенной суспензии на твердые питательные среды: численность бактерий, ус ваивающих азот органических веществ - на МПА;

бактерий, утилизирующих минеральные формы азота, и ак тиномицетов - на КАА;

микроскопических грибов - на среде Рихтера, олиготрофов - на ГА.

Установлено, что на 4-ый год последействия загрязнения (при дозе 3 региональных кларка содержания ТМ), численность бактерий, усваивающих органический N (органотрофы, аммонификаторы) снизилась в 2, раза по сравнению с контролем, а численность микроорганизмов, усваивающих минеральный N увеличилась на 65 %. При дозе загрязнения 5 кларков численность этой группы микроорганизмов не изменялась, с увеличени ем загрязнения до 10 региональных кларков содержания ТМ - снизилась на 24 %, при 20 кларках - на 33 %.

Численность актиномицетов достоверно уменьшилась, начиная с дозы 10 кларков, а при максимальной дозе ТМ (20 кларков) их численность снизилась на 62 %. Наибольшая численность грибов наблюдалась вне загряз нения, а уменьшение на 64 % - при уровне загрязнения в 20 кларков. Численность олиготрофных микроорга низмов достоверно снизилась уже при дозе ТМ 3 кларка на 33 %, а при повышении дозы ТМ до 5 кларков их численность существенно не изменялась. Тем не менее, при дозе загрязнения 20 кларков установлено значи тельное снижение их количества на 64 % (почти втрое). На 7-ой год последействия загрязнения ТМ наблюда лась максимальная численность почти всех групп (за исключением микромицетов и олиготрофов). При этом, органотрофные бактерии в интервале 3-10 кларков ТМ формируют близкие по численности группы, а спад их численности наблюдается при загрязнении в 15 и 20 кларков. Минимальная численность микроорганизмов, ко 274   торые усваивают минеральный N, наблюдалась при 15 и 20 кларках загрязнения. Значительное снижение чис ленности актиномицетов (56% от контроля) наблюдалось при 20-ти кратном превышении фона содержания ТМ в почве. Достоверное снижение количества микроскопических грибов установлено с 7 кларков превышения и достигало минимума при загрязнении в 15 фоновых уровней содержания ТМ. Существенное снижение числен ности олиготрофов установлено при 15 и 20 кларках превышения содержания ТМ.

На 8 год последействия загрязнения почвы ТМ численность органотрофов (бактерий, которые утили зируют N в органической форме) при уровнях загрязнения 3 кларка возрастало, в сравнении с численностью на контрольном варианте, снижение их содержания наблюдалось с дозы 7 кларков. Минимум содержания органотрофных бактерий (снижение на 60 % относительно контроля) наблюдалось при загрязнении дозой кларков. Численность микроорганизмов, которые усваивают минеральный N уменьшилась при 3-5 фонах со держания ТМ на 4 - 14 %, при 5-10 - на 53 %, при 15-20 - на 58-60 %. Максимальная численность актиноми цетов была на контроле, с ростом доз ТМ установлено минимальные значения при дозе 20 кларков. Установ лено, что при исследованных максимальных уровнях загрязнения почвы ТМ увеличивается численность микроскопических грибов, а численность олиготрофов при загрязнении ТМ от 10 кларков снижается, а ми нимум их численности наблюдался при дозе 20 кларков ТМ. Таким образом, наиболее чувствительными к загрязнению ТМ, из исследуемых групп микрофлоры, оказались органотрофные бактерии, актиномицеты и олиготрофы. Уменьшение численности микроорганизмов и специфическое перераспределение их эколого трофических групп, как индикаторов эффективного функционирования микробного ценоза, свидетельствует о биологической деградации при загрязнении.

Доказана также эффективность использования показателей, характеризующих направленность микро биологических процессов при загрязнении ТМ. Так, показатель минерализации-иммобилизации (соотношение количества микроорганизмов, которые усваивают минеральный и органический азот (КАА/МПА)) характери зует напряженность минерализующей функции микробного ценоза почвы. При загрязнении ТМ на уровне 3-х кларков на 4 год последействия загрязнения показатель минерализации увеличился к уровню 7,3, а при увели чении загрязнения до 5, 10, 15 и 20 кларков - соответственно с 1,96 на контроле до 3,4 - 2,4 - 3,1 - 2,4. На 7 и год последействия фактора загрязнения почвы установлено снижение показателя минерализации (соответст венно с 5 до 3,37 и с 3,49 до 1,99) начиная с дозы 10 кларков загрязнения ТМ.

Показатель олиготрофности (соотношение микроорганизмов с олиготрофным и эвтрофным типом пита ния, %), являясь индикатором обеспеченности почвы питательными веществами, их доступности для микроор ганизмов и растений, при загрязнении ТМ уменьшается с 88 % до 51 % на 4 год последействия ТМ. На 7 год последействия полиэлементного загрязнения ВМ показатель олиготрофности также снижался с 50 % (кон троль) до 40 %, 30 % и 27 % при загрязнении на уровне 10-15-20 кларков превышения соответственно. Тем не менее, на 8 год наблюдений последействия ТМ наблюдалось повышение показателя олиготрофности при за грязнении ТМ в 5, 7, 10, 15 раз превышающем фон. Снижение этого показателя установлено при 20-ти кратном превышении фонового уровня содержания в черноземе оподзоленном. Известно, что низкий уровень показате ля олиготрофности (100 %) индикатор хорошего трофического режима почвы. Однако, снижение показателя олиготрофности при загрязнении ТМ свидетельствует об увеличении подвижности гумуса, повышение его дос тупности для микроорганизмов почвы, ускоряет минерализацию гумуса, создает угрозу его деструкции и сни жению запасов в почве. Таким образом, динамика изменений показателя олиготрофности является показателем влияния загрязнения ТМ (на уровне 15-20 кларков превышения фона содержания) на структуру микробоценоза почвы, оптимальное соотношение численности его трофических групп.

Установлено, что изменение трофической структуры приводит к нарушениям трофических связей микро организмов почвы. Сравнительный анализ микробиологических показателей свидетельствует о дифференциации микробных ценозов на несколько групп в соответствии почвенным условиям, которые сформировались при по следействии полиэлементного загрязнения ТМ. Так, на 4-ый год последействия загрязнения ТМ, выделено четыре группы микробных ценозов в соответствии с параметрами численности основных эколого-трофических групп микроорганизмов и концентраций загрязнителей почвы. Наиболее многочисленный микробоценоз соответствует отсутствию загрязнения. Далее следует микробный ценоз при загрязнении 3-5 кларков превышения, 7-15 кларкам и 20 кларкам загрязнения почвы ТМ. На 7-8-ой год последействия загрязнения наблюдалась дальнейшая стабили зация и рост дифференциации микробных ценозов чернозема оподзоленного. По показателям уменьшения чис ленности микроорганизмов и увеличения уровней загрязнения ТМ установлено четыре сформированных микроб ных ценоза: незагрязненная почва, 3-5 кларков ТМ, 7-10 и 15-20 кларков превышения содержания ТМ.

Расчёт суммарного биологического показателя (СБП, как соотношение суммы, определенных в %, микробиологических показателей и их количества;

за 100% принималось максимальное значение каждого показателя) подтверждает дифференциацию параметров микробных комплексов в течение 8 лет последейст вия полиэлементного загрязнения чернозема оподзоленного. Так, на 4-ый год исследований наблюдалось уменьшение СБП с 92 % на незагрязненном контроле до 74 % при 3–5-кратном превышении фона ТМ, до 70 % - при загрязнении ТМ 7-15 кларков и до 41% - при 20-ти кратном превышении региональных кларков ТМ. На 7-ой год последействия загрязнения ТМ для контроля СБП составляет 97%. При загрязнении 3- кларков ТМ СБП снизился до 79%, при 7-10 кларках СБП составил 65%, при 15-20 кларках ТМ СБП снизил ся до 47%. На 8-ой год последействия загрязнения ТМ максимальное значение СБП установлено на неза грязненном контроле и составило 83 %, следующие четыре группы микробных ценозов имеют следующие значения СБП: 76 % - при 3 кларках загрязнения ТМ, 66 % при 5-7 кларках ТМ, 53 % при 10-15 кларках пре вышения природного фона ТМ. При максимальном уровне загрязнения СБП составил 47%, что свидетельст вует о значительном ухудшении условий существования микроорганизмов почвы, влиянии полиэлементного загрязнения почвы ТМ на структурное функционирование микробного ценоза почвы, указывает на биоде градационные процессы в почве при загрязнении.

Расчет показателя биологической деградации (ПБД, как средняя арифметическая отклонений микробиоло гических показателей (в %) при их ухудшении по оценочной шкале биологической деградации (БД) почвы: отсут ствие БД – ПБД = 0-10 %;

слабый уровень БД – ПБД = 10 %;

средний уровень БД – ПБД = 25 %;

высокий уровень БД – ПБД = 50 %;

чрезвычайно высокий уровень БД - ПБД 75 %;

за 100% принято значение каждого показателя на контроле) показал, что на 4-ый год последействия загрязнения при уровнях 3-5 кларков установлена слабая степень деградации (до 13 %), при 10-15 кларках – средняя степень (до 26 %), при загрязнении в 20 кларков – сильная степень деградации (54 %). На 7-ой год последействия ТМ установлено, что при дозе 3 кларка – нижняя граница среднего степени (28 %), на фоне внесения туков при 3-5 кларках – слабая степень (21 %), при 7-10 клар ках – средняя степень (33 %), а при 15-20 кларках – сильная степень деградации (52 %). На 8-ой год последействия ТМ установлено, что при 3 кларках превышения содержания ТМ отсутствует деградация (ПБД 9 %), 5-10 кларках – слабая степень (ПБД 21 %), 10-15 кларков – средняя степень (ПБД 38 %), 20 кларков – верхняя граница средней степени деградации (ПБД 49 %). Таким образом, по ПБД оценивали возможность восстановления биологических свойств загрязненной почвы во времени. Следовательно, явления БД, установленные по снижению СБП и увели чению ПБД, наблюдаются на 8-ой год последействия загрязнения ТМ почвы. Возникновение и развитие процес сов БД, как следствие загрязнения почвы ТМ, их продолжительность и обратимость зависят от уровня загрязне ния почвы ТМ. Снижение СБП и увеличение ПБД показатели стабильного сохранения дифференциации измене ний микробоценозов по численности составляющих их групп при изученном последействии загрязнения.

УДК 633/635;

631.

САМООРГАНИЗАЦИОННАЯ ОСНОВА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ В АПК И

ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИИ

* Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Идеальные свойства самоорганизующихся эволюционирующих природных систем - их самопроизволь ная устремленность в развитии к экономности: энергетической, вещественной и информационной. С усложне нием системы ее прогрессивная эволюция ускоряется. Эти свойства самоорганизации необходимо учитывать в целевых функциях оптимального управления в АПК и природопользовании.

Аграрное производство, как и многие иные производства, использует природные ресурсы, созданные са моорганизующейся природой в процессе ее эволюции. Создание машинных технологий производства сельскохо зяйственной продукции на основе систем «точного» (высокоэффективного) земледелия и животноводства при знано генеральным направлением агроинженерных исследований в 21 веке [1]. Основным негативным воздейст вием энергоустановок считают загрязнение атмосферы СО2. Для государств, подписавших Киотский протокол, лимитируются квоты этого загрязнения [2]. В соответствии с исследованиями В.Н. Кудеярова естественная расти тельность территории РФ утилизирует объемы СО2, сопоставимые с продуцированием ее всеми установками мира [3]. Управление высокоэффективными агротехнологиями должно быть экологосовместимым. Оно должно обес печивать минимизацию негативных воздействий технологий на природу и на используемые ими ресурсы. Группе исследователей ВИЭСХ удалось обосновать закон выживания, сущность которого противоположна второму на чалу термодинамики. Этот закон и начало в виде зеркальной динамичной симметрии образуют единый принцип энегетической экстремальности самоорганизации и прогрессивной эволюции [4, 5] Аграрноэкологические и экологические природные системы являются сложными динамическими систе мами, надежный анализ их и управление ими принципиально затруднено. Для преодоления этой трудности ис пользуют идеализацию подобных систем, например, идеализацию сложных электроэнергетических систем.

Под идеализацией понимается выделение определяющих и отбрасывание второстепенных свойств (в условиях решаемой задачи) того или иного явления, процесса или устройства. Подобные идеализированные системы часто называют математическими моделями. Моделированию агроценозов, агроэкосистем и экосистем посвя щено огромное количество исследований [5]. В большинстве случаев в этих исследованиях используют имита ционные модели, для которых характерны сложность и очень низкая точность.

Анализ эколого-биологических моделей позволил придти к заключению, что для надежного моделиро вания агроценозов и агроэкосистем необходимо использовать биотехноэнергетическую идеализацию. Нами разработан и успешно применяется метод эксэргетического анализа преобразований энергии оптического излу чения растениями в процессе фотосинтеза [3, 4].

Исходя из закона выживания, принципа энергетической экстремальности самоорганизации и прогрес сивной эволюции выявлено, что дальнейшее развитие высокоинтенсивного растениеводства должно привести к формированию научных основ оптимизации систем биотехноценозов. Важную роль в создании этих основ должны выполнить исследования по развитию теории оптимального управления в АПК.

Рассмотрим общие исходные положения и основные составляющие этой теории. Главным процессом аг рарного производства является энергетический процесс преобразования энергии солнечного излучения в хими ческую энергию сельскохозяйственной продукции – исходной продукции продовольствия и органического сы рья. Главный энергетический вход в систему АПК – энергия солнечного излучения (97 – 98 %) и техногенная энергия (2 – 3 %). Главный энергопреобразующий процесс растениеводства и земледелия – фотосинтез расте ний и технологические процессы антропогенной составляющей агротехнологий.

276   Начальной составляющей тории оптимального управления АПК, исходя из вышерассмотренного, долж на быть биотехноэнергетическая модель. Такая энергетическая модель АПК разработана на основе принципа подчинения синергетики [5]. Сущность этого принципа в том, что для удобства анализа сложной системы с многими параметрами и переменными, в ней выбирают в качестве «переменной порядка» ту из переменных, которая наиболее быстро изменяется и наиболее сильно влияет на основной процесс системы. В дальнейшем анализе только переменную порядка используют как переменную, а остальные рассматривают в качестве пара метров управления. В модели АПК в качестве переменной порядка принята величина притока к растениям той части энергии солнечного излучения, которая потенциально пригодна для фотосинтеза растений и формирова ния ими урожая – эксэргия солнечной энергии для растениеводства [5, 6].

Эксэргия солнечной энергии использована в качестве исходной величины для количественного опреде ления агроэкологических величин. Ее роль в земледелии, растениеводстве и экологии аналогична роли величи ны скорости света в теоретической физике. Значение эксэргии солнечной энергии ограничивает максимальное значение как плодородия земельного угодия, так и потенциальной продуктивности растений (вида, сорта, гиб рида) в заданных экологических условиях.

Важной составляющей теорий управлении являются основные целевые функции управления. В компью терной системе энерго-, ресурсосберегающей оптимизации эколого-совместимого производства отдельных ви дов продукции растениеводства, разработанной в ГНУ ВИЭСХ, основными целевыми функциями приняты:

минимизация техногенной энергоемкости и материальных затрат на получение продукции, а также максимиза ция использования эксэргии излучения и других экологических условий земельных угодий. Реализация этих функций в системе осуществляется выбором оптимального сочетания элементов из трех групп множеств аль тернативных для получения требуемой продукции: экологических условий земельных угодий;

эколого физиологических характеристик видов (сортов, гибридов) растений;

зональных сортовых агротехнологий со средствами их осуществления.

Для общих систем оптимального управления в АПК и природопользовании рассмотренных целевых функций, очевидно, недостаточно. Целевые функции этих систем оптимального управления в АПК должны также отражать упомянутые выше идеальные свойства прогрессивной эволюции самоорганизующейся приро ды. Они заслуживают более подробного рассмотрения.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
 




Похожие материалы:

«Посвящается 60–летию Ботанического сада-института ДВО РАН RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES FAR EASTERN BRANCH BOTANICAL GARDEN-INSTITUTE PLANTS IN MONSOON CLIMATE Proceedings of V Scientific Conference Plants in Monsoon Climate (Vladivostok, October 20–23, 2009) V Vladivostok 2009 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ БОТАНИЧЕСКИЙ САД-ИНСТИТУТ РАСТЕНИЯ В МУССОНОМ КЛИМАТЕ Материалы V научной конференции Растения в муссонном климате (Владивосток, 20–23 октября 2009 г.) V Владивосток УДК ...»

«2nd International Scientific Conference Applied Sciences in Europe: tendencies of contemporary development Hosted by the ORT Publishing and The Center For Social and Political Studies “Premier” Conference papers June 22, 2013 Stuttgart, Germany 2nd International Scientific Conference “Applied Sciences in Europe: tendencies of contemporary development”: Papers of the 1st International Scientific Conference. June 22, 2013, Stuttgart, Germany. 168 p. Edited by Ludwig Siebenberg Technical Editor: ...»

«Национальная академия наук Беларуси Центральный ботанический сад Отдел биохимии и биотехнологии растений Биологически активные вещества растений – изучение и использование Материалы международной научной конференции (29–31 мая 2013 г., г. Минск) Минск 2013 Организационный комитет конференции: УДК 58(476-25)(082) Титок В.В., доктор биологических наук, доцент (председатель) ББК 28.5(4Беи)я43 (Беларусь) О-81 Решетников В.Н., академик, доктор биологических наук, профес сор (сопредседатель) ...»

«Национальная академия наук Беларуси Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича Научно-практический центр по биоресурсам Центральный ботанический сад Институт леса Материалы II-ой международной научно-практической конференции ПРОБЛЕМЫ СОХРАНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ Минск, Беларусь 22–26 октября 2012 г. Минск Минсктиппроект 2012 УДК 574 П 78 Редакционная коллегия: В.И. Парфенов, доктор биологических наук, академик НАН Беларуси В.П. ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Международная академия авторов научных открытий и изобретений (МААНОИ) ФГБОУ ВПО Горский государственный аграрный университет Республиканская общественная организация АМЫРАН МАТЕРИАЛЫ VIII Международной научно-практической конференции АКТУАЛЬНЫЕ И НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ НАУКИ (Часть 2) посвященной 75-летию со дня рождения ученого - микробиолога и агроэколога, Заслуженного работника высшей школы РФ, Заслуженного деятеля науки ...»

«- ЦИ БАЙ-ШИ Е.В.Завадская Содержание От автора Бабочка Бредбери и цикада Ци Бай-ши Мастер, владеющий сходством и несходством Жизнь художника, рассказанная им самим Истоки и традиции Каллиграфия и печати, техника и материалы Пейзаж Цветы и птицы, травы и насекомые Портрет и жанр Эстетический феномен живописи Ци Бай-ши Заключение Человек — мера всех вещей Иллюстрации в тексте О книге ББК 85.143(3) 3—13 Эта книга—первая, на русском языке, большая монография о великом китайском художнике XX века. ...»

«УДК 821.0(075.8) ББК 83.3(5 Кит)я73 Г. П. Аникина, И. Ю. Воробьёва Китайская классическая литература: Учебно- методическое пособие. В пособии предпринята попытка представить китайскую классическую литературу как важнейшую часть культуры Китая. Главы, посвящённые поэзии, прозе и драматургии, дают представление об общем процессе развития китайской литературы, об её отдельных памятниках и представителях. В пособии прослеживается одна из главных особенностей китайской культуры – преемственность и ...»

«ЧЕРЕЗ ПЛАМЯ ВОЙНЫ 1941 - 1945 КУРГАНСКАЯ ОБЛАСТЬ ПРИТОБОЛЬНЫЙ РАЙОН Парус - М, 2000 К 03(07) 55-летию Победы посвящается Через пламя войны Составители: Г. А. Саунин, Е. Г. Панкратова, Л. М. Чупрова. Редакционная комиссия: Е.С.Черняк (председатель), С.В.Сахаров(зам. председателя), : Н.И.Афанасьева, Л.Н.Булычева, Ю.А.Герасимов, Н.В.Катайцева, А.Д.Кунгуров, Л.В.Подкосов, С.И.Сидоров, Н.В.Филиппов, Н.Р.Ярош. Книга издана по заказу и на средства Администрации Притобольного района. Администрация ...»

«Белорусский государственный университет Географический факультет Кафедра почвоведения и геологии Клебанович Н.В. ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ МЕЛИОРАЦИИ ПОЧВ Пособие для студентов специальностей география географические информационные системы Минск – 2005 УДК 631.8 ББК Рецензенты: доктор сельскохозяйственных наук С.Е. Головатый кандидат сельскохозяйственных наук Рекомендовано Ученым советом географического факультета Протокол № Клебанович Н.В. Основы химической мелиорации почв: курс лекций для студентов ...»

« Делоне Н.Л. Человек Земля, Вселенная Моей дорогой дочери Татьяне посвящаю. Д е л о н е Н.Л. ЧЕЛОВЕК, ЗЕМЛЯ, ВСЕЛЕННАЯ 2 - е и з д а н и е(исправленноеавтором) Особую благодарность приношу Анатолию Ивановичу Григорьеву, без благородного участия которого не было бы книги. Москва-Воронеж 2007 Сайт Н.Л. Делоне: www.N-L-Delone.ru Зеркало сайта: http://delone.botaniklife.ru УДК 631.523 ББК 28.089 Д295 Человек, Земля, Вселенная. 2-е издание / Делоне Н.Л. - Москва-Воронеж, 2007. - 148 с. ©Делоне Н.Л., ...»

«Президентский центр Б.Н. Ельцина М.Р. Зезина О.Г. Малышева Ф.В. Малхозова Р.Г. Пихоя ЧЕЛОВЕК ПЕРЕМЕН Исследование политической биографии Б.Н. Ельцина Москва Новый хронограф 2011 Оглавление УДК 32(470+571)(092)Ельцин Б.Н. ББК 63.3(2)64-8Ельцин Б.Н. Предисловие 6 Ч-39 Часть 1. УРАЛ Глава 1. Детство Издано при содействии Президентского центра Б.Н. Ельцина Хозяева и Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям Курс — на ликвидацию кулачества как класса Высылка Колхозники Запись акта о ...»

«АССОЦИАЦИЯ СПЕЦИАЛИСТОВ ПО КЛЕТОЧНЫМ КУЛЬТУРАМ ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ISSN 2077 - 6055 КЛЕТОЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ ВЫПУСК 30 CАНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2014 -2- УДК 576.3, 576.4, 576.5, 576.8.097, М-54 ISSN 2077-6055 Клеточные культуры. Информационный бюллетень. Выпуск 30. Отв. ред. М.С. Богданова. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2014. — 99 с. Настоящий выпуск посвящен памяти Георгия Петровича Пинаева — выдающегося ученого, доктора биологических наук, профессора, ...»

«Стратегия независимости 1 Нурсултан Назарбаев КАЗАХСТАНСКИЙ ПУТЬ КАЗАХСТАНСКИЙ ПУТЬ 2 ББК 63.3 (5 Каз) Н 17 Назарбаев Н. Н 17 Казахстанский путь, – Караганда, 2006 – 372 стр. ISBN 9965–442–61–4 Книга Главы государства рассказывает о самых трудных и ярких моментах в новейшей истории Казахстана. Каждая из девяти глав раскрывает знаковые шаги на пути становления молодого независимого государства. Это работа над Стратегией развития Казахстана до 2030 года, процесс принятия действующей Конституции ...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.