Корреляционные связи между компонентами палеоландшафтов юга Приенисейской Сибири в голоцене

Почва – это «память ландшафта», хранящая в себе информацию о географических закономерностях природной среды [6]. К палеоландшафтам относятся ландшафты геологического прошлого, которые изучают по их стратиграфическим «следам».

В голоцене, современном потеплении продолжительностью 10–12 тыс. лет, происходит формирование современного почвенного покрова. Выделяется несколько климатических периодов голоцена: предбореальный (первая половина – PB1; вторая половина – PB2); бореальный (первая половина – BO1; вторая половина – BO2), атлантический (первая половина – AT1; вторая половина – AT2), суббореальный (SB), субатлантический (SA), современный (SOV).

Цель исследования : построение корреляционных связей между климатическими данными и показателями органического вещества палеопочв на территории юга Приенисейской Сибири в голоцене.

Объекты и методы исследования . Объектами исследования являются геологические разрезы голоценовых отложений с горизонтами палеопочвы, входящих в состав Базы данных «Эволюции природной среды голоцена Сибири», расположенные на территории юга Прие-нисейской Сибири в лесостепной природной зоне [1].

Основной метод исследования – палеоэкологический мониторинг – изучает экосистемы (ландшафты) геологического прошлого, условия существования организмов разного уровня, в том числе и человека. Палеопедологи-ческий метод исследования изучает палеопочвы прошлых геологических периодов [2, 3]. Содержание гумуса и его группового и фракционного состава – один из наиболее информативных показателей при диагностике палеопочв.

Оценка корреляционных связей между показателями выполнена с использованием корреляционного, факторного и регрессионного анализа [4]. В качестве программного обеспечения использованы Пакет анализа MS Excel и StatSoft STATISTICA 6.0.

Результаты исследования и их обсуждение . Почва – ключевой компонент ландшафта, так как многие процессы, имеющее решающее значение, происходят в почве. Наличие палеопочв в осадочных отложениях голоцена, безусловно, является следствием преобладания почвообразовательного процесса над процессом осадконакопления. В голоцене существовала смена климатических показателей в зависимости от глобальных изменений климата и его продолжительности (табл.).

Реконструкция ландшафтов Красноярской лесостепи в голоцене (исходные данные)

Возраст, тыс. лет	Климатический период, индекс	Почвы	Содержание гумуса, %	Соотношение Сгк : Сфк	Растительность	Показатель сухости
0,0–0,1	SOV	Обыкновенный чернозем, темносерые лесные	9,0	1,2	Сосново-березовая лесостепь	2,0
0,1–3,0	SA	Черноземы, темносерые, дерновые лесные	2,0	1,1	Сосновоберезовая лесостепь с кедром и пихтой	1,8
3,0–4,5	SB	Дерновые, серые лесные, оподзоленные	0,8	0,9	Лиственно-березовососновые леса с елью и кедром	1,7
4,5–6,0	AT2	Черноземы, серые лесные	2,1	1,3	Березовососновая лесостепь с пихтой	1,4
6,0–8,0	AT1	Темно-серые лесные, черноземы	1,7	1,1	Березоволиственничная лесостепь	1,9
8,0–8,7	BO2	Серые лесные, подзолистые, дерновые лесные	0,7	0,8	Сосново-березовые леса с кедром и пихтой	1,8
8,7–9,5	BO1	Черноземы	1,5	1,4	Полынноразнотравная, злаковая степь	1,2
9,5–9,9	PB2	Подзолистые, подзолистоглеевые, глееземы	0,5	0,7	Злаковоразнотравная степь с кустарничковой березкой	1,8
9,9–10,3	PB1	Недифференцированные, таежные мерзлотные, криоземы	0,5	0,6	Злаковые холодные степи	2,0

Значение органического вещества для диагностики типа почвообразования палеопочв трудно переоценить. Гумусовые вещества – сложные органические соединения, образующиеся из органического вещества под влиянием условий природной среды. Важным является то, что некоторые свойства гумуса слабо подвержены вторичным изменениям. К таким свойствам относится групповой состав гумуса. При диагностике палеопочв классификационным признаком является в групповом составе гумуса отношение содержания гуминовых кислот к фульвокислотам (Сгк : Сфк). Как правило, групповой состав органического вещества гумусово-аккумулятивных горизонтов палеопочв степного генезиса относится к фульватно-гуматному типу. Соотношение Сгк : Сфк больше 1. Для палеопочв лесного генезиса групповой состав органического вещества гумусово-аккумулятивных горизонтов палеопочв относится к гуматно-фульватному типу. Соотношение Сгк : Сфк меньше 1.

Реальные значения Сгк : Сфк (см. табл.) и их значения, рассчитанные по уравнению (1), представлены на рисунке 1:

Y = 1,361 – 0,184 X 2 – 0,156 X 1 ² – 0,238 X 2 ² , (1)

где Y – отношения Сгк : Сфк; X 1 – величина «Фактора 1» (температура); X 2 – величина «Фактора 2» (осадки). Уравнение регрессии значимо на уровне p = 0,001, коэффициент детерминации R² = 0,947.

Анализ влияния отдельных показателей температуры и влажности на отношение Сгк : Сфк показал, что это отношение хорошо описывается полиномом первой степени, включающим в качестве независимых переменных температуру июля, температуру января, продолжительность безморозного периода, осадки годовые, осадки холодного периода, осадки теплого периода.

Статистическая значимость регрессионной модели p < 0,05, коэффициент детерминации R2 = 0,984 представлены на рисунке 2.

Расчётные значения        Реальные значения

Рис. 1. Реальные значения Сгк : Сфк и значения, рассчитанные по уравнению (1)

После исключения статистически незначимых коэффициентов уравнение регрессии приобретает следующий вид:

Y = - 9,065 + 0,312 X. - 0,162 X, +

^{,                ,             1,             2} ,      (2)

+ 0,023 X ₃ - 0,004 X ₄ + 0,009 X₅

где Y – отношение Сгк : Сфк; X 1 – температура июля; X 2 – температура января; X 3 – продолжительность безморозного периода; X 4 – осадки годовые; X 5 – осадки холодного периода.

При этом значимость регрессионной модели сохраняется на уровне p < 0,05, а коэффициент детерминации несколько снижается и составляет R2 = 0,961.

Рис. 2. Реальные значения Сгк: Сфк и значения, рассчитанные по уравнению множественной регрессии

Уравнение множественной регрессии включает температуру июля, температуру января, продолжительность безморозного периода, осадки годовые, осадки холодного периода, осадки теплого периода.

Анализ бета-коэффициентов показал, что основной вклад (73 %) в величину отношения Сгк : Сфк в анализи- руемый период вносили показатели температуры. На долю атмосферных осадков пришлось лишь 27 % вклада (рис. 3). Величины бета-коэффициентов представлены в виде диаграммы на рисунке 4.

11%

33%

Т июля Т января Безморозный период Осадки годовые Осадки холод.

Рис. 3. Рассчитанный на основе бета-коэффициентов относительный вклад показателей температуры и влажности в величину отношения Сгк: Сфк в анализируемый период

Рис. 4. Значения бета-коэффициентов в уравнении регрессии, описывающем влияние климатических показателей величину отношения Сгк : Сфк в анализируемый период

Суммируя результаты анализа, можно отметить, что отношение Сгк : Сфк увеличивается при росте летних температур (июль), при падении зимних температур (январь), а также при увеличении продолжительности безморозного периода и количества осадков в холодный период. В то же время увеличение суммарного количества годовых осадков ведет к снижению Сгк : Сфк.

Заключение . Влияние отдельных показателей температуры и влажности на отношение Сгк : Сфк показало, что это отношение хорошо описывается полиномом первой степени, включающим в качестве независимых переменных температуру июля, температуру января, продолжительность безморозного периода, осадки годовые, осадки холодного периода, осадки теплого периода. При этом на территории юга Приенисейской Сибири отношение Сгк : Сфк зависит как от показателей температуры, так и от показателей осадков.

Значимым является закономерное потепление, связанное с циклом увеличения показателей температуры в последнее десятилетие.