CC BY
50
ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ
УДК 631.437.8+ 631.472+ 631.48 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КАППАМЕТРИИ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПАЛЕОКРИОГЕННОГО МИКРОРЕЛЬЕФА
© 2010 В.М. Алифанов1,2, И М. Вагапов2, Л.А. Гугалинская1,2, Л.А. Иванникова1,2, А.Г. Кондрашин2, А.Ю. Овчинников1, Д.А. Попов1, К.М. Рапацкая2
1 Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, г. Пущино 2 Пущинский государственный университет
Поступила в редакцию 06.05.2010
Исследовано распределение и варьирование величин магнитной восприимчивости (х) в профилях почв палеокриогенного комплекса Тульской области. В формировании высокомагнитных минералов выявлена значительная роль органического вещества, а также редокс-процессов. Показано, что в пределах постоянных глубин х незначительно варьирует в верхней части профиля и в погребенной почве и значительно - в подгумусовой части современного чернозема. Выявленные различия в пространственной изменчивости величин х во многом связаны с наличием палеокриогенных процессов, которые создают разные условия существования железосодержащих минералов.
Ключевые слова: магнитная восприимчивость, палеокриогенез, пространственная изменчивость
Современная структура почвенного покрова Восточно-Европейской равнины, его комплексность и динамичность процессов во многом обусловлены древними, в частности, палео-криогенными процессами [1, 2]. Влияние палео-криогенеза на почвы проявляется на разных уровнях их структурной организации.
Цель работы: дифференциация почв на уровне палеокриогенного микрорельефа (комплекса блок-межблочье) с использованием кап-паметрии, а именно - величин магнитной восприимчивости (х).
Магнитная восприимчивость разных типов почв и их генетических горизонтов является физической величиной, характеризующей способность почвенных железосодержащих компонентов к намагничиванию. Величина х может служить хорошим критерием интенсивности протекания таких элементарных почвенных процессов
Алифанов Валерий Михайлович, доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией, заведующий кафедрой. E-mail: [email protected]
Вагапов Ильдар Махмудович, магистрант. E-mail: [email protected]
Гугалинская Любовь Анатольевна, доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник. E-mail: [email protected]
Иванникова Людмила Алексеевна, кандидат биологических наук, доцент, старший научный сотрудник. E-mail: [email protected]
Кондрашин Александр Геннадьевич, аспирант. E-mail: [email protected]
Овчинников Андрей Юрьевич, кандидат биологических наук, главный специалист подразделения. E-mail: [email protected]
Попов Дмитрий Алексеевич, аспирант. E-mail: [email protected]
Рапацкая Карина Михайловна, магистрант. E-mail: [email protected]
как гумусонакопление, оглеение, осолодение и
др. [7].
Объектом исследования является разрез-обнажение 1-2009, заложенный в стенке старого известнякового карьера (Венёвский р-н Тульской обл.), вскрывающий современный чернозем, несколько погребенных почв и палеокрио-генные клиновидные грунтовые структуры (КГС) разных генераций. Измерение магнитной восприимчивости производилось каппаметром KT-6 в узлах регулярной сетки с размерами ячеек 20x20 см. Обработка результатов измерений проводилась в программе Excel, а построение вариограмм - в программе Surfer. При этом использовался геостатистический метод интерполяции, учитывающий не только удаленность исходных точек от интерполируемых, но и их взаиморасположение.
Детальный морфологический анализ разреза 1-2009, вскрывающего обе части палео-криогенного комплекса - блочное повышение и межблочное понижение, показал существенные различия между последними. Характер различий выражается в наличии или отсутствии отдельных морфологических признаков (определенных генетических горизонтов), в их форме и степени выраженности. Одной из главных особенностей данного разреза является наличие погребенного палеокриогенного полигонально-блочного микрорельефа и связанной с ним крупной КГС, над которой сформировалось обширное межблочное понижение. Этот древний полигонально-блочный микрорельеф оказал влияние на всю перекрывающую КГС толщу суглинистых отложений. Из вариограммы на рис. 1, показывающей распределение величин магнитной
восприимчивости в ненарушенной почве, следует, что ее значения сильно варьируют в пространстве, самые высокие значения х приурочены к верхним горизонтам современного чернозема (0,3-0,69-10" ед. СИ), а в целом, магнитная восприимчивость закономерно уменьшается вниз по профилю (до 0,2-10_3 ед. СИ). При подробном рассмотрении, на общем фоне, характеризующемся достаточно однородными значениями х (0,24-0,29-10_3 ед. СИ), отчетливо проявляются пятна, имеющие субгоризонтальное распространение - магнитная восприимчивость
диагностирует погребенную почву, значения х которой варьируют в диапазоне 0,3-0,35-10-3 ед. СИ. Другим ярким проявлением неоднородности исследуемого разреза является характер границы между областями с высокими и низкими значениями х - она опускается от 0 метра к 11-му, т.е. от блочного повышения к межблочному понижению. В то же время в районе блочного повышения наблюдается преобладание светлых участков, показывающих самые низкие значения х.
ЮСЬ
о.
0)
□
200
I1
6.0 8.0 О^апсе (т)
I I ■
0.15 0.24 0.33 0 42 0.51 0.6 0 69
Рис. 1. Пространственное распределение величин магнитной восприимчивости (10-3 ед. СИ) в профиле современного чернозема и погребенной почвы; разрез 1-2009 (Венёвский р-н Тульской обл.)
По данным корреляционного анализа наиболее выраженную связь с х имеет Сорг - значительная положительная связь на блоке (г=0,95) и в межблочье (0,84), а также рНводн (г=0,86). Известно [4, 6], что факторами, определяющими величину х, являются изменяющиеся окислительно-восстановительные условия среды. Разложение органического вещества при слабой аэрации способствует восстановлению железистых минералов - снижает величину х, активная аэрация почв повышает ее. С этим хорошо согласуется тот факт, что над микропонижением, которое по причине наклоненной дневной поверхности в мезорельефе занимает более высокое положение, чем микроповышение, находятся самые высокие значения х. Кроме того, ва-риограмма показывает микрораспределение х, обусловленное протеканием на близких расстояниях диаметрально противоположных реакций окисления и восстановления.
Используя показатель аккумулятивности [5], характеризующий степень накопления (0,5<5<1) или выноса (0<5<0,5) какого-либо вещества, получили на блоке 5=0,60, в межблочье - 5=0,72. Таким образом, распределение магнитной восприимчивости в обоих случаях имеет аккумулятивный характер, но в межблочье в большей степени, чем на блоке. Сравнение коэффициентов вариации (V) в пределах постоянных глубин показывает незначительную изменчивость величин магнитной восприимчивости с поверхности и в погребенной почве
(^10%) и значительную в подгумусовой части профиля современного чернозема ^>20%). В первом случае незначительная изменчивость объясняется однородностью гумусовых горизонтов, а увеличение вариабельности во втором - с характером границы, о которой говорилось ранее.
Квантильный анализ (рис. 2), предложенный Ю.Н. Благовещенским, Е.А. Дмитриевым и В.П. Самсоновой [3], проделанный для обоих участков палеокриогенного комплекса, позволяет судить о характере изменчивости изучаемого свойства по профилю. Прежде всего, заслуживает внимания анализ размаха колебаний между а-и (1 - а)-квантилями. Отклонения таких квантилей от медианы отражают как вариации переменной, так и асимметричность в ее изменчивости. Так, крайние квантили в верхней части профиля блока отличаются хорошей симметричностью, в отличие от аналогичного участка в межблочье. Это свидетельствует о присутствии в межблочье, по меньшей мере, двух фаз, обладающих разной величиной х, и, следовательно, связано с различными процессами. Подобные участки встречаются и в других частях обоих профилей, но не в такой яркой степени. Нужно отметить, что истинную неоднородность можно уловить, только если размер ячеек регулярной сетки, по которой проводилась каппаметрия, будет соизмерим с теми локальными участками (морфонами) почвы, которые обуславливают микропестроту величин х.
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 12, №1(4), 2010
у, 10 ед. СИ (блок)
0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0
50
100
ОД 5 0,25
150 -
»о
>■1
е" 1-н
200 -
250
300
50 -
100 -
150 -
200 -
250
300 J
-/, 10 ед. СИ (межблочье)
0,35 0,45 0,55
0,65
Рис. 2. Изменение квантилей величин магнитной восприимчивости в профилях современного чернозема и погребенной почвы на блоке и в межблочье; разрез 1-2009 (Венёвский р-н Тульской обл.)
Выводы: анализ пространственной изменчивости величин магнитной восприимчивости в горизонтальном и вертикальном направлениях представляет интерес как в теоретическом отношении (с точки зрения формирования почвенной неоднородности), так и прикладном -является составной частью комплекса палеопе-дологических методов реконструкций природной среды разных периодов исторического и геологического времени. Выявленные различия в пространственной изменчивости величин х во многом связаны с наличием палеокриогенных процессов, которые создают разные условия существования железосодержащих компонентов. Корреляционный анализ выявил важную роль органического вещества в формировании высокомагнитных минералов, а также редокс-процессов. В изученных почвах магнитная восприимчивость хорошо диагностирует фрагменты палеопочв (гумусовые прослои), реликты палеокриогенеза и выходы коренных пород.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (08-04-00331), Программы Президиума РАН (№15), Программы «Научный потенциал высшей школы» (код 1109).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Алифанов, В.М. Палеокриогенез и структура поч-
венного покрова Русской равнины / В.М. Алифанов, Л.А. Гугалинская // Почвоведение. - 1993. -№7. - С. 65-75.
2. Алифанов, В.М. Палеокриогенез и современные
черноземы / В.М. Алифанов, Л.А. Гугалинская // Почвенные процессы и пространственно-временная организация почв. - М.: Наука, 2006. -С. 45-70.
3. Благовещенский, Ю.Н. Метод квантилей в иссле-
довании изменчивости свойств почв / Ю.Н. Благовещенский, Е.А. Дмитриев, В.П. Самсонова // Почвоведение. - 1983. - №2. - С. 125-134.
4. Вадюнина, А.Ф. Магнитная восприимчивость неко-
торых почв СССР /А.Ф. Вадюнина, В.Ф. Бабанин // Почвоведение. - 1972. - №10. - С. 55-66.
5. Водяницкий, Ю.Н. Анализ кривых распределения
соединений железа по профилю почвы // Почвоведение. - 1991. - №5. - С. 29-36.
6. Водяницкий, Ю.Н. Минералы железа как память
почвенных процессов // Память почв: почва как память биосферно-геосферно-антропосферных взаимодействий / Отв. ред. В.О. Таргульян, С.В. Горячкин. - М.: ЛКИ, 2008. - С. 289-313.
7. Водяницкий, Ю.Н. Магнитный метод / Ю.Н. Водя-
ницкий, М.И. Скрипникова // Руководство по изучению палеоэкологии культурных слоев древних поселений. - М.: РАН, МГУ, 2000. - 88 с.
APPLICATION OF THE KAPPAMETRY TO DETECTION THE ELEMENTS OF PALEOCRYOGENIC MICRORELIEF
© 2010 V.M. Alifanov1,2, I.M. Vagapov2, L.A. Gugalinskaya1,2, L.A. Ivannikova1,2, A G. Kondrashin2, A.Yu. Ovchinnikov1, D.A. Popov1, K.M. Rapatskaya2
1 Institute for Physicochemical and Biological Problems of Agrology RAS, Pushchino
2 Pushchino State University
The distribution and variation of magnetic susceptibility (x) in soil profiles of a paleocryogenic complex of the Tula area is investigated. In the formation of highly magnetic minerals the significant role of organic substance, and also redoks-processes is revealed. It is shown, that within constant depths x varies only slightly in the upper part of the and in fossil soil and significantly - in subhumic part of modern chernozem. The revealed distinctions in spatial variability of x sizes in many respects are connected with presence paleocryogenic processes which create different conditions for existence of ferriferous minerals.
Key words: magnetic susceptibility, paleocryogenesis, spatial variability
Valeriy Alifanov, Doctor of Biology, Professor, Head of the Laboratory, Prorector. E-mail: [email protected] Ildar Vagapov, Student. E-mail: [email protected] Lyubov Gugalinskaya, Doctor of Biology, Professor, Leading Research Fellow. E-mail: [email protected] Ludmila Ivannikova, Candidate of Biology, Associate Professor, Senior Research Fellow. E-mail: [email protected] Alexander Kondrashin,Post-graduate Student. E-mail: [email protected]
Andrey Ovchinnikov, Candidate of Biology,Main Specialist of Subdivision. E-mail: [email protected] Dmitriy Popov, Post-graduate Student. E-mail: [email protected] Karina Rapatskaya, Student. E-mail: [email protected]
