Топографические условия дренируемости почвенного покрова Владимирского Ополья

Автор: Шилов П. М.

Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil

Рубрика: Статьи

Статья в выпуске: 105, 2020 года.

Бесплатный доступ

В статье продемонстрирован подход к цифровому картографированию топографических условий дренируемости почвенного покрова Владимирского Ополья. Топографические условия модельного участка охарактеризованы цифровой моделью рельефа и производными от нее локальными и региональными морфометрическими величинами с разрешением сетки 30 × 30 м. Разнообразие условий переувлажнения описано 193 точками почвенного обследования с морфологической характеристикой степени дренируемости, из которых 170 принадлежит почвенным разрезам Госкомзема РСФСР. На основе сопоставления почв, ранжированных по степени переувлажнения, и морфометрических характеристик рельефа средствами канонического дискриминантного анализа рассчитан топографический фактор дренируемости (ТФД), объясняющий 70% изменчивости гидроморфизма почв. При помощи ТФД численно обобщено влияние характеристик формы рельефа, высоты базиса эрозии, соотношения водосборной площади и крутизны (топографический индекс влажности) на дифференциацию избыточного увлажнения почвенного покрова. В диапазоне ТФД > -0.5 упорядочены серые лесные почвы, приуроченные к дренируемым моренно-эрозионным равнинам, полого-покатым и крутым склонам долин. Область ТФД

Еще

Гидроморфизм, серые лесные почвы, канонический дискриминантный анализ

Короткий адрес: https://sciup.org/143173099

IDR: 143173099   |   DOI: 10.19047/0136-1694-2020-105-28-56

Текст научной статьи Топографические условия дренируемости почвенного покрова Владимирского Ополья

Нечерноземье – зона рискованного земледелия с преимущественно выборочным освоением ареалов наиболее благоприятных земель. К числу лимитирующих факторов, которые определяют степень земледельческой освоенности и ее региональную изменчивость в гумидных ландшафтах Нечерноземья, относится сезонное или постоянное переувлажнение почв. В зависимости от степени избыточного увлажнения почвы, длительности и интенсивности его периодов развиваются анаэробные условия, которые влияют на сроки поспевания сельскохозяйственных культур и их урожайность (Зайдельман, 1975; Прохорова, Сорокина, 1975) . Почвы с контрастными агроэкологическими характеристиками водного режима имеют низкую агрономическую совместимость относительно применяемых агротехнологий и систем удобрений (Шеин и др., 2017) .

Накопление избыточной влаги в почвенном профиле обусловлено тремя факторами: 1) условиями увлажнения – соотношением параметров климата: количество атмосферных осадков, испаряемость, суммарный сток; 2) рельефом поверхности и 3) гранулометрическим составом почвообразующих пород (Зайдельман, 1985) . Значительная протяженность Нечерноземной зоны привела к зонально-провинциальной, мозаичной картине изменчивости литолого-геоморфологических и гидротермических условий почвообразования (Агроприродное…, 1987; Гулинова, 1978; Почвен ный покров Нечерноземья…, 1986) . Разнообразие условий перераспределения влаги обуславливает изменчивость компонентного состава почвенного покрова и долевое участие в нем переувлажненных почв.

Относительно низкая степень гидроморфизма в Нечерноземье характерна для ополий (Николаев, 2013) . К их числу относится Владимирское Ополье, расположенное на границе Ярославской, Владимирской и Ивановской областей, в северо-восточной части Клинско-Дмитровской гряды (рис. 1). Большая густота эрозионного расчленения (>1 км/км 2 ) и лёссовидные почвообразующие породы обусловили преобладание дренируемых серых лесных почв в структуре почвенного покрова Владимирского Ополья (Физико географическое…, 1963) . Несмотря на доминантное положение дренируемых серых лесных почв, в почвенном покрове ополья встречаются переувлажненные почвы (Савастру, 1999; Симакова, 1987) .

Цель данного исследования заключается в оценке влияния топографического фактора на изменчивость состава водномиграционных структур почвенного покрова в однородных климатических и литологических условиях Владимирского Ополья. Под топографическим фактором понимается совокупность характеристик рельефа земной поверхности (Jenny, 1941; Troeh, 1964) . К числу таких характеристик относят локальные и нелокальные (региональные) морфометрические величины, описывающие механизмы перераспределения влаги – показатели формы, кривизны, крутизны, водосборной площади и др. (Сысуев, 2003; Shary et al., 2002; Florinsky, 2016; Hengl et al., 2009) . Несмотря на различные физико-географические условия роль ведущих факторов дифференциации почвенного увлажнения играют не более четырех-пяти морфометрических переменных из нескольких десятков известных (Bell et al., 1994; Gillin et al., 2015; Malone et al., 2018; Møller et al., 2019) . В почвенно-ландшафтных исследованиях такие факторы выступают неотъемлемой основой цифрового картографирования структуры почвенного покрова или его отдельных свойств (Debella-Gilo et al., 2009; Odeh et al., 1994; Thompson et al., 2006; Gillin et al., 2015) , почвенно-агроэкологической оценки (Липкина, 1993; Рублюк, 2003, Сорокина, 2002) .

В данной работе решаются следующие методические вопросы исследования факторов: 1) выявление индивидуального и совместного вклада нескольких независимых морфометрических переменных в пространственное варьирование почвенного увлажне- ния Владимирского Ополья; 2) численное выражение совместного действия переменных в виде интегрального фактора; 3) цифровое картографирование почв разной степени увлажнения на основе совместного анализа интегрального фактора и массива почвенных описаний.

Рис. 1. Физико-географическое положение Верхневолжского ФАНЦ в центральном Нечерноземье: 1 – граница субъектов РФ, 2 – водотоки, 3 – озера и водохранилища, 4 – Верхневолжский ФАНЦ, 5 – ополья Русской равнины.

Fig. 1. Physico-geographical location of the Verkhnevolzhsky FANTS in the central Non-Chernozem Region: 1 – borders of the constituent entities of the Russian Federation, 2 – watercourses, 3 – lakes and water reservoirs, 4 – Verkhnevolzhskiy FANTS, 5 – the Russian Plain opolie.

Создание картографической модели опирается на принципы цифрового почвенного картографирования, сформулированные в зарубежных работах (McBratney et al., 2003; Minasny, McBratney, 2016) и развиваемые в отечественных работах (Савин и др., 2019; Сорокина, Козлов, 2012; Флоринский, 2012) . Ранее схожий подход моделирования ареалов переувлажнения применен автором для почв Валдайской возвышенности (Шилов, Козлов, 2019) .

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Объектом картографирования выступил участок Владимирского Ополья площадью 15 тыс. га, охватывающий производственные поля Верхневолжского федерального аграрного научного центра (ФАНЦ) и соседних хозяйств (Суздальский район). Ландшафты ополья представляют собой возвышенную волнистоувалистую моренно-эрозионную равнину с сильно расчлененной овражно-балочной сетью, сложенную лёссовидными среднесуглинистыми отложениями мощностью 1.5–5 м, подстилаемыми мореной, с распаханными серыми лесными среднесуглинистыми почвами (Ахромеев, 2008; Модель…, 2005; Романов, 2008) .

Сумма активных температур 1 900–2 000 °С. Среднегодовая сумма осадков 575 мм. Гидротермический коэффициент Селянинова за период вегетации составляет 1.4. В отдельные годы ГТК изменяется от 0.3 до 2.9. За период активной вегетации (май – сентябрь) выпадает 280 мм осадков (Агроклиматические ресурсы…, 1968) . В пахотных почвах сложился периодически промывной тип водного режима (Алифанов, Лошакова, 1981) . С учетом почвенноагроклиматических условий в структуре севооборотов преобладают озимая и яровая пшеница, многолетние травы, зернобобовые, картофель, кукуруза (силос) (Модель…, 2005) .

Согласно почвенно-географическому районированию Владимирское Ополье относится к Среднерусской провинции дерново-подзолистых почв южной тайги, Юрьев-Польскому округу возвышенных моренных равнин с серыми лесными глинистыми и тяжелосуглинистыми пылеватыми почвами со вторым гумусовым горизонтом на покровных отложениях (Добровольский, Урусев-ская, 1984). В структуре почвенного покрова Верхневолжского ФАНЦ доминируют серые лесные почвы всех подтипов, родов и видов на лёссовидных суглинках (Модель…, 2005). Компонентный состав и генезис микроструктур почвенного покрова Владимирского ополья, в т. ч. структур, связанных с миграцией влаги, детально освящен во многих работах (Алифанов, Гугалинская, 1993; Макеев, Дубровина, 1990; Рубцова, 1974; Тюрюканов, Быстрицкая, 1971). Мезоструктуры охарактеризованы в меньшей степени (Савастру, 1999; Симакова, 1987).

Для моренно-эрозионных равнин характерны три типа водно-миграционных структур серых лесных почв. Дренируемые междуречья включают пятнистости серых лесных обычных, опод-золенных, остаточно-карбонатных почв, иногда почв со вторым гумусовым горизонтом. Слабодренируемые субгоризонтальные междуречья состоят из комбинаций зональных почв и их сла-боглееватых аналогов. В составе полугидроморфных структур ложбин, замкнутых понижений и западин преобладают пятнистости слабоглееватых и глееватых разновидностей серых лесных обычных, оподзоленных и серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом.

В северо-восточной части участка крупномасштабного картографирования сформировались дерново-подзолистые почвы на песчаных и суглинистых моренных отложениях. Иной генезис дерново-подзолистых почв не позволяет их рассматривать в одном ряду с серыми лесными и факторами их дифференциации.

Общий порядок исследования состоит из следующих этапов:

  • 1)    диагностика степени переувлажнения и ранжирование почв в ряду возрастающего гидроморфизма;

  • 2)    оценка сопряженности пространственной изменчивости переувлажненных почв с топографическими характеристиками в двух масштабах – территории научного центра (15 000 га) и полевого участка детальной съемки (320 га);

  • 3)    построение карт компонентного состава водно-миграционных структур почвенного покрова;

  • 4)    численное выражение совместного вклада наиболее значимых топографических характеристик в дифференциацию почв разной степени переувлажнения;

  • 5)    верификация результатов.

Характеристика степени переувлажнения дана при помощи диагностики почвенного профиля 193 точек полевых описаний (рис. 2) в соответствии с классификацией почв СССР (1977) и указаниями по диагностике степени заболачивания почв (Указания…, 1982) . Массив описаний Госкомзема РСФСР (1991) , Н.Г. Савастру (1999) и Д.В. Морева (2017) , а также собственные результаты полевых исследований сведены к трем категориям почв шкалы возрастающего гидроморфизма:

  •    “ Серые лесные ( Л )” – серые лесные обычные (без признаков оглеения), серые лесные оподзоленные, серые лесные оподзолен-ные со вторым гумусовым горизонтом и серые лесные остаточно-карбонатные почвы.

  •    “Серые лесные слабоглееватые ( Лсг )” – серые лесные опод-золенные, серые лесные оподзоленные со вторым гумусовым горизонтом и серые лесные слабоглееватые почвы, все с признаками слабого оглеения в нижней части горизонта B.

  •    “Серые лесные глееватые ( Лг )” – серые лесные, серые лесные оподзоленные со вторым гумусовым горизонтом и серые лесные оподзоленные глееватые почвы со слабым или средним огле-ением в горизонте ВА 2 .

Отметим, что данная классификация не охватывает полное таксономическое разнообразие зональных почв, а имеет прикладной характер в вопросах картографирования миграции влаги. При делении не приняты во внимание диагностические признаки иных процессов, например, признаки эрозионно-аккумулятивных процессов, признаки различного гумусового состояния почв. Аллювиальные и дерново-подзолистые почвы исключены из модели на основе материалов крупномасштабной почвенно-земельной съемки Госкомзема.

Картографирование очагов переувлажнения предопределяет необходимость выявления наиболее информативных факторов, влияющих на миграцию влаги. В условиях относительной однородности литологического состава неоднородность увлажнения почвенного покрова ополья сопряжена с рельефом и его уровнями организации: 1) микрорельефом различного генезиса (Алифанов, 1986; Величко и др., 1996) ; 2) мезорельефом моренно-эрозионных равнин (Савастру, 1999) .

Рис. 2. Цифровая модель рельефа Верхневолжского ФАНЦ (разрешение ячейки 30 × 30 м): 1 – основные горизонтали; 2 – водотоки; 3 – граница участка детальной почвенной съемки; 4 – точки почвенных описаний.

Fig. 2. Digital elevation model of Upper Volga FANTS (cell size 30 × 30 m): 1 – main topographic contour lines; 2 – watercourses; 3 – boundary of detailed soil survey plot; 4 – soil description points.

В основу цифрового картографирования совместной изменчивости почвенного гидроморфизма и топографических факторов его дифференциации положена сетка с регулярным шагом, в ячейках которой сопоставляются, с одной стороны, категории почв с различной степенью переувлажнения, а с другой – совокупность характеристик мезорельефа (факторов), потенциально определяющих миграцию влаги. Топографические условия Верхневолжского ФАНЦ охарактеризованы на основе ЦМР с пространствен- ным разрешением 30 × 30 м (рис. 2). ЦМР участка детальной съемки получена с БПЛА Геоскан-201 Агро (рис. 4А). Первичная ЦМР с разрешением 10 см обработана в следующем порядке: 1) фильтрация агрогенного микрорельефа (Минаев и др., 2019), который играет роль “шума” на крупномасштабной модели; 2) агрегация размера ячейки до 20 × 20 м. Для сравнительного анализа ряда почв с расчетными морфометрическими величинами (Сысуев, 2003; Florinsky, 2016) в двух масштабах выбрано близкое пространственное разрешение ЦМР, которое отражает условия миграции влаги на масштабном уровне мезорельефа.

Сопряженность пространственной изменчивости гидроморфизма почвенного покрова с топографическими факторами оценена средствами канонического дискриминантного анализа (Джонгман, 1999; Пузаченко, 2004; Webster, Burrough, 1974) . С его помощью решены три вычислительные задачи: 1) оценка индивидуального и совокупного вклада морфометрических характеристик в дифференциацию Л, Лсг и Лг почв; 2) определение наиболее значимых морфометрических величин на основе критерия Фишера; 3) прогноз условной вероятности Л, Лсг и Лг в ячейках сетки. В основе прогноза условной вероятности [1] лежит расчет дистанции Махаланобиса между элементами сетки и центрами областей каждой из трех категорий почв:

е (0,5*£>л / л сг/ л г 2 )

^ Л/Лсг/Лг = е (0,5»£> л 2 ) + е (о,5»Олсг 2 ) ( 0,5 *°Лг) , где

^ Л/Лсг/Лг

J(% ; % л/лсг/лг ) х (у ; У л/лсг/лг ) х - х 5 1

– дистанция Махаланобиса ячейки в пространстве топографических факторов:

% ; , у; „. - значения морфометрической величины в ячейке i;

%, у, . - средние значения морфометрической величины для каж дой категории почв (табл. 1);

S -1 – обратная ковариационная матрица.

Кроме того, канонический дискриминантный анализ позволяет численно выразить совместное участие наиболее значимых факторов в разделимость категорий (Козлов, Сорокина, 2012) . В результате вычисления определяется линейная комбинация [2] характеристик рельефа, в диапазоне которой средние значения дискриминируемых Л, Лсг и Лг категорий почв максимально отличаются друг от друга. Данная комбинация факторов является канонической дискриминантной функцией (Джонгман, 1999) :

fi = и0 + u1X1i + 11.2 X 21 + ••• + u k X kn , где             [2]

f i – значение канонической дискриминантной функции в точке i; u i – вес, принадлежащий фактору;

X ji – значения фактора j в точке i.

Коэффициенты канонических функций подбираются таким образом, чтобы: 1) их средние значения для категорий почв максимально отличались друг от друга; 2) переменные не были скоррелированы между собой. При соответствующей интерпретации (Пузаченко и др., 2006; Carroll et al., 2006) канонические переменные можно рассматривать как интегральные и независимые топографические факторы дифференциации почвенного увлажнения, описывающие различные механизмы миграции влаги в почвенном покрове.

Итоговая детерминированность модели заведомо неполная из-за влияния незатронутых факторов – микрорельефа, глубины подстилания мореной, условий землепользования, а также возможных ошибок морфологической диагностики и неточностей географической привязки описаний почв.

Верификация крупномасштабной модели выполнена путем сравнения компонентного состава почвенного покрова с результатами съемки полевого участка площадью 320 га.

Таблица 1. Топографические факторы почвенного увлажнения Table 1. Topographical factors of soil wetting

В 3 В S >3

3 3

to У 3 3

>3 3

^ 3 3

3

се а ф В

О

1

о

О\

о

о

сч

О\

5s® Ф □ н се 5 Ф о 5 о

ГЧ

о

о

to

сч

О\ ^D

1

>3 3

N

§

3

«1

се

ф

В

о

ОО

сч

сч

о

ОО

О\ сч

<о ОО

гч

to

ОО

'О об 0^1 0^1

5s® Ф □ н се 5 Ф ф 5 о

о

о

о

о

to

^

гч

сч

К

ф

S On

о

о

за

1 t  S

Е  ‘   ^

в в

& В    В

S

& 8

а ^

ю ^

Sms

ф s 5

S 8 о g

в И й

§ i °

Примечание. 1Z(0) – Z(r), где Z(0) – абсолютная высота центрального пикселя, Z(r) – средняя высота пикселей, удаленных от Z(0) на r; 2 ln(^^), где а - площадь водосбора, в — крутизна.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В совокупности топографические условия объясняют 75% изменчивости почвенного увлажнения, остальные 25%  – особенности строения микрорельефа и литологического строения лёссовидных суглинков. Из 20 расчетных морфометрических характеристик наиболее значимы следующие (табл. 1): форма земной поверхности (топографический индекс превышений), площадь и уклон водосбора (топографический индекс влажности), базис эрозии.

Компонентный состав ПК определен на основе выражения [1]. Дистанции Махаланобиса [3] для каждого элемента ячейки до центра классов Л, Лсг и Лг рассчитаны по формулам:

0Л = J(TPI100t - 0,29) X (TPI1000t - 2,86) X (TWI , - 8,65) X (CNBLt - 228,6) X S-1

ОЛсг = J(TPI100t + 0,13) X (TPI1000 , + 1,28) X (TWIt - 10,2) X (CNBLt - 230,5) X S-1   [3]

ОЛг = 7(TPI100f + 0,3) X (TPI1000, + 1,78) X (TWIf - 11,7) X (CNBLt - 232,1) X S-1, где S-1 – обратная ковариационная матрица:

6.317

-0.212

0.732

0.025

-0.212

0.106

0.027

-0.003

0.732

0.027

0.512

0.007

0.025

-0.003

0.007

0.006

Длительный застой влаги наблюдается в незадернованных элементах ложбинной сети и западинах с серыми лесными глеева-тыми почвами (рис. 3В). Комбинации с преобладанием дренируемых серых лесных почв характерны для моренно-эрозионных равнин, полого-покатых и крутых эрозионных склонов речных долин (рис. 3А). Промежуточное положение занимают слабонаклонные моренно-эрозионные равнины, вытянутые слабонаклонные эрозионные шлейфы с преобладанием серых лесных слабоглееватых почв в составе почвенных комбинаций (рис. 3Б).

Наибольшее влияние на изменчивость гидроморфизма оказывает топографический индекс влажности (Ågren et al., 2014;

Grabs et al., 2009; Lidberg et al., 2019) . Второй по значимости фактор увлажнения – топографический индекс превышений, описывающий форму мезорельефа. Третий фактор – высота базиса эрозии, вычисленная в каждом элементе сетки на основе интерполяции высот в тальвегах (Conrad et al., 2015) . Данная величина редко рассматривается в работах по исследованию факторов почвенного увлажнения (Bock, Köthe, 2008) . Значения базиса эрозии в элементах сетки отражают потенциальный уровень, ниже которого не могут опуститься почвенно-грунтовые воды. Максимальные значения базиса эрозии характерны для дренируемых междуречий с глубоким залеганием уровня почвенно-грунтовых вод, минимальные – для глубоких долин с избыточным поверхностным увлажнением (табл. 1).

Разнообразие топографических условий упорядочено в виде одной канонической переменной – топографического фактора дренируемости – ТФД [4]. В диапазоне ТФД категории почв упорядочены по нарастанию степени гидроморфизма. ТФД объясняет 51% изменчивости увлажнения почв:

ТФД = 0,4 х TPI1QQM + 0,5 х TPI1QQQM - 0,5 x TWI - 0,4 x CNBL [4]

Область значений (> -0.5) соответствует дренируемым серым лесным почвам (рис. 3Г). В области отрицательных значений расположены серые лесные слабоглееватые (-1.3…-0.5) и серые лесные глееватые (< -1.3) почвы. Степень дренируемости обратно пропорциональна топографическому индексу влажности, базису эрозии, и прямо пропорциональна топографическому индексу превышений.

Выражение [4] позволяет рассчитать значения топографического фактора дренируемости для каждого элемента регулярной сетки в масштабе Верхневолжского ФАНЦ. На полученной карте (рис. 3Г) отражено увлажнение почвенного покрова, обусловленное совместным действием топографических факторов.

Формирование автоморфных почвенных комбинаций приурочено к дренируемым моренно-эрозионным равнинам, пологопокатым и крутым склонам с рассеянием влаги. Общая доля таких участков (значения ТФД > -0.5) составляет 80% территории Верх- неволжского ФАНЦ. В составе комбинаций преобладают серые лесные дренируемые почвы (Л) с долевым участием более 80%.

Рис. 3. Компонентный состав почвенных комбинаций (%) Верхневолжского ФАНЦ: А – серые лесные почвы ( Л ); Б – серые лесные слабоглееватые почвы ( Лсг ); В – серые лесные глееватые почвы ( Лг ); Г – топографический фактор дренируемости почв.

Fig. 3. Composition of soil cover (%) of Upper Volga FANTS: A – gray forest soils; Б – gray forest slightly gley soils; В – gray forest gleyic soils; Г – topographical factor of soil drainage.

В свою очередь, максимальная концентрация стока характерна для ложбин, западин, водосборных понижений со значениями ТФД меньше -1.3. В структуре почвенного покрова в равной доле участвуют Лсг (45%) и Лг (42%). Диапазон ТФД (-1.3...-0.5)

характерен для пологих приводораздельных склонов моренноэрозионных равнин и пологонаклонных эрозионноаккумулятивных шлейфов, конусов выноса с замедленным дренажем. В составе комбинаций равные доли разделяют Л и Лсг (по 43%). Общая площадь полугидроморфных структур почвенного покрова составляет 20%.

Упорядочивание категорий почв в диапазоне ТФД позволяет рассматривать неопределенность прогноза как площадь пересечения Л , Лсг и Лг на линейной шкале фактора (рис. 3Г). Наиболее изолированы на шкале ТФД серые лесные почвы. Перекрытие диапазонов ТФД (> 50%) характерно для серых лесных слабоглее-ватых и глееватых почв. Это может указывать на недостаточную информативность топографических условий при объяснении дифференциации Лсг и Лг .

Результаты свидетельствуют о двукратном превышении доли полугидроморфных почв (20%) по сравнению с данными почвенного обследования Госкомзема (1991). Для верификации результатов крупномасштабного картографического моделирования проведено сопоставление доли прогнозируемых категорий Л, Лсг и Лг в пределах полевого участка детальной почвенной съемки (рис. 4).

Структура модели полевого участка близка к структуре крупномасштабной модели – в значимые морфометрические величины вошли топографический индекс превышений, топографический индекс влажности и базис эрозии (табл. 1), объясняющие 71% изменчивости почвенного увлажнения.

На основе данной модели рассчитаны условные вероятности Л, Лсг и Лг (рис 4А–В) и значения топографического фактора дре-нируемости (рис. 4Г) для элементов регулярной сетки полевого участка. ТФД [5] объясняет 78% изменчивости почвенного увлажнения:

ТФД = 0,6 х ТР1100м - 0,8 х TWI - 0,6 х CNBL [5]

Рис. 4. Участок детальной почвенной съемки: А – ЦМР с разрешением 20 × 20 м; Б – Топографический фактор дренируемости (ТФД); В – Карта доминантной почвы; Г – Фрагмент карты доминантной почвы в крупном масштабе: 1 – Л , 2 – Лсг , 3 – Лг .

Fig. 4. Detailed soil survey plot: A – DEM with 20 × 20 m resolution; B – Topographically induced soil drainage (TSD); C – Dominant soil map; D – Large scale fragment of dominant soil map: 1 – Л , 2 – Лсг , 3 – Лг .

В области ТФД < 0 расположены ложбины и водосборные понижения с сочетаниями Лсг (< -1.1) и Лг (-1.1…0). ТФД > 0 характерен для дренируемых пологих и полого-покатых склонов моренно-эрозионной равнины с преобладанием Л . Общая доля поли-гидроморфных комбинаций почв составляет 36% площади поля – Лсг занимает 20%, Лг – 16%. В то же время на крупномасштабной модели занижена доля Лг – 9%. Процент совпадений Лсг и Лг составляет 35 и 42%.

Таким образом, в двух симметричных областях ТФД Владимирского Ополья расположены контрастные ареалы почвенного увлажнения: ТФД > 0 – серые лесные почвы в дренируемых элементах мезорельефа с рассеянием влаги, ТФД < 0 – полугидро-морфные почвы в элементах мезорельефа с ее накоплением и замедленным дренажем.

Развитие данного подхода открывает возможности численного межрегионального сравнения факторов почвенного увлажнения Нечерноземной зоны. Для этого необходимо преодоление ряда методических ограничений: 1) переход от морфологической диагностики степени переувлажнения почвенного профиля к использованию количественных индикаторов водного режима различных генетических типов почв (Романова, 1994) ; 2) анализ иерархической организации рельефа Нечерноземья для целей выделения типов морфоструктур, морфоскульптур и их геоморфо-метрического анализа; 3) ранжирование климатических и литолого-геоморфологических факторов по их относительному вкладу в дифференциацию водно-миграционных структур почвенного покрова; 4) выявление взаимосвязи между топографическим фактором дренируемости и среднемноголетними параметрами тепло- и влагообеспеченности при различных сценариях изменения климата.

ВЫВОДЫ

  • 1.    Приведена методология упорядочивания характеристик рельефа по их индивидуальному и совокупному вкладу в изменчивость гидроморфизма почвенного покрова. Совокупный вклад характеристик находит выражение в виде топографического фактора дренируемости (ТФД). ТФД рассчитывается на основе чис-

  • ленного анализа категорий почв в многомерном признаковом пространстве наиболее значимых морфометрических величин региона.
  • 2.    В однородных условиях литологии и климата топографический фактор определяет до 70% изменчивости почвенного увлажнения Владимирского Ополья. Влияние рельефа на дифференциацию почвенного увлажнения определяется перераспределением атмосферных осадков с учетом формы поверхности, соотношения водосборной площади и крутизны (топографический индекс влажности) и высоты базиса эрозии. Значения ТФД > -0.5 соответствуют дренируемым моренно-эрозионным равнинам, полого-покатым и крутым склонам с преобладанием серых лесных почв ( Л ) в составе почвенных комбинаций. Значения ТФД < -0.5 – пологим приводораздельным склонам равнин, западинам, ложбинам и ложбинообразным понижениям, концентрирующим влагу. В отрицательном диапазоне ТФД расположены сочетания полугид-роморфных серых лесных глееватых ( Лсг ) и серых лесных глеева-тых ( Лг ) почв.

Список литературы Топографические условия дренируемости почвенного покрова Владимирского Ополья

  • Агроклиматические ресурсы Владимирской области / О.Б. Зворыкина, Т.И. Бурцева, К.Т. Васека и др. М.: Упр. гидрометеорол. службы центр. областей, 1968. 138 с.
  • Агроприродное и сельскохозяйственное районирование Нечерноземной зоны европейской части РСФСР / Л.В. Ромина, Н.А. Гвоздецкий, К.В. Зворыкин и др. М.: Изд-во МГУ, 1987. 270 с.
  • Алифанов В.М. Серые лесные почвы центра Русской равнины. Историко-генетический анализ // Эволюция и возраст почв СССР. Пущино, 1986. С. 155-162.
  • Алифанов В.М., Гугалинская Л.А. Палеокриогенез и структура почвенного покрова Русской равнины // Почвоведение. 1993. № 7. С. 65-75.
  • Алифанов В.М., Лошакова Н.А. Водный режим серых лесных почв // Почвоведение. 1981. № 4. С. 58-70.
  • Ахромеев Л.М. Природа, генезис, история развития и ландшафтная структура ополий Центральной России. Брянск: РИО Брянского государственного университета, 2008. 182 с.
  • Величко А.А., Морозова Т.Д., Нечаев В.П., Порожнякова О.М. Палеокриогенез, почвенный покров и земледелие. М.: Изд-во "Наука", 1996. 145 с.
  • Гулинова Н.В. Агроклиматические ресурсы Нечерноземной зоны РСФСР // Агрометеорологические условия и продуктивность сельского хозяйства Нечерноземной зоны РСФСР. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. С. 17-32.
  • Джонгман Р.Г.Г. Анализ данных в экологии сообществ и ландшафтов. М.: РАСХН, 1999. 306 с.
  • Добровольский Г.В., Урусевская И.С. География почв. М.: Изд-во МГУ, 1984. 416 с.
  • Зайдельман Ф.Р. Гидрологический режим почв Нечерноземной зоны России (генетические, агрономические и мелиоративные аспекты). Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 328 с.
  • Зайдельман Ф.Р. Режим и условия мелиорации заболоченных почв. М.: Колос, 1975. 321 с.
  • Классификация и диагностика почв СССР. М.: Изд-во "Колос", 1977. 221 с.
  • Козлов Д.Н., Сорокина Н.П. Традиции и инновации в крупномасштабной почвенной картографии // Цифровая почвенная картография: теоретические и экспериментальные исследования. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2012. С. 35-57.
  • Ландшафты Владимирской области: учеб. пособие в 2 ч. Ч. 1. Ландшафты Смоленско-Московской провинции / В.В. Романов. Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2008. 56 с.
  • Липкина Г.С. Влияние почвообразующих пород и рельефа на плодородие дерново-подзолистых почв Центрального района России. Автореф. дис. … канд. с.-х. наук: 03.00.27. М., 1993. 44 с.
  • Макеев А.О., Дубровина И.В. География, генезис и эволюция почв Владимирского ополья // Почвоведение. 1990. № 7. С. 5-25.
  • Минаев Н.В., Никитин А.А., Козлов Д.Н. Идентификация масштабных уровней организации рельефа пашни // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2019. Вып. 96. С. 3-21.
  • DOI: 10.19047/0136-1694-2019-96-3-21
  • Модель адаптивно-ландшафтного земледелия Владимирского ополья / В.И. Кирюшин, А.Л. Иванов. М.: "Агроконсалт", 2004. 456 с.
  • Морев Д.В. Агроэкологическая оценка земель в условиях зонального ряда агроландшафтов с повышенной пестротой почвенного покрова. Дис. … канд. биол. наук: 03.02.08. М., 2017. 137 с.
  • Николаев В.А. Парагенезис полесий-ополий Центральной России // Вестник Московского университета. География. 2013. № 5. С. 45-50.
  • Почвенный покров Нечерноземья и его рациональное использование. М: Агропромиздат, 1986. 245 с.
  • Почвы и рекомендации по их использованию Владимирской государственной областной сельскохозяйственной опытной станции Суздальского района Владимирской области. Владимир: Центргипрозем (Владимирский филиал), 1991. 65 с.
  • Прохорова З.А., Сорокина Н.П. Влияние компонентов элементарной структуры дерново-подзолистых почв на продуктивность сельскохозяйственных растений // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 1975. Вып. 8. С. 178-190.
  • Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических исследованиях. М.: Издательский центр "Академия", 2004. 416 с.
  • Пузаченко М.Ю., Пузаченко Ю.Г., Козлов Д.Н., Федяева М.В. Картографирование мощности органогенного и гумусового горизонтов лесных почв и болот южнотаежного ландшафта (юго-запад Валдайской возвышенности) на основе трехмерной модели рельефа и дистанционной информации (Landsat 7) // Исследование Земли из космоса. 2006. № 4. С. 70-79.
  • Романова Т.А. Водный режим в генетической характеристике почв гумидной зоны // Почвоведение. 1994. № 4. С. 32-39.
  • Рублюк М.В. Роль холмисто-моренного рельефа в формировании свойств дерново-подзолистых почв и урожайности картофеля в условиях Центрального района Нечерноземной зоны РФ: Дис. … канд. с-х. наук: 06.01.04. Тверь, 2003. 177 с.
  • Рубцова Л.П. О генезисе почв Владимирского ополья // Почвоведение. 1974. № 6. С. 17-27.
  • Савастру Н.Г. Агроэкологическая оценка почвенного покрова Владимирского ополья для проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия: Дис. … канд. биол. наук: 03.00.27. М., 1999. 169 с.
  • Савин И.Ю., Жоголев А.В., Прудникова Е.Ю. Современные тренды и проблемы почвенной картографии // Почвоведение. 2019. № 5. С. 517-528.
  • Симакова М.С. Элементарные почвенные структуры Владимирского ополья // Почвы СССР. Принципы и генетико-географические аспекты исследований. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 1987. С. 50-56.
  • Сорокина Н.П. Микронеоднородность почвенного покрова полей и ее сельскохозяйственное значение // Почвы Московской области и их использование. Т. 1. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2002. С. 277-311.
  • Сысуев В.В. Морфометрический анализ геофизической дифференциации ландшафтов // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2003. № 4. С. 36-50.
  • Тюрюканов А.Н., Быстрицкая Т.Л. Ополья Центральной России и их почвы. М.: Наука, 1971. 240 с.
  • Указания по диагностике подзолистого и болотно-подзолистого типов почв по степени оглеенности. М.: Картфилиал Росземпроекта, 1982. 10 с.
  • Физико-географическое районирование Нечерноземного центра / Н.А. Гвоздецкий, В.К. Жучкова. М.: Изд-во МГУ, 1963. 451 с.
  • Флоринский И.В. Гипотеза Докучаева как основа цифрового прогнозного почвенного картографирования (к 125-летию публикации) // Почвоведение. 2012. № 4. С. 500-506.
  • Шеин Е.В., Кирюшин В.И., Корчагин А.А., Мазиров М.А., Дембовецкий А.В., Ильин Л.И. Оценка агрономической однородности и совместимости почвенного покрова Владимирского ополья // Почвоведение. 2017. № 10. С. 1208-1215.
  • Шилов П.М., Козлов Д.Н. Почвенно-агроэкологическая оценка пахотнопригодности земель Валдайской возвышенности по материалам Генерального межевания // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2019. Вып. 98. С. 5-36.
  • DOI: 10.19047/0136-1694-2019-98-5-36
  • Ågren A.M., Lidberg W., Strömgren M., Ogilvie J., Arp P.A. Evaluating digital terrain indices for soil wetness mapping - a Swedish case study // Hydrology and Earth System Sciences. 2014. Vol. 18. No. 9. P. 3623-3634.
  • Bell J.C., Cunningham R.L., Havens M.W. Soil drainage class probability mapping using a soil-landscape model. Soil Science Society of America Journal. 1994. Vol. 58. No. 2. P. 464-470.
  • Bock M., Köthe R. Predicting the depth of hydrologic soil characteristics. Hamburger Beiträge zur Physischen Geographie und Landschaftsökologie. 2008. Vol. 19. P. 13-22.
  • Carroll S., Goonetilleke A., Khalil W.A.S., Frost R. Assessment via discriminant analysis of soil suitability for effluent renovation using undistributed soil columns. Geoderma. 2006. Vol. 131. No. 1-2. P. 201-217.
  • Conrad O., Bechtel B., Bock M., Dietrich H., Fischer E., Gerlitz L., Wehberg J., Wichmann V., Böhner J. System for automated geoscientific analyses (SAGA) v.2.1.4. // Geoscientific Model Development Discussions. 2015. Vol. 8. No. 2. P. 2271-2312.
  • Debella-Gilo M., Etzelmüller B. Spatial prediction of soil classes using digital terrain analysis and multinomial logistic regression modeling integrated in GIS: Examples from Vestfold County, Norway // Catena. 2009. Vol. 77. No. 1. P. 8-18.
  • Florinsky I. Digital terrain analysis in soil science and geology. Puschino: Academic Press, 2016. 486 p.
  • Hengl T., Reuter H.I. Geomorphometry: concepts, software, applications. Amsterdam: Elsevier. 2008. 772 pp.
  • Jenny H. Factors of Soil Formation: A System of Quantitative Pedology. New York: Dover Publications, 1941. 281 p.
  • Gillin C.P., Bailey S.W., McGuire K.J., Gannon J.P. Mapping of hydropedologic spatial patterns in a steep headwater catchment // Soil Science Society of America Journal. 2015. Vol. 79. No. 2. P. 440-453.
  • Grabs T., Seibert J., Bishop K., Laudon H. Modeling spatial patterns of saturated areas: A comparison of the topographic wetness index and a dynamic distributed model // Journal of Hydrology. 2009. Vol. 373. No. 1-2. P. 15-23.
  • Lidberg W., Nilsson M., Ågren A. Using machine learning to generate high-resolution wet area maps for planning forest management: A study in a boreal forest landscape // Ambio. 2020. Vol. 49. No. 2. P. 475-486.
  • Malone B.P., McBratney A.B., Minasny B. Description and spatial inference of soil drainage using matrix soil colours in the Lower Hunter Valley, New South Wales, Australia // PeerJ. 2018. Vol. 6. P. e4659.
  • McBratney A.B., Santos M.M., Minasny B. On digital soil mapping. Geoderma. 2003. Vol. 117. No. 1-2. P. 3-52.
  • Minasny B., McBratney A.B. Digital soil mapping: A brief history and some lessons // Geoderma. 2016. Vol. 264. P. 301-311.
  • Møller A.B., Iversen B.V., Beucher A., Greve M.H. Prediction of soil drainage classes in Denmark by means of decision tree classification // Geoderma. 2019. Vol. 352. P. 314-329.
  • Odeh I.O.A., McBratney A.B., Chittleborough D.J. Spatial prediction of soil properties from landform attributes derived from a digital elevation model // Geoderma. 1994. Vol. 63. No. 3-4. P. 197-214.
  • Shary P.A., Sharaya L.S., Mitusov A.V. Fundamental quantitative methods of land surface analysis // Geoderma. 2002. Vol. 107. No. 1-2. P. 1-32.
  • Thompson J.A., Pena-Yewtukhiw E.M., Grove J.H. Soil-landscape modeling across a physiographic region: Topographic patterns and model transportability // Geoderma. 2006. Vol. 133. No. 1-2. P. 57-70.
  • Troeh F.R. Landform parameters correlated to soil drainage // Soil Science Society of America Journal. 1964. Vol. 28. No. 6. P. 808-812.
  • Webster R., Burrough P. A Multiple discriminant analysis in soil survey // European Journal of Soil Science. 1974. Vol. 25, No. 1. P. 120-134.
  • Weiss A. Topographic position and landforms analysis // Poster presentation, ESRI user Conference. San Diego, CA, 2001. Vol. 200.
Еще
Статья научная