Климатические ареалы и распределение полей в координатах системы "почва - климат" по территории южной границы криолитозоны Забайкалья

Размещено на http://www.allbest.ru/

КЛИМАТИЧЕСКИЕ АРЕАЛЫ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЙ В КООРДИНАТАХ СИСТЕМЫ «ПОЧВА -- КЛИМАТ» ПО ТЕРРИТОРИИ ЮЖНОЙ ГРАНИЦЫ КРИОЛИТОЗОНЫ ЗАБАЙКАЛЬЯ

Бадмаев Нимажап Баяржапович,

доктор биологических наук, профессор

Гынинова Аюр Базаровна, доктор биологических наук

Цыбенов Юрий Бадмажапович, кандидат биологических наук

Аннотация

забайкалье плоскогорье криолитозона пространственный

На основе иерархического принципа почвенно-географического районирования последовательно выбраны Северо-Байкальская и Забайкальская горная провинции, внутри которых выделены пространственные границы Еравнинско-Телембинского юга Витимского плоскогорья (ЮВП) и Кижингинско-Шилкинского среднегорного севера Селенгинского среднегорья (ССС) почвенного округа по территории южной границы криолитозоны Забайкалья. Сопряженный анализ мелкомасштабных карт (М 1: 3 500 000) позволил выявить взаимоспецифические состояния почв и климатических факторов среды, определить климатические ареалы почв и распределение полей в координатах системы «почва -- климат» на уровне почвенных округов. Для поиска новых сочетаний факторов почвообразования использованы тематические карты литогенных и мерзлотных условий, которые позволили определить ключевые полигоны-трансекты на разных типах распространения многолетней мерзлоты с контрастным почвенным покровом.

Ключевые слова: климатические параметры, координатный анализ, почвенный покров, факторы почвообразования, экологическая ниша типов почв

Abstract

CLIMATIC AREAS AND FIELD DISTRIBUTION IN THE COORDINATES OF "SOIL -- CLIMATE" SYSTEM ALONG THE SOUTHERN BORDER OF TRANSBAIKAL CRYOLITHOZONE

Nimazhap B. Badmaev Dr. Sci. (Biol.), Prof., Deputy Director for Research, Head of Geography and Soil Ecology Laboratory

Ayur B. Gyninova Dr. Sci. (Biol.), Chief Researcher,

Yury B. Tsybenov Cand. Sci. (Biol.), Head of Laboratory of Soil Biochemistry, Institute of General and Experimental Biology SB RAS,

Based on the hierarchical principle of soil-geographical regionalization we sequentially chosen North Baikal and Transbaikal mountain provinces, and distinguish within them spatial boundaries of Eravninsko-Telembinsky south of the Vitim plateau (SVP) and Kizhinginsko-Shilkinsky mid-mountain north of the Selenga Highlands (NSH) of the soil region along the southern border of Transbaikal cryolithozone. Cross-spectrum analysis of small-scale maps (M 1: 3 500 000) allowed us to reveal mutually specific constitution of soils and climatic conditions, to determine the climatic range of soils and fields distribution in the coordinates of "soil-climate" system at the level of soil regions. For the search of new combinations of soil formation factors we used thematic maps of lithogenic and permafrost conditions, which made it possible to identify key transect polygons on different types of permafrost distribution with a contrasting soil cover.

Keywords: climatic parameters, coordinate analysis, soil cover, soil formation factors, ecological niche of soil types.

Введение

Закономерности географии почв можно рассматривать как конкретную реализацию в реальном географическом пространстве общих закономерностей экологии почв [6], т. е. закономерностей распределения факторов почвообразования. Почва как самостоятельное естественно -историческое тело представляет собой противоречивое единство четырех составляющих, таких как совокупность литогенных свойств, унаследованных от исходных почвообразующих пород; совокупность педогенных свойств, возникших в результате преобразования почвенными процессами исходных почвообразующих пород при участии геоморфологических факторов и климатических процессов; совокупность процессов и режимов циклического характера, представляющих жизнь почв; совокупность антропогенных свойств [1; 11].

Изменяясь в пространстве, эти составляющие формируют почвенный покров конкретной территории, имеющий свои специфические черты, которые выражаются в его строении и взаимодействии почв между собой. Следовательно, почвенный покров можно рассматривать как сложную многокомпонентную и многоуровневую систему иерархических единиц, для оценки разнообразия которой необходимо использование современных методов анализа картографической информации.

В почвоведении для анализа почвенно-экологических закономерностей И. А. Соколовым [11] определены и даны понятия и термины учения об экологии почв. Так, под экологическим пространством понимается абстрактное многомерное пространство, в котором в качестве координат выступают факторы почвообразования; экологическим полем -- плоскость в экологическом пространстве, образованная либо двумя факторами, либо двумя характеристиками одного фактора при стационарности всех остальных факторов; экологическим рядом -- линия в экологическом пространстве, направленная объективная смена почв в экологическом пространстве при последовательной смене факторов почвообразования.

Далее автор продолжает, что экологическая ниша -- часть экологического пространства, занятая интересующим нас объектом, т. е. совокупностью всех комбинаций факторов, при которых возможно формирование данного объекта; экологический диапазон -- диапазон значений одного фактора или одной характеристики этого фактора, в котором возможно существование объекта; экологический ареал -- часть экологического поля, занятая интересующим нас объектом, т. е. плоскость в пространстве экологической ниши. Именно экологические ареалы изучаются в том случае, когда исследуется распределение почв в гидротермическом поле [11].

Одним из самых интересных регионов по разнообразию факторов почвообразования являются контрастные ландшафты Забайкалья [10], которые характеризуются резко континентальным климатом с широким распространением сезонной и многолетней мерзлоты, горным характером рельефа, мозаичностью растительного покрова и почвообразующих пород.

Поэтому в данной статье для установления экологической ниши почв в системе «почва -- климат» предлагается координатный анализ -- изучение формирования почв в многомерном признаковом пространстве факторов почвообразования.

Объекты и методы исследования

Для реализации цели почвенный покров представлен как система объектов, расположенных в n-мерном экологическом гиперпространстве, осями которого выступают факторы почвообразования [5]. Каждый тип почвы может формироваться лишь внутри определенной амплитуды значений каждого фактора. Крайние значения определяют тот объем многомерного пространства, который и может быть определен как экологическая ниша типа почвы.

На основе разработанного информационно-картометрического подхода (ИКП) удалось дифференцировать континуальный и чрезвычайно неоднородный контрастный почвенный покров модельных территории юга Витимского плоскогорья (ЮВП) и севера Селенгинского среднегорья (ССС) криолитозоны Забайкалья в соответствии с факторами почвообразования. Теоретической основой ИКП является положение о том, что почвенный покров -- это система, состоящая из элементов (факторы почвообразования), каждый из которых имеет свои количественные и качественные показатели и характеристики. Для выявления «скрытых» количественных и качественных показателей факторов почвообразования создается пространственная картографическая информация (КИ), которая для каждого фактора почвообразования ранжируется, в результате которого образуется многомерное признаковое пространство. На каждый выделенный почвенный контур на уровне типа накладывается КИ факторов почвообразования, рассчитывается статистическая встречаемость типа почв с отдельными факторами почвообразования и их ранговыми значениями. В конечном итоге каждый тип почв имеет только ему присущие количественные и качественные параметры, которые характеризуют его экологическую нишу в этом многомерном признаковом пространстве.

Результаты и обсуждение

На основе иерархического принципа почвенногеографического районирования последовательно выбраны Северо-Байкальская и Забайкальская горная провинции, внутри которых выделены пространственные границы Еравнинско-Телембинского ЮВП и Кижингинско-Шилкинского среднегорного ССС почвенного округа по территории южной границы криолитозоны Забайкалья (рис. 1, табл. 1).

Рис. 1 Расположение опорных разрезов почв юга Витимского плоскогорья и севера Селенгинского среднегорья на разных зонах распространения многолетнемерзлых пород

Таблица I

Многомерное признаковое пространство факторов почвообразования юга Витимского плоскогорья и севера Селенгинского среднегорья и общие параметры топоэкологическпх ниш типов почв

Примечание: ПТ -- полигон-трансект; ОР -- опорные разрезы;

Почвы: ** -- сезонномерзлотные. ПЛ -- палевые темногумусовые; Чк -- черноземы квазиоглееевые; Сл -- слитоземы темные; БР -- буро- земы грубогумусовые; Ни, к -- черноземы иллювиально-глинистые квазиоглеевые; А (Лд)с -- Аллювиальные (лимнические) дерновые слаборазвитые; Чкз -- черноземы квазиоглеевые засоленные, Чг -- черноземы глееватые; КРа** -- криоаридные; ДПб** -- дерново-подбуры; К** -- каштановые; Т -- температура; МП, Ген -- материнская порода по генезису: Э -- элювий, ЭД -- элювио-делювий, Д -- делювий, Дса -- делювий карбонатный, А -- аллювий, О -- озерные отложения,; МП, ГрС -- гранулометрический состав: п -- песок; сп -- супесь; лс -- легкий суглинок; тс -- тяжелый суглинок; гл -- глина; ПП -- почвообразующие породы

На основе сопряженного анализа картографической информации (КИ) мелкомасштабных карт (М 1:3 500 000)¹ выявлены взаимоспецифические состояния почв и климатических факторов среды (рис. 2). Статистическая выборка почвенной и тематических карт климатической среды позволила сформировать многомерное признаковое пространство системы «почва -- климат». Сопоставление гидротермических показателей рассматриваемой территории с климатическими ареалами основных типов почв [6; 7] показывает, что в подобных климатических условиях располагаются лишь ареалы тундровых и подзолистых почв (рис. 3). По среднегодовой температуре воздуха диапазон колеблется в пределах от -3,8 до -5,5 °С. Годовая сумма осадков, в диапазоне которых функционируют почвы, составляет 250-400 мм. В таком «узком» гидротермическом диапазоне, в классическом варианте которых формируются только два зональных типа (тундровые и подзолистые), на исследуемой территории выявлены до 11 типов почв. Причем последние находятся в холодной части ареала с отрицательной среднегодовой температурой. Ареалы других зональных типов почв (каштановые и черноземы) наблюдаются в условиях с положительными среднегодовыми температурами. Ведущим фактором дифференциации почвенного покрова выступает степень увлажнения, определяющая полноту использования тепловой энергии.

Рис. 2 Алгоритм информационнокартографической оценки и анализа картографической информации в системе «почва- климат» Почвы: А -- аллювиальные; К -- каштановые; Ч -- черноземы; ДТ -- дерново-таежные; МЛл -- мерзлотные луговолесные; Млч -- мерзлотные луговочерноземные; МЛ -- мерзлотные луговые

Рис. 3 Гидротермическая система и распределение полей почвенных типов ЮВП и ССС Забайкалья Почвы: А -- аллювиальные; К -- каштановые; Ч -- черноземы; ДТ -- дерново-таежные; МЛл -- мерзлотные лугово-лесные; Млч -- мерзлотные лугово-черноземные; МЛ -- мерзлотные луговые

Таким образом, специфичными для Предбайкалья и Забайкалья можно считать низкий энергетический уровень почвообразования, небольшие различия в теплообеспеченности между генетическими далекими почвами, их территориальное единство.

На основе почвенных и климатических тематических карт определены климатические ареалы, составлена гидротермическая система и распределены поля почвенных типов (рис. 4) Забайкалья [6]. Из изученных почв по атмосферному увлажнению крайние позиции занимают черноземы и каштановые почвы крио- аридных ландшафтов, с одной стороны, и мерзлотные лугово-лесные и мерзлотные луговые почвы криогидроморфных ландшафтов -- с другой. Пространственная и информационная граница по этому показателю между последними проявляется на величине 250-300 мм. Пространственной и информационной границей между мерзлотными и сезонномерзлотными почвами является величина 1400 °С, ниже которой формируются и развиваются мерзлотные, выше -- наоборот.

Рис. 4 Климатические ареалы почв ЮВП и ССС среди климатических ареалов почв В. Р. Волобуеву (1963) и В. А. Кузьмину (1988). Ареалы почв: 1 -- исследуемого региона; 2 -- Предбайкалья и Северного Забайкалья; 3 -- каштановые; 4 -- черноземы; 5 -- подзолистые; 6 -- тундровые; 7 -- бурые лесные

Таким образом, сопряженный анализ почв и климатического фона, при котором они формируются, позволил определить параметры экологических ниш в системе «почва -- климат» на уровне почвенных округов.

Система «почва -- климат» для более полной оценки влияния климата как фактора почвообразования дополнена «мерзлотным субфактором» через глубину протаивания и промерзания почв [2-5; 9]. Представленные материалы свидетельствуют о тесной зависимости глубины протаивания и промерзания от гранулометрического состава материнских пород (рис. 5) и типа растительности (рис. 6).

Рис. 5 Координатная система «Глубина промерзания/протаивания почв -- гранулометрический состав материнских пород» Почвы: Холодные: К -- каштановые; Кра -- криоаридные; ДПб -- дерново-подбуры. Мерзлотные: БР -- буроземы; ПЛ -- палевые; ЧК -- черноземы квазиоглеевые; ЧКз -- черноземы квазиоглеевые засоленные; А(Л)дс -- аллювиальные (лимнические) дерновые слаборазвитые

Рис. 6 Координатная система «Глубина промерзания/протаивания почв -- тип растительности» Почвы: Холодные: К -- каштановые; Кра -- криоаридные; ДПб -- дерново-подбуры. Мерзлотные: БР -- буроземы; ПЛ -- палевые; ЧК -- черноземы квазиоглеевые; ЧКз -- черноземы квазиоглеевые засоленные; А(Л)дс -- аллювиальные (лимнические) дерновые слаборазвитые

Выделяются отчетливо две зоны: сезоннопротаивающие мерзлотные почвы на палеоген-неогеновых отложениях тяжелого гранулометрического состава и сезоннопромерзающие холодные почвы на продуктах выветривания щебнистых нижнепалеозойских гранитоидов легкого гранулометрического состава.

Первая группа почв занимают пологие склоны северных экспозиций, начиная от лиственничных вершин (буроземы -- 2,5-3,0 м) через березовые леса средних частей (палевые -- 2,3-2,5 м) до луговых степей (черноземы квазиоглеевые 2,12,75, меньше засоленные варианты) аккумулятивных ландшафтов. Эти почвы представляют Еравнинско-Телембинский котловинный почвенный округ ЮВП в пределах переходной зоны от островного к сплошному распространению многолетней мерзлоты.

Вторая группа почв формируются в условиях засушливого холодного климата под степной растительностью и сосновыми лесами. Наиболее глубоко промерзают каштановые (3-5 м) и криоаридные (3-4 м) элювиальных и делювиальных пород супесчано-суглинистого состава. Дерново-подбуры нижнетаежного пояса отрогов хр. Улан-Бургасы промерзают несколько ниже (2,5-3 м) и замыкают группу почв Кижингинско-Шилкинского почвенного округа ССС в условиях островного распространения многолетней мерзлоты (мощностью 50-30 м).

Сопряженный анализ мелкомасштабных карт (М 1:3 500 000) позволил выявить взаимоспецифические состояния почв и климатических факторов среды, определить климатические ареалы почв и распределение полей в координатах системы «почва -- климат» на уровне почвенных округов. Для поиска новых сочетаний факторов почвообразования использованы тематические карты литогенных и мерзлотных условий [5], которые позволили определить ключевые полигоны-трансекты на разных типах распространения многолетней мерзлоты с контрастным почвенным покровом.

Заключение

На основе иерархического принципа почвенно-географического районирования последовательно выбраны Северо-Байкальская и Забайкальская горная провинции, внутри которых выделены пространственные границы Еравнинско-Телембинского юга Витимского плоскогорья и Кижингинско-Шилкинского среднегорного севера Селенгинского среднегорья почвенного округа по территории южной границы криолитозоны Забайкалья. Сопряженный анализ мелкомасштабных карт позволил выявить взаимоспецифические состояния почв и климатических факторов среды, определить климатические ареалы почв и распределение полей в координатах системы «почва -- климат» на уровне почвенных округов.

Литература

1. Система почвенных карт: опыт применения принципов поликомпонентной базовой классификации почв / Т. В. Ананко, И. А. Соколов, Д. Е. Конюшков, Б. П. Градусов // Почвоведение. 1998. № 5. С. 620-631. Текст: непосредственный.

2. Бадмаев Н. Б. Классификационная оценка теплового режима мерзлотных катен Витимского плоскогорья // Почвоведение. 1995. № 9. С. 1109-1114. Текст: непосредственный.

3. Бадмаев Н. Б. Мерзлотный режим катен Еравнинской котловины Байкальского региона // География и природные ресурсы. 1997. № 2. С. 179-183. Текст: непосредственный.

4. Бадмаев Н. Б., Корсунов В. М., Куликов А. И. Тепловлагообеспеченность склоновых земель. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 1996. 126 с.

5. Бадмаев Н. Б. Координатный анализ и принципы распознавания почв. Улан-Удэ: Изд-во Бурят. гос. ун-та, 2008. 206 с. Текст: непосредственный.

6. Волобуев В. Р. Экология почв (очерки). Баку, 1963. 260 с. Текст: непосредственный.

7. Кузьмин В. А. Почвы Предбайкалья и Северного Забайкалья. Новосибирск: Наука, 1988. 175 с. Текст: непосредственный.

8. Куликов А. И. Криогенные трещины как фактор анизотропности почвы // Почвоведение. 1995. № 4. С. 415-419. Текст: непосредственный.

9. Куликов А. И., Дугаров В. И., Корсунов В. М. Мерзлотные почвы: экология, теплоэнергетика и прогноз продуктивности. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 1997. 313 с. Текст: непосредственный.

10. Ногина Н. А. Почвы Забайкалья. Москва: Наука, 1964. 312 с. Текст: непосредственный.

11. Соколов И. А. Теоретические проблемы генетического почвоведения. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1993. 270 с. Текст: непосредственный.

Размещено на Allbest.ru